(57)【要約】【課題】ノイズが重畳された音声信号において、時間領域で非音声区間を検出し、非音声区間においては信号を減衰することで、聴感上のノイズを低減することを目的とする。【解決手段】全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式であって、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、前記減衰率演算手段で求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有するノイズ低減方法とする。【選択図】　図２
2004004399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式であって、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、前記減衰率演算手段で求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有することを特徴とするノイズ低減方式。
【請求項２】
低域にパワが集中するようなノイズが重畳された音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式であって、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタ手段と、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタ手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、前記ローパスフィルタ手段の出力と前記減衰率演算手段により算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算手段と、前記減衰率演算手段より算出された減衰率を１より減算する第１の加算手段と、前記ハイパスフィルタの出力と前記第１の加算手段の出力との乗算を行う第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段の出力と前記第２の乗算手段の出力とを加算する第２の加算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有することを特徴とするノイズ低減方式。
【請求項３】
全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式用の記録媒体であって、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、前記減衰率演算ステップで求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【請求項４】
低域にパワが集中するようなノイズが重畳された音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式用の記録媒体であって、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタステップと、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、前記ローパスフィルタステップの出力と前記減衰率演算ステップにより算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算ステップと、前記減衰率演算ステップより算出された減衰率を１より減算する第１の加算ステップと、前記ハイパスフィルタの出力と前記第１の加算ステップの出力との乗算を行う第２の乗算ステップと、前記第１の乗算ステップの出力と前記第２の乗算ステップの出力とを加算する第２の加算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル音声信号処理により、聴感上のノイズを低減するようなノイズ低減方式およびそのノイズ低減方式用の記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のノイズ低減の手法としては、スペクトル引き算（Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ：ＳＳ）法が代表的である。本手法は、ＦＦＴにより入力信号を時間領域から周波数領域へ変換し、無音区間での成分がノイズ成分であるという推定のもと、この成分をすべての区間から引き算処理し、その後ＩＦＦＴにより時間領域の信号へ変換する。これにより、ノイズ成分の推定が正しければ、ノイズの低減が可能となる。そして、本手法は過去多くの検討がなされており、その有効性も確認されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら本手法を実行するにあたっては、ＦＦＴを実施する必要があり、フレーム分のバッファと演算パワを必要とするため、リソースに制約があるようなシステムにおいてのインプリメントは困難となる。また、電話の受話信号のようにＳ／Ｎ的には良好であるが、聴感上気になるよう微小ノイズに関しては、コストとリソースの関係からはあまり適切な手法ではない。
【０００４】
本発明は前記従来の問題に留意し、少ないリソースで聴感上、気になるノイズのみを低減するようなノイズ低減方式、ならびにそのノイズ低減を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のノイズ低減方式は、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、前記減衰率演算手段で求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有する構成を備えている。
【０００６】
これにより、比較的少ないリソースで聴感上のノイズを低減できるノイズ低減方式が得られる。
【０００７】
