JP2012168212A - Noise reduction device and noise reduction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音声信号に含まれるノイズを適切に低減するノイズ低減装置およびノイズ低減方法に関する。 The present invention relates to a noise reduction device and a noise reduction method for appropriately reducing noise contained in an audio signal.
従来、主として雑音(ノイズ)を収音するためのマイクによって収音された参照信号を空間特性フィルタに通すことによって擬似的にノイズ信号を生成し、主として話者の声などの目的の音声を収音するためのマイクによって収音された音声信号から差し引く事で、ノイズを低減する適応フィルタ(LMS:Least Mean Square)方式がある。 Conventionally, a pseudo-noise signal is generated by passing a reference signal collected mainly by a microphone for collecting noise through a spatial characteristic filter to mainly collect a target voice such as a speaker's voice. There is an adaptive filter (LMS: Least Mean Square) system that reduces noise by subtracting it from the audio signal collected by the microphone for sound.
また、音声信号をリアルタイムに解析し、周波数領域上の信号を調整する事によってノイズ成分を低減する周波数差し引き法もある。周波数差し引き法では、音声信号を周波数変換し、分割した周波数スペクトルを基に、ノイズの周波数スペクトルを推定して差し引くことで、音声信号の聞き難さを改善できる。 There is also a frequency subtraction method that reduces noise components by analyzing audio signals in real time and adjusting signals in the frequency domain. In the frequency subtraction method, the audio signal is frequency-converted, and the noise frequency spectrum is estimated and subtracted based on the divided frequency spectrum, thereby making it difficult to hear the audio signal.
近年、この二種類のノイズ低減方式を組み合わせた方式が提案されている。例えば、主マイクとは別に副マイクを配し、それぞれのマイクで収音された音声信号から目的音の信号とノイズ信号を生成し、ノイズ信号の周波数スペクトルをノイズレベルが小さいほど大きな圧縮比で圧縮し、目的音の信号の周波数スペクトルから圧縮したノイズ信号の周波数スペクトルを減算する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。また、音声信号に含まれるエコーを推定してエコーのキャンセル信号を音声信号から差し引き、抑制しきれなかったエコーを、後段のエコーサプレッサで抑制する技術が提示されている(例えば、特許文献2、3)。 In recent years, a method combining these two types of noise reduction methods has been proposed. For example, a sub-microphone is provided separately from the main microphone, and the target sound signal and noise signal are generated from the sound signal collected by each microphone. The frequency spectrum of the noise signal is reduced with a larger compression ratio as the noise level decreases. A technique for compressing and subtracting the frequency spectrum of the compressed noise signal from the frequency spectrum of the target sound signal has been proposed (for example, Patent Document 1). In addition, a technique has been proposed in which an echo contained in an audio signal is estimated, an echo cancellation signal is subtracted from the audio signal, and an echo that could not be suppressed is suppressed by a subsequent echo suppressor (for example, Patent Document 2, 3).
上述した特許文献1の技術では、目的音の信号とノイズ信号とを正確に分離するためには、ノイズ源に対するマイクの配置も制限され、目的音以外のノイズを主に収音するマイクの設置数も増やさなければならない。そのため、例えば、配置制限の厳しい小型の携帯端末への実装は困難である。さらに、分離後のノイズ信号のノイズレベル(ノイズフロア)だけでは、実際に、目的音の信号からどこまでノイズが除去されているかを正確に把握できず、例えば、目標として出力信号のSN比やノイズレベルが設定されていても、その目標を確実に達成することは困難であった。 In the technique of Patent Document 1 described above, in order to accurately separate the target sound signal and the noise signal, the arrangement of the microphone with respect to the noise source is also limited, and the microphone that mainly collects noise other than the target sound is installed. The number must also be increased. Therefore, for example, it is difficult to mount on a small portable terminal with severe arrangement restrictions. Furthermore, the noise level (noise floor) of the separated noise signal alone cannot accurately grasp how much noise has actually been removed from the target sound signal. For example, the signal-to-noise ratio or noise of the output signal can be targeted. Even if the level was set, it was difficult to reliably achieve that goal.
