自动风噪声减小电路及其方法

专利名称：自动风噪声减小电路及其方法
技术领域：
本发明涉及一种自动风噪声减小电路及其方法，用于减小将在诸如数字摄像机等音频信号处理装置中处理的音频信号的风噪声。
背景技术：
在诸如数字摄像机等集成有摄像机的VTR中，一般使用大量以任意间距放置的内置话筒来收集音频声音，并且通过方向性计算电路将声音作为L(左声道)和R(右声道)两个声道的立体声声音信号记录在记录介质中。
另外，在使用集成有摄像机的VTR进行室外摄像中，在大部分的传统成像的情况下，不可避免地将由风声引起的风噪声与音频信号一起收集了，这使得听起来非常烦乱和令人生气。但是，在日本专利申请公开H11-69480和2001-186585中提供了一种用于减小这种烦人的风噪声的系统，其中提出了风噪声减小电路。在风噪声减小电路中，通过使用该电路，仅自动从通过话筒收集的音频信号和风声信号的混合中减小风噪声信号。
但是，因为根据在日本专利申请公开H11-69480和2001-186585中披露的这些方法，配置它们的风噪声减小电路的前提是它们的音频信号将被记录为L和R两声道的立体声音频信号，因此它们不能处理具有三个或更多声道的音频信号的记录。
换句话说，即使在使用三个或更多话筒炭精盒(话筒)的情况下，它的风噪声减小处理也总是在通过例如用于立体声声场处理等的方向性计算电路产生两声道音频信号后执行的。因此，根据传统的风噪声减小电路，在多数情况下，存在必须将风噪声减小电路插入在上述方向性计算电路(例如用于立体声声场处理等的电路)的后级中的限制，从而阻碍了可以通过在方向性计算电路的前级中插入风噪声减小电路以便改善性能和系统设计的自由度而实现的优点。
另外，因为当前已有的数字视频的记录格式可以处理多达4声道的多声道记录，并且预期将要引入使用例如当前的MPEG/AAC(高级音频编码)、杜比数字、DTS(数字影院系统)系统等多声道记录的集成摄像机的VTR，因此，希望提供一种能够处理音频信号的多声道记录的自动风噪声减小电路。
考虑到上面的问题，本发明的一个目标是提供一种自动风噪声减小电路及其方法，它能够解决上述问题，处理多声道音频信号，并改善它的性能和系统设计的自由度。

发明内容
为了解决上述问题，根据权利要求1中描述的发明的自动风噪声减小电路的特征在于其包括N个音频声道(N是等于或大于2的正整数)；第一加法器件，用于将除了一个从N个音频声道中选出的音频声道之外的所有N-1个音频声道的音频信号相加；第一减法器件，用于从没有在第一加法器件中相加的、所述选出的一个音频声道的音频信号中减去第一加法器件的相加信号；第一提取器件，用于在第一加法器件和第一减法器件的前级中相对于N个音频声道的音频信号中的每一个提取风噪声信号的频带分量，或在第一减法器件的后级中相对于于第一减法器件的输出信号提取风噪声信号的频带分量；第一增益控制放置，用于控制第一减法器件的输出信号的增益，其中第一减法器件的输出信号被第一提取器件限制频带；第二减法器件，用于从所述选出的一个音频声道的音频信号中减去增益受第一增益控制器件控制的信号，其中将第二减法器件的输出信号设置为所述选出的一个音频声道的音频输出。
根据权利要求1中描述的发明的自动风噪声减小电路，通过第一加法器件获得关于除了将要提前选择的一个音频声道之外的音频声道的音频信号的相加信号。此外，通过第一减法器件，通过从选出的音频声道的音频信号中减去第一加法器件的相加信号而获得相减信号。
相减信号在第一加法器件和第一减法器件的前级中受频带限制控制，或者在第一相减信号的后级中受频带限制控制，以使得相减信号成为风噪声信号的频带分量信号。来自第一减法器件的、其频带受到限制的相减信号经受第一增益限制器件的增益控制。从选出的音频声道的音频信号(包括频带受限的风噪声信号)中减去受增益控制的相减信号，由此在减法之后将音频信号设置为选出的音频声道的输出信号。
因此，可以从要选出的任何音频声道的包含风噪声信号的音频信号中仅消除风噪声分量，以获得从中有效地减小了风噪声信号的音频信号。并且，通过在大量音频声道中的一个目标声道中提供一种具有上述结构的自动风噪声减小电路，可以从目标音频声道的音频信号中有效地减小风噪声分量此外，在权利要求1描述的自动风噪声减小电路中，根据权利要求2中描述的发明的自动风噪声减小电路的特征在于包括N组第一加法器件、第一减法器件、第一提取器件、第一增益控制器件和第二减法器件，所提供的N个组对应于音频声道的数目N，其中将每组中选出的一个音频声道设置为彼此不重叠。
