JP2005110127A - 風雑音検出装置及びそれを有するビデオカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 風雑音を検出する情報源として、複数の集音手段の差信号だけではなく、それらの和信号も用いることにより、音波の音圧レベルが高い場合でも、誤判断を少なくし、検出精度の高い風雑音検出信号を得ることを可能にする。
【解決手段】 ２つのマイクで検出された信号（Ｌ）（Ｒ）は、差信号生成器８で差信号（Ｌ−Ｒ）、和信号生成器９で和信号（Ｌ＋Ｒ）を生成する。それぞれは低域フィルタ１０、１２を経て、絶対値検出器１１、１３で絶対値に変換される。そして、風雑音検出信号生成器１４は、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値から和信号（Ｌ＋Ｒ）の絶対値を減じ、その結果をシステムコントロール部７に出力する。ただし、この時の値が０より小さい場合には０を出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は風雑音を除去するための風雑音検出の技術に関するものである。

ビデオカメラ装置において、マイクが有する振動膜（振動板）が風圧によって振動してしまい、風雑音信号として検出することが知られている。この課題に対し、風雑音を改善する技術が、いくつか既に提案されている（例えば特許文献１）。

以下、図１にしたがって、この風雑音低減技術を説明する。

図１において、１０はＬｃｈ音声信号を集音するＬｃｈマイク、２０はＲｃｈ音声信号を集音するＲｃｈマイク、３０はＬｃｈマイク出力信号を増幅するＬｃｈ初段マイクアンプ、４０はＲｃｈマイク出力信号を増幅するＲｃｈ初段マイクアンプ、５０はＬｃｈ信号を遅延させるＬｃｈマトリックス遅延器、６０はＲｃｈ信号を遅延させるＲｃｈマトリックス遅延器、７０はＬｃｈ信号を減衰させるＬｃｈマトリックス減衰器、８０はＲｃｈ信号を減衰させるＲｃｈマトリックス減衰器である。

また、９０はＲｃｈマトリックス遅延器６０とＲｃｈマトリックス減衰器８０を経由したＲｃｈ信号を、Ｌｃｈ初段マイクアンプの出力信号から減算するＬｃｈマトリックス減算器、１００はＬｃｈ遅延器５０とＬｃｈ減衰器７０を経由したＬｃｈ信号を、Ｒｃｈ初段マイクアンプの出力信号から減算するＲｃｈ減算器、１１０はＬｃｈ減算器出力の周波数特性を補正するＬｃｈ等化器、１２０はＲｃｈ減算器出力の周波数特性を補正するＲｃｈ等化器である。

１３０は信号処理後のＬｃｈ信号を出力するＬｃｈ出力部、１４０は信号処理後のＲｃｈ信号を出力するＲｃｈ出力部、１５０はＬｃｈ等化器出力の高域信号を抜き出すＬｃｈＨＰＦ、１６０はＲｃｈ等化器出力の高域信号を抜き出すＲｃｈＨＰＦ、１７０はＬｃｈ等化器１１０の出力を減衰させるＬｃｈ等化器出力減衰器、１８０はＬｃｈＨＰＦ出力を減衰させるＬｃｈＨＰＦ出力減衰器、１９０はＲｃｈ等化器１２０の出力を減衰させるＲｃｈ等化器出力減衰器、２００はＲｃｈＨＰＦ出力を減衰させるＲｃｈＨＰＦ出力減衰器、２１０はＬｃｈ等化器出力減衰器の出力とＬｃｈＨＰＦ出力減衰器の出力を加算するＬｃｈ加算器、２２０はＲｃｈ等化器出力減衰器の出力とＲｃｈＨＰＦ出力減衰器の出力を加算するＲｃｈ加算器、２３０はＬｃｈマイク出力とＲｃｈマイク出力から差信号（Ｌ−Ｒ）を生成する差信号生成器、２４０は差信号生成器２３０の出力の低域信号を抜き出すＬＰＦ、２５０はＬＰＦ出力のピーク値を検出するところのピーク検出部である。

