JP3990357B2 - インパルスノイズ抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタルオーディオデータに発生するインパルスノイズを抑制するインパルスノイズ抑制装置に関する。

ディジタルオーディオシステムにおいて、或るサンプリングデータが誤って真のデータとかけ離れたレベルになった場合、大きなノイズが発生する。このノイズをインパルスノイズという。特にサンプリングデータの振幅が小さいときにインパルスノイズが生じると大変に目立つ。

このインパルスノイズを除去するため、従来、インパルスノイズ抑制回路が使用されていた。このインパルスノイズ抑制回路では、各サンプリングデータのレベルがチェックされ、或るサンプリングデータＤｎのレベルが、これの前後のサンプリングデータＤｎ−１、Ｄｎ＋１のレベルよりも大きく突出している場合、サンプリングデータＤｎがインパルスノイズであると判断されて、サンプリングデータＤｎを、これの前のサンプリングデータＤｎ−１に置換することが行われていた。

このインパルスノイズ抑制回路は、常時作動している。従って、インパルスノイズ以外のサンプリングデータであって、その前後のサンプリングデータよりもレベルが突出しているもの、例えば高周波成分がインパルスノイズ抑制回路に供給されると、これもインパルスノイズであると誤判断されて、サンプリングデータの置換が行われる。そのため、インパルスノイズ以外の高周波成分までもがカットされ、音質を劣化させるという問題があった。

本発明は、音質の劣化を抑えながら、インパルスノイズを抑制することができるインパルスノイズ抑制装置を提供することを目的とする。

本発明によるインパルスノイズ抑制装置は、誤り検出手段を有している。この誤り検出手段には、誤り検出ビットが付加されたディジタルオーディオデータが入力される。このディジタルオーディオデータは、所定のサンプリング周期ごとに順に誤り検出手段に入力される。誤りの検出手法としては、公知の種々のものを使用することができる。この誤り検出手段から出力されるディジタルオーディオデータがインパルスノイズ除去手段に入力されている。このインパルスノイズ除去手段は、前記誤り検出手段が誤りを検出したとき、所定時間にわたって作動する。

通常、ディジタル信号の誤りはランダムに生じる。これをランダム誤りという。ランダム誤りでは、誤りが生じている各ディジタル信号の各誤りビット間に相関はない。一方、誤りが生じている各ディジタル信号の誤りビット間に相関を持って集中して発生する誤りをバースト誤りという。例えば無線通信の場合、受信電波が弱くなったり、干渉電波の影響を受けたりすることによって、多くのバースト誤りが発生する。受信電波が弱くなると、背景ノイズの復調が行われ、真のデータがノイズデータと置換される。また、反射波が干渉した場合、時間遅れを生じたデータに真のデータが置換される。いずれにしても、受信電波が弱くなったり、干渉が生じたりするのは、或るビットタイミングから突然に起こるのではなく、ビットレートから見れば、或る程度の時間間隔を持って緩やかに生じる。真のデータの誤ったデータへの置換は、或るビットタイミングから突然に全部のビットに起こるのではなく、或るデータに少ないビット数の誤りが生じ、それから徐々に後続のデータの多くのビットに誤りが生じる。つまり、バースト誤りは、低い誤り率で生じ始め、徐々に高い誤り率で生じるようになる。

ところで、ディジタルオーディオデータの受信状態としては、誤りの程度によって、次に示す状態１乃至状態３が考えられる。
状態１（誤りなし）
この状態１では、ディジタルオーディオデータには誤りが無く、正常に受信できている。
状態２（誤り検出能力内の誤り）
状態２での誤りは誤り検出のできる誤りである。
状態３（誤り検出能力を超えた誤り）
状態３での誤りは、誤り検出できない誤りである。
状態１から状態２、状態２から状態１への遷移、状態２から状態３及び状態３から状態２への遷移よりも、状態１から状態３または状態３から状態１への遷移が生じる確率は、非常に少ない。

誤りが発生した場合、即ち状態２または３では、インパルスノイズが生じる可能性が高い。状態２または３では、インパルスノイズ除去手段を動作させたい。状態１では、インパルスノイズ除去手段は動作させたくない。そこで、誤り検出手段が誤りを検出したことをトリガーとしてインパルスノイズ除去手段を動作させたいが、状態３では、誤り検出手段が誤りを検出できず、インパルスノイズ除去手段を動作させることができない。