また、エコーについては、その生成元となる信号を取得可能であり、発生するメカニズムやタイミング、装置自体の伝達特性が既知であるため、精度がよいキャンセル信号を容易に生成することができる。しかし、装置外部から混入されるノイズに対して、特許文献2、3のような従来技術では十分にノイズを低減できない。さらに、装置自体が発生する出力信号によって生じるハウリングを防止するハウリングサプレッサも、エコーを低減する装置と同様、装置外部から混入されるノイズに対しては効果が低い。 As for the echo, it is possible to acquire a signal that is a generation source thereof, and since the mechanism and timing to be generated and the transmission characteristics of the device itself are known, it is possible to easily generate a cancellation signal with high accuracy. However, with respect to noise mixed from the outside of the apparatus, the conventional techniques such as Patent Documents 2 and 3 cannot sufficiently reduce the noise. Further, a howling suppressor for preventing howling caused by an output signal generated by the device itself is also less effective for noise mixed from the outside of the device, like the device for reducing echo.
そこで本発明は、このような課題に鑑み、目標とするSN比やノイズレベルに応じて適切にノイズを低減することが可能な、ノイズ低減装置およびノイズ低減方法を提供することを目的としている。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide a noise reduction device and a noise reduction method capable of appropriately reducing noise according to a target SN ratio and noise level.
上記課題を解決するために、本発明のノイズ低減装置は、第1のマイクで収音して電気信号に変換した音声信号と、第2のマイクで収音して電気信号に変換した参照信号とに基づいて、音声信号に含まれたノイズ成分を低減する第1低減部と、ノイズ成分が低減された音声信号のSN比を導出するSN比導出部と、SN比の指令値であるSN指令値を取得する指令取得部と、導出されたSN比と、取得されたSN指令値を比較し、導出されたSN比を取得されたSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する抑制量導出部と、ノイズ成分が低減された音声信号について、導出されたノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制する第2低減部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the noise reduction device of the present invention includes an audio signal collected by a first microphone and converted into an electrical signal, and a reference signal collected by a second microphone and converted into an electrical signal. And a SN ratio deriving unit for deriving an SN ratio of the audio signal with the reduced noise component, and an SN ratio command value. The command acquisition unit that acquires the command value, the derived SN ratio, and the acquired SN command value are compared, and the noise that is insufficient to make the derived SN ratio equal to or greater than the acquired SN command value A suppression amount deriving unit that derives a noise suppression amount that is a suppression amount, and a second reduction unit that suppresses the noise component by an amount of the derived noise suppression amount with respect to the audio signal in which the noise component is reduced. And
音声信号が、音声区間であるか非音声区間であるかを示す音声区間情報を生成する区間判定部と、音声区間の音声信号の信号レベルである音声レベルを保持する保持部と、をさらに備え、SN比導出部は、音声区間情報が非音声区間を示す場合、保持部に保持された音声区間の音声信号の音声レベルを用いて、SN比を導出してもよい。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-speech section; and a holding unit that holds a voice level that is a signal level of the voice signal in the voice section. The SN ratio deriving unit may derive the SN ratio using the audio level of the audio signal of the audio section held in the holding unit when the audio section information indicates a non-speech section.
音声信号が、音声区間であるか非音声区間であるかを示す音声区間情報を生成する区間判定部と、非音声区間の音声信号の信号レベルであるノイズレベルを保持する保持部と、をさらに備え、SN比導出部は、音声区間情報が音声区間を示す場合、保持部に保持された非音声区間の音声信号のノイズレベルを用いて、SN比を導出してもよい。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-voice section, and a holding unit that holds a noise level that is a signal level of the voice signal in the non-voice section The SN ratio deriving unit may derive the SN ratio using the noise level of the voice signal in the non-speech section held in the holding unit when the voice section information indicates the voice section.
