WO2003032560A1 - Dispositif suppresseur de bruit d'impulsion - Google Patents

Description

ィンパルスノィズ抑制装置 技術分野

本発明は、 ディジタルオーディオデータに発生するインパルスノィズを抑制す るィンパルスノィズ抑制装置に関する。

明

背景技術

ディジタルオーディオシステムにおい田て、 或るサンプリングデータが誤って真 のデータとかけ離れたレベルになった場合、 大きなノイズが発生する。 このノィ ズをィンパルスノイズという。 特にサンプリングデータの振幅が小さいときにィ 立つ。

ため、 従来、 インパルスノイズ抑制回路が使 用されていた。 このインパルスノイズ抑制回路では、 各サンプリングデータのレ ベルがチェックされ、 或るサンプリングデータ D nのレベルが、 これの前後のサ ンプリングデータ D n— 1、 D n + 1のレベルよりも大きく突出している場合、 サンプリングデータ D nがィンパルスノイズであると判断されて、 サンプリング データ D nを、 これの前のサンプリングデータ D n— 1に置換することが行われ ていた。

このインパルスノイズ抑制回路は、 常時作動している。 従って、 インパルスノ ィズ以外のサンプリングデータであって、 その前後のサンプリングデータよりも レベルが突出しているもの、 例えば高周波成分がィンパルスノィズ抑制回路に供 給されると、 これもインパルスノイズであると誤判断されて、 サンプリングデー タの置換が行われる。 そのため、 インパルスノイズ以外の高周波成分までもが力 ットされ、 音質を劣化させるという問題があった。

本発明は、 音質の劣化を抑えながら、 インパルスノイズを抑制することができ るィンパルスノィズ抑制装置を提供することを目的とする。

発明の開示

本発明によるインパルスノイズ抑制装置は、 誤り検出手段を有している。 この 誤り検出手段には、 誤り検出ビットが付加されたディジタルオーディオデータが 入力される。 このディジタルオーディオデータは、 所定のサンプリング周期ごと に順に誤り検出手段に入力される。 誤りの検出手法としては、 公知の種々のもの を使用することができる。 この誤り検出手段から出力されるディジタルオーディ ォデータがィンパルスノィズ除去手段に入力されている。 このィンパルスノイズ 除去手段は、 前記誤り検出手段が誤りを検出したとき、 所定時間にわたって作動 する。

通常、 ディジタル信号の誤りはランダムに生じる。 これをランダム誤りという。 ランダム誤りでは、 誤りが生じている各ディジタル信号の各誤りビット間に相関 はない。 一方、 誤りが生じている各ディジタル信号の誤りビット間に相関を持つ て集中して発生する誤りをバースト誤りという。 例えば無線通信の場合、 受信電 波が弱くなつたり、 干渉電波の影響を受けたりすることによって、 多くのバース ト誤りが発生する。 受信電波が弱くなると、 背景ノイズの復調が行われ、 真のデ ータがノイズデータと置換される。 また、 反射波が干渉した場合、 時間遅れを生 じたデータに真のデータが置換される。 いずれにしても、 受信電波が弱くなつた り、 干渉が生じたりするのは、 或るビットタイミングから突然に起こるのではな く、 ビットレートから見れば、 或る程度の時間間隔を持って緩やかに生じる。 真 のデータの誤ったデータへの置換は、 或るビットタイミングから突然に全部のビ ットに起こるのではなく、 或るデータに少ないビット数の誤りが生じ、 それから 徐々に後続のデータの多くのビットに誤りが生じる。 つまり、 バースト誤りは、 低い誤り率で生じ始め、 徐々に高い誤り率で生じるようになる。

ところで、 ディジタルオーディオデータの受信状態としては、 誤りの程度によ つて、 次に示す状態 1乃至状態 3が考えられる。

状態 1 (誤りなし）

この状態 1では、 ディジタルオーディオデータには誤りが無く、 正常に受信で きている。

状態 2 (誤り検出能力内の誤り）

状態 2での誤りは誤り検出のできる誤りである。

状態 3 (誤り検出能力を超えた誤り） 状態 3での誤りは、 誤り検出できない誤りである。

状態 1から状態 2、 状態 2から状態 1への遷移、 状態 2から状態 3及び状態 3 から状態 2への遷移よりも、 状態 1から状態 3または状態 3から状態 1への遷移 が生じる確率は、 非常に少ない。