尚、これまで説明してきた各部の中で、便箋上風雑音低減に関係しない部分は割愛して以下動作説明する。

近傍に配置される二つのマイク１０及び２０から出力される音声信号は、音波が空気中の波動であるため特に波長が長くなる低周波領域で相関性が強くなる。云い換えれば二つのマイクが出力する信号はほぼ相似なもの言える。

これに対し風雑音は、風がマイク振動膜にランダムに当たることにより発生するもので、２つのマイク出力の相関性が極めて薄く且つ低周波領域でレベルが高いという特性を持つ。

この特性を利用し、２つのマイク出力を差信号生成器２３０に入力し差信号（Ｌ−Ｒ）を生成する。このレベルは同相信号が主成分である音波の場合差信号（Ｌ−Ｒ）は低く、相関性の薄い風雑音の場合は逆にレベルは高くなる。その後、風雑音の主帯域である低周波領域をＬＰＦ２４０で抜き出し、その値をピーク検出部２５０で検出することで、風雑音検出信号を作り出している。風雑音検出信号のレベルにより、Ｌｃｈ等化器出力減衰器１７０（Ｒｃｈ等化器出力減衰器１９０）とＬｃｈＨＰＦ出力減衰器１８０（ＲｃｈＨＰＦ出力減衰器２００）の減衰量を制御しそれぞれの出力信号をＬｃｈ加算器２１０（Ｒｃｈ加算器２２０）で加算することで風雑音の主帯域である低周波領域のレベルを下げ、風雑音を低減している。
特開平５−７３９２号公報（第６頁、図１）

しかしながら、上記例には以下の不具合がある。

二つのマイクの出力信号は音波の場合、相関性が強く非常に近似したレベル及び位相関係を持つが、完全に同じではないため、差信号生成器からはあるレベルの差信号（Ｌ−Ｒ）が出力されてしまうことがある。特に音源がマイク正面ではなく横方向に大きくずれた場合で、尚且つ、マイクに印可される音波の音圧レベルが高くなってくると差信号（Ｌ−Ｒ）のレベルも高くなり、風雑音と誤検出することで音波を集音しているのにも関わらず、音声信号の低周波領域のレベルを減衰させてしまう場合があった。

そこで、本発明は、マイクに印可される音波の音圧レベルが非常に高い場合でも風雑音と誤検出するのを防ぎ、高精度な風雑音の検出信号を生成する技術を提供しようとするものである。

かかる課題を解決するため、例えば、本発明の風雑音検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
複数の集音手段を備え、当該複数の集音手段による信号で風雑音を検出する風雑音検出装置であって、
前記複数の集音手段で得られた信号から差信号を生成する差信号生成手段と、
前記複数の集音手段で得られた信号から和信号を生成する和信号生成手段と、
前記差信号生成手段で生成された差信号を絶対値信号に変換する第１の絶対値変換手段と、
前記和信号生成手段で生成された和信号を絶対値信号に変換する第２の絶対値変換手段と、
前記第１、第２の絶対値変換手段で変換して得た差信号と和信号との差を求め、風雑音検出信号として出力する風雑音検出手段とを備える。

本発明によれば、風雑音を検出する情報源として、複数の集音手段の差信号だけではなく、それらの和信号も用いることにより、音波の音圧レベルが高い場合でも、誤判断を少なくし、検出精度の高い風雑音検出信号を得ることを可能にする。

