JP5985306B2

JP5985306B2 - Noise reduction apparatus and noise reduction method

Info

Publication number: JP5985306B2
Application number: JP2012186094A
Authority: JP
Inventors: 橋本　武志; 武志橋本; 哲生渡邉; 藤田　康弘; 康弘藤田; 一智福江
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP2014044281A

Description

本発明は雑音低減装置および雑音低減方法に関し、より詳細には、スペクトルサブトラクション法のように、音声区間検出や雑音レベル推定などの処理を行うことなく、入力された信号から雑音の低減を行うことが可能な雑音低減装置および雑音低減方法に関する。 The present invention relates to a noise reduction apparatus and a noise reduction method, and more particularly, to reduce noise from an input signal without performing processing such as speech segment detection or noise level estimation as in the spectral subtraction method. The present invention relates to a noise reduction device and a noise reduction method capable of performing the above.

今日では、携帯電話等の普及により、屋外で通話を行うことが多くなっている。また、車両においても運転をしながら通話ができるようにハンズフリー装置が広く用いられている。屋外で通話を行う場合や、車内で通話を行う場合には、集音時に雑音（ノイズ）が混入してしまうおそれがあった。このため、今日では、雑音が混入された音の中から雑音の低減を行うことにより、音声の質の向上を実現するための様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。 Today, with the spread of mobile phones and the like, telephone calls are often made outdoors. Also, hands-free devices are widely used so that calls can be made while driving in vehicles. When a call is made outdoors or when a call is made in a car, noise may be mixed during sound collection. For this reason, various techniques for improving the quality of speech by reducing noise from the sound mixed with noise have been proposed today (for example, Patent Document 1 and Patent Document 1). 2).

これらの雑音低減技術では、スペクトルサブトラクション法を用いるものが多い。スペクトルサブトラクション法とは、入力された信号から音声区間を検出した後に、音声区間以外の信号を用いて雑音レベルの推定を行い、さらに、入力された信号から推定した雑音を減算することにより、雑音の低減を図る方法である。 Many of these noise reduction techniques use the spectral subtraction method. Spectral subtraction is a method of detecting a speech segment from an input signal, estimating the noise level using a signal other than the speech segment, and subtracting the estimated noise from the input signal. It is a method of aiming at reduction.

特開２００４−５３９６５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-53965 国際公開第２００６／１２３７２１号International Publication No. 2006/123721

しかしながら、スペクトルサブトラクション法は、音声に対して雑音レベルが小さい場合（ＳＮＲ（Signal to Noise ratio：Ｓ／Ｎ比）が大きい状態）にその効果が高いものであり、ＳＮＲが低い場合、つまり、雑音レベルが高い場合には、音声と雑音との識別が困難になる傾向があった。 However, the spectral subtraction method is highly effective when the noise level is low with respect to speech (in a state where the signal to noise ratio (SNR) is large), and when the SNR is low, that is, noise. When the level is high, it tends to be difficult to distinguish between speech and noise.

また、音声が連続して発話されている場合には、スペクトルサブトラクション法を用いて雑音レベルの推定を行うことが困難であり、十分な雑音の低減効果を得ることが容易ではなかった。 In addition, when speech is continuously spoken, it is difficult to estimate the noise level using the spectral subtraction method, and it is not easy to obtain a sufficient noise reduction effect.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スペクトルサブトラクション法のように、音声区間を検出したり、雑音レベルを推定したりすることなく、低ＳＮＲ環境（雑音レベルが高い環境）や連続発話が続く場合であっても、十分な雑音の低減効果を得ることが可能な雑音低減装置および雑音低減方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and does not detect a speech section or estimate a noise level, unlike a spectral subtraction method, and can provide a low SNR environment (an environment with a high noise level), It is an object of the present invention to provide a noise reduction device and a noise reduction method capable of obtaining a sufficient noise reduction effect even when continuous speech continues.

上記課題を解決するために、本発明に係る雑音低減装置は、入力信号に対してフーリエ変換処理を施すことにより、入力信号を周波数スペクトル毎に周波数領域の信号へ変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換手段によりフーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号に対して微分処理を行う第一微分処理手段と、該第一微分処理手段により微分処理された信号のマイナス側の振幅を０に制限することにより雑音制御信号を生成する第一リミッタ手段と、前記フーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号から、前記雑音制御信号を減算することにより、差分信号を算出する減算手段と、該減算手段により算出された前記差分信号に対して、微分処理を行う第二微分処理手段と、該第二微分処理手段により微分処理された信号のマイナス側の振幅を０に制限する第二リミッタ手段と、該第二リミッタ手段により振幅が制限された信号のゲイン調整を行うことにより補正信号を生成するゲイン手段と、該ゲイン手段により生成された前記補正信号を、前記第一リミッタ手段により生成された前記雑音制御信号に合成する合成手段と、該合成手段により合成された信号と、前記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された信号のうち位相スペクトルに該当する信号とを用いて、逆フーリエ変換処理を施すことにより、時間領域の出力信号を生成する逆フーリエ変換手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a noise reduction device according to the present invention performs a Fourier transform process on an input signal, thereby transforming the input signal into a frequency domain signal for each frequency spectrum, and First differential processing means for performing differential processing on a signal corresponding to an amplitude spectrum among signals subjected to Fourier transform by the Fourier transform means, and the negative amplitude of the signal subjected to differential processing by the first differential processing means is 0. A first limiter for generating a noise control signal by limiting to a subtractor for calculating a difference signal by subtracting the noise control signal from a signal corresponding to an amplitude spectrum of the Fourier transformed signal A second differential processing means for performing differential processing on the difference signal calculated by the subtracting means, and the second differential processing means. Second limiter means for limiting the negative amplitude of the differentiated signal to zero, gain means for generating a correction signal by performing gain adjustment of the signal whose amplitude is limited by the second limiter, and The correction signal generated by the gain means is combined with the noise control signal generated by the first limiter means, the signal synthesized by the synthesis means, and the Fourier transform by the Fourier transform means. Inverse Fourier transform means for generating an output signal in the time domain by performing inverse Fourier transform processing using a signal corresponding to a phase spectrum among signals is provided.