依据根据权利要求2中描述的发明的自动风噪声减小电路，以这样一种方式设置向N个音频声道的每一个提供自动风噪声减小电路，并从N个音频声道的音频信号的每一个中减小各自的风噪声信号。
换句话说，因为为每个音频声道的每个音频信号减小风噪声信号是可行的，因此其可以处理三个或更多声道的多声道，更不用说两个声道了。
此外，在权利要求1描述的自动风噪声减小电路中，根据权利要求3中描述的发明的自动风噪声减小电路的特征在于包括第三减法器件，用于获得N个音频声道的音频信号中的任意音频信号之间的差值音频信号；第二提取器件，用于从第二减法器件的差值音频信号中提取风噪声信号的频带分量；检测器件，向其提供来自第二提取器件的提取信号，以生成风噪声信号的电平检测信号，其中以来自检测器件的电平检测信号为基础，可变地控制第一增益控制器件的增益。
根据权利要求3中描述的自动风噪声减小电路，以这样一种方式设置从N个音频声道的音频信号中的任意音频信号之间的差值音频信号中获得对应于风噪声信号的实际电平的电平检测信号，由此以电平检测信号为基础控制第一增益控制器件中的增益。
因此，因为这使得可以控制第一减法电路的相减信号的电平，以根据包含在音频信号中的风噪声信号的实际电平来消除风噪声信号，所以可以根据它的实际电平有效地消除包含在音频信号中的风噪声信号。
此外，在权利要求2或3描述的自动风噪声减小电路中，根据权利要求4中描述的发明的自动风噪声减小电路的特征在于包括第二加法器件，用于对来自N个第二减法器件的所有输出信号进行相加；第三提取器件，向其提供来自第二加法器件的信号，以提取风噪声信号的频带分量；第二增益控制器件，用于控制来自第三提取器件的输出信号的增益；N个第四减法器件，用于从N个第二减法器件的各个输出信号中减去第二增益控制器件的输出信号，其中将来自N个第四减法器的输出信号分别设置为N个音频声道的音频信号。
根据权利要求4中描述的发明的自动风噪声减小电路，将来自N个第二减法器件的输出信号在第二加法器件中相加，并在第二提取器件中将它们的频带限制为它们的风信号的频带分量，并且在第二增益控制器件中进行增益控制。在第四减法器件中从N个第二减法器件各自的输出信号中减去增益控制后的信号，使得可以获得对应于N个音频声道的N个音频信号，其中甚至消除了风噪声信号的残留分量。
因此，可以进一步有效地减少在已减小了风噪声的音频信号中剩余的残留风信号，从而使得可以输出没有烦人的风噪声信号的希望的音频信号。
此外，根据权利要求5中描述的发明的自动风噪声减小电路是权利要求4描述的自动风噪声减小电路，其特征在于以来自检测器件的电平检测信号为基础，可变地控制第二增益控制器件的增益。
根据权利要求5中描述的发明的自动风噪声减小电路，它被配置为在第二增益控制器件中，以来自检测器件的电平检测信号为基础，控制输入信号的增益。
因此，因为可以根据包含在音频信号中的风噪声信号的实际电平来控制用于消除风噪声信号的信号的电平，所以这保证了有效地消除可能仍剩余在音频信号中的风噪声信号。


图1是一个显示了根据本发明的自动风噪声减小电路和自动风噪声减小方法的实施例的图；图2是一个显示了根据本发明的自动风噪声减小电路和自动风噪声减小方法的实施例的图；图3A和3B是显示了具有三个非方向性话筒布局的多声道音频信号系统的示例的图；图4是一个显示了由安装在摄像机上的话筒收集的风噪声信号的频率特性的图；图5是一个显示了传统两声道自动风噪声减小电路的示例的图。
具体实施例方式
通过参考附图，描述了根据本发明的一种自动风噪声减小电路和一种自动风噪声减小方法。首先，为了使整体描述简单一些，描述了典型摄像机(集成有摄像机类型的VTR)中的风噪声信号的频率特性和传统L/R两声道风噪声减小电路的示例。
风噪声的频率特性图4是一个显示了通常将被摄像机收集的风噪声信号的频率特性的示例的图。如图4中所示，从大概1kHz向更低频率，风噪声信号的电平的增加服从1/F(其中F是频率)特性。
但是，因为其电平在极低频率处依赖于将要使用的话筒单元的特性或由于用于处理音频信号的模拟电路中的耦合电容的感应而降低，它在大概200Hz附近有一个峰值点。并且，因为风噪声信号是由出现在话筒附近的旋涡气流引起的，来自各个话筒的各个风噪声信号与来自于其中的各个声音信号相比较是彼此不相关的随机信号。
两声道风噪声减小电路下面，描述用于减小具有上述特性的风噪声信号的传统L/R两声道风噪声减小电路。图5是一个显示了传统L/R两声道风噪声减小电路的方框图。
通过各个放大器103、104，由话筒101、102收集的Rch(右声道)和Lch(左声道)的音频信号被提供给将音频信号从模拟转换成数字并成为数字信号的ADC(模数转换器)105、106。
