(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に連続でなく間欠した所定期間に発生するノイズが混入した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声信号を得るためのノイズ低減装置であって、
想定されるノイズ信号を予め標本抽出して、疑似ノイズ波形としてメモリに記録させる手段を有し、
マイクから収音される上記所定期間に発生するノイズと類似した擬似ノイズを、ノイズと同位相のスタートＩＤを含むノイズピッチ信号に同期して、上記メモリから読み出して、入力信号から減算することによりノイズ低減を行うことを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】
請求項１記載のノイズ低減装置において、
上記メモリに複数種類の擬似ノイズを記憶させておき、上記メモリの容量は上記ノイズピッチ信号の繰り返し周期の１周期中に含まれるアドレス数分のワード長であって、上記入力信号からノイズ低減を行う際に複数種類のノイズ成分の低減を切り換えて実行する場合には、そのノイズ成分の最大ピッチに相当するメモリ容量を確保するようにし、上記ノイズピッチ信号に合わせて上記メモリのアドレス制御を可変とすることで、複数種類のノイズ音低減が可能となることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
上記ノイズ低減動作時にＬＭＳ法（最小２乗法）で現状のマイクからのノイズ波形と疑似ノイズ波形の差を修正するような学習効果を持たせたことを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項４】
時間的に連続でなく間欠した所定期間に発生するノイズが混入した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声信号を得るためのノイズ低減方法であって、
想定されるノイズ信号を予め標本抽出して、疑似ノイズ波形としてメモリに記録させ、
マイクから収音される上記所定期間に発生するノイズと類似した擬似ノイズを、ノイズと同位相のスタートＩＤを含むノイズピッチ信号に同期して、上記メモリから読み出して、入力信号から減算することによりノイズ低減を行うことを特徴とするノイズ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメカノイズ（機械的部分から発生し音声信号に混入するノイズ）を低減するためのノイズ低減装置及びノイズ低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル・カムコーダ（商品名）等のカメラ一体型ＶＴＲの回転ヘッドとテープの接触によるノイズ音、いわゆるヘッド叩き音がマイクから音声信号に混入した場合に、そのヘッド叩き音だけを低減するメカノイズ低減方式が既に提案されている。
【０００３】
そこで、従来のメカノイズ低減方式について、図３を参照して、下記に説明する。
ここに示す従来のメカノイズ低減方式は、連続して発生するノイズの低減を行う装置であり、ノイズ源は回転ドラムである。
【０００４】
同図において、マイクＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ１Ｂは機器本体に内蔵されたステレオマイクであるが、これはステレオマイクである必要は特になく、モノラルマイクでもかまわない。ＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ１Ｂの出力信号１Ｌ，１ＲはＡＭＰ２Ａ，ＡＭＰ２Ｂのプリアンプで増幅され信号２Ｌ，２Ｒとなり、ＡＧＣ（オートマチック・ゲイン・コントロール）回路３で最適なレベルに調整され信号３Ｌ，３Ｒとなり、ＡＤコンバータ（以下ＡＤＣ４Ａ，ＡＤＣ４Ｂという）でアナログ・ディジタル変換されてディジタル信号４Ｌ，４Ｒとなる。
【０００５】
ディジタル信号４Ｌ，４Ｒは、メカノイズ・キャンセル処理回路１５に入力され、加算器６Ａ，６Ｂで左Ｌ，右Ｒチャネル毎に疑似ノイズ信号５Ｌ，５Ｒを減算して、信号６Ｌ，６Ｒとして出力される。また、信号６Ｌ，６Ｒは適応型フィルタ５Ａ，５Ｂへ帰還するエラー信号として処理される。適応型フィルタ５Ａ，５Ｂは、このエラー信号とマイクロコンピュータ（以下マイコンという）８から入力するドラム基準信号７を使用してＬＭＳ法（最小２乗法）により、オーディオ・サンプリング周波数（３２ｋＨｚ，４４．１ｋＨｚ若しくは４８ｋＨｚ）毎に、エラー信号が最小になるように演算し、信号５Ｌ，５Ｒを出力する。
【０００６】
