KR101354308B1

KR101354308B1 - 풍잡음 억압 장치, 반도체 집적 회로 및 풍잡음 억압 방법

Info

Publication number: KR101354308B1
Application number: KR1020120047382A
Authority: KR
Inventors: 무츠미 사이토
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2014-01-23
Also published as: JP2012239017A; US20120288116A1; CN102780948A; CN102780948B; JP5919647B2; KR20120127234A; US9124962B2

Abstract

보다 자연스러운 음성을 얻을 수 있도록 풍잡음을 억압한다.
분할부(2)는, 입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 제1 주파수 대역과, 제1 주파수 대역보다 주파수가 높은 제2 주파수 대역을 분할하고, 산출부(3)는, 제1 주파수 대역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 입력음이 풍잡음일 확률을 산출하며, 억압부(4)는, 산출된 확률에 따른 강도로, 제1 주파수 대역에 포함되는 풍잡음을 억압하고, 가산부(5)는, 분할부(2)에서 분할된 제2 주파수 대역의 입력음과, 억압부(4)에서 풍잡음이 억압된 제1 주파수 대역의 입력음을 합성하여 출력한다.

Description

풍잡음 억압 장치, 반도체 집적 회로 및 풍잡음 억압 방법{WIND NOISE SUPPRESSOR, SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT, AND WIND NOISE SUPPRESSION METHOD}

본 발명은 풍잡음 억압 장치, 반도체 집적 회로 및 풍잡음 억압 방법에 관한 것이다.

최근의 디지털 카메라에서는, 동화상 촬영도 가능하게 되어 있지만, 고화질화가 실현되는 한편으로, 동화상 촬영 시의 음성에는 풍잡음이 혼입되기 쉽다. 외부 마이크를 탑재할 수 있는 비디오 카메라 등에서는, 바람 막이용의 스폰지 등을 부착할 수 있지만, 대부분의 디지털 카메라는 내부 마이크로 음성을 녹음하고 있다. 그 때문에, 종래, 신호 처리에 의해 풍잡음을 억압하는 방법이 이용되고 있다.

풍잡음은, 낮은 주파수 대역에 집중하는 경향이 있기 때문에, 그 영역을 하이패스 필터에 의해 억압하는 방법이 알려져 있다.

또한, 입력 신호를 대역 분할하고, 이들 대역 사이의 상호 상관으로부터 풍잡음을 검출하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 풍잡음이 지배적인 낮은 주파수 대역측의 입력 신호를, 높은 주파수 대역측의 것보다 크게 저감함으로써, 높은 주파수 대역측에 많이 혼입하고 있는 음성 신호가 손상되지 않도록 하고 있었다.

또한, 2개의 마이크로 수록된 2채널의 신호에 있어서, 풍잡음이 채널 사이에서 상호 상관이 없는 것을 이용하여, 2채널의 신호의 차분이나 상관값으로부터 풍잡음 성분을 검출하는 방법이 있었다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-352594호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3186892호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2009-55583호 공보

풍잡음이 포함되는 낮은 주파수 대역측에도, 잡음이 아닌 음성 신호가 포함되는 경우가 있기 때문에, 음성의 자연스러움을 손상시키는 일없이 풍잡음을 억압하는 것은 곤란하였다.

발명의 일관점에 따르면, 입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 제1 주파수 대역과, 상기 제1 주파수 대역보다 주파수가 높은 제2 주파수 대역을 분할하는 분할부와, 상기 제1 주파수 대역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 상기 입력음이 풍잡음일 확률을 산출하는 산출부와, 산출된 상기 확률에 따른 강도로, 상기 제1 주파수 대역의 입력음에 포함되는 풍잡음을 억압하는 억압부와, 상기 분할부에서 분할된 상기 제2 주파수 대역의 입력음과, 상기 억압부에서 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음을 합성하여 출력하는 가산부를 구비한 풍잡음 억압 장치가 제공된다.

개시된 풍잡음 억압 장치, 반도체 집적 회로 및 풍잡음 억압 방법에 따르면, 보다 자연스러운 음성을 얻을 수 있도록 풍잡음을 억압할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 분할부가 갖는 필터의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 산출부의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 산출부에의 입력음, 입력음의 강도, 강도 변동량, 강도 변동의 주기 및 1차 자기 상관 계수의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 억압부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 하이패스 필터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 감쇠량의 산출예를 나타내는 도면이다.
도 10은 비선형 진폭 압축 처리 전과 처리 후의 신호 파형의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 보상부에서의 처리의 일례의 모습을 나타내는 도면이다.
도 14는 제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 보상 처리 전후의 신호의 주파수 성분의 모습을 나타내는 도면이다.
도 16은 제4 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 보상량 조정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 제5 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 동화상 처리용 반도체 집적 회로의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

풍잡음 억압 장치(1)는, 예컨대, 동화상 처리용의 LSI(Large Scale Integrated circuit)에 탑재되는 것이며, 분할부(2), 산출부(3), 억압부(4), 가산부(5)를 갖고 있다.

분할부(2)는, 마이크(MC)에서 수음(收音)되어, A/D(Analog/Digital) 변환부(7)에서 디지털 신호로 변환된 모노럴의 입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 주파수 대역과, 그 주파수 대역보다 주파수가 높은 주파수 대역을 분할한다. 이하의 설명에서는, 분할부(2)에 의해 분할된 낮은 측의 주파수 대역을 저역, 높은 측의 주파수 대역을 고역이라고 한다.

