(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段と、
入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成手段と、
形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定手段と、
形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧手段と
を備えることを特徴とする雑音抑圧装置。
【請求項２】
前記雑音抑圧装置は、さらに、
入力された前記入力信号の強度から、前記入力信号の強度の変化を検出する信号強度変化検出手段を備え、
前記フレーム形成手段は、検出された前記信号強度の変化が所定の閾値を越えているとき、前記閾値を越えない範囲で蓄積されていた信号値を含むフレームを形成する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項３】
前記フレーム形成手段は、
フレームを形成し得る所定長の小フレームを単位として、前記各小フレーム内の前記信号強度の平均値を算出する信号強度算出部と、
前記小フレームの信号強度の平均値と、その直前の小フレームの信号強度の平均値とを比較する平均値比較部とを備え、
前記フレーム形成手段は、比較された信号強度の平均値の差分が所定の閾値を越えたとき、当該小フレームの直前までに蓄積されていた前記小フレームの連続からなるフレームを形成する
ことを特徴とする請求項２記載の雑音抑圧装置。
【請求項４】
前記フレーム形成手段は、
フレームを形成し得る所定長の小フレームを単位として、前記各小フレーム内の前記信号強度の平均値を算出する信号強度算出部と、
前記小フレームの信号強度の平均値と、その直前の小フレームの信号強度の平均値とを比較する平均値比較部とを備え、
前記フレーム形成手段は、比較された信号強度の平均値の比が所定の閾値を越えたとき、当該小フレームの直前までに蓄積されていた前記小フレームの連続からなるフレームを形成する
ことを特徴とする請求項２記載の雑音抑圧装置。
【請求項５】
前記フレーム形成手段は、
フレームを形成し得る所定長の小フレームを単位として、前記各小フレーム内の前記信号強度の平均値を算出する信号強度算出部と、
前記小フレームの信号強度の平均値と、前記小フレームの直前のフレームに属する小フレームの信号強度の平均値とを比較する平均値比較部とを備え、
前記フレーム形成手段は、比較された信号強度の平均値の差分または比が所定の閾値を越えたとき、当該小フレームの直前までに蓄積されていた小フレームの連続からなるフレームを形成する
ことを特徴とする請求項２記載の雑音抑圧装置。
【請求項６】
前記雑音推定手段は、
前記フレーム形成手段によって形成されたフレーム長で、信号強度を平均化する信号強度平均値算出部と、
前記信号強度平均値算出部で平均化された信号強度に応じて、形成された前記フレーム長の雑音パターンを算出する雑音計算部と
を備えていることを特徴とする請求項２記載の雑音抑圧装置。
【請求項７】
前記フレーム形成手段は、検出される前記信号強度の大きさに応じて前記閾値を変更し、入力された前記信号強度が予め定められた値より高いとき第１の閾値を用い、入力された前記信号強度が予め定められた前記値より低いとき前記第１の閾値よりも小さい値の第２の閾値を用いて、フレームを形成する
ことを特徴とする請求項２記載の雑音抑圧装置。
【請求項８】
前記フレーム形成手段は、
形成されたフレームの長さが所定の長さに満たないときには、形成されたフレームに連続するゼロを追加して所定の固定長に拡張するゼロ拡張部と、
前記固定長に拡張されたフレームを、周波数スペクトルに変換するスペクトル変換部とを備え、
前記雑音推定手段は、前記所定の固定長のスペクトルからなる雑音パターンを保持し、
前記雑音抑圧手段は、前記フレームに対して推定された前記雑音パターンの固定長スペクトルを減算する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項９】
前記雑音抑圧手段は、推定された雑音のパターンと、フレーム形成された入力信号との畳み込み演算を、時間領域で行なう
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１０】
前記雑音推定手段は、ダウンサンプリングによる異なるサンプル数からなる複数の固定長のスペクトルの雑音パターンを保持する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１１】
前記雑音推定手段は、最長のフレーム長に対応する最もサンプル数の多い固定長のスペクトルの雑音パターンを保持する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１２】
前記フレーム形成手段は、入力された１つの前記信号強度が、所定のレベル以下に変化したとき、前記レベルを上回る範囲で蓄積されていた信号値からなるフレームを形成し、
前記雑音推定手段は、形成された前記フレームに混入している雑音のパターンを推定し、
前記雑音抑圧手段は、形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１３】
前記フレーム形成手段は、信号強度毎の雑音特性に従って、信号強度をレベルで区切っている
ことを特徴とする請求項１２記載の雑音抑圧装置。
【請求項１４】
前記雑音推定手段は、前記レベルで区切られた区間の信号強度に対応する雑音パターンを格納している
ことを特徴とする請求項１３の雑音抑圧装置。
