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JPH0583039B2 - - Google Patents
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JPH0583039B2 - - Google Patents

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JPH0583039B2
JPH0583039B2 JP60147255A JP14725585A JPH0583039B2 JP H0583039 B2 JPH0583039 B2 JP H0583039B2 JP 60147255 A JP60147255 A JP 60147255A JP 14725585 A JP14725585 A JP 14725585A JP H0583039 B2 JPH0583039 B2 JP H0583039B2
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JP
Japan
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frequency
fundamental frequency
acoustic
noise
acoustic signal
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Satoru Taguchi
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音響雑音除去装置に関し、特に2つの
音響信号受信点を有して雑音成分の除去を図る音
響雑音除去装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an acoustic noise removal device, and more particularly to an acoustic noise removal device that has two acoustic signal reception points and removes noise components.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

マイクロホン等の音響検知素子を2個利用し、
そのうちの1個で捕捉した環境雑音成分の特徴を
分析したうえ、この分析結果を利用して他の1個
のマイクロホンの入力から環境雑音成分を除去す
る方式の音響雑音除去装置は近時多用されつつあ
る。
Using two acoustic detection elements such as microphones,
Acoustic noise removal devices that analyze the characteristics of the environmental noise component captured by one of the microphones and then use this analysis result to remove the environmental noise component from the input of the other microphone are being used frequently these days. It's coming.

上述した雑音環境はたとえば各種船舶もしくは
航空機の内部等の如く部分的には極めて高レベル
の雑音を受ける場合を主として対象とし、従つ
て、その雑音は回転機等によつて発生した調波構
造を有するものが多く含み、そのレベルは時とし
て音声による送受話を不可能とする程度に達する
ことも珍しくない。
The above-mentioned noise environment is mainly intended for cases where extremely high level noise is received, such as inside various ships or aircraft, and therefore, the noise has a harmonic structure generated by rotating machines, etc. It is not uncommon for the level of communication to reach such a level that it is impossible to transmit and receive voice communications.

従来、このような雑音を除去するためにはフイ
ルタによつて雑音を除去する波形領域処理が多用
されている。
Conventionally, in order to remove such noise, waveform domain processing in which the noise is removed using a filter has been frequently used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしなながら上述したような環境での音響雑
音の伝搬径路は一般に複雑であり、かつその径路
が時々刻々と変化するいわゆる時変(Time−
Variant)を伴なうことが多く、このような状態
のときには効果的な雑音除去が行なわれ難いとい
う問題がある。
However, the propagation path of acoustic noise in the environment described above is generally complex, and the path changes from time to time, so-called time-varying.
Variant), and there is a problem in that it is difficult to perform effective noise removal in such a state.

このことは、音響雑音の伝搬径路の推定に要す
る時間よりも径路の時変速度が早い場合には音響
雑音処理アルゴリズムが良好に機能しないことに
起因して発生する問題である。
This problem arises because the acoustic noise processing algorithm does not function well when the time-varying speed of the acoustic noise propagation path is faster than the time required to estimate the acoustic noise propagation path.

本発明の目的も上述した欠点を除去し、伝搬径
路の時変速度が早い場合でも調波構造を有する音
響雑音に対して良好に機能する音響雑音除去装置
を提供することにある。
Another object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to provide an acoustic noise removal device that functions well against acoustic noise having a harmonic structure even when the time-varying speed of the propagation path is fast.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の装置は、2つの音響信号受信点を有す
る音響雑音除去装置であつて、1つの音響受信点
で受信した音響信号のうち調波構造を有する成分
の基本周波数(または周期)を検出する基本周波
数検出手段と、他の音響信号受信点で受信した音
響信号の周波数スペクトルを算出したうえこの周
波数スペクトルに対し前記基本周波数検出手段に
よつて検出した基本周波数とこれと調波関係にあ
る周波数成分とを対象とする周波数領域でのくし
型フイルタリングによる減衰を与えるくし型フイ
ルタリング実施手段とを備えて構成される。
The device of the present invention is an acoustic noise removal device having two acoustic signal receiving points, and detects the fundamental frequency (or period) of a component having a harmonic structure in the acoustic signal received at one acoustic signal receiving point. The fundamental frequency detecting means calculates the frequency spectrum of the acoustic signal received at another acoustic signal receiving point, and the fundamental frequency detected by the fundamental frequency detecting means with respect to this frequency spectrum and a frequency having a harmonic relationship therewith. and comb filtering implementation means for attenuating the components by comb filtering in the frequency domain.