在ADC 105中被转换成数字信号的Rch侧的音频信号被提供给延迟单元107和运算单元109的“-”(负)端子，而在ADC 106中被转换成数字信号的Lch侧的音频信号被提供给延迟单元108和运算单元109的“+”(正)端子。在运算单元109中，计算出Rch音频信号和Lch音频信号间的差(differential)分量(L-R)信号，并分别提供给LPF(低通滤波器)110和121。
如上所述，因为L和R声道的风噪声信号之间不相关，因此可以通过使风噪声信号在LPF 110中仅通过图4所示的风噪声频带，而提取差分量(L-R)信号中的几乎所有风噪声信号。并且，通过使它的极低频率通过LPF 121，可以只提取出几乎不包含音频信号的风噪声信号。
并且，来自LPF 121的一个输出在放大器122中被放大，且它的风噪声信号在DET(检测处理器单元)123中经历电平检测。来自DET 123的电平检测输出被提供给系数生成器单元124。系数生成器单元124通过对来自DET123的电平检测输出进行整形，而生成风噪声电平检测信号作为用于后级的控制系数，并将其提供给可变电平放大器111和118。
并且，在可变电平放大器111中根据从系数生成器单元124提供的风噪声电平检测信号对来自LPF 110的输出进行电平控制。在此实例中，控制可变电平放大器111，以使得如果风噪声较大，也就是，如果风噪声电平检测信号的电平较大，则其输出变大；相反如果没有风噪声，即如果风噪声电平检测信号的电平变为零，则对其进行控制以使得它的输出为零。
并且，如图5中所示，在算术单元112中，来自此可变电平放大器111的输出信号与来自延迟单元107的延迟信号相加，并在算术单元113中从来自延迟单元108的延迟信号中减去来自可变电平放大器111的输出信号。
下面描述这些算术单元112和113中的算术运算的含义。令Lch的音频信号为Ls，Lch的风信号为Lw，Rch的音频信号为Rs，Rch的风信号为Rw，并且如果风噪声为最大值，如果可变电平放大器111的输出/输入比被设置为0.5倍，则算术单元112的输出Ra和算术单元113的输出La可分别通过下式(1)和(2)来表示。
Ra＝(Rs+Rw)+0.5(Lw-Rw)＝Rs+0.5(Lw+Rw)(1)La＝(Ls+Lw)-0.5(Lw-Rw)＝Ls+0.5(Lw+Rw)(2)换句话说，如果风噪声信号Rw和Lw比较大，则两个风噪声信号均成为具有噪声分量(Lw+Rw)的单声道信号；如果风噪声信号Rw和Lw为零，则分别输出音频信号Rs和Ls。与音频信号相比，因为风噪声信号在各个声道之间不具有相关性，所以它们可以通过加法运算来大大减小。并且，补偿主线(mainline)端由LPF 110引起的延迟分量的延迟单元107和108用于调整算术单元112、113中的定时，从而进一步改善减小的效果。
并且，算术单元112、113的输出被分别输入到延迟单元115、116，然后输入到在其中进行相加的算术单元114，来自算术单元114的输出被提供到LPF 117。与LPF 110类似，设置LPF 117处于要从中提取的风噪声的频带。
根据来自系数生成器单元124的风噪声电平检测信号，在可变电平放大器118中对来自LPF 117的输出进行电平控制，以使得如果风噪声较大，即如果风噪声电平检测信号的电平较大，则控制其变为较大；相反如果没有风噪声，风噪声电平检测信号的电平为零，则控制其输出变为零。在算术单元119中从已经通过延迟单元115的信号中，以及在算术单元120中从已经通过延迟单元116的信号中减去可变电平放大器118的输出。
下面描述这些算术单元119、120中的算术运算的含义。使用上述公式(1)和(2)，并且如果风噪声为最大值，如果可变电平放大器118的输出/输入比被设置为0.5倍，则算术单元119的输出Rb以及算术单元120的输出Lb可以分别通过下面的公式(3)和(4)来表示，Rb＝Rs+0.5(Lw+Rw)-0.5(Lw+Rw)＝Rs(3)Lb＝Ls+0.5(Lw+Rw)-0.5(Lw+Rw)＝Ls(4)因此，风噪声信号Rw和Lw被消除了，以使得仅获得音频信号Rs和Ls。并且，补偿在主线上由LPF 117引起的延迟分量的延迟单元115和116用于调整算术单元119和120中的信号定时，从而进一步改善噪声减小的效果。因此，算术单元119和120的输出信号成为如上所述在其中减小了风噪声信号的音频信号。在摄像机的情况下，它被输入给记录系统的信号处理器，并与其中的成像信号系统提供的图像信号一起被记录在诸如磁带等记录介质中。
