(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に周期的に間欠して発生するノイズが混入した音声信号から前記ノイズの成分を抽出する雑音低減回路を有し、前記雑音低減回路によって抽出されたノイズ成分が低減された音声信号を記録するようにしたビデオカメラにおいて、
前記ビデオカメラは前記雑音低減回路を含むフィードバック回路を有し、
前記雑音低減回路は、
前記ノイズが混入した音声信号をＡ／Ｄ変換手段がサンプリングしてデジタル変換したサンプリングデータのうち、所定の数の前記サンプリングデータを保持し、保持された前記サンプリングデータの数が前記所定の数になった場合に、最後に保持されたサンプリングデータである第１のサンプリングデータを出力する第１の遅延器と、
前記第１の遅延器から出力された前記第１のサンプリングデータを取得し、取得した前記第１のサンプリングデータに第１の係数１−ｋ3（０≦ｋ3＜１）を掛け合わせる第１の乗算器と、
前記第１の遅延器から出力された前記第１のサンプリングデータを取得して保持し、保持された前記第１のサンプリングデータを１サンプリング期間遅延したデータである第２のサンプリングデータを出力する第２の遅延器と、
前記第２の遅延器から前記第２のサンプリングデータを取得し、取得した前記第２のサンプリングデータに第２の係数ｋ3を掛け合わせる第２の乗算器と、
前記第１の乗算器によって前記第１のサンプリングデータに前記第１の係数１−ｋ3を掛け合わせて得られた第１の出力値と、前記第２の乗算器によって前記第２のサンプリングデータに前記第２の係数ｋ3を掛け合わせて得られた第２の出力値とを前記第１のサンプリングデータと前記第１のサンプリングデータを１サンプリング期間遅延したデータである第２のサンプリングデータとの線形補間を実現するために加算処理する加算器と、
前記加算器から出力される前記加算処理の結果に基づいて、前記ノイズ成分を抽出する抽出器と、
から構成されることを特徴とするビデオカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間的に周期的に間欠して発生するノイズが混入した音声信号のノイズ成分を低減させ、低減させた音声信号を記録するビデオカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルＶＴＲであるＤＶフォーマットを用いたカムコーダ（ＤＶＣ（Digital Video Camera））が登場して以来、小型化への発展は著しい。小型化は高画質や省電力と並び、消費者への訴求力を高める重要な要素である。しかし、一方で、小型化の弊害として撮影時の音声を記録するマイクとメカとの距離を十分にとることができない点が挙げられる。それにより、撮影時に機器自体が発する動作音も同時に録音されてしまうという問題がある。ＤＶＣにおいて特に問題視されるのは、テープへのデータビットの記録再生に用いられるドラムの回転音の飛び込みであり、聴感上の不快要因の４７％がドラムに関するものである。このことから、ＤＶＣの商品設計において、ドラムの回転音の飛び込みへの対策は必須のものとなっており、下記の特許文献１においてもその対応が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９３９６５号公報（段落００１３、図１）
【０００３】
ドラムノイズは、ドラムに付いているヘッドがテープをたたくことにより発生する。ＰＡＬ（Phase Alternation by Line）の場合、１フレームのデータは１２トラックから構成されており、これをドラムに付いている２つのヘッダが順次なぞっていく。ＰＡＬは、毎秒２５フレームのインターレース方式である。すなわち、１秒間に２５回画面を書き換えるものである。このことから、ドラムは１秒あたり１２×２５÷２＝１５０回転しており、この回転音がマイクに飛び込んだ際、その音は１５０Ｈｚの基音とその倍音から構成される。これは持続音として聞こえ、聴感上の大きな不快要因となる。このような音を低減させるために、ＤＶＣ信号処理系ＩＣにおいて実際に搭載された回路を図７に示す。ブロックＡのくし型フィルタでは、入力音声信号からあらかじめ設定された周波数成分、例えば１５０Ｈｚの成分を抽出し、原音から減算を行い、ドラム回転音を低減させている。周波数成分の設定は、ブロックＡの遅延器７００の遅延量ｎを調整することにより行う。遅延器７００において遅延された信号は、乗算器７０１に出力され、加算器７０２において入力音声信号と加算される。加算器７０２の演算結果は遅延器７００の次の入力となり、さらに乗算器７０３を経由してブロックＢへ入力される。
【０００４】
