JPH08248084A - 雑音レベル推定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】入力信号が間欠的な信号と雑音とが重畳された
場合でも、精度良く雑音レベルの推定な雑音レベル推定
回路を提供することを目的とする。 【構成】本発明の雑音レベル推定回路は入力信号のレベ
ルを検出するレベル検出手段（１０１，１０２）と、現
在の入力レベル信号と過去の入力レベル信号、あるい
は、現在の入力レベル信号と過去の推定雑音レベルに基
づく信号を比較し、いずれか一方の信号を選択出力する
信号選択手段（１０４）を有する。そして、あらかじめ
設定された雑音レベル選択基準に基づき、入力信号中の
雑音成分レベルを推定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、雑音が付加さ
れた音声入力信号において音声信号区間を検出する音声
検出回路において使用される雑音レベル推定回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無線音声送信機や音声録音機では、「真
に音声がある区間（以下、音声区間と称する）」のみ送
信あるいは録音することにより、消費電力を下げたり、
録音時間を延ばしたりといった性能向上を図ることがで
きる。そのために必要となる手段が、音声区間を抽出す
るための音声検出回路である。図９にその音声検出回路
の一例を示す。以下の説明においては、信号は便宜上デ
ィジタル信号とし、ｘ［ｋ］、ｙ［ｋ］（ｋ；時間の経
過を示す＝０，１，２，…）等の変数を用いて表示す
る。図９において、１００１は絶対値演算器（ＡＢ
Ｓ）、１００２は入力Ａ，Ｂを比較してＡ＞Ｂのときフ
ラグとしてＦｙ［ｋ］＝１とし、そうでないときＦｙ
［ｋ］＝０とするレベル比較器、１００３はＦｙ［ｋ］
＝０から１に変わったときは直ちにＦｚ［ｋ］＝１と
し、Ｆｙ［ｋ］＝１から０に変わったときは設定時間経
過後Ｆｚ［ｋ］＝０とするためのハングオーバータイム
カウンタである。１００１への入力ｘ［ｋ］は所望の音
声信号ｓ［ｋ］と雑音ｎ［ｋ］とを成分とする信号であ
る。図９の回路は、雑音ｎ［ｋ］のレベルが小さい場合
は、しきい値ＴＨＬを適切な値に定めることができ、比
較的良好な音声検出回路として機能する。

【０００３】しかし、ＴＨＬの適切な値は雑音レベルに
大きく依存するものであり、また雑音レベルが大きくな
るに従い、適切なＴＨＬの値を定めることが困難とな
る。そこで、図１０のように雑音レベルを推定する雑音
レベル推定回路１１０４を設け、そのレベルを、乗算器
１１０５で調整値α1 に掛けるような処理をすることに
より補正して、ｘ［ｋ］が音声区間に含まれるとみなす
か否かの判定しきい値（可変）ＴＨＬ［ｋ］とすること
が考えられる。図１１はこのような場合に使用される雑
音レベル推定回路の具体例である。この雑音レベル推定
回路では、絶対値演算部（ＡＢＳ）１２０１で入力信号
ｘ［ｋ］のレベルをとり、乗算器１２０３、１２０４と
バッファメモリ１２０５で構成されるローパスフィルタ
１２０２を通し、その出力を推定雑音レベルとするもの
である。ローパスフィルタのカットオフ周波数を、想定
される入力信号に応じて設定すれば、比較的レベル変動
の小さい雑音成分ｎ［ｋ］のレベルを、音声成分の入力
にあまり影響されずに、ＮＬ［ｋ］として出力すること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような雑音レベル
推定回路では、音声区間における音声成分のレベルが雑
音成分のレベルより高く、かつｘ［ｋ］が入力されてい
るトータルの時間に対する音声区間の割合が多くなる
と、音声信号の高いレベルに影響されて正しい雑音レベ
ルの推定ができないという問題があった。

【０００５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たもので、その目的とするところは入力信号ｘ［ｋ］に
おいて所望の信号のレベルが高くかつ存在する時間の割
合が多い場合でも、精度良く雑音レベルを推定できる、
雑音レベル推定回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために本発明は、入力信号に付加された雑音レベルを推
定する雑音レベル推定回路において、前記入力信号のレ
ベルを検出するレベル検出手段と、このレベル検出手段
で検出された現在の入力レベル信号と少なくとも一つ以
上の過去の入力レベル信号、あるいは、現在の入力レベ
ル信号と過去に推定された推定雑音レベルに基づいて生
成された信号とを比較し、いずれかの信号を選択出力す
る信号選択手段とを具備したことを第１の特徴とする。

