JP2006189907A - 信号の音声活動を検知する方法と、この方法の実施装置を含む音声信号コーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】 音声活動検知の有効性を保護し、復号後の信号品質を損なわない、有効な音声検知方法と、この方法の実施装置を含む音声信号コーダとを提供する。
【解決手段】 本方法は「音声」か「ノイズ」かの決定を平滑化し、会話セグメントの損失を回避する信号の音声活動検知を可能とする。本方法はノイズレベルが高い場合に特に適する。トラフィック最適化を優先する既知の方法に対し、本方法は復号化後の再生信号の了解性を優先する。符号化信号を、複数フレームに分割し、各信号フレームに対し、「音声」か「ノイズ」かの最初の決定を下す。この方法は、現行フレームに先行するフレームに対して信号エネルギーの増加があると、この増加がわずかなものであっても「音声」の決定を下し、信号の特性が、少なくともi個の後続フレーム中(たとえばi=6)、ノイズ特性に対応する場合のみ、「ノイズ」の決定を下す。本発明は電話通信に適用される。
【選択図】 図4
【解決手段】 本方法は「音声」か「ノイズ」かの決定を平滑化し、会話セグメントの損失を回避する信号の音声活動検知を可能とする。本方法はノイズレベルが高い場合に特に適する。トラフィック最適化を優先する既知の方法に対し、本方法は復号化後の再生信号の了解性を優先する。符号化信号を、複数フレームに分割し、各信号フレームに対し、「音声」か「ノイズ」かの最初の決定を下す。この方法は、現行フレームに先行するフレームに対して信号エネルギーの増加があると、この増加がわずかなものであっても「音声」の決定を下し、信号の特性が、少なくともi個の後続フレーム中(たとえばi=6)、ノイズ特性に対応する場合のみ、「ノイズ」の決定を下す。本発明は電話通信に適用される。
【選択図】 図4
Description
本発明は、改良した音声活動検知装置を含む音声信号コーダ、特に、ITU−T勧告G.729A、補遺Bに準拠するコーダに関する。
音声信号は、無音または本質的な雑音を60%まで含む。伝送する情報量を減らすために、実際に有効信号を含む音声信号部分と、無音またはノイズしか含まない部分とを区別し、これらをそれぞれ異なる2個のアルゴリズムに従って符号化することが知られており、無音またはノイズしか含まない各部分は、周囲のノイズの特徴を示すごくわずかな情報によって符号化される。このようなコーダは、スペクトル特性と、符号化する音声信号のエネルギー(各信号フレームについて計算される)とによって、上記の区別を実施する音声活動検知装置を含む。
音声信号は、たとえば持続時間10msに相当するデジタルフレームに分割される。各フレームに対して、信号から一組のパラメータが抽出される。主なパラメータは、自動相関係数である。線形予測による符号化係数の集合と、一組の周波数パラメータとが、次に自動相関係数から導き出される。実際に有効信号を含む音声部分と、無音またはノイズしか含まない部分とを区別する方法の一つのステップは、信号のフレームエネルギーを閾値と比較する。閾値を計算する装置は、閾値をノイズ変化に適合させる。音声信号を損なうノイズは、電気的なノイズと周囲のノイズとからなる。周囲のノイズは、同一の通信中に著しく増えたり減ったりすることがある。一方、ノイズの周波数フィルタリング係数もまた、それ自体ノイズの変化に適合しなければならない。
アディル ベナサンニュ(Adil Benyassine)らによる文献「ITU−T勧告G729補遺B:A Silence Compression Scheme for Use With G729 Optimized for V.70 Digital Simultaneous Voice and Data Applications」、IEEE Communication Magazine、1997年9月は、このようなコーダを記載している。
符号化された音声信号を復号するデコーダは、音声として符号化された信号部分と、無音または本質的に雑音として符号化された信号部分とにそれぞれ対応する2個の復号アルゴリズムを選択的に使用しなければならない。あるアルゴリズムから他のアルゴリズムへの移行は、無音期間またはノイズ期間を符号化する情報によって同期される。
