JP4437058B2 - ノイズ除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ装置等に用いられるノイズ除去装置に関する。

従来から、オーディオ信号の周波数特性を解析してイコライザの設定を自動で行うオーディオ装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。これらのオーディオ装置では、オーディオ信号の内容がボーカルに対応したものか器楽曲に対応したものかを判定してイコライザの設定が行われたり、オーディオ信号に対応する演奏曲がクラシック、ジャズ、ポップスのいずれに該当するかを判定してイコライザの設定が行われたりする。これにより、利用者は、オーディオ信号の内容が変化したときにその都度手動でイコライザの設定を変える必要がなく、操作性を向上させることができる。
特開平１１−９５７５９号公報（第３−６頁、図１−５） 特開２００１−８５９６２号公報（第３−５頁、図１−４）

ところで、上述した従来のオーディオ装置では、オーディオ信号の内容を解析してその周波数特性に応じたイコライザの設定がなされるため、オーディオ信号の種類に対応して周波数帯域毎の利得が設定されるが、それぞれの周波数帯域成分の有無に応じたイコライザの設定を行っているわけではないため、音声帯域等を外れたノイズを十分に低減することができないという問題があった。例えば、オーディオ信号の内容を解析した結果ボーカルに対応したものであると判定された場合に、このボーカルに対応する各周波数帯域成分の利得が所定値に設定されるが、ボーカルに対応する各周波数帯域以外に含まれるノイズ等の不要成分は除去することが望ましい。しかし、ボーカルといっても女性／男性の別や、同じ女性あるいは男性であっても個人毎の声域によってボーカルに対応する周波数帯域には広狭があるため、この周波数帯域から外れるノイズ等の不要成分を完全に除去することはできない。また、上述した従来のオーディオ装置では、オーディオ信号の内容を解析してからイコライザの設定を変更するまでにある程度の時間がかかるため、オーディオ信号の内容が切り替わってから実際にイコライザの設定が変更されるまでに時間差があり、オーディオ音を聴取している利用者に違和感を与えるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、信号の内容にかかわらず不要な帯域に含まれるノイズを確実に除去することができ、利用者に与える違和感をなくすことができるノイズ除去装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のノイズ除去装置は、オーディオ信号の周波数特性を解析して、基準値以上の信号レベルを有する周波数帯域の下限周波数と上限周波数を判定する周波数解析手段と、オーディオ信号が入力されたときに、下限周波数と上限周波数の間に挟まれた周波数帯域の成分を通過させるフィルタとを備えている。オーディオ信号の周波数特性が解析されて信号成分が存在する下限周波数と上限周波数が判定されこれらに挟まれた周波数帯域成分のみが抽出されるため、信号の内容にかかわらず不要な帯域に含まれるノイズを確実に除去することができる。

また、上述した周波数解析手段の解析で用いられる基準値を利用者による操作指示に応じて設定する基準値設定手段をさらに備えることが望ましい。これにより、自動では設定不可能な利用者毎の好みを反映したノイズの除去が可能になる。

また、上述したオーディオ信号に対応するデジタルデータを一旦メモリに格納した後に読み出すメモリ制御手段をさらに備え、周波数解析手段は、メモリに格納されたデジタルデータを用いてオーディオ信号の周波数解析を行い、フィルタは、メモリから読み出されたデジタルデータに対して周波数帯域成分を通過させる処理を行うことが望ましい。これにより、オーディオ信号の内容が変化した場合であっても遅延することなく下限周波数と上限周波数を判定してこれらから外れる周波数帯域のノイズを、出力されるオーディオ音の内容に追随して正確に除去することが可能になり、利用者に与える違和感をなくすことができる。

また、上述したメモリは、可動部を有するオーディオ装置における音飛びを防止するために設けられたショックプルーフメモリであることが望ましい。ショックプルーフメモリを用いることにより、周波数特性の解析やオーディオ信号の内容に応じたリアルタイムな処理を実現するためだけにメモリを追加する必要がないため、構成の簡素化およびこれに伴うコストダウンが可能になる。

