JP5919647B2

JP5919647B2 - 風雑音抑圧装置、半導体集積回路及び風雑音抑圧方法

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Description

本発明は、風雑音抑圧装置、半導体集積回路及び風雑音抑圧方法に関する。

近年のデジタルカメラでは、動画撮影も可能となっているが、高画質化が実現される一方で、動画撮影時の音声には風雑音が混入しやすい。外部マイクを搭載できるビデオカメラなどでは、風防用のスポンジなどを取り付けることができるが、多くのデジタルカメラは内部マイクで音声を録音している。そのため、従来、信号処理により風雑音を抑圧する手法が用いられている。

風雑音は、低い周波数帯域に集中する傾向があるので、その領域をハイパスフィルタにより抑圧する手法が知られている。
また、入力信号を帯域分割し、それらの帯域間の相互相関から風雑音を検出する手法が知られている。この手法では、風雑音が支配的な低い周波数帯域側の入力信号を、高い周波数帯域側のものよりも大きく低減することで、高い周波数帯域側に多く混入している音声信号が損なわれないようにしていた。

また、２つのマイクで収録された２チャンネルの信号において、風雑音がチャンネル間で相互相関がないことを利用して、２チャンネルの信号の差分や相関値から風雑音成分を検出する手法があった。

特開２００１−３５２５９４号公報特許第３１８６８９２号公報特開２００９−５５５８３号公報

風雑音が含まれる低い周波数帯域側にも、雑音ではない音声信号が含まれることがあるため、音声の自然さを損なうことなく風雑音を抑圧することは困難であった。

発明の一観点によれば、入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも周波数が高い第２の周波数帯域とを分割する分割部と、前記第１の周波数帯域の入力音の特徴パラメータから、前記入力音が風雑音である確率を算出する算出部と、算出された前記確率に応じた強度で、前記第１の周波数帯域の入力音に含まれる風雑音を抑圧する抑圧部と、前記分割部にて分割された前記第２の周波数帯域の入力音と、前記抑圧部にて風雑音が抑圧された前記第１の周波数帯域の入力音とを合成して出力する加算部と、を備えた風雑音抑圧装置が提供される。

開示の風雑音抑圧装置、半導体集積回路及び風雑音抑圧方法によれば、より自然な音声が得られるように風雑音を抑圧できる。

第１の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。分割部が有するフィルタの例を示す図である。算出部の例を示す図である。算出部への入力音、入力音の強度、強度変動量、強度変動の周期及び１次の自己相関係数の例を示す図である。抑圧部の一例を示す図である。ハイパスフィルタの一例を示す図である。第１の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。減衰量の算出例を示す図である。非線形振幅圧縮処理前と処理後の信号波形の例を示す図である。第２の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。第３の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。補償部での処理の一例の様子を示す図である。第３の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。補償処理前後の信号の周波数成分の様子を示す図である。第４の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。補償量調整の一例を示す図である。第５の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。動画像処理用の半導体集積回路の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。

風雑音抑圧装置１は、たとえば、動画像処理用のＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）に搭載されるものであり、分割部２、算出部３、抑圧部４、加算部５を有している。

分割部２は、マイクＭＣで収音され、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部７でデジタル信号に変換されたモノラルの入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある周波数帯域と、その周波数帯域よりも周波数が高い周波数帯域とを分割する。以下の説明では、分割部２によって分割された低い側の周波数帯域を低域、高い側の周波数帯域を高域という。

風雑音は、５００Ｈｚ以下の周波数帯域（特に２００〜３００Ｈｚを中心とする帯域）に集中する傾向がある。そのため、分割部２は、たとえば、１０００Ｈｚ程度を目安として、風雑音が含まれる可能性のある低域と、風雑音が含まれる可能性が少ない高域とを分割する。

算出部３は、低域の入力音の特徴パラメータから、入力音が風雑音である確率（以下風雑音確率という）を算出する。特徴パラメータとしては、入力音の大きさ（以下強度という場合もある）の変動量、入力音の大きさの変動周期（変動速さ）、１次の自己相関係数などがある。風雑音確率の求め方については後述する。

抑圧部４は、算出部３で算出された風雑音確率に応じた強度で、低域の入力音の大きさを抑圧する。
加算部５は、抑圧された低域の入力音と、分割部２で分割された高域の入力音とを合成し、出力する。