そこで、上述したバースト誤りの特性上、状態１から状態３に遷移する確率は非常に少なく、状態３が発生する前には、状態２が発生している確率が非常に高いので、本発明では、誤り検出手段が誤りを検出したときから、所定時間にわたってインパルスノイズ除去手段を動作させることによって、検出できない誤りが生じている状態３のときにも、インパルスノイズ除去手段を動作させて、インパルスノイズを除去している。そして誤りのない状態、即ち状態１では、インパルスノイズ除去手段を動作させないようにして、音質の劣化を防止している。

上記の説明は、誤り検出手段を使用して、誤り検出のみを行う場合であるが、オーディオデータに誤りが検出されたとき、この誤りの訂正も行う誤り検出訂正手段を使用する場合がある。この場合、誤り検出訂正手段から出力されるディジタルオーディオデータがインパルスノイズ除去手段に入力され、誤り検出訂正手段が誤りを検出したときに、所定時間にわたってインパルスノイズ除去手段が動作する。

誤り訂正を行う場合、ディジタルオーディオデータの受信状態としては、状態ａ乃至状態ｄの４つの状態が考えられる。
状態ａ（誤りなし）
状態ａでは、ディジタルオーディオデータには誤りが無く、正常に受信できている。
状態ｂ（誤り検出能力内の誤り）
状態ｂでは、生じている誤りは誤り検出のできる誤りである。従って検出された誤りは何らかの方法で訂正できる。
状態ｃ（誤り検出はしたが、誤り訂正はできない）
状態ｃは、たまたま誤り検出が行えた場合である。正しくディジタルオーディオデータを受信できていないことだけは判る状態である。または、誤り検出能力よりも誤り訂正能力の方が低く、誤り検出はできるが、誤り訂正はできない状態である。
状態ｄ（誤り検出能力を超えた誤り）
状態ｄでは、誤りは、誤り検出ができない誤りであり、誤り訂正もできない状態である。

状態ａから状態ｂ、状態ｂから状態ａへの遷移、状態ｂから状態ｃ、状態ｃから状態ｂへの遷移、状態ｃから状態ｄ及び状態ｄから状態ｃへの遷移よりも、状態ａから状態ｃ、状態ｃから状態ａ、状態ａから状態ｄ、または状態ｄから状態ａへの遷移が生じる確率は、非常に小さい。

誤りが発生した場合、もし誤り訂正ができれば、元のディジタルオーディオデータを再生できるはずなので、インパルスノイズは発生しない。しかし、訂正できないような誤りが生じると、インパルスノイズが発生する可能性がある。そこで、誤り訂正のできない状態ｃまたはｄが発生した場合のみ、インパルスノイズ除去手段を作動させたい。しかし、状態ｃまたはｄが発生していることを正確に判別する方法が存在しない。例えば、誤り検出訂正手段による誤りの検出をトリガーとしてインパルスノイズ除去手段を作動させた場合、状態ｂまたはｃの場合に、インパルスノイズ除去手段が動作するが、状態ｄでは、インパルスノイズ除去手段を動作させることはできない。

そこで、バースト誤りの特性、即ち、状態ｄが発生する前には、状態ｂまたは状態ｃが発生している確率が非常に高いという特性を利用して、誤り検出訂正手段での誤り検出をきっかけにして、所定時間にわたって、インパルスノイズ除去手段を動作させて、状態ｄでも、インパルスノイズ除去手段を動作させて、インパルスノイズを除去し、かつ誤りの無い場合には、インパルスノイズ除去手段を作動させずに、音質の劣化を防止している。

ここで、状態ｂでは、誤り検出訂正手段の作動により誤りが訂正されている状態となっているので、インパルスノイズ除去手段を動作させる必要性は本来ないにも拘わらず、インパルスノイズ除去手段が動作しており、音質劣化が生じる。但し、誤り検出訂正手段を用いずに、誤り検出手段のみを使用している場合には、状態ｂ（上述した誤り検出のみを行う場合の状態２に相当する。）では、元々誤りが生じており、インパルスノイズ除去手段が動作しており、音質の劣化が生じているはずであり、誤り訂正を行ったことによって、インパルスノイズ除去手段が余分に動作して、音質劣化の機会が増加したわけでない。