また、上述した周波数解析手段は、ショックプルーフメモリに格納されているデジタルデータが周波数解析手段による解析に必要なデータ量よりも少なくなったときに、それ以前に判定された下限周波数と上限周波数の値を維持することが望ましい。これにより、オーディオ装置に過大な振動が加わってショックプルーフメモリに格納された読み出し前のデータ量が少なくなって周波数特性解析が困難になった場合であっても、それ以前の設定でノイズの除去が継続されるため、急にノイズが増加して違和感が増大することを防止することができる。

以下、本発明のノイズ除去装置を適用した一実施形態のオーディオ装置としてのディスク再生装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態のディスク再生装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のディスク再生装置１は、スピンドルモータ１２、光ピックアップ１４、送りモータ１６、サーボ回路１８、ディスク装てん検出部２０、ＲＦアンプ３０、デジタル信号処理回路３２、ショックプルーフメモリ３４、ショックプルーフメモリコントローラ３６、デジタルフィルタ３８、Ｄ／Ａ（デジタル−アナログ）変換回路４０、システムコントローラ５０、操作部５２、周波数特性解析部６０を含んで構成されている。

スピンドルモータ１２は、ＣＤ（コンパクトディスク）１０を所定の線速度で回転させる。光ピックアップ１４は、ＣＤ１０に記録された信号を検出するものであり、半導体レーザとホトダイオードとが含まれている。送りモータ１６は、光ピックアップ１４をＣＤ１０の径方向に移動させる。サーボ回路１８は、スピンドルモータ１２および送りモータ１６を駆動するとともに、光ピックアップ１４に内蔵されたフォーカスレンズ（図示せず）を動かすことにより半導体レーザの焦点位置をＣＤ１０の記録面と垂直方向に移動させる。また、サーボ回路１８は、ＣＤ１０からの記録信号の読み取りに必要な各種のサーボ（フォーカスサーボ、トラッキングサーボ、回転サーボ）制御を行う。ディスク装てん検出部２０は、ＣＤ１０が装てんされたことを検出する。

ＲＦアンプ３０は、光ピックアップ１４の検出信号に基づいて、ＥＦＭ（Eight to Fourteen Modulation）信号、フォーカスエラー信号、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）制御信号等を作成するものであり、ディスク再生装置１に大きな振動や衝撃等が加わってトラックジャンプが発生すると、トラックジャンプ検出信号を出力する機能も有している。デジタル信号処理回路３２は、ＲＦアンプ３０から出力される信号に対して、同期検出およびＥＦＭ復調を行った後、ＣＩＲＣ（Cross Interleaved Reed-Solomon Code ）デコード処理を行い、デジタルのオーディオデータを出力する。なお、本明細書におけるオーディオデータとは、楽器等を演奏した場合に記録されるデータの他に、人間の音声のみのデータも含まれる。

ショックプルーフメモリ３４は、デジタル信号処理回路３２から出力されるデジタルのオーディオデータを一時記憶するためのものであり、一般にはＤＲＡＭが用いられる。ショックプルーフメモリコントローラ３６は、ショックプルーフメモリ３４に対するデータの読み書きを制御するものであり、デジタル信号処理回路３２から出力されるオーディオデータをショックプルーフメモリ３４に対して書き込む動作と、この書き込まれたオーディオデータを一定速度で読み出す動作を並行して行っている。また、ショックプルーフメモリコントローラ３６は、ショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のデータ量が所定量以上であるか以下であるかをシステムコントローラ５０に通知する。なお、この所定量は、周波数特性解析部６０による周波数特性の解析が可能なデータ量の最小値が用いられる（あるいはある程度の余裕をみてこの最小値よりも大きな値を用いるようにしてもよい）。

デジタルフィルタ３８は、ショックプルーフメモリコントローラ３６の制御によってショックプルーフメモリ３４から読み出されたオーディオデータの中から、有効な信号成分のみを抽出する。この信号成分抽出に必要な通過帯域の下限周波数と上限周波数は、オーディオデータの内容に応じて可変に設定される。また、この帯域通過処理を行うために、通過帯域の下限周波数がカットオフ周波数として設定されたハイパスフィルタと、通過帯域の上限周波数がカットオフ周波数として設定されたローパスフィルタを組み合わせてデジタルフィルタ３８が実現されている。Ｄ／Ａ変換回路４０は、デジタルフィルタ３８を通して入力されるオーディオデータをアナログ信号に変換して音楽の再生を行う。再生されたアナログ信号は、図示しないオーディオアンプによって増幅されてスピーカから出力される。

