JP4642820B2 - 雑音抑圧装置、ｆｍ受信装置、及びｆｍ受信装置調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波通信等の受信信号に雑音が混入した信号から雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置に関し、特にＦＭ受信装置のノイズキャンセル技術に関するものである。

従来の雑音抑圧技術において、最もよく引合いに出される手法としてスペクトルサブトラクション法やウィナーフィルタ法が代表的である。その手法は、雑音が混入した時系列信号を入力として、音声の含まれない時間区間を雑音区間として雑音スペクトルを推定し、その雑音成分だけを入力信号から減算することを基本原理としている。いずれの手法においても、雑音抑圧量を調整するために推定した雑音スペクトルに倍率定数である係数αを掛合わせるのが一般的である。

｜Ｙ（ｆ）｜＝｜Ｘ（ｆ）｜−α｜Ｎ（ｆ）｜

数式中、Ｘ（ｆ）は入力信号スペクトル、Ｎ（ｆ）は推定雑音スペクトル、Ｙ（ｆ）は雑音抑圧後の信号スペクトルを表し、｜Ｘ（ｆ）｜は入力信号スペクトルＸ（ｆ）の振幅スペクトル、あるいはパワースペクトルを示す。｜Ｎ（ｆ）｜及び｜Ｙ（ｆ）｜も同様に、それぞれ、Ｎ（ｆ）及びＹ（ｆ）の振幅スペクトル、あるいはパワースペクトルを示す。

図１２は、スペクトルサブトラクション法を用いた雑音抑圧装置の構成例を示すブロック図である。簡単に説明すると、雑音抑圧装置は、雑音ｎ（ｔ）が混入した時系列信号（ｘ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋ｎ（ｔ））を入力として、入力信号ｘ（ｔ）を周波数変換部１００１でスペクトル信号Ｘ（ｆ）に変換するとともに、音声／雑音判別部１００２にも同時に入力し、音声／雑音判別部１００２で入力信号ｘ（ｔ）から雑音区間を抽出する。雑音推定部１００３では、音声／雑音判別部１００２で抽出された雑音区間のスペクトル信号を学習することで推定雑音スペクトルＮ（ｆ）を生成し、雑音抑圧部１００４で入力信号スペクトルＸ（ｆ）から推定雑音スペクトルＮ（ｆ）の減算を行う。減算後、周波数逆変換部１００５でスペクトル信号Ｙ（ｆ）から時系列信号ｙ（ｔ）を復元する。

さらに、雑音抑圧後の信号スペクトルの値が所定値より小さくならないようにするクリッピング処理を行ったり、音声スペクトルの歪みを低減させるため雑音抑圧後の信号スペクトルを移動平均などによる平滑化処理を行ったりして、推定雑音スペクトルの推定誤差による処理異音の発生や認識率の低下を抑える手法が提案されている（特許文献１参照）。

図１３は、スペクトルサブトラクション法を用いた雑音抑圧時にクリッピング処理を行う雑音抑圧装置の構成例を示すブロック図である。雑音抑圧部１００４'で減算処理を行う際、雑音スペクトルの減算結果が所定値以下にならないようなクリッピング処理を行ない、さらにスペクトル補正部１００６において移動平均処理などによって平滑化スペクトル信号Ｚ（ｆ）を得る。なお、以下の式において、αは係数であり、Ｔｈは閾値を示す。

｜Ｙ'（ｆ）｜＝ｍａｘ（｜Ｘ（ｆ）｜−α｜Ｎ（ｆ）｜、Ｔｈ）

一方で、雑音抑圧処理を行う対象信号がＦＭラジオ放送の受信信号である場合を考えると、時々刻々と変化する電界強度に合わせて雑音の特性も変化し、さらにそもそもＦＭラジオ放送などのように無音区間がほとんどない信号から雑音区間を抽出して雑音スペクトルを推定することが非常に困難である。一方で、雑音の発生要因として受信機、特にＲＦの構成素子から発生する熱雑音に着目した場合、受信電界の強度により雑音の発生要因となる素子が異なるため、電界強度毎の雑音スペクトルを予め算出しパターン化することができる。図１４は、電界強度ごとの雑音スペクトルパターンを格納しておき、スペクトルサブトラクション法を用いて雑音を抑圧する雑音抑圧装置の構成を示すブロック図である。この例では、電界強度ごとに雑音スペクトルをパターン化しておくことで、高い雑音抑圧効果を得ている（特許文献２参照）。この例では、図１２に示した音声／雑音判別部１００２を備える代わりに、入力信号とともに電界強度を表す電界信号Ｓ（ｔ）を入力として、雑音推定部１００３では電界信号Ｓ（ｔ）に基づいてパターンテーブル１００７に格納しているパターンデータを読み出すことで雑音スペクトルの推定を行う。
特開２００２−２２１９８８号公報 特許第２７６０２４０号公報