【請求項１５】
前記雑音抑圧装置は、さらに、
前記フレーム形成手段によって形成されたフレーム長に応じたフレーム長で、フレームを周波数スペクトルに変換するスペクトル変換手段
を備えることを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１６】
前記フレーム形成手段は、
形成されたフレームの長さが、スペクトル変換可能な最小フレーム長未満である場合のみ、スペクトル変換可能な最小フレーム長までゼロ拡張するゼロ拡張部を備える
ことを特徴とする請求項１５記載の雑音抑圧装置。
【請求項１７】
前記雑音抑圧手段は、雑音の抑圧量を増加させる抑圧係数と、雑音の抑圧量を制限する閾値係数とを用いて雑音パターンによる雑音の抑圧量を算出し、かつ、前記フレーム形成手段によって形成されたフレーム長を用いて、前記抑圧係数と前記閾値係数を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１８】
前記信号強度は、電波通信等の受信機における受信電界強度であるか、または、受信電界強度と関連した指標である
ことを特徴とする請求項１記載の雑音抑圧装置。
【請求項１９】
デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段と、入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成手段と、形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定手段と、形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧手段とを備えることを特徴とするカーラジオ。
【請求項２０】
デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段を備え、
入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成ステップと、
形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定ステップと、
形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧ステップと
を含むことを特徴とする雑音抑圧方法。
【請求項２１】
デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段を備え、前記デジタル入力信号に混入した雑音を抑圧する雑音抑圧装置のためのプログラムであって、コンピュータに
入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成ステップと、形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定ステップと、形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧ステップとの各ステップを実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音が混入した信号から、雑音成分を抑圧する雑音抑圧装置に関するものであり、特に電波通信等の受信機における雑音抑圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の代表的な雑音抑圧手法で、最もよく引き合いに出されるのはスペクトルサブトラクション法やウィナーフィルタである。その他にも、コムフィルタや適応フィルタといった様々な雑音抑圧手法が研究開発されている。
【０００３】
図１は、従来のスペクトルサブトラクション法による雑音抑圧装置の構成を示す図である。図２は、従来のウィナーフィルタを用いた雑音抑圧装置の構成を示す図である。図１、図２に示すように、一般に、スペクトルサブトラクション法やウィナーフィルタでは、音声の含まれない時間区間である雑音区間において雑音スペクトルを推定（測定）し、その雑音分だけを入力信号から引き算することを基本原理として雑音の抑圧を行う。いずれの抑圧手法においても、雑音抑圧量を調整するため、例えば、次に示す式に従って推定した雑音スペクトルに倍率変数である抑圧係数αをかけあわせるのが一般的である。
【０００４】
｜Ｙ（ｆ）｜＝｜Ｘ（ｆ）｜−α｜Ｎ（ｆ）｜
なお、Ｘ（ｆ）は入力信号スペクトル、Ｎ（ｆ）は雑音スペクトル、Ｙ（ｆ）は雑音抑圧後の信号スペクトルを表し、｜｜は信号の絶対値を示す。ｆは周波数を表している。
【０００５】
一方で、雑音スペクトルの推定精度の低下時には、過度の引き去り等の原因により、スペクトルサブトラクション法特有のミュージカルノイズが発生する。Ｓ／Ｎ比の向上はあるものの、雑音を抑圧した後に「しゅるしゅる」といったような楽音的雑音が残るという欠点である。
【０００６】
雑音スペクトルの推定精度の劣化の原因は、環境雑音が一様でないことから発生する。一般に雑音のスペクトルは一定でないことから、抑圧係数αは環境に応じて可変とした方が、高い雑音抑圧効果が得られると期待できる。例えば、現在の入力信号スペクトルと雑音の平均スペクトルだけでなく、雑音の標準偏差に基づいて雑音抑圧量を算出し、実際の環境雑音に一層対応したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、特許文献１の手法においても、過去の雑音スペクトルとは無相関の過渡的な雑音には対応できない。また、ＡＭ（Amplitude Modulation）やＦＭ（Frequency Modulation）等の受信機においては、あらかじめ計算されて記録されている雑音パターンを読み出して、読み出した雑音パターンを１次線形補完することによる雑音推定でも非常に高い雑音抑圧効果が得られるものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）その理由は、雑音発生の要因として、電界強度の変化に対する雑音の変化に着目した場合に、電界の強度により雑音の発生要因となる回路が異なることから、電界の強度によって雑音をパターン化することができるからである。