풍잡음은, 500 ㎐ 이하의 주파수 대역(특히 200 ㎐∼300 ㎐를 중심으로 하는 대역)에 집중하는 경향이 있다. 그 때문에, 분할부(2)는, 예컨대, 1000 ㎐ 정도를 기준으로 하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 저역과, 풍잡음이 포함될 가능성이 적은 고역을 분할한다.

산출부(3)는, 저역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 입력음이 풍잡음일 확률(이하 풍잡음 확률이라고 함)을 산출한다. 특징 파라미터로서는, 입력음의 크기(이하 강도라고 하는 경우도 있음)의 변동량, 입력음의 크기의 변동 주기(변동 속도), 1차 자기 상관 계수 등이 있다. 풍잡음 확률을 구하는 방법에 대해서는 후술한다.

억압부(4)는, 산출부(3)에서 산출된 풍잡음 확률에 따른 강도로, 저역의 입력음 크기를 억압한다.

가산부(5)는, 억압된 저역의 입력음과, 분할부(2)에서 분할된 고역의 입력음을 합성하여, 출력한다.

이러한 풍잡음 억압 장치(1)에 따르면, 저역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 입력음이 풍잡음일 확률이 산출되고, 풍잡음 확률에 따른 강도로, 저역에 포함되는 풍잡음이 억제된다. 예컨대, 풍잡음 확률이 큰 입력음에 대해서는, 크게 억제가 행해지고, 풍잡음 확률이 작은 입력음에 대해서는, 작게 억제가 행해진다. 이에 의해, 저역에 존재하는 음성 신호가, 풍잡음과 마찬가지로 크게 억제되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 보다 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있다.

이하, 풍잡음 억압 장치(1)의 각 부의 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 분할부가 갖는 필터의 예를 나타내는 도면이다. 횡축은 주파수이고, 종축은 강도이다.

분할부(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같은 주파수 특성을 나타내는 로우패스 필터와 하이패스 필터를 갖는다. 로우패스 필터와 하이패스 필터의 특성의 교점의 주파수는, 예컨대, 1000 ㎐ 정도이다. 로우패스 필터의 출력은, 산출부(3) 및 억압부(4)에 입력되고, 하이패스 필터의 출력은 가산부(5)에 입력된다.

또한, 도 2에 나타내는 예에서는, 로우패스 필터와 하이패스 필터의 주파수 특성은 중첩되어 있기 때문에, 분할되는 저역과 고역은 중첩이 있지만, 각 필터를 조정하여 중복 없이 분할하도록 하여도 좋다.

도 3은 산출부의 예를 나타내는 도면이다.

산출부(3)는, 강도 산출부(31), 강도 변동량 산출부(32), 강도 변동 주기 산출부(33), 자기 상관 계수 산출부(34), 확률 산출부(35)를 갖고 있다.

도 4는 산출부에의 입력음, 입력음의 강도, 강도 변동량, 강도 변동의 주기 및 1차 자기 상관 계수의 예를 나타내는 도면이다.

도 4의 각 그래프에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있다. 종축은, 입력음의 그래프에서는 진폭을 나타내고, 입력음 강도의 그래프에서는 강도[㏈], 강도 변동량의 그래프에서는 강도 변동량[㏈], 강도 변동 주기의 그래프에서는 변동 주기, 1차 자기 상관 계수의 그래프에서는 상관값을 나타내고 있다. 또한, 점선 사이의 시간은, 처리가 행해지는 단위가 되는 시간 프레임(이하 단순히 프레임이라고 함)을 나타내고 있다.

강도 산출부(31)는, 프레임 단위로, 입력음 진폭의 2승 평균을 기준으로, 저역의 입력음의 강도를 산출한다. 어떤 프레임의 입력음을 x(i)(0≤i<T)(T는 프레임 주기)로 하면, 그 프레임의 강도(fp(㏈))는, 예컨대, 이하의 식 (1)로 산출된다.

[수학식 1]

(1)

이에 따라, 도 4의 위에서 2단째에 나타나 있는 것과 같은 입력음의 강도를 얻을 수 있다.

강도 변동량 산출부(32)는, 어떤 프레임의 입력음 강도와, 이전 프레임의 입력음 강도의 차분을, 강도 변동량으로서 산출한다. 강도 변동량(dfp)은, 어떤 프레임 번호(t)의 프레임의 입력음 강도를 fp(t), 이전 프레임의 입력음 강도를 fp(t-1)로 하면, 이하의 식 (2)로 산출된다.

[수학식 2]

(2)

이에 따라, 도 4의 위에서 3단째에 나타나 있는 것과 같은 강도 변동량을 얻을 수 있다.

강도 변동 주기 산출부(33)는, 강도 변동의 주기를 산출한다. 강도 변동의 주기로서, 예컨대, 프레임 강도의 자기 상관 계수가 최대가 되는 주기가 이용된다. 어떤 프레임 번호(t)의 프레임 강도를 fp(t)로 하면, 강도 변동의 주기(pfp)는, 예컨대, 이하의 식 (3), (4)로 산출된다.

[수학식 3]

(3)

[수학식 4]

(4)

식 (3)의 autocorr(τ)는, τ 프레임 시프트시킨 강도 변동과의 자기 상관을 나타내는 계수이다. K는 강도 변동의 주기를 구하는 구간의 프레임수이다. 또한, 식 (4)의 argmax(autocorr(τ))는, autocorr(τ)가 최대가 되는 τ를 구하는 함수이다.

이러한 식 (3), (4)에 의해, 도 4의 밑에서 2단째에 나타나 있는 것과 같은 강도 변동의 주기를 얻을 수 있다.

