JP6186040B2 - ノイズレベル推定装置、ノイズ低減装置及びノイズレベル推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノイズレベル推定装置、ノイズ低減装置、ノイズレベル推定方法及びノイズレベル推定プログラム、並びに、当該ノイズレベル推定プログラムが記録された記録媒体に関する。

従来から、ラジオ受信機や電話機を代表として、受信信号から音声を再生する信号処理装置が広く普及している。かかる受信信号には、一般的に、ノイズ成分が混入している。このため、音声品質を維持するため、ノイズ混入量を検出し、その検出結果に基づいてノイズを低減させる技術が提案されている。

こうしたノイズ低減に際してノイズ混入量を検出する技術の一例として、周波数帯域に信号成分が含まれていない時間区間（以下、「無信号成分区間」と呼ぶ）の信号レベルに基づいて、ノイズレベルを推定する技術がある（特許文献１参照：以下、「従来例１」という）。この従来例１の技術では、無信号成分区間を検出し、最新の当該無信号成分区間における信号レベルを、新たに当該無信号成分区間が検出されるまでのノイズレベルと推定している。

また、ノイズ混入量を検出する技術の他の例として、無信号成分区間の信号レベルを暫定的なノイズレベルと推定し、周波数帯域に信号成分が含まれている時間区間（以下、「有信号成分区間」と呼ぶ）においては、推定ノイズレベルを更新することを可能にする技術がある（特許文献２参照：以下、「従来例２」という）。この従来例２の技術では、当該周波数帯域を複数に分割した分割帯域のそれぞれの信号レベルが、その時点で推定されているノイズレベルとある程度以上異なる場合には、推定ノイズレベルを、その時点の信号レベルに徐々に近づけるように更新するようになっている。

特開平７−３３４１８９号公報 特表２０１０−５３９５３８号公報

上述した従来例１の技術では、最新の当該無信号成分区間における信号レベルを、新たに当該無信号成分区間が検出されるまでのノイズレベルと推定する。このため、従来例１の技術のノイズレベルの推定を採用した場合には、有信号成分区間である状態の継続中に、実際のノイズレベルが変化したとしても、その変化に応じたノイズ低減を行うことができない。

また、上述した従来例２の技術では、分割帯域のそれぞれの信号レベルが、その時点で推定されているノイズレベルとある程度以上異なる場合には、推定ノイズレベルを、その時点の信号レベルに徐々に近づける。このため、同様のスペクトル分布の有信号成分区間が長く継続すると、信号レベルにおける信号成分の寄与分までもノイズレベルに含まれていると推定することになる。この結果、当該推定ノイズレベルに基づいてノイズ低減を行うと、信号成分までも低減させてしまう事態が発生し得る。

このため、信号成分の周波数帯におけるノイズ成分のレベルを精度良く推定し、有効なノイズ低減を行うことができる技術が待望されている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、信号成分の周波数帯におけるノイズ成分のレベルを精度良く推定することができる新たなノイズレベル推定装置及びノイズレベル推定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ノイズ成分を低減し、ＳＮ比の高い信号を得ることができる新たなノイズ低減装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、所定周波数範囲を分割した複数の帯域毎に信号成分が含まれるかに応じて信号成分帯域かノイズ帯域かの評価を行う評価部と；前記複数の帯域における一及び他の帯域が前記ノイズ帯域と評価されたとき、前記一及び他の帯域間のノイズレベルの関係を算出した後、最新評価で前記一の帯域が前記信号成分帯域と評価され、前記他の帯域が前記ノイズ帯域と評価された場合、前記一の帯域のノイズレベルを、前記関係と前記最新評価時の前記他の帯域のノイズレベルとに基づいて推定する推定部と；を備えるノイズレベル推定装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のノイズレベル推定装置と；前記ノイズレベル推定装置により推定されたノイズレベルを利用して、前記ノイズレベル推定装置への入力信号のノイズ低減を行うノイズ低減部と；を備えることを特徴とするノイズ低減装置である。

請求項８に記載の発明は、評価部と推定部とを備え、ノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置において使用されるノイズレベル推定方法であって、所定周波数範囲を分割した複数の帯域毎に信号成分が含まれるかに応じて信号成分帯域かノイズ帯域かの評価を行う評価工程と；前記複数の帯域における一及び他の帯域が前記ノイズ帯域と評価されたときに、前記一及び他の帯域間のノイズレベルの関係を算出した後、最新評価で前記一の帯域が前記信号成分帯域と評価され、前記他の帯域が前記ノイズ帯域と評価された場合、前記一の帯域のノイズレベルを、前記関係と前記最新評価時の前記他の帯域のノイズレベルとに基づいて推定する推定工程と；を備えるノイズレベル推定方法である。