【特許文献１】特開２００３−３１６３８１号公報
【特許文献２】特許第２７６０２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＡＭやＦＭ等の受信機において、雑音発生の要因として、電界強度の変化に対する雑音の変化に着目した場合、電界の強度により雑音の発生要因となる回路が異なることが多い。これにより、電界の強度によって雑音をパターン化することができる。また、あらかじめ計算されて記録されている雑音パターンを読み出して１次線形補完することによる雑音推定でも、非常に高い精度で雑音抑圧効果が得られる。
【０００８】
その反面、電界の強度によってパターン化できる定常的な雑音以外にも、マルチパスや外乱による非定常な雑音も多く存在し、特に過去の雑音スペクトルとは無相関の過渡的な雑音は、特許文献１に開示されている手法でも抑圧することができないという問題がある。
【０００９】
そもそも時系列信号を周波数スペクトルに変換する処理はフレームを単位とした処理であるため、抑圧処理はどうしてもある時間幅を持った処理になってしまう。例えばＦＭステレオ放送の場合、信号帯域は１５ｋＨｚに制限されているため３２ｋＨｚでサンプリングするとして、スペクトル変換を２５６ポイントで行うと抑圧処理は８ｍｓ単位で行うことになる。これに対し、受信電界強度は時々刻々と変化するものであり、例えばマルチパス環境における電界強度のディップによって発生するパルス雑音は数μｓ程度である。８ｍｓフレームにおける数μｓの雑音を抑圧するために８ｍｓフレーム中の信号を一様に雑音抑圧すれば、パルス雑音が付加された信号以外の信号では過度の引き去りがあり、ミュージカルノイズの発生要因となってしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するもので、電界強度の低下による定常的な雑音の抑圧を効果的に行い、同時に、過渡的な環境雑音をも効果的に抑圧することができる、雑音抑圧装置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】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の雑音抑圧装置は、デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段と、入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成手段と、形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定手段と、形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧手段とを備える。
【００１２】
なお、本発明は、このような雑音抑圧装置として実現することができるだけでなく、この雑音抑圧装置を備えたＦＭおよびＡＭ受信装置として構成してもよく、また、このような雑音抑圧装置が備える特徴的な手段をステップとする雑音抑圧方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１３】
受信電界強度の変化に合わせたフレーム形成をすることで、非定常な雑音であっても、短くしたフレーム内に限っては定常雑音とみなすことができ、定常的な雑音の推定での誤差を小さくすることができる。同時に、受信電界強度の変化を監視することで雑音が定常的か非定常かを推定し、非定常雑音の場合は、短いフレーム内でより強く抑圧処理をすることで、雑音抑圧効果を向上させることができる。
【００１４】
本発明の雑音抑圧装置によれば、電界強度の低下による定常的な雑音の抑圧を効果的に行い、同時に、過渡的な環境雑音をも効果的に抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図３は、本実施の形態における雑音抑圧装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１の雑音抑圧装置１００は、電界強度の変化の度合いに応じて雑音パターンが変化することに着目して、電界強度の変化が一定の範囲内にあるサンプルの集合を１つのフレームとし、フレームごとにスペクトル変換した後、各フレームに対応する雑音スペクトルとの差分を出力する。通常は、あらかじめ定められた一定数の連続するサンプルをフレームとして、周波数変換、量子化等の処理が行なわれるが、ここでは可変長のフレームとする。
【００１７】
図４は、図３に示した雑音抑圧装置１００を備えるラジオの構成の一例を示すブロック図である。ラジオは、アンテナ１０１、チューナ１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、雑音抑圧装置１００およびスピーカ１０４を備える。アンテナ１０１は、放送局から送信されたアナログのＦＭ信号またはＡＭ信号を受信する。チューナ１０２は、所望の周波数の搬送波から例えば、オーディオ信号などを分離抽出する。Ａ／Ｄ変換器１０３は、分離抽出されたアナログ信号を、デジタル信号に変換する。雑音抑圧装置１００は、デジタル信号の雑音を抑圧する。スピーカ１０４は、雑音が抑圧されたデジタル信号をアナログオーディオ信号に変換してオーディオを出力する。