자기 상관 계수 산출부(34)는, 저역의 입력음의 주파수 스펙트럼의 개형(槪形)(기울기)을 나타내는 1차 자기 상관 계수를 산출한다. 어떤 프레임의 입력음을 x(i)(0≤i<T)(T는 프레임 주기)로 하면, 1차 자기 상관 계수(ac₁)는, 예컨대, 이하의 식 (5) 또는 (6)으로 산출된다.

[수학식 5]

(5)

[수학식 6]

이에 따라, 도 4의 최하단에 나타나 있는 것과 같은 1차 자기 상관 계수(상관값)를 얻을 수 있다.

확률 산출부(35)는, 산출된 강도 변동량, 강도 변동의 주기, 1차 자기 상관 계수로부터, 각각 풍잡음일 확률을 구하여, 통합한다.

이하에서는 강도 변동량, 강도 변동의 주기, 1차 자기 상관 계수, 각각에 따른 풍잡음 확률의 산출 방법의 예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 확률 산출부(35)는, 풍잡음 확률을 0부터 1.0까지의 확률값으로 구하는 것으로 한다.

(강도 변동량에 따른 풍잡음 확률 산출 방법)

풍잡음은 강도 변동량이 매우 크다고 하는 특징을 갖기 때문에, 확률 산출부(35)는, 강도 변동량이 어느 정도 이상인 경우에, 풍잡음 확률의 확률값이 0을 넘고, 또한 어느 정도의 값을 넘은 경우는, 확실하게 풍잡음이라고 판정하여 확률값 1.0을 산출한다.

풍잡음 확률을 0보다 크다고 판정하는 강도 변동량(dfp)의 임계값을 Th_dfp1, 확실하게 풍잡음이라고 판정하는 강도 변동량(dfp)의 임계값을 Th_dfp2라고 하면, 강도 변동량에 따른 풍잡음 확률의 확률값(p1)은, 예컨대, 이하의 식 (7)로 구해진다.

[수학식 7]

dfp<Th_dfp1 일 때 p1=0.0

dfp>Th_dfp2 일 때 p1=1.0 (7)

상기 이외일 때 p1=(dfp-Th_dfp1)/(Th_dfp2-Th_dfp1)

(강도 변동의 주기에 따른 풍잡음 확률 산출 방법)

풍잡음은 특정한 변동 주기(변동의 속도)를 갖는다. 그래서, 확률 산출부(35)는, 산출된 강도 변동의 주기와, 풍잡음의 변동 주기의 대표값의 차분으로부터 풍잡음 확률의 확률값을 구한다.

풍잡음의 변동 주기의 대표값을 T_W, 풍잡음 확률을 0보다 크다고 판정하는 상기 차분값의 임계값을 Th_TW라고 하면, 강도 변동의 주기(pfp)에 의한 풍잡음 확률의 확률값(p2)은, 예컨대, 이하의 식 (8)로 구해진다.

[수학식 8]

｜pfp-T_W｜≤Th_Tw일 때 p2=1.0-｜pfp-T_W｜/Th_Tw (8)

상기 이외일 때 p2=0.0

(1차 자기 상관 계수에 의한 풍잡음 확률 산출 방법)

풍잡음은 매우 낮은 주파수 성분을 갖기 때문에, 풍잡음 구간에서는, 1차 자기 상관 계수가 큰 값이 된다. 1차 자기 상관 계수는, 고역과 비교한 저역의 크기를 나타내는 값이라고 볼 수 있다.

풍잡음 확률을 0보다 크다고 판정하는 1차 자기 상관 계수의 임계값을 Th_ac1이라고 하면, 1차 자기 상관 계수(ac1)에 의한 풍잡음 확률의 확률값(p3)은, 예컨대, 이하의 식 (9)로 구해진다.

[수학식 9]

1.0<ac1일 때 p3=1.0

Th_ac1≤ac1≤1.0일 때 p3=(ac1-Th_ac1)/(1.0-Th_ac1) (9)

ac1<Th_ac1일 때 p3=0.0

(통합 방법)

확률 산출부(35)는, 상기 식 (7)∼(9)로 산출한 확률값(p1, p2, p3)에 대하여 각각 가중값(wp1, wp2, wp3)을 부가하고, 이들을 이하의 식 (10)와 같이 통합하여, 최종적인 풍잡음 확률의 확률값(p)을 출력한다. 또한, 0≤wp1≤1.0, 0≤wp2≤1.0, 0≤wp3≤1.0으로 한다.

[수학식 10]

p=(wp1·p1+wp2·p2+wp3·p3)

p>1.0이 된 경우는 p=1.0으로 한다. (10)

또한, 확률값(p1∼p3) 전부를 이용하지 않고, 1개 또는 2개의 값으로부터 풍잡음 확률의 확률값(p)을 산출하도록 하여도 좋다.

다음에, 도 1에 나타낸 억압부(4)의 예를 나타낸다.

도 5는 억압부의 일례를 나타내는 도면이다.

억압부(4)는, 하이패스 필터(41), 가변 이득 앰프(42, 43), 가산부(44)를 갖고 있다.

하이패스 필터(41)는, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음에 대하여, 예컨대, 풍잡음이 포함될 가능성이 높은 주파수 대역을 억압한다.

도 6은 하이패스 필터의 일례를 나타내는 도면이다. 횡축은 주파수이고, 종축은 강도이다.

하이패스 필터(41)는, 풍잡음이 발생하고 있는 경우, 풍잡음이 포함될 가능성이 높은, 예컨대, 500 ㎐ 정도 이하의 주파수 대역의 신호를 억압하는 것과 같은 주파수 특성을 갖는다.