ITU−T勧告G.729A、補遺B11/96を実装する既知のコーダは、ノイズレベルが、この勧告によって定義された量子化レベルの8000レベルを越えると、もはや有効信号とノイズ信号とを区別できなくなる。その結果、音声活動検知信号の無効な遷移が多数発生し、そのために、有効信号の部分が損失される。
G723.1 VADに記載された解決方法は既知であり、SN比が所定値未満であるとき、コーダにおける音声活動の検知を完全に禁止する。この解決方法は、有効信号の完全性を保護するが、トラヒックを増加するという欠点を有する。
本発明の目的は、トラヒックに関して音声活動検知の有効性を保護し、復号後に再生される信号の品質を損なわない、有効な解決方法を提案することにある。
本発明の対象は、信号内の音声活動を検知する方法であり、信号を複数フレームに分割し、この方法は各フレームに対して下される「音声」か「ノイズ」かの最初の決定の平滑化ステップを含み、この平滑化ステップが、フレームnに対して最初の決定が「音声」で、フレームn−2に対して最終決定が「ノイズ」で、フレームn−1のエネルギーが、フレームn−2のエネルギーより大きく、フレームnのエネルギーがフレームn−2のエネルギーより大きい場合、フレームnに対して「音声」の最終決定を下すステップを含むことを特徴とする。
このような特徴を持つ方法は、フレームnの間だけ、遷移エネルギーが増える時に、「ノイズ」から「音声」への望ましくない遷移を回避する。何故なら、平滑化機能は、「ノイズ」から「音声」への遷移決定に際して、現行フレームnに先行するフレームn−1に対して下される最終決定だけを考慮するからである。
好適な実施形態によれば、フレームnに対して「音声」の最終決定が下された場合、本発明による方法は、iが一定の慣性時間を定義する整数であるとき、さらにフレームn+1からn+iに対して「ノイズ」のあらゆる最終決定を回避することからなる。
このような特徴を持つ方法により、言語セグメントの損失現象が回避される。何故なら、平滑化機能は、「ノイズ」決定に戻る場合、i個のフレームの持続時間に対応する一定の慣性を有するからである。
本発明はまた、本発明による方法を実施するための平滑化手段を含む音声信号コーダを目的とする。
本発明は、以下の説明および添付図面により、いっそう理解され、他の特徴が明らかになるであろう。
図1に機能的な構成を示したコーダの実施例は、符号化される音声信号をアナログで受信する入力端子1と、音声信号をフィルタリングし、サンプリングし、量子化し、フレームに配置する回路2と、回路2の出力に接続される1個の入力と、2個の出力とを有するスイッチ3と、実際に有効信号を示すものとみなされ、スイッチ3の第一の出力に接続される入力を有するフレーム符号化回路4と、無音またはノイズを示すものとみなされ、スイッチ3の第二の出力に接続される入力を有するフレーム符号化回路5と、回路4の出力と回路5の出力とにそれぞれ接続される第一および第二の入力と、コーダの出力端子を構成する出力端子9とを有する第二のスイッチ6と、回路2の出力に接続される入力と、各スイッチ3、6の制御入力に特に接続される出力とを有し、音声信号内で認識される内容、すなわち有効信号か無音信号(またはノイズ信号)かに対応する符号化フレームを選択する音声活動検知器7とを含む。
音声信号が有効信号である場合、コーダは、10ms毎に1個のフレームを供給する。音声信号が、無音信号(またはノイズ信号)から構成される場合、コーダは、無音期間(またはノイズ期間)の冒頭に1つのフレームのみを供給する。
実際には、このようなコーダは、適切にプログラミングされたプロセッサによって構成することができる。特に、本発明による方法は、当業者が実現可能なソフトウェアによって実施可能である。
図2は、規格G.729補遺B11/96により既知の符号化方法による、「音声」または「ノイズ」の決定のフローチャートである。この方法は、持続時間を10msに固定したデジタル信号フレームに適用される。
第一のステップ11は、符号化する信号の現行フレームに対して、全ての周波数帯域におけるこのフレームのエネルギーと、低周波数におけるこのフレームのエネルギーと、一組のスペクトル係数と、ゼロ移行率との4個のパラメータを抽出する。
次のステップ12は、バッファメモリの最小サイズを更新する。
次のステップ13は、現行フレームの番号と、所定値Niとを比較する。