また、上記ドラム基準信号７は、同じマイコン８から送出するサーボ信号１２によってサーボコントロールされるドラムモータ１３の回転位相、及び周波数の基準になっているため、ドラムモータ１３で駆動される時の回転ドラム１４によるドラムノイズ音、及び回転ドラム１４に取り付けられる回転磁気ヘッド１１Ａ，１１Ｂと磁気テープ９の接触によるヘッド叩きノイズ音は同じくドラム基準信号７の高調波領域に発生している。従って、このノイズが空間や機器のキャビネットを或伝達関数で伝達され内蔵マイクに音声と共に入力される。メカノイズ・キャンセル処理回路１５の出力は記録系信号処理に送られ映像信号とともに、磁気テープ９に記録されるが、この部分の説明は、本発明とは直接の関係がないので、省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このメカノイズ低減方法は、時間的に連続して一定のノイズが発生する場合には非常に有効なノイズ低減方法であるが、モード遷移等が起きてノイズ音が変化した場合や、時間的に間欠して発生するノイズ音の場合にはあまり有効なノイズ低減方法ではない。後者の場合には複数種類のノイズ音が連続して発生したり、ノイズ発生が短時間であったりして、疑似ノイズを生成及び修正するための時間が不足し、その結果、ノイズ低減ができない場合がある。
【０００８】
上記後者の場合のノイズ発生例を下記に説明する。
１．記録媒体としてフロッピーディスク、ＭＤ等を用いた静止画カメラ等で画像と同時に音声を記録する場合において、ディスク回転音、サーチや書込のためのヘッド移動音、及びステッピングモータ音等に起因するノイズ。
２．カメラ一体型ＶＴＲのオートフォーカス時のモータ音に起因するノイズ。
３．カメラ一体型ＶＴＲの記録ＲＥＣモードや記録・休止ＲＥＣ ＰＡＵＳＥモード繰り返し等のモード遷移時に発生するノイズ。
【０００９】
従来の適応型フィルタによるノイズ低減方式は、実際にノイズが発生したときにそのノイズと適応型フィルタにより生成される疑似ノイズを比較して、その差であるエラー成分を再び適応型フィルタに入力して帰還ループを構成し、エラー成分が無くなるように疑似ノイズを生成するようになっているために、エラーが大きいと目標値までの引き込みに時間がかかるという難点がある。
【００１０】
本発明は、複数種類のノイズが発生する場合や間欠的に発生するノイズに対して効率良くノイズ低減できるようにすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明ノイズ低減装置は、時間的に連続でなく間欠した所定期間に発生するノイズが混入した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声信号を得るためのノイズ低減装置であって、想定されるノイズ信号を予め標本抽出して、疑似ノイズ波形としてメモリに記録させる手段を有し、マイクから収音されるこの所定期間に発生するノイズと類似した擬似ノイズを、ノイズと同位相のスタートＩＤを含むノイズピッチ信号に同期して、このメモリから読み出して、入力信号から減算することによりノイズ低減を行うようにしたものである。
【００１２】
本発明ノイズ低減装置は、請求項１記載のノイズ低減装置において、このメモリに複数種類の擬似ノイズを記憶させておき、このメモリの容量はこのノイズピッチ信号の繰り返し周期の１周期中に含まれるアドレス数分のワード長であって、入力信号からノイズ低減を行う際に複数種類のノイズ成分の低減を切り換えて実行する場合には、そのノイズ成分の最大ピッチに相当するメモリ容量を確保するようにし、ノイズピッチ信号に合わせてこのメモリのアドレス制御を可変とすることで、複数種類のノイズ音低減が可能となるものである。
【００１３】
本発明ノイズ低減装置は、請求項１に記載の装置において、このノイズ低減動作時にＬＭＳ法（最小２乗法）で現状のマイクからのノイズ波形と疑似ノイズ波形の差を修正するような学習効果を持たせたものである。
【００１４】
本発明ノイズ低減方法は、時間的に連続でなく間欠した所定期間に発生するノイズが混入した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声信号を得るためのノイズ低減方法であって、想定されるノイズ信号を予め標本抽出して、疑似ノイズ波形としてメモリに記録させ、マイクから収音されるこの所定期間に発生するノイズと類似した擬似ノイズを、ノイズと同位相のスタートＩＤを含むノイズピッチ信号に同期して、このメモリから読み出して、入力信号から減算することによりノイズ低減を行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図１を参照して、本発明のノイズ低減装置の一実施形態について説明する。
ここで、図３と同一部分については、説明を省略する。
ＡＤＣ４からの信号４Ｌ，４ＲはＤＳＰ（ディジタルシグナル・プロセッサ）やＡＳＩＣ＿ＩＣ等で構成されるメカノイズ・キャンセル処理回路３３に入力される。