도 5에 나타낸 가변 이득 앰프(42)에는, 하이패스 필터(41)의 출력이 입력되고, 확률 산출부(35)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값(p)에 기초한 증폭이 행해진다. 가변 이득 앰프(43)에는, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음(억압부(4)에의 입력 신호)이 입력되고, 1에서 확률값(p)을 뺀 값에 기초한 증폭이 행해진다.

어떤 시각의 억압부(4)의 입력 신호를 x, 풍잡음 확률의 확률값을 p(0≤p≤1.0), 하이패스 필터(41)의 출력을 X_hp라고 하면, 억압부(4)의 출력 신호(y)는 이하의 식 (11)과 같이 나타낸다.

[수학식 11]

y = p·x_hp + (1-p)x (11)

이에 따라, 확률 산출부(35)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값에 따른 강도로, 저역의 입력음의 크기가 억압된다.

이하, 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 동작을 정리한다.

도 7은 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

단계 S1: 분할부(2)는, 마이크(MC)에서 수음되고, A/D 변환부(7)에서 디지털 신호로 변환된 입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 저역과, 고역을 분할한다.

단계 S2: 산출부(3)는, 분할된 저역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 예컨대, 식 (1)∼(10)에서 나타내는 바와 같이 하여, 풍잡음 확률을 산출한다.

단계 S3: 억압부(4)는, 산출부(3)에서 산출된 풍잡음 확률에 따른 강도로, 저역에 포함되는 풍잡음을 억압한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 산출부(3)의 확률 산출부(35)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값(p)에 기초하여, 식 (11)에 나타내는 바와 같이 저역에 포함되는 풍잡음을 억압한다.

단계 S4: 가산부(5)는, 억압부(4)에 의해 풍잡음이 억압된 저역의 입력음과, 분할부(2)에서 분할된 고역의 입력음을 합성하여, 출력한다.

상기와 같은 풍잡음 억압 처리에 따르면, 저역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 입력음이 풍잡음일 확률이 산출되고, 그 확률에 따른 강도로, 저역에 포함되는 풍잡음이 억제된다. 이에 의해, 저역에 존재하는 음성 신호가, 풍잡음과 마찬가지로 크게 억제되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 보다 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있다.

또한, 입력음의 복수의 특징 파라미터를 바탕으로 풍잡음 확률을 산출함으로써, 정밀도 좋게 풍잡음 확률을 구하는 것이 가능해지고, 그 풍잡음 확률을 이용하여 저역의 입력음 크기를 억압함으로써, 보다 더욱 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호를 얻을 수 있다.

(제2 실시형태)

도 8은 제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

도 1에 나타낸 풍잡음 억압 장치(1)와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1a)는, 전술한 억압부(4)와는 별도의 억압부(6)를 더욱 갖고 있다. 억압부(6)는, 어떤 임계값 이상의 강도를 갖는 입력 신호(분할부(2)로부터의 저역의 입력음)를 압축(감쇠)하고, 강도가 작은 입력 신호에 대해서는 그대로 둔다고 하는 비선형 진폭 압축 처리를 행한다. 억압부(6)는, 강도 산출부(61), 감쇠량 산출부(62), 가변 이득 앰프(63), 곱셈부(64)를 갖고 있다.

강도 산출부(61)는, 입력 신호의 진폭의 2승 평균을 바탕으로, 입력 신호의 강도를 산출한다. 강도는, 예컨대, 전술한 식 (1)에 따라 산출된다.

감쇠량 산출부(62)는, 입력 신호의 강도에 따른 감쇠량을 산출한다.

가변 이득 앰프(63)는, 감쇠량 산출부(62)에서 산출된 감쇠량을, 산출부(3)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값(p)(0≤p≤1)에 기초하여 증폭시킨다.

곱셈부(64)는, 입력 신호에 대하여, 가변 이득 앰프(63)에서 조정된 감쇠량을 곱하고, 그 결과를 억압부(4)에 출력한다.

도 9는 감쇠량의 산출예를 나타내는 도면이다. 횡축은 억압부(6)의 입력 신호의 강도[㏈]이고, 종축은 풍잡음 확률의 확률값이 p=1인 경우의, 억압부(6)의 출력 신호의 강도[㏈]이며, 도시하고 있지 않지만 각 축의 값은 대수(對數)로 되어 있다.

감쇠량 산출부(62)는, 입력 신호의 강도를 검출하고, 강도가 임계값(Th_Lin)보다 작은 경우에는, 감쇠량 a=0으로 한다. 이때 출력 신호의 강도=입력 신호의 강도가 된다.

입력 신호의 강도가 임계값(Th_Lin) 이상인 경우, 감쇠량 산출부(62)는, 정해진 기울기를 설정하고, 입력 신호의 강도에 기초한 감쇠량(a)을 산출한다. 입력 신호의 강도를 Lin, 출력 신호의 강도를 Lout, 기울기를 d로 한 경우, 감쇠량(a)은, 예컨대, 이하의 식 (12)로 산출된다.

[수학식 12]

(12)

즉, 입력 신호의 강도가 임계값(Th_Lin) 이상인 경우에는, 출력 신호의 강도≤입력 신호의 강도가 되고, 입력 신호의 강도가 커질수록, 감쇠량(a)이 커진다.

도 9에 나타내는 바와 같은 입력 신호 및 출력 신호의 강도에 따라 구해지는 감쇠량(a)은, 선형의 값으로 변환되어, 가변 이득 앰프(63)에 입력된다.