請求項９に記載の発明は、ノイズレベル推定装置が有するコンピュータに、請求項８に記載のノイズレベル推定方法を実行させる、ことを特徴とするノイズレベル推定プログラムである。

請求項１０に記載の発明は、ノイズレベル推定装置が有するコンピュータにより読み取り可能に、請求項９に記載のノイズレベル推定プログラムが記録されている、ことを特徴とする記録媒体である。

請求項１１に記載の発明は、所定の周波数帯域を含む周波数範囲を複数の周波数帯域に分割した分割周波数帯域ごとに、信号成分が含まれているかの評価を周期的に行う評価部と；前記評価部による最新の評価の結果に基づいて、前記分割周波数帯域のそれぞれにおけるノイズレベルの推定を行う推定部と；を備え、前記推定部は、前記評価部による最新の評価より、前記信号成分が含まれていないと評価されたノイズ帯域については、前記最新の評価の時点の前記ノイズ帯域における信号レベルを、ノイズレベルと推定するとともに、前記分割周波数帯域のうちの一の分割周波数帯域と他の分割周波数帯域との双方が前記ノイズ帯域であると最新に評価された際に推定された、前記一の分割周波数帯域におけるノイズレベルと前記他の分割周波数帯域におけるノイズレベルとの関係を算出した後に、前記一の分割周波数帯域が前記信号成分を含む信号成分帯域となり、前記他の分割周波数帯域が前記ノイズ帯域となっていると評価された場合、前記一の分割周波数帯域におけるノイズレベルを、最新に算出された前記関係と前記他の分割周波数帯域について推定されたノイズレベルとに基づいて推定する、ことを特徴とするノイズレベル推定装置である。

本発明の一実施形態に係るノイズ低減装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図１の推定部によるノイズレベルの推定処理を説明するためのフローチャートである。 図２における第１推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布を説明するための図である。 図２における第２推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布を説明するための図である。 図２における第３推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布を説明するための図である。 図２における第４推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布を説明するための図である。 変形例により得られるノイズパワースペクトル分布を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［構成］
図１には、一実施形態に係るノイズ低減装置１００の概略的な構成がブロック図にて示されている。このノイズ低減装置１００は、生成部１５０から供給された入力信号ＩＮＤを、入力端子１９１を介して受信し、ノイズ低減処理を施して、出力端子１９２からノイズ低減信号ＮＲＤを出力する装置である。

ここで、ノイズ低減装置１００と生成部１５０とを備える装置がラジオ受信機である場合には、端子１９３を介して外部から受ける受信信号ＲＣＤは、ラジオ放送波である。この場合には、生成部１５０には、例えば、アンテナ部、選局部（チューナ部）及び検波部が含まれる。そして、検波部による検波結果である検波信号が、入力信号ＩＮＤとして、ノイズ低減装置１００に供給される。

図１に示されるように、ノイズ低減装置１００は、ノイズレベル推定装置１１０と、ノイズ低減部１２０とを備えている。

上記のノイズレベル推定装置１１０は、生成部１５０から送られた入力信号ＩＮＤを受ける。そして、ノイズレベル推定装置１１０は、入力信号ＩＮＤに含まれるノイズ成分のレベルであるノイズレベルを推定する。かかる機能を有するノイズレベル推定装置１１０は、パワースペクトル算出部１１１と、帯域分割部１１２と、評価部１１３と、推定部１１４とを備えている。

上記のパワースペクトル算出部１１１は、生成部１５０から送られた入力信号ＩＮＤを受ける。そして、パワースペクトル算出部１１１は、入力信号ＩＮＤに対して、所定時間長を有するフレーム期間ごとに時間周波数変換を施す。引き続き、パワースペクトル算出部１１１は、当該時間周波数変換の結果に基づいて、入力信号ＩＮＤのパワースペクトル分布（以下、「入力信号スペクトル分布」とも記す）ＰＳＤを算出する。こうして算出された入力信号スペクトル分布ＰＳＤは、帯域分割部１１２へ送られるとともに、ノイズ低減部１２０へ送られる。

上記の帯域分割部１１２は、パワースペクトル算出部１１１から送られた入力信号スペクトル分布ＰＳＤを受ける。そして、帯域分割部１１２は、入力信号ＩＮＤにおいて信号成分が含まれる可能性がある周波数範囲を含む周波数帯域を複数の分割帯域に分割する。そして、複数の分割帯域のそれぞれにおけるパワースペクトル分布を抽出する。こうして抽出された複数のパワースペクトル分布は、評価部１１３へ送られる。