誤りが発生した場合、 即ち状態 2または 3では、 インパルスノイズが生じる可 能性が高い。 状態 2または 3では、 インパルスノイズ除去手段を動作させたい。 状態 1では、 インパルスノイズ除去手段は動作させたくない。 そこで、 誤り検出 手段が誤りを検出したことをトリガーとしてィンパルスノィズ除去手段を動作さ せたいが、 状態 3では、 誤り検出手段が誤りを検出できず、 インパルスノイズ除 去手段を動作させることができない。

そこで、 上述したパース ト誤りの特性上、 状態 1から状態 3に遷移する確率は 非常に少なく、 状態 3が発生する前には、 状態 2が発生している確率が非常に高 いので、 本発明では、 誤り検出手段が誤りを検出したときから、 所定時間にわた つてィンパルスノィズ除去手段を動作させることによって、 検出できない誤りが 生じている状態 3のときにも、 インパルスノイズ除去手段を動作させて、 インパ ルスノイズを除去している。 そして誤りのない状態、 即ち状態 1では、 インパル スノイズ除去手段を動作させないようにして、 音質の劣化を防止している。 上記の説明は、 誤り検出手段を使用して、 誤り検出のみを行う場合であるが、 オーディオデータに誤りが検出されたとき、 この誤りの訂正も行う誤り検出訂正 手段を使用する場合がある。 この場合、 誤り検出訂正手段から出力されるデイジ タルオーディォデータがィンパルスノィズ除去手段に入力され、 誤り検出訂正手 段が誤りを検出したときに、 所定時間にわたってィンパルスノィズ除去手段が動 作する。

誤り訂正を行う場合、 ディジタルオーディオデータの受信状態としては、 状態 a乃至状態 dの 4つの状態が考えられる。

状態 a (誤りなし）

状態 aでは、 ディジタルオーディオデータには誤りが無く、 正常に受信できて いる。

状態 b (誤り検出能力内の誤り） 状態 bでは、 生じている誤りは誤り検出のできる誤りである。 従って検出され た誤りは何らかの方法で訂正できる。

状態 C (誤り検出はしたが、 誤り訂正はできない）

状態 Cは、 たまたま誤り検出が行えた場合である。 正しくディジタルオーディ ォデータを受信できていないことだけは判る状態である。 または、 誤り検出能力 よりも誤り訂正能力の方が低く、 誤り検出はできるが、 誤り訂正はできない状態 である。

状態 d (誤り検出能力を超えた誤り）

状態 dでは、 誤りは、 誤り検出ができない誤りであり、 誤り訂正もできない状 態である。

状態 aから状態 b、 状態 bから状態 aへの遷移、 状態 bから状態 c、 状態 cか ら状態 bへの遷移、 状態 cから状態 d及び状態 dから状態 cへの遷移よりも、 状 態 aから状態 c、 状態 cから状態 a、 状態 aから状態 d、 または状態 dから状態 aへの遷移が生じる確率は、 非常に小さい。

誤りが発生した場合、 もし誤り訂正ができれば、 元のディジタルオーディオデ ータを再生できるはずなので、 インパルスノイズは発生しない。 しかし、 訂正で きないような誤りが生じると、 インパルスノイズが発生する可能性がある。 そこ で、 誤り訂正のできない状態 cまたは dが発生した場合のみ、 インパルスノイズ 除去手段を作動させたい。 しかし、 状態 cまたは dが発生していることを正確に 判別する方法が存在しない。 例えば、 誤り検出訂正手段による誤りの検出をトリ ガーとしてィンパルスノィズ除去手段を作動させた場合、 状態 bまたは cの場合 に、 インパルスノイズ除去手段が動作するが、 状態 dでは、 インパルスノイズ除 去手段を動作させることはできない。

そこで、 バースト誤りの特性、 即ち、 状態 dが発生する前には、 状態 bまたは 状態 cが発生している確率が非常に高いという特性を利用して、 誤り検出訂正手 段での誤り検出をきつかけにして、 所定時間にわたって、 インパルスノイズ除去 手段を動作させて、 状態 dでも、 インパルスノイズ除去手段を動作させて、 イン パルスノイズを除去し、 かつ誤りの無い場合には、 インパルスノイズ除去手段を 作動させずに、 音質の劣化を防止している。 ここで、 状態 bでは、 誤り検出訂正手段の作動により誤りが訂正されている状 態となつているので、 ィンパルスノィズ除去手段を動作させる必要性は本来なレヽ にも拘わらず、 インパルスノイズ除去手段が動作しており、 音質劣化が生じる。 但し、 誤り検出訂正手段を用いずに、 誤り検出手段のみを使用している場合には、 状態 b (上述した誤り検出のみを行う場合の状態 2に相当する。） では、 元々誤 りが生じており、 インパルスノイズ除去手段が動作しており、 音質の劣化が生じ ているはずであり、 誤り訂正を行ったことによって、 インパルスノイズ除去手段 が余分に動作して、 音質劣化の機会が増加したわけでない。

