JPH11212597A - オーディオ信号の狭帯域、固定周波数干渉の抑圧方法 - Google Patents

オーディオ信号の狭帯域、固定周波数干渉の抑圧方法

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JPH11212597A
JPH11212597A JP10307173A JP30717398A JPH11212597A JP H11212597 A JPH11212597 A JP H11212597A JP 10307173 A JP10307173 A JP 10307173A JP 30717398 A JP30717398 A JP 30717398A JP H11212597 A JPH11212597 A JP H11212597A
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JP
Japan
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notch
filtering
frequency
filter
interference
Prior art date
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Pending
Application number
JP10307173A
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English (en)
Inventor
Imre Varga
ヴァルガ インレ
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Deutsche Thomson Brandt GmbH
Original Assignee
Deutsche Thomson Brandt GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H21/00Adaptive networks
    • H03H21/0012Digital adaptive filters
    • H03H21/002Filters with a particular frequency response
    • H03H21/0021Notch filters

Landscapes

  • Noise Elimination (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、有効信号の減損を生じさせること
なく適応ノッチフィルタリングを用いてオーディオ信号
の狭帯域、固定周波数の干渉を抑圧する方法の提供を目
的とする。 【解決手段】 本発明によれば、オーディオ信号が無い
か、又は、少しの部分しか存在しないときに、ノッチフ
ィルタリングの適応を行い、適応処理が停止され、ノッ
チフィルタを決定するため適応中に決定された適応ノッ
チフィルタリングの少なくとも1個のパラメータは干渉
周波数が決定されるときに維持され、オーディオ信号の
ノッチフィルタリングはノッチフィルタを決定する維持
されたパラメータを用いて行われる。適応ノッチフィル
タリングは、好ましくは、直接形のIIRノッチフィル
タである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、適応ノッチフィル
タ、特に、直接形のIIR(無限インパルス応答)ノッ
チフィルタを用いてオーディオ信号の狭帯域、固定周波
数の干渉を抑圧する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、音楽又は音声のようなオーディ
オ信号は、録音又は再生される際に、屡々狭帯域干渉を
含む。この干渉は、例えば、電源系の不適切なスクリー
ニングによる50Hz又は60Hzのハム、ハム高調波
又は照明系からの干渉である。原則的に、この干渉の周
波数は、時間的に一定若しくは僅かに変化するだけであ
る。そのため、略シヌソイド状の干渉成分は、高い極Q
値を有する一つ以上のノッチフィルタを用いてオーディ
オ信号から除去され得る。ここで、ノッチ周波数は夫々
の干渉周波数に設定されるべきである。設定可能なノッ
チフィルタとの比較によってノッチ周波数を自動的に検
出する適応フィルタは、即ち、手動によるノッチ周波数
の設定という退屈な作業を必要としない適応フィルタ
は、この目的のため特に適当である。
【0003】このようなフィルタは、BHASKA D. RAO
と、R . Pengによる“Tracking Characteristics of th
e Constrained IIR Adaptive Notch Filter ”, IEEE
Trans.Acoust., Speech, Signal Processing, vol.36,
No.9, September 1988, pages1466-1479に記載されてい
る。IIRノットフィルタが適応ノッチフィルタリング
のため直接形で使用される。IIRノッチフィルタの係
数は、一定ステップ幅のガウス・ニュートン法を用いて
決定される。この場合、干渉周波数に変化が生じたとき
にノッチ周波数の追跡が行えるように、適応は連続的に
行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような連続的なノ
ッチフィルタの適応は、可変性干渉周波数の場合に必要
とされる。しかし、本質的に固定的な干渉周波数の場
合、連続的なノッチフィルタの適応は実際的ではない。
これは、除去される信号が干渉信号に限られず、場合に
よっては有効信号の一部が除去されることに起因する。
その理由は、ノッチ周波数が、厳密に言うと、信号が干
渉信号、或いは、有効信号の一部の何れであるかとは無
関係に、最高レベルを有するシヌソイド成分に制御され
るからである。このため、特に低い干渉レベルの場合、
誤った適応及びフィルタリングに起因して、有効信号の
著しい減損が生じる可能性がある。
【0005】したがって、本発明の目的は、上記の有効
信号の減損を生じさせることなく適応ノッチフィルタリ
ングを用いてオーディオ信号の狭帯域、固定周波数の干
