JP2006267580A

JP2006267580A - 音声信号雑音除去装置

Info

Publication number: JP2006267580A
Application number: JP2005085841A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hashizume; 洋橋爪; Hiromi Aoyanagi; 弘美青柳; Hiroshi Kuboki; 浩久保木
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Techno Creation Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】簡易な構成によって、また、簡単な処理によって、音声帯域内の雑音を除去できる音声信号雑音除去装置を提供する。
【課題手段】本発明は、入力音声信号から雑音を除去する音声信号雑音除去装置において、所定周波数とその高調波を中心とした複数の狭帯域成分を減衰させる特定周波数群減衰手段を備え、入力音声信号を上記特定周波数群減衰手段を通過させ、通過後の音声信号を雑音除去音声信号として出力することを特徴とする。本発明により、所定周波数及びその倍数の周波数（高調波）の強度が大きい雑音を簡易に除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は音声信号雑音除去装置に関し、例えば、アナログ電話や携帯電話やＩＰ電話や電話会議装置等の受信音声信号を取り扱う装置に適用し得るものである。

アナログ電話や携帯電話やＩＰ電話や電話会議装置などの電話端末には、音声信号雑音除去装置が搭載されている。一般には、音声信号が占める帯域のうち主要な帯域部分以外の成分を雑音とみなして除去していた。

さらに、音声帯域における雑音を除去するものとして、特許文献１に記載の音声信号雑音除去装置がある。この装置は、音声信号をサブバンド分析し、音声成分を際立つようにさせることで雑音を除去し、その後、復元することで、音声帯域における雑音を除去した音声信号を得るものである。
特開２００３−１０８２００号公報

ところで、今日のような電話端末の種類も多い状況では発信側及び着信側の電話端末の種類の組合せも多く、雑音原因を特定できないことが多い。このような状況では、雑音原因などをある程度問題としない特許文献１に記載の音声信号雑音除去装置は有効である。

しかしながら、特許文献１に記載の音声信号雑音除去装置は、音声信号をサブバンド分析し、その後、復元するという過程を有するため、ハードウェアによって実現すれば構成が複雑になり、また、ソフトウェアによって実現すれば処理ステップ数が多大になるという課題を有する。

また、原因は不明でも雑音の中には、所定の周波数特性を有するものがある（例えば、いわゆる電源ノイズ）。このような所定の周波数特性を有する雑音に対しては、簡易な構成や簡単な処理によって除去することが好ましい。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、簡易な構成によって、また、簡単な処理によって、音声帯域内の雑音を除去できる音声信号雑音除去装置を提供しようとしたものである。

かかる課題を解決するため、本発明は、入力音声信号から雑音を除去する音声信号雑音除去装置において、所定周波数とその高調波を中心とした複数の狭帯域成分を減衰させる特定周波数群減衰手段を備え、上記入力音声信号を上記特定周波数群減衰手段を通過させ、通過後の音声信号を雑音除去音声信号として出力することを特徴とする。

本発明の音声信号雑音除去装置によれば、所定周波数及びその倍数の周波数（高調波）近傍の周波数成分を、非雑音部分の信号を劣化させることなく、減衰させることができ、所定周波数及びその倍数の周波数（高調波）の強度が大きい雑音を除去することができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による音声信号雑音除去装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、図１が、第１の実施形態の音声信号雑音除去装置の構成を示すブロック図である。

第１の実施形態の音声信号雑音除去装置は、図２に示すような特殊な周波数特性を有する雑音を除去（抑圧）するものである。すなわち、周波数軸上で、基本周波数Ｆと、その高調波２・Ｆ、３・Ｆ、…での強度がスパイク状に大きくなっている雑音を除去対象としている。本件発明者は、最近の電話端末の多様化時代において、図２に示すような周波数特性の雑音の存在を発見するに至った。

図１において、第１の実施形態の音声信号雑音除去装置１００は、特定周波数減衰回路１０１と、パラメータ設定回路１０２とからなる。

パラメータ設定回路１０２は、当該音声信号雑音除去装置１００の除去動作を有効とするか否かを設定させると共に、除去動作を有効とした場合における雑音の基本周波数ｆ（図２の周波数Ｆに対応する）を設定させるものである。前者は、例えば、ディップスイッチなどで設定させ、後者は、例えば、ボリュームなどによって設定させる。例えば、基本周波数ｆについては、利用者は、図示しないスピーカからの発音出力を聞きながらボリュームを操作することで設定する。