以下、添付図面にしたがって本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

図２は実施形態におけるビデオカメラ全体のブロック構成図を示している。

同図において、１０１は光学画像を取り込むところのレンズ部、１０２はレンズ部１を介して入射した光を結像し画像の電気信号に変換するＣＣＤ部、１０３はＣＣＤ部２からの電気信号を処理するカメラ信号処理部、１０４は音を集音するマイク部、１０５は音声信号を処理するオーディオ信号処理部、１０６はビデオ信号を処理するビデオ信号処理部、１０７はビデオカメラ装置全体の制御を行うシステムコントロール部、１０８はビデオカメラ装置で信号の入出力を行う入出力部、１０９は記録媒体への記録及び再生処理を行う記録再生処理部、１１０は記録媒体にデータを記録或いは記録媒体からデータを再生するメカ部、１１１は表示データを処理する表示信号処理部、１１２は表示信号処理部からのデータを表示する表示部（例えば液晶表示部）である。

図３は、図２におけるマイク部１０４、オーディオ信号処理部１０５及びシステムコントロール部１０７周辺の詳細ブロック図である。

同図において、１はＬｃｈ音声信号を集音するＬｃｈマイク、２はＬｃｈマイク１からの出力信号を増幅するＬｃｈ初段アンプ、３は風雑音検出結果からＬｃｈ音声信号の低周波領域のレベルを制御するＬｃｈＨＰＦ、４はＲｃｈ音声信号を集音するＲｃｈマイク、５はＲｃｈマイク４からの出力信号を増幅するＲｃｈ初段アンプ、６は風雑音検出結果からＲｃｈ音声信号の低周波領域のレベルを制御するＲｃｈＨＰＦ、７は風雑音検出信号生成器１４の出力レベルから、ＬｃｈＨＰＦ３とＲｃｈＨＰＦ６のカットオフ周波数を制御するシステムコントロール部、８はＬｃｈ初段アンプ２とＲｃｈ初段アンプ５の各出力から差信号（Ｌ-Ｒ）を生成する差信号生成器、９はＬｃｈ初段アンプ２とＲｃｈ初段アンプ５の各出力から和信号（Ｌ+Ｒ）を生成する和信号生成器、１０は差信号中の風の主成分である低域を抜き出す差信号ＬＰＦ、１１は差信号ＬＰＦ出力の絶対値をとる差信号絶対値検出器、１２は和信号中の風の主成分である低域を抜き出すところの和信号ＬＰＦ、１３は和信号ＬＰＦ出力の絶対値をとる和信号絶対値検出器、１４は風雑音検出信号を生成する風雑音検出信号生成器である。

以下図３について各ブロックの動作について説明する。

Ｌｃｈマイク１とＲｃｈマイク４は互いに近接して配置されている。音波の場合、特に低周波領域においてＬｃｈマイク１の出力とＲｃｈマイク４の出力は、ほぼ同相の相似な信号となる。これに対し、風の場合、マイク振動板への当たる風圧変化はランダムな特性を有するため、Ｌｃｈマイク１の出力とＲｃｈマイク４の出力との間の相関性は小さい、すなわち、位相となって現れる。

Ｌｃｈ初段アンプ２とＲｃｈ初段アンプ５の出力には前記Ｌｃｈマイク１の出力とＲｃｈマイク４の出力が増幅されて出力される。

ここで、出力された信号をそれぞれ（Ｌ）と（Ｒ）と表現することとする。

信号（Ｌ）と（Ｒ）はそれぞれ次段のＬｃｈＨＰＦ３、ＲｃｈＨＰＦ６に入力される。ＬｃｈＨＰＦ３、ＲｃｈＨＰＦ６はシステムコントロール部７からの制御信号により、連続的にカットオフ周波数を振れるような構成となっている。

信号（Ｌ）と（Ｒ）は、差信号生成器８と和信号生成器９に入力される。ここで、信号（Ｌ）と（Ｒ）は差信号生成器８で信号（Ｌ−Ｒ）に、和信号生成器９で信号（Ｌ+Ｒ）に変換される。