渉を抑圧する方法を提供することである。この本発明の
目的は、請求項1に記載された方法によって実現され
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】原則として、干渉周波数
が自動的に決定される適応ノッチフィルタリングを用い
てオーディオ信号の狭帯域、固定周波数の干渉を抑圧す
る本発明の方法は、オーディオ信号が無いか、若しく
は、オーディオ信号の少しの部分しか存在しないとき
に、ノッチフィルタリングの適応を行い、適応が停止さ
れ、ノッチ周波数を決定するため上記適応中に決定され
た適応ノッチフィルタリングのパラメータは、上記干渉
周波数が決定されるときに維持され、オーディオ信号の
ノッチフィルタリングは上記ノッチ周波数を決定する上
記維持されたパラメータを用いて行われる。
【0007】したがって、本発明による方法は、干渉が
有効信号のポーズ中又は有効信号の開始前に存在するこ
とを検出する。これにより、そのような時点でも固定周
波数の干渉に対する適応を行うことができる。適応フェ
ーズの後、適応をある程度凍結することが必要である。
即ち、係数は、有効信号フェーズ中に新たに定義され、
場合によっては再度誤って定義されるのではなく、夫々
の値を維持する必要がある。
【0008】本発明の方法において、簡単な適応スキー
ムと、特に、狭帯域干渉の除去に非常に適した好ましい
フィルタ特性とを有する直接形のIIRノッチフィルタ
の適応ノッチフィルタリングを利用する点が有利であ
る。本発明の副次的な課題の有利な実施例において、干
渉周波数に関係したフィルタ係数は、ローパスフィルタ
リングを用いて適応中又は適応後に平均化され、平均化
されたフィルタ係数はノッチフィルタリングに使用され
る。フィルタ係数の平均化が特に有利である。その理由
は、フィルタ係数は適応中に連続的に変化し、その結果
として、適応がある離散的な時点から次の時点までに突
然停止された場合に、フィルタ係数は所望の値に近い瞬
時値しか取らないからである。このようなフィルタ係数
は、低い極Q値の場合には許容できるかもしれないが、
選択性ノッチフィルタリングの場合には特に巧く適合し
ない。これに対し、本発明の平均化によれば、ノッチ周
波数は適応の終了後に干渉周波数に非常に正確に同調さ
れる。
【0009】この場合、適応の最後のフェーズ中だけで
平均化を行うことにより利点が得られる。その理由は、
適応中の初期段階で干渉周波数は粗くしか決定できず、
干渉周波数の厳密な決定は適応の最後の方だけで行われ
るからである。ローパスフィルタリングのカットオフ周
波数は、好ましくは、決定された干渉周波数の関数とし
て選択される。連続的に最適化されるカットオフ周波数
の値を用いることにより、干渉周波数で良好な減衰が得
られるようになり、同時に、ローパスフィルタの時定数
はカットオフ周波数に逆比例するので、短い平均化時間
が得られる。かくして、カットオフ周波数は、例えば、
干渉周波数の一定部分、例えば、10分の1に選択され
得る。
【0010】本例では、特に、ローパスフィルタリング
として2次のローパスを使用する方が有利である。最後
に、適応中にノッチフィルタリングのフィルタ特性を変
更し、ノッチフィルタリングの所望のフィルタ特性が干
渉周波数と共に実現されたとき、適応ノッチフィルタリ
ングのノッチ周波数を決定するパラメータを維持するこ
とが特に有利である。この場合、ノッチフィルタリング
のノッチの帯域幅は、好ましくは適応中に縮小される。
かくして、干渉源は、初期にかなり広げられたノッチを
用いて非常に効率的に検出され得る。適応中に、ノッチ
は狭小化され、これにより周波数精度が向上し、オーデ
ィオ信号の減損が削減される。
【0011】
【発明の実施の形態】条件付きIIRノッチフィルタと
して公知の直接形のノッチフィルタは、単独の線形干渉
源を除波するため使用され得る。かかるフィルタの伝達
関数は、以下の式
【0012】
【数1】
【0013】によって与えられ、式中、aは、a=−2
*cos(2*π*f0/fs)であり、f0はノッチ
周波数であり、fsはサンプリング周波数であり、rは
極点の絶対値である。
【0014】rはノッチの帯域幅を決定し、高い極Q
値、即ち、小さい帯域幅はrが1に近いこと(例えば、
r=0.999)を意味する。rと帯域幅dfとの関係
は、 r2 =(1−tan(π*df/fs))/(t+ta
n(π*df/fs)) のように表される。この場合、極Q値は、 Q=f0/df によって与えられる。
【0015】適応FIRフィルタの適応用として多数の
アルゴリズムが公知である。確率的勾配法に属するLM
S(最小自乗平均)アルゴリズム及びNLMS(正規化
最小自乗平均)アルゴリズムは、実際のアプリケーショ
ンで最も頻繁に使用される重要な基本アルゴリズムであ
る。NLMSアルゴリズムの場合、ステップ幅は入力信
号のパワーに正規化され、適応特性は信号レベルとは無
関係になる。これにより、非定常信号、例えば、音声又
は音楽が処理されるべきアプリケーションにおいて明ら
かな利点が得られる。同様に、本発明の場合、勾配を決
定するため確率的近似を使用することが可能である。簡
単なLMS様式の適応は、例えば、 a(n+1)=a(n)+mu*e(n)*{r*e
(n−1)−x(n−1)} によって与えられる。式中、muはステップ幅であり、
x(n)はノッチフィルタ入力信号であり、e(n)は
ノッチフィルタ出力信号である。
【0016】しかし、他の適応アルゴリズムを使用して
もよい。特に、NLMS様式の適応による正規化は有利
である。ガウス・ニュートン反復法は大域的最適値への
収束を非常に効率的に支援することができる。ノッチ又
はノッチフィルタリングの帯域幅を縮小する目的で適応
中に行われるrの変更は、例えば、r(inf)>r
(0)であり、uが1に近い値を表すとき、 r(n+1)=u*r(n)+(u−1)*r(in
f) に従って選択される。
【0017】適応への収束後、数列{a(n)}は好ま
しくはローパスフィルタを用いて平均化される。最も重
要な点は、極Q値が大きくなると共に、対応して帯域幅
が小さくなることである。そこで、有効信号をできるだ
け減損させないために、できる限り狭帯域であるフィル
タリングが必要である。フィルタのパラメータに対応し