多声道自动风噪声减小电路及其方法在L/R两声道风噪声减小电路的情况下，如上所述，因为它的音频声道是基于使用L/R两声道的前提，所以使得可以根据风噪声信号的电平有效地减小风噪声。但是，在具有三个或更多音频声道的多声道情况下，其中的风噪声减小处理不会执行，直到它们被转换成两声道。因此，无法获得性能的改善和系统设计中的自由度。
根据下面将描述的依照本发明的自动风噪声减小电路和自动风噪声减小方法，即使在具有三个或更多声道的多声道中，有利的，可以有效地从每个声道中包括音频信号和风噪声信号的混合信号中仅减小风噪声信号，而不需要将多声道信号转换成L/R两声道音频信号。在下面的描述中，以三声道音频信号为例进行描述。
图1是显示了自动风噪声减小电路1的方框图，该自动风噪声减小电路能够处理多声道结构，包括根据本发明的自动风噪声减小电路和自动风噪声减小方法。如图1中所示，根据此图的自动风噪声减小电路1是一种能够处理三声道并独立处理由三个话筒10、11、12收集的各个音频信号的类型。
由话筒11收集的Rch(右声道)音频信号、由话筒10收集的Cch(中央声道)音频信号、以及由话筒12收集的Lch(左声道)音频信号通过各个对应的放大器13、14、15被提供给与之对应的各个ADC 16、17、18。ADC 16、17、18中的每一个将来自各个对应的放大器13、14、15的各自的模拟信号转换成数字信号。
并且，来自ADC 16的Rch的数字音频信号R被提供给延迟单元20、LPF21和算术单元19的负端子。来自ADC 17的Cch的数字音频信号C被提供给延迟单元22和LPF 23。来自ADC 18的Lch的数字音频信号L被提供给延迟单元24、LPF 25和算术单元19的正端子。
在算术单元19中，从提供给该算术单元19的正端子的Lch的数字音频信号L中减去提供给它的负端子的Rch的数字音频信号R，并将来自该算术单元19的输出信号，即(L-R)信号，提供给LPF 121，并且当该输出信号通过放大器122、检测器DET 123和系数生成器单元124时，生成风噪声电平检测信号。生成此风噪声电平检测信号的方法与图5中显示两声道风噪声减小电路的、标记有相同数字的部分指示的相同。
并且，在LPF 21中被限制在图4中所显示的风噪声频带内的Rch的数字音频信号(Rch的风噪声信号)Rw被提供给算术单元30的正端子、算术单元26的一个正端子和算术单元27的一个正端子。并且，在LPF 23中被限制在图4中显示的风噪声频带内的Cch的数字音频信号(Cch的风噪声信号)Cw被提供给算术单元31的正端子、算术单元26的另一个正端子、和算术单元28的一个正端子。并且，在LPF 25中被限制在图4中所显示的风噪声频带内的Lch的数字音频信号(Lch的风噪声信号)Lw被提供给算术单元29的正端子、算术单元28的另一个正端子、和算术单元27的另一个正端子。
还有，来自算术单元26的(Rw+Cw)信号——Rch的风噪声信号Rw与Cch的风噪声信号Cw的相加信号——被提供给算术单元29的负端子，以便从提供给算术单元29的正端子的Lch的风噪声信号Lw中减去，从而作为(Lw-Rw-Cw)信号而提供给可变电平放大器34。
类似地，来自算术单元27的(Rw+Lw)信号——Rch的风噪声信号Rw与Lch的风噪声信号Lw的相加信号——被输入至算术单元31的负端子，以便从提供给算术单元31的正端子的Cch的风噪声信号Cw中减去，结果作为(Lw-Rw-Cw)信号而提供给可变电平放大器33。
并且，来自算术单元28的(Lw+Cw)信号——Lch的风噪声信号Lw与Cch的风噪声信号Cw的相加信号——被输入至算术单元30的负端子，以便从提供给算术单元30的正端子的Rch的风噪声信号Rw中减去，结果作为(Rw-Lw-Cw)信号而提供给可变电平放大器32。
并且，响应于从系数生成器单元124提供的风噪声电平检测信号对可变电平放大器32、33、34中的每一个进行电平控制，以使得如果风噪声信号较大，即如果风噪声电平检测信号的电平较高，则控制其输出变为较大，相反如果没有风噪声信号，风噪声信号电平的电平检测信号的电平变为零，则控制其输出变为零。
并且，来自可变电平放大器32、33、34的各个输出信号被输入至各个算术单元35、36、37的负端子，以便从由各个对应的延迟单元20、22、24提供给所述算术单元各自的正端子的各个数字音频信号R、C、L中减去，然后，所述算术单元各自的输出信号作为Rch信号、Cch信号和Lch信号而从各个对应的端子40、41、42中输出。此外，风噪声电平检测信号作为检测器输出而从端子43中输出。