しかしながら、特許文献２に示すように、予め算出した雑音スペクトルをパターンデータとして格納しておき推定雑音スペクトルに用いる場合、実際に発生する雑音特性がＲＦ毎の個体差によってばらつくため、パターンテーブル１００７より読み出した雑音スペクトルパターンと、実際に発生している雑音スペクトルに差異が生じることによって所望の雑音抑圧効果が得られないなど、セット間で雑音抑圧性能にばらつきが生じるという問題がある。図１５（ａ）は、ＲＦ毎の入出力特性のばらつきを示す図である。図１５（ｂ）は、同一電界における雑音スペクトルのばらつきを示す図である。図１６は、電界強度１０［ｄＢｕＶ］の場合を例にパターンテーブル１００７に格納されている雑音スペクトルパターンと実際にＲＦのサンプルごとに発生している雑音スペクトルのずれを示す図である。図１６において、サンプルＢ（破線）の雑音スペクトルはパターンテーブル１００７内の雑音スペクトルパターン（太い実線）とほぼ一致しているのに対し、サンプルＡ（実線）の雑音スペクトルは雑音スペクトルパターンと大きくずれている。この状態で雑音抑圧を行った場合、実際の雑音スペクトルよりもレベルが小さい雑音スペクトルパターンで減算することになるため、抑圧量が不足し抑圧性能の低下につながる。逆に、雑音スペクトルパターンが実際の雑音スペクトルよりも大きいレベルになってしまうと、過度の引き去りによって処理異音の発生要因になってしまう。

ＲＦの個体差を解消するためには、現行ＲＦを改良してばらつきの少ない高品質な構成素子を用いる必要があり、大幅なコストアップにつながってしまう。また、ＲＦの高性能化を行わず、調整工程において雑音スペクトルを再算出しパターンデータを再構築するにしても、非常に大きな工数が必要となってしまうという課題がある。

前記課題を解決するために、本発明の雑音抑圧装置は、FM変調された放送信号を受信して得られるオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置であって、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出手段と、受信する放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段と、受信した放送信号の電界強度を示すデータを取得し、取得したデータに示される電界強度に対応する前記雑音成分のスペクトルパターンを前記パターンデータ格納手段から読み出し、前記オーディオ信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定手段と、前記オーディオ信号から、前記雑音推定手段で推定した前記雑音成分を抑圧する雑音抑圧手段と、を備え、前記雑音成分のスペクトルパターンに対応付けられている電界強度は、（ａ）前記レベル算出手段により算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正されていることを特徴とする。

なお、本発明はこのような雑音抑圧装置として実現することができるだけでなく、この雑音抑圧装置を備えたＦＭ受信装置として構成してもよく、また、このような雑音抑圧装置が備える特徴的な手段をステップとする雑音抑圧方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、ＬＳＩ(Large Scale Integration)等の半導体ＩＣ(Integrated Circuit)として実現することもできる。

本発明によれば、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号による簡単な調整で、本雑音抑圧装置が対象とする全ての電界強度においての最適化調整が可能であり、工場における調整工程への影響なく実用化が可能である。本発明によれば、基本的に１つのテスト信号だけを使って、対応する１つの電界強度と算出される１つの雑音レベルとの組から、あらかじめ格納されている全ての雑音スペクトルパターンと電界強度との対応付けのずれを補正することができるので、雑音スペクトルパターンの最適化に要する工数を最低限にとどめることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の雑音抑圧装置を用いたＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。図１のＦＭ受信装置は、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を入力として実際に得られたオーディオ信号に含まれる雑音レベルと、前記テスト信号を入力としたときに本来算出されるべき雑音レベルとの差分から補正値を算出して、雑音スペクトルパターンと電界強度との対応付けを補正する雑音抑圧装置を備えるＦＭ受信装置であって、ＲＦ１、Ａ／Ｄ(Analogue/Digital)コンバータ２、ＩＦ(Intermediate Frequency)信号処理部３、ＦＭ復調部４、電界強度検出部５、雑音抑圧装置６、オーディオ信号処理部７、レベル算出部８、補正値算出部９及び、モニタ１０を備える。さらに、雑音抑圧装置６は、周波数変換部６１、雑音推定部６３、雑音抑圧部６４、周波数逆変換部６５、及びパターンテーブル６７を備える。ＲＦ１は、図には記載していないアンテナで受信したラジオ信号を入力として、ラジオ信号（ＲＦ信号）を中間周波信号（ＩＦ信号）に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２は、ＲＦ１により得られたアナログのＩＦ信号を、デジタルＩＦ信号へと変換する。以後、ＩＦ信号処理部３は、デジタル化されたＩＦ信号を、複素ベースバンド信号（複素ＢＢ信号）へと変換する。ＦＭ復調部４は、複素ＢＢ信号をオーディオ信号へと変換し、具体的にはＦＭ変調された信号を復調してＦＭコンポジット信号に変換する機能と、ＦＭコンポジット信号からステレオパイロット信号を除去しオーディオ信号へと変換する機能を有する。ここで、アンテナ、ＲＦ１、Ａ／Ｄコンバータ２、ＩＦ信号処理部３、ＦＭ復調部４は、ＦＭ変調された放送信号を受信してＦＭ復調を行うＦＭ復調手段の一例である。その後、雑音抑圧装置６はオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧し、次いで、オーディオ信号処理部７は、音声／オーディオ信号を出力する。オーディオ信号処理部７は、一般的にＦＭ受信装置でよく用いられるステレオセパレーション制御や高域カット制御、ボリューム制御等の機能を有する。本実施の形態１のＦＭ受信装置は、雑音抑圧装置６をステレオセパレーション処理を行う前に適用するので、Ｌ／Ｒ信号ではなくＬ＋Ｒ／Ｌ−Ｒ信号を入力とすることになる。一般的に、ＦＭステレオ信号ではＬ＋Ｒ信号よりＬ−Ｒ信号の方に雑音が多く存在することから、本実施の形態１のＦＭ受信装置ではステレオセパレーション処理により雑音が分散するＬ／Ｒ信号ではなく、Ｌ＋Ｒ／Ｌ−Ｒ信号に対して雑音抑圧処理を行うので、より効率よく雑音成分を抑圧することができる。もちろん、オーディオ信号処理部７の有する機能の一部、あるいは全てを、雑音抑圧装置６の前段で処理する構成でも構わない。

