JP3994331B2 - 雑音除去装置、雑音除去方法、及び、プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音除去装置、雑音除去方法、及び、プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の受信機では、信号に含まれる雑音（ノイズ）を除去するためにノイズブランカ回路が用いられている。
ノイズブランカ回路は、コンパレータ及びゲート回路等から構成され、信号に含まれている雑音を検出し、検出した雑音が含まれている部分の信号を削除する。
【０００３】
ノイズの検出は、コンパレータを用いて、供給された信号のレベルを所定の閾値と比較することにより行われる。雑音が検出された場合、コンパレータからゲート回路にブランキングパルスが出力される。ゲート回路は、コンパレータからのブランキングパルスに応答して、信号の供給路を遮断することにより雑音が含まれている部分の信号を削除する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ノイズブランカ回路では、信号のレベルを閾値と比較して雑音を検出しているため、閾値よりも低いレベルの微弱な雑音を検出できない。
【０００５】
また、微弱な雑音を検出するために高い増幅率を有する増幅器を用いると、新たな雑音が生成されて微弱なノイズを検出できなくなる場合がある。
【０００６】
さらに、ノイズブランカ回路では、素子の特性上、ブランキングパルスにより雑音を除去するタイミングと雑音が供給されるタイミングとが一致せず、雑音を完全に除去することができない場合がある。
【０００７】
従って、本発明は、信号に含まれる雑音を確実に除去するための雑音除去装置、雑音除去方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる雑音除去装置は、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段と、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段と、
を備え、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、前記雑音除去装置は、前記第１のフィルタにより抽出された信号を遅延させる信号遅延手段を更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音除去装置は、当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタを更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音減衰手段は、（ａ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算して得られた信号と、（ｂ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算して得られた信号と、を加算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
【００１４】
本発明の第２の観点にかかる雑音除去方法は、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１の抽出工程と、
前記第１の抽出工程により抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成工程と、
前記減衰信号生成工程で生成された前記減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰工程と、
を備え、
前記減衰信号生成工程は、前記第１の抽出工程により抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
また、前記雑音除去方法は、前記第１の抽出工程により抽出された信号を遅延させる信号遅延工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記信号遅延工程により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音除去方法は、当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２の抽出工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記第２の抽出工程により抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
【００１５】
本発明の第３の観点にかかるプログラムは、コンピュータを、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段、
として機能させ、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる受信機について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態にかかる受信機は、ＳＳＢ（Single Side Band）、ＣＷ（Continuous Wave）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、及び、ＡＭ（Amplitude Modulation）等の受信機である。
【００１７】
本発明の実施の形態にかかる受信機は、図１に示すように、アンテナ１と、フロントエンド２と、ＩＦ（Intermediate Frequency）増幅器３と、検波器４と、Ａ／Ｄ変換器５と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６と、Ｄ／Ａ変換器７と、低周波増幅器８と、スピーカ９と、から構成される。