어떤 시각에 있어서의 억압부(6)에의 입력 신호를 x, 감쇠량 산출부(62)가 산출한 감쇠량을 a(0≤a≤1.0), 풍잡음 확률의 확률값을 p(0≤p≤1.0)로 한 경우, 출력 신호(y)는 이하의 식 (13)으로 산출된다.

[수학식 13]

(13)

도 10은 비선형 진폭 압축 처리 전과 처리 후의 신호 파형의 예를 나타내는 도면이다. 횡축은 시간, 종축은 진폭이다.

도 10의 상측의 도면이, 억압부(6)의 입력 신호인 비선형 진폭 압축 처리 전의 신호 파형을 나타내고, 하측의 도면이, 억압부(6)의 출력 신호인 비선형 진폭 압축 처리 후의 신호 파형을 나타내고 있다.

비선형 진폭 압축 처리 전의 신호 파형에 있어서, 점선으로 나타내고 있는 임계값 이상의 신호가, 상기 처리에 의해 진폭이 압축(감쇠)되어, 도 10의 하측에 나타내는 바와 같은 신호 파형이 얻어진다.

억압부(6)에서 처리된 입력음은, 더욱, 억압부(4)에 입력되고, 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1)와 동일한 처리가 행해진다.

도 11은 제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

단계 S10, S11의 처리는, 도 7에 나타낸 단계 S1, S2의 처리와 동일하다.

단계 S12: 억압부(6)는, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음에 대하여, 상기 비선형 진폭 압축 처리를 행한다. 즉, 정해진 크기 이상의 입력음에 대하여, 감쇠량과 풍잡음 확률에 따른 강도로, 입력음의 크기를 억압한다.

단계 S13: 억압부(4)는, 산출부(3)에서 산출된 풍잡음 확률에 따른 강도로, 억압부(6)의 출력 신호의 크기를 억압한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 산출부(3)의 확률 산출부(35)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값(p)에 기초하여, 식 (11)에 나타내는 바와 같이 하여 억압부(6)의 출력 신호의 크기를 억압한다.

단계 S14: 가산부(5)는, 억압부(4)의 출력 신호(억압된 저역의 입력음)와, 분할부(2)에서 분할된 고역의 입력음을 합성하여, 출력한다.

제2 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1a)에 따르면, 전술한 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1)와 동일한 효과를 가지며, 이하와 같은 효과도 있다.

풍잡음 구간은 크게 진폭이 변동하고 있기 때문에, 억압부(6)에서 상기와 같은 비선형 진폭 압축 처리를 행함으로써, 보다 효율적으로 풍잡음을 억압할 수 있다. 또한, 억압하는 강도를, 풍잡음 확률에 따라 변경함으로써, 보다 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있다.

또한, 억압부(6)와 억압부(4)의 위치를 교체하여, 억압부(4)에서 억압된 입력음에 대하여, 억압부(6)가 상기 비선형 진폭 압축 처리를 행하도록 하여도 좋다.

(제3 실시형태)

도 12는 제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1b)는, 보상부(8)를 더 갖고 있다. 보상부(8)는, 억압부(4)에서 풍잡음이 억압된 저역의 입력음으로부터, 저역 중의 저주파수 성분(억압부(4)의 하이패스 필터(41)에 의해 억제 또는 제거된 주파수 대역)의 신호를 의사적으로 생성한다. 그리고, 보상부(8)는, 풍잡음 확률에 따른 강도로, 억압부(4)에서 풍잡음이 억압된 저역의 입력음에, 그 저주파수 성분의 신호를 부가함으로써, 보상을 행한다.

보상부(8)는, 절대값 처리부(81), 밴드패스 필터(82), 가변 이득 앰프(83), 가산부(84)를 갖고 있다.

절대값 처리부(81)는, 억압부(4)에서 풍잡음이 억압된 저역의 입력음의 시간 파형을, 절대값의 파형으로 변환하여 출력한다.

밴드패스 필터(82)는, 하이패스 필터와 로우패스 필터의 기능을 갖고 있고, 절대값 처리부(81)의 출력 신호로부터, 하이패스 필터에 의해 직류 성분을 제거하며, 로우패스 필터에 의해, 출력 신호의 주파수 대역 중 저주파수 성분을 통과시킨다. 로우패스 필터의 주파수 특성은, 억압부(4)의 하이패스 필터(41)의 주파수 특성에 따라 설정되어 있다. 예컨대, 억압부(4)의 하이패스 필터(41)가, 300 ㎐∼500 ㎐ 정도 이하의 주파수 대역의 신호를 억압 또는 제거하는 주파수 특성을 갖는 경우, 로우패스 필터에서는, 그 주파수 대역의 신호를 통과시키도록 주파수 특성이 설정된다.

가변 이득 앰프(83)는, 밴드패스 필터(82)의 출력 신호를, 산출부(3)에서 산출된 풍잡음 확률의 확률값(p)(0≤p≤1)에 기초하여 증폭시킨다. 예컨대, 가변 이득 앰프(83)는, 밴드패스 필터(82)의 출력 신호에 대하여, 확률값(p)을 곱한 신호를 출력한다.

가산부(84)는, 보상부(8)의 입력 신호에, 가변 이득 앰프(83)의 출력 신호를 가산한다.

도 13은 보상부에서의 처리의 일례의 모습을 나타내는 도면이다.

