JPH11274952A - 雑音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 雑音レベルが変化しても、リアルタイムで曲
間での雑音を除去する雑音低減装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 外部から入力された入力信号の雑音レベ
ルを検出する検出手段と、前記検出手段により検出され
た雑音レベルに基づいて入力信号の雑音を低減して出力
する雑音低減装置において、検出手段により検出された
雑音レベルを保持する雑音レベル保持部と、雑音レベル
保持部に保持された雑音レベルを更新する雑音レベル更
新部とを備え、雑音レベル更新部は前記検出手段により
所定時間ごとにサンプリングされた複数個の雑音レベル
が近似し、且つその値と前記雑音レベル保持部に保持さ
れた雑音レベルとの差が所定値以上である場合におい
て、雑音レベル保持部に保持された雑音レベルを更新
し、所定時間は可変である雑音低減装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号における
雑音成分を低減する雑音低減装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、入力信号における雑音成分をディ
ジタル的に低減する雑音低減装置（ノイズリダクション
システム）として、人力信号について予め設定された所
定レベル以下の信号成分を雑音としてカットする雑音低
減装置が知られている。本出願人は、特願平9―31O231
号として、音楽信号の高域周波数成分の信号がパルス信
号に近い特性を有していることを用いて、入力される音
楽信号の有音部における雑音レベルを検出し、この雑音
レベル以下の信号をカットする雑音低減装置を提案して
いる。この雑音低減装置では、ノイズ分析部において入
力された音楽信号の有音部における高域周波数成分につ
いて所定のタイミングでサンプリングしてそのレベルミ
ニマム値をホールドする構成とし、該ノイズ分析部にお
けるホールド値に基づいてそのホールド値以下の信号を
除去している。

【０００３】前記の先行技術である特願平9―31O231号
の雑音低減装置における、ノイズ分析部の構成の概略
を、図１、図２を用いて説明すると、まず、図１におい
て、入力信号Siは、ハイパスフィルタ(HPF)(イ)で高域
周波数成分のみを取り出してハイパス信号Shとし整流回
路(ロ)を介して整流信号Shnとしてから、低周波数領域
（整流信号Shnのエンベロープ成分）を抽出するための
ローパスフィルタ(LPF)(ハ)を介して抽出信号Slnをレベ
ル分析回路(ニ)に出力する。他方、同じ入力信号Siは、
整流回路(ホ)に入力され整流信号Sinに整流された後、
ローパスフィルタ(LPF)(へ)を介して抽出信号Slをレベ
ル分析回路(ニ)に入力し、両抽出信号Sin,Slからノイズ
レベル検出信号Saを得ている。

【０００４】次に、図２の波形図において、図２(a)は
入力信号Si、即ち入力される音楽信号の全周波数領域の
波形であり、図２(b)の実線で示した波形はハイパスフ
ィルタ(HPF)(イ)及び整流回路(ロ)を通過後の整流信号S
hnである。そして、図２(b)の点線で示した波形はロー
パスフィルタ(LPF)(ハ)通過後の抽出信号Slnの波形であ
り、整流信号Shnの低周波数領域(整流信号Shnのエンベ
ロープ成分)であり、この抽出信号Slnがレベル分析回路
(ニ)に入力される。

【０００５】次に、図２(c)はレベル分析回路(ニ)にお
けるローパスフィルタ(LPF)(ハ)からの上記抽出信号Sln
に対するレベルミニマム値のホールドの様子を示してい
る。同図に示されるいるＳaのサンプリング開始（ホー
ルドスタート）は音楽信号における曲のスタートに略同
期するものであって、レベル分析回路(ニ)においてロー
パスフィルタ(LPFl)(ヘ)からの抽出信号Slに基づき入力
信号Ｓiにおける有音部であることを検出することによ
り決定される。すなわち、レベル分析回路（ニ）は、有
音部が検出されたタイミング以降の各サンプリングタイ
ミング毎に、一のサンプリングタイミングで入力された
抽出信号Slnと次のサンプリングタイミングで入力され
た抽出信号Slnとを比較し、小さい方の抽出信号Slnの値
を上記レベル検出信号Saとして出力する動作を各サンプ
ルタイミング毎に繰り返す。この処理により、レベル検
出信号Saとして出力されるサンプル値は、図２(c)に示
すように各サンプルタイミング毎に徐々に入力信号Siの
雑音レベルSaに近づいてゆき、所定時間経過後に最終的
に雑音レベルSaで一定化する。

