噪声去除装置、噪声去除方法以及噪声去除程序与流程

本发明涉及噪声去除装置、噪声去除方法以及噪声去除程序。

背景技术：

在汽车音响中作为检测用户的声音的系统而具有被称作免提的系统(以下，称为免提系统)。在免提系统中，将利用麦克风拾音的驾驶员的声音转换为数字数据。关于麦克风等的模拟信号，除了本来要输入的声音信号以外，有时还混入有装置内部的噪声。例如，如果噪声混入到用于免提系统中的模数转换器所使用的电源或地，则转换后的声音的数字数据成为包含有噪声的数据。

在这里，作为对数字化后的检测信号实时施加噪声去除处理的技术，已知有专利文献1。在专利文献1中，计算最近获取的检测信号的累积相加值的平均值，并将该计算结果作为噪声去除处理后的检测信号。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开平11－101656号公报。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在免提系统中，有时设置回声去除装置去除音响回声。根据专利文献1所记载的技术，为了去除噪声需要进行累积相加处理来计算平均值，因此，适用于免提系统中是有改进余地的。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的是，提供能够去除混入装置内部的噪声的噪声去除装置、噪声去除方法以及噪声去除程序。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题并达到上述目的，根据本发明的某一方式的噪声去除装置包括：第一转换部，将来自麦克风的输入信号转换为数字数据来生成输入数字数据；第二转换部，将内部噪声信号转换为数字数据；以及信号处理部，将与向扬声器的输出信号对应的数字数据和由所述第二转换部转换后的数字数据作为参照数据，从所述输入数字数据中去除与所述参照数据对应的分量。

为了解决上述问题并达到上述目的，根据本发明的某一方式的噪声去除方法包括以下步骤：通过第一转换部，将来自麦克风的输入信号转换为数字数据来生成输入数字数据；通过第二转换部，将内部噪声信号转换为数字数据；以及通过信号处理部，将与向扬声器的输出信号对应的数字数据和由所述第二转换部转换后的数字数据作为参照数据，并通过信号处理部从所述输入数字数据中去除与所述参照数据对应的分量。

为了解决上述问题并达到上述目的，根据本发明的某一方式的噪声去除程序使计算机作为以下部发挥功能：加法运算部，对来自通信对象的接收数据加上内部噪声信号的数字数据；以及回声消除部，将相加后的数字数据作为参照数据，从对所述通信对象的发送信号中减去删除数据，所述删除数据是基于所述参照数据和特性信息处理所述参照数据来生成的，所述特性信息是模拟了回声路径的特性的信息。

发明效果

根据本发明，能够将混入装置到内部噪声与回声一起去除。

附图说明

图1是示出基于本实施方式的噪声去除装置的构成例的图；

图2是示出图1中的信号处理部的构成例的图；

图3是示出图2中的回声消除部的构成例的图；

图4是示出基于比较例的回声去除装置的构成的图；

图5是示出图4的回声去除装置中的信号处理部的构成例的图；

图6是示出基于变形例的噪声去除装置的构成的图；

图7是示出图6的噪声去除装置中的信号处理部的构成例的图；

图8是示出基于信号处理部的回声去除动作的例子的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细说明本发明的实施方式。在以下的实施方式的说明中，对于相同或同等的构成部分标注相同符号，简化或省略其说明。另外，本发明不是通过实施方式来限定的。另外，实施方式的构成要素包括本领域技术人员能够替换且容易的要素、或者实质上相同的要素。另外，该实施方式所记载的多个变形例在本领域技术人员能够容易想到的范围内可以进行任意组合。

[噪声去除装置]

图1是示出基于本实施方式的噪声去除装置的构成例的图。在图1中，基于本实施方式的噪声去除装置10被搭载在车辆1上使用。在车辆1上搭载有扬声器20、麦克风(以下简称为麦克)30。扬声器20向车辆1内输出声音。扬声器20将被输入的模拟声音信号转换为声音。麦克风30获取车辆1内的声音。麦克风30将所获取的声音转换为模拟声音信号。

噪声去除装置10包括：信号处理部100、放大部(amplifier；以下称作amp)11和15、模数转换部(analogdigitalconverter；以下，称作adc)12和14、数模转换器(digitalanalogconverter；以下，称作dac)13。