这里，将描述根据图1所示的实施例的自动风噪声减小电路1的操作。在此部分，令Lch的音频信号为Ls，其风噪声信号为Lw，令Rch的音频信号为Rs，其风噪声信号为Rw，令Cch的音频信号为Cs，其风噪声信号为Cw，并且如果风噪声为最大值，则令各个可变电平放大器32、33、34的输出/输入比设定为0.5倍，此外使来自输出端子40、41、42的Rch、Cch、Lch信号各自的输出信号分别由Ra、Ca和La来表示。因此，Ra、Ca和La的每一个都可以由下式(5)、(6)和(7)表示。
Ra＝(Rs+Rw)-0.5(Rw-Lw-Cw)＝Rs+0.5(Rw+Lw+Cw)(5)Ca＝(Cs+Cw)-0.5(Cw-Rw-Lw)＝Cs+0.5(Rw+Lw+Cw)(6)La＝(Ls+Lw)-0.5(Lw-Rw-Cw)＝Ls+0.5(Rw+Lw+Cw)(7)换句话说，如果风噪声较大，结果各个输出中各自的风噪声信号具有(Rw+Lw+Cw)分量，并成为一个通过将所有声道中的风噪声信号相加而得到的单声道信号。因此，可以通过将这些与音频信号相比在声道间不具有相关性的风噪声信号转换成总和格式，而充份地减小这些风噪声信号。并且，如果没有风噪声，Rw、Cw和Lw变为零，则分别输出音频信号Rs、Cs和Ls。
还有，因为各个延迟单元20、22、24补偿在主线侧由LPF 21、23、25引起的延迟分量，它们用于调整算术单元35、36、37中的信号定时，进一步改善了减小效果。此外，其通带被限制为图4中所示的风噪声频带的LPF 21、23、25可以提取几乎所有风噪声信号，另外，通过提供允许极低频率通过的LPF 121，可以仅提取不包含任何音频信号的风噪声信号。
在图1中的风噪声电平检测信号的生成中，使用了来自算术单元19的(L-R)信号，但是，并不仅限于此，在将使用三个声道的差分量的情况下，可以使用(C-R)信号或(L-C)信号，或者，也可以选择这些差分量的组合中的最大值。
如上所述，根据图1中所示的自动风噪声减小电路，为各个音频声道提供了各自的自动风噪声减小电路。换句话说，同样如图1中所示，对于Rch，提供了一个自动风噪声减小电路，其包括算术单元28(第一加法器件)、算术单元30(第一减法器件)、可变电平放大器32(第一增益控制器件)、和算术单元35(第二减法器件)。对于Cch，提供了一个自动风噪声减小电路，包括算术单元27(第一加法器器件)、算术单元31(第一减法器件)、可变电平放大器33(第一增益控制器件)、和算术单元36(第二减法器件)。
并且，对于Lch，提供了自动风噪声减小电路，包括算术单元26(第一加法器件)、算术单元29(第一减法器件)、可变电平放大器34(第一增益控制器件)、和算术单元37(第二减法器件)。还有，其中提供的LPF 21、23、25中的每一个对应于一个第一提取器件。
如上所述，通过提供对应于各个音频声道的各个自动风噪声减小电路，使得能够减小各个音频声道中与音频声音混合在一起的噪声信号，而与音频声道的数目无关。
本发明并不仅限于在其中为大量音频声道分别提供大量自动风噪声减小电路的情况。可选地，自动风噪声减小电路可以仅提供给所选择的特定音频声道，例如仅提供给Lch(左声道)和Rch(右声道)等。
如上所述，通过仅在这种容易收集到风噪声信号的音频声道中安装有限数量的自动风噪声减小电路，保证了能够以降低的成本来建立具有减小的风噪声信号的音频信号处理系统。
但是，在图1中所示的自动风噪声减小电路1的情况下，如可以从上述公式(5)、(6)、(7)中所知道的，还剩余有风噪声信号的残留分量。因此，通过在图1所示的自动风噪声减小电路1的后级中安装用于消除这些残留风噪声分量的额外的自动风噪声减小电路，可以进一步减小残留的风噪声信号。
图2是一个显示了用于进一步减小残留风噪声信号分量的自动风噪声减小电路2的方框图，该自动风噪声减小电路2被安装在图1的自动风噪声减小电路1的后级中。换句话说，图2中所示的自动风噪声减小电路2从图1的自动风噪声减小电路1中接收各个输出信号，并用于进一步减小在各个提供至其中的音频信号中的剩余的残留风噪声信号分量。
将与图1中所示的自动风噪声减小电路1的输出端相连接的、图2中所示的自动风噪声减小电路2的输入端用相同的数字来标记。
如图2中所示，通过端子40从图1的自动风噪声减小电路1提供的Rch的数字音频信号经由延迟单元54而提供给算术单元50的一个正端子和算数单元57的正端子。并且，通过端子41从图1的自动风噪声减小电路1提供的Cch的数字音频信号经由延迟单元55而提供给算术单元50的另一个正端子和算术单元58的正端子。