【０００６】なお、レベル検出信号Saの初期値として
は、レベル分析回路(ニ)において扱うことが可能な最大
レベルの雑音(図２(c)、符号Ｖranｇmaxで示す。)と
し、以後この最大レベルより小さいレベルの抽出信号Sl
nが入力される度にその値をホールドして、最終的には
最小の雑音レベルSaで一定化する。そして、雑音低減装
置の作動は音楽信号の高域周波数成分について所定のタ
イミングでサンプリングされホールドされたミニマムホ
ールド値Ｓaに基づき、入力された音楽信号Ｓiにおける
レベルミニマム値Ｓa以下の信号を除去するように働
く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記先
行技術の雑音低減装置は、前述したように、当初に設定
された雑音レベルSaを以後継続して用いる為、時間経過
により実際には雑音レベルが増減して、当初の雑音レベ
ルSaと異なった場合にも、その雑音を音楽信号として判
断するため、雑音を除去することができない。本発明
は、上記の問題点にかんがみて為されたもので、その課
題は、雑音のレベルが変化しても、リアルタイムで曲間
での雑音を除去することができる雑音低減装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、外部から入力された入
力信号の雑音のレベルを検出する検出手段と、検出手段
により検出された雑音レベルに基づいて入力信号の雑音
を低減して出力する雑音低減装置において、検出手段に
より検出された雑音レベルを保持する雑音レベル保持部
と、雑音レベル保持部に保持された雑音レベルを更新す
る雑音レベル更新部とを備えたものである。請求項１に
記載の発明の作用は、雑音レベルをリアルタイムで常に
更新するから、雑音レベルが変化しても、曲間等の音楽
の無音部において確実に雑音を除去する。

【０００９】上記の課題を解決するために、請求項２に
記載の発明は、請求項１における雑音レベル更新部の検
出手段により所定時間ごとにサンプリングされた複数個
の雑音レベルが近似し、且つその値と前記雑音レベル保
持部に保持された雑音レベルとの差が所定値以上である
場合において、前記雑音レベル保持部に保持された雑音
レベルを更新するものである。請求項２に記載の発明の
作用は、請求項１の作用に加えて、より正確な雑音レベ
ルを検出し、雑音レベル更新部で確実に雑音レベルを更
新する。

【００１０】上記の課題を解決するために、請求項３に
記載の発明は、検出手段でのサンプリングする所定時間
を可変としたものである。請求項３に記載の発明の作用
は、請求項２の作用に加えて、雑音レベル保持部で雑音
レベルの更新の応答性を変えることができ、例えば、音
楽の曲がスタートする時点では、サンプリングの所定時
間を短くして、雑音レベル保持部での雑音レベルを速や
かに変更できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に好適な実施の形態
について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明
する実施の形態は、種々の情報再生装置からの入力信号
（例えば、チューナからの入力信号、ＣＤプレーヤから
の入力信号又はＭＤからの入力信号等）に対して、本発
明の雑音低減装置を適用した場合の実施形態である。

【００１２】始めに、図３のタイムチャートを用いて実
施形態に係る雑音低減装置の概略を説明する。図３(a)
においては、上記従来技術で説明したと同様の雑音低減
装置に入力される音楽信号の全帯域周波数成分である入
力信号Siのうち整流回路、ローパスフィルタ(LPF)を通
過した後の13kHz以上の高域周波数成分の信号を抽出し
た信号波形を示しており、その縦軸は信号レベルを、ま
た横軸は時間を表している。上記に説明したごとく、音
楽信号の有音部における高域周波成分の信号がパルス信
号に非常に近い特性を有していることから、この高域周
波数成分の信号における最も低い信号レベルをノイズレ
ベルと見なすことができる。同図においては、当初（t1
以前）のノイズ(雑音)レベル(A)よりもノイズレベルが
高い(B)音楽が、曲スタート時t1から入力されて、音楽
の途中からノイズレベルがさらに高い(C)音楽が入力さ
れる場合を想定して以下に説明する。

【００１３】ここで、本発明における雑音レベルを検出
し保持する雑音レベル保持部は、後述するように、入力
信号Siをハイパスフィルタ１(図４(HPF))で13kHz以上の
高域周波数成分のみを取り出してハイパス信号とし、更
に図示しない従来技術同様の整流回路、ローパスフィル
タ(LPF)を通過した後の信号について、所定期間内にお
ける、高域周波数成分の信号の最も低い信号レベルをホ
ールドする第１ミニマムホールド部２、第２ミニマムホ
ールド部３からなる。