도 13의 좌측의 그래프는, 위에서부터 보상부(8)의 입력 신호(즉 억압부(4)에서 억압된 저역의 입력음)의 시간 파형, 절대값 처리 후의 시간 파형, 밴드패스 필터 처리 후의 시간 파형을 나타내고 있고, 횡축은 시간, 종축은 진폭을 나타내고 있다. 각 시간 파형의 우측에는, 각각의 주파수 성분의 예가 나타나 있다. 주파수 성분의 그래프에 있어서, 횡축은 주파수, 종축은 강도를 나타내고 있다.

보상부(8)의 입력 신호는, 억압부(4)에 있어서의 처리에 의해, 저주파수 성분이 억압 또는 제거되어 있다. 절대값 처리부(81)가, 이러한 입력 신호의 시간 파형을, 예컨대, 도 13의 중단 좌측 도면의 절대값의 파형으로 함으로써, 중단 우측 도면과 같이, 원래의 주파수 성분의 2배의 주파수 성분과 함께, 원래의 주파수 성분의 1/2의 주파수 성분이 나타난다.

또한, 밴드패스 필터(82)에 의해, 절대값 처리부(81)의 출력 신호로부터 직류 성분을 제거하고, 원래의 주파수 성분의 1/2의 주파수 성분을 남기고 높은 쪽의 주파수 성분을 제거함으로써, 도 13의 하단 좌측 도면과 같은 시간 파형과, 하단 우측 도면과 같은 주파수 성분이 생성된다.

도 13의 하단 우측 도면과 같은 저주파수 성분을 갖는 밴드패스 필터(82)의 출력 신호에 대하여, 가변 이득 앰프(83)에서, 확률값(p)이 곱해진 신호가 출력되면, 그 신호는 가산부(84)에서, 보상부(8)의 입력 신호에 가산된다.

도 14는 제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치에 의한 풍잡음 억압 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

단계 S20∼S22의 처리는, 도 7에 나타낸 단계 S1∼S3의 처리와 동일하다.

단계 S23: 보상부(8)는, 억압부(4)에서 풍잡음이 억압된 저역의 입력음에 대하여, 상기 보상 처리를 행한다. 즉, 보상부(8)는, 보상부(8)의 입력 신호로부터 저주파수 성분의 신호를 의사적으로 생성하여, 풍잡음 확률에 따른 크기로, 입력 신호에 가산한다.

단계 S24: 가산부(5)는, 보상부(8)의 출력 신호와, 분할부(2)에서 분할된 고역의 입력음을 합성하여, 출력한다.

제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1b)에 따르면, 전술한 제1 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1)와 동일한 효과를 가지며, 이하와 같은 효과도 있다.

도 15는 보상 처리 전후의 신호의 주파수 성분의 모습을 나타내는 도면이다.

도 15의 상측 도면과 같이, 보상 처리 전에는, 억압부(4)에 의해 낮은 주파수 성분(점선으로 도시)이 제거되어 있던 경우라도, 상기 보상 처리를 행함으로써, 도 15의 하측 도면과 같이 낮은 주파수 성분이 생성되어, 주파수 성분이 확장된다. 이에 의해, 풍잡음 억압 후의 음성을 보다 자연스러운 음으로 할 수 있다.

또한, 억압부(4)에서는 풍잡음 확률의 확률값(p)에 따라 저역의 입력음이 억압되고 있기 때문에, 가변 이득 앰프(83)에서는, 동일한 확률값(p)을 이용함으로써, 저역의 입력음의 억압분에 따른 보상을 할 수 있다. 이에 의해, 풍잡음 억압 후의 음성을 더욱 자연스러운 음으로 할 수 있다.

또한, 풍잡음 억압 장치(1b)에 있어서, 도 8에 나타낸 바와 같은 억압부(6)를 설치하여도 좋다. 이에 의해, 보다 자연스럽고 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있게 된다.

(제4 실시형태)

도 16은 제4 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

도 12에 나타낸 풍잡음 억압 장치(1b)와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

제4 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1c)는, 전술한 보상부(8)에서의 처리에 의해, 가산되는 저주파수 성분의 신호가 지나치게 작거나, 지나치게 크거나 하는 것을 억제하는 기능을 갖는다. 풍잡음 억압 장치(1c)는, 제3 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1b)의 각 요소 외에, 강도 산출부(9, 10), 강도 정보 기억부(11), 조정부(12)를 더 갖고 있다.

강도 산출부(9)는, 보상부(8)의 출력 신호의 강도를 산출한다. 강도는, 보상부(8)의 출력 신호의 진폭의 2승 평균에 따라 산출된다.

강도 산출부(10)는, 예컨대, 식 (1)에 따라, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음의 강도를 산출한다.

강도 정보 기억부(11)는, 강도 산출부(10)에서 산출된 프레임마다의 저역 입력음의 강도의 값을 기억한다.

조정부(12)는, 산출부(3)에서 산출되는 풍잡음 확률을, 강도 산출부(9)에서 산출된 보상부(8)의 출력 신호의 강도와, 강도 정보 기억부(11)에 저장되어 있는 저역의 입력음의 강도에 따라 조정함으로써, 보상부(8)에서의 보상량을 조정한다.

보상량의 조정에 있어서, 조정부(12)는, 예컨대, 우선, 강도 정보 기억부(11)에 저장되어 있는 과거의 강도의 값을, 복수 프레임에 걸쳐 평균화하여, 과거의 평균 강도를 구한다. 각 프레임의 강도를 fp(t), 평균화를 행하는 프레임수를 T_B라고 하면, 과거 T_B 프레임의 평균 강도(fp_ave)는, 예컨대, 이하의 식 (14)으로 구해진다.