信号处理部100对数字声音数据进行去除回声、噪声等对象声音以外的声音数据的处理。信号处理部100能够利用例如dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)来实现。信号处理部100也可以通过soc(system-on-a-chip，片上系统)实现。信号处理部100也可以利用dsp和soc这两者来实现。

amp11是麦克放大器。amp11将从麦克30输出的模拟声音信号放大。

adc12是将被输入的模拟声音信号转换成数字声音数据的第一转换部。通过adc12转换后的数字声音数据被输入到信号处理部100。

dac13将被输入的数字声音数据转换成模拟声音信号。通过dac13转换后的模拟声音信号被输入到amp15。

amp15是扬声器放大器。amp15将被输入的模拟声音信号放大。amp15放大的模拟声音信号被输入到扬声器20。

adc14是将被输入的模拟信号转换成数字数据的第二转换部。adc14输入本装置、即噪声去除装置10内部的噪声信号。在本实施方式中，adc14中的输入要转换成数字数据的信号的输入端子连接到模拟地106。模拟地106例如是amp11的模拟地。adc14将模拟地106的电压电平转换成数字数据。因此，如果在本来应当为0[v]的模拟地106中混有噪声，则adc14输出与该噪声的电压电平对应的数字数据。通过adc14转换的数字数据是与噪声去除装置10内部的噪声对应的数据。

在作为adc14的转换结果的声音数据中以与adc12相同的分量混入有来自与adc14连接的电源电压、地、中点电压的噪声。噪声去除装置10通过将由adc14转换后的数据作为本装置内部的噪声加到参照数据上，利用信号处理部100的回声去除处理，从向麦克30的输入声音中，不仅去除扬声器20和麦克30的回声，还去除本装置内部的噪声。

然而，为了有效去除噪声，优选的是，将与混入到adc12的噪声尽量相同分量的噪声输入到adc14。因此，优选的是，噪声去除装置10利用具有多个adc的一个集成电路，实现adc12以及adc14。本实施方式的噪声去除装置10准备具有立体声输入输出信道的adc集成电路，一个输入输出信道对应于adc12，另一个输入输出信道对应于adc14。噪声去除装置10在物理上利用一个集成电路来实现adc12以及adc14。由此，adc12以及adc14受到相同的噪声分量的影响。如果将实现adc12的集成电路、实现adc14的集成电路在物理上设为独立的，则adc12和adc14受到的噪声分量的影响有时会不同。与此相对，如果利用在物理上设置成一个集成电路上的adc12和adc14，则adc12和adc14受到相同噪声分量的影响，因此，与将分别独立的adc集成电路用于adc12以及adc14中相比，能够有效地去除噪声。不限于具有立体声输入输出信道的adc集成电路，只要将adc12和adc14分别通过在物理上一个集成电路中包含的多个的转换部分别实现即可。

电话机40将声音信号发送给通话对象侧，并接收来自通话对象侧的声音信号。电话机40例如是移动电话或智能手机。

[信号处理部]

图2是示出图1中的信号处理部100的构成例的图。信号处理部100具有加法运算部101、回声消除部102以及噪声消除器103。

加法运算部101将向扬声器20输出的数字声音数据和由adc14转换后的数字数据进行加法运算。加法运算部101的相加结果作为参照数据被输入到回声消除部102。另外，信号处理部100也可以具有使输入到回声消除部102的参照数据延迟的延迟部。

回声消除部102将数字声音数据作为参照数据输入。参照数据是转换为从扬声器20输出的模拟声音信号之前的声音数据。回声消除部102进行如下回声去除处理：从将输入到麦克30的声音信号转换后的数字声音数据中去除与参照数据对应的分量。回声去除处理是指从将输入到麦克30的声音信号转换后的数字声音数据中减去与参照数据对应的分量的处理。通过进行该回声去除处理，能够使得从扬声器20输出的声音不被包含在向通话对象输出的声音中。

噪声消除器103对数字声音数据进行处理，抑制混入到声音中的噪声。尤其是，噪声消除器103进行减少道路噪声等的处理。加法运算部101、回声消除部102以及噪声消除器103例如能够利用dsp来实现。

[回声消除部]

图3是示出回声消除部102的构成例的图。如图3所示，回声消除部102具有自适应滤波器1021以及减法运算部1022。

自适应滤波器1021基于回声路径的特性对参照数据进行处理，并生成删除数据，该回声路径是从扬声器20的输出到对麦克30的输入为止的空间。更加具体来说，自适应滤波器1021将模拟了回声路径的特性的特性信息乘到参照数据上来生成删除数据。自适应滤波器1021以自适应滤波器系数进行卷积处理，生成删除数据。自适应滤波器1021将生成的删除数据输入到减法运算部1022。