【００１６】
信号４Ｌ，４Ｒは加算器２３Ａ，２３ＢでＬ，Ｒチャネル独立して適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂから出力される疑似ノイズ信号２０Ｌ，２０Ｒを減算して２３Ｌ，２３Ｒとして出力され、記録系信号処理回路に送られ各種記録媒体に記録される。図１に示す例においては上記信号２３Ｌ，２３Ｒはディスク２７に記録される。なお、上記信号２３Ｌ，２３Ｒを処理する後段の回路は本発明と直接の関係がないので詳細な説明は省略する。ここで、上記信号２３Ｌ，２３Ｒは夫々左Ｌ，右Ｒチャネル独立した適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂにエラー信号として入力される。適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂは、基本的にはＬＭＳ処理で構成されるが、ここには、揮発性メモリＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）２１Ａ，２１Ｂからの信号とマイコン２５から送られてくるピッチ信号２４が入力する。
【００１７】
ここでＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂは、適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂと双方向通信路で接続されていて、リード／ライン信号２２でデータの読み書き、及びアドレス制御ができるようになっている。また、マイコン２５に内蔵された不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ２６と信号２６Ｌ，２６Ｒのやり取りが行われる。信号２６Ｌ，２６Ｒは双方向通信信号を示しており、ＥＥＰＲＯＭ２６とＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂ間のデータの受け渡しができるようになっている。ピッチ信号２４はノイズの基準パルスで、例えば、発生するノイズと同位相の最低周波数ピッチとスタートＩＤを含む。適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂの詳細な説明は後で行う。また、図１では不揮発性メモリにＥＥＰＲＯＭを用いたが、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリでもかまわない。
【００１８】
マイコン２５は、ノイズの発生源となるディスクモータ２８やステップモータ３０に対してコントロール信号を送っている。即ち、ディスクモータ２８にはモータコントロール信号３２を送っており、ヘッド位置制御用のステップモータ３０にはモータコントロール信号３１を送っている。これらのコントロール（制御）信号はそれぞれモータを一定速度で回転させるための制御、ヘッドを目的とするトラックやセクタまで移動させるための位置制御を行っている。このディスクモータ２８によって駆動されるディスクやディスクの駆動系は、マイコン２５からアクセスされる時だけ動作するため、ノイズ音は間欠的に発生する。
【００１９】
また、ステップモータ３０によって駆動されるヘッドも同様でノイズ音は間欠的に発生する。図１の例では、ディスクを例にとったが、このほかにもマイコンによって制御されるビデオカメラのＡＦ（オートフォーカス）制御等にも同様に応用可能である。
【００２０】
ここでは、本実施形態のノイズ低減装置は、発生するノイズ音を予めサンプリングするようになっているが、一般的にノイズ音は複数の周波数とレベルの信号を複雑に含んだマルチトーン信号であるために人工的に生成することは難しい。
【００２１】
従って、本実施形態のノイズ低減装置では、一例として、下記の手順で実際のノイズ音をサンプリングすることにより疑似ノイズを生成する。
１．ノイズ発生源とマイクの構造的な位置関係とキャビネット等の音伝達に影響する機械的な構造が決定された機器（商品）を用意する。
２．マイクにノイズだけが入力されるような環境を用意する。例えば、音響的な無響室（外来音及び反射音が皆無の部屋）で機器を動作させノイズ音だけ発生させる。
３．ここで、図１における加算器２３Ａ，２３Ｂの出力には信号２３Ｌ，２３Ｒとしてノイズ音のみが出力されるため、これを適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂに入力し、発生しようとするノイズの最低１ピッチ分のノイズ波形を、ピッチ信号２４に同期して、メモリＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂに取り込む。