上記課題を解決するために、本発明の他のノイズ低減装置は、第1のマイクで収音して電気信号に変換した音声信号と、第2のマイクで収音して電気信号に変換した参照信号とに基づいて、音声信号に含まれたノイズ成分を低減する第1低減部と、ノイズ成分が低減された音声信号のノイズレベルを導出する低減量導出部と、ノイズレベルの指令値であるノイズ指令値を取得する指令取得部と、導出されたノイズレベルと、取得されたノイズ指令値を比較し、ノイズレベルをノイズ指令値未満とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する抑制量導出部と、ノイズ成分が低減された音声信号について、導出されたノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制する第2低減部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, another noise reduction device of the present invention collects a sound signal picked up by a first microphone and converted into an electric signal, and picked up a sound by a second microphone and converted it into an electric signal. A first reduction unit for reducing a noise component included in the audio signal based on the reference signal; a reduction amount deriving unit for deriving a noise level of the audio signal in which the noise component is reduced; and a noise level command value This is the amount of suppression of noise that is insufficient to compare the acquired noise command value with the command acquisition unit that acquires a noise command value, and to compare the acquired noise command value with the noise level less than the noise command value. A suppression amount deriving unit that derives a noise suppression amount, and a second reduction unit that suppresses the noise component by an amount of the derived noise suppression amount with respect to the audio signal in which the noise component is reduced, are provided.
音声信号が、音声区間であるか非音声区間であるかを示す音声区間情報を生成する区間判定部と、非音声区間の音声信号の信号レベルであるノイズレベルを保持する保持部と、をさらに備え、抑制量導出部は、音声区間情報が音声区間を示す場合、保持部に保持された、過去の非音声区間における音声信号のノイズレベルを用いて、ノイズ抑制量を導出してもよい。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-voice section, and a holding unit that holds a noise level that is a signal level of the voice signal in the non-voice section The suppression amount deriving unit may derive the noise suppression amount using the noise level of the speech signal in the past non-speech section held in the holding unit when the speech section information indicates the speech section.
第1低減部は、適応フィルタで構成され、第1のマイクで収音して電気信号に変換した音声信号と、第2のマイクで収音して電気信号に変換した参照信号とに基づいて、フィルタ係数を補正してもよい。 The first reduction unit includes an adaptive filter, and is based on an audio signal collected by the first microphone and converted into an electrical signal, and a reference signal collected by the second microphone and converted into an electrical signal. The filter coefficient may be corrected.
第2低減部は、周波数差し引き法によってノイズ成分を抑制し、ノイズ低減装置は、周波数差し引き法における周波数変換ブロック長に相当する分、遅延処理を行う遅延部と、導出されたSN比がSN指令値以上の場合、または、導出されたノイズレベルがノイズ指令値未満の場合、第1低減部がノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、第2低減部から遅延部に切り換える切換部と、をさらに備えてもよい。 The second reduction unit suppresses a noise component by the frequency subtraction method, and the noise reduction device includes a delay unit that performs delay processing corresponding to the frequency conversion block length in the frequency subtraction method, and the derived SN ratio is an SN command. A switching unit that switches the output destination of the audio signal from which the first reduction unit has reduced the noise component from the second reduction unit to the delay unit when the value is equal to or greater than the value or when the derived noise level is less than the noise command value; May be further provided.
上記課題を解決するために、本発明のノイズ低減方法は、第1のマイクで収音して電気信号に変換した音声信号と、第2のマイクで収音して電気信号に変換した参照信号とに基づいて、音声信号に含まれたノイズ成分を低減し、ノイズ成分が低減された音声信号のSN比を導出し、SN比の指令値であるSN指令値を取得し、導出したSN比と、取得したSN指令値を比較し、導出されたSN比を取得されたSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出し、ノイズ成分が低減された音声信号について、導出したノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the noise reduction method of the present invention includes an audio signal picked up by a first microphone and converted into an electric signal, and a reference signal picked up by a second microphone and converted into an electric signal. Based on the above, the noise component contained in the audio signal is reduced, the SN ratio of the audio signal with the reduced noise component is derived, the SN command value that is the command value of the SN ratio is obtained, and the derived SN ratio And the acquired SN command value are compared, and a noise suppression amount that is a noise suppression amount that is insufficient to make the derived SN ratio equal to or greater than the acquired SN command value is derived, and the noise component is reduced. Further, the noise component is suppressed by the derived noise suppression amount.
