(57)【要約】【課題】  演算に用いる記憶領域を少なくし、演算にかかる負荷を軽減することができるリアルタイム処理に適したデジタル信号処理装置及びスペクトル算出方法を得る。【解決手段】  複数の記憶領域を有するメモリと、デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータをメモリの１の記憶領域に記憶させ、デジタル入力信号の過去のサンプリングデータから算出された重み付け平均データにゼロより大きく１より小さい所定の係数を乗じ、メモリに記憶した最新サンプリング周期のデータに所定の係数を１から減じた係数を乗じ、乗算の結果を加算して、メモリの他の領域に記憶させる演算部と、を有し処理対象のデジタル入力信号の雑音スペクトルを算出するデジタル信号処理装置による。【選択図】図１
2010085441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象のデジタル入力信号のスペクトルを算出するデジタル信号処理装置であって、
上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを記憶する第１メモリと、
上記デジタル入力信号の過去のデータの重み付け平均演算結果を記憶する第２メモリと、
上記第２メモリに記憶されているデータに第１係数を乗じ、上記第１メモリに記憶されているデータに上記第１係数を１から減じた第２係数を乗じ、これらを加算したデータを上記第２メモリに記憶する演算部と、
を有するデジタル信号処理装置。
【請求項２】
処理対象のデジタル入力信号のスペクトルを算出するデジタル信号処理装置を用いたスペクトル算出方法であって、
上記デジタル信号処理装置が、
上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを記憶する第１メモリ、
上記デジタル入力信号の過去のデータの重み付け平均演算結果を記憶する第２メモリ、
上記第２メモリに記憶されているデータに係数を乗じ、上記第１メモリに記憶されているデータに上記第１係数を１から減じた係数を乗じ、これらを加算したデータを上記第２メモリに記憶する演算部、を有し、
上記演算部が実行するプログラムが、
上記第１メモリからデータを読み出すステップと、
上記第２メモリからデータを読み出すステップと、
上記第１メモリから読み出したデータに係数を乗じるステップと、
上記第２メモリから読み出したデータに１から上記ステップで用いた係数を減じた係数を乗じるステップと、
上記の乗算の結果を加算するステップと、
上記加算した結果を上記第２メモリに記憶するステップと、を有するスペクトル算出方法。
【請求項３】
処理対象のデジタル入力信号のスペクトルを算出するデジタル信号処理装置を用いたスペクトル算出方法であって、
上記デジタル信号処理装置が、
上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを記憶する第１メモリ、
上記デジタル入力信号の過去のデータの重み付け平均演算結果を記憶する第２メモリ、
上記第２メモリに記憶されているデータに係数を乗じ、上記第１メモリに記憶されているデータに上記第１係数を１から減じた係数を乗じ、これらを加算したデータを上記第２メモリに記憶する演算部、を有し、
上記演算部が、
上記第１メモリからデータを読み出すステップと、
上記第２メモリからデータを読み出すステップと、
以下の式により上記デジタル入力信号のスペクトルを算出し、算出結果を上記第２のメモリに記憶するステップと、を有するスペクトル算出方法。
Ｘ＝α・ｘ（ｎ）＋（１−α）・ｘ（ｎ＋１）
ただし、
Ｘ：演算結果
α：重み付け係数
ｘ（ｎ）：ｎ番目の最新のサンプリング周期のデジタル入力信号
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル方式のノイズキャンセルシステムに用いることができるデジタル信号処理装置に関するものであって、特に、演算に用いる記憶領域を少なくし、演算にかかる負荷を軽減することができるリアルタイム処理に適したデジタル信号処理装置及びスペクトル算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周囲の雑音を打ち消すキャンセル信号を出力することで、耳に聞こえる雑音を低減させることができるノイズキャンセルシステムには、アナログ方式とデジタル方式がある。デジタル方式のノイズキャンセルシステムは、キャンセル信号の生成にデジタル信号処理装置（以下「ＤＳＰ」とする）を用いる。
【０００３】
デジタル方式のノイズキャンセルシステムの具体例として、デジタルノイズキャンセルヘッドホンがある。デジタルノイズキャンセルヘッドホンは、ヘッドホン筐体に組み込まれたマイクロホンが周囲の雑音を集音し、この雑音をアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）によってデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づいてＤＳＰがキャンセル信号を生成する処理を行う。ＤＳＰは、入力される雑音のデジタル信号Ｎの周波数特性（スペクトル）を算出する高速フーリエ変換器（以下「ＦＦＴ」という）と、ＦＦＴによって得る周波数特性からキャンセル信号の元になるデータを算出する演算部と、算出結果に逆フーリエ変換処理を行い、キャンセル信号を生成する逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）と、を備えている。ＤＳＰから出力されたキャンセル信号’は、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）によってアナログ信号に変換されて、音楽プレーヤから入力される再生信号Ｓとミックスされヘッドホンスピーカユニットから出力される。このように再生信号Ｓとキャンセル信号がミックスされた信号がスピーカユニットから出力されることで、利用者の耳に届く雑音はキャンセル信号によって打ち消されて、再生信号Ｓのみを聞くことができるようになる。このような、デジタルノイズキャンセルヘッドホンの例として、特許文献１記載の発明が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９―９３６８４号公報