また、ドラム回転音の成分は、主に６ｋＨｚ以下の帯域に分布しているため、ブロックＢのＬＰＦ（Low Path Filter）では高域成分の減残量を減らしている。具体的には、乗算器７０４に入力されたブロックＡからの減算信号に対して、遅延器７０５は、１サンプル分の信号遅延を行い、乗算器７０６へ出力する。加算器７０７は、乗算器７０６から出力された信号と、ブロックＡからの減算信号とを加算して、ブロックＡから出力された減算信号の高域成分の低減を行う。ここで、遅延器７００及び７０５は、データを保持するための素子であり、例えばレジスタやＳＲＡＭなどのメモリである。また、図７に示した遅延器７００の「Ｚ-n」のｎは、ｎ個分のサンプルの遅れを意味する。すなわち、Ｚ-1は、１個分のサンプルの遅れを意味する。例えば、Ｚ-nの遅延器７００は、入力されたデータを保持し、ｎ個後の入力音声信号と加算器７０２で加算させるように乗算器７０１へ出力し、加算器７０２は、ｎ個後の入力音声信号と遅延器７００に保持され、乗算器７０１から出力されたデータとを演算処理する。また、図７に示した乗算器７０１、７０３、７０４、７０６のｋ1及びｋ2は、演算をする際のゲインを意味する。これらの値は、０≦ｋ1＜１、０≦ｋ2＜１という値であるため、演算により元のデータ値より大きくなることはない。ここで、図７のフィルタ特性を計算すると、式（１）に示すものになる。なお、簡単にするため、ブロックＢの特性は省いている。
【０００５】
【数１】
0004671625.tif 000002
【０００６】
式（１）より、通過域（cos(x)＝−１）のゲインは式（２）のようになる。
【０００７】
【数２】
0004671625.tif 000003
【０００８】
ここで、０≦ｋ1＜１であることから、通過域でのゲインが１以下となり、すなわち録音レベルが低減してしまう。そこで、録音レベルの低減を抑えるためにゲインｇを設けている。このときのゲインｇの値は式（３）のようになる。
【０００９】
【数３】
0004671625.tif 000004
【００１０】
ここで、図７の回路のノイズ低減効果について図８及び図９を用いて説明する。図８はドラム回転音の周波数特性を示し、図９は図７の回路を組み込んだ場合のドラム回転音の周波数特性を示す図である。図８及び図９より、ドラム回転音の倍音に相当する箇所におけるピークが低減していることがわかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図７の回路において、１５０Ｈｚ成分を低減させるためには、ブロックＡ内の遅延器７００におけるトラップ周波数ｆtを１５０Ｈｚに設定する必要がある。図７の従来の回路においては、サンプリング周波数ｆsより入力される音声信号をＳＲＡＭなどに格納することによって遅延を実現しており、このときのサンプリング周波数ｆsとトラップ周波数ｆtとの関係は式（４）のようになる。
【００１２】
【数４】
0004671625.tif 000005
【００１３】
式（４）に示すように、図７の従来の回路では、遅延データ数ｎ（以下、遅延量ｎとも言う）を調整することでｆtを設定している。ここで、ＰＡＬとＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）とのドラム回転音の周波数成分を求めると、ＰＡＬに関しては、上述したように１２×２５÷２＝１５０Ｈｚとなる。また、ＮＴＳＣは、１フレームのデータが１０トラックから構成され、毎秒２９．９７フレームのインターレース方式である。すなわち、ＮＴＳＣでは、１秒間に２９．９７回画面を書き換えるため、１０×２９．９７÷２＝１４９．８５Ｈｚとなる。このことから、ＰＡＬとＮＴＳＣとではわずかな差異がある。また、ＤＶフォーマットにおける音声記録において、サンプリング周波数は３２ｋＨｚ、４８ｋＨｚにそれぞれ対応する必要がある。以上のことから、図７の従来の回路は、表１に示す４通りの条件下で使われることになり、それぞれの条件下における遅延データ数ｎが表１に示されている。
【００１４】
【表１】
0004671625.tif 000006
【００１５】
表１に示すように、遅延データ数ｎは整数値のみであるため、ｆtを調整する際の分解能はｆsによる。このため、表１に示すように、条件（１）以外では目標とするｆtに正確に合わせ込むことができない。ｆtとの差分の存在が性能の不十分さにつながっており、表１の条件（４）の場合を示す図９では、高次のピークが十分に低減されていないという問題がある。