【０００７】また、入力信号に付加された雑音レベルを
推定する雑音レベル推定回路において、前記入力信号の
レベルを検出するレベル検出手段と、規定レベルより大
きな入力信号に対し、規定レベルの信号が入力されたも
のとみなす入力レベル制限手段とを具備したことを第２
の特徴とする。

【０００８】さらに、入力信号に付加された雑音レベル
を推定する雑音レベル推定回路において、前記入力信号
のレベルを検出するレベル検出手段と、規定レベルより
大きな入力信号に対し、レベル推定動作を停止する手段
とを具備したことを第３の特徴とする。

【０００９】

【作用】上記した第１の特徴の構成にあっては、レベル
変動の大きな信号と雑音が重畳された入力信号から、レ
ベル変動の大きな信号がないと推定される区間のレベル
を検出することにより、精度よく雑音レベルの推定がで
きる。また、上記した第２の特徴の構成にあっては、規
定レベルより大きな入力信号に対し、規定レベルの入力
信号が入力されたものとみなす入力レベル制限手段を備
えているので、精度良く雑音レベルの推定ができる。さ
らに、上記した第３の特徴の構成にあっては、規定レベ
ルより大きな入力信号に対し、レベル推定動作を停止す
る手段を備えているので、精度良く雑音レベルの推定が
できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例の構成
を説明するための図である。１０１は絶対値演算器、１
０２はローパスフィルタである。このローパスフィルタ
１０２は図１１に示したローパスフィルタ１２０２と同
じようなもので良い。次に、１０３，１０６，１０９は
スイッチ、１０４はＡ，Ｂふたつの入力のうち小さい方
を出力する信号選択器、１０５は１データ分のバッファ
メモリ、１０７は短時間フレームＴS （sec ）をカウン
トするカウンタ、１０８は長時間フレームＴL （sec ）
をカウントするカウンタをそれぞれ示している。

【００１１】次に、各部の動作であるが、まず、サンプ
リング周期Ｔ0 （sec ）でサンプリングされている入力
信号ｘ［ｋ］が絶対値演算部１０１およびローパスフィ
ルタ１０２でレベル平滑化される。スイッチ１０３はロ
ーパスフィルタからのデータを、短時間フレームＴS
（sec ）に１回、ｙ［ｋ１］として信号選択器１０４に
出力する。すなわち、ｙ［ｋ１］のサンプリング周期は
ＴS （sec ）であり、ｋ１＝INT （（Ｔ0*ｋ）／ＴS ）
である。次に信号選択器１０４はＡ入力とＢ入力のデー
タを比較し、小さい方の信号を出力する。長時間フレー
ムカウンタ１０６がＴL （sec ）をカウントすると、ス
イッチ１０９をＯＮにして推定雑音レベル信号ＮＬ［ｋ
２］（ただし、ｋ２＝INT （（ＴS*ｋ１）／ＴL ）であ
る）を出力する。バッファメモリ１０５は、通常、ＮＬ
［ｋ２］のデータを保存するが、スイッチ１０９がＯＮ
となりＮＬ［ｋ２］が出力されたとき、すなわち長時間
フレームＴL （sec ）に一度、ＮＬ［ｋ２］を保存する
代わりに、信号選択器１０４の端子Ｂに入力され得る理
論的最大値MAXVを保存する。したがって、ＮＬ［ｋ２］
は長時間フレームＴL （sec ）の間の最小のｙ［ｋ１］
を出力することと等価であり、ＮＬ［ｋ２］は長時間フ
レームＴL （sec ）に１度データが出力( 更新) される
ことになる。ｘ［ｋ］に含まれる音声信号はレベル変動
の大きな信号であるため最小のｙ［ｋ１］は、音声が存
在しない区間、すなわち、雑音のみの区間のレベルとみ
なすことができる。

【００１２】以上の説明を図２の波形図を用いて説明す
る。図２の（ａ）に示す波形は横軸に時間、縦軸にスイ
ッチ１０３の出力を示す。また、図２の（ｂ）は本実施
例により出力された結果であるＮＬの値をを示す。図２
の（ｂ）に示すようにＮＬの値は、図２の（ａ）の波形
上にａ点，ｃ点，ｄ点に示した長時間フレーム中の最小
のｙ［ｋ１］を次の長時間フレームのＮＬとしている。
さらにＮＬの値の更新は長時間フレーム毎に一回であ
る。