このような風雑音抑圧装置１によれば、低域の入力音の特徴パラメータから、入力音が風雑音である確率が算出され、風雑音確率に応じた強度で、低域に含まれる風雑音が抑制される。たとえば、風雑音確率が大きい入力音に対しては、大きく抑制が行われ、風雑音確率が小さい入力音に対しては、小さく抑制が行われる。これにより、低域に存在する音声信号が、風雑音と同様に大きく抑制されてしまうことを防止することができ、より自然で、品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できる。

以下、風雑音抑圧装置１の各部の例をより詳細に説明する。
図２は、分割部が有するフィルタの例を示す図である。横軸は周波数であり、縦軸は強度である。

分割部２は、図２に示すような周波数特性を示す、ローパスフィルタと、ハイパスフィルタを有する。ローパスフィルタとハイパスフィルタの特性の交点の周波数は、たとえば、１０００Ｈｚ程度である。ローパスフィルタの出力は、算出部３及び抑圧部４に入力され、ハイパスフィルタの出力は加算部５に入力される。

なお、図２に示す例では、ローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性は重なっているので、分割される低域と高域とは重なりがあるが、各フィルタを調整して重複なく分割するようにしてもよい。

図３は、算出部の例を示す図である。
算出部３は、強度算出部３１、強度変動量算出部３２、強度変動周期算出部３３、自己相関係数算出部３４、確率算出部３５を有している。

図４は、算出部への入力音、入力音の強度、強度変動量、強度変動の周期及び１次の自己相関係数の例を示す図である。
図４の各グラフにおいて、横軸は時間を示している。縦軸は、入力音のグラフでは振幅を示し、入力音の強度のグラフでは強度［ｄＢ］、強度変動量のグラフでは強度変動量［ｄＢ］、強度変動の周期のグラフでは変動周期、１次の自己相関係数のグラフでは相関値を示している。また、点線間の時間は、処理が行われる単位となる時間フレーム（以下単にフレームという）を示している。

強度算出部３１は、フレーム単位で、入力音の振幅の２乗平均をもとに、低域の入力音の強度を算出する。あるフレームの入力音をｘ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｔ）（Ｔはフレーム周期）とすると、そのフレームの強度ｆｐ（ｄＢ）は、たとえば、以下の式（１）で算出される。

これにより、図４の上から２段目に示されているような入力音の強度が得られる。
強度変動量算出部３２は、あるフレームの入力音の強度と、前フレームの入力音の強度との差分を、強度変動量として算出する。強度変動量ｄｆｐは、あるフレーム番号ｔのフレームの入力音の強度をｆｐ（ｔ）、前フレームの入力音の強度をｆｐ（ｔ−１）とすると、以下の式（２）で算出される。

これにより、図４の上から３段目に示されているような強度変動量が得られる。
強度変動周期算出部３３は、強度変動の周期を算出する。強度変動の周期として、たとえば、フレームの強度の自己相関係数が最大となる周期が用いられる。あるフレーム番号ｔのフレームの強度をｆｐ（ｔ）とすると、強度変動の周期ｐｆｐは、たとえば、以下の式（３），（４）で算出される。

式（３）のａｕｔｏｃｏｒｒ（τ）は、τフレームシフトさせた強度変動との自己相関を示す係数である。Ｋは、強度変動の周期を求める区間のフレーム数である。また、式（４）のａｒｇｍａｘ（ａｕｔｏｃｏｒｒ（τ））は、ａｕｔｏｃｏｒｒ（τ）が最大となるτを求める関数である。

このような式（３），（４）により、図４の下から２段目に示されているような強度変動の周期が得られる。
自己相関係数算出部３４は、低域の入力音の周波数スペクトルの概形（傾き）を示す１次の自己相関係数を算出する。あるフレームの入力音をｘ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｔ）（Ｔはフレーム周期）とすると、１次の自己相関係数ａｃ₁は、たとえば、以下の式（５）で算出される。

これにより、図４の最下段に示されているような１次の自己相関係数（相関値）が得られる。
確率算出部３５は、算出された強度変動量、強度変動の周期、１次の自己相関係数から、それぞれ風雑音である確率を求めて、統合する。

以下では強度変動量、強度変動の周期、１次の自己相関係数、それぞれによる風雑音確率の算出方法の例を説明する。なお、以下の説明では、確率算出部３５は、風雑音確率を０から１．０までの確率値で求めるものとする。

