(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に対して周波数変換処理を行い、前記入力信号を周波数信号に変換する周波数変換部と、
前記周波数信号に基づいてピーク周波数を算出するピーク周波数算出部と、
前記ピーク周波数と前記周波数信号に基づいてハムノイズの基本周波数を推定する基本周波数推定部と、
該推定された基本周波数と前記ピーク周波数に基づいて前記入力信号にハムノイズが存在するか判定するハムノイズ判定部と、
を備えたことを特徴とするハムノイズ検出装置。
【請求項２】
前記ピーク周波数算出部はピークが定常的な場合にのみピーク周波数として出力することを特徴とする請求項１に記載のハムノイズ検出装置。
【請求項３】
前記基本周波数推定部は、前記定常ピーク周波数に基づいて基本周波数候補を求め、該基本周波数候補が前記基本周波数であるか判断し、前記基本周波数であると判断した場合、前記基本周波数候補を前記基本周波数として出力し、前記基本周波数ではないと判断した場合、前記基本周波数候補を破棄することを特徴とする請求項２に記載のハムノイズ検出装置。
【請求項４】
前記定常ピーク周波数の最大公約数を前記基本周波数候補とすることを特徴とする請求項３に記載のハムノイズ検出装置。
【請求項５】
前記定常ピーク周波数の間隔を算出し、最も頻度の高い周波数間隔を前記基本周波数候補とすることを特徴とする請求項３に記載のハムノイズ検出装置。
【請求項６】
前記ハムノイズ判定部は、前記基本周波数が予め定められた周波数範囲内であり、かつ前記基本周波数の倍音成分の数が予め定めた閾値以上存在する場合にハムノイズと判定することを特徴とする請求項２に記載のハムノイズ検出装置。
【請求項７】
入力信号に対して周波数変換処理を行い、前記入力信号を周波数信号に変換する処理と、
前記周波数信号に基づいてピーク周波数を算出する処理と、
前記ピーク周波数と前記周波数信号に基づいてハムノイズの基本周波数を推定する処理と、
該推定された基本周波数と前記ピーク周波数に基づいて前記入力信号にハムノイズが存在するか判定する処理と、
を行うことを特徴とするハムノイズ検出方法。
【請求項８】
前記ピーク周波数を算出する処理はピークが定常的な場合にのみピーク周波数として出力することを特徴とする請求項７に記載のハムノイズ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタル音声信号処理に関し、特に交流電源から発生する電磁波等に起因するハムノイズを検出するハムノイズ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、耳障りなノイズとして交流電源で発生する電磁波等に起因するハムノイズが知られている。このハムノイズは、交流電源などの振幅によって発生する電磁波に起因し、時間的にほぼ一定のパワーを持つ基本周波数とその複数の倍音成分からなる音である。このようなハムノイズは、音声信号処理において、増幅器や、Ａ／Ｄ（アナログディジタル）変換器、Ｄ／Ａ（ディジタルアナログ）変換器等の回路の不具合によって生じる。例えば、上記回路と電源回路との絶縁が不完全な場合、商用電源の周波数である５０Ｈｚや６０Ｈｚの交流成分が信号線に混入し、ハムノイズの原因となる。【０００３】
このようなハムノイズを除去するため、例えばフレーム毎に切り出された周波数領域に変換された音信号のスペクトルデータ及び各スペクトルの振幅データから、ノイズ周波数に関連するスペクトルを選択して合成し、合成したノイズ波形を音波形から減算することによりノイズ除去を行うノイズ除去装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７７４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の装置では、予め定めた周波数以外のノイズを検出することはできない。例えば、水晶発振器や分周回路の不具合に起因してＡ／Ｄ変換器に供給されるクロック信号の周波数がずれた場合、検出すべきハムノイズの周波数もシフトし、ハムノイズを正確に検出することができない。【０００６】
また、和音等のように定常的な周波数成分が存在する場合、この定常的な周波数成分が偶然ハムノイズを除去するために予め定めた帯域に存在すると、ハムノイズとして誤検出する可能性がある。【０００７】