生成された信号（Ｌ−Ｒ）は、差信号ＬＰＦ１０で風雑音の主帯域である低域側を抜き出し、その後差信号絶対遅検出器１１で絶対値を算出する。同様に作られた信号（Ｌ+Ｒ）は和信号ＬＰＦ１２で風雑音の主帯域である低域側を抜き出し、その後、和信号絶対遅検出器１３で絶対値を算出する。算出された検出値はそれぞれ風雑音検出信号生成器１４に入力され、信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値から、信号（Ｌ+Ｒ）の絶対値が減算された結果が出力される。この風雑音検出信号生成器１４は、０でリミッタが掛かる減算器であり最低値は０となる。すなわち、『絶対値（Ｌ−Ｒ）−絶対値（Ｌ＋Ｒ）＜０』の場合には０を出力する。

かかる構成にした理由を簡単に説明する。

今、マイクに印可されるのが音波の場合で、尚且つそれほど印可レベルも高くない場合を想定する。この場合の各マイクロホンでの検出信号（Ｌ）と（Ｒ）はほぼ相似の信号のため信号（Ｌ−Ｒ）のレベルはあまり大きな値とはならない。したがって、正の値を持つ絶対値（Ｌ＋Ｒ）を、もともと小さな値の絶対値（Ｌ−Ｒ）から減じるわけであるから、風雑音検出信号生成器１４の出力信号は、０もしくは小さな値を出力することが約束される。

ところが音波であっても、例えば音圧レベルが比較的高い場合、より具体的には、音源がビデオカメラの近くに存在し、尚且つ、その音源がビデオカメラの撮影方向に対してずれた場所にあるとき（以下、状況Ｘという）、信号（Ｌ）と（Ｒ）はほぼ同位相であっても、それらの差分信号（Ｌ−Ｒ）（の絶対値）はある程度以上の差が生じ易くなる。したがって、絶対値信号（Ｌ−Ｒ）（の絶対値）のみで、「風雑音」か否かを判断してしまうと、上記のような状況Ｘであっても、「風雑音」と誤判定する、もしくは誤判定しやすくなる。

しかし、本実施形態の場合、和信号（Ｌ＋Ｒ）も、風雑音か否かの判断基準にしていることに注目されたい。上記状況Ｘの場合、信号（Ｌ）と（Ｒ）とは、ほぼ同位相であるため、和信号（Ｌ＋Ｒ）は差信号（Ｌ−Ｒ）より大きな値となる。つまり、音声の場合、それが如何なる状況にあっても、（Ｌ−Ｒ）＜（Ｌ＋Ｒ）の関係が実施的に約束されることになり、結果的に、風雑音検出信号生成器１４の出力信号は０、もしくは小さな値となる。

一方、風雑音の場合であるが、先に説明したように、２つのマイクロホンから得られる信号（Ｌ）と（Ｒ）（の低周波成分）との間には、相関関係が小さい。したがって、ある任意の期間の平均レベルを比較した場合、信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値が、信号（Ｌ＋Ｒ）の絶対値よりもむしろ大きなものとなりやすい。すなわち、風雑音検出信号生成器１４の出力信号は０よりも大きなものなり、問題のない範囲で、風雑音検出を行うことができるようになる。

なお、２つのマイクロホンが、たまたま同時に同位相の風圧変化を受け、尚且つ、その振幅のみが異なる信号を出力した場合、上記の処理によれば、風雑音ではないと判断される可能性がある。しかしながら、そのような状況は、ビデオカメラで撮影している場合における時間軸の局所的なものであり、全体として見た場合には、上記和信号（Ｌ＋Ｒ）までをも参照する構成にする作用効果の方が顕著である。

以上のように、差信号（Ｌ−Ｒ）だけではなく和信号（Ｌ+Ｒ）も検出部のパラメータとして使用することで、風雑音検出信号の精度を大きく向上させることが出来る。

このような過程で生成された風雑音検出信号は、システムコントロール部７でその値を読み込まれ、音声信号のメインルートに配置されたＬｃｈＨＰＦ３とＲｃｈＨＰＦ６のカットオフ周波数を連続的に制御することで、特に低域を主成分とする風雑音を、最適のフィルタ設定で低減することが可能となる。