なお、 インパルスノイズ除去手段は、 入力されたディジタルオーディオデータ のレベルが、 このデータの前後に入力されたディジタ /レオーディォデータのレべ ルより突出しているとき、 前記入力されたディジタルオーディオデータを、 これ の前後に入力されたディジタルオーディォデータの一方に置換するものとできる。 ディジタルオーディォデータの相関性から、 前に入力されたディジタルオーディ ォデータに置換することが望ましい。

前記ディジタルオーディォデータは、 無線伝送路を伝送されたディジタル変調 信号から復調されたものとすることができる。 インパルスノイズは、 ディジタル 変調信号が無線伝送路を伝送されている間に、 無線伝送路の状況が悪いときに発 生しやすい。 従って、 無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調され たディジタルオーディオデータに、 本発明によるィンパルスノィズ抑制装置を使 用することに意義がある。

' 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の 1実施形態のィンパルスノィズ抑制装置のブロック図である。 図 2 aは、 図 1の誤り検出訂正器が発生する誤り検出信号を示し、 図 2 bは、 この誤り検出信号に応動した図 1のィンパルスノィズ抑制回路の動作状態を示す 図である。

図 3 aは図 1のィンパルスノィズ抑制回路に入力されるインパルスノィズを示 し、 図 3 bはインパルスノイズ抑制回路によってインパルスノイズを抑制した状 態を示す。

発明を実施するための最良の形態 本発明の 1実施形態のィンパルスノィズ抑制装置は、 図 1に示すように、 入力 端子 2を有している。 この入力端子 2には、 例えば無線電話機から無線伝送路を 介して送信されたディジタル変調信号を復調器によって復調した一連のディジタ ルオーディォデータが入力されている。 これらディジタルオーディォデータには、 誤り検出及ぴ訂正用の検出ビットが、 送信元の無線電話機において付加されてい る。 誤り検出及び訂正技法には、 例えばパリティチェック法、 B C H符号法、 リ ードソロモン法等の公知のものを、 単独または組み合わせて、 使用されている。 ディジタルオーディオデータは、 所定のサンプリング周期ごとに、 入力端子 2に 供給されている。

入力端子 2に入力された一連のディジタルオーディォデータは、 誤り検出訂正 手段、 例えば誤り検出訂正器 4に供給されている。 この誤り検出訂正器 4は、 使 用されている誤り検出及び訂正技法に対応した構成のもので、 入力されたディジ タルオーディオデータに、 誤りがあるか否力検出し、 誤りがなければ、 ディジタ ルオーディオデータをそのまま出力し、 誤りがあれば、 その誤りを訂正して出力 するものである。 また、 この誤り検出及び訂正器 4は、 誤りを検出した場合、 図 2 aに示すように、 誤り検出信号を生成する。

この誤り検出訂正器 4からの出力信号は、 インパルスノイズ除去手段、 例えば インパルスノイズ （ I P N) 抑制回路 6に供給されている。 このインパルスノィ ズ抑制回路 6は、 入力されたディジタルオーディオデータのレベルが、 このディ ジタルオーディオデータよりも前、 例えば 1つ前に入力されたディジタルオーデ ィォデータと、 このディジタルオーディオデータよりも後、 例えば 1つ後に入力 されたディジタルオーディォデータとの双方のレベルよりも突出して大きいとき に、 インパルスノイズであると判定し、 このディジタルオーディオデータを、 例 えば、 これよりも 1つ前に入力されたディジタルオーディオデータに置換するも のである。

誤り検出及び訂正器 4の具体的な動作を説明する。 例えば図 3 aに示すように、 ディジタルオーディオデ一タ Bが入力されたとき、 これよりも 1つ前に入力され たディジタルオーディオデータが C、 これよりも 1つ後に入力されたディジタル オーディォデータを Aとする。 ィンパルスノィズであるか否かを判定するルール としては、 例えば次の 3つが考えられる。

( 1 ) Aと Bの差の絶対値が Aの絶対値より大きい （ I A— B I > I A I )、 即ち Bのレベルが Aのレベルよりも大きレ、。

( 2 ) Bより Aが大きく （A〉B ) かつ Bより Cが大きい （C > B )、 或いは Aより Bが大きく （Aく B ) かつ Cより Bが大きい （B〉C )、 即ち Aと Bとを 結ぶ直線の傾きと、 Bと Cとを結ぶ直線の傾きが逆である。