さらに、例えば電話音声の通過帯域は３００Ｈｚ〜３４００Ｈｚであり、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚのハムノイズの基本周波数帯域のパワーは減衰しており、自己相関等を用いた既存の基本周波数推定方法では正確にハムノイズの基本周波数を検出することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、電話音声等の入力信号に対して一定時間間隔で周波数変換処理を行い、上記入力信号を周波数信号に変換する周波数変換部と、上記周波数信号に基づいて時間的にほぼ一定のパワーを持ち、かつパワーがピークをとる定常ピーク周波数を算出する定常ピーク周波数算出部と、上記定常ピーク周波数の最大公約数の算出、又は上記定常ピーク周波数の周波数間隔を算出し、上記周波数信号に含まれるハムノイズの基本周波数を推定する基本周波数推定部と、推定された基本周波数と上記定常ピーク周波数に基づいて上記入力信号にハムノイズが存在するか否かを判定するハムノイズ判定部とを備えたハムノイズ検出装置を提供することによって達成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
ハムノイズ成分が回路の不具合等によって本来の周波数以外にシフトした場合であっても検出することができ、また和音等の複数のピーク周波数を有する信号が入力した場合でもハムノイズを誤検出することがなく、更に正確なハムノイズの基本周波数を検出することができるハムノイズ検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のハムノイズ検出装置のシステムブロック図である。
【図２】本実施形態の処理を説明するフローチャートである。
【図３】定常ピーク周波数の例を示す図である。
【図４】最大公約数を計算して基本周波数を推定する処理を説明するフローチャートである。
【図５】閾値を超えた定常ピーク周波数の例を示す図である。
【図６】基本周波数に対するシフト幅の範囲を説明する図である。
【図７】和音等による基本周波数と倍音の関係を示す図である。
【図８】差分を計算して基本周波数を推定する処理を説明するフローチャートである。
【図９】差分を計算して基本周波数を推定する処理を説明する図である。
【図１０】実施形態のハムノイズ検出装置をVoIP音質管理システムに適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のハムノイズ検出装置のシステムブロック図である。
同図において、ハムノイズ検出装置は、時間周波数変換部１、定常ピーク算出部２、基本周波数推定部３、ハムノイズ判定部４で構成されている。時間周波数変換部１は入力信号を一定時間間隔で HYPERLINK "http://techterm.astamuse.com/ja/サンプリング/" サンプリングし、周波数信号に変換する回路であり、定常ピーク算出部２は上記周波数信号の中で定常的にピークとなる周波数を算出する回路である。基本周波数推定部３はハムノイズの基本周波数を推定する回路であり、ハムノイズ判定部４は上記基本周波数に基づいてハムノイズの判定を行う回路である。
【００１２】
また、基本周波数推定部３によるハムノイズの基本周波数の推定処理は、定常周波数の最大公約数となる値から基本周波数を推定する方法と、上記ピークとなる定常周波数の間隔から基本周波数を推定する方法を使用する。尚、それぞれの基本周波数の推定処理については、後述する。
【００１３】
図２は、本実施形態の処理を説明するフローチャートである。先ず、時間周波数変換部１は入力信号に対して一定時間間隔で HYPERLINK "http://techterm.astamuse.com/ja/サンプリング/" サンプリングを行い、例えば HYPERLINK "http://techterm.astamuse.com/ja/フーリエ変換/" フーリエ変換により HYPERLINK "http://techterm.astamuse.com/ja/周波数スペクトル/" 周波数信号に変換する（ステップ（以下、Ｓで示す）１）。尚、時間周波数変換部１に入力する入力信号は、例えば通信ネットワークを介して電話機等の端末機器に入力する音声信号である。
【００１４】
次に、上記 HYPERLINK "http://techterm.astamuse.com/ja/周波数スペクトル/" 周波数信号から定常的にピークとなる定常ピーク周波数を抽出する（Ｓ２）。図３は定常ピーク算出部２によって抽出された定常ピーク周波数の例である。この例では、周波数２５０Ｈｚ、３００Ｈｚ、３５０Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈｚ、６００Ｈｚ、６５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、８００Ｈｚ、８５０Ｈｚに定常ピーク周波数が存在する。
【００１５】
次に、基本周波数推定部３は上記定常ピーク周波数を使用して基本周波数の推定を行う（Ｓ３）。例えば、上記図３において、定常ピーク周波数の最大公約数となる周波数を基本周波数と推定する。この場合、定常ピーク周波数は上記各周波数であり、この定常ピーク周波数に基づいて基本周波数を推定する。具体的には、定常ピーク周波数の中で、パワーが閾値以上である周波数を抽出し、抽出された定常ピーク周波数の最大公約数となる周波数を基本周波数とする。