【００１３】以上のように、入力信号が所望の信号と雑
音がとが重畳された場合でも、精度の良い雑音レベルが
測定できる。 （第２の実施例）図３は、本発明の第２の実施例の構成
を示す図である。２０１は絶対値演算器、２０２はロー
パスフィルタ、２０３はスイッチ、２０５はＮデータ分
のバッファメモリ、２０６は２０３からのデータの保存
エリアを指定するアドレスポインタ（データを保存する
度、１ずつインクリメントし、＃( Ｎ−１) となった
ら、次は＃０に戻る) 、２０４はバッファメモリ２０５
にデータが格納される度に、Ｎ個の端子に入力されてい
るデータの中で最小のデータを選択し出力する信号選択
器、２０７は短時間フレームＴS （sec ）をカウントす
るカウンタである。ローパスフィルタ２０２は図１１に
示したローパスフィルタ１２０２と同じようなもので良
い。

【００１４】次に各部の動作であるが、サンプリング周
期Ｔ0 （sec ）でサンプリングされている入力信号ｘ
［ｋ］は絶対値演算部２０１、ローパスフィルタ２０２
でレベル平滑化される。スイッチ２０３はローパスフィ
ルタからのデータを、短時間フレームＴS （sec ）に１
回、ｙ［ｋ１］としてバッファメモリ２０５に出力す
る。このときも第１の実施例と同様、ｙ［ｋ１］のサン
プリング周期はＴS （sec）であり、k1＝INT （（Ｔ0*
ｋ）／ＴS ）である。ｙ［ｋ１］は、ポインタ２０６の
示すアドレスに格納され、それと同時に、ポインタ２０
６はアドレス値を１インクリメントする。信号選択器２
０４は、バッファメモリ２０５に保存されているＮ個の
データを比較し、最小のデータを雑音レベル信号ＮＬ
［ｋ１］として出力する。したがって、ＮＬ［ｋ１］は
長時間フレームＮ* ＴS （sec ）の間の最小のｙ［ｋ
１］を出力することと等価であるが、第一の実施例とは
異なり、ＮＬ［ｋ１］は短時間フレームＴS （sec ）に
１度データが出力( 更新) されることになる。

【００１５】以上の説明を再び図２の波形図を用いて説
明する。図２の（ａ）に示す波形は横軸に時間、縦軸に
スイッチ２０３の出力を示す。また、図２の（ｃ）は本
実施例により出力された結果であるＮＬの値をを示す。
図２の（ｃ）に示すようにＮＬの値は、図２の（ａ）の
波形上にｂ点，ｄ点で示したように、ＮＬを出力する直
前の長時間フレーム中の最小のｙ［ｋ１］を次のＮＬと
している。ＮＬの値の更新は先に述べたように短時間フ
レーム長に１度である。

【００１６】本実施例では、第１の実施例より多くのバ
ッファメモリを必要とするが、その反面、きめ細かい制
御が可能となる。 （第３の実施例）図４は、本発明の第３の実施例の構成
を示す図である。３０１は絶対値演算器、３０２はロー
パスフィルタ、３０３はスイッチ、３０４はＡ，Ｂふた
つの入力のうち小さい方を出力する信号選択器、３０５
は１データ分のバッファメモリ、３０７は短時間フレー
ムＴS （sec ）をカウントするカウンタ、３０９は忘却
係数α3 の乗算器である。ローパスフィルタ３０２は図
８に示したローパスフィルタ１２０２と同じようなもの
で良い。

【００１７】始めに、サンプリング周期Ｔ0 （sec ）で
サンプリングされている入力信号ｘ［ｋ］が絶対値演算
部３０１、ローパスフィルタ３０２を用いてレベル平滑
化される。スイッチ３０３はローパスフィルタ３０２か
らのデータを、短時間フレームＴS （sec ）に１回、ｙ
［ｋ１］として出力する。すなわち、ｙ［ｋ１］のサン
プリング周期はＴS （sec ）であり、k1＝INT （（Ｔ0*
ｋ）／ＴS ）である。信号選択器３０４は、理論的最大
値ＭＡＸＶ−ｙ［ｋ１］を端子Ａ入力とし、データバッ
ファ３０５の値にα3 を掛けたデータを端子Ｂ入力とす
る。これらふたつの入力を比較し、小さい方のデータを
ｚ［ｋ１］として出力する。推定雑音レベルＮＬ［ｋ
１］は ＭＡＸＶ−ｚ［ｋ１］で求められる。バッファ
メモリ３０５は、ｚ［ｋ１］のデータを保存し、信号選
択器３０４の次回の端子Ｂの入力データに使用する。し
たがって、ＮＬ［ｋ１］は忘却係数α3 を適当な値に定
めることにより、ｙ［ｋ１］の小さい値、小さい値とト
レースするようになる。