【０００５】
上記従来のデジタルノイズキャンセルシステムは、キャンセル信号を出力する処理において、ＦＦＴを用いて雑音の周波数特性（スペクトル）を算出している。これによって、雑音の周波数特性に即したキャンセル信号を生成することができ、効果的なノイズキャンセル処理を行うことができるからである。
【０００６】
雑音スペクトルを細密に算出することができれば、より効果的なキャンセル信号を生成することができ、突発音（インパルス音）が雑音に含まれていても、その影響を排除することができる。ところが、従来のスペクトル算出演算は、雑音のスペクトルをサンプリング周波数毎のスペクトル平均を算出するので、平均演算に用いるだけのスペクトルに応じた数の記憶手段が必要になる。そうすると、細密な雑音スペクトルを算出するには、必要なメモリの数は多くなり、また演算処理の負荷も高くなるので、マイクロホンユニットから入力された雑音を打ち消すために即時性をもって出力されるべきキャンセル音の生成には限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、雑音スペクトルの演算処理に用いるメモリの数を少なくすることができ、かつ、演算負荷を軽減することができるデジタル信号処理装置及び雑音スペクトル算出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、処理対象のデジタル入力信号の雑音スペクトルを算出するデジタル信号処理装置であって、複数の記憶領域を有するメモリと、上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを上記メモリの１の記憶領域に記憶させ、上記デジタル入力信号の過去のサンプリングデータから算出された重み付け平均データにゼロより大きく１より小さい所定の係数を乗じ、上記メモリに記憶した最新サンプリング周期のデータに上記所定の係数を１から減じた係数を乗じ、上記乗算の結果を加算して、上記メモリの他の領域に記憶させる演算部と、を有することを主な特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、処理対象のデジタル入力信号の雑音スペクトルを算出するデジタル信号処理装置を用いた雑音スペクトル算出方法であって、上記デジタル信号処理装置が、複数の記憶領域を有するメモリと、上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを上記メモリの１の記憶領域に記憶させ、上記デジタル入力信号の過去のサンプリングデータから算出された重み付け平均データにゼロより大きく１より小さい所定の係数を乗じ、上記メモリに記憶した最新サンプリング周期のデータに上記所定の係数を１から減じた係数を乗じ、上記乗算の結果を加算して、上記メモリの他の領域に記憶させる演算部と、を有し、上記演算部が実行するプログラムが、上記メモリから最新サンプリング周期のデータを読み出すステップと、上記メモリから重み付け平均データを読み出すステップと、上記重み付け平均データにゼロより大きく１より小さい係数を乗じるステップと、上記最新サンプリング周期のデータに上記係数を１から減じた係数を乗じるステップと、上記の乗算の結果を加算するステップと、上記加算した結果を上記メモリに記憶して上記重み付け平均データを更新するステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、処理対象のデジタル入力信号の雑音スペクトルを算出するデジタル信号処理装置を用いた雑音スペクトル算出方法であって、上記デジタル信号処理装置が、複数の記憶領域を有するメモリと、上記デジタル入力信号の最新サンプリング周期のデータを上記メモリの１の記憶領域に記憶させ、上記デジタル入力信号の過去のサンプリングデータから算出された重み付け平均データにゼロより大きく１より小さい所定の係数を乗じ、上記メモリに記憶した最新サンプリング周期のデータに上記所定の係数を１から減じた係数を乗じ、上記乗算の結果を加算して、上記メモリの他の領域に記憶させる演算部と、を有し、上記演算部が、上記メモリから最新サンプリング周期のデータを読み出すステップと、上記メモリから重み付け平均データを読み出すステップと、以下の式により上記デジタル入力信号のスペクトルを算出し、算出によって上記メモリに記憶されている重み付け平均データを更新するステップと、を有することを特徴とする
Ｘ＝α・Ｘ＋（１−α）・ｘ（ｎ）、ただし、０＜α＜１
ｘ（ｎ）：ｎ番目の最新サンプリング周期のデジタル入力信号