【００１８】
フロントエンド２は、アンテナ１が受信した電波を中間周波の信号に変換し、ＩＦ増幅器３に出力する。
ＩＦ増幅器３は、フロントエンド２から供給される中間周波の信号を所定の増幅率で増幅し、検波器４に供給する。
【００１９】
検波器４は、ＩＦ増幅器３から供給される信号を復調し、Ａ／Ｄ変換器５に出力する。
Ａ／Ｄ変換器５は、検波器４から供給される信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ６に出力する。
【００２０】
ＤＳＰ６は、固定小数点ＤＳＰであり、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号に含まれるノイズ（雑音）を除去し、Ｄ／Ａ変換器７に出力する。なお、ＤＳＰ６の詳しい機能的構成については後述する。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換器７は、ＤＳＰ６から供給される信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換し、低周波増幅器８に出力する。
低周波増幅器８は、Ｄ／Ａ変換器７から供給される低周波の信号を所定の増幅率で増幅し、スピーカ９に出力する。
スピーカ９は、低周波増幅器８から供給される信号に従って、音声を出力する。
【００２２】
次に、ＤＳＰ６の詳しい機能的構成について説明する。
ＤＳＰ６は、図２に示すように、バンドパスフィルタ２１と、第１演算部２２と、第１ローパスフィルタ２３と、ハイパスフィルタ２４と、第２演算部２５と、第３演算部２６と、第４演算部２７と、遅延部２８と、第１乗算部２９と、第２ローパスフィルタ３０と、第２乗算部３１と、加算部３２と、から構成され、供給される信号に含まれるノイズを除去する。
【００２３】
バンドパスフィルタ２１は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号から、イグニッションノイズなどのノイズ成分を多く含む高域周波数帯の信号を抽出するために設けられている。バンドパスフィルタ２１は、供給された信号の内、予め設定された高域周波数帯の信号を通過させ、それ以外の帯域の信号を除去する。
【００２４】
第１演算部２２は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号に、以下の数式１で表される演算処理を施す。これにより、第１演算部２２は、供給される信号の振幅変化量Ｙ１（ｎ）を所定の時間間隔で求める。
【００２５】
【数１】
Ｙ１（ｎ）＝｜Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−１）｜
【００２６】
第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２の演算結果を表す信号の振幅変化を平滑化する。具体的には、第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２から供給される信号の内、所定周波数よりも低い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数の信号を除去する。
【００２７】
ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号から、振幅変化量が所定値以下の直流成分を除去する。具体的には、ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号の内、所定周波数よりも高い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも低い周波数の信号を除去する。これにより、ノイズ以外の定常的な音声成分を負のレベルに変換する。
【００２８】
第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号から、負のレベルに変換されたノイズ以外の定常的な成分を除去する。具体的には、第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号の振幅値Ｙ２（ｎ）がゼロより小さいか否かを判別する。そして、振幅値Ｙ２（ｎ）がゼロよりも小さい（Ｙ２（ｎ）＜０）と判別した場合に、振幅値Ｙ２（ｎ）をゼロ（Ｙ２（ｎ）＝０）に設定する。これにより、バンドパスフィルタ２１を通過した高域周波数帯の信号に含まれているノイズ成分が抽出される。
【００２９】
第３演算部２６は、第２演算部２５から供給される信号に、以下の数式２で表される演算処理を施す。具体的には、第３演算部２６は、予め設定された定数αと供給される信号の振幅値Ｙ３（ｎ）との差を求める。なお、定数αは、使用する固定小数点ＤＳＰの正のフルスケール値に設定される。例えば、１６ビットの固定小数点ＤＳＰを用いる場合、αは１６進数の７ＦＦＦに設定される。
【００３０】
【数２】
Ｚ（ｎ）＝α−Ｙ３（ｎ）
【００３１】
第４演算部２７は、第３演算部２６の演算結果を表す信号を用いて、ノイズ成分を減衰させるための減衰信号を生成する。具体的には、第４演算部２７は、第３演算部２６から供給される信号の振幅値を２ｕ乗することにより、供給された信号のレベルを変化させる。なお、ｕの値は、ノイズ成分を無視できるレベルまで減衰できるように、受信機の構成及び扱う信号の種類等に応じて予め設定される。
【００３２】
遅延部２８は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号を遅延させ、第１乗算部２９に供給する。なお、遅延部２８における遅延量は、第１ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２４の処理によって生じる遅延量の和と実質的に等しくなるように予め設定されている。
【００３３】