また、前記の課題を解決するために本発明のノイズ低減方式は、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタ手段と、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタ手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、前記ローパスフィルタ手段の出力と前記減衰率演算手段により算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算手段と、前記減衰率演算手段より算出された減衰率を１より減算する第１の加算手段と、前記ハイパスフィルタの出力と前記第１の加算手段の出力との乗算を行う第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段の出力と前記第２の乗算手段の出力とを加算する第２の加算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有する構成を備えている。
【０００８】
これにより、比較的少ないリソースで聴感上のノイズを低減できるノイズ低減方式が得られる。
【０００９】
また、前記の課題を解決するために本発明の記録媒体は、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、前記減衰率演算ステップで求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録した構成を備えている。
【００１０】
これにより、比較的少ないリソースで聴感上のノイズを低減を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体が得られる。
【００１１】
また、前記の課題を解決するために本発明の記録媒体は、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタステップと、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、前記ローパスフィルタステップの出力と前記減衰率演算ステップにより算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算ステップと、前記減衰率演算ステップより算出された減衰率を１より減算する第１の加算ステップと、前記ハイパスフィルタの出力と前記第１の加算ステップの出力との乗算を行う第２の乗算ステップと、前記第１の乗算ステップの出力と前記第２の乗算ステップの出力とを加算する第２の加算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録した構成を備えている。
【００１２】
これにより、比較的少ないリソースで聴感上のノイズ低減を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式であって、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、減衰率演算手段で求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有することとしたものであり、比較的少ないリソースで聴感上のノイズ低減が可能になるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、低域にパワが集中するようなノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式であって、ディジタル信号を入力する入力ラインと、入力信号の振幅を変更するボリューム手段と、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタ手段と、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタ手段と、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段と、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段と、ローパスフィルタ手段の出力と減衰率演算手段により算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算手段と、減衰率演算手段より算出された減衰率を１より減算する第１の加算手段と、ハイパスフィルタの出力と第１の加算手段の出力との乗算を行う第２の乗算手段と、第１の乗算手段の出力と第２の乗算手段の出力とを加算する第２の加算手段と、ディジタル信号を出力する出力ラインとを有することとしたものであり、比較的少ないリソースで聴感上のノイズ低減が可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式用の記録媒体であって、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、減衰率演算ステップで求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録したものであり、比較的少ないリソースで聴感上のノイズ低減が可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、低域にパワが集中するようなノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減するノイズ低減方式用の記録媒体であって、ディジタル信号を入力する入力ステップと、入力信号の振幅を変更するボリュームステップと、入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタステップと、入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタステップと、入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算ステップと、現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算ステップと、ローパスフィルタステップの出力と減衰率演算ステップにより算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算ステップと、減衰率演算ステップより算出された減衰率を１より減算する第１の加算ステップと、ハイパスフィルタの出力と第１の加算ステップの出力との乗算を行う第２の乗算ステップと、第１の乗算ステップの出力と第２の乗算ステップの出力とを加算する第２の加算ステップと、ディジタル信号を出力する出力ステップとを実行させるためのプログラムを記録したものであり、比較的少ないリソースで聴感上のノイズ低減が可能になるという作用を有する。