减法运算部1022从与输入到麦克30的声音信号对应的声音数据中减去删除数据。减法运算部1022的输出作为误差数据被输入到自适应滤波器1021。自适应滤波器1021更新滤波器系数，进行收敛动作，以使得误差信号最小。

[动作]

接下来，对搭载于车辆1的免提系统的动作进行说明。关于免提系统的动作，以噪声去除装置10的动作为中心进行说明。

在本实施方式中，使用回声消除功能，除了回声之外，还减去装置内部的噪声。回声消除部102被输入作为想要消除的声音的音源输入的参照数据以及如麦克输入这样的混有想要的声音和想消除的声音的数据，并输出进行了消除了想要消除的声音的处理后的数据。回声消除部102通常将向扬声器20的输出声音数据作为参照数据输入，由此去除与参照数据对应的分量。通过从麦克30消除输入的来自扬声器20的声音，能够从回声消除部102的输出获得没有回声的声音。

朝向通话对象侧的发送侧的路径如下所述。即，麦克30获取车辆1内的声音。麦克30将获取的声音转换为模拟声音信号。由麦克30转换后的声音信号被输入amp11。amp11放大声音信号的电压电平。amp11以在后级不剪除的程度调整声音信号的电压电平。adc12将由amp11调整了电平的模拟声音信号转换为数字声音数据。由adc12转换后的数字声音数据被输入到信号处理部100。信号处理部100对数字声音数据进行去除回声的处理。通过信号处理部100被去除了回声的声音数据被从噪声去除装置10输出。从噪声去除装置10输出的声音数据被输入到电话机40。电话机40将声音数据发送给通话对象侧的未图示的电话机。

来自通话对象侧的电话机的接收侧的路径如下。即，电话机40输出从通话对象侧的电话机接收的数字声音数据。噪声去除装置10输入从电话机40输出的数字声音数据。噪声去除装置10在信号处理部100中对数字声音数据进行必要的处理。信号处理部100输出数字声音数据。信号处理部100输出的数字声音数据被输入到dac13。dac13将被输入的数字声音数据转换为模拟声音信号。由dac13转换的模拟声音信号被输入到amp15。amp15放大声音信号的电压电平。由amp11放大了电压电平的声音信号被输入到扬声器20。扬声器20向车辆1内输出声音。

在这里，车辆1内设有扬声器20和麦克30。因此，扬声器20输出到车辆1内的声音被输入到麦克30。在该情况下，有时产生回声而难以听清。因此，在信号处理部100的回声消除部102中进行回声去除处理。

回声消除部102将数字声音数据作为参照数据输入。作为参照数据的数字声音数据是转换为从扬声器20输出的模拟声音信号之前的声音数据。由adc14转换后的、与噪声对应的数字数据通过加法运算部101被加到参照数据。回声消除部102进行以下回声去除处理：从将被输入到麦克30的声音信号转换后的数字声音数据中减去与参照数据对应的分量。通过进行该回声去除处理，能够使得从扬声器20输出的声音不被包含在向通话对象输出的声音中。

如以上说明的那样，在本实施方式中，将麦克30的输入声音的数据和由adc14转换后的数据相加的数据设为回声消除部102的参照数据。噪声从adc14所连接的地以与adc12相同分量进入adc14。通过将与该装置内部的噪声对应的数据加到参照数据，来利用回声消除的动作，从向通话对象的声音数据中不仅能够去除从扬声器20到麦克30的回声，还能够去除本装置内部的噪声。

[比较例]

接下来，作为比较例，说明回声去除装置。比较例的回声去除装置是在如图1所示的噪声去除装置10中不设置adc14、且在图2中不设置加法运算部101的构成。

图4是示出基于比较例的回声去除装置10a的构成的图。图5是示出图4的回声去除装置10a中的信号处理部100a的构成例的图。比较例是不设置adc14和加法运算部101的构成，不将adc14的输出加到参照数据。

朝向通话对象侧的发送侧的路径如下所述。即，从amp11输出的模拟声音信号通过adc12被转换为数字声音数据，并被输入到信号处理部100a。信号处理部100a对数字声音数据进行去除回声的处理。通过信号处理部100a去除了回声的声音数据被从回声去除装置10a输出。