なお図１のＦＭ受信装置は、近年車載用ラジオチューナにおいて主流となりつつあるデジタル信号処理による復調方式を用いたＤＩＦチューナの構成を前提に記載しているため、Ａ／Ｄコンバータ２を用いているが、本発明の雑音抑圧装置はデジタル／アナログの構成は問わない。アナログ構成の場合、Ａ／Ｄコンバータ２は不要となる。さらに、図２は、本発明の雑音抑圧装置を用いたＦＭ受信装置の他の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、雑音抑圧装置６の前段でＡ／Ｄ変換を行い、雑音抑圧処理のみをデジタル信号処理で行ってもよい。もちろん、レベル算出部８に入力されるオーディオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ２によりデジタル化された信号としてもよい。

続いて、雑音抑圧装置６の処理について説明する。ＦＭ復調されたオーディオ信号を入力として周波数変換部６１で入力信号スペクトルに変換するのと同時に、電界強度検出部５で検出された電界信号を入力として雑音推定部６３で推定雑音スペクトルを算出する。雑音推定には、予め電界強度毎の雑音特性を測定しパターン化した雑音スペクトルパターンを格納しているパターンテーブル６７から入力電界強度に応じたスペクトルパターンを読み出して算出する。ここで、パターンテーブル６７は、受信電界強度ごとに定められる前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段の一例である。また、雑音推定部６３は、受信した放送信号の電界強度を示すデータを取得し、取得したデータに示される電界強度に対応する前記雑音スペクトルパターンを前記パターンデータ格納手段から読み出し、前記オーディオ信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定手段の一例であり、雑音抑圧部６４は、前記オーディオ信号に含まれる、推定した前記雑音成分を抑圧する雑音抑圧手段の一例である。雑音抑圧部６４は、減算処理によって入力信号スペクトルに含まれる雑音成分を除去し、周波数逆変換部６５によって時系列のオーディオ信号に復元する。周波数変換／周波数逆変換については従来からよく知られたＦＦＴ(Fast Fourier Transform)／ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)を使うのが一般的であるが、周知の技法であるので、その詳細な説明については省略する。

ここで、一般的なＦＭ受信装置においては、工場出荷時において各セットの調整を行うために、ラジオ信号の代わりに既知のテスト信号を入力して各種パラメータの最適化を行うことが通常である。例えば、電界強度検出部５の最適化を行うためには、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号をＦＭラジオ受信装置に入力して、電界強度検出部５で所望の電界信号が算出されるように回路素子やレジスタ設定値の調整を行う。

本雑音抑圧装置６においては、パターンテーブル６７に格納されている雑音スペクトルパターンを、ＦＭ受信装置のセット毎に、ＲＦ１の雑音特性に一致させる調整が必要となる。

ここで、ＦＭ受信装置における入力電界強度と出力信号レベルの関係を仔細に分析すると、出力レベルが入力電界に比例して変化する電界エリアがあることがわかる。図３（ａ）は、ある２つのサンプル（ＦＭ受信装置）における入力電界強度と出力信号の信号レベルと雑音レベルとの関係の一例を示す入出力特性を示すグラフである。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した２つの入出力特性の一部を拡大して示す図である。図３（ｂ）に示すように、入力電界強度と出力雑音レベルとが比例関係にある電界エリア（電界強度の範囲）を拡大すると、入力電界強度の変化量と出力雑音レベルの変化量とが一致していることがわかる。これは即ち、入力電界強度に対する出力雑音レベルの誤差を、ある単一の入力電界強度において基準となる雑音レベルと、調整するＦＭ受信装置において、同電界強度に対して算出される雑音レベル値との差分をもって調整可能であることを示している。

具体的に雑音スペクトルパターンの調整には、ある所定電界強度に対応する無変調信号（無音信号をＦＭ変調した信号）をテスト信号としてＲＦ１に入力し、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号をレベル算出部８に入力して、雑音レベルを算出する。ここで、入力されるテスト信号は無変調信号であるので、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号は無音信号であるため、前記オーディオ信号の信号レベルは雑音レベルそのものである。