第１乗算部２９は、第４演算部２７から供給される減衰信号と遅延部２８から供給される信号とを乗算する。これにより、高域周波数帯のノイズ振幅が圧縮され、高域周波数帯に含まれるノイズ成分が無視できるレベルまで減衰する。即ち、高域周波数帯に含まれるノイズが除去される。
【００３４】
第２ローパスフィルタ３０は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号から低域周波数帯の信号を抽出するために設けられている。第２ローパスフィルタ３０は、供給された信号の内、所定周波数よりも低い低域周波数帯の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数帯の信号を除去する。
【００３５】
第２乗算部３１は、第４演算部２７から供給される減衰信号と第２ローパスフィルタ３０から供給される信号とを乗算する。これにより、低域周波数帯のノイズ振幅が圧縮され、低域周波数帯に含まれるノイズ成分が無視できるレベルまで減衰する。即ち、低域周波数帯に含まれるノイズが除去される。
【００３６】
加算部３２は、第１乗算部２９から供給される高域周波数帯の信号と第２乗算部３１から供給される低域周波数帯の信号とを加算し、Ｄ／Ａ変換器７に出力する。
【００３７】
次に、ＤＳＰ６が行うノイズ除去動作について説明する。
外部から無線によって供給される信号は、アンテナ１、フロントエンド２、ＩＦ増幅器３、検波器４、及び、Ａ／Ｄ変換器５を介してＤＳＰ６に供給される。
【００３８】
以下では、図３に示すような、イグニッションノイズを含む入力信号４１がＤＳＰ６に入力された場合を例にとって説明する。
なお、図３に示す各波形図の縦軸はデジタル化された振幅値であり、横軸は時間である。また、ＤＳＰ６が取り扱うことができる振幅値ｘは−１≦ｘ≦１とする。入力信号４１の振幅値は、ＤＳＰ６が行う処理に余裕を持たせるために、−０．２５≦ｘ≦０．２５に制限されている。
【００３９】
ＤＳＰ６に入力された入力信号４１は、バンドパスフィルタ２１及び第２ローパスフィルタ３０に供給され、ノイズ成分を多く含む高域周波数帯の信号４２とそれ以外の低域周波数帯の信号４３とに分割される。
【００４０】
具体的には、バンドパスフィルタ２１は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される入力信号４１の内、所定の高域周波数帯の信号を通過させ、それ以外の帯域の信号を除去する。これにより、図３に示す高域周波数帯の信号４２が生成される。
【００４１】
一方、第２ローパスフィルタ３０は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される入力信号４１の内、所定周波数よりも低い低域周波数帯の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数帯の信号を除去する。これにより、図３に示す低域周波数帯の信号４３が生成される。
【００４２】
バンドパスフィルタ２１が生成した信号４２は、第１演算部２２に供給されると共に、遅延部２８を介して第１乗算部２９に供給される。
【００４３】
第１演算部２２は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号４２に上記した数式１で表される演算処理を施すことにより、供給される信号４２の振幅変化量を求める。これにより、図３に示す信号４４が生成される。
【００４４】
イグニッションノイズなどのノイズは、人間などの定常的な音声に比べて急峻な振幅変動を有する。このため、イグニッションノイズの振幅変化量は、図３に示すように、定常的な音声に比べ突出して大きい。このように、第１演算部２２の演算処理によって、ノイズと音声とを明確に区別できるようになる。
【００４５】
第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２から供給される信号４４の内、所定周波数よりも低い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数の信号を除去する。これにより、第１ローパスフィルタ２３は、図３に示すように、信号４４の振幅変化を平滑化した信号４５を生成する。このように、振幅変化を平滑化することにより、信号４５からイグニッションノイズ以外の音声成分を除去しやすくなる。
【００４６】
ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号４５の内、所定周波数よりも高い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも低い周波数の信号を除去する。これにより、図３に示す信号４６が生成される。
【００４７】
続いて、第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号４６に含まれる負の成分を除去（Ｙ２（ｎ）＝０）する。これにより、第２演算部２５は、供給された信号４６からイグニッションノイズの成分を抽出する。この結果、図３に示す信号４７が生成される。
【００４８】
そして、第３演算部２６は、第２演算部２５から供給される信号４７に上記した数式２で表される演算処理を施す。これにより、図３に示す信号４８が生成される。
【００４９】
続いて、第４演算部２７は、第３演算部２６から供給される信号４８の振幅値を２ｕ乗する。これにより、第４演算部２７は、信号４８の振幅値を変化させ、図３に示す減衰信号４９を生成する。
【００５０】
例えばｕ＝４に設定した場合、入力信号４１の取り得る最大振幅値０．２５に近い振幅値を有するイグニッションノイズは、約１／１２の振幅値まで圧縮することができる。
【００５１】
そして、第１乗算部２９は、第４演算部２７が生成した減衰信号４９と遅延部２８が遅延させた信号４２とを乗算し、信号４２に含まれているイグニッションノイズの成分を減衰させる。
【００５２】