（強度変動量による風雑音確率算出方法）
風雑音は強度変動量が非常に大きいという特徴を持つため、確率算出部３５は、強度変動量がある程度以上の場合に、風雑音確率の確率値が０を超え、さらにある程度の値を超えた場合は、確実に風雑音であると判定して確率値１．０を算出する。

風雑音確率を０より大きいと判定する強度変動量ｄｆｐの閾値をＴｈ_dfp1、確実に風雑音であると判定する強度変動量ｄｆｐの閾値をＴｈ_dfp2とすると、強度変動量による風雑音確率の確率値ｐ１は、たとえば、以下の式（６）で求められる。

（強度変動の周期による風雑音確率算出方法）
風雑音は特定の変動周期（変動の速さ）を持つ。そこで、確率算出部３５は、算出された強度変動の周期と、風雑音の変動周期の代表値との差分から風雑音確率の確率値を求める。

風雑音の変動周期の代表値をＴ_W、風雑音確率を０より大きいと判定する上記差分値の閾値をＴｈ_TWとすると、強度変動の周期ｐｆｐによる風雑音確率の確率値ｐ２は、たとえば、以下の式（７）で求められる。

（１次の自己相関係数による風雑音確率算出方法）
風雑音は非常に低い周波数成分を持つため、風雑音区間では、１次の自己相関係数が大きな値となる。１次の自己相関係数は、高域と比較した低域の大きさを表す値と見なすことができる。

風雑音確率を０より大きいと判定する１次の自己相関係数の閾値をＴｈ_ac1とすると、１次の自己相関係数ａｃ１による風雑音確率の確率値ｐ３は、たとえば、以下の式（８）で求められる。

（統合方法）
確率算出部３５は、上記の式（６）〜（８）で算出した確率値ｐ１，ｐ２，ｐ３に対してそれぞれ重み値ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３を付加して、これらを以下の式（９）のように統合し、最終的な風雑音確率の確率値ｐを出力する。なお、０≦ｗｐ１≦１．０，０≦ｗｐ２≦１．０，０≦ｗｐ３≦１．０とする。

なお、確率値ｐ１〜ｐ３の全てを用いずに、１つまたは２つの値から風雑音確率の確率値ｐを算出するようにしてもよい。
次に、図１に示した抑圧部４の例を示す。

図５は、抑圧部の一例を示す図である。
抑圧部４は、ハイパスフィルタ４１、可変利得アンプ４２，４３、加算部４４を有している。

ハイパスフィルタ４１は、分割部２で分割された低域の入力音に対して、たとえば、風雑音が含まれる可能性の高い周波数帯域を抑圧する。
図６は、ハイパスフィルタの一例を示す図である。横軸は周波数であり、縦軸は強度である。

ハイパスフィルタ４１は、風雑音が発生している場合、風雑音が含まれる可能性の高い、たとえば、５００Ｈｚ程度以下の周波数帯域の信号を抑圧するような周波数特性を有する。

図５に示した可変利得アンプ４２には、ハイパスフィルタ４１の出力が入力され、確率算出部３５で算出された風雑音確率の確率値ｐに基づいた増幅が行われる。可変利得アンプ４３には、分割部２で分割された低域の入力音（抑圧部４への入力信号）が入力され、１から確率値ｐを減じた値に基づいた増幅が行われる。

ある時刻の抑圧部４の入力信号をｘ、風雑音確率の確率値をｐ（０≦ｐ≦１．０）、ハイパスフィルタ４１の出力をＸ_hpとすると、抑圧部４の出力信号ｙは以下の式（１０）のように表される。

これにより、確率算出部３５で算出された風雑音確率の確率値に応じた強度で、低域の入力音の大きさが抑圧される。
以下、第１の実施の形態の風雑音抑圧装置の動作をまとめる。

図７は、第１の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１：分割部２は、マイクＭＣで収音され、Ａ／Ｄ変換部７でデジタル信号に変換された入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある低域と、高域とを分割する。

ステップＳ２：算出部３は、分割された低域の入力音の特徴パラメータから、たとえば、式（１）〜（９）で示したようにして、風雑音確率を算出する。
ステップＳ３：抑圧部４は、算出部３で算出された風雑音確率に応じた強度で、低域に含まれる風雑音を抑圧する。たとえば、前述したように、算出部３の確率算出部３５で算出された風雑音確率の確率値ｐに基づいて、式（１０）に示したように低域に含まれる風雑音を抑圧する。