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、雑音スペクトルの算出に用いるメモリの量を少なくすることができ、また、雑音スペクトル算出演算を行うＤＳＰの負荷を軽減することできるのでリアルタイム処理に適したデジタル信号処理装置と雑音スペクトル算出方法を得ることができる。さらに、雑音に含まれる突発音（インパルス音）などを雑音と認識させないようにすることができ、リアルタイム性に優れたノイズキャンセルシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るデジタル信号処理装置の実施形態の例について、図を用いた説明する。図１は、デジタル信号処理装置の機能構成の例を示すブロック図である。図１において、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１０は、第１のメモリ１、第２のメモリ２、演算部３、キャンセルデータ生成部４を有してなる。ＤＳＰ１０は、デジタル信号処理に特化した集積回路である。記憶手段であるメモリ１、及び、メモリ２はＤＳＰ１０に内蔵するハードウェアである。演算部３、及び、キャンセルデータ生成部４は、ＤＳＰ１０において動作するソフトウェアによって構成される論理的な機能ブロックである。
【００１３】
メモリ１は、図示しないマイクロホンなどの入力装置から入力される雑音Ｎをアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄから入力される、最新のサンプリング周期のデータを保存する記憶手段である。
メモリ２は、過去のサンプリング周期のデータを元に後述する演算部３によって算出された雑音Ｎのスペクトルを保存する記憶手段である。
【００１４】
演算部３は、メモリ１から最新サンプリング周期の雑音Ｎのデータを読み出し、メモリから過去のサンプリング周期のデータを元に算出された雑音Ｎのスペクトルデータを読み出し、後述する重み付け平均演算を行って、雑音Ｎのスペクトルデータを出力する演算手段である。
【００１５】
キャンセルデータ生成部４は、演算部３から出力された雑音Ｎのスペクトルデータを元にして、キャンセルデータを生成する。生成されたキャンセルデータは、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）によって、アナログ信号に変換されて、図示しないスピーカユニットから出力され、雑音Ｎを打ち消すことができる。
【００１６】
次に、上記演算部３が行なう演算処理の流れについて図２のフローチャートを用いて説明する。図２において各処理ステップは、Ｓ１、Ｓ２・・・のように表す。まず、メモリ１に記憶されている最新サンプリング周期の雑音データを読み出す（Ｓ１）。次にメモリ２に記憶されている過去のサンプリング周期の雑音Ｎのスペクトルデータを読み出す（Ｓ２）。次に、過去のサンプリング周期の雑音Ｎのスペクトルデータに係数αを乗じる（Ｓ３）。次に、最新サンプリング周期の雑音データに係数αを１から減じた係数を乗じる（Ｓ４）。次に、これら乗算の結果を加算する（Ｓ５）。次に、加算された結果をメモリ２に記憶する（Ｓ６）。最後に加算された結果をキャンセルデータ生成手段４に出力する（Ｓ７）。
【００１７】
上記の演算に用いる係数αは０＜α＜１を満たす値であればよい。このαの値を大きくする、すなわち「１」に近づけると過去のサンプリング周期のデータの影響が強くなるので、インパルス音などの突発音が雑音Ｎに混在しても、その影響を軽減して効果的なキャンセルデータを生成することができるようになる。また、αの値を小さくする、すなわち「０」に近づけると、最新サンプリング周期が優先されるので、雑音Ｎの変化に即したキャンセルデータを生成することができる。
【００１８】
上記のように係数αを変化させて、例えば「１」に近づけると、過去のサンプリング周期のデータの影響が強くなり、インパルス音や音声などの急激に変化する音を雑音と認識せずに、定常雑音のピーク周波数を効果的に特定できるようになる。また、係数αを変化させて、例えば「０」に近づけると、最新サンプリング周期のデータの影響が強くなるので、インパルス音や音声などの急激に変化する音も雑音として認識することができるので、雑音の状況に適した雑音スペクトル算出方法を選択して利用することができるようになる。なお、係数αを選択する方法については、例えば、ノイズキャンセルヘッドホンであれば、筐体に設けたスイッチによって係数αが変化する機構を用いればよい。また、ＤＳＰを動作させるプログラムにおいて、最適な係数αを設定すればよい。
【００１９】
このように本発明に係るデジタル信号処理装置、及び、同装置を用いた雑音スペクトル算出方法によれば、ＤＳＰの演算処理に用いるメモリが、過去の雑音スペクトルを記憶する領域と最新サンプリング周期のデータを記憶する領域の２バイトでよく、少ないメモリで、雑音Ｎのスペクトルを算出することができるようになる。
【００２０】
また、本発明に係るデジタル信号処理装置、及び、同装置を用いた雑音スペクトル算出方法によれば、演算処理が簡易なものとなるので、ＤＳＰの負荷が軽く、雑音Ｎに対してリアルタイムに追従するキャンセルデータを生成することができるようになる。
【００２１】
さらに、本発明に係るデジタル信号処理装置、及び、同装置を用いた雑音スペクトル算出方法によれば、雑音スペクトルの算出に用いる係数を変化させることで、雑音の特性に適した雑音スペクトル算出方法を選択することができる、リアルタイム性に優れ、かつ、利用範囲が広範なスペクトル算出方法を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明に係るデジタル信号処理装置、及び、雑音スペクトル算出方法は、デジタルノイズキャンセルヘッドホンに適用できる。また、その他のノイズキャンセルシステムにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るデジタル信号処理装置の機能構成の例を示すブロック図である。
【図２】上記デジタル信号処理装置における演算処理の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１  第１のメモリ
２  第２のメモリ
３  演算部
４  キャンセルデータ生成部
【図１】
2010085441.tif 000003
【図２】
2010085441.tif 000004