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は一般的な信号処理システムのブロック図であり、Ａ／Ｄ変換手段００１とＤＳＰ００２とＤ／Ａ変換手段００３を備え、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号をＤＳＰ００２等のＣＰＵ上で処理し、その後Ｄ／Ａ変換してアナログ信号として出力する。このとき、ＤＳＰ００２には必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等は備えているものとする。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１におけるノイズ低減方式を示すブロック図であり、図１のＤＳＰ内の処理に相当する。なお、本発明の説明では、ハードウェア、ソフトウェアの両方を意味するものとして「手段」という言葉を用いる。
【００２０】
図２において、１０１はディジタル信号の入力ライン、１０２は入力信号の振幅を変更するボリューム手段、１０３は入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段、１０４は現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段、１０５は前記減衰率演算手段で求めた減衰率と入力信号の乗算を行う乗算手段、１０６は前記乗算手段より出力される信号を出力する出力ラインである。
【００２１】
以上の各手段をもつノイズ低減方式について、以下その機能等について説明する。このシステムへの入力ディジタル信号は、周期Ｔ秒でサンプリングされ、周期Ｔごとに或る値を持つディジタル信号である。このディジタル信号はボリューム手段１０２へ常に同じ周期で入力される。さらに、周期Ｔの間に平均振幅演算手段１０３により平均振幅演算を行い、減衰率演算手段１０４により減衰率を算出し、乗算手段１０５により入力信号と減衰率との乗算を行う。そして、この値を出力信号として出力する。したがって、本手法のすべての処理が実行されるのは周期Ｔ秒の間ということになる。
【００２２】
図２のノイズ低減方式の動作について、図３を用いて説明する。図３は図２のノイズ低減方式の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、平均振幅演算（Ｓ１０１）を行う。つぎに、ボリュームレベルに応じた閾値の取得（Ｓ１０２）を行う。そして、（Ｓ１０１）で求めた平均振幅と（Ｓ１０２）で求めた閾値の比較を行う。平均振幅が閾値より大きい場合には、減衰率を１にする（Ｓ１０４）。平均振幅が閾値より小さい場合には、減衰率を平均振幅／閾値にする（Ｓ１０５）。そして、求めた減衰率と入力信号とを乗算し（Ｓ１０６）、これを出力信号として出力する。
【００２４】
つぎに、図２における減衰率演算手段１０４で求める減衰率について図３を用いて説明する。図４は横軸に平均振幅を、縦軸に減衰率をそれぞれ割り当てたグラフである。
【００２５】
図４で示すように、平均振幅がある閾値より大きくなる場合は減衰率を１、すなわち入力信号の振幅を変えないようにする。一方、平均振幅がある閾値より小さい場合は減衰率を０〜１の間で割り当てる。これは、減衰率＝平均振幅／閾値により求める。このようにすることで、非音声区間の信号を減衰させても、信号レベルの不連続性がなく聴感上の違和感がないような音にすることができる。また、ここで使用する閾値については、本手法を実施するシステムにおいて、非音声区間であるがノイズレベルであるという値を試行錯誤的に決めることになる。
【００２６】
つぎに、本手法内で実行している平均振幅演算手段１０３の一例について図５を用いて説明する。
【００２７】
図５において、２０１はディジタル信号の入力ライン、２０２は入力信号の絶対値を算出する絶対値演算手段、２０３は前記絶対値演算手段２０２の出力と定数βとを乗算する第１の乗算手段、２０４は保存されている１つ前の平均振幅と定数αとを乗算する第２の乗算手段、２０６は前記第１の乗算手段２０３の出力と前記第２の乗算手段２０４との出力を加算する加算手段、２０５は前記加算手段２０６の出力を保存するバッファ手段、２０７は前記加算手段２０６の出力を出力する出力ラインである。
【００２８】
このとき、αとβは以下のような関係にある。
【００２９】
図５の平均振幅演算手段１０３の動作について、図６を用いて説明する。図６は図５の平均振幅演算手段の動作を示すフローチャートである。まず、入力信号の絶対値演算（Ｓ２０１）を行う。つぎに、前記絶対値演算（Ｓ２０１）で求めた値と定数βとの乗算によりＡを求める（Ｓ２０２）。つぎに保存されている１つ前の平均振幅値と定数αとの乗算によりＢを求める（Ｓ２０３）。つぎに（Ｓ２０２）で求めたＡと（Ｓ２０３）で求めたＢとの加算によりＣを求める（Ｓ２０４）。そして、（Ｓ２０４）で求めたＣを保存する（Ｓ２０５）と同時にＣを出力する。
【００３０】
このとき、平均振幅を求める本手法は一例であり、別の手法により平均振幅を求めてもよい。
【００３１】
つぎに図５で求める平均振幅について図７を用いて説明する。図７は横軸に時間を縦軸に振幅をそれぞれ割り当てた図である。図５の平均振幅演算手段１０３に図７の実線のような信号を入力した場合に求められる平均振幅については、点線のようになる。このとき、図７に示すτ１やτ２はαにより決まる。このときαは本手法を実施するシステムにおいて、減衰率演算手段１０４に使用する閾値との関係により、聴感上音声が途切れなく聞こえるように試行錯誤的に決めることになる。
【００３２】
図２に示す本実施の形態１におけるノイズ低減方式を実行させるプログラムを記録媒体に記録することにより、コンピュータ・システムで容易に上記動作を実行させることができ、また、記録媒体の移動が容易であることにより、各場所での上記各ステップの実行が可能となる。記録媒体としてたとえば光ディスクがあるが、これに限ることなく、ＩＣカード、ＲＯＭカセットのようにプログラムを記録できるものであればよく、同様の効果を奏する。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明は図１に示すようにＡ／Ｄ変換手段００１で変換後のディジタル信号をＤＳＰ００２等のＣＰＵ上で処理し、その後Ｄ／Ａ変換手段００３で変換してアナログ信号として出力する。このとき、ＤＳＰ００２には必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等は備えているものとする。
