JP2012044609A - ステレオ反響消去方法、ステレオ反響消去装置、ステレオ反響消去プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第一、第二再生信号を入力とし、第一、第二反響模擬信号を生成する第一、第二適応型模擬反響路101、102と、第一、第二反響模擬信号を加算する加算器103と、加算器103により加算された信号と、全ての収音信号とを入力とし、誤差信号を生成する減算器104と、誤差信号を入力とし、事後確率分布関数を用いて第一誤差信号を推定する第一優ガウスモデル誤差配分手段205と、誤差信号と、第一誤差信号とを入力とし、誤差信号から第一誤算信号を減算して第二誤差信号を生成する第二優ガウスモデル誤差配分手段と、第一、第二模擬特性と、第一、第二再生信号と、第一、第二誤差信号とを入力とし、第一、第二模擬特性を更新する第一、第二更新手段107、108とを有する。
【選択図】図3
Description
e1(k)=d1(k)-dm1(k) (式3)
e2(k)=d2(k)-dm2(k) (式4)
と与えるのが理想であるが、例えマイクロホン95の収音信号y(k)が反響信号以外の信号を含まなかったとしても,実際に観測できる信号は、d1(k)とd2(k)の混合信号であるy(k)=d1(k)+d2(k)であり、d1(k)とd2(k)を個別に観測することができず、(式3)、(式4)に基づき、第一誤差信号e1(k)、第二誤差信号e2(k)を直接的に計算することはできない。そこで、前述の第一信号電力加重誤差配分手段105および第二信号電力加重誤差配分手段106は、観測可能な観測誤差信号e(k)=y(k)−[dm1(k)+dm2(k)]から、e1(k)、e2(k)の推定値を求める。具体的には、第一信号電力加重誤差配分手段105および第二信号電力加重誤差配分手段106は、e1(k)、e2(k)の推定値をそれぞれ、
対象とする音声信号の振幅値のヒストグラムを事前に測定することにより、振幅値の分布形状に相応しいp,qの値を予め設定することで、f(e1)のe1についての微分f'(e1)=0を与えるe1の値として、(式11)の最大値を与えるe1(すなわち最頻値)を、解析的または数値演算的に計算できる。なお、e2については、e2=e-e1と計算できる。例えば、p=q=1の場合、a1>a2のときは、e1=e(すなわちe2=0)。a1<a2のときは、e1=0(すなわちe2=e)が最頻値に基づく推定値となる。従って、本発明の実施例1にかかるステレオ反響消去装置200の第一優ガウスモデル誤差配分手段205は、誤差信号e(k)を入力とし、0<p<2、0<q<2を満たすように予め定めたpとq、および予め定めたa1とa2により(式11)の最大値を求め、この最大値を最頻値としてe1を推定する(S205a)。第二優ガウスモデル誤差配分手段206は、誤差信号e(k)と、ステップ205aで求められた第一誤差信号e1(k)とを入力とし、e(k)からe1(k)を減算して第二誤差信号e2(k)を計算する(S206)。
次に図3、図5を参照して本発明の実施例1の変形例1に係るステレオ反響消去装置200’について説明する。実施例1と変形例1とでは、第一優ガウスモデル誤差配分手段が行う計算のみが異なるため、変形例1の構成例を示すブロック図として図3のブロック図を流用し、第一優ガウスモデル誤差配分手段205’として説明を進める。図5は、変形例1に係るステレオ反響消去装置200’の動作例を示すフローチャートである。変形例1は第一優ガウスモデル誤差配分手段205’が事後確率P(e1|e)の分布における期待値からe1を推定することを特徴とする。
次に図3、図6を参照して本発明の実施例1の変形例2に係るステレオ反響消去装置200’’について説明する。実施例1と変形例2とでは、第一優ガウスモデル誤差配分手段が行う計算のみが異なるため、変形例2の構成例を示すブロック図として図3のブロック図を流用し、第一優ガウスモデル誤差配分手段205’’として説明を進める。図6は、変形例1に係るステレオ反響消去装置200’’の動作例を示すフローチャートである。変形例2は第一優ガウスモデル誤差配分手段205’’が事後確率P(e1|e)の分布における中央値からe1を推定することを特徴とする。
例えば、p=q=1においては、解析的に、
次に図3、図7を参照して本発明の実施例1の変形例3に係るステレオ反響消去装置200’’’について説明する。実施例1と変形例3とでは、第一優ガウスモデル誤差配分手段が行う計算のみが異なるため、変形例3の構成例を示すブロック図として図3のブロック図を流用し、第一優ガウスモデル誤差配分手段205’’’として説明を進める。図7は、変形例3に係るステレオ反響消去装置200’’’の動作例を示すフローチャートである。変形例3では第一優ガウスモデル誤差配分手段205’’’が第一再生信号x1(k)と第二再生信号x2(k)との相互相関に基づいて、事後確率P(e1|e)の分布における最頻値、期待値、中央値のいずれか一つを選択して第一誤差信号e1(k)の推定値とすることを特徴とする。