なお、本実施形態では、分割帯域の数を２個としている。すなわち、本実施形態では、入力信号ＩＮＤにおいて信号成分が含まれる可能性がある周波数帯域である周波数Ｆ₁から周波数Ｆ₂（＞Ｆ₁）までの周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるパワースペクトル分布から、周波数Ｆ₁から周波数Ｆ₁₂（Ｆ₁＜Ｆ₁₂＜Ｆ₂）までの周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₁₂］（以下、「第１分割帯域」という）におけるパワースペクトル分布ＤＳ₁を抽出する。また、周波数Ｆ₁₂から周波数Ｆ₂までの周波数帯域［Ｆ₁₂，Ｆ₂］（以下、「第２分割帯域」という）におけるパワースペクトル分布ＤＳ₂を抽出する。そして、帯域分割部１１２は、パワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂を評価部１１３へ送るようになっている。

上記の評価部１１３は、帯域分割部１１２から送られたパワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂を受ける。そして、評価部１１３は、最新に受けたパワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂に基づいて、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれに信号成分が含まれているか否かを評価する。

本実施形態では、第１分割帯域に信号成分が含まれているか否かを評価に際しては、評価部１１３は、まず、パワースペクトル分布ＤＳ₁の平均値ＭＳ₁及び分散値ＤＰ₁を算出する。そして、評価部１１３は、分散値ＤＰ₁が所定値ＤＰＴ₁以下である場合に、第１分割帯域には信号成分が含まれていないと評価する。一方、パワースペクトル分布ＤＳ₁の分散値ＤＰ₁が所定値ＤＰＴ₁より大きい場合に、第１分割帯域には信号成分が含まれていると評価する。

なお、「所定値ＤＰＴ₁」は、信号成分の有無の判別との観点から、実験、シミュレーション、経験等に基づいて、予め定められる。

また、第２分割帯域に信号成分が含まれているか否かを評価に際しては、評価部１１３は、まず、パワースペクトル分布ＤＳ₂の平均値ＭＳ₂及び分散値ＤＰ₂を算出する。そして、評価部１１３は、分散値ＤＰ₂が所定値ＤＰＴ₂以下である場合に、第２分割帯域には信号成分が含まれていないと評価する。一方、パワースペクトル分布ＤＳ₂の分散値ＤＰ₂が所定値ＤＰＴ₂より大きい場合に、第２分割帯域には信号成分が含まれていると評価する。

なお、「所定値ＤＰＴ₂」は、信号成分の有無の判別との観点から、実験、シミュレーション、経験等に基づいて、予め定められる。

評価部１１３による評価結果は、評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂として、推定部１１４へ送られる。ここで、評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂のそれぞれは、信号成分フラグと、ノイズレベル部とを有している。

そして、信号成分が含まれていないと評価された場合には、信号成分フラグが「無」に設定されるとともに、ノイズレベル部には平均値ＭＳ₁又は平均値ＭＳ₂が設定される。一方、信号成分が含まれていると評価された場合には、信号成分フラグの「有」への設定のみが行われる。

上記の推定部１１４は、評価部１１３から送られた評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂を受ける。そして、推定部１１４は、評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂に基づいて、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれにおける現時点のノイズレベルを推定することにより、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］における現時点のノイズレベルを推定する。

引き続き、推定部１１４は、ノイズレベルの推定結果に基づいて、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを算出する。こうして算出されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤは、ノイズ低減部１２０へ送られる。

推定部１１４は、ノイズレベルの推定処理に際して適宜利用するレベル差Δ、並びに、前回の推定処理により得た第１分割帯域の推定ノイズレベルＥＬ₁及び第２分割帯域の推定ノイズレベルＥＬ₂を内部に保持するようになっている。ここで、「レベル差Δ」は、第１分割帯域及び第２分割帯域の双方ともに、最新に信号成分が含まれていないと評価された時点におけるパワースペクトル分布ＤＳ₁の平均値ＭＳ₁から、当該時点におけるパワースペクトル分布ＤＳ₂の平均値ＭＳ₂を差し引いた値ある。このため、レベル差Δは、正の値、０及び負の値のいずれにもなり得る。

なお、推定部１１４による推定処理の詳細については、後述する。

上記のノイズ低減部１２０は、パワースペクトル算出部１１１から送られた入力信号パワースペクトル分布ＰＳＤを受けるとともに、推定部１１４から送られたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを受ける。そして、ノイズ低減部１２０は、入力信号スペクトル分布ＰＳＤ及びノイズパワースペクトル分布ＮＳＤに基づいて、入力信号ＩＮＤからノイズ成分を除去するノイズ低減処理を施す。ノイズ低減部１２０による処理結果は、ノイズ低減信号ＮＲＤとして、出力端子１９２を介して、外部（ノイズ低減装置１００を備える装置がラジオ受信機である場合には、例えば、復調部）へ出力される。