レベル算出部８は、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を入力として得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例であり、また、無音信号が伝送されあらかじめ定められた電界強度で受信した放送信号を模擬して生成された前記テスト信号を入力として得られる信号に含まれる雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例である。レベル算出部８は、本実施の形態では、算出した雑音レベルをＦＭ受信装置の外部に接続されたモニタ１０に出力する。このモニタ１０は、工場出荷時の調整時にのみＦＭ受信装置に接続されるモニタであり、レベル算出部８から出力された雑音レベルを表示する。外部からＦＭ受信装置の調整をモニタリングしているオペレータは、モニタ１０に表示された雑音レベルを補正値算出部９に再入力する。

補正値算出部９は、前記レベル算出手段により算出された雑音レベルを用いて、前記パターンデータ格納手段に格納されている雑音スペクトルパターンと電界強度との対応付けを補正する補正手段の一例であり、本実施の形態では、パターンテーブル６７に格納されている雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度の補正値を算出し、雑音推定を行う際の最適化パラメータとして使用する。具体的な補正法の一例として、実際に算出した雑音レベルと本来算出されるべき基準雑音レベルとの差分値を、雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度の補正値として用いる。補正値算出部９は、前記レベル算出手段により実際に算出された前記雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとを比較し、前記比較結果を用いて、前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を補正する補正手段に相当する。また、補正値算出部９は、前記レベル算出手段により実際に算出された前記雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分を算出し、算出された前記差分値そのものを補正量として前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を補正する補正手段に相当する。より具体的には、オペレータにより入力された雑音レベルと、テスト信号に対してあらかじめ算出された基準雑音レベルとの差分を算出する。補正値算出部９は、算出した差分値を、雑音推定部６３がパターンテーブル６７から雑音スペクトルパターンを読み出す際に入力する電界強度の補正値（オフセット）として用いる。図３（ｂ）に示す入出力特性を用いて説明すると、ある単一の入力電界強度において算出される出力雑音レベルの差分（縦軸方向の差分）はそのまま算出された出力雑音レベルを出力する入力電界強度の差分（横軸方向の差分）に相当している。そこで、補正値算出部９ではパターンデータ作成時の雑音レベル（基準雑音レベル）を記憶しておき、同電界強度に対応するテスト信号を入力とした時に算出される雑音レベルと、記憶している基準雑音レベルとの差分値を補正値として算出する。雑音レベルの差分である補正値を雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度の補正値（オフセット）として雑音推定を行う。図４は、電界強度１０［ｄＢｕＶ］の場合を例に、図１５（ａ）で説明したサンプルＡに対する雑音スペクトルパターンを補正した結果を示す図である。補正前は、受信電界強度が１０［ｄＢｕＶ］のときの雑音スペクトルを、１０［ｄＢｕＶ］の雑音スペクトルパターンを読み出して推定し、実際の雑音スペクトルとずれが発生していた。これに対し、本実施の形態１の雑音抑圧装置６では、次のように雑音スペクトルパターンの読み出しを補正する。例えば調整を行うあらかじめ定められた電界強度を２０［ｄＢｕＶ］と定めた場合、図１５（ａ）から、基準雑音レベルは−３７［ｄＢ］と記憶され、サンプルＡにテスト信号を入力したときに雑音レベルは−３２［ｄＢ］と算出される。従って、サンプルＡの雑音レベルは、基準雑音レベルよりも５［ｄＢ］高いことが分かる。従って、補正値算出部９はサンプルＡに対する補正値を＋５［ｄＢｕＶ］とし、前述の図４の例では、受信電界強度が１０［ｄＢｕＶ］のときの雑音スペクトルを、電界強度が１５［ｄＢｕＶ］の雑音スペクトルパターンを読み出すように補正して推定する。

図５は、図１に示したＦＭ受信装置における雑音レベルを用いた調整方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１に示したように、ある所定電界強度に対応する無変調信号（無音信号をＦＭ変調した信号）をテスト信号としてＲＦ１に入力し（Ｓ１３１）ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号をレベル算出部８に入力して、雑音レベルを算出する（Ｓ１３２）。ここで、入力されるテスト信号は無変調信号であるので、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号は無音信号であるため、前記オーディオ信号の信号レベルは雑音レベルそのものである。レベル算出部８は、算出した雑音レベルをＦＭ受信装置の外部に接続されたモニタ１０に出力する。外部からＦＭ受信装置の調整をモニタリングしているオペレータは、モニタ１０に表示された雑音レベルを補正値算出部９に再入力する。補正値算出部９は、実際に算出した雑音レベルと本来算出されるべき基準雑音レベルとの差分を算出し（Ｓ１３３）算出した差分値を、雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度の補正値として用いる（Ｓ１３４）。

なお、図１の構成では、オペレータがモニタ１０に表示された雑音レベルを補正値算出部９に再入力するとしたが、雑音レベルをモニタして再入力する工程は、調整治具やコンピュータプログラムを用いて自動化することは可能である。図１の構成のように、雑音レベルを外部でモニタして手動、あるいは自動的に再入力する構成であれば、補正値算出部９などの各処理部は、内部処理として実動作時であるか調整工程時であるかの判別をする必要がない。