このように、実施例1、変形例1、変形例2、変形例3では事後確率P(e1|e)の分布から、第一誤差信号e1(k)を求める具体的な方法を例示したが、本発明ではこれに限られず事後確率P(e1|e)の分布から他の任意の統計学的手法により、第一誤差信号e1(k)を推定することが可能である。
次に、前述の(式10)などにおけるパラメータa1,a2の求め方について説明する。(式10)において、パラメータa1,a2の値は、事前に固定値を与えてもよいが、以下のように、第一再生信号x1(k)および第二再生信号x2(k)、第一模擬反響信号dm1(k)および第二模擬反響信号dm2(k)、観測誤差信号e(k)のうちの少なくともいずれかの値に基づき、遂次計算してもよい。
第一再生信号x1(k)および第二再生信号x2(k)に基づく計算方法としては、
また、
第一模擬反響信号dm1(k)および第二模擬反響信号dm2(k)に基づく計算方法としては、
a1=γ1×|dm1(k)|p (式22)
a2=γ2×|dm2(k)|q (式23)
とするほか、
a1=γ1×smooth(|dm1(k)|p) (式24)
a2=γ2×smooth(|dm2(k)|q) (式25)
のように、短時間平均を実行するsmooth関数を適用してもよい。ここで、γ1、γ2は、正の定数としてあらかじめ与える調整係数である。
a1=p×E[|e1|p] (式32)
a2=q×E[|e2|q] (式33)
に相当することから、調整係数β1〜β8、γ1〜γ6の値は、p=qの場合は、β1=β2、β3=β4、β5=β6、β7=β8、γ1=γ2、γ3=γ4、γ5=γ6とすべきであり、p≠qの場合は、β1=β2×(p/q)、β3=β4×(p/q)、β5=β6×(p/q)、β7=β8×(p/q)、γ1=γ2×(p/q)、γ3=γ4×(p/q)、γ5=γ6×(p/q)とすべきである。また、第一再生信号x1(k)および第二再生信号x2(k)、第一模擬反響信号dm1(k)および第二模擬反響信号dm2(k)、観測誤差信号e(k)の大きさと、第一誤差信号e1(k)、第二誤差信号e2(k)の大きさとのレベル差を補正するように与えることで、より精度の高いa1、a2を与えることが可能となるが、前述の実施例1における、p=q=1の場合のように、a1とa2の大小比較さえできればよい場合には、β1=β2、β3=β4、β5=β6、β7=β8、γ1=γ2、γ3=γ4、γ5=γ6の条件さえ満足されれば、それらの値の絶対的な大きさは任意である。
<パラメータa1、a2の与え方の説明終わり>
dm1'(k)=Hm1'(k)TX1'(k) (式37)
dm2'(k)=Hm2'(k)TX2'(k) (式38)
と計算し、マイクロホン収音信号y(k)からdm1'(k)とdm2'(k)を差し引くことで、反響消去を実現することができる。ここで、(式35)、(式36)で用いられる変換された第一誤差信号e1'(k)、第二誤差信号e2'(k)の推定値は、変換された第一再生信号x1'(k)および第二再生信号x2'(k)と、それらに基づき計算された第一模擬反響信号dm1'(k)および第二模擬反響信号dm2'(k)と、観測誤差信号e'(k)のうちの少なくともいずれかの値に基づき、上記の<パラメータa1、a2の与え方>に記載したようにa1、a2を計算した結果をもとに得ることができる。
さらに、第一適応型模擬反響路101及び第二適応型模擬反響路102は、
dm1(k)=Hm1(k)TX1(k) (式40)
dm2(k)=Hm2(k)TX2(k) (式41)
と、線形変換されていない第一再生信号x1(k)、第二再生信号x2(k)に基づき、第一模擬反響信号dm1(k)および第二模擬反響信号dm2(k)を得(S101、S102)、マイクロホン収音信号y(k)からdm1(k)とdm2(k)を差し引く(S104)ことで、反響消去を実現することができる。
なお、実施例2および実施例3において、線形変換されたことを示す記号「’」については以下の実施例の説明においては、図や説明を分かりやすくするため適宜省略するものとする。
ステレオ反響消去装置が適用される音声通話時において、音声信号に基づく反響信号より得られる誤差信号の振幅値の分布は、ガウス分布よりも0近傍に鋭いピークを持つ優ガウス的な分布を取る場合が多い。本発明のステレオ反響消去装置によれば、音声信号の特徴により相応しい統計モデルに基づき、観測誤差信号e(k)とし、混合して観測される第一誤差信号をe1(k)、第二誤差信号をe2(k)としたときの第一誤差信号e1(k)がとる値の事後確率分布P(e1(k)|e(k))を、優ガウス分布に従うものとして推定することにより、第一模擬特性Hm1(k)および第二模擬特性Hm2(k)の模擬精度を向上させ、音声通話時の反響消去の性能を高めることができる。
<本発明の各実施例が有する効果の説明終わり>
Claims (12)
- 第一反響路H1を、第一音響再生手段と前記第一音響再生手段と同一空間内にある収音手段との間の音響的な伝達経路であるものとし、
第二反響路H2を、前記第一音響再生手段と同一空間内にある第二音響再生手段と前記収音手段との間の音響的な伝達経路であるものとし、