システムコントローラ５０は、サーボ回路１８に対して各種のサーボ指令を出力したり、デジタル信号処理回路３２から出力されるＴＯＣ（Table of Contents ）情報やその他のサブコードデータ等を受け取って解析することにより音楽再生に必要な各種の制御を行う。特に、システムコントローラ５０は、デジタルフィルタ３８の通過帯域の最小周波数と最大周波数を設定する。また、システムコントローラ５０は、ＲＦアンプ３０からトラックジャンプ検出信号が入力されると、その時点でデジタル信号処理回路３２から入力されたサブコード中のＱチャンネルデータに含まれる絶対時間を内蔵メモリに記憶するとともに、ショックプルーフメモリコントローラ３６に対してトラックジャンプ発生通知を行い、その後、光ピックアップ１４をジャンプ前の位置に戻す復帰制御を行い、復帰完了後に復帰通知をショックプルーフメモリコントローラ３６に向けて出力する。操作部５２は、利用者が操作指示を入力するためのものであり、各種のキースイッチやボリュームつまみ等が備わっている。

周波数特性解析部６０は、ショックプルーフメモリコントローラ３６によってショックプルーフメモリ３４に書き込まれたオーディオデータに基づいてその周波数特性を解析し、有効な信号成分が含まれる周波数帯域の下限周波数と上限周波数を判定する。例えば、周波数特性の解析は、所定個数のオーディオデータを用いて高速フーリエ変換処理を行うことにより各周波数成分毎の信号レベルを検出し、それぞれの信号レベルが基準値以上であるか否かを調べることによって行われ、基準値以上の信号レベルを有する周波数帯域の最小値が最小周波数として、最大値が最大周波数としてそれぞれ決定される。この基準値は、利用者の指示に応じて、システムコントローラ５０によって可変に設定される。利用者は、操作部５２を用いて基準値の高低を指示することができ（例えば、複数段階のいずれかをＵＰ／ＤＯＷＮキーや矢印キー等で選択することができる）、システムコントローラ５０は、この指示に応じた基準値を設定する。

例えば、上述したデジタル信号処理回路３２、ショックプルーフメモリ３４、ショックプルーフメモリコントローラ３６、デジタルフィルタ３８、Ｄ／Ａ変換回路４０、周波数特性解析部６０がオーディオ処理用のＤＳＰ（デジタル信号処理装置）によって実現されている。また、上述した周波数特性解析部６０が周波数特性解析手段に、システムコントローラ５０が基準値設定手段に、ショックプルーフメモリコントローラ３６がメモリ制御手段にそれぞれ対応する。

本実施形態のディスク再生装置１はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。

図２は、本実施形態のディスク再生装置１においてオーディオデータの内容に基づいてデジタルフィルタ３８の特性の自動設定を行う動作手順を示す流れ図である。システムコントローラ５０は、ディスク装てん検出部２０による検出結果を監視することによりＣＤ１０が装てんされたか否かを判定しており（ステップ１００）、ＣＤ１０が装てんされるまでこの判定を繰り返す。ＣＤ１０が装てんされるとステップ１００において肯定判断が行われ、次に、システムコントローラ５０は、サーボ回路１８に指示を送って送りモータ１６を駆動することにより、光ピックアップ１４をＣＤ１０の内周近傍に移動してリードインの領域に記録された信号を読み取り、このリードインに含まれているＴＯＣ情報を内蔵メモリに格納する（ステップ１０１）。そして、システムコントローラ５０は、この読み取ったＴＯＣ情報に基づいて、ＣＤ１０に記録された１曲目の先頭から再生を開始する（ステップ１０２）。具体的には、システムコントローラ５０は、サーボ回路１８に指示を送って送りモータ１６を駆動し、光ピックアップ１４をＣＤ１０の１曲目の先頭位置に移動させるとともに、サーボ回路１８によってスピンドルモータ１２を２倍速以上の線速度で回転させる。以後、サーボ回路１８によって回転サーボ、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボがかかった状態でＣＤ１０から２倍速以上で記録信号が読み取られ、デジタル信号処理回路３２によって所定の復調処理およびデコード処理が行われてオーディオデータが出力される。このオーディオデータは、ショックプルーフメモリコントローラ３６の制御によりショックプルーフメモリ３４に書き込まれる。また、このオーディオデータの書き込み動作と並行して、ショックプルーフメモリ３４からはオーディオデータの読み出しも行われており、ショックプルーフメモリコントローラ３６の制御により読み出されたデータは、デジタルフィルタ３８およびＤ／Ａ変換回路４０を介することにより、アナログの信号に変換されて音楽の再生が行われる。