【００１６】
図４は、上記基本周波数を推定する処理を説明するフローチャートである。先ず、閾値１以上の定常ピーク周波数を抽出し、抽出された定常ピーク周波数の最大公約数を算出する（Ｓ３−１）。例えば、前述の図３に示す例では、閾値１を超えるピーク周波数は図５に示すように、８つ存在する。すなわち、図５に示すように、３００Ｈｚ、３５０Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈｚ、６５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、８００Ｈｚ、８５０Ｈｚの定常ピーク周波数である。
【００１７】
次に、閾値１を超えた上記定常ピーク周波数の最大公約数を基本周波数候補とし（Ｓ３−２）、この基本周波数候補においてピークをとるか判断する（Ｓ３−３）。ここで、基本周波数候補にピークが存在しなければ（Ｓ３−３がＮＯ）、基本周波数なしの出力を行う（Ｓ３−４）。一方、基本周波数候補にピークが存在すれば（Ｓ３−３がＹＥＳ）、更に基本周波数候補のパワーが閾値２以上であるか判断する（Ｓ３−５）。例えば、図５に示す例では、上記８つの定常ピーク周波数の最大公約数である基本周波数候補は５０Ｈｚであり、図５に示すようにピークが５０Ｈｚに存在するので、更に判断（Ｓ３−５）を実行する。
【００１８】
判断（Ｓ３−５）は、例え基本周波数候補にピーク値が存在しても、一定パワー以上のピーク値でなければ、ノイズが存在するとまでは言えないため、基本周波数候補のパワーを判断する。尚、閾値２は具体的な測定データ等から設定される値であり、例えば本実施形態の説明では閾値１に対して閾値２は５０％のパワーとなる値である。
【００１９】
したがって、基本周波数候補のパワーが閾値２以上でなければ（Ｓ３−５がＮＯ）、基本周波数なしの出力を行う（Ｓ３−４）。一方、基本周波数候補が閾値２以上のパワーであれば（Ｓ３−５がＹＥＳ）、基本周波数候補を基本周波数として出力する（Ｓ３−６）。例えば、図５に示す例では、基本周波数候補は５０Ｈｚであり、５０Ｈｚのパワーが閾値２を超えているので、基本周波数として出力される。
【００２０】
次に、図２に示すフローチャートの説明に戻り、判断（Ｓ４）のＹＥＳを確認して、次の判断（Ｓ５）に移行する。尚、上記図４に示すフローチャートで説明した処理に従って基本周波数が存在しないと判断された場合、図２に示す判断（Ｓ４）もＮＯであり、ハムノイズなしの出力が行われる（Ｓ６）。
【００２１】
次の判断（Ｓ５）は、推定した基本周波数が予め定めた範囲内であるか判断するものである。この判断は、クロックずれ等により、ハムノイズの周波数がシフトした場合でもノイズ検出を可能とするためであり、基本周波数が予め定めた周波数間に存在すればハムノイズと判断する。
【００２２】
図６はこの判断を説明する図であり、基本周波数Ｘが予め定めたａＨｚとｂＨｚ間にある場合、即ちａ≦Ｘ≦ｂである場合、基本周波数Ｘはハムノイズと推定される。図６に示す例では、基本周波数としてＸ1、Ｘ2、Ｘ3が検出された場合を示し、この場合基本周波数Ｘ2は上記条件ａ≦Ｘ2≦ｂを満足する（Ｓ５がＹＥＳ）。しかし、基本周波数Ｘ1、Ｘ3は上記条件を満足せず（Ｓ５がＮＯ）、ハムノイズなしの出力が行われる（Ｓ６）。尚、基本周波数Ｘが５０Ｈｚから６０Ｈｚの場合、ａの値として、例えば４５（４５Ｈｚ）が対応し、上記ｂの値として、例えば６５（６５Ｈｚ）が対応する。但し、上記数値に限定されるものではない。
【００２３】
次に、上記判断（Ｓ５）がイエスの場合、更に基本周波数の倍音にあたる周波数帯域でのピーク数をカウントし（Ｓ７）、倍音でのピーク数が閾値以上であるか判断する（Ｓ８）。この判断は和音等、２つ以上の周波数を持つ定常音が入力した場合でも、誤って基本周波数と判断させないためである。図７に示す例は、例えば保留メロディーに含まれる和音の周波数スペクトルの例であり、実線矢印で示す基本周波数１とその倍音成分、及び点線矢印で示す基本周波数２とその倍音成分を含む例である。
【００２４】
この場合、倍音でのピーク数が閾値以上でなければ（Ｓ８がＮＯ）、ハムノイズなしの出力を行う（Ｓ６）。一方、倍音でのピーク数が閾値以上であれば（Ｓ８がＹＥＳ）、ハムノイズありの出力を行う（Ｓ９）。この処理によって、入力信号に和音等が含まれる場合でも、ハムノイズではない成分が誤ってハムノイズ成分として誤検出されることを防止することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態のハムノイズ検出装置によれば、ハムノイズ成分が予め設定された周波数以外である場合でも検出でき、クロックずれ等により、ハムノイズの周波数がシフトした場合でもハムノイズ検出を確実に行うことができる。また、上記のように、ハムノイズではない成分が誤ってハムノイズ成分として誤検出されることが防止される。