〔実施例〕〔Example〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

第1図に示す実施例の構成はマイクロホン1,
2、基本周波数検出部3、周波数スペクトル算出
回路4および周波数領域くし型フイルタリング回
路5等を備えて構成される。
The configuration of the embodiment shown in FIG.
2, a fundamental frequency detection section 3, a frequency spectrum calculation circuit 4, a frequency domain comb filtering circuit 5, and the like.

また、第2図は第1図の実施例における基本周
波数検出部3の部分を詳細に示すブロツク図であ
り、窓処理器31、フーリエ変換器32、電力ス
ペクトル算出器33、データ非線形圧縮器34、
自己相関係数算出器35およびピーク値検索器3
6を備えて構成される。
Further, FIG. 2 is a block diagram showing in detail the fundamental frequency detecting section 3 in the embodiment of FIG. ,
Autocorrelation coefficient calculator 35 and peak value searcher 3
6.

マイクロホン1は環境雑音が優勢な音響信号受
信点に配置され、環境雑音を入力する。この環境
雑音は電気的信号に変換されたのち基本周波数検
出部3に供給されて調波性構造を有する環境雑音
の基本周波数成分を検出し、これに関するデータ
を周波数領域くし型フイルタリング回路5に供給
する。
The microphone 1 is placed at an acoustic signal receiving point where environmental noise is predominant, and inputs the environmental noise. After this environmental noise is converted into an electrical signal, it is supplied to the fundamental frequency detection section 3 to detect the fundamental frequency component of the environmental noise having a harmonic structure, and the data related to this is sent to the frequency domain comb filtering circuit 5. supply

一方、マイクロホン2には環境雑音とともに所
要の音声も入力しこれらは電気信号に変換された
うえ周波数スペクトル算出回路4に供給される。
On the other hand, necessary voices are input to the microphone 2 along with environmental noise, which are converted into electrical signals and then supplied to the frequency spectrum calculation circuit 4.

周波数スペクトル算出回路4は時間領域の入力
信号を周波数領域の信号に変換する周波数スペク
トル算出を行なう本実施例ではFFT(Fast
Fouriers Transform、高速フーリエ変換)回路
を利用してこれを実行している。こうして周波数
領域に変換された雑音と音声とは周波数領域くし
型フイルタリング回路5に供給される。
The frequency spectrum calculation circuit 4 performs frequency spectrum calculation for converting a time domain input signal into a frequency domain signal.
This is done using a Fast Fouriers Transform (Fouriers Transform) circuit. The noise and speech thus converted into the frequency domain are supplied to the frequency domain comb filtering circuit 5.

さて、基本周波数検出部3は運用環境において
マイクロホン1によつて捕捉した雑音のうち調波
構造を有するものの雑音系列の基本周波数成分を
検出するものであり、本実施例ではこれを第2図
に示す内容で処理している。以下、第2図にもと
づいて基本周波数の検出内容を説明する。
Now, the fundamental frequency detection section 3 detects the fundamental frequency component of a noise series of noise captured by the microphone 1 in an operational environment that has a harmonic structure, and in this embodiment, this is shown in FIG. Processing is performed according to the content shown. Hereinafter, the detection contents of the fundamental frequency will be explained based on FIG. 2.