また、本発明に係る雑音低減装置の雑音低減方法は、入力信号に対してフーリエ変換処理を施すことにより、フーリエ変換手段が、入力信号を周波数スペクトル毎に周波数領域の信号へ変換するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップにおいてフーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号に対して、第一微分処理手段が微分処理を行う第一微分処理ステップと、該第一微分処理ステップにおいて微分処理された信号のマイナス側の振幅を、第一リミッタ手段が０に制限することにより雑音制御信号を生成する第一リミッタステップと、前記フーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号から、前記雑音制御信号を減算することにより、減算手段が差分信号を算出する減算ステップと、該減算ステップにおいて算出された前記差分信号に対して、第二微分処理手段が微分処理を行う第二微分処理ステップと、該第二微分処理ステップにおいて微分処理された信号のマイナス側の振幅を、第二リミッタ手段が０に制限する第二リミッタステップと、該第二リミッタステップにおいて振幅が制限された信号のゲイン調整を行うことにより、ゲイン手段が補正信号を生成するゲイン調整ステップと、該ゲイン調整ステップにおいて生成された前記補正信号を、合成手段が、前記第一リミッタステップにおいて生成された前記雑音制御信号に合成する合成ステップと、該合成ステップにおいて合成された信号と、前記フーリエ変換ステップにおいてフーリエ変換された信号のうち位相スペクトルに該当する信号とを用いて、逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換処理を施すことにより、時間領域の出力信号を生成する逆フーリエ変換ステップとを備えることを特徴とする。 The noise reduction method of the noise reduction apparatus according to the present invention includes a Fourier transform step in which Fourier transform means transforms an input signal into a frequency domain signal for each frequency spectrum by performing a Fourier transform process on the input signal. A first differential processing step in which a first differential processing means performs differential processing on the signal corresponding to the amplitude spectrum among the signals subjected to Fourier transform in the Fourier transform step, and differential processing in the first differential processing step A first limiter step of generating a noise control signal by limiting the amplitude of the negative side of the generated signal to 0 by the first limiter means, and from the signal corresponding to the amplitude spectrum of the Fourier transformed signal, By subtracting the noise control signal, the subtraction means calculates a difference signal, and the subtraction step. A second differentiation processing step in which the second differentiation processing means performs a differentiation process on the difference signal calculated in step (2), and a negative amplitude of the signal subjected to the differentiation processing in the second differentiation processing step. A second limiter step in which the means limits to 0, a gain adjustment step in which the gain means generates a correction signal by performing gain adjustment of the signal whose amplitude is limited in the second limiter step, and in the gain adjustment step A synthesis unit synthesizes the generated correction signal with the noise control signal generated in the first limiter step, a signal synthesized in the synthesis step, and a Fourier transform in the Fourier transformation step. The inverse Fourier transform means uses the signal corresponding to the phase spectrum among the received signals. By performing Rie conversion process, characterized by an inverse Fourier transform step of generating an output signal in the time domain.

本発明に係る雑音低減装置および雑音低減方法では、第一微分処理手段が、フーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号に対して微分処理を行うことによって、定常成分、つまり、ＤＣ（Direct Current）成分を抑制することが可能となる。一般的に、雑音は、入力信号に対して定常的に存在する場合が多いため、入力信号における定常成分を抑制することにより、雑音の低減を図ることが可能となる。 In the noise reduction device and the noise reduction method according to the present invention, the first differential processing means performs differential processing on the signal corresponding to the amplitude spectrum among the signals subjected to Fourier transform, thereby obtaining a stationary component, that is, DC ( Direct Current) component can be suppressed. In general, noise often exists steadily with respect to an input signal. Therefore, noise can be reduced by suppressing a stationary component in the input signal.

さらに、本発明に係る雑音低減装置および雑音低減方法では、フーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号から、雑音制御信号を減算することにより差分信号を算出する。このようにして算出された差分信号は、入力信号から雑音制御信号が減算された信号であるため、雑音制御信号を生成するための微分処理により抑制されてしまった雑音以外の成分が含まれた信号に該当する。このため、第二微分処理手段が、差分信号に対して微分処理を行うことによって、差分信号における定常的な雑音を抑制しつつ、微分処理により抑制されてしまった雑音以外の成分の信号を補正信号として求める（抽出する）ことができる。 Furthermore, in the noise reduction device and the noise reduction method according to the present invention, the difference signal is calculated by subtracting the noise control signal from the signal corresponding to the amplitude spectrum of the Fourier transformed signal. Since the difference signal calculated in this way is a signal obtained by subtracting the noise control signal from the input signal, it contains components other than noise that has been suppressed by the differentiation process for generating the noise control signal. Corresponds to the signal. For this reason, the second differential processing means corrects the signal of components other than noise that has been suppressed by the differential processing while suppressing stationary noise in the differential signal by performing differential processing on the differential signal. It can be obtained (extracted) as a signal.

そして、雑音制御信号に対して補正信号を合成することにより、微分処理により抑制されてしまった雑音以外の成分を、雑音制御信号に付加することができるので、最適に雑音が低減され、所望の信号成分に対しては影響を及ぼさない雑音低減処理を行うことが可能となる。 Then, by synthesizing the correction signal with the noise control signal, components other than the noise that has been suppressed by the differentiation process can be added to the noise control signal. It is possible to perform noise reduction processing that does not affect signal components.

さらに、本発明に係る雑音低減装置および雑音低減方法では、雑音を推定するのではなく、ＤＣ成分の定常性のある雑音を直接除去することができるので、従来のようにスペクトルサブトラクション法を使う必要がない。 Furthermore, in the noise reduction apparatus and the noise reduction method according to the present invention, it is possible to directly remove the stationary noise of the DC component instead of estimating the noise, and thus it is necessary to use the spectral subtraction method as in the conventional case. There is no.

また、上述した雑音低減装置は、前記第二微分処理手段において微分処理を行う制御時間Ｔ２を、前記第一微分処理手段において微分処理を行う制御時間Ｔ１に比べて、２倍から３倍長い時間に設定するものであってもよい。 In the above-described noise reduction apparatus, the control time T2 for performing the differentiation process in the second differentiation processing unit is two to three times longer than the control time T1 for performing the differentiation process in the first differentiation processing unit. It may be set to.

さらに、上述した雑音低減装置の雑音低減方法は、前記第二微分処理ステップにおいて前記第二微分処理手段が微分処理を行う制御時間Ｔ２を、前記第一微分処理ステップにおいて前記第一微分処理手段が微分処理を行う制御時間Ｔ１に比べて、２倍から３倍長い時間に設定するものであってもよい。 Furthermore, in the noise reduction method of the noise reduction device described above, the control time T2 in which the second differentiation processing means performs differentiation processing in the second differentiation processing step, and the first differentiation processing means in the first differentiation processing step. The time may be set to be 2 to 3 times longer than the control time T1 for performing the differentiation process.

第二微分処理手段において微分処理を行う制御時間Ｔ２を、前記第一微分処理手段において微分処理を行う制御時間Ｔ１に比べて、２倍から３倍長い時間に設定することにより、第二微分処理手段では第一微分処理手段に比べて緩やかに変化する信号を補正信号として抽出することができ、制御時間が短い第一微分処理手段では十分に抽出することができなかった雑音以外の成分の信号を補正信号に含めることが可能となる。このため、最適に雑音が低減され、所望の信号成分に対しては影響を及ぼさない雑音低減処理を行うことが可能となる。 By setting the control time T2 for performing differential processing in the second differential processing means to a time two to three times longer than the control time T1 for performing differential processing in the first differential processing means, the second differential processing is performed. The signal can be extracted as a correction signal as a correction signal in comparison with the first differential processing means, and the signal of components other than noise that could not be sufficiently extracted by the first differential processing means with a short control time Can be included in the correction signal. For this reason, noise can be reduced optimally, and noise reduction processing that does not affect the desired signal component can be performed.

また、上述した雑音低減装置は、前記逆フーリエ変換により生成された出力信号と、前記入力信号との出力レベルのレベル差を求める比較手段を備え、前記ゲイン手段は、前記比較手段により求められたレベル差に基づいて、ゲイン調整量の設定を行うものであってもよい。 In addition, the noise reduction device described above includes a comparison unit that obtains a level difference between an output signal generated by the inverse Fourier transform and the input signal, and the gain unit is obtained by the comparison unit. The gain adjustment amount may be set based on the level difference.