また、このオーディオデータの再生動作と並行して、システムコントローラ５０は、ショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のオーディオデータのデータ量が所定量以上に達したか否かを判定する（ステップ１０３）。再生開始直後はショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のオーディオデータは少ないため否定判断が行われてこの判定が繰り返される。また、読み出し前のオーディオデータのデータ量が所定量を超えるとステップ１０３において肯定判断が行われ、次に、周波数特性解析部６０は、ショックプルーフメモリ３４に格納されているオーディオデータに基づいて周波数特性の解析を行い（ステップ１０４）、オーディオデータの有効成分が含まれる下限周波数と上限周波数を判定する（ステップ１０５）。

図３は、下限周波数と上限周波数の判定動作の説明図である。図３において、横軸は周波数に、縦軸は信号レベルにそれぞれ対応している。ステップ１０４における周波数特性解析の結果として図３に示すような周波数特性が得られると、周波数特性解析部６０は、これらの周波数特性における各周波数成分毎の信号レベルと基準値Ｒとを比較し、基準値Ｒを超える信号レベルを有する周波数成分の下限周波数Ｆmin と上限周波数Ｆmax とを決定する。上述したように、この判定に用いられる基準値Ｒは利用者の指示に基づいて可変に設定されるものであり、自動では設定不可能な利用者毎の好みを反映させることができる。

システムコントローラ５０は、判定された下限周波数を用いてデジタルフィルタ３８に含まれるハイパスフィルタのカットオフ周波数を設定するとともに、判定された上限周波数を用いてローパスフィルタのカットオフ周波数を設定する（ステップ１０６）。以後、ショックプルーフメモリ３４から読み出されたオーディオデータに対して、このオーディオデータに基づいて設定されたデジタルフィルタ３８を通す処理が行われる。

図４は、デジタルフィルタ３８を通した後のオーディオデータの周波数特性を示す図である。デジタルフィルタ３８では、ハイパスフィルタのカットオフ周波数がＦmin に、ローパスフィルタのカットオフ周波数がＦmax にそれぞれ設定されるため、Ｆmin からＦmax までの範囲に含まれる周波数成分のみが選択的に出力され、この範囲から外れるノイズ成分は除去される。

次に、システムコントローラ５０は、再生が終了したか否かを判定する（ステップ１０７）。最後の曲に対応するオーディオデータの再生が全て終了した場合や、再生の途中で再生の中止が指示された場合等においては肯定判断が行われ、再生に関する一連の処理が終了する。また、再生終了でない場合にはステップ１０７の判定において否定判断が行われ、次に、システムコントローラ５０は、ショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のオーディオデータのデータ量が所定量以上であるか否かを判定する（ステップ１０８）。所定量以上が維持されている場合には肯定判断が行われ、ステップ１０４に戻って周波数解析処理以降の動作が繰り返される。また、再生動作の途中においてショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のオーディオデータのデータ量が所定量を下回るとステップ１０８において否定判断が行われ、次に、システムコントローラ５０は、デジタルフィルタ３８の設定を維持する指示を行い（ステップ１０９）、その後ステップ１０８の判定を繰り返す。

このように、本実施形態のディスク再生装置１では、オーディオデータの周波数特性が解析されて信号成分が存在する下限周波数と上限周波数が判定され、これらに挟まれた周波数帯域成分のみが抽出されるため、信号の内容にかかわらず不要な帯域に含まれるノイズを確実に除去することができる。

また、周波数特性解析部６０の解析で用いられる基準値を利用者による操作指示に応じて設定することにより、自動では設定不可能な利用者毎の好みを反映したノイズの除去が可能になる。