( 3 ) Bと Cとの差の絶対値が Aの絶対値の 2倍よりも大きい （ | B— C | 〉 2 I A I )

( 1 ) または （2 ) と、 同時に （3 ) とが成立すると、 Bが C、 Aよりも大き く突出していると判断できる。 なお、 インパルスノイズか否かの判定法は、 上述 したものだけに限らず、 種々に考えられる。

このようにして、 インパルスノイズが存在すると判定されると、 インパルスノ ィズ抑制回路 6は、 図 3 bに示すように、 インパルスノイズであると判定したデ イジタルオーディオデータ、 例えば Bを、 それよりも 1つ前に発生していたディ ジタルオーディオデータ、 例えば Cに置換する。 これによつて、 インパルスノィ ズが抑制される。 インパルスノイズが存在しないと判定された場合には、 インパ ルスノイズの抑制は行われない。

なお、 このインパルスノイズ抑制回路 6は、 図 2 aに示したように、 誤り検出 訂正器 4が誤り検出信号を発生してから、 同図 bに示すように、 予め定められた 所定時間 t、 例えば通常想定されるバースト誤りが発生している時間よりも充分 に長く、 具体的には数 m秒、 望ましくは 2乃至 3 m秒の間だけ動作するように、 誤り検出信号が供給されている。 さらに、 インパルスノイズ抑制回路 6が非作動 のとき、 誤り検出訂正器 4からの出力信号を出力端子 1 0に供給するために、 図 1に示すように、 ィンパルスノィズ抑制回路 6の入力側と出力側との間には、 開 閉スィッチ 8が設けられている。 この開閉スィッチ 8は、 誤り検出信号が発生し てから所定時間 tの間だけ開放され、 それ以外のときには閉成されている。 従つ て、 誤りが検出されていない間、 誤り検出訂正器 4からの出力信号は、 開閉スィ ツチ 8を介して出力端子 1 0に供給される。 一方、 誤りが検出されてから所定時 間 tの間には、 誤り検出訂正器 4からの出力信号が、 インパルスノイズ抑制回路 6に供給される。 インパルスノイズ抑制回路 6において、 インパルスノイズがあ ると判断されると、 ィンパルスノィズが抑制された状態でィンパルスノィズ抑制 回路 6の出力信号が、 出力端子 1 0に供給される。 誤りが検出されてから所定時 間 tの間に、 インパルスノイズ抑制回路 6において、 インパルスノイズがないと 判断されると、 誤り検出訂正器 4からの出力信号が、 そのままインパルスノイズ 抑制回路 6を介して出力端子 1 0に供給される。

このように構成したィンパルスノィズ抑制装置によれば、 誤り検出訂正器 4が 誤りを検出していない状態では、 誤り検出訂正器 4からの出力は、 閉成されてい る開閉スィッチ 8を介して出力端子 1 0に供給されている。 一方、 誤り検出訂正 器 4が誤りを検出し、 誤り検出信号を発生したとき、 そのときから所定時間 tの 間だけ、 インパルスノイズ抑制回路 6が動作する。 このとき、 開閉スィッチ 8は、 誤り検出信号に基づいて所定時^ tの間にわたって、 開放されている。

誤り検出訂正器 4の誤り検出能力には限界があり、 この能力を超えた多数の誤 りが頻発すると、 誤りがあるにも拘わらず、 誤り検出訂正器 4が誤りを検出でき ない可能性がある。 誤りを検出できないと、 インパルスノイズが発生することが める。 ·

全く誤りがない状況から、 誤りが訂正できない状態に突然になる可能性は少な く、 誤りが訂正できない状態になる前には、 誤りを検出している可能性が高い。 例えば、 当初、 誤りが少なく、 誤りは検出されて、 その訂正も行われていたが、 やがて、 誤りが多くなり、 誤りの検出はできるが、 訂正はできない状態になり、 最後に誤りの検出も訂正もできない状態になることがある。 或いは、 当初に誤り を検出できるが、 訂正はできない状態となり、 やがて、 誤りの検出も訂正もでき ない状態になることがある。 いずれの場合でも、 まず誤りが検出されているので、 このインパルスノイズ抑制装置では、 誤りを検出すると、 しばらくの間にわたつ て誤りが訂正できない状態が生じる可能性があると仮定し、 ィンパルスノィズ抑 制回路 6を作動させている。