ステップＳ４：加算部５は、抑圧部４により風雑音が抑圧された低域の入力音と、分割部２で分割された高域の入力音とを合成し、出力する。
上記のような風雑音抑圧処理によれば、低域の入力音の特徴パラメータから、入力音が風雑音である確率が算出され、その確率に応じた強度で、低域に含まれる風雑音が抑制される。これにより、低域に存在する音声信号が、風雑音と同様に大きく抑制されてしまうことを防止することができ、より自然で、品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できる。

また、入力音の複数の特徴パラメータをもとに風雑音確率を算出することで、精度よく風雑音確率を求めることが可能になり、その風雑音確率を用いて低域の入力音の大きさを抑圧することで、さらにより自然で、品質のよい音声信号が得られる。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。
図１に示した風雑音抑圧装置１と同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態の風雑音抑圧装置１ａは、前述した抑圧部４とは別の抑圧部６を更に有している。抑圧部６は、ある閾値以上の強度をもつ入力信号（分割部２からの低域の入力音）を圧縮（減衰）し、強度の小さな入力信号についてはそのままにする、という非線形振幅圧縮処理を行う。抑圧部６は、強度算出部６１、減衰量算出部６２、可変利得アンプ６３、乗算部６４を有している。

強度算出部６１は、入力信号の振幅の２乗平均をもとに、入力信号の強度を算出する。強度は、たとえば、前述の式（１）により算出される。
減衰量算出部６２は、入力信号の強度に応じた減衰量を算出する。

可変利得アンプ６３は、減衰量算出部６２で算出された減衰量を、算出部３で算出された風雑音確率の確率値ｐ（０≦ｐ≦１）に基づいて増幅する。
乗算部６４は、入力信号に対して、可変利得アンプ６３で調整された減衰量を乗じ、その結果を抑圧部４に出力する。

図９は、減衰量の算出例を示す図である。横軸は抑圧部６の入力信号の強度［ｄＢ］であり、縦軸は風雑音確率の確率値ｐ＝１の場合の、抑圧部６の出力信号の強度［ｄＢ］であり、図示していないが各軸の値は対数となっている。

減衰量算出部６２は、入力信号の強度を検出し、強度が閾値Ｔｈ_Linより小さい場合には、減衰量ａ＝０とする。このとき出力信号の強度＝入力信号の強度となる。
入力信号の強度が閾値Ｔｈ_Lin以上の場合、減衰量算出部６２は、所定の傾きを設定し、入力信号の強度に基づいた減衰量ａを算出する。入力信号の強度をＬｉｎ、出力信号の強度をＬｏｕｔ、傾きをｄとした場合、減衰量ａは、たとえば、以下の式（１１）で算出される。

つまり、入力信号の強度が閾値Ｔｈ_Lin以上の場合には、出力信号の強度≦入力信号の強度となり、入力信号の強度が大きくなるほど、減衰量ａが大きくなる。
図９に示すような入力信号及び出力信号の強度に応じて求まる減衰量ａは、線形の値に変換され、可変利得アンプ６３に入力される。

ある時刻における抑圧部６への入力信号をｘ、減衰量算出部６２が算出した減衰量をａ（０≦ａ≦１．０）、風雑音確率の確率値をｐ（０≦ｐ≦１．０）とした場合、出力信号ｙは、以下の式（１２）で算出される。

図１０は、非線形振幅圧縮処理前と処理後の信号波形の例を示す図である。横軸は時間、縦軸は振幅である。
図１０の上側の図が、抑圧部６の入力信号である非線形振幅圧縮処理前の信号波形を示し、下側の図が、抑圧部６の出力信号である非線形振幅圧縮処理後の信号波形を示している。

非線形振幅圧縮処理前の信号波形において、点線で示されている閾値以上の信号が、上記の処理により振幅が圧縮（減衰）され、図１０の下側に示すような信号波形が得られる。

抑圧部６で処理された入力音は、さらに、抑圧部４に入力され、第１の実施の形態の風雑音抑圧装置１と同様の処理が行われる。
図１１は、第２の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１０，Ｓ１１の処理は、図７に示したステップＳ１，Ｓ２の処理と同じである。
ステップＳ１２：抑圧部６は、分割部２で分割された低域の入力音に対して、上記の非線形振幅圧縮処理を行う。すなわち、所定の大きさ以上の入力音に対して、減衰量と風雑音確率とに応じた強度で、入力音の大きさを抑圧する。