【００１６】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、トラップ周波数の正確な合わせ込みが可能なため、音声信号に混入したノイズをより低減させることができるビデオカメラ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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、時間的に周期的に間欠して発生するノイズが混入した音声信号から前記ノイズの成分を抽出する雑音低減回路を有し、前記雑音低減回路によって抽出されたノイズ成分が低減された音声信号を記録するようにしたビデオカメラにおいて、前記ビデオカメラは前記雑音低減回路を含むフィードバック回路を有し、前記雑音低減回路は、前記ノイズが混入した音声信号をＡ／Ｄ変換手段がサンプリングしてデジタル変換したサンプリングデータのうち、所定の数の前記サンプリングデータを保持し、保持された前記サンプリングデータの数が前記所定の数になった場合に、最後に保持されたサンプリングデータである第１のサンプリングデータを出力する第１の遅延器と、前記第１の遅延器から出力された前記第１のサンプリングデータを取得し、取得した前記第１のサンプリングデータに第１の係数１−ｋ3（０≦ｋ3＜１）を掛け合わせる第１の乗算器と、前記第１の遅延器から出力された前記第１のサンプリングデータを取得して保持し、保持された前記第１のサンプリングデータを１サンプリング期間遅延したデータである第２のサンプリングデータを出力する第２の遅延器と、前記第２の遅延器から前記第２のサンプリングデータを取得し、取得した前記第２のサンプリングデータに第２の係数ｋ3を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１の乗算器によって前記第１のサンプリングデータに前記第１の係数１−ｋ3を掛け合わせて得られた第１の出力値と、前記第２の乗算器によって前記第２のサンプリングデータに前記第２の係数ｋ3を掛け合わせて得られた第２の出力値とを前記第１のサンプリングデータと前記第１のサンプリングデータを１サンプリング期間遅延したデータである第２のサンプリングデータとの線形補間を実現するために加算処理する加算器と、前記加算器から出力される前記加算処理の結果に基づいて、前記ノイズ成分を抽出する抽出器と、から構成されることを特徴とするビデオカメラが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のビデオカメラは、上記構成を有し、トラップ周波数の正確な合わせ込みが可能なため、音声信号に混入したノイズをより低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図１から図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路を示す図である。図２は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるゲインｋ1について説明するための図である。図３は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路の線形補間について説明するための図である。図４は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路の線形補間の補間データの推移を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるトラップ周波数の推移を示す図である。図６は、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるノイズ低減効果について説明するための図である。
【００２０】
まず、本発明の実施の形態に係るビデオカメラの一部の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、まず、本発明の実施の形態に係るビデオカメラに内蔵されたマイク１０１は周囲の音や音声（以下、単に音声とも言う）をとらえ、とらえられた音声は音声信号としてプリアンプ１０２へ出力される。ここで、マイク１０１に収音される音声には、所望の音声以外に、時間的に周期的に間欠して発生するノイズが混入することが一般的である。ノイズは、例えばドラムに付いているヘッダがテープをたたくことにより発生する。音声信号を受信したプリアンプ１０２は、音声信号を増幅して出力する。Ａ／Ｄコンバータ１０３は、プリアンプ１０２から出力された音声信号を一定周期でサンプリングして、サンプリングした信号をデジタルデータへ変換する。
【００２１】