さらに、上述した雑音低減装置の雑音低減方法は、前記逆フーリエ変換により生成された出力信号と、前記入力信号との出力レベルのレベル差を、比較手段が求める比較ステップを備え、前記ゲイン調整ステップにおいて、前記ゲイン手段が前記比較手段により求められたレベル差に基づいて、ゲイン調整量の設定を行うものであってもよい。 Furthermore, the noise reduction method of the noise reduction apparatus described above further includes a comparison step in which a comparison unit obtains a level difference between the output signal generated by the inverse Fourier transform and the input signal, and the gain adjustment step The gain unit may set the gain adjustment amount based on the level difference obtained by the comparison unit.

このように、出力信号と入力信号とのゲイン差に基づいてゲイン設定の調整を行うことにより、雑音が低減された出力信号の質の向上を図り、最適に雑音の低減を行うことが可能になる。具体的には、ゲイン差が小さくなるようにゲイン設定の調整を行うことにより、入力信号に対する出力信号のゲインの調整を行い、出力信号の質の向上を図ることが可能になる。 In this way, by adjusting the gain setting based on the gain difference between the output signal and the input signal, it is possible to improve the quality of the output signal with reduced noise and optimally reduce the noise. Become. Specifically, by adjusting the gain setting so that the gain difference becomes small, it is possible to adjust the gain of the output signal with respect to the input signal, and to improve the quality of the output signal.

本発明に係る雑音低減装置および雑音低減方法によれば、第一微分処理手段が、フーリエ変換された信号のうち振幅スペクトルに該当する信号に対して微分処理を行うことによって、定常成分、つまり、ＤＣ（Direct Current）成分を抑制することが可能となる。一般的に、雑音は、入力信号に対して定常的に存在する場合が多いため、入力信号における定常成分を抑制することにより、雑音の低減を図ることが可能となる。 According to the noise reduction device and the noise reduction method of the present invention, the first differentiation processing means performs differentiation processing on the signal corresponding to the amplitude spectrum among the signals subjected to Fourier transform, thereby obtaining a stationary component, that is, It is possible to suppress a DC (Direct Current) component. In general, noise often exists steadily with respect to an input signal. Therefore, noise can be reduced by suppressing a stationary component in the input signal.

本実施の形態に係る雑音低減装置の概略構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed schematic structure of the noise reduction apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るＦＦＴ部の短時間フーリエ変換処理におけるフーリエ変換長Ｎとオーバーラップ長Ｍとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the Fourier-transform length N and the overlap length M in the short-time Fourier-transform process of the FFT part which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る周波数スペクトル領域フィルタリング部の概略構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed schematic structure of the frequency spectrum domain filtering part which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る第１ＨＰＦ部および第２ＨＰＦ部のカットオフ周波数と制御時間との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the cutoff frequency and control time of the 1st HPF part and 2nd HPF part which concern on this Embodiment. 本実施の形態に係る周波数スペクトル領域フィルタリング部において、振幅スペクトル毎に雑音制御処理・補正処理を行う様子を示したブロック図である。It is the block diagram which showed a mode that a noise control process and correction | amendment processing are performed for every amplitude spectrum in the frequency spectrum domain filtering part which concerns on this Embodiment. （ａ）は、１ｋＨｚの正弦波からなる入力信号の振幅の時間変化を示し、（ｂ）は、雑音制御信号に対して補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｄ）は、雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。(A) shows the time change of the amplitude of the input signal composed of a 1 kHz sine wave, and (b) shows the time change of the amplitude of the output signal when the correction signal is not synthesized with the noise control signal. (C) shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal, and (d) is the output signal obtained by synthesizing the noise control signal and the correction signal. The time change of the amplitude is shown. （ａ）は、雑音が含まれていない所望の音声信号が入力信号として入力された場合の振幅の時間変化を示し、（ｂ）は、雑音制御信号に対して補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｄ）は、雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。(A) shows the time change of the amplitude when a desired audio signal not containing noise is inputted as an input signal, and (b) shows the case where the correction signal is not synthesized with the noise control signal. (C) shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal, and (d) shows the noise control signal and It shows the time change of the amplitude of the output signal synthesized with the correction signal. （ａ）は、所望の音声信号にホワイト雑音が加わった信号が入力信号として入力された場合の振幅の時間変化を示し、（ｂ）は、雑音制御信号に対して補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｄ）は、雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。(A) shows the time variation of amplitude when a signal in which white noise is added to a desired audio signal is input as an input signal, and (b) does not synthesize a correction signal with the noise control signal. Shows the time change of the amplitude of the output signal in the case, (c) shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal, and (d) shows the noise control signal. And the time variation of the amplitude of the output signal obtained by synthesizing the correction signal. （ａ）は、所望の音声信号に１．２ｋＨｚの正弦波雑音が加わった信号が入力信号として入力された場合の振幅の時間変化を示し、（ｂ）は、雑音制御信号に対して補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、（ｄ）は、雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。(A) shows the time change of the amplitude when a signal obtained by adding a 1.2 kHz sine wave noise to a desired audio signal is input as an input signal, and (b) is a correction signal for the noise control signal. (C) shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal. (D) Indicates the time variation of the amplitude of the output signal obtained by synthesizing the noise control signal and the correction signal. 比較部が設けられた雑音低減装置の概略構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed schematic structure of the noise reduction apparatus provided with the comparison part.

以下、本発明に係る雑音低減装置について、一例を示して詳細に説明を行う。図１は、雑音低減装置の一例の概略構成を示したブロック図である。雑音低減装置１は、ＦＦＴ部（フーリエ変換手段）１０と、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１と、ＩＦＦＴ部（逆フーリエ変換手段）１２とを備えている。雑音低減装置１に入力された信号（以下、入力信号という）は、ＦＦＴ部１０へ入力され、その後に雑音の低減処理（雑音制御処理・補正処理）が行われた音声信号が、ＩＦＦＴ部１２から出力信号として出力される。 Hereinafter, the noise reduction apparatus according to the present invention will be described in detail with an example. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an example of a noise reduction device. The noise reduction apparatus 1 includes an FFT unit (Fourier transform unit) 10, a frequency spectrum domain filtering unit 11, and an IFFT unit (inverse Fourier transform unit) 12. A signal input to the noise reduction apparatus 1 (hereinafter referred to as an input signal) is input to the FFT unit 10, and an audio signal that has been subjected to noise reduction processing (noise control processing / correction processing) thereafter is an IFFT unit 12. Is output as an output signal.