図６は、レベル算出部８と補正値算出部９との間に外部から調整工程モードであることを示す制御信号を入力する場合の構成の一例を示すブロック図である。図６のように調整工程モードであることを補正値算出部９に認識させれば、雑音レベルの算出から補正値を算出する際に、実動作時であるか調整工程時であるかの判別をする必要がある反面、オペレータなどの人手による雑音レベルの再入力を行う工程を省くことができる。前記制御信号の入力位置は、レベル算出部８と補正値算出部９との間に限定されず、ＦＭ復調部４とレベル算出部８の間でもよく、また、算出した補正値を雑音推定部６３、あるいはパターンテーブル６７に反映させてしまえば、補正値算出部９の出力位置でも構わない。

図７は、外部にレベル測定部１１を備えるとした場合のＦＭ受信装置の構成の一例を示すブロック図である。図７のようにレベル算出部８を設けず、ＦＭ復調後のオーディオ信号をそのまま出力し、測定器など外部に備えたレベル測定部１１で人手によるレベル測定を行い、測定したレベルを補正値算出部９に再入力する構成としてもよい。このような構成にすることによって、レベル算出部８のように工場出荷後には不要となる余分な構成要素を削減することができる。

図８は、ＦＭ受信装置の工場出荷時の調整を行う調整装置をＦＭ受信装置の外部に接続した場合のシステム構成を示す図である。図８では、さらに補正値算出部９もＦＭ受信装置の構成要素から削減し、工場出荷時の調整に関する構成要素を調整装置として別途構成し、ＦＭ受信装置の外部に接続して調整を行うシステム構成の一例を示している。図８において、調整装置は、レベル測定部１１、補正値変換部１２、及びテスト信号入力部１３を備える。テスト信号入力部１３は、あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を前記ＦＭ受信装置に入力するテスト信号入力手段の一例であり、ある所定電界強度に対応するテスト信号をＲＦ１に入力し、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号を観測し、レベル測定部１１に入力して信号レベルを測定する。ここで、入力されるテスト信号は無変調信号であるので、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号は無音信号であるため、前記オーディオ信号の信号レベルは雑音レベルそのものである。レベル測定部１１は、前記テスト信号を入力として、前記ＦＭ復調手段により得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例である。補正値変換部１２は、前記レベル算出手段により算出された雑音レベルを用いて、前記パターンデータ格納手段に格納されている雑音スペクトルパターンと電界強度との対応付けを補正する補正手段の一例であり、補正値算出部９と同様にして補正値を算出する。本構成例の場合、調整工程を調整装置、あるいは調整装置の処理プログラムを実行するコンピュータなどによって容易に自動化できるため、複数の電界強度に対応するテスト信号を用いた調整を行うことができる。この場合、レベル測定部１１は、対応する電界強度の異なる２つの前記テスト信号をそれぞれ入力として得られる信号の雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例である。また、補正値変換部１２は、前記レベル算出手段により実際に算出された各前記雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき各雑音レベルとのそれぞれの差分を算出し、前記各差分値と前記各テスト信号が対応する電界強度との比例係数を算出し、前記比例係数を用いて、前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を補正する補正手段の一例である。これにより、調整するＦＭ受信装置において、入力電界強度の変化分△Ｘと出力雑音レベルの変化分△Ｙとが△Ｙ＝△Ｘの関係にない（傾きが１ではない）場合であっても、入力電界強度と出力雑音レベルとが比例関係にある帯域では、２点間の傾きを算出して、適正な補正値を算出することができる。このような構成とすることによって、パターンデータ作成時に想定した入出力特性の傾度と調整するＦＭ受信装置の入出力特性の傾度とが一致しない場合でも、追従性良く調整を行うことができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２のＦＭ受信装置と実施の形態１のＦＭ受信装置との主な相違点は、実施の形態２のＦＭ受信装置は調整工程モードであることを示す制御信号に従って雑音抑圧装置６及びオーディオ信号処理部７の機能をオフにする構成を備えることである。雑音抑圧装置６及びオーディオ信号処理部７の機能をオフにすることにより、テスト信号を入力したときのＦＭ受信装置の出力信号をそのまま雑音レベルの測定に用いることができ、ＦＭ復調部４が出力するオーディオ信号などの途中信号をＦＭ受信装置の外に引き出す構成をとる必要がなくなる。

具体的には、本実施の形態２のＦＭ受信装置は、図７に示したＦＭ受信装置の構成に加えて、さらに、機能ＯＦＦ部１４、機能ＯＦＦ部１５及びレベル測定部１６を備える。機能ＯＦＦ部１４は、外部から入力される調整工程モード制御信号により雑音抑圧装置６の機能をＯＦＦにするスイッチである。機能ＯＦＦ部１５は、外部から入力される調整工程モード制御信号により、オーディオ信号処理部７の機能をＯＦＦにするスイッチである。機能ＯＦＦ部１４は、前記雑音抑圧手段の機能を停止させる雑音抑圧機能停止手段の一例である。レベル測定部１６は、前記ＦＭ受信装置により前記雑音抑圧手段の機能が停止されている状態で得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルを算出するレベル算出ステップを実現する一例である。