ステップＳ１３：抑圧部４は、算出部３で算出された風雑音確率に応じた強度で、抑圧部６の出力信号の大きさを抑圧する。たとえば、前述したように、算出部３の確率算出部３５で算出された風雑音確率の確率値ｐに基づいて、式（１０）に示したようにして抑圧部６の出力信号の大きさを抑圧する。

ステップＳ１４：加算部５は、抑圧部４の出力信号（抑圧された低域の入力音）と、分割部２で分割された高域の入力音とを合成し、出力する。
第２の実施の形態の風雑音抑圧装置１ａによれば、前述の第１の実施の形態の風雑音抑圧装置１と同様の効果を有するとともに、以下のような効果もある。

風雑音区間は大きく振幅が変動しているため、抑圧部６にて上記のような非線形振幅圧縮処理を行うことで、より効率的に風雑音を抑圧できる。また、抑圧する強度を、風雑音確率に応じて変更することで、より自然で、品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できる。

なお、抑圧部６と抑圧部４の位置を入れ替えて、抑圧部４で抑圧された入力音に対して、抑圧部６が、上記の非線形振幅圧縮処理を行うようにしてもよい。
（第３の実施の形態）
図１２は、第３の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。

図１に示した風雑音抑圧装置１と同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。
第３の実施の形態の風雑音抑圧装置１ｂは、補償部８を更に有している。補償部８は、抑圧部４で風雑音が抑圧された低域の入力音から、低域のうちの低周波数成分（抑圧部４のハイパスフィルタ４１により抑制または除去された周波数帯域）の信号を疑似的に生成する。そして、補償部８は、風雑音確率に応じた強度で、抑圧部４で風雑音が抑圧された低域の入力音に、その低周波数成分の信号を加えることで、補償を行う。

補償部８は、絶対値処理部８１、バンドパスフィルタ８２、可変利得アンプ８３、加算部８４を有している。
絶対値処理部８１は、抑圧部４で風雑音が抑圧された低域の入力音の時間波形を、絶対値の波形に変換して出力する。

バンドパスフィルタ８２は、ハイパスフィルタとローパスフィルタの機能を有しており、絶対値処理部８１の出力信号から、ハイパスフィルタにより直流成分を除去し、ローパスフィルタにより、出力信号の周波数帯域のうち、低周波数成分を通過させる。ローパスフィルタの周波数特性は、抑圧部４のハイパスフィルタ４１の周波数特性に応じて設定されている。たとえば、抑圧部４のハイパスフィルタ４１が、３００〜５００Ｈｚ程度以下の周波数帯域の信号を抑圧または除去する周波数特性をもつ場合、ローパスフィルタでは、その周波数帯域の信号を通過させるように周波数特性が設定される。

可変利得アンプ８３は、バンドパスフィルタ８２の出力信号を、算出部３で算出された風雑音確率の確率値ｐ（０≦ｐ≦１）に基づいて増幅する。たとえば、可変利得アンプ８３は、バンドパスフィルタ８２の出力信号に対して、確率値ｐを乗じた信号を出力する。

加算部８４は、補償部８の入力信号に、可変利得アンプ８３の出力信号を加算する。
図１３は、補償部での処理の一例の様子を示す図である。
図１３の左側のグラフは、上から補償部８の入力信号（すなわち抑圧部４で抑圧された低域の入力音）の時間波形、絶対値処理後の時間波形、バンドパスフィルタ処理後の時間波形を示しており、横軸は時間、縦軸は振幅を示している。各時間波形の右側には、それぞれの周波数成分の例が示されている。周波数成分のグラフにおいて、横軸は周波数、縦軸は強度を示している。

補償部８の入力信号は、抑圧部４における処理により、低周波数成分が抑圧または除去されている。絶対値処理部８１が、このような入力信号の時間波形を、たとえば、図１３の中段左図の絶対値の波形にすることで、中段右図のように、元の周波数成分の２倍の周波数成分とともに、元の周波数成分の１／２の周波数成分が現れる。

さらに、バンドパスフィルタ８２により、絶対値処理部８１の出力信号から直流成分を除去し、元の周波数成分の１／２の周波数成分を残し高い方の周波数成分を除去することで、図１３下段左図のような時間波形と、下段右図のような周波数成分が生成される。

図１３下段右図のような低周波数成分を有するバンドパスフィルタ８２の出力信号に対して、可変利得アンプ８３にて、確率値ｐが乗じられた信号が出力されると、その信号は加算部８４にて、補償部８の入力信号に加算される。