特定周波数減衰回路１０１には、デジタル信号でなる入力音声信号ｓ（ｎ）が入力される。特定周波数減衰回路１０１は、除去動作の有効設定がなされていないときには、入力音声信号ｓ（ｎ）をそのまま通過させる。一方、特定周波数減衰回路１０１は、除去動作の有効設定がなされているときには、（１）式に示す伝達関数Ｈ（ｚ）を有するデジタルフィルタとして動作する。すなわち、特定周波数減衰回路１０１は、与えられた基本周波数ｆに基づき、特定の周波数成分（ｆ、２・ｆ、３・ｆ、…）を減衰させ、その減衰後の信号を雑音除去音声信号ｓｒ（ｎ）として出力する。なお、雑音除去音声信号ｓｒ（ｎ）はアナログ音声信号に変換された後、スピーカなどから発音出力されるものである。

Ｈ（ｚ）＝ｇ・（１−αｚ^−Ｌ）／（１−βｚ^−Ｌ） …（１）
（１）式において、Ｌは、基本周波数ｆとサンプリングレートから計算した、周期に相当するサンプル数を表す。例えば、基本周波数が１００Ｈｚ、サンプリングレートが８ｋＨｚであった場合には、Ｌ＝８０となる。αとβは、０＜α≦１、０＜β＜αの関係を満たす数値であり、予め設定されている。αの値が大きいほど減衰周波数の減衰度合いが大きくなり、βの値がαに近いほど減衰部分の周波数幅が狭くなる。ｇは非減衰部分を０ｄＢとするための調整ゲインであり、予め設定されている。なお、βを可変設定させるボリュームなどを設けるようにしても良い。

図３は、（１）式に示す伝達関数Ｈ（ｚ）を有する特定周波数減衰回路１０１の周波数特性を有するものであり、基本周波数ｆの１倍、２倍、３倍、…の周波数を中心として大きく減衰させる周波数特性となっている。

例えば、利用者が発音出力された音声を聴取し、雑音が気になったときには、除去動作を有効とする操作を行い、基本周波数ｆ（図２の周波数Ｆに対応する）を可変設定させる操作子を操作する。このような操作により可変設定された基本周波数ｆが雑音の基本周波数Ｆと合致すると、特定周波数減衰回路１０１によって、雑音成分が減衰され、特定周波数減衰回路１０１から雑音が除去（抑圧）された音声信号ｓｒ（ｎ）が出力される。

第１の実施形態の音声信号雑音除去装置によれば、設定された特定周波数及びその倍数の周波数（高調波）近傍の周波数成分を減衰させることができ、非雑音部分の信号を劣化させることなく、対象雑音を除去することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による音声信号雑音除去装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、図４が、第２の実施形態の音声信号雑音除去装置の構成を示すブロック図である。

第２の実施形態の音声信号雑音除去装置も、図２に示すような特殊な周波数特性を有する雑音を除去（抑圧）するものである。

図２において、第２の実施形態の音声信号雑音除去装置２００は、段数計算回路２０１と、Ｘ−１個の倍数回路２０２−２〜２０２−Ｘと、Ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−Ｘと、パラメータ設定回路２０４とを有するものである。

パラメータ設定回路２０４は、第１の実施形態のものと同様であるのでその説明は省略する。段数計算回路２０１、Ｘ−１個の倍数回路２０２−２〜２０２−Ｘ、及び、Ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−Ｘの機能については、パラメータ設定回路２０４が、当該音声信号雑音除去装置２００の除去動作を有効にする設定をした場合について説明する。

段数計算回路２０１は、与えられた基本周波数ｆに基づき、入力音声信号ｓ（ｎ）に係るナイキスト周波数以下に、基本周波数ｆの何倍までの周波数が入るかを計算し、その倍数値ｘを得る。例えば、基本周波数ｆが１００Ｈｚで、ナイキスト周波数が４０００Ｈｚの場合であれば、ｘ＝４０となる。

段数計算回路２０１は、Ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−Ｘのうち、入力段側のｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘを機能させるものとし、かつ、ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘに対応するｘ個の倍数回路２０２−２〜２０２−ｘを機能させるものとする。残りの特定周波数個別減衰回路２０３−（ｘ＋１）〜２０３−Ｘは入力信号を透過させる。

また、特定周波数個別減衰回路や倍数回路がソフトウェアによって実現されるものであれば、段数計算回路２０１は、ｘ個（＝Ｘ個）の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘとｘ−１個の倍数回路２０２−２〜２０２−ｘとを設定させる。