また、オーディオデータを一旦格納するショックプルーフメモリ３４を備え、このショックプルーフメモリ３４に格納されたオーディオデータを用いて周波数特性の解析が行われるため、オーディオデータの内容が変化した場合であっても遅延することなく下限周波数と上限周波数を判定してこれらから外れる周波数帯域のノイズを、出力されるオーディオデータの内容に追随して正確に除去することが可能になり、利用者に与える違和感をなくすことができる。特に、可動部を有するオーディオ装置としてのディスク再生装置１における音飛びを防止するために設けられたショックプルーフメモリ３４を用いることにより、周波数特性の解析やオーディオデータの内容に応じたリアルタイムな処理を実現するだけのためにメモリを追加する必要がないため、構成の簡素化およびこれに伴うコストダウンが可能になる。

また、ショックプルーフメモリ３４に格納されているオーディオデータのデータ量が周波数特性解析部６０による解析に必要なデータ量よりも少なくなったときに、それ以前に判定された下限周波数と上限周波数の値を維持してデジタルフィルタ３８の設定が行われるため、ディスク再生装置１に過大な振動が加わってショックプルーフメモリ３４に格納された読み出し前のデータ量が少なくなって周波数特性解析が困難になった場合であっても、それ以前の設定でノイズの除去が継続されるため、急にノイズが増加して違和感が増大することを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、ディスク再生装置１におけるノイズ除去について説明したが、ディスク再生装置１以外の各種オーディオ装置におけるノイズ除去についても本発明を適用することができる。例えば、ＣＤやＭＤ等の再生機構が一体になったカーオーディオ装置等においてノイズを除去したり、家庭用のステレオ装置においてノイズを除去する場合が考えられる。

また、上述した実施形態ではディスク再生装置１内に周波数特性解析部６０等を設けてノイズを除去したが、例えばディスク再生装置１やその他のオーディオ装置が接続されるアンプ内で同様のノイズ除去を行うようにしてもよい。この場合には、ショックプルーフメモリ３４の代わりにノイズ除去用の専用のメモリを用いればよい。

一実施形態のディスク再生装置の構成を示す図である。 本実施形態のディスク再生装置においてオーディオデータの内容に基づいてデジタルフィルタの特性の自動設定を行う動作手順を示す流れ図である。 下限周波数と上限周波数の判定動作の説明図である。 デジタルフィルタを通した後のオーディオデータの周波数特性を示す図である。

符号の説明

１ ディスク再生装置
１２ スピンドルモータ
１４ 光ピックアップ
１６ 送りモータ
１８ サーボ回路
３０ ＲＦアンプ
３２ デジタル信号処理回路
３４ ショックプルーフメモリ
３６ ショックプルーフメモリコントローラ
３８ デジタルフィルタ
４０ Ｄ／Ａ変換回路
５０ システムコントローラ
５２ 操作部
６０ 周波数特性解析部

Claims (5)

1. オーディオ信号の周波数特性を解析して、基準値以上の信号レベルを有する周波数帯域の下限周波数と上限周波数を判定する周波数解析手段と、
   前記オーディオ信号が入力されたときに、前記下限周波数と前記上限周波数の間に挟まれた周波数帯域の成分を通過させるフィルタと、
   を備えることを特徴とするノイズ除去装置。
2. 請求項１において、
   前記周波数解析手段の解析で用いられる前記基準値を利用者による操作指示に応じて設定する基準値設定手段をさらに備えることを特徴とするノイズ除去装置。
3. 請求項１または２において、
   前記オーディオ信号に対応するデジタルデータを一旦メモリに格納した後に読み出すメモリ制御手段をさらに備え、
   前記周波数解析手段は、前記メモリに格納されたデジタルデータを用いて前記オーディオ信号の周波数解析を行い、
   前記フィルタは、前記メモリから読み出されたデジタルデータに対して周波数帯域成分を通過させる処理を行うことを特徴とするノイズ除去装置。
4. 請求項３において、
   前記メモリは、可動部を有するオーディオ装置における音飛びを防止するために設けられたショックプルーフメモリであることを特徴とするノイズ除去装置。
5. 請求項４において、
   前記周波数解析手段は、前記ショックプルーフメモリに格納されているデジタルデータが前記周波数解析手段による解析に必要なデータ量よりも少なくなったときに、それ以前に判定された前記下限周波数と前記上限周波数の値を維持することを特徴とするノイズ除去装置。
   

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