マイクロホン1から入力した入力信号は窓処理
器31に供給され所定の窓関数との乗算による窓
処理を受ける。この場合、入力信号はあらかじめ
設定する所定のサンプリング周波数で標本化され
たのち、その標本化サンプルを所定のビツト数で
量子化する。サンプリング周波数ならびに量子化
ビツト数はそれぞれ量子化対象最高周波数ならび
に量子化精度等を勘案し任意に設定できる。
An input signal input from the microphone 1 is supplied to a window processor 31 and subjected to window processing by multiplication with a predetermined window function. In this case, the input signal is sampled at a predetermined sampling frequency, and then the sampled samples are quantized using a predetermined number of bits. The sampling frequency and the number of quantization bits can be set arbitrarily, taking into account the maximum frequency to be quantized, the quantization accuracy, etc., respectively.

量子化信号は次に矩形関数、あるいはハミング
関数等の窓関数との畳み込み乗算を介して所定の
時間長で次々と切出され、フーリエ変換器32に
供給される。
The quantized signal is then successively extracted at a predetermined time length through convolution multiplication with a rectangular function or a window function such as a Hamming function, and is supplied to the Fourier transformer 32.

フーリエ変換器32はこうして入力した量子化
信号をDFT(Discrete Fouiers Transform)回
路を介して周波数領域のデイジタル量に変換した
うえこれらを電力スペクトル算出器33に供給す
る。
The Fourier transformer 32 converts the input quantized signal into digital quantities in the frequency domain via a DFT (Discrete Fouiers Transform) circuit, and supplies these to the power spectrum calculator 33.

電力スペクトル算出器33は入力した信号の周
波数スペクトル成分の実数部ならびに虚数部の自
乗加算等を介してスカラー量の電力スペクトルを
算出しこれらを一旦内部メモリに格納する。
The power spectrum calculator 33 calculates a power spectrum of a scalar amount through square addition of the real part and imaginary part of the frequency spectrum components of the input signal, and temporarily stores them in an internal memory.

電力スペクトル算出器33の内部メモリに格納
された窓関数切出し単位の電力スペクトルは次に
データ非線形圧縮器34に次々に所定の時間長ぶ
んずつ読出される。
The power spectrum of each window function extraction unit stored in the internal memory of the power spectrum calculator 33 is then read out one after another for a predetermined length of time to the data nonlinear compressor 34.

データ非線形圧縮器34はこうして入力したス
カラー量の電力スペクトルデータの非線形圧縮を
行なう。この非線形圧縮はこれによつて、入力し
た電力スペクトルの評価を大幅に容易かつ高精度
化しようとするものである。
The data nonlinear compressor 34 performs nonlinear compression of the input scalar power spectrum data. This nonlinear compression is intended to greatly facilitate and improve the accuracy of the evaluation of the input power spectrum.

入力の非線形圧縮はたとえば対数縮あるいはミ
ユーカーブ(μ−Curve)圧縮の如き非線形圧
縮、もしくはあらかじめ設定したスライスレベル
以下のレベルのものとクリツプすることによつて
圧縮するセンタクリツプ等、いろいろあるが本実
施例では対数圧縮を行なつてそのデータを自己相
関係数算出器35に供給する。
There are various types of nonlinear compression of the input, such as nonlinear compression such as logarithmic compression or mu-curve compression, or center clipping, which compresses the input by clipping it with a level below a preset slice level. In the example, logarithmic compression is performed and the data is supplied to the autocorrelation coefficient calculator 35.

自己相関係数算出器35は非線形圧縮された入
力データに対して必要な遅れ時間範囲での自己相
関係数列を算出しこれをピーク値検出器36に送
出する。
The autocorrelation coefficient calculator 35 calculates an autocorrelation coefficient sequence in a necessary delay time range for the nonlinearly compressed input data and sends it to the peak value detector 36.