【００１８】上記した各パラメータを波形で表すと図２
（ｄ）に示すような図となる。図２（ｄ）において、実
線は本実施例により出力された結果であるＮＬの値、点
線はＭＡＸＶ−ｙの値、そして、一点鎖線はｚの値をそ
れぞれ示す。

【００１９】本実施例では、第１の実施例、第２の実施
例と同様な雑音レベル推定が行われる。ただし、本実施
例は第１の実施例とは異なり、ＮＬ［ｋ１］は短時間フ
レームＴS （sec ）に１度データが出力（更新）される
ため、第２の実施例のような細かな制御が可能である。
更に、本実施例では、第２の実施例のようなバッファメ
モリも多数用意する必要がないという点が特徴である。 （第４の実施例）図５は、本発明の第４の実施例の構成
を示す図である。これは、前述した第１の実施例の回路
に、規定レベルより大きな入力信号が入力された場合に
は、規定レベルの入力信号が入力されたとみなすリミッ
タ回路４００を付加することにより、推定雑音レベルが
規定レベル以上にならないよう制御する雑音レベル推定
回路である。

【００２０】図５において、４０１、４０２、４０３、
４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９はそ
れぞれ、図１の１０１、１０２、１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９と同一である。

【００２１】本実施例では、予め、推定雑音レベルの最
大値が想定される場合（この想定最大雑音レベルをＮＬ
max とする）、リミッタ４００において以下の処理を施
すことにより、万一、所望信号の影響で雑音レベル推定
の精度が劣化する場合に非常に有効である。

【００２２】リミッタ４００の処理は以下に示す通りで
ある。 if （ｙ［ｋ１］＞ＮＬmax ）then ｙ［ｋ１］＝ＮＬ
max 上記したリミッタの処理を波形を用いて表すと図６のよ
うになる。図６において、実線はリミッタ出力、点線は
リミッタ入力をそれぞれ示す。

【００２３】なお、本実施例ではリミッタをスイッチ４
０３と信号選択器４０４の間に配置したが、絶対値演算
器４０１の前、絶対値演算器４０１とローパスフィルタ
４０２の間、あるいは信号選択器４０４の後に配置する
ことも可能である。また、ここでは、第１の実施例の雑
音レベル推定回路にリミッタ処理を追加した例で説明し
たが、基本となる雑音レベル推定回路はこれに限らず、
例えば図１１に示したような従来の雑音レベル推定回路
と組み合わせることも可能である。 （第５の実施例）図７は、本発明の第５の実施例の構成
を示す図である。これは、第１の実施例の回路に、入力
レベルにより動作停止するか否かの判定を行う判定回路
５００を付加した雑音レベル推定回路の例である。図５
において、５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、
５０６，５０７、５０８、５０９はそれぞれ、図１の１
０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８、１０９と同一である。

【００２４】本実施例では、ローパスフィルタ５０２か
らの入力レベル信号が規定レベルを越えるときは、その
区間雑音レベル推定動作を停止することにより推定雑音
レベルが規定レベル以上にならないよう制御する。そし
て、予め、推定雑音レベルの最大値が想定される場合、
判定回路５００において次の処理をしておけば、万一、
所望の信号の影響で雑音レベル推定の精度が劣化する場
合に有効である。判定回路５００ではｙ［ｋ１］のレベ
ルを監視し、そのレベルがＮＬmax を越えるとき、信号
選択器５０４および長時間フレームカウンタ５０８に禁
止信号（ＩＮＨ）を送り、このＮＬmax を越えたデータ
ｙ［ｋ１］は存在しなかったものとみなし、この間雑音
レベル推定動作を停止するものである。したがって、こ
の場合「長時間フレーム時間ＴL （sec ）＋停止時間」
経過後、推定雑音レベルＮＬ［ｋ２］は新しいデータに
更新されることになる。