［動作］
以上のようにして構成されたノイズ低減装置１００の動作について、ノイズレベル推定処理に主に着目して説明する。

受信信号ＲＣＤが、入力端子１９３を介して生成部１５０で受信されると、生成部１５０は、ノイズ低減装置１００で処理可能な形態で入力信号ＩＮＤを生成する。そして、生成部１５０は、生成された入力信号ＩＮＤを、ノイズ低減装置１００（より詳しくは、ノイズレベル推定装置１１０）へ送る（図１参照）。

なお、推定部１１４に保持されているレベル差Δの値は、当初にはΔ₀であるものとする。

ノイズレベル推定装置１１０では、パワースペクトル算出部１１１が、生成部１５０から送られた入力信号ＩＮＤを受ける（図１参照）。入力信号ＩＮＤを受けたパワースペクトル算出部１１１は、入力信号ＩＮＤに対して、所定時間長を有するフレーム期間ごとに時間周波数変換を施す。引き続き、パワースペクトル算出部１１１は、当該時間周波数変換の結果に基づいて、入力信号スペクトル分布ＰＳＤを算出する。そして、パワースペクトル算出部１１１は、算出された入力信号スペクトル分布ＰＳＤを帯域分割部１１２及びノイズ低減部１２０へ送る。

入力信号パワースペクトル分布ＰＳＤを受けた帯域分割部１１２は、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるパワースペクトル分布から、周波数Ｆ₁から周波数Ｆ₁₂までの第１分割帯域におけるパワースペクトル分布ＤＳ₁と、周波数Ｆ₁₂から周波数Ｆ₂までの第２分割帯域におけるパワースペクトル分布ＤＳ₂とを抽出する。そして、帯域分割部１１２は、パワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂を評価部１１３へ送る。

パワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂を受けた評価部１１３は、パワースペクトル分布ＤＳ₁，ＤＳ₂に基づいて、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれに信号成分が含まれているか否かを評価する。かかる評価に際して、評価部１１３は、まず、パワースペクトル分布ＤＳ₁の平均値ＭＳ₁及び分散値ＤＰ₁を算出する。そして、評価部１１３は、分散値ＤＰ₁が所定値ＤＰＴ₁以下である場合に、第１分割帯域には信号成分が含まれていないと評価する。一方、パワースペクトル分布ＤＳ₁の分散値ＤＰ₁が所定値ＤＰＴ₁より大きい場合に、周波数帯域第１分割帯域には信号成分が含まれていると評価する。

また、評価部１１３は、パワースペクトル分布ＤＳ₂の平均値ＭＳ₂及び分散値ＤＰ₂を算出する。そして、評価部１１３は、分散値ＤＰ₂が所定値ＤＰＴ₂以下である場合に、第２分割帯域には信号成分が含まれていないと評価する。一方、パワースペクトル分布ＤＳ₂の分散値ＤＰ₂が所定値ＤＰＴ₂より大きい場合に、第２分割帯域には信号成分が含まれていると評価する。

次いで、第１分割帯域には信号成分が含まれていないと評価された場合には、評価部１１３は、信号成分フラグが「無」に設定されるとともに、ノイズレベル部に平均値ＭＳ₁が設定された評価結果ＥＲ₁を生成する。一方、第１分割帯域には信号成分が含まれていると評価された場合には、評価部１１３は、信号成分フラグが「有」に設定された評価結果ＥＲ₁を生成する。

また、第２分割帯域には信号成分が含まれていないと評価された場合には、評価部１１３は、信号成分フラグが「無」に設定されるとともに、ノイズレベル部に平均値ＭＳ₂が設定された評価結果ＥＲ₂を生成する。一方、第２分割帯域には信号成分が含まれていると評価された場合には、評価部１１３は、信号成分フラグが「有」に設定された評価結果ＥＲ₂を生成する。

そして、評価部１１３は、生成された評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂を推定部１１４へ送る。こうして評価部１１３から送られた評価結果ＥＲ₁，ＥＲ₂を受けると、推定部１１４が、ノイズレベルの推定処理を実行する。