【００２６】
尚、上記実施形態の説明では、基本周波数の推定処理（Ｓ３）において、図４に示すフローチャートを使用し、定常ピーク周波数の最大公約数を算出して求めたが、図８に示すフローチャートに従って基本周波数を推定してもよい。
【００２７】
具体的には、図９に示すような定常ピーク周波数が得られた場合、前述と同様閾値１を超える定常ピーク周波数を抽出し、隣接する２つの定常ピーク周波数の差分を算出する（Ｓ３−１１）。例えば、図９に示す例では、閾値１を超えるピーク周波数ｆ１とｆ２の差分を算出し、更に閾値１を超えるピーク周波数ｆ２とｆ３、ｆ３とｆ４、ｆ４とｆ５の差分を順次算出する。
【００２８】
次に、算出した差分データから頻度が最も高い差分を基本周波数候補とする（Ｓ３−１２）。そして、算出した基本周波数候補においてピークが存在するか判断する（Ｓ３−１３）。ここで、基本周波数候補にピークが存在しなければ（Ｓ３−１３がＮＯ）、基本周波数なしの出力を行う（Ｓ３−１４）。一方、例えば図９に示すように基本周波数候補にピークが存在すれば（Ｓ３−１３がＹＥＳ）、更に基本周波数候補のパワーが閾値２以上であるか判断する（Ｓ３−１５）。
【００２９】
この判断は前述と同様、例え基本周波数の候補にピーク値が存在しても、ある一定パワー以上のピーク値でなければ、ノイズが存在するとは言えず、基本周波数候補のパワーが閾値２以上であるか判断する。そして、基本周波数候補のパワーが閾値２以上でなければ（Ｓ３−１５がＮＯ）、基本周波数なしの出力を行う（Ｓ３−１４）。一方、基本周波数候補のピーク値が閾値２以上であれば（Ｓ３−１５がＹＥＳ）、基本周波数候補を基本周波数として出力する（Ｓ３−１６）。
以上のように、基本周波数の抽出を行うことによっても、前述と同様、ハムノイズの検出を確実に行うことができる。
【００３０】
図１０は上記実施形態のハムノイズ検出装置をVoIP（voice over IP）音質管理システムに適用した場合のシステムブロック図を示す。VoIP音質管理システムは、ＩＰ接続を行っているネットワークを利用して音声通話を行う際の音質管理システムである。尚、図１０に示すシステムではハムノイズの検出のみを行うが、ハムノイズ以外のノイズ検出、エコー検出、及びパケットの遅延時間やパケットロス割合の計測等、音声品質に関する様々な検出も同時に行うこともできる。
【００３１】
本システムは音声デコード部６、ヘッダ解析部７、ハムノイズ検出部８、ユーザ通知部９で構成され、例えばパケット化された音声データはネットワークを介して受信され、音声デコード部６及びヘッダ解析部７に供給される。ヘッダ解析部７は音声パケットに含まれるヘッダ情報を解析し、音声Codec（変換）の種類、送信元のＩＰアドレス等の情報を得る。
【００３２】
音声デコード部６はヘッダ解析部７で解析された音声Codecの種類に従って、音声パケットから音声データを復号する。また、ハムノイズ検出部８は音声デコード部６によって復号された音声データに含まれるハムノイズの検出を行う。尚、このハムノイズの検出は上記実施形態において説明した処理に従って行われる。
【００３３】
そして、ハムノイズ検出部８によるハムノイズの検出結果に基づいて、ユーザ通知部９はハムノイズの有無、ハムノイズが検出された場合のハムノイズの位置情報等をユーザに通知する。この際、ヘッダ解析部７によって解析された送信先のＩＰアドレスや、送信元のＩＰアドレスを使用し、音声パケットの送信元や送信先、更にシステム管理者等に通知を行う。
【００３４】
以上のように処理することによって、復号された音声データにハムノイズが混入した場合でも確実に混入したハムノイズを検出することができ、公知のハムノイズの除去方法によって検出したハムノイズを除去し、送信先等にハムノイズが除去された音声データを送信することができる。
【００３５】
尚、前述の基本周波数候補から基本周波数を推定する処理において、基本周波数候補のパワーが周波数信号の中で極大値である場合、上記基本周波数候補を基本周波数であると判断してもよい。また、基本周波数候補においてパワーが予め定めた閾値以上であり、かつパワーが極大値である場合、上記基本周波数候補を基本周波数であると判断してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      時間周波数変換部
２      定常ピーク算出部
３      基本周波数推定部
４      ハムノイズ判定部
６      音声デコード部
７      ヘッダ解析部
８      ハムノイズ検出部
９      ユーザ通知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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