４．ＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂは、揮発性メモリであるため、信号２６Ｌ，２６Ｒを使ってマイコン２５に送り、同マイコン内の不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ２６に記憶する。
【００２２】
このように、少なくとも１ピッチ分のノイズ波形をメモリに取り込むことで、後はピッチ信号２４に同期して、発生するノイズの時間分、繰り返してメモリから読み出せばよい。また、ここでの１ピッチとは、例えばノイズ発生源となるモータの１回転分に相当する。
【００２３】
次に、図１における適応型フィルタ２０Ａ，２０ＢとＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂの部分を図２を参照して下記に更に詳しく説明する。
【００２４】
図２の回路において、同図左上から入力する信号４１は音声信号とノイズ信号が混在する信号であり、加算器４５の一方の入力に印加される。加算器４５は他方の入力に印加される適応型フィルタ２０から送られてくる疑似ノイズ信号６０を上記信号４１から減算して、音声信号だけから成る信号４６として出力する。
【００２５】
上記加算器４５における減算において、信号４１から疑似ノイズ信号６０を減算した結果、信号４１に含まれるノイズ信号が完全に除去されず、出力信号４６中に残ってしまうことがある。図２の回路では、出力信号４６の一部を適応型フィルタへフィードバックする通路が設けられているので、上記出力信号４６中にノイズ信号成分が残っている場合に、そのノイズ信号成分を含む信号が適応型フィルタ２０内に取り込まれ、同フィルタ２０内に設けられたリミッター４７で音声信号の大レベル部分がリミットされた後、ゲイン制御回路４８を通り、加算器４９の一方の入力に送られる。この信号は同加算器４９の他方の入力に印加ささるＳＲＡＭ２１から読み出されるデータ信号５４と加算され、データ出力５３としてＳＲＡＭ２１に書き込まれる。なお、上記の動作において信号４６に含まれる音声信号も適応型フィルタ２０に入力するが、ほとんどの場合、リミッター４７でリミットされる。
【００２６】
ＳＲＡＭ２１から読み出されたデータ信号５４は、スイッチＳＷ５１を通り、上記疑似ノイズ信号６０として加算器４５の他方の入力に送られる。これによりノイズ低減動作ループが形成される。ここでゲイン制御回路４８はマイコン制御信号４４によりゲインを変えることができるようになっている。また、スイッチＳＷ５１はマイコン等から送られてくるキャンセル制御信号４２により、加算器４５へ送る疑似ノイズ信号６０のＯＮ／ＯＦＦを制御できるようになっている。
【００２７】
上記ＳＲＡＭ２１の読み出し及び書込のアドレス番地の指定は、適応型フィルタ２０から送られてくるアドレス制御信号５２で行う。そうして、このアドレス制御信号５２は適応型フィルタ２０内のリード／ラインアドレスカウンタ５０で生成される。リード／ラインアドレスカウンタ５０はピッチ信号４３でアドレスリセットがかけられ、リード／ライトが繰り返し実行される。
【００２８】
ＳＲＡＭ２１のメモリ容量は、ピッチ信号４３の繰り返し周期の１周期中に含まれるアドレス数分のワード長（図２ではＷ（ｎ）分）のメモリである。例えば、副数種類のノイズ成分の低減を切り換えて実行する場合には、そのノイズ成分の最大ピッチに相当するメモリ容量を確保する必要がある。
【００２９】
また、ＳＲＡＭ２１にはマイコンからの入出力ポートも用意されており、アドレス制御信号５５、及びデータ入力５６の入力ポート、及びデータ出力５７のための出力ポートが設けられている。通常時の適応型フィルタ２０からの入出力ポートに対して、このマイコン入出力ポートは、例えば機器の電源ＯＮ／ＯＦＦ時やモード遷移時等のタイミングで入出力される。
【００３０】
上記疑似ノイズを作成するために入力ノイズ音をサンプリングする場合には、ゲイン制御回路４８のゲインを１（スルー状態）にし、スイッチＳＷ５１をＯＦＦ（切り）にしておいて、適応フィルタ２０に入力されたノイズ音をそのままＳＲＡＭ２１に書き込むことで実現している。また、スイッチＳＷ５１は、ノイズが間欠的に発生する場合に、ノイズ発生源となるモータが回転している時にＯＮ、停止している時にＯＦＦとすることで、ノイズ発生時にのみノイズ低減を行うようにしている。
【００３１】
本発明においては、以上述べたような回路構成をとることにより、下記のような応用ができる。
１．予め想定される複数種類のノイズ音をマイコンのＥＥＰＲＯＭに記憶しておくことで、モード遷移時や複数のモータを使用しているためにノイズ音が途中で変化する場合にもノイズ低減が可能である。