＜ノイズレベルの推定処理＞
ノイズレベルの推定処理に際しては、図２に示されるように、まず、ステップＳ１１において、推定部１１４が、評価結果ＥＲ₁における信号成分フラグが「有」であるか否かを判定することにより、第１分割帯域に信号成分が含まれているか否かを判定する。この判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１１：Ｎ）には、処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、推定部１１４が、評価結果ＥＲ₂における信号成分フラグが「有」であるか否かを判定することにより、第２分割帯域に信号成分が含まれているか否かを判定する。この判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１２：Ｎ）には、処理はステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、推定部１１４が、第１分割帯域及び第２分割帯域の双方ともに信号成分が含まれていない場合のノイズレベルの推定処理である第１推定処理を行う。かかる第１推定処理に際して、推定部１１４は、評価結果ＥＲ₁に含まれる平均値ＭＳ₁を、第１分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。また、推定部１１４は、評価結果ＥＲ₂に含まれる平均値ＭＳ₂を、第２分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。そして、内部に保持されている推定ノイズレベルＥＬ₁を平均値ＭＳ₁に更新するとともに、推定ノイズレベルＥＬ₂を平均値ＭＳ₂に更新する。

次に、推定部１１４は、平均値ＭＳ₁と平均値ＭＳ₂との差を算出する。引き続き、推定部１１４は、レベル差Δを、当該算出された差に更新する。次に、推定部１１４は、更新された推定ノイズレベルＥＬ₁から得られる第１分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布と、更新された推定ノイズレベルＥＬ₂から得られる第２分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布とを帯域合成し、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるノイズ成分のパワースペクトル分布であるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを算出する。

そして、推定部１１４は、算出されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤをノイズ低減部１２０へ送る。この後、ノイズレベルの推定処理が終了する。

上記のステップＳ１２における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１２：Ｙ）には、処理はステップＳ１４へ進む。このステップＳ１４では、推定部１１４が、第１分割帯域には信号成分が含まれていないが、第２分割帯域には信号成分が含まれている場合のノイズレベルの推定処理である第２推定処理を行う。

かかる第２推定処理に際して、推定部１１４は、まず、評価結果ＥＲ₁に含まれる平均値ＭＳ₁を、第１分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。そして、推定部１１４は、内部に保持されている推定ノイズレベルＥＬ₁を平均値ＭＳ₁に更新する。

引き続き、推定部１１４は、当該平均値ＭＳ₁からレベル差Δの現在値を差し引いた値を、第２分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。そして、推定部１１４は、内部に保持されている推定ノイズレベルＥＬ₂を、当該第２分割帯域におけるノイズレベルであると推定された値に更新する。

次に、上記のステップＳ１３の場合と同様に、推定部１１４は、更新された推定ノイズレベルＥＬ₁から得られる第１分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布と、更新された推定ノイズレベルＥＬ₂から得られる第２分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布とを帯域合成し、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるノイズ成分のパワースペクトル分布であるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを算出する。そして、推定部１１４は、算出されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤをノイズ低減部１２０へ送る。この後、ノイズレベルの推定処理が終了する。

上記のステップＳ１１における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１１：Ｙ）には、処理はステップＳ１５へ進む。このステップＳ１５では、推定部１１４が、評価結果ＥＲ₂における信号成分フラグが「有」であるか否かを判定することにより、第２分割帯域に信号成分が含まれているか否かを判定する。

ステップＳ１５における判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１５：Ｎ）には、処理はステップＳ１６へ進む。このステップＳ１６では、推定部１１４が、第１分割帯域には信号成分が含まれているが、第２分割帯域には信号成分が含まれていない場合のノイズレベルの推定処理である第３推定処理を行う。

かかる第３推定処理に際して、推定部１１４は、まず、評価結果ＥＲ₂に含まれる平均値ＭＳ₂を、第２分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。そして、推定部１１４は、内部に保持されている推定ノイズレベルＥＬ₂を平均値ＭＳ₂に更新する。

引き続き、推定部１１４は、当該平均値ＭＳ₂にレベル差Δの現在値を加えた値を、第１分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。そして、推定部１１４は、内部に保持されている推定ノイズレベルＥＬ₁を、当該第１分割帯域におけるノイズレベルであると推定された値に更新する。

次に、上記のステップＳ１３，Ｓ１４の場合と同様に、推定部１１４は、更新された推定ノイズレベルＥＬ₁から得られる第１分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布と、更新された推定ノイズレベルＥＬ₂から得られる第２分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布とを帯域合成し、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるノイズ成分のパワースペクトル分布であるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを算出する。そして、推定部１１４は、算出されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤをノイズ低減部１２０へ送る。この後、ノイズレベルの推定処理が終了する。

上記のステップＳ１５における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１５：Ｙ）には、処理はステップＳ１７へ進む。このステップＳ１７では、推定部１１４が、第１分割帯域及び第２分割帯域の双方ともに信号成分が含まれている場合のノイズレベルの推定処理である第４推定処理を行う。

かかる第４推定処理に際して、推定部１１４は、現時点で内部に保持している推定ノイズレベルＥＬ₁を、第１分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。また、推定部１１４は、現時点で内部に保持している推定ノイズレベルＥＬ₂を、第２分割帯域におけるノイズレベルであると推定する。