ィンパルスノィズ抑制回路 6が作動している間に実際に誤りが訂正できない状 態が発生して、 インパルスノイズが発生したなら、 インパルスノイズ抑制回路 6 ズを抑制する。 また誤りが生じていない状態においては、 インパルスノィズ抑制回路 6を作動 させていないので、 レベルが突出したディジタルオーディオデータが入力端子 2 に入力されても、 このレベルが突出したデータをィンパルスノィズ抑制回路 6が、 インパルスノイズと誤認して、 抑制することが無く、 音質の劣化を招くことはな い。

上記の実施の形態では、 ィンパルスノィズ抑制回路 6が動作する所定時間 tを、 通常想定されるバースト誤りが発生している時間よりも充分に長く設定している。 バースト誤りの時間は或る分布を持って分散しているため、 めったに起こらない ような長いバースト誤りが発生しても、 バースト誤りの時間が所定時間 tを超え ないように充分長く所定時間 tを設定している。 なお、 システムや使用環境によ つてパースト誤りの内容やバースト誤りが発生する時間も変化するため、 一意的 に所定時間 tを決定することはできない。 状況に応じて、 一番効率的にバースト 誤りに対してインパルスノイズ抑制回路 6を動作させ、 バースト誤りが終了した ら、 速やかにィンパルスノィズ抑制回路 6の動作を停止できるように所定時間 t を^ /t— 9る。

但し、 所定時間 tの変形例としては、 充分に長くとるものだけでなく、 通常想 定されるバースト誤りの時間程度としたり、 それよりも短い目に設定することも 考えられる。 所定時間 tを充分長くとらない場合、 所定時間 tを超えるような長 さのバースト誤りが生じる可能性がある。 バース ト誤りによって誤り検出訂正器

4の誤り検出能力を超えた誤りが発生して、 不確定な誤り検出がたまたま発生す ることがある。 たまたま発生した不確定な誤り検出信号によってィンパルスノィ ズ抑制回路 6の動作を再起動すれば、 バースト誤りの発生時間全体においてィン パルスノィズ抑制回路 6を動作させることが可能となる。 所定時間 tが短ければ、 バースト誤りが終了した後、 直ぐにィンパルスノィズ抑制回路 6も停止し、 無駄 にィンパルスノィズ抑制回路 6が動作することで音質低下を招く時間を短くする ことができる。

上記の実施の形態では、 本発明の構成を、 誤り検出訂正器 4、 インパルスノィ ズ抑制回路 6及ぴ開閉スィツチ 8を用いてプロック的に示したが、 実際には C P Uや D S Pによって、 これら各プロックに対応する機能を実現することができる。 W

また、 上記の実施の形態では、 誤り検出訂正器 4を使用したが、 訂正を行わずに、 誤り検出のみを行うように構成してもよい。 上記の実施の形態では、 無線電話機 から無線伝送路を伝送されたディジタル変調信号から復調したディジタルオーデ ィォデータを使用したが、 これに限ったものではなく、 例えば有線伝送路を伝送 されたディジタル変調信号から復調したディジタルオーディオデータを使用する こともできる。 また、 上記の実施の形態では、 インパルスノイズ抑制回路は、 ィ ンパルスノィズを検出したとき、 1つ前に入力されたディジタルオーディォデー タに置換したが、 1つ後に入力されたデイジタルオーディォデータに置換するこ ともできる。 また、 誤り検出訂正器 4や、 これに代替して使用される誤り検出器 としては、 公知の種々のものを使用することができる。

Claims

請求の範囲

1 誤り検出ビットが付加されたディジタルオーディオデータが入力され、 この ディジタルオーディォデータの誤りを検出する誤り検出手段と、

前記ディジタルオーディオデータが入力され、 前記誤り検出手段が誤りを検出 したとき、 所定時間にわたって作動するィンパルスノィズ除去手段とを、 具備するィンパルスノイズ抑制装置。

2 請求項 1記載のインパルスノイズ抑制装置において、 前記インパルスノイズ 除去手段は、 入力されたディジタルオーディオデータのレベルが、 このデータの 前後に入力されたディジタルオーディォデータのレベルより突出しているとき、 前記入力されたディジタルオーディォデータを、 これの前後に入力されたディジ タルオーディォデータの一方に置換するィンパルスノィズ抑制装置。

3 請求項 1記載のインパルスノイズ抑制装置において、 前記ディジタルオーデ ィォデータは、 無線伝送路を伝送されたデイジタル変調信号から復調されたもの

4 請求項 1記载のィンパルスノィズ抑制装置において、 前記誤り検出手段は、 誤りが検出されたとき、 前記ディジタルオーディォデータの訂正を行うィンパル スノィズ抑制装置。