変換されたデジタルデータ（以下、サンプリングデータとも言う）は、雑音低減回路１００(ブロックＣ)の遅延器１０４へ入力される。サンプリングデータを受けた遅延器１０４は、遅延を実現するためにあらかじめ設定された数（ｎ）のサンプルリングデータを保持する。ここで、図１中の遅延器１０４の「Ｚ-n」は、ｎ個のサンプリングデータを保持することを意味するものである。遅延器１０４は、ｎ個目のサンプリングデータ（遅延量ｎのサンプリングデータとも言う）を保持すると、そのｎ個目のサンプリングデータを乗算器１０５へ引き渡すとともに、遅延器１０６へ引き渡す。さらに、遅延器１０４は、ｎ＋１個目のサンプリングデータを乗算器１０５へ引き渡すとともに、遅延器１０６へ引き渡す。遅延器１０６は、引き渡されたｎ個目のサンプリングデータを保持し、その後に引き渡されたｎ＋１個目のサンプリングデータを乗算器１０７へ引き渡す。
【００２２】
遅延器１０４から遅延量ｎのサンプリングデータを引き渡された乗算器１０５は、所定の数値のゲイン（１−ｋ3）を遅延量ｎのサンプリングデータに掛け合わせて、加算器１０８へ引き渡す。なお、ｋ3及び後述するゲインｋ1、ｋ2は、０≦ｋ1、ｋ2、ｋ3＜１という条件を満たすものである。また、遅延器１０６から遅延量ｎ＋１のサンプリングデータを引き渡された乗算器１０７は、所定のゲインｋ3を遅延量ｎ＋１のサンプリングデータに掛け合わせて、加算器１０８へ引き渡す。ここで、乗算器１０５及び１０７において、ゲイン（１−ｋ3）及びゲインｋ3をそれぞれのサンプリングデータに掛け合わせるのは、後述する線形補間を実現するためである。
【００２３】
加算器１０８は、乗算器１０５から引き渡されたゲイン（１−ｋ3）が掛け合わされた遅延量ｎのサンプリングデータと、乗算器１０７から引き渡されたゲインｋ3が掛け合わされた遅延量ｎ＋１のサンプリングデータとを加算し、乗算器１０９へ引き渡す。乗算器１０９は、加算器１０８によって加算され、引き渡されたものにゲインｋ1を掛け合わせて、加算器１１０へ引き渡す。ここで、乗算器１０９及び後述する乗算器１１１においてｋ1、１−ｋ1を掛け合わせるのは、トラップの急峻さを調整するためである。図２に示すように、ｋ1を小さくするにつれて緩やかなトラップ特性となり、トラップ周波数周辺の帯域においてもより大きな低減効果をもたらす。本発明の実施の形態におけるドラム回転音においても、１５０Ｈｚ（又は１４９．８５Ｈｚ）前後に帯域を有しているため、必要に応じてｋ1を調整することで雑音低減に求められる性能を確保できる。なお、図２は、後述する図５の一部を示すものである。加算器１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１０３によってデジタル変換されたサンプリングデータと、乗算器１０９から引き渡された結果とを加算し、乗算器１１１及び遅延器１０４へ引き渡す。乗算器１１１は、加算器１１０によって引き渡された加算結果にゲイン（１−ｋ1）を掛け合わせて、ブロックＢ側へ引き渡す。このように、フィードバックする経路により、混入したノイズ成分のみを低減させた音声信号が抽出できる。ブロックＢでは、高域成分の減残量を低減させている。なお、ブロックＢにおける処理は、従来の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２４】
次に、図１のブロックＣにおける処理について図３から図５を用いて詳細に説明する。アナログ信号が変換されたデジタル信号は、離散的な値の集合となるために、アナログ信号では存在したはずのサンプリング間の波形情報が無いことになる。そこで、Ａ／Ｄ変換した際に、無くなった信号情報をサンプリングで得られている情報を用いて表現する。これが補間という考え方である。補間処理の手法は種々存在しているが、本発明の実施の形態においては、線形補間を用いる。図３に示すように、サンプリングで得られていないデータ３００のレベル値を線形補間で求める場合、データ３００の両隣のデータ３０１（ｎ個目のサンプルデータ）及び３０２（ｎ＋１個目のサンプルデータ）を用いる。データ３０１及び３０２の寄与率は距離の比率に対応する。すなわち、サンプリングで得られていないデータ３００のレベル値ｄは、式（５）によって求められる。
【００２５】
ｄ＝（１−ｐ）ｄn＋ｐｄn+1・・・（５）
【００２６】
このときの比率ｐは、０≦ｐ＜１であり、ｐ＝１／２のとき、ｄはデータ３０１及び３０２の平均値をとる。このような線形補間の考え方を上述したブロックＣにおいて用いている。すなわち、式（５）は、加算器１０８が、乗算器１０５及び１０７によってそれぞれのゲインが掛けられたサンプリングデータを加算していることと同様のことを意味する。これにより、より細かなデータを再現できる。さらに、本発明の実施の形態では、図４に示すように、式（５）のｐに相当するｋ3（５ビットの信号）を０、１／３２、２／３２、・・・３１／３２と変化させるように設定している。すなわち、１−ｋ3とｋ3との比は式（６）のように表わせる。ただし、ｋ3の設定はこれに限られるものではない。
【００２７】
【数５】
0004671625.tif 000007
【００２８】