来自通话对象侧的接收侧的路径与参照图1以及图2上述的路径相同。即，回声去除装置10a的信号处理部100a输出的数字声音数据通过dac13被转换为模拟声音信号，并被输入到amp15。根据由amp15放大了电压电平的声音信号，从扬声器20输出声音。

在图5中，回声消除部102将数字声音数据作为参照数据输入，并生成删除数据。回声消除部102进行如下回声去除处理：从将被输入到麦克30的声音信号转换后的数字声音数据中减去删除数据。

在这里，在图4的adc12之后的信号处理部100a中进行数字处理，因此不会混入模拟噪声。作为向麦克30的声音以外的噪声有：进入到从麦克30到amp11的布线中的噪声；混入到amp11的电源或地的噪声；混入到adc12的电源、地、中点电压的噪声等。装置的电源的噪声或地噪声对输入到麦克30的信号的固有噪声电平有影响。

amp11以不剪除的方式调整电压以降低音量，因此，如果将声音放大到规定的音量、则有时如上述那样的本装置内部的噪声也放大。因此，有必要降低麦克30的布线中的噪声。混入到麦克30的布线中的噪声分量可以通过将amp11的输入侧作为差分输入、取输入电压之间的差的方式去除。然而，无法去除混入到装置内部的电源或地的噪声。

另外，免提系统用的麦克风30需要高动态范围。麦克风30被设计为：即使是大的声音，其波形也不超过向麦克30或adc12的输入的允许电平。因此，在通常时从麦克30获得的声音信号的电平非常小、而混入的噪声的电平大的情况下，声音被噪声掩盖而难以听清。

[相对于比较例的优点]

另一方面，参照图1至图3说明的本实施方式的噪声去除装置10具有adc14。adc14将装置内部的噪声转换为数字数据。由adc14转换后的数字数据通过加法运算部101被加到参照数据。回声消除部102基于包含装置内部的噪声的参照数据进行回声去除处理。如此，利用噪声去除装置10所具有的回声去除的功能，将噪声与回声分量一起去除。不需要另外进行用于去除混入到电源或地的噪声的处理，能够不增加装置整体的处理负荷而去除噪声。

如果能够去除装置内部的噪声，能够减弱使道路噪声等减小的噪声消除器的强度，因此被输出的声音的品质也不变差。另外，由于噪声下降，因此还具有信噪比(signal-to-noiseratio)变好、容易听清声音的优点。并且，由于也能够识别被装置内部的噪声掩盖的小的声音，因此不会由于噪声消除器或回声消除器等的功能而掩盖。

[变形例]

在参照图1至图3说明的噪声去除装置10中，将模拟地输入到adc14。作为变形例，也可以将电源和模拟地之间的电压输入到adc14。

图6是示出基于变形例的噪声去除装置10b的构成的图。如图6所示，本例的噪声去除装置10b具有设置在电源107和模拟地106之间的电阻元件108以及电阻元件109。电阻元件108和电阻元件109串联连接在电源107和模拟地106之间。电阻元件108和电阻元件109之间的连接点与adc14的输入端子连接。因此，以基于电阻元件108的电阻值和电阻元件109的电阻值之比的电阻分压来设定的电压值被输入到adc14。例如，如果将电阻元件108和电阻元件109设定为相同的电阻值，则电源107的电压值和模拟地106的0[v]之间的中点的电压值被输入到adc14。即，adc14中被输入应当转换为数字数据的信号的输入端子的电压值被设定为电源107的电压与模拟地106之间的电压值，将被设定的电压值中的噪声信号转换为数字数据。

因此，如果通过电阻元件108和电阻元件109来设定的电压值(以下，称作设定电压值)中混入噪声，则该噪声分量通过adc14被转换为数字数据。通过adc14转换后的噪声分量的数据被输入到信号处理部100b。

图7是示出图6的噪声去除装置10b中的信号处理部100b的构成例的图。本例的信号处理部100b具有加法运算部101、回声消除部102、噪声消除器103以及减法运算部104。减法运算部104从由adc14转换后的噪声分量的数据中减去基准数据。基准数据是与设定电压值对应的数字数据。加法运算部101、回声消除部102、噪声消除器103以及减法运算部104例如能够利用dsp来实现。