また、第２乗算部３１は、第４演算部２７が生成した減衰信号４９と第２ローパスフィルタ３０が生成した信号４３とを乗算し、信号４３に含まれているイグニッションノイズの成分を減衰させる。
【００５３】
そして、加算部３２は、第１乗算部２９から供給されるイグニッションノイズが除去された高域周波数帯の信号と、第２乗算部３１から供給されるイグニッションノイズが除去された低域周波数帯の信号と、を加算する。これにより、加算部３２は、入力信号４１からイグニッションノイズが除去された信号５０を生成する。
【００５４】
以上のようにしてノイズ成分が除去された信号５０は、Ｄ／Ａ変換器７によってアナログ信号に変換された後、低周波増幅器８を介してスピーカ９に供給され、音声として出力される。
【００５５】
上記したように、ノイズ成分を除去するための減衰信号４９は、信号４２に含まれているノイズから生成されたものである。このため、減衰信号４９のレベルは、信号４２に含まれているノイズのレベルに応じて変化する。その結果、イグニッションノイズの成分のみを効率よく確実に減衰させることができる。言い換えると、ノイズ以外の音声は除去されないので、音声の明瞭度を低下させることがない。
【００５６】
また、信号４２の振幅変化量を求めることによってノイズを抽出するため、微弱なノイズも抽出することができる。これにより、微弱なノイズも確実に減衰させることができる。
【００５７】
さらに、ノイズを除去するための処理はＤＳＰ６上で行われるので、ノイズを除去するタイミングがずれてしまうことがなく、確実にノイズを除去することができる。
【００５８】
なお、ＤＳＰ６は、図４に示すように、第２遅延部３３をさらに備えてもよい。第２遅延部３３は、第２ローパスフィルタ３０が生成する低域周波数帯の信号４３を遅延させ、第２乗算部３１に出力する。なお、第２遅延部３３における遅延量は、第１ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２４の処理によって生じる遅延量の和と実質的に等しくなるように予め設定される。これにより、低域周波数帯の信号４３に含まれるノイズ成分と減衰信号４９のパルスとのタイミングがより一致し、より確実にノイズを除去することができる。
【００５９】
また、本発明の装置は、専用の装置を用いる必要はなく、通常のコンピュータにより実現することができる。例えば、コンピュータに上記した各処理を実行させるためのプログラム及びデータを記録媒体（ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、及び、半導体メモリ等）に記録して配布し、これをインストールしてＯＳ上で実行することにより、この発明の装置を実現できる。また、上記プログラム及びデータは、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、コンピュータに、例えば搬送波に重畳してダウンロード等するものとしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、信号に含まれる雑音を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる受信機の構成図である。
【図２】図１の受信機を構成するＤＳＰの構成図である。
【図３】図２のＤＳＰを構成する各部が生成する信号の波形図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる受信機の他の構成図である。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ フロントエンド
３ ＩＦ増幅器
４ 検波器
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ＤＳＰ
７ Ｄ／Ａ変換器
８ 低周波増幅器
９ スピーカ
２１ バンドパスフィルタ
２２ 第１演算部
２３ 第１ローパスフィルタ
２４ ハイパスフィルタ
２５ 第２演算部
２６ 第３演算部
２７ 第４演算部
２８ 遅延部
２９ 第１乗算部
３０ 第２ローパスフィルタ
３１ 第２乗算部
３２ 加算部
３３ 第２遅延部
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音除去装置、雑音除去方法、及び、プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の受信機では、信号に含まれる雑音（ノイズ）を除去するためにノイズブランカ回路が用いられている。
ノイズブランカ回路は、コンパレータ及びゲート回路等から構成され、信号に含まれている雑音を検出し、検出した雑音が含まれている部分の信号を削除する。
【０００３】
ノイズの検出は、コンパレータを用いて、供給された信号のレベルを所定の閾値と比較することにより行われる。雑音が検出された場合、コンパレータからゲート回路にブランキングパルスが出力される。ゲート回路は、コンパレータからのブランキングパルスに応答して、信号の供給路を遮断することにより雑音が含まれている部分の信号を削除する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ノイズブランカ回路では、信号のレベルを閾値と比較して雑音を検出しているため、閾値よりも低いレベルの微弱な雑音を検出できない。
【０００５】
また、微弱な雑音を検出するために高い増幅率を有する増幅器を用いると、新たな雑音が生成されて微弱なノイズを検出できなくなる場合がある。
【０００６】
さらに、ノイズブランカ回路では、素子の特性上、ブランキングパルスにより雑音を除去するタイミングと雑音が供給されるタイミングとが一致せず、雑音を完全に除去することができない場合がある。
【０００７】