ピーク値検出器36は入力した自己相関係数の
ピーク値を検索し、このピーク値に対応する自己
相関係数の遅れ、即ち、周波数軸上の遅れ、更に
言えば周波数から繰返し周期性のある、すなわち
調波構造をもつ環境雑音の基本周波数を容易に知
ることができる。
The peak value detector 36 searches for the peak value of the input autocorrelation coefficient, and calculates the delay of the autocorrelation coefficient corresponding to this peak value, that is, the delay on the frequency axis, and more specifically, the delay of the autocorrelation coefficient that corresponds to this peak value. In other words, the fundamental frequency of environmental noise having a harmonic structure can be easily determined.

ふたたび第1図に戻つて説明を続ける。 Let us return to Figure 1 and continue the explanation.

周波数領域くし型フイルタリング5は周波数ス
ペクトル検出回路4から入力した周波数スペクト
ルに対し、基本周波数検出部3から供給を受けた
基本周波数ならびにその高調波成分、すなわち調
波構造を有する周波成分をナル(null)極とする
くし型フイルタリング(Comb Filtering)を周
波数領域で施す。
The frequency domain comb filtering 5 nulls the fundamental frequency and its harmonic components supplied from the fundamental frequency detection section 3, that is, frequency components having a harmonic structure, with respect to the frequency spectrum input from the frequency spectrum detection circuit 4. Apply comb filtering (null) to the pole in the frequency domain.

第3図は第1図の実施例における周波数領域く
し型フイルタリングの特性を示す周波数領域くし
型フイルタリング減衰特性図である。
FIG. 3 is a frequency domain comb filtering attenuation characteristic diagram showing the characteristics of the frequency domain comb filtering in the embodiment of FIG.

周波数領域くし型フイルタリング回路5はPで
示すくし型フイルタリング特性をもつくし型フイ
ルタを備え周波数スペクトル算出回路4から入力
した周波数スペクトルをフイルタリングする。上
述した型フイルタは基本周波数f0のほか、2f0
3f0……、一般的にはnf0の周波数位置に尖鋭な
減衰極、すなわちナル極を設定している。nf0
除去すべき雑音周波数の上限を考慮して任意に設
定でき、また3dB(デベシル)低下の減衰帯域幅
b0も任意にいくらでも尖鋭化しうる。このような
減衰特性をもつフイルタを通すことによつて調波
構造をもつ雑音は正確かつ十分に減衰され、しか
も調波構造の周波数成分が音響雑音の伝搬経路の
時変のもとでも常に正しく捕捉される雑音除去が
可能となる。
The frequency domain comb filtering circuit 5 includes a comb filter having a comb filtering characteristic indicated by P, and filters the frequency spectrum input from the frequency spectrum calculation circuit 4. In addition to the fundamental frequency f 0 , the above-mentioned type filter has 2f 0 ,
3f 0 . . . Generally, a sharp attenuation pole, that is, a null pole, is set at the frequency position nf 0 . nf 0 can be set arbitrarily considering the upper limit of the noise frequency to be removed, and the attenuation bandwidth with 3 dB (devesyl) reduction
b 0 can also be made as sharp as desired. By passing through a filter with such attenuation characteristics, noise with a harmonic structure can be attenuated accurately and sufficiently, and furthermore, the frequency components of the harmonic structure will always remain correct even under the time change of the acoustic noise propagation path. Captured noise can be removed.

なお、前述した第1図の実施例における基本周
波数検出部3は第2図に示す構成で、量子化した
入力信号の電力スペクトルを非線形圧縮してその
分布特性を把し易くしたうえ自己相関係数列のピ
ーク値を検索しつつ繰返し周期性のある調波構造
の雑音成分を除去することを基本手段としている
が、類似の着想で周期性に着目して基本周波数を
検出する別手段も種々考えられる。
The fundamental frequency detection unit 3 in the embodiment shown in FIG. 1 described above has the configuration shown in FIG. The basic method is to search for the peak value of a sequence and remove the noise component of a harmonic structure with repetitive periodicity, but various other methods have been considered based on similar ideas to detect the fundamental frequency by focusing on periodicity. It will be done.