以上説明したように本発明では、目標とするSN比やノイズレベルに応じて適切にノイズを低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to appropriately reduce noise according to a target SN ratio and noise level.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
例えば、携帯電話やトランシーバのような携帯端末を用いた屋外での通話において、収音した信号である音声信号に対してノイズ低減処理が施されることが想定される。このような携帯端末では電波の帯域を効率的に利用するため、1つの通信に割り当てられる帯域は最低限のものである。そのため、携帯端末では、音声信号の符号化に際し、人間の声の性質を利用した高圧縮で低レートの符号化方式が用いられている。 For example, in an outdoor call using a mobile terminal such as a mobile phone or a transceiver, it is assumed that noise reduction processing is performed on an audio signal that is a collected signal. In such a portable terminal, in order to efficiently use the radio wave band, the band allocated to one communication is the minimum. For this reason, portable terminals use a high-compression, low-rate encoding method that utilizes the characteristics of human voice when encoding audio signals.
具体的に、携帯電話に用いられる符号化方式では、約10kbps前後の符号化レートであるCELP(Code Excited Linear Prediction)が普及し、トランシーバに用いられる符号化方式では、約4kbps前後の符号化レートであるVocoderが普及している。いずれも、人の声道が作り出すスペクトルエンベロープを生成モデルとして数式化し、音声信号の源となる駆動音源をその声道モデルに通すことによって音声信号を復元する。また、有声音・無声音の特徴や基本周期、さらにはノイズ分析に従って音声信号をテーブル化する等の手段で低レートかつ高品質な音声信号の符号化を実現する。 Specifically, CELP (Code Excited Linear Prediction), which is a coding rate of about 10 kbps, is widely used in coding systems used in mobile phones, and a coding rate of about 4 kbps is used in coding systems used in transceivers. Vocoder is popular. In both cases, a spectrum envelope created by a human vocal tract is expressed as a generation model, and a sound source is restored by passing a driving sound source serving as a source of the audio signal through the vocal tract model. Also, low-rate and high-quality audio signal encoding is realized by means such as tabulating the audio signal according to the characteristics and basic period of voiced / unvoiced sound and further noise analysis.
しかし、上述のような符号化方式は、人間の声道から発声される音声を収音して電気信号に変換した音声信号の符号化を想定しており、音声信号に目的の音声ではないノイズが混入すると、信号モデルの生成に誤りが生じノイズが増大してしまい、場合によっては、復号した信号が音声信号として意味を成さない破綻状態を招く可能性がある。 However, the encoding method as described above assumes encoding of an audio signal obtained by picking up sound uttered from a human vocal tract and converting it into an electric signal, and noise that is not the target sound is included in the audio signal. If the signal is mixed, an error occurs in the generation of the signal model and the noise increases, and in some cases, the decoded signal may cause a failure state that does not make sense as an audio signal.
このような事態を回避するため、ノイズ低減装置から出力するノイズ低減処理後の信号は、後段の符号化処理における符号化方式の符号化レートに応じたSN比やノイズレベル(ノイズフロア)を維持する必要がある。 In order to avoid such a situation, the signal after noise reduction processing output from the noise reduction device maintains the SN ratio and noise level (noise floor) corresponding to the coding rate of the coding method in the subsequent coding processing. There is a need to.