ＦＦＴ部１０は、入力信号に対して、オーバーラップ処理と窓関数による重み付け処理とを行った後に、短時間フーリエ変換処理を行う。短時間フーリエ変換処理により、入力信号は、時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換され、ＦＦＴ部１０において、実数と虚数との周波数スペクトルの信号として出力される。さらに、ＦＦＴ部１０では、周波数スペクトルの信号を、振幅スペクトルと位相スペクトルとに該当する信号へ変換する処理を行う。ＦＦＴ部１０において求められた振幅スペクトルに該当する信号（以下、振幅スペクトル信号とする。）は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１へと出力されて、後述する雑音制御処理・補正処理が行われる。一方で、位相スペクトルに該当する信号（以下、位相スペクトル信号とする。）は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１において雑音制御処理・補正処理を行うことなく、そのままＩＦＦＴ部１２へと出力される。 The FFT unit 10 performs short-time Fourier transform processing on the input signal after performing overlap processing and weighting processing using a window function. By the short-time Fourier transform process, the input signal is converted from a time domain signal to a frequency domain signal, and is output as a frequency spectrum signal of a real number and an imaginary number in the FFT unit 10. Further, the FFT unit 10 performs a process of converting the frequency spectrum signal into a signal corresponding to the amplitude spectrum and the phase spectrum. A signal corresponding to the amplitude spectrum obtained by the FFT unit 10 (hereinafter referred to as an amplitude spectrum signal) is output to the frequency spectrum domain filtering unit 11 and subjected to noise control processing / correction processing described later. On the other hand, a signal corresponding to a phase spectrum (hereinafter referred to as a phase spectrum signal) is output to the IFFT unit 12 as it is without performing noise control processing / correction processing in the frequency spectrum domain filtering unit 11.

図２は、ＦＦＴ部１０において行われる、短時間フーリエ変換処理のフーリエ変換長Ｎと、オーバーラップ長Ｍとの関係を示した図である。フーリエ変換長Ｎに対して、オーバーラップ長Ｍは短い長さ（Ｎ＞Ｍ）に設定されている。ＦＦＴ部１０では、フーリエ変換長Ｎとオーバーラップ長Ｍとの差分ずつ時間をシフトさせながら、短時間フーリエ変換を実行する。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Fourier transform length N of the short-time Fourier transform process and the overlap length M performed in the FFT unit 10. With respect to the Fourier transform length N, the overlap length M is set to a short length (N> M). The FFT unit 10 executes short-time Fourier transform while shifting the time by the difference between the Fourier transform length N and the overlap length M.

図３は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１の概略構成を示したブロック図である。周波数スペクトル領域フィルタリング部１１は、第１ＨＰＦ部（第一微分処理手段）２０と、第１リミッタ部（第一リミッタ手段）２１と、減算部（減算手段）２２と、第２ＨＰＦ部（第二微分処理手段）２３と、第２リミッタ部（第二リミッタ手段）２４と、ゲイン部（ゲイン手段）２５と、加算部（合成手段）２６とを備えている。 FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the frequency spectrum domain filtering unit 11. The frequency spectrum domain filtering unit 11 includes a first HPF unit (first differentiation processing unit) 20, a first limiter unit (first limiter unit) 21, a subtraction unit (subtraction unit) 22, and a second HPF unit (second differentiation unit). A processing unit 23, a second limiter unit (second limiter unit) 24, a gain unit (gain unit) 25, and an addition unit (combining unit) 26.

周波数スペクトル領域フィルタリング部１１には、既に説明したように、振幅スペクトル信号だけがＦＦＴ部１０より入力され、位相スペクトル信号は入力されない。周波数スペクトル領域フィルタリング部１１は、振幅スペクトル信号に対して雑音制御処理・補正処理を行う役割を有している。 As described above, only the amplitude spectrum signal is input to the frequency spectrum domain filtering unit 11 from the FFT unit 10, and the phase spectrum signal is not input. The frequency spectrum domain filtering unit 11 has a role of performing noise control processing / correction processing on the amplitude spectrum signal.

第１ＨＰＦ部２０は、入力された振幅スペクトル信号に対して、スペクトル毎にハイパスフィルタリング処理、すなわち微分処理を行う。微分処理された振幅スペクトル信号は、第１リミッタ部２１へ出力される。第１リミッタ部２１は、第１ＨＰＦ部２０において微分処理された振幅スペクトル信号のマイナス側の振幅を制限して０にする役割を有している。 The first HPF unit 20 performs high-pass filtering processing, that is, differentiation processing for each spectrum on the input amplitude spectrum signal. The differentiated amplitude spectrum signal is output to the first limiter unit 21. The first limiter unit 21 has a role of limiting the amplitude on the minus side of the amplitude spectrum signal subjected to differentiation processing in the first HPF unit 20 to zero.

第１ＨＰＦ部２０では、同一周波数の振幅スペクトルにおいて、ＣＷ（Constant Wave）等の定常的に存在する信号を雑音と判断して、微分処理により定常成分、すなわち、ＤＣ（Direct Current）成分を抑制する。第１ＨＰＦ部２０における微分処理では、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が小さくなるほど、ＤＣ近傍が抑圧されることになる。ＤＣ近傍は、変化が緩やかな成分であるため、より定常性のある信号が抑圧されることになる。ここで、一般的に雑音は、他の音に比べて定常性が高いという特徴を有している。このため、定常性のある信号を抑制することにより、雑音を効果的に低減させることが可能となる。第１ＨＰＦ部２０および第１リミッタ部２１によって、定常成分を抑圧された信号は、雑音制御信号として、加算部２６と減算部２２とに出力される。 In the first HPF unit 20, a constant signal such as CW (Constant Wave) in the amplitude spectrum of the same frequency is determined as noise, and a steady component, that is, a DC (Direct Current) component is suppressed by differential processing. . In the differentiation process in the first HPF unit 20, the vicinity of DC is suppressed as the cut-off frequency of the high-pass filter decreases. In the vicinity of DC, since the change is a gradual component, a more stationary signal is suppressed. Here, noise generally has a characteristic that it is more stationary than other sounds. For this reason, it becomes possible to reduce noise effectively by suppressing a signal with continuity. The signal whose steady component is suppressed by the first HPF unit 20 and the first limiter unit 21 is output to the adding unit 26 and the subtracting unit 22 as a noise control signal.

減算部２２では、ＦＦＴ部１０より入力された振幅スペクトル信号から雑音制御信号の減算を行うことにより、スペクトル毎（異なる周波数毎）に制御の差分信号を抽出する。第２ＨＰＦ部２３は、制御の差分信号をハイパスフィルタリング処理、すなわち微分処理する役割を有している。第２リミッタ部２４は、マイナス側の振幅を制限して０にする役割を有している。ゲイン部２５は、第２ＨＰＦ部２３において微分処理され、さらに、第２リミッタ部２４においてマイナス側の振幅が制限された信号に対して、レベル調整（ゲイン調整）を行うことにより、補正信号を生成する役割を有している。 The subtraction unit 22 extracts a control difference signal for each spectrum (for each different frequency) by subtracting the noise control signal from the amplitude spectrum signal input from the FFT unit 10. The second HPF unit 23 has a role of performing high-pass filtering processing, that is, differentiation processing on the control difference signal. The second limiter unit 24 has a role of limiting the minus side amplitude to zero. The gain unit 25 generates a correction signal by performing level adjustment (gain adjustment) on the signal that has been subjected to differentiation processing in the second HPF unit 23 and further, the negative limit amplitude is limited in the second limiter unit 24. Have a role to play.