２．ピッチ信号４３に合わせてＳＲＡＭ２１のアドレス制御を可変とすることで、複数種類のモータ回転数（回転ピッチ）に依存するノイズ音低減が可能である。
【００３２】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
図１の適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂは、通常ノイズ低減時にＬＭＳアルゴリズムで動作しているため、常に実際のノイズ音と減算している疑似ノイズ音の差を最小にしようとＳＲＡＭ２１の内容を更新する。その更新周期は、例えばオーディオサンプリング周波数の３２ｋＨｚ，４４．１ｋＨｚ，４８ｋＨｚの１サンプリング毎に行う。
【００３３】
ここでＬＭＳ処理は下記の演算式によってＳＲＡＭ２１内のデータＷの更新を行う。
Ｗ（ｎ）＝Ｗ（ｎ−１）＋２μ・Ｅ（ｎ−１）・Ｘ（ｎ−１）
但し、ｎはサンプル数であり、μは更新ステップゲインで図２のゲイン制御回路４８に相当し、Ｅは残差エラー信号で図２の音声信号出力４６に相当し、Ｘは参照入力で図２のピッチ信号４３に相当する。
【００３４】
従って、本実施形態のノイズ低減装置は、電源がＯＮ状態で常時ＳＲＡＭ２１内データを最新のノイズ波形に更新し、これをメモリに記憶しているため、例えば間欠的なノイズが発生した場合においても前回の最新ノイズ波形から減算を開始でき、低減効率が良い。また電源ＯＦＦ時は、ＯＦＦ直前のノイズ波形をマイコン内ＥＥＰＲＯＭ２６に書き込んでデータを更新しておき、次に電源ＯＮされる時にＥＥＰＲＯＭ２６から再びＳＲＡＭ２１にデータを読み込んでノイズ波形を再現することで常に最新ノイズ波形から減算を開始できる。
以上のとおり、本発明においては、ノイズ低減に学習効果をもたせることができ、例えば、機器の経年時間によるノイズの変化等でもノイズ低減が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
従来の適応型フィルタによるノイズ低減方法は、実際にノイズが発生したときにそのノイズと適応型フィルタにより生成される疑似ノイズを比較して、その差であるエラー成分を再び適応型フィルタに入力して帰還ループを構成し、エラー成分が無くなるように疑似ノイズを生成するようになっているために、エラーが大きいと目標値までの引き込みに時間がかかるという難点がある。
これに対して、本発明のノイズ低減装置は、ノイズが発生した時点でメモリにサンプリングされているノイズ目標値を初期状態での疑似ノイズとして、これを入力信号から減算するようになっているために適応型フィルタによる引き込みに殆ど時間画家からないという効果がある。
【００３６】
また、本発明のノイズ低減装置は、上記の通り、予めメカノイズ信号を標本抽出して、疑似ノイズ波形として不揮発性メモリ等に記憶せしめておき、マイクから収音されるメカノイズのノイズピッチでメモリから疑似ノイズを読み出して入力信号から減算することでノイズ低減を行うようになっているため、間欠的なノイズでもすばやい低減ができ、さらにモード遷移等のノイズ変化にも対応してノイズ低減ができる。
【００３７】
さらにまた、低減動作時にＬＭＳ法（最小２乗法）で現状ノイズ波形と疑似ノイズ波形の差を修正するような学習効果をもたせることで、次回のノイズ発生時の低減効果をさらに改善できる。また、機器の経年変化によるノイズ波形変化にも対応ができる。
本発明のノイズ低減装置は、内蔵マイクと各種ノイズ音源を近接して配置できるため、今後の機器の小型化に有利である。
また、本発明のノイズ低減装置は、ディジタル処理で演算できるため、今後のシステムＬＳＩ化において有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメカノイズ低減装置の一例を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の装置の適応型フィルタ及びＳＲＡＭ部分の回路ブロック図である。
【図３】従来のメカノイズ低減装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
ＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ１Ｂ‥‥マイク、ＡＭＰ２Ａ，ＡＭＰ２Ｂ‥‥増幅器、３‥‥ＡＧＣ回路、ＡＤＣ‥‥アナログ・ディジタル変換器、２０Ａ，２０Ｂ‥‥適応型フィルタ、ＳＲＡＭ‥‥メモリ、２５‥‥マイコン、２６‥‥ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）、２８‥‥ディスクモータ
【図１】
0003823594.tif 000002
【図２】
0003823594.tif 000003
【図３】
0003823594.tif 000004