従って、本発明は、信号に含まれる雑音を確実に除去するための雑音除去装置、雑音除去方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる雑音除去装置は、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段と、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段と、
を備え、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、前記雑音除去装置は、前記第１のフィルタにより抽出された信号を遅延させる信号遅延手段を更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音除去装置は、当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタを更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音減衰手段は、（ａ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算して得られた信号と、（ｂ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算して得られた信号と、を加算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
【００１４】
本発明の第２の観点にかかる雑音除去方法は、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１の抽出工程と、
前記第１の抽出工程により抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成工程と、
前記減衰信号生成工程で生成された前記減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰工程と、
を備え、
前記減衰信号生成工程は、前記第１の抽出工程により抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
また、前記雑音除去方法は、前記第１の抽出工程により抽出された信号を遅延させる信号遅延工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記信号遅延工程により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
また、前記雑音除去方法は、当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２の抽出工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記第２の抽出工程により抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させてもよい。
【００１５】
本発明の第３の観点にかかるプログラムは、コンピュータを、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段、
として機能させ、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる受信機について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態にかかる受信機は、ＳＳＢ（Single Side Band）、ＣＷ（Continuous Wave）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、及び、ＡＭ（Amplitude Modulation）等の受信機である。
【００１７】
本発明の実施の形態にかかる受信機は、図１に示すように、アンテナ１と、フロントエンド２と、ＩＦ（Intermediate Frequency）増幅器３と、検波器４と、Ａ／Ｄ変換器５と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６と、Ｄ／Ａ変換器７と、低周波増幅器８と、スピーカ９と、から構成される。
【００１８】
フロントエンド２は、アンテナ１が受信した電波を中間周波の信号に変換し、ＩＦ増幅器３に出力する。
ＩＦ増幅器３は、フロントエンド２から供給される中間周波の信号を所定の増幅率で増幅し、検波器４に供給する。
【００１９】
検波器４は、ＩＦ増幅器３から供給される信号を復調し、Ａ／Ｄ変換器５に出力する。
Ａ／Ｄ変換器５は、検波器４から供給される信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ６に出力する。
【００２０】
ＤＳＰ６は、固定小数点ＤＳＰであり、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号に含まれるノイズ（雑音）を除去し、Ｄ／Ａ変換器７に出力する。なお、ＤＳＰ６の詳しい機能的構成については後述する。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換器７は、ＤＳＰ６から供給される信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換し、低周波増幅器８に出力する。
低周波増幅器８は、Ｄ／Ａ変換器７から供給される低周波の信号を所定の増幅率で増幅し、スピーカ９に出力する。
スピーカ９は、低周波増幅器８から供給される信号に従って、音声を出力する。
【００２２】
次に、ＤＳＰ６の詳しい機能的構成について説明する。
ＤＳＰ６は、図２に示すように、バンドパスフィルタ２１と、第１演算部２２と、第１ローパスフィルタ２３と、ハイパスフィルタ２４と、第２演算部２５と、第３演算部２６と、第４演算部２７と、遅延部２８と、第１乗算部２９と、第２ローパスフィルタ３０と、第２乗算部３１と、加算部３２と、から構成され、供給される信号に含まれるノイズを除去する。