[수학식 14]

(14)

조정부(12)는, 산출한 평균 강도와, 보상부(8)의 출력 신호의 강도를 비교하여, 양자의 차분이 큰 경우(차분이 임계값을 넘은 경우)에, 풍잡음 확률을 조정한다. 보상부(8)의 출력 신호의 강도를 f_ex, 임계값을 Th_ex, 풍잡음 확률의 확률값을 p로 한 경우, 예컨대, 이하의 식 (15)와 같이 확률값(p)이 조정된다.

[수학식 15]

fp_ave+Th_ex<f_ex일 때 p=p-p_delta

f_ex<fp_ave-Th_ex일 때 p=p+p_delta (15)

단, p_delta는 조정량이며, 0<p_delta<1.0

확률값(p)이 조정됨으로써, 도 12에 나타낸 보상부(8)의 가변 이득 앰프(83)에서의 증폭률이 변화하여, 억압부(4)의 출력 신호에 가산되는 전술한 낮은 주파수 대역의 신호의 크기가 변화하고, 보상부(8)의 출력 신호의 강도가, 평균 강도(fp_ave)에 근접하는 측으로 변화한다.

도 17은 보상량 조정의 일례를 나타내는 도면이다. 위에서부터, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음의 시간 파형, 억압부(4)의 출력 신호 및 보상부(8)로부터의 출력 신호의 모습이 나타나 있다.

강도 산출부(10)는, 분할부(2)에서 분할된 저역의 입력음에 있어서, 예컨대, 풍잡음이 발생하지 않는 구간의 복수 프레임에 있어서의 강도를 산출하고, 강도 정보 기억부(11)는, 그 구간의 각 프레임에 있어서의 강도값을 기억한다.

도 17의 중단의 파형과 같이, 풍잡음이 발생하고 있는 구간에 있어서, 억압부(4)에 의해 강도를 지나치게 저하시킨 경우, 보상부(8)에 의해 낮은 주파수 대역의 신호의 가산을 행함으로써, 도 17의 하단의 실선의 파형과 같이, 강도를 인상시킬 수 있다. 단, 도 17의 하단의 예에서는, 풍잡음이 발생하지 않는 구간의 강도와 비교해서, 풍잡음 구간의 강도는 지나치게 인상되어 있다. 이때의 강도가, 강도값 기억 구간의 강도의 평균값과 임계값의 가산값보다 큰 경우, 상기 조정부(12)에 따른 조정에 의해, 강도가, 예컨대, 도 17의 하단의 점선의 레벨까지 인하된다. 이에 의해, 풍잡음 구간의 강도를, 강도값 기억 구간의 강도 평균값에 근접시킬 수 있어, 보상부(8)에서의 보상량의 부족 또는 과잉에 따른 부자연스러움을 억제하고, 보다 자연스러운 음성을 얻을 수 있다.

또한, 풍잡음 억압 장치(1c)에 있어서, 도 8에 나타낸 바와 같은 억압부(6)를 설치하여도 좋다. 이에 의해, 보다 자연스럽고 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있게 된다.

(제5 실시형태)

도 18은 제5 실시형태의 풍잡음 억압 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

풍잡음 억압 장치(1d)는, 스테레오 2채널의 입력음의 풍잡음을 억압하는 것이며, 채널마다, 마이크(MCa, MCb), A/D 변환부(7a, 7b), 분할부(2a, 2b), 억압부(4a, 4b), 가산부(5a, 5b)를 갖고 있다. 또한, 풍잡음 억압 장치(1d)는, 분할부(2a, 2b)에서 분할된 2채널의 저역의 입력음의 차분 신호를 생성하는 가산부(14)와, 차분 신호를 바탕으로, 풍잡음 확률을 산출하는 산출부(13)를 갖고 있다.

분할부(2a, 2b)는, 전술한 분할부(2)와 마찬가지로, A/D 변환 후의 입력음에 대하여, 예컨대, 1000 ㎐ 정도를 기준으로 하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 저역과, 풍잡음이 포함될 가능성이 적은 고역을 분할한다.

가산부(14)는, 각 채널에서 분할된 저역의 입력음의 차분 신호를 생성한다. 또한, 도 18의 예에서는, 가산부(14)는, 분할부(2b)에서 분할된 저역의 입력음을 마이너스 신호로서, 분할부(2a)에서 분할된 저역의 입력음과 가산함으로써 차분 신호를 생성한다.

산출부(13)는, 차분 신호의 특징 파라미터로부터, 예컨대, 전술과 동일한 방법에 의해 풍잡음 확률의 확률값(p)을 산출한다.

억압부(4a, 4b)는, 산출된 확률값(p)에 따른 강도로, 각 채널의 저역의 입력음의 크기를 억압한다.

가산부(5a, 5b)는, 억압된 저역의 입력음과, 분할부(2a, 2b)에서 분할된 고역의 입력음을 합성하여, 출력한다.

풍잡음은, 음성 신호와는 다르게 채널 사이에서의 상관성이 낮기 때문에, 차분 신호를 생성함으로써, 풍잡음 성분을 눈에 띄게 할 수 있다. 이에 의해, 산출부(13)에서 산출되는 풍잡음 확률은, 보다 정밀도가 좋은 것이 되고, 이 풍잡음 확률에 따른 강도로, 저역의 입력음의 크기가 억제되기 때문에, 보다 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호가 되도록 풍잡음을 억압할 수 있다.

또한, 채널수는 3채널 이상으로 하여도 좋다. 그 경우, 산출부(13)는, 복수 채널 중, 어느 2개의 채널의 저역의 입력음의 차분 신호의 특징 파라미터로부터 풍잡음 확률의 확률값(p)을 산출하고, 채널마다 설치된 억압부에, 확률값(p)을 공급하도록 하면 좋다.