前記第一反響路H1を介して前記第一音響再生手段で再生する第一再生信号x1(k)(kは離散時間を表す正の値)を前記収音手段で収音して得た第一反響信号d1(k)と、前記第二反響路H2を介して、前記第二音響再生手段で再生する第二再生信号x2(k)を前記収音手段で収音して得た第二反響信号d2(k)との混合信号を、前記収音手段で収音する全ての収音信号y(k)の中から消去または低減するステレオ反響消去方法において、
前記第一反響路H1の模擬特性Hm1(k)を有し、前記第一再生信号x1(k)を入力とし、前記第一反響信号d1(k)を模擬する第一反響模擬信号dm1(k)を生成する第一適応型反響模擬ステップと、
前記第二反響路H2の模擬特性Hm2(k)を有し、前記第二再生信号x2(k)を入力とし、前記第二反響信号d2(k)を模擬する第二反響模擬信号dm2(k)を生成する第二適応型反響模擬ステップと、
前記第一反響模擬信号dm1(k)と、前記第二反響模擬信号dm2(k)とを、前記収音信号y(k)から減算して誤差信号e(k)を生成する減算ステップと、
前記誤差信号e(k)を入力とし、d1(k)-dm1(k)に相当する第一誤差信号e1(k)と、d2(k)-dm2(k)に相当する第二誤差信号e2(k)の推定値を、0<p<2、0<q<2を満たすように予め定めたpとq、および予め定めたa1とa2により定まる、e1(k)の事後確率分布
前記第一模擬特性Hm1(k)と、前記第一再生信号x1(k)と、前記第一誤差信号e1(k)とを入力とし、離散時間kにおける前記第一模擬特性Hm1(k)を離散時間k+1における第一模擬特性Hm1(k+1)に更新する第一更新ステップと、
前記第二模擬特性Hm2(k)と、前記第二再生信号x2(k)と、前記第二誤差信号e2(k)とを入力とし、離散時間kにおける前記第二模擬特性Hm2(k)を離散時間k+1における第二模擬特性Hm2(k+1)に更新する第二更新ステップとを有すること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1に記載のステレオ反響消去方法であって、前記優ガウスモデル誤差配分ステップが前記事後確率分布P(e1(k)|e(k))およびP(e2(k)|e(k))の最頻値を前記第一誤差信号e1(k)および 前記第二誤差信号e2(k)の推定値とすること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1に記載のステレオ反響消去方法であって、前記優ガウスモデル誤差配分ステップが前記事後確率分布P(e1(k)|e(k)) およびP(e2(k)|e(k))の期待値を前記第一誤差信号e1(k) および 前記第二誤差信号e2(k)の推定値とすること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1に記載のステレオ反響消去方法であって、前記優ガウスモデル誤差配分ステップが前記事後確率分布P(e1(k)|e(k)) およびP(e2(k)|e(k))の中央値を前記第一誤差信号e1(k) および 前記第二誤差信号e2(k)の推定値とすること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1に記載のステレオ反響消去方法であって、前記優ガウスモデル誤差配分ステップが、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)との相互相関に基づいて、前記事後確率分布P(e1(k)|e(k)) およびP(e2(k)|e(k))の最頻値、期待値、中央値のいずれか一つを選択して前記第一誤差信号e1(k) および 前記第二誤差信号e2(k)の推定値とすること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1から5の何れかに記載のステレオ反響消去方法であって、前記第一再生信号x1(k)と、前記第一模擬反響信号dm1(k)と、前記観測誤差信号e(k)のうちの少なくともいずれか一つを用いて前記a1を計算し、前記第二再生信号x2(k)と、前記第二模擬反響信号dm2(k)と、前記観測誤差信号e(k)のうちの少なくともいずれか一つを用いて前記a2を計算すること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1から6の何れかに記載のステレオ反響消去方法であって、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)を用いる全てのステップにおいて、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)の代わりに、それらを線形変換したx1'(k)およびx2'(k)を用いること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1から6の何れかに記載のステレオ反響消去方法であって、前記優ガウスモデル誤差配分ステップにおいて、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)の代わりに、それらを線形変換したx1’(k)およびx2’(k)を用いることおよび、