【００１４】まず、図３(b)においては、ミニマムホー
ルド値のレベルが縦軸であるが、当初(t1時)のノイズレ
ベルＶＮ（ミニマムホールド値A）よりも、実際のノイ
ズレベル（ミニマムホールド値B）が大きい曲が入力さ
れた場合は、雑音低減装置においてはノイズレベルＶＮ
(ミニマムホールド値A)よりも小さな雑音は除去できる
が、レベルの大きな雑音は除去することはできない。そ
こで、ノイズレベルのミニマムホールド値を実際のノイ
ズレベル(ミニマムホールド値B)Bと一致させる必要があ
る。そのために、設定されたT-HOLDタイム毎にリセット
してノイズ成分のミニマムホールド値をホールドし、連
続３回のミニマムホールド値に差がなく(同じノイズレ
ベルが続く場合)、かつ、連続３回のミニマムホールド
値の平均値Bが、それまでのミニマムホールド値Aよりも
所定の差以上である場合(ΔＮ1は設定された所定値より
も大)に、ミニマムホールド値Aをミニマムホールド値B
に更新する。

【００１５】また、検出手段でのサンプリングの所定時
間(T-HOLDタイム)は可変とし、ノイズレベルが変化する
場合が多い曲がスタートする時点では、T-HOLDタイムを
短くして（T-HOLD’）、ノイズレベルであるレベルミニ
マム値の更新が速やかに実行できるようにし、その後
は、より正確なノイズレベルを検出するように通常のT-
HOLDタイムに戻す。

【００１６】そして、通常のT-HOLDタイムに戻った後
は、更新時t2から設定されたT-HOLDタイム毎にリセット
してノイズ成分のレベルミニマム値をホールドし、その
ホールドされた実際のレベルミニマム値の過去３回の値
がほぼ同じレベルで連続し、レベルミニマム値の過去３
回の値の平均の値が、それまでのレベルミニマム値Bよ
りも所定の値よりも大きければ(ΔＮ2は設定された所定
値より大）、ノイズレベルが変わったと判断して、時刻
t3で実際のノイズレベルであるレベルミニマム値Cに更
新し、以後は同様な動作を繰り返す。

【００１７】次に、図４、図５をもちいて、上記実施形
態に係る雑音低減装置をさらに詳しく説明するが、図４
は雑音低減装置のブロック図であって、入力信号Siはハ
イパスフィルタ(HPF)１で高周波成分のみを取り出して
ハイパス信号とされ、更に図示しない従来技術同様の整
流回路、ローパスフィルタ(LPF)を通過した後の信号に
ついて、前述のノイズレベル抽出手段を有する雑音レベ
ル保持部たる第１ミニマムホールド部２において、音楽
信号の高域周波数成分について、先ず所定のT-HOLDタイ
ム毎にサンプリングして、その内のレベルミニマム値A
をホールドし、レベルミニマム値Aを比較部５に送ると
ともに、Ｇφ計算部(ゲインコントローラ)６にも送ら
れ、Ｇφ計算部６により雑音低減装置へ入力される音楽
信号のゲインが決定され、その結果が雑音低減装置にお
ける図示しないノイズリダクション(ＮＲ部)に送られ
る。

【００１８】前述の特願平9-310231号と同様に、上記Ｇ
φ計算部６の演算結果に基づいて入力される音楽信号に
おけるノイズレベルがノイズリダクション(ＮＲ部)で除
去可能なレベルとなるような音楽信号全体のレベルの入
力ゲインがコントロールされる。このようにして、いか
なるノイズレベルを有する音楽信号であっても適切な雑
音除去が可能となる。

【００１９】一方、雑音レベル更新部たる第２ミニマム
ホールド部３は、前記第１ミニマムホールド部２と同じ
入力信号Siが入力され、第１ミニマムホールド部２と同
様に、音楽信号の高域周波数成分について、所定のT-HO
LDタイム毎にサンプリングして、高域周波数成分のレベ
ルミニマム値Bをホールドするが、リセット部４によっ
てT-HOLDタイム毎にレベルミニマム値Bをリセットし、
さらに、過去３回のレベルミニマム値Bの平均を演算し
て、平均したレベルミニマム値Bを比較部５に出力す
る。ここで、前記比較部５には、第１ミニマムホールド
部２でホールドされているレベルミニマム値Aと、第２
ミニマムホールド部３で更新されてホールドされている
レベルミニマム値Bとが入力されており、両レベルミニ
マム値を比較してレベルミニマム値Aとレベルミニマム
値Bとの差ΔＮが所定値よりも大きければ、比較部５か
ら第１ミニマムホールド部２に更新信号を出力して、第
１ミニマムホールド部２でホールドされているレベルミ
ニマム値Aをレベルミニマム値Bに更新する。