なお、インパルスノイズ除去手段は、入力されたディジタルオーディオデータのレベルが、このデータの前後に入力されたディジタルオーディオデータのレベルより突出しているとき、前記入力されたディジタルオーディオデータを、これの前後に入力されたディジタルオーディオデータの一方に置換するものとできる。ディジタルオーディオデータの相関性から、前に入力されたディジタルオーディオデータに置換することが望ましい。

前記ディジタルオーディオデータは、無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調されたものとすることができる。インパルスノイズは、ディジタル変調信号が無線伝送路を伝送されている間に、無線伝送路の状況が悪いときに発生しやすい。従って、無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調されたディジタルオーディオデータに、本発明によるインパルスノイズ抑制装置を使用することに意義がある。

本発明の１実施形態のインパルスノイズ抑制装置は、図１に示すように、入力端子２を有している。この入力端子２には、例えば無線電話機から無線伝送路を介して送信されたディジタル変調信号を復調器によって復調した一連のディジタルオーディオデータが入力されている。これらディジタルオーディオデータには、誤り検出及び訂正用の検出ビットが、送信元の無線電話機において付加されている。誤り検出及び訂正技法には、例えばパリティチェック法、ＢＣＨ符号法、リードソロモン法等の公知のものを、単独または組み合わせて、使用されている。ディジタルオーディオデータは、所定のサンプリング周期ごとに、入力端子２に供給されている。

入力端子２に入力された一連のディジタルオーディオデータは、誤り検出訂正手段、例えば誤り検出訂正器４に供給されている。この誤り検出訂正器４は、使用されている誤り検出及び訂正技法に対応した構成のもので、入力されたディジタルオーディオデータに、誤りがあるか否か検出し、誤りがなければ、ディジタルオーディオデータをそのまま出力し、誤りがあれば、その誤りを訂正して出力するものである。また、この誤り検出及び訂正器４は、誤りを検出した場合、図２ａに示すように、誤り検出信号を生成する。

この誤り検出訂正器４からの出力信号は、インパルスノイズ除去手段、例えばインパルスノイズ（ＩＰＮ）抑制回路６に供給されている。このインパルスノイズ抑制回路６は、入力されたディジタルオーディオデータのレベルが、このディジタルオーディオデータよりも前、例えば１つ前に入力されたディジタルオーディオデータと、このディジタルオーディオデータよりも後、例えば１つ後に入力されたディジタルオーディオデータとの双方のレベルよりも突出して大きいときに、インパルスノイズであると判定し、このディジタルオーディオデータを、例えば、これよりも１つ前に入力されたディジタルオーディオデータに置換するものである。

誤り検出及び訂正器４の具体的な動作を説明する。例えば図３ａに示すように、ディジタルオーディオデータＢが入力されたとき、これよりも１つ前に入力されたディジタルオーディオデータがＣ、これよりも１つ後に入力されたディジタルオーディオデータをＡとする。インパルスノイズであるか否かを判定するルールとしては、例えば次の３つが考えられる。

（１）ＡとＢの差の絶対値がＡの絶対値より大きい（｜Ａ−Ｂ｜＞｜Ａ｜）、即ちＢのレベルがＡのレベルよりも大きい。
（２）ＢよりＡが大きく（Ａ＞Ｂ）かつＢよりＣが大きい（Ｃ＞Ｂ）、或いはＡよりＢが大きく（Ａ＜Ｂ）かつＣよりＢが大きい（Ｂ＞Ｃ）、即ちＡとＢとを結ぶ直線の傾きと、ＢとＣとを結ぶ直線の傾きが逆である。
（３）ＢとＣとの差の絶対値がＡの絶対値の２倍よりも大きい（｜Ｂ−Ｃ｜＞２｜Ａ｜）

（１）または（２）と、同時に（３）とが成立すると、ＢがＣ、Ａよりも大きく突出していると判断できる。なお、インパルスノイズか否かの判定法は、上述したものだけに限らず、種々に考えられる。