このように細かく区切られた値で式（５）の演算を行うと、ｄは図３の破線３０３上をｄnからｄn+1へ向かって移動する。すなわち、ｄn、ｄn+1の寄与率を３２段階で調整することができる。なお、線形補間の実現のためには、サンプリング周期をできるだけ短くとり、原信号（アナログ信号）と補間により得られるレベル値との誤差、すなわち実線３０４と破線３０３との差が十分に小さいということが必要である。
【００２９】
ここで、ｋ3を３２段階に調節した際のトラップ周波数の推移について図５を用いて説明する。図５に示すように、本発明の実施の形態では、ｎ個の遅延のトラップ点とｎ＋１個の遅延のトラップ点との間を、細かく推移させているため、所望のトラップ周波数１５０Ｈｚに合わせ込むことができる。このように、トラップ周波数の設定の際に、音声信号のサンプリング周波数で分解能が律されていた従来の回路に対して、隣接するサンプル間の線形補間データを演算することにより、高い分解能を実現させている。また、トラップ周波数の調整は、線形に推移するため制御が容易である。図１の雑音低減回路のノイズ低減効果について図６を用いて説明する。図６は図１の雑音低減回路を組み込んだ場合のドラム回転音の周波数特性を示す図である。図６に示すように、従来の雑音低減回路よりもさらに細かな調整によってトラップ周波数ｆtを合わせ込むことができるため、図９と比較して高次のピークが低減していることがわかる。また、本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路は、従来の雑音低減回路の規模と比較しても、追加される部分は軽微であるため、実装が容易である。
【００３０】
なお、本発明の実施の形態に係るビデオカメラでは、ＤＶＣの機器内部から発生するドラム回転音を除去したが、本発明の実施の形態に係るビデオカメラに含まれる雑音低減回路は、同様の状況において、一定の周波数とその倍音からなるノイズを除去したいという場合に応用可能である。また、本発明の実施の形態では、効果と回路規模のバランスを考慮した上で、ｋ3を５ビットの信号としたが、効果が明確な場合はビット数を増やしてシフト（微調整）の分解能を高めてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るビデオカメラは、トラップ周波数の正確な合わせ込みが可能なため、音声信号に混入したノイズをより低減させることができるため、時間的に周期的に間欠して発生するノイズが混入した音声信号のノイズ成分を低減させ、低減させた音声信号を記録するビデオカメラなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるゲインｋ1について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路の線形補間について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおける雑音低減回路の線形補間の補間データの推移を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるトラップ周波数の推移を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るビデオカメラにおけるノイズ低減効果について説明するための図である。
【図７】従来のビデオカメラに搭載される雑音低減回路を示す図である。
【図８】ドラム回転音の周波数特性を示す図である。
【図９】従来の雑音低減回路を組み込んだ場合のドラム回転音の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  雑音低減回路
１０１  マイク
１０２  プリアンプ
１０３  Ａ／Ｄコンバータ
１０４  遅延器（第１の遅延器）
１０５  乗算器（第１の乗算器）
１０６  遅延器（第２の遅延器）
１０７  乗算器（第２の乗算器）
１０８、７０２、７０７  加算器
１０９、１１１、７０１、７０３、７０４、７０６  乗算器
１１０  加算器（抽出器）
３００  サンプリングで得られていないデータ
３０１  ｎ個目のサンプルデータ
３０２  ｎ＋１個目のサンプルデータ
３０３  破線
３０４  実線
７００、７０５  遅延器
【図１】
0004671625.tif 000008
【図２】
0004671625.tif 000009
【図３】
0004671625.tif 000010
【図４】
0004671625.tif 000011
【図５】
0004671625.tif 000012
【図６】
0004671625.tif 000013
【図７】
0004671625.tif 000014
【図８】
0004671625.tif 000015
【図９】
0004671625.tif 000016