フレームの番号が所定値Ni未満である場合、次のステップ14は、符号化する信号のパラメータのスライド平均値を初期化する。すなわち、スペクトル係数と、全ての帯域における平均エネルギーと、低周波数における平均エネルギーと、平均ゼロ移行率とである。
次のステップ15は、フレームのエネルギーを所定の閾値と比較し、フレームのエネルギーがこの閾値より大きい場合、信号が音声に属すると決定し、フレームのエネルギーがこの閾値より低い場合、信号がノイズであると決定する。現行フレームの処理は、そこで、終了16となる。
フレームの番号がNi未満でない場合、次のステップ17は、この番号がNiに等しいか、あるいはNiより大きいか決定する。
この番号がNiに等しい場合、次のステップ18は、全ての帯域におけるノイズの平均エネルギーの値と、低周波数におけるノイズの平均エネルギーの値とを初期化する。
この番号がNiより大きい場合、次のステップ19は、フレームパラメータの現行値をフレームパラメータのスライド平均値から引くことにより、一組のパラメータ差を計算し、フレームパラメータのスライド平均値がノイズを示す。これらのパラメータ差は、スペクトルのひずみ、全ての帯域におけるエネルギー差、低周波におけるエネルギー差、およびゼロ移行率の差である。
次のステップ20は、フレームのエネルギーを所定の閾値と比較する。
フレームのエネルギーが所定の閾値未満でない場合、ステップ21は、複数の基準に基づいた最初の決定を下し(「音声」か「ノイズ」か)、次のステップ22は、あまりに多数の決定変更を回避するために、この決定を「平滑化」する。
フレームのエネルギーが所定の閾値以下である場合、ステップ23は、信号がノイズであると決定し、次のステップ22は、この決定を「平滑化」する。
平滑化ステップ22の後、次のステップ24は、現行フレームのエネルギーと、全ての帯域におけるエネルギーのスライド平均にある定数を加えたものに等しい適応閾値とを比較する。
現行フレームのエネルギーが閾値より大きい場合、次のステップ25は、ノイズを示すパラメータのスライド平均値を更新し、次いで、現行フレームの処理は、終了26となる。
現行フレームのエネルギーが閾値より大きくない場合、現行フレームの処理は、終了27となる。
図3は、規格G.729補遺B、11/96により既知の符号化方法による音声活動検知信号の平滑化操作を詳しく示す。この平滑化は、以下の複数の基準に基づいた最初の決定21(「音声」か「ノイズ」か)に続く4個のステップを含む。
先行する1個のフレームに対する決定が「音声」であった場合で、現行フレームの平均エネルギーが、先行する複数フレームのエネルギーのスライド平均値にある定数を加えたものより大きい場合、換言すれば、現行フレームのエネルギーが、ノイズの平均エネルギーよりずっと大きい場合、第一のステップは「音声」の決定を下すテスト31からなる。反対の場合には、「ノイズ」の決定42が最終的に下される。
先行する2個のフレームに対する決定が「音声」であった場合で、現行フレームの平均エネルギーが先行するフレームのエネルギーのスライド平均にある定数を加えたものより大きい場合、換言すれば、このエネルギーが、先行フレームから現行フレームまでに著しく減少しなかった場合、第二のステップ32から35は「音声」の決定を確認するテスト32からなる。
この第二のステップは、さらに、カウンタをインクリメントし(操作33)、その内容を値4と比較し(操作34)、次いで、現行フレームが、「音声」と決定された連続フレームの第四のフレームである場合、次のフレームに対してはテスト32の作動を解除する(操作35)。「音声」の決定が確認されない場合、「ノイズ」の決定42が最終的に下される。
現行フレームに先行する10個のフレームに対して「ノイズ」の決定が下された場合(ステップ31から35で現行フレームに対して「音声」の決定が下された場合)で、現行フレームのエネルギーが先行するフレームのエネルギーにある定数を加えたもの未満である場合、換言すれば、エネルギーが先行フレームから現行フレームまでに著しく増加しなかった場合、第三のステップ36から39は最終的に「ノイズ」の決定42を下すテスト36からなる。
この第三のステップは、さらに、現行フレームが、「ノイズ」と決定された(テスト38)連続するフレームの10番目のフレームであった場合、フレームのカウントを再初期化することによって(操作39)、テスト36を再初期化する(操作37)。