【００３５】
図８において、３０１はディジタル信号の入力ライン、３０２は入力信号の振幅を変更するボリューム手段、３０３は入力信号の高域成分のみを通過させるようなハイパスフィルタ手段、３０４は入力信号の低域成分のみを通過させるようなローパスフィルタ手段、３０５は入力信号の平均振幅を求める平均振幅演算手段、３０６は現在設定のボリュームにより閾値を変更し減衰率を求める減衰率演算手段、３０７は前記ローパスフィルタ手段３０４の出力と前記減衰率演算手段３０６により算出された減衰率との乗算を行う第１の乗算手段、３０８は前記減衰率演算手段３０６より算出された減衰率を１より減算する第１の加算手段、３１０は前記ハイパスフィルタ手段３０３の出力と前記第１の加算手段３０８の出力との乗算を行う第２の乗算手段、３０９は前記第１の乗算手段３０７の出力と前記第２の乗算手段３１０の出力とを加算する第２の加算手段、３１１は前記第２の加算手段３０９より出力される信号を出力する出力ラインである。
【００３６】
以上の各手段をもつノイズ低減方式について、以下その機能等について説明する。このシステムへの入力ディジタル信号は、周期Ｔ秒でサンプリングされ、周期Ｔごとに或る値を持つディジタル信号である。このディジタル信号はボリューム手段３０２へ常に同じ周期で入力される。さらに、周期Ｔの間に平均振幅演算手段３０５により平均振幅演算を行い、減衰率演算手段３０６により減衰率を算出し、ローパスフィルタの出力に減衰率を乗算し、ハイパスフィルタの出力に１−減衰率を乗算し、これらの信号を加算する。そして、この値を出力信号として出力する。したがって、本手法のすべての処理が実行されるのは周期Ｔ秒の間ということになる。
【００３７】
図８のノイズ低減方式の動作について、図９を用いて説明する。図９は図８のノイズ低減方式の動作を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、平均振幅演算（Ｓ３０１）を行う。つぎに、ボリュームレベルに応じた閾値の取得（Ｓ３０２）を行う。そして、（Ｓ３０１）で求めた平均振幅と（Ｓ３０２）で求めた閾値の比較を行う。均振幅が閾値より大きい場合には、減衰率を１にする（Ｓ３０４）。平均振幅が閾値より小さい場合には、減衰率を平均振幅／閾値にする（Ｓ３０５）。つぎに、入力信号をハイパスフィルタでフィルタリングしてＡを求める（３０６）。そして、Ａ’＝（１−ｄ）×Ａを求める（３０７）。これと並行して、入力信号をローパスフィルタでフィルタリングしてＢを求める（３０８）。そして、Ｂ’＝ｄ×Ｂを求める（３０９）。つぎに、Ｃ＝Ａ’＋Ｂ’を求めて（Ｓ３１０）、これを出力信号とする。
【００３９】
図８に示す本実施の形態２におけるノイズ低減方式を実行させるプログラムを記録媒体に記録することにより、コンピュータ・システムで容易に上記動作を実行させることができ、また、記録媒体の移動が容易であることにより、各場所での上記各ステップの実行が可能となる。記録媒体としてたとえば光ディスクがあるが、これに限ることなく、ＩＣカード、ＲＯＭカセットのようにプログラムを記録できるものであればよく、同様の効果を奏する。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、低域にパワが集中するようなノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように本発明のノイズ低減方式によれば、比較的少ないリソースで全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【００４２】
また、本発明のノイズ低減方式によれば、比較的少ないリソースで低域にパワが集中するようなノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【００４３】
また、本発明のノイズ低減方式用の記録媒体によれば、比較的少ないリソースで全帯域にノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【００４４】
また、本発明のノイズ低減方式用の記録媒体によれば、比較的少ないリソースで低域にパワが集中するようなノイズが重畳され音声信号より聴感上のノイズを低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な信号処理システムのブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるノイズ低減方式を示すブロック図
【図３】図２のノイズ低減方式の動作を示すフローチャート
【図４】同ノイズ低減方式における平均振幅と閾値、減衰率の関係を示す図
【図５】同ノイズ低減方式における平均振幅演算手段の一例のブロック図
【図６】図５の平均振幅演算手段の動作を示すフローチャート
【図７】同平均振幅演算手段における信号と平均振幅の関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態２におけるノイズ低減方式を示すブロック図
【図９】図８のノイズ低減方式の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
００１　Ａ／Ｄ変換手段
００２　ＤＳＰ
００３　Ｄ／Ａ変換手段
１０１、２０１、３０１　入力ライン
１０６、２０７、３１１　出力ライン
１０２、３０２　ボリューム
１０３、３０５　平均振幅演算手段
１０４、３０６　減衰率演算手段
１０５、２０３、２０４、３０７、３１０　乗算手段
２０２　絶対値演算手段
２０５　１サンプル遅延バッファ
３０３　ハイパスフィルタ手段
３０４　ローパスフィルタ手段
【図１】
2004004399.tif 000003
【図２】
2004004399.tif 000004
【図３】
2004004399.tif 000005
【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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