ところで、従来、適応フィルタ方式でノイズを除去し、その除去処理で残留したノイズ(以下、残留ノイズと称す)を周波数差し引き法で抑制する、2段構成のノイズ低減装置は提案されている。しかし、エコーやハウリング以外の多様なノイズについて、適応フィルタや音源分離フィルタ(BSS:Blind Signal Separation)でノイズを十分に除去することは困難であった。 By the way, conventionally, a two-stage noise reduction apparatus has been proposed in which noise is removed by an adaptive filter method, and noise remaining in the removal process (hereinafter referred to as residual noise) is suppressed by a frequency subtraction method. However, it has been difficult to sufficiently remove various types of noise other than echo and howling by using an adaptive filter or a sound source separation filter (BSS: Blind Signal Separation).
また、その適応フィルタ方式のノイズの除去効果は、使用環境によって大きく変化するため、後段の周波数差し引き法によるノイズ低減処理で、一律にノイズを低減しようとすると、過度なノイズ低減処理となり、音質に悪影響を及ぼす副作用的なノイズ(量子化雑音またはミュージカルノイズ)を発生させてしまう場合がある。さらに、逆に、ノイズ低減処理が不足し、後段の符号化方式の符号化レートに応じたSN比やノイズレベルを維持できず破錠状態を招く可能性がある。そこで、本実施形態では、符号化方式の符号化レートに基づいて設定された、目標とするSN比やノイズレベルに応じて適切にノイズを低減することができるノイズ低減装置について詳述し、続いて、そのノイズ低減装置を用いたノイズ低減方法について説明する。 In addition, since the noise removal effect of the adaptive filter method varies greatly depending on the usage environment, trying to reduce noise uniformly by the noise reduction processing by the frequency subtraction method in the latter stage results in excessive noise reduction processing, which improves sound quality. In some cases, side effect noise (quantization noise or musical noise) that has an adverse effect may be generated. Further, conversely, there is a possibility that the noise reduction processing is insufficient and the SN ratio and noise level corresponding to the encoding rate of the subsequent encoding method cannot be maintained, resulting in a broken state. Therefore, in the present embodiment, a noise reduction apparatus that can appropriately reduce noise according to a target SN ratio and noise level set based on the coding rate of the coding method will be described in detail. A noise reduction method using the noise reduction device will be described.
(ノイズ低減装置100)
図1は、第1の実施形態におけるノイズ低減装置100の概略的な機能を示した機能ブロック図である。ノイズ低減装置100は、音声信号取得部120と、参照信号取得部122と、区間判定部124と、第1低減部126と、保持部128と、SN比導出部130と、指令取得部132と、抑制量導出部134と、第2低減部136と、遅延部138と、切換部140とを含んで構成される。
(Noise reduction device 100)
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic function of the noise reduction apparatus 100 according to the first embodiment. The noise reduction apparatus 100 includes an audio signal acquisition unit 120, a reference signal acquisition unit 122, a section determination unit 124, a first reduction unit 126, a holding unit 128, an SN ratio derivation unit 130, and a command acquisition unit 132. The suppression amount deriving unit 134, the second reduction unit 136, the delay unit 138, and the switching unit 140 are configured.
音声信号取得部120は、音声を収音することを目的とした第1のマイク160で収音して電気信号に変換した音声信号を取得する。参照信号取得部122は、音声以外の音を収音することを目的とした1または複数の第2のマイク162で収音して電気信号に変換した参照信号を取得する。 The audio signal acquisition unit 120 acquires an audio signal collected by the first microphone 160 for the purpose of collecting audio and converted into an electrical signal. The reference signal acquisition unit 122 acquires a reference signal that is picked up by one or a plurality of second microphones 162 for the purpose of collecting sound other than sound and converted into an electrical signal.