【００１８】
図３に示した雑音抑圧装置１００は、具体的には、フレーム形成部１、スペクトル変換部２、電界強度解析部３、雑音推定部４および雑音抑圧部５を備える。フレーム形成部１は、「入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成手段」の一部に相当し、外部のＡ／Ｄ変換器によってデジタル値として入力された時系列信号から、後段のスペクトル変換部２で処理するために必要な時間長のフレームを形成する。スペクトル変換部２は、入力された１フレームの時系列信号を、信号のフレーム長に対応した周波数スペクトルに変換する。あるいは、後段の処理に応じて、パワースペクトルにまで変換する。時系列信号から周波数スペクトルへの変換には、高速フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」という。）が一般的に知られているが、本発明においては、その手法を限定するものではない。一方、フレーム形成部１で形成されるフレームの長さは、電界強度解析部３によって決定される。
【００１９】
電界強度解析部３は、「デジタル入力信号の信号強度の値を蓄積する蓄積手段と、入力された前記入力信号の信号強度に応じて、蓄積されていた前記信号値を含む信号値の集まりであるフレームを形成するフレーム形成手段」の一部に相当し、電界強度ｄの変化に応じて、入力信号Ｘのスペクトル変換時のフレーム長（サンプル数ｎ）を決定する。具体的には、電界強度が所定の範囲内で変化している間はその間に入力される時系列の信号を同一フレームとし、逆に、電界強度がある程度以上変化すると、それ以降に入力される信号を別のフレームとする。また、電界強度解析部３は、同時に、雑音推定部４で推定する雑音スペクトルのスペクトル長ｎ'も決定する。雑音推定部４は、「形成された前記フレームの信号強度に応じて、前記フレーム内の前記入力信号に混入している雑音のパターンを推定する雑音推定手段」に相当し、入力された電界強度に対する雑音スペクトルを推定し、出力する。出力する雑音スペクトルは、後段の処理に応じて、周波数スペクトルである場合もあるし、パワースペクトルである場合もある。雑音推定部４の出力する雑音スペクトルのポイント数も、入力信号のフレーム形成と同様、電界強度解析部３によって決定される。この場合雑音スペクトルのスペクトル長も、例えば、入力信号のフレーム長と同じポイント数からなるスペクトル長とする。雑音抑圧部５は、「形成された前記フレームに含まれる雑音を、推定された雑音のパターンを用いて抑圧する雑音抑圧手段」に相当する。入力信号スペクトルと推定雑音スペクトルを用いて、抑圧量を決定し、決定された抑圧量を入力信号から例えば、減算して、入力信号に含まれる雑音成分を抑圧し、抑圧後の信号を出力する。
【００２０】
以上のように構成された雑音抑圧装置１００について、その動作の詳細を説明する。図５は、図３に示した電界強度解析部３によって行なわれるフレーム形成の手順の一例を示すフローチャートである。図６は、電界強度の変化とフレームの区切りとの関係を示す図である。図７は、図３に示した電界強度解析部３のより詳細な構成の一例を示す図である。電界強度解析部３は、次々に入力されるポイントの電界強度を検知し、各フレームの長さを決定する処理部である。電界強度解析部３は、内部に、電界強度平均化部３１、電界強度変化検知部３２およびフレーム長決定部３３を備える。電界強度平均化部３１は、「フレームを形成し得る所定長の小フレームを単位として、前記各小フレーム内の前記信号強度の平均値を算出する信号強度算出部」に相当する。電界強度変化検知部３２は、「入力された前記入力信号の強度から、前記入力信号の強度の変化を検出する信号強度変化検出手段」に相当する。また、「前記小フレームの信号強度の平均値と、その直前の小フレームの信号強度の平均値とを比較する平均値比較部」に相当する。
【００２１】
電界強度解析部３にフレームとして最小のフレーム（例えば、図６のｔ１〜ｔ２）を構成するポイントの信号値が入力されると（Ｓ３０１）、そのポイント数のサンプルと同じ数の電界強度ｄが蓄積される。電界強度平均化部３１は、蓄積されたこれらの電界強度を平均化する（Ｓ３０２）。ここで、所定のポイント数というのは、フレーム形成部１でフレーム形成される最小フレーム時間（以下、「平均化フレーム」という。）に含まれるポイント数である。例えば、このポイント数は、２のべき乗の数で、平均的には６４ポイント程度が好ましい。次に、新たな平均化フレーム（例えば、ｔ２〜ｔ３）の電界強度ｄが平均化され（Ｓ３０３）、電界強度変化検知部３２で以前の（直前の平均化フレーム（ｔ１〜ｔ２）の）平均化電界強度と比較される（Ｓ３０４）。比較の結果、平均化電界強度の変化がある閾値以下（または未満）であれば、電界強度変化検知部３２は、次の平均化フレーム（例えば、ｔ３〜ｔ４）の平均化電界強度との比較を継続する（Ｓ３０３、Ｓ３０４）。逆に、例えば、平均化フレームｔ６〜ｔ７の電界強度の平均値と平均化フレームｔ７〜ｔ８（図中太い矢印Ａ）の電界強度の平均値とを比較した場合のように、平均化電界強度の変化が閾値を超える（または以上の）場合であれば、その平均化フレーム（ｔ７）までの連続する平均化フレームで、フレーム形成を行う（Ｓ３０６）。
【００２２】