た平均化時間の後、適応は停止され、パラメータは平均
化された値をとる。
【0018】例えば、2次のローパスフィルタ(バイク
ワッド)
【0019】
【数2】
【0020】を使用してもよい。この場合、係数は、カ
ットオフ周波数及び極Q値が、対抗するノッチ周波数の
精度及び平均化の区間の必要条件に対応するように選択
される必要がある。例えば、ローパスフィルタは双一次
変換後に、以下の通り大きさが定められる。 π*f0/fs=(1/2)*arccos(−a/
2) 式中、a=a(n)はノッチフィルタの適応パラメータ
であり、 k=1/tan(π*c*f0/fs) である。
【0021】また、この場合、関数arccosを近似
しても良い。また、cがある値をとるとき、kは三角法
変換によって直接計算することができる。例えば、cは
0.1という値を取ることができ、このとき、ローパス
フィルタのカットオフ周波数は干渉周波数の10分の1
である。他のパラメータは以下の通り選択することがで
きる。 Q=1/sqrt(2) a0=1/(1+k(Q+k2 ) b1=2*a0*(1−k2 ) b2=(1−k/Q+k2 )/(1+k/Q+k2 ) 最後に、信号の幾つかの線形干渉源は、縦続形式の数種
類のノッチフィルタを順番に使用することによって同時
に評価することができる。個別のノッチフィルタは本例
では逐次的に適応される。
【0022】本発明は、音声信号及び音楽信号の再生及
び/又は記録に適用することができる。特に、本発明
は、例えば、カセット機器、テープ機器のような種々の
娯楽用電子機器の記録装置、並びに、光学式記憶ディス
クの再生及び/又は記録用装置に適用することができ
る。同様に、本発明は、上記の目的のため特別に設けら
れた単独機器、又は、パーソナルコンピュータの構成部
品に実現することができる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 適応ノッチフィルタリング、特に、干渉
    周波数が自動的に決定される直接形のIIRノッチフィ
    ルタを用いてオーディオ信号の狭帯域、固定周波数の干
    渉を抑圧する方法において、 オーディオ信号が無いか、若しくは、オーディオ信号の
    少しの部分しか存在しないときに、ノッチフィルタリン
    グの適応処理を行い、 適応処理が停止され、ノッチフィルタを決定するため上
    記適応処理中に決定された適応ノッチフィルタリングの
    少なくとも1個のパラメータは、上記干渉周波数及び/
    又は干渉振幅が決定されるときに維持され、 上記オーディオ信号のノッチフィルタリングは上記ノッ
    チフィルタを決定する上記維持されたパラメータを用い
    て行われることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 上記干渉周波数に関係したフィルタ係数
    は、ローパスフィルタリングを用いて適応処理中又は適
    応処理後に平均化され、 平均化された上記フィルタ係数はノッチフィルタリング
    に使用されることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 上記フィルタ係数の平均化は、適応処理
    の最後のフェーズ中だけで行われることを特徴とする請
    求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 上記ローパスフィルタリングのカットオ
    フ周波数は、決定された上記干渉周波数の関数として選
    択されることを特徴とする請求項2又は3記載の方法。
  5. 【請求項5】 2次のローパスフィルタが上記ローパス
    フィルタリングのため使用されることを特徴とする請求
    項2乃至4のうちいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 上記ノッチフィルタリングのフィルタ特
    性は適応処理中に変更され、 上記適応ノッチフィルタリングの上記ノッチ周波数を決
    定する上記パラメータは、上記ノッチフィルタリングの
    所望のフィルタ特性が得られたときに、上記干渉周波数
    と共に維持されることを特徴とする請求項1乃至5のう
    ちいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 上記ノッチフィルタリングのノッチの帯
    域幅は上記適応処理中に縮小されることを特徴とする請
    求項6記載の方法。
JP10307173A 1997-10-31 1998-10-28 オーディオ信号の狭帯域、固定周波数干渉の抑圧方法 Pending JPH11212597A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19748187:6 1997-10-31
DE19748187A DE19748187A1 (de) 1997-10-31 1997-10-31 Verfahren zur Unterdrückung einer schmalbandigen, festfrequenten Störung in einem Audiosignal

Publications (1)

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JPH11212597A true JPH11212597A (ja) 1999-08-06

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ID=7847244

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JP10307173A Pending JPH11212597A (ja) 1997-10-31 1998-10-28 オーディオ信号の狭帯域、固定周波数干渉の抑圧方法

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EP0913951A2 (en) 1999-05-06
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