【００２３】
バンドパスフィルタ２１は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号から、イグニッションノイズなどのノイズ成分を多く含む高域周波数帯の信号を抽出するために設けられている。バンドパスフィルタ２１は、供給された信号の内、予め設定された高域周波数帯の信号を通過させ、それ以外の帯域の信号を除去する。
【００２４】
第１演算部２２は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号に、以下の数式１で表される演算処理を施す。これにより、第１演算部２２は、供給される信号の振幅変化量Ｙ１（ｎ）を所定の時間間隔で求める。
【００２５】
【数１】
Ｙ１（ｎ）＝｜Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−１）｜
【００２６】
第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２の演算結果を表す信号の振幅変化を平滑化する。具体的には、第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２から供給される信号の内、所定周波数よりも低い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数の信号を除去する。
【００２７】
ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号から、振幅変化量が所定値以下の直流成分を除去する。具体的には、ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号の内、所定周波数よりも高い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも低い周波数の信号を除去する。これにより、ノイズ以外の定常的な音声成分を負のレベルに変換する。
【００２８】
第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号から、負のレベルに変換されたノイズ以外の定常的な成分を除去する。具体的には、第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号の振幅値Ｙ２（ｎ）がゼロより小さいか否かを判別する。そして、振幅値Ｙ２（ｎ）がゼロよりも小さい（Ｙ２（ｎ）＜０）と判別した場合に、振幅値Ｙ２（ｎ）をゼロ（Ｙ２（ｎ）＝０）に設定する。これにより、バンドパスフィルタ２１を通過した高域周波数帯の信号に含まれているノイズ成分が抽出される。
【００２９】
第３演算部２６は、第２演算部２５から供給される信号に、以下の数式２で表される演算処理を施す。具体的には、第３演算部２６は、予め設定された定数αと供給される信号の振幅値Ｙ３（ｎ）との差を求める。なお、定数αは、使用する固定小数点ＤＳＰの正のフルスケール値に設定される。例えば、１６ビットの固定小数点ＤＳＰを用いる場合、αは１６進数の７ＦＦＦに設定される。
【００３０】
【数２】
Ｚ（ｎ）＝α−Ｙ３（ｎ）
【００３１】
第４演算部２７は、第３演算部２６の演算結果を表す信号を用いて、ノイズ成分を減衰させるための減衰信号を生成する。具体的には、第４演算部２７は、第３演算部２６から供給される信号の振幅値を２ｕ乗することにより、供給された信号のレベルを変化させる。なお、ｕの値は、ノイズ成分を無視できるレベルまで減衰できるように、受信機の構成及び扱う信号の種類等に応じて予め設定される。
【００３２】
遅延部２８は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号を遅延させ、第１乗算部２９に供給する。なお、遅延部２８における遅延量は、第１ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２４の処理によって生じる遅延量の和と実質的に等しくなるように予め設定されている。
【００３３】
第１乗算部２９は、第４演算部２７から供給される減衰信号と遅延部２８から供給される信号とを乗算する。これにより、高域周波数帯のノイズ振幅が圧縮され、高域周波数帯に含まれるノイズ成分が無視できるレベルまで減衰する。即ち、高域周波数帯に含まれるノイズが除去される。
【００３４】
第２ローパスフィルタ３０は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される信号から低域周波数帯の信号を抽出するために設けられている。第２ローパスフィルタ３０は、供給された信号の内、所定周波数よりも低い低域周波数帯の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数帯の信号を除去する。
【００３５】
第２乗算部３１は、第４演算部２７から供給される減衰信号と第２ローパスフィルタ３０から供給される信号とを乗算する。これにより、低域周波数帯のノイズ振幅が圧縮され、低域周波数帯に含まれるノイズ成分が無視できるレベルまで減衰する。即ち、低域周波数帯に含まれるノイズが除去される。
【００３６】
加算部３２は、第１乗算部２９から供給される高域周波数帯の信号と第２乗算部３１から供給される低域周波数帯の信号とを加算し、Ｄ／Ａ変換器７に出力する。
【００３７】
次に、ＤＳＰ６が行うノイズ除去動作について説明する。
外部から無線によって供給される信号は、アンテナ１、フロントエンド２、ＩＦ増幅器３、検波器４、及び、Ａ／Ｄ変換器５を介してＤＳＰ６に供給される。
【００３８】
以下では、図３に示すような、イグニッションノイズを含む入力信号４１がＤＳＰ６に入力された場合を例にとって説明する。
なお、図３に示す各波形図の縦軸はデジタル化された振幅値であり、横軸は時間である。また、ＤＳＰ６が取り扱うことができる振幅値ｘは−１≦ｘ≦１とする。入力信号４１の振幅値は、ＤＳＰ６が行う処理に余裕を持たせるために、−０．２５≦ｘ≦０．２５に制限されている。