なお、電界強度変化検知部３２では、連続している平均化フレーム同士を比較する必要はなく、例えば（直前のフレームでの）先頭の平均化フレームと比較するようにしてもよい。あるいはまた、現在の平均化フレームから例えば、１０２４ポイントを超えない範囲にあるいくつか前のフレームの先頭の平均化フレームと比較するとしてもよい。このように、現在の平均化フレームの電界強度を、現在の平均化フレームが属していない、時間的に前のフレームの先頭の平均化フレームと比較することによって、電界強度がなだらかに変化していて隣接平均化フレーム間では大きな差が現れない場合であっても、電界強度の変化を検知することができるという効果がある。また、閾値との比較は、２つの平均化フレームの平均電界強度の差分であってもよいし、比などであってもよい。また、現在の平均化フレームと、いくつか前のフレームの平均化フレームとを比較する場合、必ずしも先頭の平均化フレームと比較する必要はなく、いくつか前のフレームの中央にある平均化フレームと比較してもよいし、末尾の平均化フレームと比較してもよい。
【００２３】
図８は、電界強度解析部３で指定されたフレーム長でフレーム形成し、形成されたフレームと同じ長さでスペクトル変換を行う場合の構成の一例を示す図である。図８に示すように、まず、電界強度解析部３は、入力される電界強度の変化を検知し、例えば、ｎ＝１２８ポイントのフレーム長を決定したとする。決定されたフレーム長ｎ＝１２８は、フレーム形成部１に入力され、１２８ポイントの入力信号Ｘ１２８がスペクトル変換部２に出力される。スペクトル変換部２では、入力された入力信号Ｘ１２８を１２８点の高速フーリエ変換係数ＦＴＴに変換し、その絶対値｜Ｘ｜１２８を雑音抑圧部５に出力する。
【００２４】
図９は、図３に示した雑音推定部４の詳細な構成の一例を示す図である。雑音推定部４は、外部から入力される各ポイントの電界強度ｄと電界強度解析部３から入力されるフレーム長ｎ'とに基づいてその電界強度における雑音パターンを出力する処理部である。雑音推定部４は、内部に雑音パターン格納部４２を備え、様々な電界強度に対するそれぞれの雑音パターンを記憶している。なお、本実施の形態では、雑音パターンをあらかじめ雑音パターン格納部４２に記憶させているが、この雑音パターンは、入力信号から雑音の発生源を解析し、ある電界強度に対する雑音パターンを作成するようにしても良い。なお、特許文献２によると、ＡＭやＦＭ等の受信機において、雑音発生の要因の１つとして、受信機に使用されている回路から出る雑音がある。この回路からの雑音は、電界の強度により、雑音の発生要因となる回路が異なるので、電界の強度によって雑音をパターン化することができる。したがって、本実施の形態では、各々の電界強度に対した雑音パターンをあらかじめ計算しておいて、その雑音パターンを雑音パターン格納部４２に記憶し、雑音を抑圧する際に、雑音パターン格納部４２から必要な雑音パターンを読み出して、雑音を抑圧する構成を取った。
【００２５】
電界強度平均化部４１は、「前記フレーム形成手段によって形成されたフレーム長で、信号強度を平均化する信号強度平均値算出部」に相当し、雑音を抑圧する時間長（フレーム長）での電界強度の平均値を算出する。なお、電界強度の平均値は、電界強度解析部３の内部でも計算されているため、電界強度平均化部４１は省略することも可能である。また、図１０は、ＦＭ受信機における受信電界強度０ｄＢμ時の雑音スペクトルを、ＦＦＴのフレーム長を変化させて表示したグラフである。雑音パターン格納部４２に記憶する雑音パターンは、図１０に示すように、同じ電界強度の雑音を、フレーム長を変化させてスペクトル変換を行った場合には、各雑音スペクトルに相関があることが知られている。このことから、雑音パターン格納部４２には、フレーム形成のフレーム長毎に雑音パターンを記憶する代わりに、最長のフレーム長に対する雑音パターンのみを記憶しておくものとする。そして、他のフレーム長に対する雑音パターンは、雑音計算部４３が、フレーム長に対応する１次補完、あるいはゲイン調整と、ポイント数の間引きによって、雑音パターンを作成する。雑音計算部４３は、「前記信号強度平均値算出部（＝電界強度平均化部４１）で平均化された信号強度に応じて、形成された前記フレーム長の雑音パターンを算出する雑音計算部」に相当する。これにより、雑音パターン格納部４２の記憶容量の削減を図ることができる。
【００２６】
図１０において、スペクトルレベルが一番高いものが２０４８ポイントＦＦＴ時の特性で、以下、１０２４ポイント、５１２ポイント・・・とポイント数を下げ、スペクトルレベルが一番低いものが３２ポイントＦＦＴ時の特性である。このように、２０４８ポイントＦＦＴの雑音パターンだけを雑音パターン格納部４２に格納しておき、フレーム長が２０４８ポイント以外の数になった場合には雑音計算部４３が演算によって対応するフレーム長の雑音パターンを生成することにより、雑音パターン格納部４２のメモリ容量を節約することができるという効果がある。
【００２７】