図１４は、第３の実施の形態の風雑音抑圧装置による風雑音抑圧処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ２０〜Ｓ２２の処理は、図７に示したステップＳ１〜Ｓ３の処理と同じである。

ステップＳ２３：補償部８は、抑圧部４で風雑音が抑圧された低域の入力音に対して、上記の補償処理を行う。すなわち、補償部８は、補償部８の入力信号から低周波数成分の信号を疑似的に生成して、風雑音確率に応じた大きさで、入力信号に加算する。

ステップＳ２４：加算部５は、補償部８の出力信号と、分割部２で分割された高域の入力音とを合成し、出力する。
第３の実施の形態の風雑音抑圧装置１ｂによれば、前述の第１の実施の形態の風雑音抑圧装置１と同様の効果を有するとともに、以下のような効果もある。

図１５は、補償処理前後の信号の周波数成分の様子を示す図である。
図１５上図のように、補償処理前では、抑圧部４により低い周波数成分（点線で図示）が、除去されていた場合であっても、上記の補償処理を行うことによって、図１５下図のように低い周波数成分が生成され、周波数成分が拡張される。これにより、風雑音抑圧後の音声をより自然な音にすることができる。

また、抑圧部４では風雑音確率の確率値ｐに応じて低域の入力音が抑圧されているので、可変利得アンプ８３では、同様の確率値ｐを用いることで、低域の入力音の抑圧分に応じた補償ができる。これにより、風雑音抑圧後の音声をさらに自然な音にすることができる。

なお、風雑音抑圧装置１ｂにおいて、図８に示したような抑圧部６を設けてもよい。これによって、より自然で品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できるようになる。

（第４の実施の形態）
図１６は、第４の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。
図１２に示した風雑音抑圧装置１ｂと同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。

第４の実施の形態の風雑音抑圧装置１ｃは、前述した補償部８での処理によって、加算される低周波数成分の信号が小さすぎたり、大きすぎたりすることを抑制する機能を有する。風雑音抑圧装置１ｃは、第３の実施の形態の風雑音抑圧装置１ｂの各要素の他に、強度算出部９，１０、強度情報記憶部１１、調整部１２を更に有している。

強度算出部９は、補償部８の出力信号の強度を算出する。強度は、補償部８の出力信号の振幅の２乗平均により算出される。
強度算出部１０は、たとえば、式（１）により、分割部２で分割された低域の入力音の強度を算出する。

強度情報記憶部１１は、強度算出部１０で算出されたフレームごとの低域の入力音の強度の値を記憶する。
調整部１２は、算出部３で算出される風雑音確率を、強度算出部９で算出された補償部８の出力信号の強度と、強度情報記憶部１１に格納されている低域の入力音の強度に応じて調整することで、補償部８での補償量を調整する。

補償量の調整にあたって、調整部１２は、たとえば、まず、強度情報記憶部１１に格納されている過去の強度の値を、複数フレームに渡って平均化し、過去の平均強度を求める。各フレームの強度をｆｐ（ｔ）、平均化を行うフレーム数をＴ_Bとすると、過去Ｔ_Bフレームの平均強度ｆｐ_aveは、たとえば、以下の式（１３）で求められる。

調整部１２は、算出した平均強度と、補償部８の出力信号の強度とを比較して、両者の差分が大きい場合（差分が閾値を超えた場合）に、風雑音確率を調整する。補償部８の出力信号の強度をｆ_ex、閾値をＴｈ_ex、風雑音確率の確率値をｐとした場合、たとえば、以下の式（１４）のように確率値ｐが調整される。

確率値ｐが調整されることによって、図１２に示した補償部８の可変利得アンプ８３での増幅率が変化して、抑圧部４の出力信号に加算される前述の低い周波数帯域の信号の大きさが変化し、補償部８の出力信号の強度が、平均強度ｆｐ_aveに近づく側に変化する。

図１７は、補償量調整の一例を示す図である。上から、分割部２で分割された低域の入力音の時間波形、抑圧部４の出力信号及び補償部８からの出力信号の様子が示されている。

強度算出部１０は、分割部２で分割された低域の入力音において、たとえば、風雑音が発生していない区間の複数フレームにおける強度を算出し、強度情報記憶部１１は、その区間の各フレームにおける強度値を記憶する。