このようにして、インパルスノイズが存在すると判定されると、インパルスノイズ抑制回路６は、図３ｂに示すように、インパルスノイズであると判定したディジタルオーディオデータ、例えばＢを、それよりも１つ前に発生していたディジタルオーディオデータ、例えばＣに置換する。これによって、インパルスノイズが抑制される。インパルスノイズが存在しないと判定された場合には、インパルスノイズの抑制は行われない。

なお、このインパルスノイズ抑制回路６は、図２ａに示したように、誤り検出訂正器４が誤り検出信号を発生してから、同図ｂに示すように、予め定められた所定時間ｔ、例えば通常想定されるバースト誤りが発生している時間よりも充分に長く、具体的には数ｍ秒、望ましくは２乃至３ｍ秒の間だけ動作するように、誤り検出信号が供給されている。さらに、インパルスノイズ抑制回路６が非作動のとき、誤り検出訂正器４からの出力信号を出力端子１０に供給するために、図１に示すように、インパルスノイズ抑制回路６の入力側と出力側との間には、開閉スイッチ８が設けられている。この開閉スイッチ８は、誤り検出信号が発生してから所定時間ｔの間だけ開放され、それ以外のときには閉成されている。従って、誤りが検出されていない間、誤り検出訂正器４からの出力信号は、開閉スイッチ８を介して出力端子１０に供給される。一方、誤りが検出されてから所定時間ｔの間には、誤り検出訂正器４からの出力信号が、インパルスノイズ抑制回路６に供給される。インパルスノイズ抑制回路６において、インパルスノイズがあると判断されると、インパルスノイズが抑制された状態でインパルスノイズ抑制回路６の出力信号が、出力端子１０に供給される。誤りが検出されてから所定時間ｔの間に、インパルスノイズ抑制回路６において、インパルスノイズがないと判断されると、誤り検出訂正器４からの出力信号が、そのままインパルスノイズ抑制回路６を介して出力端子１０に供給される。

このように構成したインパルスノイズ抑制装置によれば、誤り検出訂正器４が誤りを検出していない状態では、誤り検出訂正器４からの出力は、閉成されている開閉スイッチ８を介して出力端子１０に供給されている。一方、誤り検出訂正器４が誤りを検出し、誤り検出信号を発生したとき、そのときから所定時間ｔの間だけ、インパルスノイズ抑制回路６が動作する。このとき、開閉スイッチ８は、誤り検出信号に基づいて所定時間ｔの間にわたって、開放されている。

誤り検出訂正器４の誤り検出能力には限界があり、この能力を超えた多数の誤りが頻発すると、誤りがあるにも拘わらず、誤り検出訂正器４が誤りを検出できない可能性がある。誤りを検出できないと、インパルスノイズが発生することがある。

全く誤りがない状況から、誤りが訂正できない状態に突然になる可能性は少なく、誤りが訂正できない状態になる前には、誤りを検出している可能性が高い。例えば、当初、誤りが少なく、誤りは検出されて、その訂正も行われていたが、やがて、誤りが多くなり、誤りの検出はできるが、訂正はできない状態になり、最後に誤りの検出も訂正もできない状態になることがある。或いは、当初に誤りを検出できるが、訂正はできない状態となり、やがて、誤りの検出も訂正もできない状態になることがある。いずれの場合でも、まず誤りが検出されているので、このインパルスノイズ抑制装置では、誤りを検出すると、しばらくの間にわたって誤りが訂正できない状態が生じる可能性があると仮定し、インパルスノイズ抑制回路６を作動させている。

インパルスノイズ抑制回路６が作動している間に実際に誤りが訂正できない状態が発生して、インパルスノイズが発生したなら、インパルスノイズ抑制回路６がインパルスノイズを抑制する。

また誤りが生じていない状態においては、インパルスノイズ抑制回路６を作動させていないので、レベルが突出したディジタルオーディオデータが入力端子２に入力されても、このレベルが突出したデータをインパルスノイズ抑制回路６が、インパルスノイズと誤認して、抑制することが無く、音質の劣化を招くことはない。