なお、上記実施形態では、風雑音検出信号生成器１４は、『絶対値（Ｌ−Ｒ）−絶対値（Ｌ＋Ｒ）』を算出するものとして説明したが、絶対値（Ｌ−Ｒ）或いは絶対値（Ｌ＋Ｒ）の一方に係数αを乗算してから減算し、この係数αを適宜不図示のスイッチで変更できるようにし、風雑音か否かの判定基準を調整できるようにしても良い。

また、実施形態では、集音手段としてビデオカメラが通常有するステレオマイクロホンを利用するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば複数のマイクロホンを有する録音装置に適用しても良いからである。

＜第２の実施形態＞
次に、図４を用いて第２の実施形態を説明する。図４は上記実施形態における図３に相当するものであるが、異なる点は、風雑音低域フィルタ切り換えスイッチＳＷ１８を設けた点と、システムコントロール部７が、表示信号処理部１１を制御して表示部１２の風雑音レベルの表示する点にある。

なお、本第２の実施形態では、ＬｃｈＨＰＦ３とＲｃｈＨＰＦ６は連続的にカットオフ周波数は変化せず、風雑音低減フィルタ切換スイッチ１８によるＯＮ／ＯＦＦの切換タイプとなっている。

図４において、風雑音検出信号生成器１４の出力レベルに応じて、システムコントロール部７は表示信号制御部１５へ風雑音レベルに応じた表示データを送る。そのデータを受けた表示信号制御部１５は表示部１６上に風雑音レベルを示すバーを図示の符号１７に示すように表示する（バーの本数が多いほど、風雑音が大きいことを示す）。撮影者はこのレベル表示を見て必要と判断すると風雑音低減フィルタ切換スイッチ１８を切換て風雑音を低減させる。

撮影者によっては、風雑音のレベルにより自動的に低域のレベルが低減するのを好まない場合があるため、本対応によって風雑音レベル表示値を指標として、撮影者が自分の意志で低域の成分を撮影状態に応じて低減させることが出来るという作用効果を奏する。

従来の風雑音検出の構成を示す図である。 実施形態が適用するビデオカメラ装置全体の構成を示す図である。 第１の実施形態が適用する風雑音検出の構成を示す図である。 第２の実施形態が適用する風雑音検出の構成を示す図である。

Claims (5)

1. 複数の集音手段を備え、当該複数の集音手段による信号で風雑音を検出する風雑音検出装置であって、
   前記複数の集音手段で得られた信号から差信号を生成する差信号生成手段と、
   前記複数の集音手段で得られた信号から和信号を生成する和信号生成手段と、
   前記差信号生成手段で生成された差信号を絶対値信号に変換する第１の絶対値変換手段と、
   前記和信号生成手段で生成された和信号を絶対値信号に変換する第２の絶対値変換手段と、
   前記第１、第２の絶対値変換手段で変換して得た差信号と和信号との差を求め、風雑音検出信号として出力する風雑音検出手段と
   を備えることを特徴とする風雑音検出装置。
2. 前記差信号生成手段及び和信号生成手段それぞれで生成された差信号及び和信号の低周波成分を抽出するフィルタ手段を更に備え、
   前記第１の絶対値変換手段、及び、第２の絶対値変換手段それぞれは、低周波成分抽出された差信号、和信号それぞれを絶対値信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の風雑音検出装置。
3. 前記風雑音検出手段からの信号を用いて、音声信号の低周波領域のレベルを連続的に制御する低周波領域連続制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の風雑音検出装置。
4. 前記風雑音検出手段からの信号のレベルに従い、風雑音のレベルを報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風雑音検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の風雑音検出装置を備えることを特徴とするビデオカメラ装置。

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