前記第一更新ステップおよび前記第二更新ステップにおいて、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)の代わりに、それらを線形変換したx1’(k)およびx2’(k)を用い、さらに、前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)に施したものと等しい線形変換を第一模擬特性Hm1(k)および第一模擬特性Hm2(k)の更新結果にも施すことにより、Hm1(k+1)およびHm2(k+1)を得ること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1から6の何れかに記載のステレオ反響消去方法であって、
前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)の代わりに、周波数分割された第一再生信号および周波数分割された第二再生信号を入力し、
収音信号y(k)の代わりに、周波数分割された収音信号を入力し、
分割された各周波数毎に、前記第一適応型反響模擬ステップ、前記第二適応型反響模擬ステップ、前記減算ステップ、前記優ガウスモデル誤差配分ステップ、前記第一更新ステップ、前記第二更新ステップを実行し、
各周波数毎に生成された前記誤差信号を周波数合成して、前記反響消去信号e(k)を得ること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 請求項1から6の何れかに記載のステレオ反響消去方法であって、
前記第一再生信号x1(k)と前記第二再生信号x2(k)の代わりに、周波数分割された第一再生信号および周波数分割された第二再生信号を入力し、
分割された各周波数毎に、前記第一適応型反響模擬ステップ、前記第二適応型反響模擬ステップを実行し、各周波数毎に得られた前記第一反響模擬信号および第二反響模擬信号を周波数合成し、全周波数帯域信号に戻した後、前記収音信号y(k)から減算する前記減算ステップを実行し、得られた誤差信号e(k)を周波数分割し、各周波数毎に、前記優ガウスモデル誤差配分ステップ、前記第一更新ステップ、前記第二更新ステップを実行すること
を特徴とするステレオ反響消去方法。 - 第一反響路H1を、第一音響再生手段と前記第一音響再生手段と同一空間内にある収音手段との間の音響的な伝達経路であるものとし、
第二反響路H2を、前記第一音響再生手段と同一空間内にある第二音響再生手段と前記収音手段との間の音響的な伝達経路であるものとし、
前記第一反響路H1を介して前記第一音響再生手段で再生する第一再生信号x1(k)(kは離散時間を表す正の値)を前記収音手段で収音して得た第一反響信号d1(k)と、前記第二反響路H2を介して、前記第二音響再生手段で再生する第二再生信号x2(k)を前記収音手段で収音して得た第二反響信号d2(k)との混合信号を、前記収音手段で収音する全ての収音信号y(k)の中から消去または低減するステレオ反響消去装置において、
前記第一反響路H1の模擬特性Hm1(k)を有し、前記第一再生信号x1(k)を入力とし、前記第一反響信号d1(k)を模擬する第一反響模擬信号dm1(k)を生成する第一適応型模擬反響路と、
前記第二反響路H2の模擬特性Hm2(k)を有し、前記第二再生信号x2(k)を入力とし、前記第二反響信号d2(k)を模擬する第二反響模擬信号dm2(k)を生成する第二適応型模擬反響路と、
前記第一反響模擬信号dm1(k)と、前記第二反響模擬信号dm2(k)とを、前記収音信号y(k)から減算して誤差信号e(k)を生成する減算器と、
前記誤差信号e(k)を入力とし、d1(k)-dm1(k)に相当する第一誤差信号e1(k)と、d2(k)-dm2(k)に相当する第二誤差信号e2(k)の推定値を、0<p<2、0<q<2を満たすように予め定めたpとq、および予め定めたa1とa2により定まる、e1(k)の事後確率分布
の少なくとも何れか一つを用いて、前記第一誤差信号e1(k)および前記第一誤差信号e2(k)の値をe(k)=e1(k)+e2(k)を満足するように推定する優ガウスモデル誤差配分手段と、
前記第一模擬特性Hm1(k)と、前記第一再生信号x1(k)と、前記第一誤差信号e1(k)とを入力とし、離散時間kにおける前記第一模擬特性Hm1(k)を離散時間k+1における第一模擬特性Hm1(k+1)に更新する第一更新手段と、
前記第二模擬特性Hm2(k)と、前記第二再生信号x2(k)と、前記第二誤差信号e2(k)とを入力とし、離散時間kにおける前記第二模擬特性Hm2(k)を離散時間k+1における第二模擬特性Hm2(k+1)に更新する第二更新手段とを有すること
を特徴とするステレオ反響消去装置。 - 請求項1から10の何れかに記載のステレオ反響消去方法を実行すべき指令をコンピュータに対してするプログラム。
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