类似地，通过端子42从图1的自动风噪声减小电路1提供的Lch的数字音频信号经由延迟单元56而提供给算术单元51的一个正端子和算术单元59的正端子。
并且，来自算术单元50的累加输出被提供给算术单元51的另一个正端子，来自算术单元51的累加输出经由LPF 52而提供给可变电平放大器53，其中依赖于来自端子43的风噪声电平检测信号、以与图1的自动风噪声减小电路1中的可变电平放大器32、33、34类似的方式对可变电平放大器53进行控制。
并且，来自可变电平放大器53的输出被提供给算术单元57、58和59各自的负端子，并在这些算术单元中从分别提供给它们的正端子的Rch的数字音频信号中、Cch的数字音频信号中、Lch的数字音频信号中减去所述来自可变电平放大器53的输出，以便作为Rch输出、Cch输出、和Lch输出而从各个端子60、61、62输出。
这里，将描述图2中所示的自动风噪声减小电路2的操作。使用上述公式(5)、(6)和(7)，如果风噪声为最大值，则通过设置可变电平放大器53的输出/输入比为0.5倍，并将来自端子60、61、62的Rch输出、Cch输出和Lch输出分别表示为Rb、Cb和Lb，Rch输出Rb、Cch输出Cb和Lch输出Lb分别可以用下式(8)、(9)和(10)来表示。
Rb＝Rs+0.5(Rw+Lw+Cw)-0.5(Rw+Lw+Cw)＝Rs(8)Cb＝Cs+0.5(Rw+Lw+Cw)-0.5(Rw+Lw+Cw)＝Cs(9)Lb＝Ls+0.5(Rw+Lw+Cw)-0.5(Rw+Lw+Cw)＝Ls(10)因此，所有的残留风噪声信号分量Rw、Lw和Cw被消除了，以使得可以仅获得音频信号Rs、Cs和Ls。并且，补偿在主线上由LPF 52引起的延迟分量的延迟单元54、55和56用于调整算数单元57、58、59中的信号定时，由此进一步改善噪声减小的效果。
如上所述，可以保证从端子60、61和62输出的Rch输出、Cch输出和Lch输出变为不包括任何风噪声信号的音频信号，因为风噪声信号已经被消除了，并且在摄像机的情况下，这些输出被输入给记录系统的信号处理器，并与从其中的图像信号系统提供的图像信号一起被记录在诸如磁带等的记录介质中。
并且，如上所述，通过在多声道系统中设置对应于三个或更多声道的自动风噪声减小电路，使得可以很容易在其方向性计算操作电路的前级执行风噪声减小处理，从而使得可以改善性能和系统设计的自由度。不需要说明这也包括两声道。
应该注意，在图2中，算术单元50、51对应于第二加法器件，LPF 52对应于第三提取器件，可变电平放大器53对应于第二增益控制器件，算数单元57、58和59对应于第四减法器件。
下面，将描述通过使用根据本发明的自动风噪声减小电路及其方法而适用于多声道结构的音频信号处理系统的实例。图3A和3B是显示了具有三个话筒单元的音频信号处理系统的多声道结构的示例的方框图。
该示例显示了多声道结构的示意情况，其中如图3A所示设置了三个非方向性话筒ML、MC和MR，该结构对于来自右前方向(称为RF方向)、正前方向(称为FC方向)、左前方向(称为FL方向)、左后方向(称为RL方向)、正后方向(称为RC方向)和右后方向(称为RR方向)的音频信号具有方向性。
此实例中的这三个话筒ML、MC和MR单元中的每一个都具有非方向性特性，其声音接收平面的方向不是特别限定的，各个话筒单元以三角形结构设置，如图3A所示。假定来自各个话筒ML、MC和MR的各个输出为L、R和C，那么，在各个方向上要分析的各个信号由下列公式表示。
左前方向(FL)L-α(C-φ) (11)正前方向(FC)(L+R)/2-α(C-φ)(12)右前方向(FR)R-α(C-φ) (13)左后方向(RL)C-α(R-φ) (14)正后方向(RC)C-α(L+R)/2-φ) (15)右后方向(RR)C-α(L-φ) (16)其中α为一个预定倍增系数，φ为预定延迟时间。
这些方向性图案显示了一维声压倾角(心形线)特性。如上所述，α指示用于使其频率特性变平坦的倍增系数，φ指示对应于如上设置的话筒间的物理距离的时间延迟分量。
因此，通过经由实施本发明的、对应于各个多声道的自动风噪声减小电路，而将图3B中所示的并且在上面已经描述的方向性计算处理应用到来自话筒ML、MR和MC的输出，使得可以在对于各个方向上都减小了风噪声的多声道中获得期望的音频信号。
并且，在图3A和3B中，通过仅在FL和FR方向上执行算术运算，也可以分别生成立体声双声道信号Lch和Rch输出。在此情况下，还可以在方向性计算处理的后级中插入图5的传统的双声道自动风噪声减小处理。通过在如图3A和3B所示的方向性计算处理的前级中插入这种处理，可以实现以前没有获得过的效果。