図１７の中段の波形のように、風雑音が発生している区間において、抑圧部４により強度を低下させすぎた場合、補償部８により低い周波数帯域の信号の加算を行うことで、図１７の下段の実線の波形のように、強度を引き上げることができる。ただし、図１７の下段の例では、風雑音が発生していない区間の強度と比べて、風雑音区間の強度は引き上げられすぎている。このときの強度が強度値記憶区間の強度の平均値と閾値との加算値よりも大きい場合、上記の調整部１２による調整によって、強度が、たとえば、図１７の下段の点線のレベルまで引き下げられる。これによって、風雑音区間の強度を、強度値記憶区間の強度の平均値に近づけることができ、補償部８での補償量の不足または過剰による不自然さを抑え、より自然な音声を得ることができる。

なお、風雑音抑圧装置１ｃにおいて、図８に示したような抑圧部６を設けてもよい。これによって、より自然で品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できるようになる。

（第５の実施の形態）
図１８は、第５の実施の形態の風雑音抑圧装置の一例を示す図である。
風雑音抑圧装置１ｄは、ステレオ２チャンネルの入力音の風雑音を抑圧するものであり、チャンネルごとに、マイクＭＣａ，ＭＣｂ、Ａ／Ｄ変換部７ａ，７ｂ、分割部２ａ，２ｂ、抑圧部４ａ，４ｂ、加算部５ａ，５ｂを有している。また、風雑音抑圧装置１ｄは、分割部２ａ，２ｂで分割された２チャンネルの低域の入力音の差分信号を生成する加算部１４と、差分信号をもとに、風雑音確率を算出する算出部１３を有している。

分割部２ａ，２ｂは、前述した分割部２と同様に、Ａ／Ｄ変換後の入力音に対して、たとえば、１０００Ｈｚ程度を目安として、風雑音が含まれる可能性がある低域と、風雑音が含まれる可能性が少ない高域とを分割する。

加算部１４は、各チャンネルで分割された低域の入力音の差分信号を生成する。なお、図１８の例では、加算部１４は、分割部２ｂで分割された低域の入力音を負信号として、分割部２ａで分割された低域の入力音と加算することで差分信号を生成する。

算出部１３は、差分信号の特徴パラメータから、たとえば、前述と同様の手法により風雑音確率の確率値ｐを算出する。
抑圧部４ａ，４ｂは、算出された確率値ｐに応じた強度で、各チャンネルの低域の入力音の大きさを抑圧する。

加算部５ａ，５ｂは、抑圧された低域の入力音と、分割部２ａ，２ｂで分割された高域の入力音とを合成し、出力する。
風雑音は、音声信号とは異なりチャンネル間での相関性が低いので、差分信号を生成することで、風雑音成分を際立たせることができる。これにより、算出部１３で算出される風雑音確率は、より精度のよいものとなり、この風雑音確率に応じた強度で、低域の入力音の大きさが抑制されるので、より自然で、品質のよい音声信号になるように風雑音を抑圧できる。

なお、チャンネル数は、３チャンネル以上としてもよい。その場合、算出部１３は、複数チャンネルのうち、何れか２つのチャンネルの低域の入力音の差分信号の特徴パラメータから風雑音確率の確率値ｐを算出し、チャンネルごとに設けられた抑圧部に、確率値ｐを供給するようにすればよい。

また、風雑音抑圧装置１ｄにおいて、図８に示したような抑圧部６を、それぞれのチャンネルごとに設けてもよい。
また、風雑音抑圧装置１ｄにおいて、第３及び第４の実施の形態の風雑音抑圧装置１ｂ，１ｃの補償部８、調整部１２，強度算出部９，１０、強度情報記憶部１１を、それぞれのチャンネルごとに設けてもよい。

以上説明した第１乃至第５の実施の形態の風雑音抑圧装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、たとえば、以下のような動画像処理用の半導体集積回路に搭載される。
図１９は、動画像処理用の半導体集積回路の一例を示す図である。

半導体集積回路１００は、音声を処理する音声処理部１１０と、画像データを処理する画像処理部１２０を有している。
音声処理部１１０は、風雑音抑圧部１１１と、音声符号化部１１２とを有している。

風雑音抑圧部１１１は、前述した第１乃至第５の実施の形態の風雑音抑圧装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの何れかの各要素を有しており、図示しないマイクで収音され、Ａ／Ｄ変換された入力音を入力し、風雑音を抑圧する。風雑音が抑圧された入力音は、音声符号化部１１２に入力され、符号化処理が行われる。