【００３９】
ＤＳＰ６に入力された入力信号４１は、バンドパスフィルタ２１及び第２ローパスフィルタ３０に供給され、ノイズ成分を多く含む高域周波数帯の信号４２とそれ以外の低域周波数帯の信号４３とに分割される。
【００４０】
具体的には、バンドパスフィルタ２１は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される入力信号４１の内、所定の高域周波数帯の信号を通過させ、それ以外の帯域の信号を除去する。これにより、図３に示す高域周波数帯の信号４２が生成される。
【００４１】
一方、第２ローパスフィルタ３０は、Ａ／Ｄ変換器５から供給される入力信号４１の内、所定周波数よりも低い低域周波数帯の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数帯の信号を除去する。これにより、図３に示す低域周波数帯の信号４３が生成される。
【００４２】
バンドパスフィルタ２１が生成した信号４２は、第１演算部２２に供給されると共に、遅延部２８を介して第１乗算部２９に供給される。
【００４３】
第１演算部２２は、バンドパスフィルタ２１から供給される信号４２に上記した数式１で表される演算処理を施すことにより、供給される信号４２の振幅変化量を求める。これにより、図３に示す信号４４が生成される。
【００４４】
イグニッションノイズなどのノイズは、人間などの定常的な音声に比べて急峻な振幅変動を有する。このため、イグニッションノイズの振幅変化量は、図３に示すように、定常的な音声に比べ突出して大きい。このように、第１演算部２２の演算処理によって、ノイズと音声とを明確に区別できるようになる。
【００４５】
第１ローパスフィルタ２３は、第１演算部２２から供給される信号４４の内、所定周波数よりも低い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも高い周波数の信号を除去する。これにより、第１ローパスフィルタ２３は、図３に示すように、信号４４の振幅変化を平滑化した信号４５を生成する。このように、振幅変化を平滑化することにより、信号４５からイグニッションノイズ以外の音声成分を除去しやすくなる。
【００４６】
ハイパスフィルタ２４は、第１ローパスフィルタ２３から供給される信号４５の内、所定周波数よりも高い周波数の信号を通過させ、所定周波数よりも低い周波数の信号を除去する。これにより、図３に示す信号４６が生成される。
【００４７】
続いて、第２演算部２５は、ハイパスフィルタ２４から供給される信号４６に含まれる負の成分を除去（Ｙ２（ｎ）＝０）する。これにより、第２演算部２５は、供給された信号４６からイグニッションノイズの成分を抽出する。この結果、図３に示す信号４７が生成される。
【００４８】
そして、第３演算部２６は、第２演算部２５から供給される信号４７に上記した数式２で表される演算処理を施す。これにより、図３に示す信号４８が生成される。
【００４９】
続いて、第４演算部２７は、第３演算部２６から供給される信号４８の振幅値を２ｕ乗する。これにより、第４演算部２７は、信号４８の振幅値を変化させ、図３に示す減衰信号４９を生成する。
【００５０】
例えばｕ＝４に設定した場合、入力信号４１の取り得る最大振幅値０．２５に近い振幅値を有するイグニッションノイズは、約１／１２の振幅値まで圧縮することができる。
【００５１】
そして、第１乗算部２９は、第４演算部２７が生成した減衰信号４９と遅延部２８が遅延させた信号４２とを乗算し、信号４２に含まれているイグニッションノイズの成分を減衰させる。
【００５２】
また、第２乗算部３１は、第４演算部２７が生成した減衰信号４９と第２ローパスフィルタ３０が生成した信号４３とを乗算し、信号４３に含まれているイグニッションノイズの成分を減衰させる。
【００５３】
そして、加算部３２は、第１乗算部２９から供給されるイグニッションノイズが除去された高域周波数帯の信号と、第２乗算部３１から供給されるイグニッションノイズが除去された低域周波数帯の信号と、を加算する。これにより、加算部３２は、入力信号４１からイグニッションノイズが除去された信号５０を生成する。
【００５４】
以上のようにしてノイズ成分が除去された信号５０は、Ｄ／Ａ変換器７によってアナログ信号に変換された後、低周波増幅器８を介してスピーカ９に供給され、音声として出力される。
【００５５】
上記したように、ノイズ成分を除去するための減衰信号４９は、信号４２に含まれているノイズから生成されたものである。このため、減衰信号４９のレベルは、信号４２に含まれているノイズのレベルに応じて変化する。その結果、イグニッションノイズの成分のみを効率よく確実に減衰させることができる。言い換えると、ノイズ以外の音声は除去されないので、音声の明瞭度を低下させることがない。
【００５６】
また、信号４２の振幅変化量を求めることによってノイズを抽出するため、微弱なノイズも抽出することができる。これにより、微弱なノイズも確実に減衰させることができる。
【００５７】
さらに、ノイズを除去するための処理はＤＳＰ６上で行われるので、ノイズを除去するタイミングがずれてしまうことがなく、確実にノイズを除去することができる。
【００５８】
なお、ＤＳＰ６は、図４に示すように、第２遅延部３３をさらに備えてもよい。第２遅延部３３は、第２ローパスフィルタ３０が生成する低域周波数帯の信号４３を遅延させ、第２乗算部３１に出力する。なお、第２遅延部３３における遅延量は、第１ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２４の処理によって生じる遅延量の和と実質的に等しくなるように予め設定される。これにより、低域周波数帯の信号４３に含まれるノイズ成分と減衰信号４９のパルスとのタイミングがより一致し、より確実にノイズを除去することができる。
【００５９】