調整工程モード制御を用いて、雑音抑圧装置６及びオーディオ信号処理部７の処理機能をＯＦＦとした場合、その出力信号はＦＭ復調後のオーディオ信号と等価であるとみなすことができる。そこで、ＦＭ受信装置からの出力信号の信号レベルを測定し、測定した信号レベルを補正値算出部９に再入力することでも同等の調整効果が得られる。もちろん、この形態であっても、補正値算出部９を、図８に示したようなＦＭ受信装置の外部に備えられる補正値変換部１２としてもよい。すなわち、補正値変換までを外部での調整工程として行い、補正値を雑音推定部６３又はパターンテーブル６７に補正値を再入力する構成とすることも可能である。ただし、補正値変換部１２の機能としては図８に示したものと同じ機能が必要である。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態３のＦＭ受信装置と実施の形態１のＦＭ受信装置との主な相違点は、実施の形態３のＦＭ受信装置はＦＭ復調部４が出力する信号を低域、中域及び高域の周波数帯域に区分し、それぞれの周波数帯域で算出された雑音レベルから補正値を算出し、算出された補正値に応じて各周波数帯域ごとに補正された雑音スペクトルパターンを用いて雑音を抑圧する構成を備えたことである。実施の形態３のＦＭ受信装置は、図１のレベル算出部８の代わりに低域レベル算出部８１、中域レベル算出部８２及び高域レベル算出部８３を備える。低域レベル算出部８１は、テスト信号を入力として得られる信号の低域成分の雑音レベルを算出する。中域レベル算出部８２は、テスト信号を入力として得られる信号の中域成分の雑音レベルを算出する。高域レベル算出部８３は、テスト信号を入力として得られる信号の高域成分の雑音レベルを算出する。低域レベル算出部８１、中域レベル算出部８２及び高域レベル算出部８３は、前記テスト信号を入力として得られる信号を複数の周波数帯域に区分して、区分された各周波数帯域ごとの雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例である。また、モニタ１０の代わりに、低域レベル算出部８１、中域レベル算出部８２及び高域レベル算出部８３が算出した各雑音レベルを出力するための低域モニタ８４、中域モニタ８５及び高域モニタ８６を備える。オペレータは、低域モニタ８４、中域モニタ８５及び高域モニタ８６に表示されている各雑音レベルを補正値算出部９に入力する。補正値算出部９は、前記レベル算出手段により前記周波数帯域ごとに実際に算出された前記各雑音レベルを、前記テスト信号に対して各周波数帯域ごとに本来算出されるべき雑音レベルをそれぞれ比較し、前記各比較結果を用いて、前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を前記各周波数帯域ごとに補正する補正手段の一例である。低域、中域及び高域について算出された雑音レベルに対応して、雑音スペクトルパターンと対応付けられた電界強度の補正値を算出し、算出した補正値を保持する。雑音推定部６３が、パターンテーブル６７から雑音スペクトルパターンを読み出す際、補正値算出部９に保持されている補正値に従って、帯域ごとにパターンデータを読み出して、雑音成分の推定を行う。

このように、雑音スペクトルパターンの調整として、雑音レベルによる１点調整ではなく、低域、中域、高域からなる処理帯域に区分した各帯域での雑音レベルを調整値に用いることで、より精度の高い調整を行うことが可能である。なお、図１０では低域、中域及び高域の３帯域に区分しているが、区分数は３つに限定されるものではない。また、区分した帯域幅においても均一である必要はなく、スペクトル形状に合わせて帯域幅を変化させてもよい。特に、ＦＭ放送において発生する雑音スペクトルは強電界時には白色系であるのに対し、弱電界になるにつれて低域成分が増加するため、電界強度による変化量の大きい低域での調整ポイントを多く設定する方が効率よく調整を行うことができる。この場合、低域レベル算出部８１、中域レベル算出部８２及び高域レベル算出部８３は、前記テスト信号を入力として得られる信号を、低域でより細分された複数の周波数帯域に区分して、区分された各周波数帯域ごとの雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例であり、補正値算出部９は、前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を、低域でより細分された前記各周波数帯域ごとに補正する補正手段の一例である。また、人間の心理聴覚モデルに基づいた区分を行うことによっても効率のよい調整を行うことができる。例えば、人間が聴感上もっとも敏感である１ｋＨｚ〜２ｋＨｚあたりで調整を行うことで、聴感的に精度のよい雑音抑圧性能を得ることが可能である。この場合、低域レベル算出部８１、中域レベル算出部８２及び高域レベル算出部８３は、前記テスト信号を入力として得られる信号を、人間の聴覚特性に応じて可聴域部分でより細分された複数の周波数帯域に区分して、区分された各周波数帯域ごとの雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例であり、補正値算出部９は、前記雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を、可聴域でより細分された前記各周波数帯域ごとに補正する補正手段の一例である。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態４のＦＭ受信装置と上記実施の形態１〜３のＦＭ受信装置との主な相違点は以下の通りである。すなわち、実施の形態１〜３では工場出荷時の調整時にテスト信号を用いて雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を補正した。これに対し、本実施の形態４ではユーザがＦＭ受信装置の受信する放送信号を用いて雑音スペクトルパターンに対応付けられた電界強度を補正できるようにしたことである。同図に示すように、本実施の形態４のＦＭ受信装置は、実施の形態１で図６に示したＦＭ受信装置と類似した構成であり、レベル算出部８と補正値算出部９との間に外部からユーザ調整モードであることを示す制御信号が入力される。この入力は、例えばＦＭラジオ受信機のユーザインタフェース部に用意された雑音抑圧調整ボタンなどをユーザが押すことによって行われる。また、図６に示した構成と異なる点は、さらに、電界強度検出部５で検出された電界強度がレベル算出部８に入力されることである。