【００２０】次に、実施態様の動作の流れの大略につい
て、主に図５のフローチャートで説明する。まず、実施
態様の雑音低減装置の動作を開始(ＳＴＡＲＴ)させる
と、ステップＳ１では、第１ミニマムホールド部２で、
それまでに使用しているミニマムホールド値Aをホール
ドし、ステップＳ２では、第１第１ミニマムホールド部
２でホールドされたミニマムホールド値Aをノイズ除去
用演算部を有するＧφ計算部(レベルコントローラ)６に
出力し、ホールドされているミニマムホールド値Aをノ
イズレベルであると仮定し、この値に基づいてノイズリ
ダクション部においてノイズ除去の動作を実行する。そ
して、スッテプＳ２で、ミニマムホールド値Aをノイズ
レベルであると仮定し、この値に基づいてノイズリダク
ション部でノイズ除去の動作を実行している間、ステッ
プＳ３では第２ミニマムホールド部３が、リアルタイム
のミニマムホールド値B、即ち、次のステップでミニマ
ムホールド値を更新するか否かの判定に使用するデータ
をホールドする。

【００２１】次に、ステップＳ４で、リアルタイムのミ
ニマムホールド値Bを検出するサンプリング時間が所定
時間を経過したか否か、即ち、前記T-HOLDタイムが経過
したか否かを判定し、所定時間を経過していなければ
（ステップＳ４；no）ステップＳ３に戻りミニマムホー
ルド値Bのサンプリングを続ける。そして、所定時間（T
-HOLDタイム）が経過すれば（ステップＳ４；yes）次の
ステップＳ５に進む。但し、このステップＳ５に進む際
には、実際にはｎ回のミニマムホールド値Ｂのサンプリ
ングを行った後、これらｎ個のミニマムホールド値Ｂを
保持した上で移行する。また、後述するステップ７，ス
テップ１０を経た際は、新たにサンプリングされ取得し
たミニマムホールド値Ｂがｎ番目の値となる。ステップ
Ｓ５では、第２ミニマムホールド部３で保持された、ｎ
番目のホールド値と、ｎ-１,ｎ-２番目のホールド値の
差が所定値以下か否かを判定する。そして、ｎ番目（例
えば、現時点をｎ番目とする。）とｎ−１番目とｎ−２
番目との値をそれぞれ比較してその差分を演算し、その
比較結果で差がほとんど無くミニマムホールドしている
値が近似していると判断、即ち、ノイズレベルが一定で
あると判断（ステップＳ５；yes）すると、次のステッ
プＳ６で、ｎ番目とｎ−１番目とｎ−２番目の値の平均
値を算出する。

【００２２】一方、ステップＳ５で差分が１つでも突出
する場合は（ステップＳ５；no）、例えば、ｎ−１番目
とｎ−２番目に比べｎ番目のみが大きい場合は、次のス
ッテプ６で平均値を求めること無く、それまでと同じミ
ニマムホールド値AであるとしてステップＳ７に進む。
（この場合、ステップＳ６で平均値を求めないことは、
後述するステップＳ７に続くステップＳ８ではyesには
ならず、結局、第１ミニマムホールド部２でのホールド
値は更新されない。）

【００２３】前述したように、ステップＳ６において、
ノイズレベルの安定した状態が連続していると判断（ス
テップＳ５；yes）した場合は、ｎ番目とｎ−１番目と
ｎ−２番目と値の平均値を算出する。ステップＳ７で
は、第２ミニマムホールド部３において、記録されたｎ
番目のホールド値をｎ-１に、ｎ-１番目のホールド値を
ｎ-２番目のホールド値にそれぞれ更新し、ｎ番目のホ
ールド値をクリアする。

【００２４】次に、ステップＳ８では、それまでのミニ
マムホールド値AとステップＳ７からのミニマムホール
ド値Bとの差ΔＮが所定値以上であるか否かを判定し、
差ΔＮが所定値以上である場合（ステップＳ８；yes）
は、第１ミニマムホールド部２にホールされているミニ
マムホールド値Aをステップ６でのミニマムホールド値
の平均値Bに更新する（ステップＳ９）。一方、差ΔＮ
が所定値以上でない場合（ステップＳ８；no）は、更新
する必要がないのでステップＳ９で更新することなくス
テップＳ１０に進む。そして、ステップＳ１０では、ノ
イズ除去機能終了指令が有るか否を判断し、終了指令が
あれば（ステップＳ１０；yes）雑音低減動作を終了
（ＥＮＤ)し、終了指令がなければ（ステップＳ１０；n
o）雑音低減動作を継続すべく、ステップＳ３に戻る。