図１１は、雑音スペクトルを周波数スペクトルの状態で入力スペクトルから減算することによって、入力信号の雑音を抑圧する場合の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図３および図１１に示したように、フレーム長が決定されると（Ｓ３０６）、決定されたフレームはスペクトル変換部２によってスペクトル変換され（Ｓ３０７）、雑音推定部４では、変換されたフレームの雑音スペクトルが推定される（Ｓ３０８）。スペクトル変換部２が出力した入力信号スペクトルと、このように雑音推定部４が出力した推定雑音スペクトルとは、雑音抑圧部５に入力され、抑圧量が決定され、入力信号に含まれる雑音成分が抑圧される。抑圧処理は、スペクトル減算部５２によって、周波数領域で入力信号スペクトルから雑音スペクトルを減算処理する（Ｓ３０９）。このように、周波数スペクトルから雑音スペクトルが除去され、スペクトル逆変換部５３において時間領域の信号に逆変換される（Ｓ３１０）ことにより、雑音の低減された音質のよい出力信号を得ることができる（Ｓ３１１）。なお、本実施の形態では、このように、周波数スペクトルの状態で雑音スペクトルを減算することによって雑音を抑圧するとしてもよいし、時間軸上の信号に逆変換してから演算を行うとしてもよい。図１２は、雑音スペクトルおよび入力信号を時間領域の信号に逆変換した後に、雑音抑圧する場合の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、スペクトル逆変換部５３の後段には、畳み込み演算部５４が設けられ、この畳み込み演算部５４によって、時間領域で入力信号との畳み込み演算を行なうことにより、入力信号から雑音を抑圧するとしてもよい。
【００２８】
また、特許文献２と同様に、
｜Ｙ（ｆ）｜＝｜Ｘ（ｆ）｜−α｜Ｎ（ｆ）｜
＝｜Ｘ（ｆ）｜・（１−α｜Ｎ（ｆ）｜／｜Ｘ（ｆ）｜）
として、
１−α｜Ｎ（ｆ）｜／｜Ｘ（ｆ）｜（ただし、＞β）
を抑圧量として抑圧量算出部５１で計算する場合、抑圧係数α、閾値係数βを、電界強度のみでなく、電界強度解析部３で算出したフレーム長を加味して制御することによって、より効果的な雑音抑圧効果を得ることができる。例えば、同じ電界強度であっても、フレーム長が短い場合には、一様な受信電界強度の劣化ではなく、マルチパス環境等における電界強度のディップと判断できるため、フレーム内の雑音は定常的な白色系の雑音ではなく、非定常なパルス系の雑音である可能性が高くなり、閾値係数を小さくして抑圧量を大きくすることができる。この時、フレーム長を短くしたことによって、パルス系の非定常な雑音であってもフレーム内に限れば定常的な雑音と仮定することができるため、推定雑音スペクトル｜Ｎ（ｆ）｜は、定常的な雑音パターンによる推定でも誤差が大きくなることがなく、効果的な雑音抑圧効果を得ることができる。
【００２９】
なお、本発明の雑音抑圧装置１００は、車載のＦＭ、ＡＭラジオ受信機やテレビ受信機に有用である。本発明は、これに限定されることはないが、車載の受信機に組み込まれる場合には、以下のような特段の効果が得られる。すなわち、車載の受信機の場合、自動車が、例えば、ビルの谷間や、山間部などを走行するときには電界強度が頻繁に変動する可能性が高い。しかし、一定レベル以上の電界強度が得られる場合、雑音の影響はそれほど大きくないので、どちらかというと、電界強度の変化に追従しすぎる弊害の方が大きいと考えられる。従って、車が走行中はフレームの長さを決定する閾値を、静止時よりも大きな値に設定し、電界強度の変化にあまり過敏に追従しないようにするのが好ましい。併せて、フレーム長は、例えば、車が走行中は１フレームが少なくとも２５６ポイントとなるようにし、静止時には１フレームが最大１０２４ポイントとなるようにする。これにより、隣接する平均化フレーム間での電界強度の変化が激しく、閾値を大きめの値に設定しているにもかかわらず頻繁に閾値を超えてしまう場合であっても、少なくとも２５６ポイントまでは別のフレームに区切られることを防止することができる。また、静止時に電界強度がほとんど変化せず、隣接する平均化フレーム間での電界強度の変化が閾値を超えない場合であっても、最大でも１０２４ポイントのサンプルで１フレームに区切ることができる。なお、走行中のフレーム長及び静止時のフレーム長は、上記の例（走行中２５６ポイント、静止時１０２４ポイント）に限定されず、異なるポイント数（例えば、走行中１２８ポイント、静止時２０４８ポイントなど）に定めてもよい。
【００３０】
また、車載の場合とは関係なく、受信電界強度が高いときには雑音の影響を受けにくいため閾値を高い値に設定し、受信電界強度が低いときには閾値を低い値に設定するとしてもよい。
【００３１】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、フレームを固定長にして、さらに周波数分解能の向上を図りつつ実施の形態１の効果を得られるよう工夫している。本実施の形態のフレーム形成部１は、さらに、「形成されたフレームの長さが所定の長さに満たないときには、形成されたフレームに連続するゼロを追加して固定長に拡張するゼロ拡張部」の機能を備える。図１３は、決定されたフレーム長の両端部をゼロ埋めすることにより、固定長のフレームを形成する場合のフレーム形成部１における処理の一例を示す図である。図１３に示すように、例えば、電界強度解析部３がフレーム長をｎ＝１２８と決定した場合、フレーム形成部１は、まず、入力信号から電界強度解析部３で指定されたフレーム長のフレームを形成する。次いで、さらに、後段でスペクトル変換を行う長さ、図中では１０２４ポイントまでゼロ拡張する。すなわち、スペクトル変換は固定の長さで行っている構成を示している。すなわち、ゼロ拡張することにより、各フレームを固定長にすることができ、これにより、スペクトル変換部２では常に１０２４ポイントのスペクトル変換をおこなうだけでよい。そのうえ、雑音パターン格納部４２では、フレーム長が１０２４ポイントの雑音スペクトルだけを格納しておけばよく、雑音計算部４３によって計算された割合で、入力周波数スペクトルから減算を行えばよい。この結果、非常に計算の効率がよく雑音抑圧処理を行なうことができる、ゼロ拡張することによって、スペクトル変換時の周波数分解能を上げ、雑音抑圧性能をさらに向上させることができるという効果がある。
【００３２】
