(57)【特許請求の範囲】
【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、
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雑音低減装置。
【請求項２】
前記所定時間は可変であることを特徴とする請求項１に記載の雑音低減装置。
【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Ｓｈｎ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Ｓｌｎ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、前記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。
【０００９】
これによると、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ことができる。また、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ことができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前述の雑音低減装置において、検出手段でのサンプリングする所定時間を可変としたものである。これによると、請求項１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することができる。
【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Ｇφ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−ＨＯＬＤ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、ステップ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Ｓ７，ステップＳ１０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、次のステップＳ６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Ｓ６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；no）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記載の発明によれば、一つには、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】
また、こ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、前述の効果に加えて、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】
そして、請求項２に記載の発明によれば、請求項１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）
【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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