次に、上記のステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１６の場合と同様に、推定部１１４は、推定ノイズレベルＥＬ₁から得られる第１分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布と、推定ノイズレベルＥＬ₂から得られる第２分割領域におけるノイズ成分のパワースペクトル分布とを帯域合成し、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］におけるノイズ成分のパワースペクトル分布であるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを算出する。そして、推定部１１４は、算出されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤをノイズ低減部１２０へ送る。この後、ノイズレベルの推定処理が終了する。

なお、図３には、ステップＳ１３における第１推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤの例が示されている。ここで、評価部１１３による評価結果が図３（Ａ）に示されるような場合のノイズパワースペクトル分布ＮＳＤが、図３（Ｂ）に示されている。

また、図４には、ステップＳ１４における第２推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤの例が示されている。ここで、評価部１１３により得られた評価結果が図３（Ａ）に示される状態から、図４（Ａ）に示される状態に変化した場合に得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤが、図４（Ｂ）に示されている。

また、図５には、ステップＳ１６における第３推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤの例が示されている。ここで、評価部１１３により得られた評価結果が図３（Ａ）に示される状態から、図５（Ａ）に示される状態に変化した場合に得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤが、図５（Ｂ）に示されている。

さらに、図６には、ステップＳ１７における第４推定処理により得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤの例が示されている。ここで、評価部１１３により得られた評価結果が図３（Ａ）に示される状態から、図６（Ａ）に示される状態に変化した場合に得られるノイズパワースペクトル分布ＮＳＤが、図６（Ｂ）に示されている。

上述したようにして行われた推定部１１４により推定されたノイズパワースペクトル分布ＮＳＤ、及び、パワースペクトル算出部１１１から送られた入力信号パワースペクトル分布ＰＳＤを受けたノイズ低減部１２０は、ノイズ低減処理を行う。かかるノイズ低減処理に際して、まず、入力信号パワースペクトル分布ＰＳＤからノイズパワースペクトル分布ＮＳＤを差し引く。こうして得られたパワースペクトルに基づいて、ノイズ低減部１２０は、逆高速フーリエ変換等の手法を用いた周波数時間変換等を行うことにより、ノイズ成分が低減されたノイズ低減信号ＮＲＤを生成する。そして、ノイズ低減部１２０は、生成されたノイズ低減信号ＮＲＤを、出力端子１９２を介して、外部へ出力する。

以上説明したように、本実施形態では、所定の周波数帯域における帯域内ノイズ成分のレベルの推定に際して、所定の周波数帯域を含む周波数範囲［Ｆ₁，Ｆ₂］を２つに分割した第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれごとに信号成分が含まれているか否かの評価を、評価部１１３が周期的に行う。引き続き、評価部１１３による最新の評価の結果に基づいて、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれにおけるノイズレベルの推定を、推定部１１４が行う。

かかるノイズレベルの推定に際して、評価部１１３による最新の評価より、信号成分が含まれていないと評価されたノイズ帯域である分割帯域については、推定部１１４は、当該最新の評価の時点の信号レベルをノイズレベルと推定する。また、評価部１１３による最新の評価により、信号成分が含まれていると評価された信号成分帯域である分割帯域については、推定部１１４は、ノイズ帯域におけるノイズレベルの推定結果に基づいて、ノイズレベルを推定する。そして、ノイズレベルの推定結果に基づいて、ノイズ低減部１２０が、ノイズレベル推定装置１１０への入力信号に対するノイズ低減処理を行う。

したがって、本実施形態によれば、ノイズレベルを精度良く推定し、その推定結果に基づいてノイズ成分を低減することができ、出力信号のＳＮ比を向上させることができる。

また、本実施形態では、推定部１１４は、分割帯域のうちの一の分割帯域と、当該一の分割帯域とは異なる他の分割周波数帯域との双方が、ノイズ帯域であると最新に評価された際に推定された、一の分割帯域と他の分割帯域とのノイズレベル差であるレベル差を算出する。そして、その後に、一の分割帯域が信号成分帯域となり、他の分割帯域がノイズ帯域となっている場合の当該一の分割周波数帯域におけるノイズレベルを、他の分割帯域のノイズレベルとの差が当該レベル差となるノイズレベルと推定する。このため、実際のノイズレベルの変化に第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれに追従して、当該一の分割周波数帯域におけるノイズレベルを推定することができる。

また、本実施形態では、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれのパワースペクトル分布の分散値に基づいて、評価部１１３が、信号成分が含まれているか否かの評価を行う。このため、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれについて、信号成分が含まれているか否かの評価を合理的に行うことができる。