ここで、補正信号は、入力された振幅スペクトル信号から雑音制御信号を減算した信号に基づいて生成される。第２ＨＰＦ部２３において、振幅スペクトル信号から雑音制御信号を減算した信号の微分処理を行うことにより、雑音制御信号が除かれた振幅スペクトル信号であって出力変動の大きな部分が抽出される（つまり、定常成分が抑制される）ことになる。一般に、雑音は定常的な出力として示されることが多いので、出力変動が大きい部分は雑音以外の要素を多く含む部分に該当することが多い。このため、雑音制御信号が除かれた振幅スペクトル信号に基づいて補正信号を生成することにより、雑音制御信号において十分に抽出することができなかった雑音以外の信号を補正信号として抽出することが可能となる。ゲイン部２５において生成された補正信号は、加算部２６へと出力される。 Here, the correction signal is generated based on a signal obtained by subtracting the noise control signal from the input amplitude spectrum signal. In the second HPF unit 23, by performing differential processing on the signal obtained by subtracting the noise control signal from the amplitude spectrum signal, a portion of the amplitude spectrum signal from which the noise control signal is removed and having a large output fluctuation is extracted (that is, The stationary component is suppressed). In general, since noise is often shown as a steady output, a portion where output fluctuation is large often corresponds to a portion including many elements other than noise. Therefore, by generating a correction signal based on the amplitude spectrum signal from which the noise control signal is removed, it is possible to extract a signal other than noise that could not be sufficiently extracted from the noise control signal as a correction signal. It becomes. The correction signal generated in the gain unit 25 is output to the adding unit 26.

加算部２６は、第１リミッタ部２１より入力される雑音制御信号と、ゲイン部２５より入力される補正信号との合成を行う役割を有している。雑音制御信号は、第１ＨＰＦ部２０のカットオフ周波数の設定によっては、所望の信号成分が抑圧される過制御となってしまうおそれがある。過制御の場合には、入力された振幅スペクトル信号の雑音以外の要素が削除されてしまい、所望の信号成分が含まれていない雑音制御信号が生成されるおそれがある。加算部２６において、雑音制御信号に対して補正信号を合成して雑音制御信号の補正を行うことにより、雑音制御信号が過制御となってしまった場合であっても、雑音以外の成分を補正信号により補完することができる。このため、最適に雑音が低減され、音声などの所望の信号成分に対しては影響を及ぼさない雑音低減処理を行うことが可能となる。 The adding unit 26 has a role of combining the noise control signal input from the first limiter unit 21 and the correction signal input from the gain unit 25. Depending on the setting of the cut-off frequency of the first HPF unit 20, the noise control signal may be overcontrolled in which a desired signal component is suppressed. In the case of over-control, elements other than noise in the input amplitude spectrum signal are deleted, and a noise control signal that does not include a desired signal component may be generated. The addition unit 26 synthesizes the correction signal with the noise control signal to correct the noise control signal, thereby correcting components other than noise even when the noise control signal is over-controlled. It can be supplemented by signals. For this reason, noise can be optimally reduced, and it is possible to perform noise reduction processing that does not affect desired signal components such as speech.

図４は、第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３における、カットオフ周波数と制御時間との関係を示している。第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３において、フィルタのカットオフ周波数を調整することにより、雑音の制御時間の調整を行うことができる。図４に示すように、カットオフ周波数が大きくなるほど、雑音の制御時間が短くなり、カットオフ周波数が小さくなるほど、雑音の制御時間が長く（大きく）なる。なお、本実施の形態に係る周波数スペクトル領域フィルタリング部１１では、カットオフ周波数の逆数がほぼ制御時間となり、カットオフ周波数の範囲は０．０３３Ｈｚ〜１０Ｈｚ（制御時間３０ｓｅｃ〜０．１ｓｅｃ）とする。 FIG. 4 shows the relationship between the cutoff frequency and the control time in the first HPF unit 20 and the second HPF unit 23. The first HPF unit 20 and the second HPF unit 23 can adjust the noise control time by adjusting the cutoff frequency of the filter. As shown in FIG. 4, the noise control time becomes shorter as the cutoff frequency becomes higher, and the noise control time becomes longer (larger) as the cutoff frequency becomes lower. In the frequency spectrum domain filtering unit 11 according to the present embodiment, the reciprocal of the cut-off frequency is substantially the control time, and the cut-off frequency range is 0.033 Hz to 10 Hz (control time 30 sec to 0.1 sec).

また、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１の第１ＨＰＦ部２０および第１リミッタ部２１で行われる雑音制御処理と、第２ＨＰＦ部２３および第２リミッタ部２４で行われる補正処理とは、図５において雑音制御処理・補正処理として示されるブロック図のように、振幅スペクトル毎に（図５においては、周波数ｆ１〜ｆｎまでのｎ個の振幅スペクトル毎に）行われる。例えば、フーリエ変換長Ｎが１,０２４の場合には、それぞれ１，０２４の処理が行われることになる。 Further, the noise control process performed by the first HPF unit 20 and the first limiter unit 21 of the frequency spectrum domain filtering unit 11 and the correction process performed by the second HPF unit 23 and the second limiter unit 24 are the noise control in FIG. As shown in the block diagram of the processing / correction processing, the processing is performed for each amplitude spectrum (in FIG. 5, for each of n amplitude spectra from frequencies f1 to fn). For example, when the Fourier transform length N is 1,024, 1,024 processes are respectively performed.

ＩＦＦＴ部１２は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１１において雑音制御処理・補正処理が行われた周波数スペクトル信号と、ＦＦＴ部１０より入力される位相スペクトル信号とに基づいて、実数と虚数の周波数スペクトルの生成（変換）を行う。そして、ＩＦＦＴ部１２は、変換された周波数スペクトル信号に対して、短時間逆フーリエ変換処理とオーバーラップ加算処理とを行うことにより、信号を周波数領域から時間領域へと変換して出力信号を生成する。生成された出力信号は、図示を省略したスピーカ等を介して出力することが可能となっている。 The IFFT unit 12 generates a real number and an imaginary number frequency spectrum based on the frequency spectrum signal subjected to the noise control process / correction process in the frequency spectrum domain filtering unit 11 and the phase spectrum signal input from the FFT unit 10. (Conversion) is performed. Then, the IFFT unit 12 performs a short-time inverse Fourier transform process and an overlap addition process on the converted frequency spectrum signal, thereby converting the signal from the frequency domain to the time domain to generate an output signal. To do. The generated output signal can be output via a speaker or the like (not shown).

次に、雑音低減装置１に対して様々な入力信号を入力させた場合について説明する。図６（ａ）は、１ｋＨｚの正弦波からなる入力信号の振幅の時間変化を示している。一方で、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す入力信号により生成された雑音制御信号に対して、補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、図６（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示している。そして、図６（ｄ）は、加算部２６において雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。 Next, a case where various input signals are input to the noise reduction device 1 will be described. FIG. 6A shows the time change of the amplitude of the input signal composed of a 1 kHz sine wave. On the other hand, FIG. 6B shows the time change of the amplitude of the output signal when the correction signal is not synthesized with the noise control signal generated by the input signal shown in FIG. 6 (c) shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal. FIG. 6D shows the time change of the amplitude of the output signal obtained by synthesizing the noise control signal and the correction signal in the adding unit 26.