また、フレームを固定長にするのではないが、ゼロ拡張を実行する場合のフレーム長に閾値を設けることによって、フレーム長に下限を設けることができ、演算量の削減を図ることができる。図１４は、フレーム長に下限を設ける場合のフレーム形成部１における手順を示すフローチャートである。図中では閾値は２５６としている。フレーム長ｎが決定されると、フレーム形成部１は、電界強度解析部３によって決定されたフレーム長が２５６以上であるか否かを判定し、２５６未満であれば、２５６ポイントまでゼロ拡張しフレームを伸張する。スペクトル変換部２は、２５６ポイントまでゼロ拡張されたスペクトル変換する。
【００３３】
（実施の形態３）
本実施の形態３において、実施の形態１と大きく異なる点は、平均化フレームの単位で電界強度の比較を行うのではなく、１サンプル毎に電界強度を比較することである。図１５は、平均化フレームにおける電界強度の平均を求めることなくサンプルごとに電界強度を比較する場合の構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、電界強度解析部３には電界強度平均化部３１が省略されている。すなわち、電界強度変化検知部３２で電界強度の比較を行うのは、平均化フレームの単位である必要はなく、例えば、１サンプル毎に電界強度の比較を行うとしてもよい。１サンプル毎に電界強度を比較する場合は、フレーム形成するフレーム長を、よりダイナミックに決定することができるが、フレーム長が、後段でのスペクトル変換に都合のよい２のべき乗でなくなる可能性が高くなる。フレーム長を２のべき乗に補正する場合には、フレーム長決定部３３において、
１）２のべき乗のフレーム長になるようにフレームの境目になるサンプルを前後させる構成としてもよいし、
２）２のべき乗のフレーム長になるようにゼロ拡張するという構成としてもよい。
【００３４】
また、例えば、１サンプル毎に電界強度の比較を行ってフレーム長を決定する場合には、以下に示すように、フレームの区切りを決定するための電界強度を、何段階かのゾーンに区切っておくとしてもよい。図１６は、電界強度に特有な雑音パターンに対応させて、入力信号の電界強度を何段階かのゾーンに区分した場合の一例を示す図である。図１７は、入力信号の各サンプルの電界強度を調べ、電界強度のゾーンが変化するごとに、新たなフレームを形成する場合の一例を示すフローチャートである。図１６に示すように、フレーム形成の境目となる電界強度をあらかじめ（ゾーン（１）、ゾーン（２）、ゾーン（３））のように指定しておき、あるサンプルの電界強度が、その電界強度ゾーンを２つにまたがった時に、フレーム長を決定する。
【００３５】
例えば、図１６の左端に示すフレームＡについての処理手順を図１７を用いて説明する。フレーム形成部１は、まず、サンプルがあれば（Ｓ１３０１）、その電界強度を調べ（Ｓ１３０２）、そのサンプルの電界強度が属するゾーンを調べる（Ｓ１３０３）。ここでは、最初のサンプルはゾーン（３）に属しているとする。次いで、フレーム形成部１は、次のサンプルの電界強度が、直前のサンプルの電界強度と異なるゾーンに移動したか否かを調べる（Ｓ１３０４）。次のサンプルでは、入力信号の電界強度がさらに低下しており、直前のサンプルの電界強度と同じゾーン（３）にある。従って、電界強度解析部３はステップＳ１３０１の処理に戻り、次のサンプルについて処理を開始する。このように、電界強度が同じゾーンの中にある間は、サンプルの電界強度からその属するゾーンを調べ、直前のサンプルの属するゾーンとの比較を繰り返す（Ｓ１３０２、Ｓ１３０３）。なおここで、所定数以上のサンプルが連続して同じゾーンに属する場合には、所定のサンプル数で一旦フレームに区切るとしてもよい。
【００３６】
こののち、入力信号の電界強度が低下から上昇に転じ、例えば、次のサンプルで電界強度が調べられ（Ｓ１３０２）、その電界強度が属するゾーンが調べられ（Ｓ１３０３）、直前のサンプルの電界強度が属していたゾーン（３）からゾーン（２）に移動していたことが判明したとする。これに対し、電界強度解析部３は、それまで同一ゾーンであるゾーン（３）に属していたサンプルのサンプル数ｎをフレーム形成部１に出力し、フレーム形成部１はフレームＡを形成する（Ｓ１３０５）。フレーム形成部１によってフレームと決定された１つのフレームは、後段のスペクトル変換部でスペクトル変換され（Ｓ１３０６）、雑音推定部４からそのゾーン（ゾーン（３））に対応するパターンの雑音スペクトルが読み出される（Ｓ１３０７）。次いで、読み出された雑音スペクトルを用いて、ゾーン（３）のフレームの雑音を抑圧する処理が行なわれる（Ｓ１３０８）。
【００３７】
以下、電界強度解析部３は、ステップＳ１３０１の処理に戻り、次に入力されるサンプルごとの電界強度およびその属するゾーンを調べ（Ｓ１３０２、１３０３）、入力信号の電界強度がゾーン（２）から別のゾーンに移動したか否かを調べる（Ｓ１３０４）。入力信号のサンプルの電界強度がゾーン（２）から別のゾーン、例えば、ゾーン（１）に移動していた場合には、これまでゾーン（２）に属していたサンプルのサンプル数ｎをフレーム形成部１に通知し、フレームＢを形成する。以下、雑音抑圧装置は、入力信号のサンプルが入力されなくなるまで上記の処理を繰り返す。このように、入力信号に含まれる雑音の特性が類似している電界強度に従って、電界強度のゾーンを区切ることによって、雑音推定の際の手順の簡素化、演算量の減少を図ることができる。例えば、ＦＭラジオの場合、電界強度が大きい場合は白色系の雑音特性であるが、電界強度が低下するに従って低域スペクトルが大きくなることが判明している。