【００２５】上述の説明を波形図を用いて説明する。図
８の波形図に示すように、ＮＬmaxを越えたデータｙは
（点線で示す）は存在しなかったものとみなし、この間
雑音レベル推定動作が停止される。そして実線で示した
区間のみをレベル監視の対象としている。

【００２６】なお、本実施例では判定回路５００をスイ
ッチ５０３と信号選択器５０４の間に配置したが、絶対
値演算器５０１の前、絶対値演算器５０１とローパスフ
ィルタ５０２の間、あるいは信号選択器５０４の後に配
置することも可能である。また、ここでは、第１の実施
例の雑音レベル推定回路に判定回路を追加した例で説明
したが、基本となる雑音レベル推定回路はこれに限ら
ず、例えば図１１に示したような従来の雑音レベル推定
回路と組み合わせることも可能である。

【００２７】以上、本発明のいくつかの実施例を説明し
たが、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記各実施例では、音声と周囲雑音を例に
して説明したが、本発明では、レベル変動の大きい所望
の信号と比較的レベル変動が小さい雑音の場合も適用可
能であり、音声と周囲雑音に限定するものではない。ま
た、レベルについても、上記の各実施例では電圧（振幅
データ）を使用した場合について説明したが、電力（パ
ワーデータ）でも同様な回路が可能である。この場合、
各実施例における絶対値演算器（ＡＢＳ）の代わりに２
乗演算を行うことにより可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、所望
信号に雑音が重畳された入力信号の場合でも、精度良く
雑音レベルの推定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図。

【図２】本発明の第１乃至第３の実施例を説明するため
の波形図。

【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す図。

【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す図。

【図５】本発明の第４の実施例の構成を示す図。

【図６】本発明の第４の実施例を説明するための波形
図。

【図７】本発明の第５の実施例の構成を示す図。

【図８】本発明の第５の実施例を説明するための波形
図。

【図９】従来の音声検出回路の構成を示す図。

【図１０】他の従来の音声検出回路の構成を示す図。

【図１１】従来の雑音レベル推定回路の構成を示す図。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１…絶対値演算
器（ＡＢＳ）、 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２…ローパスフ
ィルタ、 １０３，１０６，１０９，２０３，２０６，３０３，４
０３，４０６， ４０９，５０３，５０６，５０９…スイッチ、 １０４，２０４，３０４，４０４，５０４…信号選択
器、 １０５，２０５，３０５，４０５，５０５…バッファメ
モリ、 １０７，１０８，２０７，３０７，４０７，４０８，５
０７，５０８…カウンタ、 ３０９…乗算器、 ４００…リミッタ、 ５００…動作判定回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に付加された雑音レベルを推定す
   る雑音レベル推定回路において、前記入力信号のレベル
   を検出するレベル検出手段と、このレベル検出手段で検
   出された現在の入力レベル信号と少なくとも一つ以上の
   過去の入力レベル信号、あるいは、現在の入力レベル信
   号と過去に推定された推定雑音レベルに基づいて生成さ
   れた信号とを比較し、いずれかの信号を選択出力する信
   号選択手段とを具備したことを特徴とする雑音レベル推
   定回路。
2. 【請求項２】入力信号に付加された雑音レベルを推定す
   る雑音レベル推定回路において、前記入力信号のレベル
   を検出するレベル検出手段と、規定レベルより大きな入
   力信号に対し、規定レベルの信号が入力されたものとみ
   なす入力レベル制限手段とを具備したことを特徴とする
   雑音レベル推定回路。
3. 【請求項３】入力信号に付加された雑音レベルを推定す
   る雑音レベル推定回路において、前記入力信号のレベル
   を検出するレベル検出手段と、規定レベルより大きな入
   力信号に対し、レベル推定動作を停止する手段とを具備
   したことを特徴とする雑音レベル推定回路。
4. 【請求項４】前記信号選択手段は、信号選択手段への複
   数の入力信号からレベル最小の信号を選択することを特
   徴とする請求項１記載の雑音レベル推定回路。
5. 【請求項５】前記信号選択手段は、信号選択手段への複
   数の入力信号からレベル最大の信号を選択することを特
   徴とする請求項１記載の雑音レベル推定回路。
6. 【請求項６】前記レベル検出手段の構成品としてローパ
   スフィルタを使用することを特徴とする請求項１記載の
   雑音レベル推定回路。
7. 【請求項７】前記レベル検出手段の出力信号に対し、こ
   れを入力信号のサンプリング周期より長い周期でサンプ
   リングすることを特徴とする請求項１記載の雑音レベル
   推定回路。