［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、最新フレーム期間における入力信号のパワースペクトル分布からノイズパワースペクトル分布を差し引いてノイズ低減信号を生成するというスペクトルサブトラクション法を用いてノイズ低減処理を行った。これに対して、ノイズ低減手法として、例えば、ノイズパワースペクトル分布に基づいて時間領域のノイズ信号を生成し、当該ノイズ信号の位相を反転させた信号を、入力信号に加算して、ノイズ低減信号を生成するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれのパワースペクトル分布の分散値に基づいて、評価部１１３が、信号成分が含まれているか否かの評価を行うようにした。これに対し、他の統計的な手法を用いて、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれに信号成分が含まれているか否かの評価を行うようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、一方の分割帯域が信号成分帯域であり、他方の分割帯域がノイズ帯域となっている場合に、信号成分帯域のノイズレベルの推定に際して、ノイズ帯域の推定ノイズレベルとの差を、一挙にレベル差Δとするようにして信号成分帯域のノイズレベルを推定するようにした。これに対し、信号成分帯域のノイズレベルの推定に際して、ノイズ帯域の推定ノイズレベルとの差が、連続的に、又は、段階的に、徐々にレベル差Δに近付けるようにして、その後の信号成分帯域のノイズレベルを推定するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、周波数帯域［Ｆ₁，Ｆ₂］を２個に分割した第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれごとに信号成分が含まれているか否かの評価を行い、第１分割帯域及び第２分割帯域のそれぞれにおけるノイズレベルの推定を行うようにした。これに対し、周波数範囲［Ｆ₁，Ｆ₂］を３個以上に分割し、各分割帯域のそれぞれごとに信号成分が含まれているか否かの評価を行った後、各分割帯域のそれぞれにおけるノイズレベルの推定を行うようにしてもよい。

この場合には、分割帯域がノイズ帯域である場合には、上記の実施形態と同様に、当該分割帯域における信号レベルを、当該分割帯域におけるノイズレベルと推定する。また、信号成分帯域の周波数軸における一方側にのみノイズ帯域が存在している場合には、当該信号成分帯域に最も近接したノイズ帯域のノイズレベルの推定結果、及び、以前に得られたレベル差に基づいて、上記の実施形態と同様に、当該信号成分帯域のノイズレベルを推定する。

さらに、信号成分帯域の周波数軸における両側にのみノイズ帯域が存在している場合には、当該信号成分帯域の周波数軸の一方側で最も近接した第１ノイズ帯域のノイズレベルの推定結果、及び、以前に得られた第１ノイズ帯域との第１レベル差、並びに、当該信号成分帯域の周波数軸の他方側で最も近接した第２ノイズ帯域のノイズレベルの推定結果、及び、以前に得られた第２ノイズ帯域との第２レベル差に基づいて、当該信号成分帯域のノイズレベルを推定する。

例えば、図７に示されるように、当該信号成分帯域の周波数軸の一方側端部のノイズレベルを、第１ノイズ帯域のノイズレベルの推定結果、及び、第１レベル差に基づいて推定する。また、当該信号成分帯域の周波数軸の一方側端部のノイズレベルを、第２ノイズ帯域のノイズレベルの推定結果、及び、第２レベル差に基づいて推定する。そして、当該一方側端部の推定ノイズレベルから、当該他方側端部の推定ノイズレベルに、周波数の変化に従って線形にノイズレベルが変化するものとして、当該信号成分帯域のノイズレベルを推定するようにすればよい。

なお、図７には、周波数範囲［Ｆ₁，Ｆ₂］を、第１分割帯域［Ｆ₁，Ｆ₃（Ｆ₁＜Ｆ₃＜Ｆ₂）］、第２分割帯域［Ｆ₃，Ｆ₄（Ｆ₃＜Ｆ₄＜Ｆ₂）］、及び、第３分割帯域［Ｆ₄，Ｆ₂］の３個に分割した場合において、第２分割帯域のみが信号成分帯域である場合が示されている。また、図７には、第１分割帯域の推定ノイズレベルが値ＥＬ₁であり、第３分割帯域の推定ノイズレベルが値ＥＬ₃であるとともに、第１分割帯域と第２分割帯域とのレベル差が値Δ₁₂であり、第２分割帯域と第３分割帯域とのレベル差が値Δ₂₃であるものとしている。

また、上記の実施形態では、ラジオ受信機に本発明を適用することを想定したが、固定電話機や携帯電話機等の音声通信装置に本発明を適用してもよい。

なお、上記の実施形態におけるノイズ低減装置１００の一部又は全部を中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、読出専用メモリ（ＲＯＭ：Read Only Memory）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）等を備えた演算手段としてのコンピュータとして構成し、予め用意されたプログラムを当該コンピュータで実行することにより、上記の実施形態における処理の一部又は全部を実行するようにしてもよい。また、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬型記録媒体に記録された形態で取得されるようにしてもよいし、インターネットなどのネットワークを介した配信の形態で取得されるようにしてもよい。