なお、図６（ａ）に示した入力信号のサンプリング周波数は４４．１ｋＨｚであって、雑音が含まれていない信号を示している。また、図６（ｂ）〜（ｄ）に示した雑音制御信号、補正信号および出力信号は、ＦＦＴ部１０におけるフーリエ変換長Ｎとして８，１９２ｓａｍｐｌｅ、オーバーラップ長Ｍとしてフーリエ変換長Ｎの１５／１６倍の７，６８０ｓａｍｐｌｅ、窓関数にハミング、振幅スペクトルのサンプリング周波数として、それぞれ８６Ｈｚ（４４，１００×（１６／８，１９２）≒８６）が設定された場合を示している。また、第１ＨＰＦ部２０として、一次のバタワースハイパスフィルタが用いられて、カットオフ周波数が０．３３Ｈｚに設定され、第２ＨＰＦ部２３として、一次のバタワースハイパスフィルタが用いられて、カットオフ周波数が０．１１Ｈｚに設定されて、ゲイン部２５のレベル調整は、１．２倍に設定されている。 In addition, the sampling frequency of the input signal shown to Fig.6 (a) is 44.1 kHz, and has shown the signal which does not contain noise. Further, the noise control signal, the correction signal, and the output signal shown in FIGS. 6B to 6D are 8,192 samples as the Fourier transform length N in the FFT unit 10 and 15/15 of the Fourier transform length N as the overlap length M. This shows a case where 7,680 samples of 16 times, hamming in the window function, and 86 Hz (44,100 × (16 / 8,192) ≈86) are set as sampling frequencies of the amplitude spectrum. In addition, a first-order Butterworth high-pass filter is used as the first HPF unit 20 and the cut-off frequency is set to 0.33 Hz, and a first-order Butterworth high-pass filter is used as the second HPF unit 23 and the cut-off frequency is 0. The level adjustment of the gain unit 25 is set to 1.2 times.

図６（ｂ）に示す雑音制御信号は、図６（ａ）に示す入力信号に対して、パルス波形が短くなっている。しかしながら、図６（ｃ）に示す補正信号を、図６（ｂ）に示す雑音制御信号に合成することにより、図６（ｄ）に示すように、出力信号のパルス波形が、入力信号のパルス波形と同じ長さとなり、振幅も同じ値を示している。 The noise control signal shown in FIG. 6B has a shorter pulse waveform than the input signal shown in FIG. However, by combining the correction signal shown in FIG. 6 (c) with the noise control signal shown in FIG. 6 (b), the pulse waveform of the output signal becomes the pulse of the input signal as shown in FIG. 6 (d). It has the same length as the waveform and the same amplitude.

雑音低減装置１において雑音の除去処理を行う場合には、雑音制御信号に対して補正信号を合成して雑音制御信号の補正を行うことにより、雑音制御信号が過制御となってしまった場合であっても、雑音以外の成分を補正信号により補完することができる。このため、図６（ａ）に示すように、入力信号に雑音が含まれていない場合においては、雑音制御信号に補正信号を合成することにより、図６（ｄ）に示すように、入力信号にほぼ一致する出力信号を生成することができ、雑音低減装置１の雑音低減処理において雑音以外の音声成分に影響が及んでしまうことを防止することが可能となる。 When the noise reduction process is performed in the noise reduction apparatus 1, the noise control signal is over-controlled by synthesizing the correction signal with the noise control signal and correcting the noise control signal. Even if it exists, components other than noise can be complemented by the correction signal. Therefore, as shown in FIG. 6 (a), when the input signal does not contain noise, the input signal is synthesized as shown in FIG. 6 (d) by synthesizing the correction signal with the noise control signal. Can be generated, and it is possible to prevent the speech component other than noise from being affected in the noise reduction processing of the noise reduction apparatus 1.

図７（ａ）は、雑音低減装置１における各種設定を、図６（ａ）〜（ｄ）と同じにした場合において、雑音低減装置１に音声信号が入力信号として入力された場合の振幅の時間変化を示している。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した入力信号が入力された場合において、第１リミッタ部２１より出力される雑音制御信号に補正信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、図７（ｃ）は、補正信号に対して雑音制御信号を合成しなかった場合の出力信号の振幅の時間変化を示し、図７（ｄ）は、加算部２６において雑音制御信号と補正信号とが合成された出力信号の振幅の時間変化を示している。 FIG. 7A shows the amplitudes when an audio signal is input as an input signal to the noise reduction apparatus 1 when various settings in the noise reduction apparatus 1 are the same as those in FIGS. 6A to 6D. The time change is shown. FIG. 7B shows an output signal when the correction signal is not synthesized with the noise control signal output from the first limiter unit 21 when the input signal shown in FIG. 7A is input. 7C shows the time change of the amplitude of the output signal when the noise control signal is not synthesized with the correction signal, and FIG. 7D shows the time change of the amplitude of the output signal. 2 shows the time change of the amplitude of the output signal obtained by synthesizing the noise control signal and the correction signal.

図７（ａ）に示す入力信号には、図６（ａ）と同様に、定常的な雑音が含まれていない。このため、雑音制御信号に補正信号を合成することにより、図７（ｄ）に示すように、入力信号にほぼ一致する出力信号を生成することができる。従って、雑音低減装置１における雑音低減処理において、所望の信号成分に影響が及ぼされないようにすることができる。 The input signal shown in FIG. 7A does not include stationary noise as in FIG. 6A. Therefore, by synthesizing the correction signal with the noise control signal, an output signal that substantially matches the input signal can be generated as shown in FIG. Therefore, it is possible to prevent the desired signal component from being affected in the noise reduction processing in the noise reduction apparatus 1.

図８（ａ）は、雑音低減装置１における各種設定を、図６（ａ）〜（ｄ）および図７（ａ）〜（ｄ）と同じにした場合において、雑音低減装置１に入力させた入力信号の振幅の時間変化を示している。図８（ａ）には、所望の音声信号にホワイト雑音が加わった信号が、入力信号として示されている。このホワイト雑音は、図８（ａ）に示すように音声信号に対して雑音のレベルが非常に高いという特徴を有しており、低ＳＮＲの入力信号に該当する。従来のスペクトルサブトラクション法を用いる雑音低減方法では、図８（ａ）に示すような低ＳＮＲの入力信号を、音声信号と雑音とに識別・分離することが困難であった。 FIG. 8A shows that the various settings in the noise reduction apparatus 1 are input to the noise reduction apparatus 1 when they are the same as those in FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7A to 7D. The time change of the amplitude of the input signal is shown. In FIG. 8A, a signal obtained by adding white noise to a desired audio signal is shown as an input signal. As shown in FIG. 8A, the white noise has a feature that the noise level is very high with respect to the audio signal, and corresponds to an input signal with a low SNR. In the conventional noise reduction method using the spectral subtraction method, it is difficult to distinguish and separate a low SNR input signal as shown in FIG. 8A into a voice signal and noise.

しかしながら、本実施の形態に係る雑音低減装置１を用いて、雑音制御信号（図８（ｂ））に対して補正信号（図８（ｃ））を合成して、雑音制御処理・補正処理を行った出力信号は、図８（ｄ）に示すように、図８（ａ）に示す入力信号に比べて、雑音の振幅レベルが２／５に低減されており、ＳＮＲで８ｄＢ程度のノイズ低減が実現されている。 However, the noise reduction apparatus 1 according to the present embodiment is used to synthesize a correction signal (FIG. 8C) with the noise control signal (FIG. 8B) to perform noise control processing / correction processing. As shown in FIG. 8 (d), the output signal performed has a noise amplitude level reduced to 2/5 compared to the input signal shown in FIG. 8 (a), and the noise reduction is about 8dB in SNR. Is realized.