这是因为由于方向性计算处理是一种用于着重于来自各个话筒的信号间的相移的典型处理，所以如果对从各个话筒提供的彼此间不相关的风噪声信号进行方向性计算操作，则它们将恶化其等级。因此，通过在方向性计算处理的前级中插入根据本发明的、与多声道结构相对应的自动风噪声减小处理电路，则可以防止这种恶化。
尽管在上述实施例的描述中，是通过将自动风噪声减小处理应用于三声道中的音频信号的实例而进行描述的，但是，并不仅限于此，它同样可以应用于四声道和更多的声道。
换句话说，在存在N个声道(其中N是一个大于或等于2的整数)的情况下，这样设置从彼此不重叠的N个音频声道中选出一个音频声道；将除了所选出的一个音频声道外的多个音频声道的信号相加，以获得N个相加信号从所选出的音频声道的对应的音频信号中减去各个相加信号，以便获得N个相减信号；对N个相减信号的频带进行限制，使之限制在风噪声信号的频带内。
随后，通过在执行电平调整(增益控制)之后，从N个音频声道各自的音频信号中减去经受了频带限制控制的N个相减信号中相应的相减信号，由此使得可以减小包含在N个音频声道的音频信号中的各自的风噪声信号。
此外，如前面所述，通过从在其中已经将风噪声信号减小了的N个音频声道各自的音频信号中减去在将相加信号的频带限制为风噪声的频带并调整它们的电平之后而在其中已经减小了风信号的N个音频声道的音频信号的相加信号，可以消除剩余在预期的音频信号中的残留风噪声信号并且仅获得不包含任何风噪声信号的预期音频信号。
还有，其中的电平调整并不限于上面已经描述的、根据包含在音频信号中的风噪声信号的信号电平来执行的那些。可选地，可以以风噪声信号的平均电平为基础，或者根据基于预定电平级的可选级别(如强、中、弱)以固定方式执行电平调整。
此外，在上述实施例的描述中，尽管描述为对各个声道中的音频信号的频带限制控制是在算术单元26、29，算术单元27、31，算术单元28、30的前级中执行的，但是，并不仅限于此，其中的频带限制可以应用于算术单元29、39和31的输出信号以达到相同效果。
并且，在上述实施例中，尽管描述的是应用于由话筒收集的音频信号的自动风噪声减小处理，但是并不仅限于此，即使在再现以多声道结构记录在记录介质中的音频信号时，也可以对其应用自动风噪声减小处理，如图1和图2的情况那样。
工业应用性如上所述，根据依据本发明的自动风噪声减小电路和自动风噪声减小方法，因为甚至可以将自动风噪声减小处理应用于具有三个和更多声道的音频信号，并因为其中的自动风噪声减小处理可以被插入电路中的任何适合位置而获得了系统设计中的增加的自由度，所以可以处理未来的多声道结构，并且，因为风噪声减小处理可以被划分成如图1和2中所示的两个阶段，可以根据系统需要适当选择它的电路规模。
还有，因为通过使得可以在方向性计算处理(如立体声算术运算)的前级中应用风噪声减小处理，而使得在风噪声信号的电平恶化之前减小风噪声信号成为可能，所以在后级中保证信号的动态范围变得很简单，从而从本质上便利了其系统设计。
权利要求
1.一种自动风噪声减小电路，其特征在于包括N个音频声道(N是等于或大于2的正整数)；第一加法器件，用于将除了一个从N个音频声道中选出的音频声道之外的所有N-1个音频声道的音频信号相加；第一减法器件，用于从没有在第一加法器件中相加的、所述选出的一个音频声道的音频信号中减去第一加法器件的相加信号；第一提取器件，用于在第一加法器件和第一减法器件的前级中相对于N个音频声道的音频信号中的每一个提取风噪声信号的频带分量，或在第一减法器件的后级中相对于第一减法器件的输出信号提取风噪声信号的频带分量；第一增益控制放置，用于控制第一减法器件的输出信号的增益，其中第一减法器件的输出信号被第一提取器件限制了频带；第二减法器件，用于从所述选出的一个音频声道的音频信号中减去增益受到第一增益控制器件控制的信号，其中将第二减法器件的输出信号设置为所述选出的一个音频声道的音频输出。
2.如权利要求1所述的自动风噪声减小电路，其特征在于包括N组第一加法器件、第一减法器件、第一提取器件、第一增益控制器件和第二减法器件，所提供的N个组对应于音频声道的数目N，其中将每组中选出的一个音频声道设置为彼此不重叠。
3.如权利要求1或2所述的自动风噪声减小电路，其特征在于还包括第三减法器件，用于获得N个音频声道的音频信号中的任意音频信号之间的差值音频信号；第二提取器件，用于从第三减法器件的差值音频信号中提取风噪声信号的频带分量；检测器件，向其提供来自第二提取器件的提取信号，以生成风噪声信号的电平检测信号，其中以来自检测器件的电平检测信号为基础，可变地控制第一增益控制器件的增益。