たとえばケプストラム(Cepstrum)分析によ
る検出手法もそのひとつである。
For example, a detection method using cepstrum analysis is one such method.

すなわち、入力信号のDFTから電力スペクト
ルを求めその対数をとつて再びDFTして得られ
るケプストラムは原信号が調波構造を有し、且つ
周期的であればその周期に等しいケフレンシイ
(Quefrency)にピークを生じこれを利用して精
度よく基本周波数を把握することができる。
In other words, the cepstrum obtained by calculating the power spectrum from DFT of the input signal, taking its logarithm, and DFT again will have a peak at a quefrency equal to the period if the original signal has a harmonic structure and is periodic. This can be used to accurately determine the fundamental frequency.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した如く本発明によれば、時変的伝搬
径路を介して伝搬する環境雑音下にあつて、調波
構造を有する雑音成分の基本周波数を検出したう
えこの基本周波数ならびにこれと調波関係にある
周波数成分とを減衰極として構成するくし型フイ
ルタを介して音響信号を入力して周期性の環境雑
音を除去することによつて雑音除去効果を大幅に
改善した音響雑音除去装置が実現できるという効
果がある。
As explained above, according to the present invention, under environmental noise propagating through a time-varying propagation path, the fundamental frequency of a noise component having a harmonic structure is detected, and the fundamental frequency and its harmonic relationship are detected. By inputting an acoustic signal through a comb-shaped filter that has frequency components as attenuation poles and removing periodic environmental noise, an acoustic noise removal device with significantly improved noise removal effects can be realized There is an effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図は第1図の実施例における基本周波数検出
部3の部分を詳細に示すブロツク図、第3図は第
1図の実施例における周波数領域くし型フイルタ
リング減衰特性図である。 1,2……マイクロホン、3……基本周波数検
出部、4……周波数スペクトル算出回路、5……
周波数領域くし型フイルタリング回路、31……
窓処理器、32……フーリエ変換部、33……電
力スペクトル算出器、34……データ非線形圧縮
器、35……自己相関係数算出器、36……ピー
ク値検出器。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram showing in detail the fundamental frequency detecting section 3 in the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a frequency domain comb filtering attenuation characteristic diagram in the embodiment shown in FIG. 1, 2...Microphone, 3...Fundamental frequency detection section, 4...Frequency spectrum calculation circuit, 5...
Frequency domain comb filtering circuit, 31...
Window processor, 32...Fourier transform unit, 33...Power spectrum calculator, 34...Data nonlinear compressor, 35...Autocorrelation coefficient calculator, 36...Peak value detector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 2つの音響信号受信点を有する音響雑音除去
装置であつて、1つの音響信号受信点で受信した
音響信号のうち調波構造を有する成分の基本周波
数(または周期)を検出する基本周波数検出手段
と、他の音響信号受信点で受信した音響信号の周
波数スペクトルを算出したうえ、この周波数スペ
クトルに対し前記基本周波数検出手段によつて検
出した基本周波数とこれと調波関係にある周波数
成分とを対象とする周波数領域でのくし型フイル
タリングによる減衰を与えるくし型フイルタリン
グ実施手段とを備えて成ることを特徴とする音響
雑音除去装置。
1. An acoustic noise removal device having two acoustic signal receiving points, and a fundamental frequency detection means for detecting the fundamental frequency (or period) of a component having a harmonic structure among the acoustic signals received at one acoustic signal receiving point. Then, the frequency spectrum of the acoustic signal received at another acoustic signal receiving point is calculated, and the fundamental frequency detected by the fundamental frequency detecting means and the frequency component having a harmonic relationship with this frequency spectrum are calculated. 1. An acoustic noise removal device comprising: comb filtering implementation means for providing attenuation by comb filtering in a target frequency region.
JP60147255A 1985-07-03 1985-07-03 Acoustic noise eliminator Granted JPS627298A (en)

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