図９（ａ）は、雑音低減装置１における各種設定を、図６、図７および図８と同じにした場合において、雑音低減装置１に入力させた入力信号の振幅の時間変化を示している。図９（ａ）には、所望の音声信号に１．２ｋＨｚの正弦波雑音が加わった信号が、入力信号として示されている。本実施の形態に係る雑音低減装置１を用いて、図９（ｂ）に示す雑音制御信号と、図９（ｃ）に示す補正信号とが合成された出力信号は、図９（ｄ）に示すように、図９（ａ）の入力信号に含まれていた正弦波雑音がほぼゼロになり、ＳＮＲが大幅に改善されている。本実施の形態に係る雑音低減装置１では、定常成分を雑音成分とし判断して抑制を行うため、定常性を備える雑音ほど、大きな低減効果を奏することが可能となる。 FIG. 9A shows temporal changes in the amplitude of the input signal input to the noise reduction apparatus 1 when various settings in the noise reduction apparatus 1 are the same as those in FIGS. 6, 7 and 8. . FIG. 9A shows a signal obtained by adding a 1.2 kHz sine wave noise to a desired audio signal as an input signal. An output signal obtained by combining the noise control signal shown in FIG. 9B and the correction signal shown in FIG. 9C using the noise reduction apparatus 1 according to the present embodiment is shown in FIG. As shown, the sine wave noise included in the input signal of FIG. 9A is almost zero, and the SNR is greatly improved. In the noise reduction apparatus 1 according to the present embodiment, since the steady component is determined as the noise component and the suppression is performed, it is possible to obtain a greater reduction effect with noise having continuity.

以上説明したように、本実施の形態に係る雑音低減装置１では、従来のスペクトルサブトラクション法のように、雑音レベルの推定を行う必要がないため、連続的に発話している音声に雑音が含まれる場合であっても、効果的に雑音だけを低減することができる。 As described above, the noise reduction apparatus 1 according to the present embodiment does not need to estimate the noise level unlike the conventional spectral subtraction method, so that the speech that is continuously spoken includes noise. Even in this case, only noise can be effectively reduced.

また、雑音レベルの推定を行う必要がないため、入力信号として正弦波パルスや音声が用いられる場合だけでなく、楽器音などにより構成される音楽に雑音が含まれる場合であっても、雑音の低減を行うことが可能である。このため、音源の収録環境や音源の処理過程において定常的な雑音が混入した場合であっても、雑音低減を行うことができ、音質の向上を図ることが可能となる。 In addition, since it is not necessary to estimate the noise level, not only when a sine wave pulse or voice is used as an input signal, but also when the music composed of instrumental sounds includes noise. Reduction can be performed. For this reason, even when stationary noise is mixed in the recording environment of the sound source or the processing process of the sound source, noise can be reduced and the sound quality can be improved.

具体的には、第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３のカットオフ周波数を調整することにより、図４に示すように、微分処理における制御時間を調整することができる。この制御時間を適切に設定することにより、音源に応じた適切な雑音低減効果を奏することが可能となる。例えば、音声に比べて振幅スペクトル毎の時間変化が大きい打楽器などの音では、第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３における制御時間を短く設定し、振幅スペクトル毎の時間変化が小さい弦楽器などの音では、第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３における制御時間を長く設定することが望ましい。 Specifically, by adjusting the cutoff frequency of the first HPF unit 20 and the second HPF unit 23, the control time in the differentiation process can be adjusted as shown in FIG. By appropriately setting this control time, it is possible to achieve an appropriate noise reduction effect according to the sound source. For example, for sounds such as percussion instruments that have a large time change for each amplitude spectrum compared to speech, the control time in the first HPF unit 20 and the second HPF unit 23 is set short, and for sounds such as stringed instruments that have a small time change for each amplitude spectrum. It is desirable to set the control time in the first HPF unit 20 and the second HPF unit 23 to be long.

また、本実施の形態に係る雑音低減装置１では、第１ＨＰＦ部２０および第１リミッタ部２１を用いることによって、雑音を推定するのではなく、ＤＣ付近の定常性のある雑音を直接除去することができる。さらに、入力信号から雑音制御信号が除かれた（減算された）信号に基づいて、第２ＨＰＦ部２３および第２リミッタ部２４で、定常性のある雑音を除去した補正信号を生成するので、第１ＨＰＦ部２０および第１リミッタ部２１において、過制御により雑音以外の要素が削除されてまった場合であっても、削除された雑音以外の成分を補正信号により補完することができる。このため、雑音低減装置１では、最適に雑音が低減され、音声などの所望の信号成分に対しては影響を及ぼさない雑音低減処理を行うことが可能となる。 Further, in the noise reduction apparatus 1 according to the present embodiment, the first HPF unit 20 and the first limiter unit 21 are used to directly remove stationary noise in the vicinity of DC instead of estimating the noise. Can do. Further, since the second HPF unit 23 and the second limiter unit 24 generate a correction signal from which stationary noise is removed based on a signal obtained by removing (subtracting) the noise control signal from the input signal, In the 1HPF unit 20 and the first limiter unit 21, even if elements other than noise are deleted due to overcontrol, components other than the deleted noise can be complemented by the correction signal. For this reason, in the noise reduction apparatus 1, noise is optimally reduced, and it is possible to perform noise reduction processing that does not affect a desired signal component such as speech.

また、本実施の形態に係る周波数スペクトル領域フィルタリング部１１の第１ＨＰＦ部２０および第２ＨＰＦ部２３では、図４に示すように、カットオフ周波数と制御時間との関係が成立している。図４に示すように、カットオフ周波数が大きくなるほど、雑音の制御時間が短くなり、カットオフ周波数が小さくなるほど、雑音の制御時間が長く（大きく）なる。このため、第１ＨＰＦ部２０のカットオフ周波数の値を、第２ＨＰＦ部２３のカットオフ周波数の値より大きな値にすることにより、第２ＨＰＦ部２３における微分処理の制御時間Ｔ２を、第１ＨＰＦ部２０における微分処理の制御時間Ｔ１よりも長い時間に設定することができる。 Moreover, in the 1st HPF part 20 and the 2nd HPF part 23 of the frequency spectrum domain filtering part 11 which concerns on this Embodiment, as shown in FIG. 4, the relationship between a cutoff frequency and control time is materialized. As shown in FIG. 4, the noise control time becomes shorter as the cutoff frequency becomes higher, and the noise control time becomes longer (larger) as the cutoff frequency becomes lower. For this reason, by setting the value of the cutoff frequency of the first HPF unit 20 to a value larger than the value of the cutoff frequency of the second HPF unit 23, the control time T2 of the differentiation process in the second HPF unit 23 is changed to the first HPF unit 20 It is possible to set a time longer than the control time T1 of the differential processing at.

第２ＨＰＦ部２３の制御時間Ｔ２を第１ＨＰＦ部２０の制御時間Ｔ１よりも長い時間、例えば、２倍から３倍程度長く設定することにより、第２ＨＰＦ部２３において緩やかに変化する信号を補正信号として抽出することが可能となる。このため、第１ＨＰＦ部２０の微分処理において削除されてしまった緩やかに変化する雑音以外の成分の信号を、補正信号に有効に含めることができる。 By setting the control time T2 of the second HPF unit 23 to be longer than the control time T1 of the first HPF unit 20, for example, about 2 to 3 times longer, a signal that gradually changes in the second HPF unit 23 is used as a correction signal. It becomes possible to extract. For this reason, the signal of components other than the slowly changing noise that has been deleted in the differentiation process of the first HPF unit 20 can be effectively included in the correction signal.