現行フレームのエネルギーが、先行する複数フレームのエネルギースライド平均値の和に定数614を加えたもの未満である場合、第四のステップは最終的に「ノイズ」の決定42を下すテスト40からなる。換言すれば、「音声」の決定が最終的に確認されるのは(操作41)フレームのエネルギーが、先行する複数フレームのエネルギーのスライド平均値よりもずっと大きい場合だけである。そうでない場合、「ノイズ」の決定42が最終的に下される。
この第四のステップ40(最終決定)は、信号ノイズが著しい場合、誤った「ノイズ」の決定を供給する。実際、このステップ40は、先行して行われた複数の決定を考慮せずに、先行する複数フレームのエネルギーのスライド平均値に定数614を加えた値とによって示される現行フレームと本質的な雑音とのエネルギー差だけに基づいて、信号がノイズであると決定する。事実、本質的な雑音が大きい場合、この定数614から構成される閾値は、もはや有効ではない。
本発明による方法は、平滑化ステップに関して、規格G.279.1、添付B、11/96により既知の方法とは異なる。
図4は、本発明による方法における、音声活動検知信号の平滑化の実施例を示すフローチャートである。この平滑化は、複数の基準に基づいた初期の決定21(「音声」または「ノイズ」)に続く4個のステップを含む。この4個のステップの中で、3個のステップ(テスト131、132、136)は、上記の3個のステップ(テスト31、32、36)と同じである。前述の第四のステップ40は、削除されており、いわゆる予備ステップが、上記第一のステップ31の前に付加されている。たとえば、フレームのエネルギーが弱くなるとき、いわゆる慣性カウントが付加され、「音声」の決定を「ノイズ」の決定に変える前に、1フレームの持続時間の5倍に等しい持続時間の慣性を得る。従って、この持続時間は、この例では50msである。こうした慣性カウントは、ノイズの平均エネルギーが、規格G.279.1、添付B、11/96により規定された量子化レベルの8000レベルより大きくなるときしか有効でない。
追加される予備ステップ101から104は、ステップ21の最初の決定が「音声」である場合、慣性カウンタを0にリセットし(操作102)、さらにテスト131に移行する。
ステップ21の最初の決定が「ノイズ」である場合、現行フレームのエネルギーが固定の閾値より大きいかどうか決定し、また、慣性カウンタの内容が6未満で1より大きいかどうか決定する(操作103)。
この二つの条件が満たされる場合、(最初の決定とは相反して)「音声」の決定を下し、次いで、慣性カウンタを1単位インクリメントし(操作104)、さらに、テスト131に移行する。
あるいは、これらの条件の一方が満たされない場合、最終的に「ノイズ」の決定を下す(142)。
先行する決定が「音声」であり、現行フレームの平均エネルギーが、先行する複数フレームのエネルギーのスライド平均に定数を加えたものより大きい場合、第一のステップは、「音声」の決定を保持するテスト131(テスト31と同じ)からなる。
2個の先行フレームに対する決定が「音声」であった場合で、現行フレームの平均エネルギーが、先行する1フレームのエネルギーのスライド平均に定数を加えたものより大きい場合、換言すれば、先行フレームから現行フレームまでエネルギーが著しく減らなかった場合、第二のステップ132から135(ステップ32から35と同じ)は「音声」の決定を下す。
この第二のステップ132から135は、さらに、現行フレームが、「音声」と決定された連続する四番目のフレームである場合、次のフレームに対してこのテストの作動を停止する(カウンタをインクリメントし(133)、その内容と値4とを比較し(134)、値4に達している場合は作動停止する(135))。 最後の10個のフレームに対して「ノイズ」の決定が下された場合で、現行フレームのエネルギーが先行する1フレームのエネルギーに定数を加えたものより小さい場合、換言すれば、先行フレームから現行フレームまでエネルギーが著しく増加しなかった場合、第三のステップ136から139、143(ステップ36から39とは少し異なる)は最終的に「ノイズ」の決定を下す(142)。