従って、低域の雑音特性に従って電界強度ゾーンを指定しておけば、電界強度ゾーン毎に１つの雑音パターンでも大きな誤差がなく雑音推定ができる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、本雑音抑圧装置の適用例をラジオ受信機として説明しているが、テレビ受信機、あるいは携帯電話などに有用である。さらに、本雑音抑圧装置は、走行中の地理的状況などにより、電波の受信電界強度が時間的に激しく変化する可能性が高く、かつ、音質のよさを要求される車載用ＦＭラジオ受信機に対してより好適である。また、入力信号とともに電界強度を知ることができる装置であれば、本雑音抑圧装置の適用先として有用である。すなわち、電界強度に代わる入力信号の強度を表す指標を用いても、本雑音抑圧装置を実施することができる。図１８は、電界強度に代えて、信号強度のレベル、例えば、電圧値などを目安として入力信号に混在する雑音パターンを推定し、雑音を抑圧する雑音抑圧装置の構成の一例を示すブロック図である。同図は、例えば、ＣＤやＤＶＤなどの再生装置を想定している。すなわち、入力信号がＤＶＤなどの記録媒体からプレーヤーに読み出される信号である場合においても、信号強度解析部６において測定される読み出し信号の信号強度ｓを用いて本発明の雑音抑圧効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の雑音抑圧装置は、電界強度の低下による定常的な雑音の抑圧を効果的に行い、同時に、過渡的な環境雑音をも効果的に抑圧することができる、雑音抑圧装置として有用である。また、本発明の雑音抑圧装置を組み込んだ受信機は、ＦＭラジオ受信機、ＡＭラジオ受信機、テレビ受信機、および携帯電話機などとして、特に、車載用のＦＭラジオ受信機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は従来のスペクトルサブトラクション法による雑音抑圧装置の構成を示す図である。
【図２】図２は従来のウィナーフィルタを用いた雑音抑圧装置の構成を示す図である。
【図３】図３は本実施の形態における雑音抑圧装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は図３に示した雑音抑圧装置を備えるラジオの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は図３に示した電界強度解析部によって行なわれるフレーム形成の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は電界強度の変化とフレームの区切りとの関係を示す図である。
【図７】図７は図３に示した電界強度解析部のより詳細な構成の一例を示す図である。
【図８】図８は電界強度解析部で指定されたフレーム長でフレーム形成し、形成されたフレームと同じ長さでスペクトル変換を行う場合の構成の一例を示す図である。
【図９】図９は図３に示した雑音推定部の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０はＦＭ受信機における受信電界強度０ｄＢμ時の雑音スペクトルを、ＦＦＴのフレーム長を変化させて表示したグラフである。
【図１１】図１１は雑音スペクトルを周波数スペクトルの状態で入力スペクトルから減算することによって、入力信号の雑音を抑圧する場合の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は雑音スペクトルおよび入力信号を時間領域の信号に逆変換した後に、雑音抑圧する場合の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は決定されたフレーム長の両端部をゼロ埋めすることにより、固定長のフレームを形成する場合のフレーム形成部における処理の一例を示す図である。
【図１４】図１４はフレーム長に下限を設ける場合のフレーム形成部における手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は平均化フレームにおける電界強度の平均を求めることなくサンプルごとに電界強度を比較する場合の構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】図１６は電界強度に特有な雑音パターンに対応させて、入力信号の電界強度を何段階かのゾーンに区分した場合の一例を示す図である。
【図１７】図１７は入力信号の各サンプルの電界強度を調べ、電界強度のゾーンが変化するごとに、新たなフレームを形成する場合の一例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は電界強度に代えて、信号強度のレベルを目安として入力信号に混在する雑音パターンを推定し、雑音を抑圧する雑音抑圧装置の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  雑音抑圧装置
１０１    アンテナ
１０２    チューナ
１０３    Ａ／Ｄ変換器
１０４    スピーカ
１  フレーム形成部
２  スペクトル変換部
３  電界強度解析部
４  雑音推定部
５  雑音抑圧部
６  信号強度解析部
３１  電界強度平均化部
３２  電界強度変化検知部
３３  フレーム長決定部
４１  電界強度平均化部
４２  雑音パターン格納部
４３  雑音計算部
５１  抑圧量算出部
５２  スペクトル減算部
５３  スペクトル逆変換部
５４  畳み込み演算部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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