4.如权利要求2或3所述的自动风噪声减小电路，其特征在于还包括第二加法器件，用于对来自N个第二减法器件的所有输出信号进行相加；第三提取器件，向其提供来自第二加法器件的信号，以提取风噪声信号的频带分量；第二增益控制器件，用于控制来自第三提取器件的输出信号的增益；N个第四减法器件，用于从N个第二减法器件的各个输出信号中减去第二增益控制器件的输出信号，其中将来自N个第四减法器的输出信号分别设置为N个音频声道的音频信号。
5.如权利要求4所述的自动风噪声减小电路，其特征在于以来自检测器件的电平检测信号为基础，可变地控制第二增益控制器件的增益。
6.一种自动风噪声减小方法，其特征在于包括第一加法处理，用于将除了一个从N个音频声道中选出的音频声道之外的所有N-1个音频声道的音频信号相加(N是一个等于或大于2的正整数)；第一减法处理，用于从没有在第一加法处理中相加的、所述选出的一个音频声道的音频信号中减去第一加法处理的相加信号，由此获得第一相减信号；第一提取处理，用于在第一加法处理和第一减法处理的前级中相对于N个音频声道的音频信号中的每一个提取风噪声信号的频带分量，或在第一减法处理的后级中相对于第一减法处理的输出信号提取风噪声的频带分量；第一增益控制处理，用于控制第一减法处理的第一相减信号的增益，其中第一减法处理的第一相减信号被第一提取处理限制了频带；第二减法处理，用于从所述选出的一个音频声道的音频信号中减去增益受第一增益控制处理控制的第一相减信号，由此获得第二相减信号，其中将第二相减信号设置为所述选出的一个音频声道的音频输出。
7.如权利要求6所述的自动风噪声减小方法，其特征在于在第一加法处理中，获得N个相加信号，其中使用了不同的、所述选出的一个音频声道，以使得彼此不重叠；在第一减法处理中，从对应的音频信道的音频信号中减去第一加法处理中获得的N个相加信号中相应的一个，所述音频声道选择为彼此不重叠，从而获得N个第一相减信号；在第一提取处理中，执行频带限制以便将N个第一相减信号中的每一个都设置为风噪声信号的频带分量；在第一增益控制处理中，控制频带受限的N个第一相减信号的每一个的增益；在第二减法处理中，从对应的N个选出的音频声道的音频信号中减去增益在第一增益控制处理中被控制的N个第一相减信号中相应的一个，由此获得N个第二相减信号；将N个第二相减信号中的各个信号设置为N个音频声道的对应的音频输出。
8.如权利要求6或7所述的自动风噪声减小方法，其特征在于还包含第三减法处理，用于获得N个音频声道的音频信号中的任意音频信号之间的差值音频信号；第二提取处理，用于从来自第三减法处理的差值音频信号中提取风噪声信号的频带分量；检测处理，向其提供来自第二提取处理的提取信号，以生成风噪声信号的电平检测信号，其中以来自检测处理的电平检测信号为基础，可变地控制第一增益控制处理的增益。
9.如权利要求7或8所述的自动风噪声减小方法，其特征在于还包含第二加法处理，用于对在第二减法处理中获得的所有第二相减信号相加；第三提取处理，用于从在第二加法处理中相加并获得的相加信号中提取风噪声信号的频带分量；第二增益控制处理，用于控制在第三提取处理中提取的提取信号的增益；第四减法处理，用于从在第二减法处理中获得的N个第二相减信号中的各个信号中减去其增益在第二增益控制处理中被控制的提取信号，由此获得N个第三相减信号，其中将N个第三相减信号中的各个信号作为N个音频声道的音频输出。
10.如权利要求9所述的自动风噪声减小方法，其特征在于以来自检测处理的电平检测信号为基础，可变地控制第二增益控制处理的增益。
全文摘要
对于音频信号的多信道化，提供了一种自动风噪声减小电路和一种自动风噪声减小方法，它们能够改善性能以及系统设计中的自由度。计算器(26、27、28)获得除了不同地选出的音频声道外的音频声道的音频信号的相加信号。计算器(29、30、31)从选出的音频声道的音频信号中减去来自计算器(26、27、28)的相加信号。通过LPF(21、23、25)将来自计算器(29、30、31)的相减信号频带限制到风噪声信号的频带。通过可变电平放大器(32、33、34)对来自计算器(29、30、31)的、被限制了频带的相减信号进行电平控制，并从对应的音频声道的音频信号中减去所述相减信号。
文档编号G10L21/02GK1675958SQ03819735
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月20日
发明者小泽一彦 申请人:索尼株式会社