上記の実施の形態では、インパルスノイズ抑制回路６が動作する所定時間ｔを、通常想定されるバースト誤りが発生している時間よりも充分に長く設定している。バースト誤りの時間は或る分布を持って分散しているため、めったに起こらないような長いバースト誤りが発生しても、バースト誤りの時間が所定時間ｔを超えないように充分長く所定時間ｔを設定している。なお、システムや使用環境によってバースト誤りの内容やバースト誤りが発生する時間も変化するため、一意的に所定時間ｔを決定することはできない。状況に応じて、一番効率的にバースト誤りに対してインパルスノイズ抑制回路６を動作させ、バースト誤りが終了したら、速やかにインパルスノイズ抑制回路６の動作を停止できるように所定時間ｔを設定する。

但し、所定時間ｔの変形例としては、充分に長くとるものだけでなく、通常想定されるバースト誤りの時間程度としたり、それよりも短い目に設定することも考えられる。所定時間ｔを充分長くとらない場合、所定時間ｔを超えるような長さのバースト誤りが生じる可能性がある。バースト誤りによって誤り検出訂正器４の誤り検出能力を超えた誤りが発生して、不確定な誤り検出がたまたま発生することがある。たまたま発生した不確定な誤り検出信号によってインパルスノイズ抑制回路６の動作を再起動すれば、バースト誤りの発生時間全体においてインパルスノイズ抑制回路６を動作させることが可能となる。所定時間ｔが短ければ、バースト誤りが終了した後、直ぐにインパルスノイズ抑制回路６も停止し、無駄にインパルスノイズ抑制回路６が動作することで音質低下を招く時間を短くすることができる。

上記の実施の形態では、本発明の構成を、誤り検出訂正器４、インパルスノイズ抑制回路６及び開閉スイッチ８を用いてブロック的に示したが、実際にはＣＰＵやＤＳＰによって、これら各ブロックに対応する機能を実現することができる。また、上記の実施の形態では、誤り検出訂正器４を使用したが、訂正を行わずに、誤り検出のみを行うように構成してもよい。上記の実施の形態では、無線電話機から無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調したディジタルオーディオデータを使用したが、これに限ったものではなく、例えば有線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調したディジタルオーディオデータを使用することもできる。また、上記の実施の形態では、インパルスノイズ抑制回路は、インパルスノイズを検出したとき、１つ前に入力されたディジタルオーディオデータに置換したが、１つ後に入力されたディジタルオーディオデータに置換することもできる。また、誤り検出訂正器４や、これに代替して使用される誤り検出器としては、公知の種々のものを使用することができる。

図１は、本発明の１実施形態のインパルスノイズ抑制装置のブロック図である。 図２（ａ）は、図１の誤り検出訂正器が発生する誤り検出信号を示し、図２（ｂ）は、この誤り検出信号に応動した図１のインパルスノイズ抑制回路の動作状態を示す図である。 図３（ａ）は図１のインパルスノイズ抑制回路に入力されるインパルスノイズを示し、図３（ｂ）はインパルスノイズ抑制回路によってインパルスノイズを抑制した状態を示す。

符号の説明

４ 誤り検出訂正器
６ インパルスノイズ抑制回路
８ 開閉スイッチ

Claims (4)

1. 誤り検出ビットが付加されたディジタルオーディオデータが入力され、このディジタルオーディオデータの誤りを検出する誤り検出手段と、
   前記ディジタルオーディオデータが入力され、前記誤り検出手段が誤りを検出したとき、所定時間にわたって作動し、この作動中でもインパルスノイズが不存在のとき、信号補正を行わないインパルスノイズ除去手段とを、
   具備するインパルスノイズ抑制装置。
2. 請求項１記載のインパルスノイズ抑制装置において、前記インパルスノイズ除去手段は、入力されたディジタルオーディオデータのレベルが、このデータの前後に入力されたディジタルオーディオデータのレベルより突出しているとき、前記入力されたディジタルオーディオデータを、これの前後に入力されたディジタルオーディオデータの一方に置換するインパルスノイズ抑制装置。
3. 請求項１記載のインパルスノイズ抑制装置において、前記ディジタルオーディオデータは、無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調されたものであるインパルスノイズ抑制装置。
4. 請求項１記載のインパルスノイズ抑制装置において、前記誤り検出手段は、誤りが検出されたとき、前記ディジタルオーディオデータの訂正を行うインパルスノイズ抑制装置。

Images