雑音スペクトルパターンの調整は、工場出荷時以降、例えばユーザが市販のアンテナアンプを増設した場合などに雑音特性に変化があるため、再調整を行いたい場合が発生する。ユーザが調整を行う場合、テスト信号を入力することは困難であるため、実際の受信信号を用いて調整を行うこととなる。電界強度検出部５が検出する電界強度信号を用い、検出された電界強度が所定の電界強度である場合（例えば、実施の形態１〜３において、工場で調整するときのテスト信号と同じ電界強度である場合）のみ、レベル算出部８で算出した雑音レベルを補正値算出部９に入力し、雑音スペクトルパターンの調整を行う。ここで、電界強度検出部５は、前記受信した放送信号の電界強度を測定し、電界強度を示すデータを出力する電界強度検出手段の一例であり、レベル算出部８は、前記受信した放送信号の電界強度があらかじめ定められた電界強度であるときに、前記ＦＭ受信手段により得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルを算出するレベル算出手段の一例である。なお、実際の放送信号を用いて雑音レベルの算出を行う際には、例えば無変調信号より振幅の大きな信号はないことからレベル算出部８で毎サンプルごとに算出した信号レベルのボトムホールド処理などによって推定することが可能である。また、時報のタイミングなどでオーディオ信号の無音区間を検出して、そのときの信号レベルを雑音レベルとしてもよい。

なお、ブロック図（図１、２、５〜１０など）の各機能ブロックは典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。例えばメモリ以外の機能ブロックが１チップ化されていても良い。

ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

また、各機能ブロックのうち、符号化または復号化の対象となるデータを格納する手段だけ１チップ化せずに別構成としても良い。

本発明の雑音抑圧装置は、雑音レベル測定による簡単な調整によって、ＲＦの個体差による性能ばらつきを解消し、ＲＦの性能アップや処理量／メモリ量の増加によるコストアップの必要のない調整装置を兼備えたＦＭラジオ受信装置及び道路交通情報システムの受信装置などとして有用である。

本発明の雑音抑圧装置を用いたＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の雑音抑圧装置を用いたＦＭ受信装置の他の構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、ある２つのサンプル（ＦＭ受信装置）における入力電界強度と出力信号の信号レベルと雑音レベルとの関係の一例を示す入出力特性を示すグラフである。（ｂ）は、図３（ａ）に示した２つの入出力特性の一部を拡大して示す図である。 電界強度１０［ｄＢｕＶ］の場合を例に、図１５（ａ）で説明したサンプルＡに対する雑音スペクトルパターンを補正した結果を示す図である。 図１に示したＦＭ受信装置における雑音レベルを用いた調整方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 レベル算出部と補正値算出部との間に外部から調整工程モードであることを示す制御信号を入力する場合の構成の一例を示すブロック図である。 外部にレベル測定部を備えるとした場合のＦＭ受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 ＦＭ受信装置の工場出荷時の調整を行う調整装置をＦＭ受信装置の外部に接続した場合のシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４におけるＦＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 スペクトルサブトラクション法を用いた従来の雑音抑圧装置の構成例を示すブロック図である。 スペクトルサブトラクション法を用いた雑音抑圧時にクリッピング処理を行う雑音抑圧装置の構成例を示すブロック図である。 電界強度ごとに雑音スペクトルパターンを格納しておき、スペクトルサブトラクション法を用いて雑音を抑圧する雑音抑圧装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、ＲＦ毎の入出力特性のばらつきを示す図である。（ｂ）は、同一電界における雑音スペクトルのばらつきを示す図である。 あ電界強度１０［ｄＢｕＶ］の場合を例にパターンテーブル１００７に格納されている雑音スペクトルパターンと実際にＲＦのサンプルごとに発生している雑音スペクトルのずれを示す図である。