또한, 풍잡음 억압 장치(1d)에 있어서, 도 8에 나타낸 바와 같은 억압부(6)를, 각각의 채널마다 설치하여도 좋다.

또한, 풍잡음 억압 장치(1d)에 있어서, 제3 및 제4 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1b, 1c)의 보상부(8), 조정부(12), 강도 산출부(9, 10), 강도 정보 기억부(11)를, 각각의 채널마다 설치하여도 좋다.

이상 설명한 제1 내지 제5 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1, 1a, 1b, 1c, 1d)는, 예컨대, 이하와 같은 동화상 처리용의 반도체 집적 회로에 탑재된다.

도 19는 동화상 처리용의 반도체 집적 회로의 일례를 나타내는 도면이다.

반도체 집적 회로(100)는, 음성을 처리하는 음성 처리부(110)와, 화상 데이터를 처리하는 화상 처리부(120)를 갖고 있다.

음성 처리부(110)는, 풍잡음 억압부(111)와, 음성 부호화부(112)를 갖고 있다.

풍잡음 억압부(111)는, 전술한 제1 내지 제5 실시형태의 풍잡음 억압 장치(1, 1a, 1b, 1c, 1d) 중 어느 하나의 각 요소를 갖고 있고, 도시하지 않는 마이크에서 수음되며, A/D 변환된 입력음을 입력하고, 풍잡음을 억압한다. 풍잡음이 억압된 입력음은, 음성 부호화부(112)에 입력되어, 부호화 처리가 행해진다.

이러한 반도체 집적 회로(100)에 따르면, 전술한 풍잡음 억압 장치(1, 1a, 1b, 1c, 1d) 중 어느 하나의 기능을 갖는 풍잡음 억압부(111)를 이용함으로써, 풍잡음을 억압하여도, 보다 자연스럽고, 품질이 좋은 음성 신호를 얻을 수 있다.

이상, 실시형태에 기초하여, 본 발명의 풍잡음 억압 장치, 반도체 직접 회로 및 풍잡음 억압 방법의 일관점에 대해서 설명하여 왔지만, 이들은 일례에 지나지 않으며, 상기 기재에 한정되는 것이 아니다.

1 풍잡음 억압 장치 2 분할부
3 산출부 4 억압부
5 가산부 7 A/D 변환부
MC 마이크

Claims

입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 제1 주파수 대역과, 상기 제1 주파수 대역보다 주파수가 높은 제2 주파수 대역을 분할하는 분할부와,
상기 제1 주파수 대역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 상기 입력음이 풍잡음일 확률을 산출하는 산출부와,
산출된 상기 확률에 따른 강도로, 상기 제1 주파수 대역의 입력음에 포함되는 풍잡음을 억압하는 억압부와,
상기 분할부에서 분할된 상기 제2 주파수 대역의 입력음과, 상기 억압부에서 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음을 합성하여 출력하는 가산부
를 갖는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 장치.
제1항에 있어서, 상기 억압부는, 상기 제1 주파수 대역 중, 풍잡음이 포함될 가능성이 다른 주파수 대역에 비해 높은 제3 주파수 대역의 신호의 크기를, 상기 확률에 따른 강도로 억압하고,
상기 억압부에서 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음으로부터, 상기 억압부에서 억압된 상기 제3 주파수 대역의 신호로부터 풍잡음을 제거한 신호를 추정하여 생성하며, 상기 억압부에서 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음에, 상기 확률에 따른 강도로, 상기 추정에 의해 생성된 상기 제3 주파수 대역의 신호로부터 풍잡음을 제거한 상기 신호를 부가하는 보상부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역의 입력음의 크기의 평균값과, 상기 보상부의 출력 신호의 크기에 따라 상기 확률을 조정하고, 조정된 상기 확률을 상기 보상부에 공급하는 조정부를 갖는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역의 입력음의 크기가 정해진 크기 이상인 경우에, 상기 제1 주파수 대역의 입력음의 크기에 따른 감쇠량과 상기 확률에 따른 강도로, 상기 제1 주파수 대역의 입력음의 크기를 억압하는 다른 억압부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 장치.
제1항에 있어서, 상기 산출부는, 복수의 특징 파라미터를 바탕으로, 상기 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 장치.
입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 제1 주파수 대역과, 상기 제1 주파수 대역보다 주파수가 높은 제2 주파수 대역을 분할하는 분할부와,
상기 제1 주파수 대역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 상기 입력음이 풍잡음일 확률을 산출하는 산출부와,
산출된 상기 확률에 따른 강도로, 상기 제1 주파수 대역의 입력음에 포함되는 풍잡음을 억압하는 억압부와,
상기 분할부에서 분할된 상기 제2 주파수 대역의 입력음과, 상기 억압부에서 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음을 합성하여 출력하는 가산부
를 포함하는 풍잡음 억압부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로.
입력음에 대하여, 풍잡음이 포함될 가능성이 있는 제1 주파수 대역과, 상기 제1 주파수 대역보다 주파수가 높은 제2 주파수 대역을 분할하고,
상기 제1 주파수 대역의 입력음의 특징 파라미터로부터, 상기 입력음이 풍잡음일 확률을 산출하고,
산출된 상기 확률에 따른 강도로, 상기 제1 주파수 대역의 입력음에 포함되는 풍잡음을 억압하고,
상기 제2 주파수 대역의 입력음과, 풍잡음이 억압된 상기 제1 주파수 대역의 입력음을 합성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 풍잡음 억압 방법.