１００ … ノイズ低減装置
１１０ … ノイズレベル推定装置
１１１ … パワースペクトル算出部
１１３ … 評価部
１１４ … 推定部
１２０ … ノイズ低減部

Claims (11)

1. 所定周波数範囲を分割した複数の帯域毎に信号成分が含まれるかに応じて信号成分帯域かノイズ帯域かの評価を行う評価部と；
   前記複数の帯域における一及び他の帯域が前記ノイズ帯域と評価されたとき、前記一及び他の帯域間のノイズレベルの関係を算出した後、最新評価で前記一の帯域が前記信号成分帯域と評価され、前記他の帯域が前記ノイズ帯域と評価された場合、前記一の帯域のノイズレベルを、前記関係と前記最新評価時の前記他の帯域のノイズレベルとに基づいて推定する推定部と；
   を備えるノイズレベル推定装置。
2. 前記評価部は、周期的に前記評価を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のノイズレベル推定装置。
3. 前記所定周波数範囲には所定の周波数帯域が含まれる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のノイズレベル推定装置。
4. 前記推定部は、
   前記ノイズ帯域と評価された帯域の信号レベルを、前記ノイズ帯域と評価された帯域のノイズレベルと推定し、
   前記関係として、前記一及び他の帯域間のノイズレベル差を算出する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のノイズレベル推定装置。
5. 前記推定部は、前記一の帯域が前記信号成分帯域となり、前記他の帯域が前記ノイズ帯域となっている場合には、前記他の帯域について推定されているノイズレベルとの差が、前記ノイズレベル差に近付くように、前記一の帯域におけるノイズレベルを推定する、ことを特徴とする請求項４に記載のノイズレベル推定装置。
6. 前記帯域ごとのパワースペクトル分布を算出するパワースペクトル算出部を更に備え、 前記評価部は、前記帯域ごとのパワースペクトル分布に基づいて、前記評価を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のノイズレベル推定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のノイズレベル推定装置と；
   前記ノイズレベル推定装置により推定されたノイズレベルを利用して、前記ノイズレベル推定装置への入力信号のノイズ低減を行うノイズ低減部と；
   を備えることを特徴とするノイズ低減装置。
8. 評価部と推定部とを備え、ノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置において使用されるノイズレベル推定方法であって、
   所定周波数範囲を分割した複数の帯域毎に信号成分が含まれるかに応じて信号成分帯域かノイズ帯域かの評価を行う評価工程と；
   前記複数の帯域における一及び他の帯域が前記ノイズ帯域と評価されたときに、前記一及び他の帯域間のノイズレベルの関係を算出した後、最新評価で前記一の帯域が前記信号成分帯域と評価され、前記他の帯域が前記ノイズ帯域と評価された場合、前記一の帯域のノイズレベルを、前記関係と前記最新評価時の前記他の帯域のノイズレベルとに基づいて推定する推定工程と；
   を備えるノイズレベル推定方法。
   
9. ノイズレベル推定装置が有するコンピュータに、請求項８に記載のノイズレベル推定方法を実行させる、ことを特徴とするノイズレベル推定プログラム。
10. ノイズレベル推定装置が有するコンピュータにより読み取り可能に、請求項９に記載のノイズレベル推定プログラムが記録されている、ことを特徴とする記録媒体。
11. 所定の周波数帯域を含む周波数範囲を複数の周波数帯域に分割した分割周波数帯域ごとに、信号成分が含まれているかの評価を周期的に行う評価部と；
    前記評価部による最新の評価の結果に基づいて、前記分割周波数帯域のそれぞれにおけるノイズレベルの推定を行う推定部と；を備え、
    前記推定部は、
    前記評価部による最新の評価より、前記信号成分が含まれていないと評価されたノイズ帯域については、前記最新の評価の時点の前記ノイズ帯域における信号レベルを、ノイズレベルと推定するとともに、前記分割周波数帯域のうちの一の分割周波数帯域と他の分割周波数帯域との双方が前記ノイズ帯域であると最新に評価された際に推定された、前記一の分割周波数帯域におけるノイズレベルと前記他の分割周波数帯域におけるノイズレベルとの関係を算出した後に、前記一の分割周波数帯域が前記信号成分を含む信号成分帯域となり、前記他の分割周波数帯域が前記ノイズ帯域となっていると評価された場合、前記一の分割周波数帯域におけるノイズレベルを、最新に算出された前記関係と前記他の分割周波数帯域について推定されたノイズレベルとに基づいて推定する、
    ことを特徴とするノイズレベル推定装置。

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