符号の説明

１ ＲＦ
２ Ａ／Ｄコンバータ
３ ＩＦ信号処理部
４ ＦＭ復調部
５ 電界強度検出部
６ 雑音抑圧装置
６１ 周波数変換部
６３ 雑音推定部
６４ 雑音抑圧部
６５ 周波数逆変換部
６７ パターンテーブル
７ オーディオ信号処理部
８ レベル算出部
８１ 低域レベル算出部
８２ 中域レベル算出部
８３ 高域レベル算出部
８４ 低域モニタ
８５ 中域モニタ
８６ 高域モニタ
９ 補正値算出部
１０ モニタ
１１ レベル測定部
１２ 補正値変換部
１３ テスト信号入力部
１４ 機能ＯＦＦ部
１５ 機能ＯＦＦ部
１６ レベル測定部
１００１ 周波数変換部
１００２ 音声／雑音判別部
１００３ 雑音推定部
１００４ 雑音抑圧部
１００４' クリッピング処理を備えた雑音抑圧部
１００５ 周波数逆変換部
１００６ スペクトル補正部
１００７ パターンテーブル

Claims (8)

1. FM変調された放送信号を受信して得られるオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置であって、
   あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出手段と、
   受信する放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段と、
   受信した放送信号の電界強度を示すデータを取得し、取得したデータに示される電界強度に対応する前記雑音成分のスペクトルパターンを前記パターンデータ格納手段から読み出し、前記オーディオ信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定手段と、
   前記オーディオ信号から、前記雑音推定手段で推定した前記雑音成分を抑圧する雑音抑圧手段と、を備え、
   前記雑音成分のスペクトルパターンに対応付けられている電界強度は、（ａ）前記レベル算出手段により算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正されている
   ことを特徴とする雑音抑圧装置。
2. 前記レベル算出手段は、前記テスト信号を復調して得られるオーディオ信号を複数の周波数帯域に区分して、区分された各周波数帯域ごとにテスト雑音レベルを算出し、
   前記レベル算出手段で区分された前記周波数帯域ごとの前記テスト雑音レベルと、前記周波数帯域ごとの前記本来算出されるべき雑音レベルとの各周波数帯域ごとの差分値を用いて、前記雑音成分のスペクトルパターンに対応付けられている電界強度は前記周波数ごとに補正されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の雑音抑圧装置。
3. 前記レベル算出手段は、前記テスト信号を復調して得られるオーディオ信号を、低域でより細分化された複数の周波数帯域に区分して、区分された各周波数帯域ごとにテスト雑音レベルを算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の雑音抑圧装置。
4. FM変調された放送信号を受信して得られるオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧するＦＭ受信装置であって、
   あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出手段と、
   受信する放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段と、
   受信した放送信号の電界強度を示すデータを取得し、取得したデータに示される電界強度に対応する前記雑音成分のスペクトルパターンを前記パターンデータ格納手段から読み出し、前記オーディオ信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定手段と、
   前記オーディオ信号から、前記雑音推定手段で推定した前記雑音成分を抑圧する雑音抑圧手段と、を備え、
   前記雑音成分のスペクトルパターンに対応付けられている電界強度は、（ａ）前記レベル算出手段により算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正されている
   ことを特徴とするＦＭ受信装置。
5. FM変調された放送信号を受信して得られるオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置において実行される雑音抑圧装置の調整方法であって、
   前記雑音抑圧装置は、
   受信する前記放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段を備え、
   前記雑音抑圧装置の調整方法は、
   あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出ステップと、
   前記雑音抑圧装置の前記パターンデータ格納手段に格納されている前記雑音成分のスペクトルパターンごとに対応付けられている複数の電界強度を、（ａ）前記レベル算出ステップにより算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正する補正ステップと、を含む
   ことを特徴とする雑音抑圧装置の調整方法。
6. あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出手段と、
   受信する放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段と、
   受信した放送信号の電界強度を示すデータを取得し、取得したデータに示される電界強度に対応する前記雑音成分のスペクトルパターンを前記パターンデータ格納手段から読み出し、前記オーディオ信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定手段と、
   前記オーディオ信号から、前記雑音推定手段で推定した前記雑音成分を抑圧する雑音抑圧手段と、を備え、
   前記雑音成分のスペクトルパターンに対応付けられている電界強度は、（ａ）前記レベル算出手段により算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正されている
   ことを特徴とする雑音を抑圧する集積回路。
7. 請求項５記載の雑音抑圧装置の調整方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
8. FM変調された放送信号を受信して得られるオーディオ信号に含まれる雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置の調整装置であって、
   前記雑音抑圧装置は、
   受信する前記放送信号の電界強度ごとにそれぞれ対応付けられる複数の前記雑音成分のスペクトルパターンをあらかじめ格納しているパターンデータ格納手段を備え、
   前記雑音抑圧装置の調整装置は、
   あらかじめ定められた電界強度に対応するテスト信号を復調して得られるオーディオ信号に含まれる雑音レベルをテスト雑音レベルとして算出するレベル算出手段と、
   前記雑音抑圧装置の前記パターンデータ格納手段に格納されている前記雑音成分のスペクトルパターンごとに対応付けられている複数の電界強度を、（ａ）前記レベル算出手段により算出された前記テスト雑音レベルと、前記テスト信号に対して本来算出されるべき雑音レベルとの差分値、又は（ｂ）前記差分値と、前記テスト雑音レベルに対する前記放送信号の電界強度の比例係数とを乗算した値、を補正量として補正する補正手段と、を含む
   ことを特徴とする雑音抑圧装置の調整装置。

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