このような半導体集積回路１００によれば、前述の風雑音抑圧装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの何れかの機能を有した風雑音抑圧部１１１を用いることによって、風雑音を抑圧しても、より自然で、品質のよい音声信号が得られる。

以上、実施の形態に基づき、本発明の風雑音抑圧装置、半導体集積回路及び風雑音抑圧方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。

１風雑音抑圧装置
２分割部
３算出部
４抑圧部
５加算部
７Ａ／Ｄ変換部
ＭＣマイク

Claims

入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも周波数が高い第２の周波数帯域とを分割する分割部と、
前記第１の周波数帯域の入力音の、大きさの変動量、変動周期または、１次の自己相関係数のうち、少なくとも１つである特徴パラメータから、前記入力音が風雑音である確率を算出する算出部と、
算出された前記確率に応じた強度で、前記第１の周波数帯域の入力音に含まれる風雑音を抑圧した第１の入力音を生成する抑圧部と、
前記分割部にて分割された前記第２の周波数帯域の入力音と、前記第１の入力音とを合成して出力する加算部と、
を有することを特徴とする風雑音抑圧装置。
前記抑圧部は、前記第１の周波数帯域のうち、風雑音が含まれる可能性が他の周波数帯域に比べて高い第３の周波数帯域の信号の大きさを、前記確率に応じた強度で抑圧した第１の信号を生成し、
前記第１の入力音を用いて、前記第１の信号から風雑音を除去した第２の信号を推定して生成し、前記第１の入力音に、前記確率に応じた強度で、前記第２の信号を加える補償部を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の風雑音抑圧装置。
前記第１の周波数帯域の入力音の大きさの平均値と、前記補償部の出力信号の大きさに応じて前記確率を調整し、調整した前記確率を前記補償部に供給する調整部を有することを特徴とする請求項２に記載の風雑音抑圧装置。
前記第１の周波数帯域の入力音の大きさが所定の大きさ以上の場合に、前記第１の周波数帯域の入力音の大きさに応じた減衰量と前記確率とに応じた強度で、前記第１の周波数帯域の入力音の大きさを抑圧する他の抑圧部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風雑音抑圧装置。
前記算出部は、複数の特徴パラメータをもとに、前記確率を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の風雑音抑圧装置。
入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも周波数が高い第２の周波数帯域とを分割し、前記第１の周波数帯域の入力音の、大きさの変動量、変動周期または、１次の自己相関係数のうち、少なくとも１つである特徴パラメータから、前記入力音が風雑音である確率を算出し、算出された前記確率に応じた強度で、前記第１の周波数帯域の入力音に含まれる風雑音を抑圧した第１の入力音を生成し、前記第２の周波数帯域の入力音と、前記第１の入力音とを合成して出力する風雑音抑圧部、
を有することを特徴とする半導体集積回路。
入力音に対して、風雑音が含まれる可能性のある第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも周波数が高い第２の周波数帯域とを分割し、
前記第１の周波数帯域の入力音の、大きさの変動量、変動周期または、１次の自己相関係数のうち、少なくとも１つである特徴パラメータから、前記入力音が風雑音である確率を算出し、
算出された前記確率に応じた強度で、前記第１の周波数帯域の入力音に含まれる風雑音を抑圧した第１の入力音を生成し、
前記第２の周波数帯域の入力音と、前記第１の入力音とを合成して出力することを特徴とする風雑音抑圧方法。
前記風雑音抑圧部は、前記第１の周波数帯域のうち、風雑音が含まれる可能性が他の周波数帯域に比べて高い第３の周波数帯域の信号の大きさを、前記確率に応じた強度で抑圧した第１の信号を生成し、前記第１の入力音を用いて、前記第１の信号から風雑音を除去した第２の信号を推定して生成し、前記第１の入力音に、前記確率に応じた強度で、前記第２の信号を加えることを特徴とする請求項６に記載の半導体集積回路。
前記第１の周波数帯域のうち、風雑音が含まれる可能性が他の周波数帯域に比べて高い第３の周波数帯域の信号の大きさを、前記確率に応じた強度で抑圧した第１の信号を生成し、前記第１の入力音を用いて、前記第１の信号から風雑音を除去した第２の信号を推定して生成し、前記第１の入力音に、前記確率に応じた強度で、前記第２の信号を加えることを特徴とする請求項７に記載の風雑音抑圧方法。