また、本発明の装置は、専用の装置を用いる必要はなく、通常のコンピュータにより実現することができる。例えば、コンピュータに上記した各処理を実行させるためのプログラム及びデータを記録媒体（ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、及び、半導体メモリ等）に記録して配布し、これをインストールしてＯＳ上で実行することにより、この発明の装置を実現できる。また、上記プログラム及びデータは、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、コンピュータに、例えば搬送波に重畳してダウンロード等するものとしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、信号に含まれる雑音を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる受信機の構成図である。
【図２】図１の受信機を構成するＤＳＰの構成図である。
【図３】図２のＤＳＰを構成する各部が生成する信号の波形図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる受信機の他の構成図である。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ フロントエンド
３ ＩＦ増幅器
４ 検波器
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ＤＳＰ
７ Ｄ／Ａ変換器
８ 低周波増幅器
９ スピーカ
２１ バンドパスフィルタ
２２ 第１演算部
２３ 第１ローパスフィルタ
２４ ハイパスフィルタ
２５ 第２演算部
２６ 第３演算部
２７ 第４演算部
２８ 遅延部
２９ 第１乗算部
３０ 第２ローパスフィルタ
３１ 第２乗算部
３２ 加算部
３３ 第２遅延部
Claims (8)
- 外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段と、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段と、
を備え、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、
ことを特徴とする雑音除去装置。 - 前記第１のフィルタにより抽出された信号を遅延させる信号遅延手段を更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の雑音除去装置。 - 当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタを更に備え、
前記雑音減衰手段は、前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の雑音除去装置。 - 前記雑音減衰手段は、
（ａ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記信号遅延手段により遅延された信号とを乗算して得られた信号と、
（ｂ）前記減衰信号生成手段により生成された減衰信号と、前記第２のフィルタにより抽出された信号とを乗算して得られた信号と、
を加算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の雑音除去装置。 - 外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１の抽出工程と、
前記第１の抽出工程により抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成工程と、
前記減衰信号生成工程で生成された前記減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰工程と、
を備え、
前記減衰信号生成工程は、前記第１の抽出工程により抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、
ことを特徴とする雑音除去方法。 - 前記第１の抽出工程により抽出された信号を遅延させる信号遅延工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記信号遅延工程により遅延された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の雑音除去方法。 - 当該外部信号から当該所定周波数より低い周波数帯域の信号を抽出する第２の抽出工程を更に備え、
前記雑音減衰工程は、前記減衰信号生成工程により生成された減衰信号と、前記第２の抽出工程により抽出された信号とを乗算することにより、当該外部信号から当該雑音を減衰させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の雑音除去方法。 - コンピュータを、
外部から供給される外部信号から、所定周波数より高い周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ、
前記第１のフィルタにより抽出された信号に基づいて、当該外部信号に含まれる雑音を減衰させるための減衰信号を生成する減衰信号生成手段、
前記減衰信号生成手段により生成された当該減衰信号を用いて、当該外部信号から雑音を減衰させる雑音減衰手段、
として機能させ、
前記減衰信号生成手段は、前記第１のフィルタにより抽出された信号の単位時間あたりの振幅変化量を計算し、前記計算された振幅変化量が所定値以下の成分を前記抽出された信号から除去し、前記除去されて得られた信号のうち振幅値がゼロより小さい信号をゼロにする、ことにより得られた信号と、所定の定数と、の差を計算し、当該差に基づいて当該減衰信号を生成する、
ことを特徴とするプログラム。
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