以上、本発明に係る雑音低減装置について、一例として雑音低減装置１を用いて詳細に説明を行ったが、本発明に係る雑音低減装置および雑音低減方法は、上述した実施の形態に示す事例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the noise reduction device according to the present invention has been described in detail using the noise reduction device 1 as an example, but the noise reduction device and the noise reduction method according to the present invention are the examples shown in the above-described embodiments. Is not limited. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

本実施の形態に係る周波数スペクトル領域フィルタリング部１１のゲイン部２５では、レベル調整として１．２倍の設定がなされているが、ゲイン部のレベル調整の設定値は、１．２倍に限定されるものではない。適宜、ゲインの設定を行うことにより最適な出力信号を得ることが可能となる。 In the gain unit 25 of the frequency spectrum domain filtering unit 11 according to the present embodiment, the level adjustment is set to 1.2 times, but the level adjustment setting value of the gain unit is limited to 1.2 times. It is not something. It is possible to obtain an optimum output signal by appropriately setting the gain.

例えば、図１０に示すように、ゲインの設定を行うために、出力信号と入力信号とのゲイン比較を行うための比較部（比較手段）２７を設けて、比較部２７において出力信号と入力信号とのゲイン差を求めて、求められたゲイン差をパラメータ調節信号としてゲイン部２５へフィードバックさせる構成を採用することも可能である。このように、出力信号と入力信号とのゲイン差に基づいて、ゲイン部２５におけるゲイン設定の調整を行うことにより、雑音低減装置において雑音が低減された出力信号の質の向上を図ることが可能となり、最適に雑音の低減を行うことが可能となる。 For example, as shown in FIG. 10, in order to set the gain, a comparison unit (comparison means) 27 for performing gain comparison between the output signal and the input signal is provided, and the output signal and the input signal are compared in the comparison unit 27. It is also possible to employ a configuration in which the gain difference is obtained and fed back to the gain unit 25 as the parameter adjustment signal. In this way, by adjusting the gain setting in the gain unit 25 based on the gain difference between the output signal and the input signal, it is possible to improve the quality of the output signal in which noise is reduced in the noise reduction device. Thus, noise can be optimally reduced.

１ …雑音低減装置
１０ …ＦＦＴ部（フーリエ変換手段）
１１ …周波数スペクトル領域フィルタリング部
１２ …ＩＦＦＴ部（逆フーリエ変換手段）
２０ …第１ＨＰＦ部（第一微分処理手段）
２１ …第１リミッタ部（第一リミッタ手段）
２２ …減算部（減算手段）
２３ …第２ＨＰＦ部（第二微分処理手段）
２４ …第２リミッタ部（第二リミッタ手段）
２５ …ゲイン部（ゲイン手段）
２６ …加算部（合成手段）
２７ …比較部（比較手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Noise reduction apparatus 10 ... FFT part (Fourier transform means)
11: Frequency spectrum domain filtering unit 12: IFFT unit (inverse Fourier transform means)
20 ... 1st HPF part (first differential processing means)
21 ... 1st limiter part (1st limiter means)
22: Subtraction unit (subtraction means)
23 ... 2nd HPF part (second differential processing means)
24 ... 2nd limiter part (2nd limiter means)
25 ... Gain section (gain means)
26 ... Adder (combining means)
27: Comparison unit (comparison means)

Claims

Fourier transform means for transforming the input signal into a frequency domain signal for each frequency spectrum by performing a Fourier transform process on the input signal;
First differential processing means for performing differential processing on a signal corresponding to an amplitude spectrum among signals Fourier-transformed by the Fourier transform means;
First limiter means for generating a noise control signal by limiting the negative amplitude of the signal subjected to differentiation processing by the first differentiation processing means to 0;
Subtracting means for calculating a difference signal by subtracting the noise control signal from a signal corresponding to an amplitude spectrum among the Fourier transformed signals;
Second differential processing means for performing differential processing on the difference signal calculated by the subtracting means;
Second limiter means for limiting the negative amplitude of the signal subjected to differential processing by the second differential processing means to 0;
Gain means for generating a correction signal by adjusting the gain of the signal whose amplitude is limited by the second limiter means;
Combining means for combining the correction signal generated by the gain means with the noise control signal generated by the first limiter means;
A time domain output signal is generated by performing inverse Fourier transform processing using the signal synthesized by the synthesizing means and the signal corresponding to the phase spectrum among the signals Fourier transformed by the Fourier transform means. A noise reduction device comprising: an inverse Fourier transform unit.

The control time T2 for performing differential processing in the second differential processing means is set to a time that is two to three times longer than the control time T1 for performing differential processing in the first differential processing means. Item 2. The noise reduction device according to Item 1.

Comparing means for obtaining a level difference in output level between the output signal generated by the inverse Fourier transform and the input signal,
The noise reduction apparatus according to claim 1, wherein the gain unit sets a gain adjustment amount based on a level difference obtained by the comparison unit.

A Fourier transform step in which the Fourier transform means transforms the input signal into a frequency domain signal for each frequency spectrum by performing a Fourier transform process on the input signal;
A first differential processing step in which the first differential processing means performs differential processing on the signal corresponding to the amplitude spectrum among the signals subjected to Fourier transform in the Fourier transform step;
A first limiter step of generating a noise control signal by limiting the amplitude of the minus side of the signal subjected to the differential processing in the first differential processing step to 0 by the first limiter means;
A subtracting step in which a subtracting means calculates a difference signal by subtracting the noise control signal from a signal corresponding to an amplitude spectrum of the Fourier transformed signal;
A second differentiation processing step in which a second differentiation processing means performs a differentiation process on the difference signal calculated in the subtraction step;
A second limiter step in which the second limiter means limits the amplitude of the minus side of the signal subjected to the differential processing in the second differential processing step to 0;
A gain adjustment step in which the gain means generates a correction signal by performing gain adjustment of the signal whose amplitude is limited in the second limiter step;
A synthesis step of synthesizing the correction signal generated in the gain adjustment step with the noise control signal generated in the first limiter step;
The inverse Fourier transform means performs an inverse Fourier transform process using the signal synthesized in the synthesis step and the signal corresponding to the phase spectrum among the signals Fourier transformed in the Fourier transform step, so that the time domain A noise reduction method for a noise reduction apparatus, comprising: an inverse Fourier transform step for generating an output signal.

The control time T2 in which the second differential processing means performs differential processing in the second differential processing step is twice as long as the control time T1 in which the first differential processing means performs differential processing in the first differential processing step. The noise reduction method of the noise reduction apparatus according to claim 4, wherein the time is set to a time that is three times longer.

A comparison step in which a comparison means obtains a level difference between an output signal generated by the inverse Fourier transform and an output level of the input signal;
The noise of the noise reduction device according to claim 4 or 5, wherein, in the gain adjustment step, the gain means sets a gain adjustment amount based on a level difference obtained by the comparison means. Reduction method.