各倍数回路２０２−２〜２０２−ｘはそれぞれ、基本周波数ｆの倍数の周波数の指示値２ｆ、…、ｘｆを形成して対応する特定周波数個別減衰回路２０３−２〜２０３−ｘに与えるものである。

各特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘは縦続接続されたものであり、それぞれが、（２）式に示すような伝達関数Ｈ（ｚ）を有するデジタルフィルタでなり、パラメータ設定回路２０４、倍数回路２０２−２〜２０２−ｘから与えられた周波数ｆ０（ｆ、２・ｆ、…、ｘ・ｆ）に基づき、特定の周波数成分を減衰させる。

Ｈ（ｚ）＝ｇ・（１−αｍｚ^−１＋ｍ^２ｚ^−２）／（１−αｐｚ^−１＋ｐ^２ｚ^−２）
…（２）
但し、サンプリング周波数をｆｓとすると、αはｃｏｓ（２・π・ｆ０／ｆｓ）で与えられるものである。ｍとｐは、０＜ｍ≦１、０＜ｐ＜ｍの関係を満たす数値であり、予め設定されている。ｍの値が大きいほど減衰周波数の減衰度合いが大きくなり、ｐの値がｍに近いほど減衰部分の周波数幅が狭くなる。ｇは非減衰部分を０ｄＢとするための調整ゲインであり、予め設定されている。なお、ｐを可変設定させるボリュームなどを設けるようにしても良い。

以上のように、特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘの減衰特性が設定されている第２の実施形態の音声信号雑音除去装置２００に、入力音声信号ｓ（ｎ）が入力されると、初段の特定周波数個別減衰回路２０３−１によって、基本周波数ｆ近傍の成分が減衰される。なお、図５は、初段の特定周波数個別減衰回路２０３−１の減衰特性を示している。２段目の特定周波数個別減衰回路２０３−２によっては、２・ｆ近傍の成分が減衰され、以下、同様にして、３段目〜ｘ段目の特定周波数個別減衰回路２０３−３〜２０３−ｘによって、３・ｆ、…、ｘ・ｆ近傍の成分が減衰される。

すなわち、ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘの全体を通して見れば、上述した図３に示すような減衰特性を有し、図２に示すような周波数特性を有する雑音は、ｘ個の特定周波数個別減衰回路２０３−１〜２０３−ｘによって除去（抑圧）される。

第２の実施形態の音声信号雑音除去装置によっても、設定された特定周波数及びその倍数の周波数（高調波）近傍の周波数成分を減衰させることができ、非雑音部分の信号を劣化させることなく、対象雑音を除去することができる。

（Ｃ）他の実施形態
本発明による音声信号雑音除去装置を搭載する装置の用途が限定されないことは勿論である。

上記各実施形態においては、基本周波数と高調波の１組について減衰させるものを示したが、２組以上を減衰させるようにしても良い。

第１の実施形態の音声信号雑音除去装置の全体構成を示すブロック図である。第１の実施形態の除去対象の雑音の周波数特性を示す説明図である。第１の実施形態における特定周波数減衰回路の周波数特性を示す説明図である。第２の実施形態の音声信号雑音除去装置の全体構成を示すブロック図である。第２の実施形態の特定周波数個別減衰回路の周波数特性を示す説明図である。

符号の説明

１００、２００…音声信号雑音除去装置、１０１…特定周波数減衰回路、１０２、２０４…パラメータ設定回路、２０１…段数計算回路２０１、２０２−２〜２０２−Ｘ…倍数回路、２０３−１〜２０３−Ｘ…特定周波数個別減衰回路。

Claims

入力音声信号から雑音を除去する音声信号雑音除去装置において、
所定周波数とその高調波を中心とした複数の狭帯域成分を減衰させる特定周波数群減衰手段を備え、上記入力音声信号を上記特定周波数群減衰手段を通過させ、通過後の音声信号を雑音除去音声信号として出力することを特徴とする音声信号雑音除去装置。
上記特定周波数群減衰手段は１個のデジタルフィルタでなり、所定周波数とその高調波を中心とした複数の狭帯域を上記デジタルフィルタが同時に減衰させることを特徴とする請求項１に記載の音声信号雑音除去装置。
上記特定周波数群減衰手段は、所定周波数とその高調波を中心とした複数の狭帯域の１個の狭帯域を減衰させる複数のデジタルフィルタの縦続接続でなることを特徴とする請求項１に記載の音声信号雑音除去装置。
上記特定周波数群減衰手段に、上記所定周波数を可変設定させる雑音基本周波数設定手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音声信号雑音除去装置。