如果被输入到adc14的输入端子的信号中没有混入有噪声分量，则将设定电压值通过adc14进行转换后的数字数据被输入到减法运算部104。如果没有混入噪声分量，则被输入到减法运算部104的数字数据与基准数据一致。因此，当通过减法运算部104减去基准数据时，减法运算部104的输出数据成为与0[v]对应的数据。与0[v]对应的数据被输入到加法运算部101。

另一方面，如果在输入到adc14的输入端子的信号中混入有噪声分量，则对设定电压值加上噪声分量的信号通过adc14转换后的数字数据被输入到减法运算部104。如果混入有噪声分量，则被输入到减法运算部104的数字数据不与基准数据一致。因此，当通过减法运算部104减去基准数据时，减法运算部104的输出数据不是0[v]、而是与噪声分量对应的数据。与噪声分量对应的数据被输入到加法运算部101。

加法运算部101的相加结果如上所述那样作为参照数据被输入到回声消除部102。回声消除部102如上所述那样与回声去除处理同时进行噪声去除。

另外，只要预先调整电阻元件108的电阻值和电阻元件109的电阻值之比，就能够将接近模拟地106的电平的噪声分量或接近电源107的电压的电平的噪声分量输入到adc14，与回声去除处理同时进行噪声去除。即，通过电阻元件108和电阻元件109，只要预先设定容易混入噪声分量的电平，就能够更加有效地去除噪声。例如，在混入到电源的噪声大的情况下，预先设定电阻值的比，使得并不是中点电压被输入到adc14，而是接近电源电压值的电压值被输入到adc14。

如以上说明的那样，将麦克30的输入声音的数据和由adc14转换后的数据相加的数据设为回声消除部102的参照数据。噪声从adc14的输入端子所连接的电源电压、模拟地、中点电压以与adc12相同分量进入到adc14。通过将与该装置内部的噪声对应的数据加到参照数据，利用回声消除的动作，从向通话对象的声音数据中不仅能够去除从扬声器20到麦克30的回声，还能够去除本装置内部的噪声。

[回声去除处理的例]

图8是示出基于信号处理部100的回声去除动作的例子的流程图。在步骤s101中，加法运算部101对来自通信对象的接收数据加上噪声信号的数字数据。在步骤s102中，将相加后的数字数据作为参照数据而输入的自适应滤波器1021以自适应滤波器系数进行卷积处理，生成删除数据。在步骤s103中，减法运算部1022从发送给通信对象的数字数据中减去删除数据。

[噪声去除方法]

通过上述噪声去除装置，实现以下的噪声去除方法。即，实现包括以下步骤的噪声去除方法：通过第一转换部将来自麦克风的输入信号转换为数字数据并生成输入数字数据的步骤；通过第二转换部将内部噪声信号转换为数字数据的步骤；以及将与向扬声器的输出信号对应的数字数据和由上述第二转换部转换后的数字数据作为参照数据，通过信号处理部从上述输入数字数据中去除与上述参照数据对应的分量的步骤。根据该噪声去除方法，能够将混入到本装置内部的噪声与回声一起去除。

[噪声去除程序]

上述噪声去除装置也可以利用噪声去除程序来实现，该程序使计算机作为以下部发挥功能：加法运算部，对来自通信对象的接收数据加上内部噪声信号的数字数据；回声消除部，将相加后的数字数据作为参照数据，从对上述通信对象的发送信号中减去删除数据，该删除数据是基于上述参照数据和模拟了回声路径的特性的特性信息处理上述参照数据来生成的。如果利用噪声去除程序，则能够将混入本装置内部的噪声与回声一起去除。

[总结]

如以上说明的那样，在本实施方式中，利用回声消除部所具有的回声去除的功能，与回声分量一起去除噪声。不需要另外进行用于去除混入到电源或地的噪声的累计加法运算处理等，不增加装置整体的处理负荷就能够去除噪声。

基于本实施方式的噪声去除装置能够适用于具有麦克和扬声器的装置。例如，除了以车载通信为代表的汽车内的免提系统的之外，还可以应用于可视电话、使用了移动电话机或智能手机的免提呼叫、视频会议系统、卡拉ok设备。

符号说明

1车辆

10、10b噪声去除装置

10a回声去除装置

11、15放大部

12、14模数转换部

13数模转换器

20扬声器

30麦克风

40电话机

100、100a、100b信号处理部

101加法运算部

102回声消除部

103噪声消除器

104、1022减法运算部

106模拟地

107电源

108、109电阻元件

1021自适应滤波器。