【００２５】上述したように、上記の実施態様では、そ
れまでのミニマムホールド値Aをリアルタイムで検出さ
れるミニマムホールド値Bと常に比較し、ノイズ除去す
るためのノイズレベルを常に検出更新しているから、ノ
イズレベルが時間経過に応じて変化しても、この更新さ
れた検出結果を用いてノイズリダクション部にて確実に
雑音を除去する雑音低減の動作を実行することができ
る。

【００２６】なお、上記の実施様態では、正確なノイズ
レベルを検出するため、ノイズレベルを更新する際に、
連続３回のミニマムホールド値に差がほとんど無く近似
し、かつ、連続３回のミニマムホールド値の平均値B
が、それまでのミニマムホールド値Aよりも所定の差を
有する場合にミニマムホールド値Aを更新したが、本発
明の特徴を損なわなければ、例えば、ホールドされた実
際のレベルミニマム値の過去３回のレベルミニマム値の
平均の値Bが、レベルミニマム値Aと比べて所定値以上に
変化していれば、ノイズレベルが変化したと判断して、
実際のノイズレベルであるレベルミニマム値Bに更新し
てもよく、また、それまでのレベルミニマム値Aより
も、所定値以上にレベルミニマム値Bが変化し、T-HOLD
タイムで連続して３回以上続くときに、ノイズレベルが
変化した判断して、実際のノイズレベルであるレベルミ
ニマム値B,Cに更新するようにしてもよい。また、サン
プリング回数を３回としたが、精度を高めるには３回以
上にしてもよく、逆に、応答時間を早めるためには、精
度を多少犠牲にして、T-HOLDタイムを短くすればよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、外部から入力された入力信号の雑音のレ
ベルを検出する検出手段と、検出手段により検出された
雑音レベルに基づいて入力信号の雑音を低減して出力す
る雑音低減装置において、検出手段により検出された雑
音レベルを保持する雑音レベル保持部と、雑音レベル保
持部に保持された雑音レベルを更新する雑音レベル更新
部とを備えたから、雑音レベルをリアルタイムで常に更
新でき、曲間等の音楽の無音部において雑音レベルが変
化しても確実に雑音を除去できるという効果が得られ
る。

【００２８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の雑音レベル更新部の検出手段により、所定時間ごとに
サンプリングされた複数個の雑音レベルが近似し、且つ
その値と前記雑音レベル保持部に保持された雑音レベル
との差が所定値以上である場合において、前記雑音レベ
ル保持部に保持された雑音レベルを更新するものである
から、請求項１の効果に加えて、より正確に雑音レベル
を検出し、雑音レベル更新部で確実に雑音ノイズを更新
するという効果が得られる。

【００２９】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
の構成において、検出手段でのサンプリングする所定時
間を可変としたから、雑音レベル保持部で更新の応答性
を変えることができ、例えば、音楽の曲がスタートする
時点では、サンプリングの所定時間を短くして、雑音レ
ベル保持部での雑音レベルの更新を速やかに実行できる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術のノイズ分析部の概要を示すブロック
図である。

【図２】先行技術のノイズ分析部の各部の波形を示すタ
イミングチャート図である。

【図３】実施態様の雑音レベル保持部でのミニマムホー
ルドの更新を示すタイミングチャート図である。

【図４】実施態様の雑音レベル保持部のブロック図であ
る。

【図５】実施態様の雑音レベル保持部の動作を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

１…ハイパスフィルタ(HPF) ２…第１ミニマムホールド部 ３…第２ミニマムホールド部 ４…リッセト部 ５…比較部 ６…Ｇφ計算部（ゲインコントローラ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部から入力された入力信号の雑音レベル
   を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された
   雑音レベルに基づいて入力信号の雑音を低減して出力す
   る雑音低減装置において、 前記検出手段により検出された雑音レベルを保持する雑
   音レベル保持部と、 前記雑音レベル保持部に保持された雑音レベルを更新す
   る雑音レベル更新部とを備えたことを特徴とする雑音低
   減装置。
2. 【請求項２】前記雑音レベル更新部は前記検出手段によ
   り所定時間ごとにサンプリングされた複数個の雑音レベ
   ルが近似し、且つその値と前記雑音レベル保持部に保持
   された雑音レベルとの差が所定値以上である場合におい
   て、前記雑音レベル保持部に保持された雑音レベルを更
   新することを特徴とする請求項１に記載の雑音低減装
   置。
3. 【請求項３】前記所定時間は可変であることを特徴とす
   る請求項２に記載の雑音低減装置。