さらに、現行フレームが、「ノイズ」と決定された連続する10番目のフレームである場合、この第三のステップはフレームカウントを再初期化することによりテスト136を再初期化する(カウンタをインクリメントし(137)、カウンタの内容と値10とを比較し(138)、値10に達している場合カウンタを0に再リセットする(139))。第三のステップは、前述の既知の方法に対して変更されている。何故なら、このステップは、テスト136と慣性カウンタとのあらゆる相互作用を回避するために、さらに慣性カウンタを値6にしているからである(操作143)。ステップ40のような第四のステップは存在しない。
図5において、曲線E1、E2は、様々なSN比の値に対して、既知の方法と、本発明による方法とによる誤り率をそれぞれ示している。
図6において、曲線L1、L2は、様々なSN比の値に対して、既知の方法と、本発明による方法とによる音声損失率をそれぞれ示している。
以上から、音声活動検知動作が、騒音環境において、大幅に改善されることが分かる。全体の誤り率が減少し、特に、失われる会話の割合が著しく減っている。従って、会話の完全性が保護され、会話は理解しやすい。
1 入力端子
2 回路
3、6 スイッチ
4、5 フレーム符号化回路
7 音声活動検知機
8 出力端子
2 回路
3、6 スイッチ
4、5 フレーム符号化回路
7 音声活動検知機
8 出力端子
Claims (6)
- 信号の音声活動を検知する方法であって、信号を複数フレームに分割し、各フレームに対して下される「音声」か「ノイズ」かの最初の決定の平滑化ステップを含み、この平滑化ステップが、
フレームnに対して最初の決定が「音声」で、
フレームn−2に対して最終決定が「ノイズ」で、
フレームn−1のエネルギーが、フレームn−2のエネルギーより大きく、
フレームnのエネルギーがフレームn−2のエネルギーより大きい場合、
n番目のフレームに対して「音声」の最終決定を下すステップを含むことを特徴とする方法。 - 「音声」の最終決定がフレームnに対して下された場合、iが一定の慣性時間を定義する整数であるとき、さらに、フレームn+1からn+iに対して「ノイズ」のあらゆる最終決定を回避することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 平滑化ステップが、フレームnに対して、
最初の決定が「音声」である場合、慣性カウンタを0に初期化し(102)、
最初の決定が「ノイズ」である場合、フレームnのエネルギーが閾値より大きいかどうか決定し、また慣性カウンタの内容が固定された閾値より小さく、かつ1より大きいかどうか決定し(103)、次いで、
この三つの条件が満たされる場合、「音声」の決定を下し、慣性カウンタを1単位インクリメントし(104)、
あるいは、これらの条件の1つが満たされない場合、「ノイズ」の決定を下すステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 音声活動の検知装置を含む音声信号コーダであって、信号を複数フレームに分割し、装置は各フレームに対して下された「音声」か「ノイズ」かの最初の決定を平滑化する手段を含み、この平滑化手段は、
フレームnに対する最初の決定が「音声」で、
フレームn−2に対する最終決定が「ノイズ」で、
フレームn−1のエネルギーがフレームn−2のエネルギーより大きく、
フレームnのエネルギーがフレームn−2のエネルギーより大きい場合、
n番目のフレームに対して「音声」の最終決定を下す手段を含むことを特徴とするコーダ。 - 平滑化手段は、「音声」の最終決定がフレームnに対して下された場合、iが一定の慣性時間を定義する整数であるとき、フレームn+1からn+iに対して「ノイズ」のあらゆる最終決定を回避する手段を含むことを特徴とする請求項4に記載のコーダ。
- 平滑化手段は、
フレームnに対して最初の決定が「音声」である場合、慣性カウンタを0に初期化し(102)、
最初の決定が「ノイズ」である場合、フレームnのエネルギーが閾値より大きいかどうか決定し、また慣性カウンタの内容が固定された閾値より小さく、かつ1より大きいかどうか決定し(103)、次いで、
この三つの条件が満たされている場合、「音声」の決定を下し、慣性カウンタを1単位インクリメントし(104)、
あるいは、これらの条件の1つが満たされない場合、「ノイズ」の決定を下す手段を含むことを特徴とする請求項4に記載のコーダ。
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