区間判定部124は、音声信号取得部120が取得した音声信号が、音声区間(音声が含まれる区間)であるか非音声区間(音声が含まれない区間)であるかを示す音声区間情報を生成する。ノイズ成分が主である非音声区間の信号に対し、音声成分を含む音声区間の信号は、エネルギーの単位時間あたりの変化量が大きい。このことから、区間判定部124は、例えば、音声信号の所定時間毎のエネルギーを導出し、その変化量が所定の閾値を超えると音声区間と判定し、所定の閾値以下であると非音声区間と判定する。 The section determination unit 124 indicates voice section information indicating whether the voice signal acquired by the voice signal acquisition unit 120 is a voice section (section that includes voice) or a non-voice section (section that does not include voice). Generate. The amount of change in energy per unit time is larger in the signal in the voice section including the voice component than in the signal in the non-voice section in which the noise component is main. From this, for example, the section determination unit 124 derives energy for each predetermined time of the audio signal, determines that the amount of change exceeds a predetermined threshold, and determines that it is a voice section, and if it is equal to or less than the predetermined threshold, Is determined.
第1低減部126は、例えば、LMSを用いた適応フィルタやBSSで構成され、第1のマイク160で変換された音声信号と、第2のマイク162で変換された参照信号とに基づいて、音声信号に含まれたノイズを低減する。第1のマイク160は話者の声などの目的の音声を収音することを目的として目的の音声を収音しやすい位置に配置される。第2のマイク162は目的の音声以外の例えばノイズを収音しやすい位置に配置される。 The first reduction unit 126 is composed of, for example, an adaptive filter or BSS using LMS, and based on the audio signal converted by the first microphone 160 and the reference signal converted by the second microphone 162, Reduce noise contained in audio signals. The first microphone 160 is arranged at a position where it is easy to pick up the target voice for the purpose of picking up the target voice such as a speaker's voice. The second microphone 162 is disposed at a position where, for example, noise other than the target sound is easily collected.
図2は、第1低減部126の処理を説明するための回路図である。特に、図2(a)は、適応フィルタを用いた例を示し、図2(b)は、BSSを用いた例を示す。 FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the processing of the first reduction unit 126. In particular, FIG. 2A shows an example using an adaptive filter, and FIG. 2B shows an example using a BSS.
適応フィルタの場合、図2(a)に示すように、第1低減部126は、適応フィルタ126aとしてFIR(Finite Impulse Response)を用い、参照信号を適応フィルタ126aに通すことで音声信号に混入したノイズの量を推定し、減算器126bで音声信号から減算することで、音声信号に含まれるノイズ成分を低減する。このとき、第1低減部126は、区間判定部124が音声信号を非音声区間と判定した場合、推定したノイズの量と目標とする本来のノイズの量(非音声区間の音声信号レベル)との差から誤差量を導出し、その誤差量に応じてフィルタ係数(FIR係数)を逐次更新する。また、区間判定部124が音声信号を音声区間と判定した場合、その音声信号についてはフィルタ係数の更新は行わないか、係数更新に関わる影響度を軽微なものとする。かかるフィルタ係数を適時補正する構成により、第1低減部126は、環境のノイズに応じて適応的にノイズを低減できる。 In the case of the adaptive filter, as shown in FIG. 2A, the first reduction unit 126 uses FIR (Finite Impulse Response) as the adaptive filter 126a and passes the reference signal through the adaptive filter 126a to be mixed into the audio signal. By estimating the amount of noise and subtracting it from the audio signal by the subtractor 126b, the noise component contained in the audio signal is reduced. At this time, when the section determination unit 124 determines that the voice signal is a non-speech section, the first reduction unit 126 determines the estimated noise amount and the target original noise amount (speech signal level of the non-speech section) and An error amount is derived from the difference between them, and the filter coefficient (FIR coefficient) is sequentially updated in accordance with the error amount. Further, when the section determination unit 124 determines that the voice signal is a voice section, the filter coefficient is not updated for the voice signal, or the degree of influence related to the coefficient update is slight. With the configuration that corrects the filter coefficient in a timely manner, the first reduction unit 126 can adaptively reduce noise according to environmental noise.
また、BSSの場合、図2(b)に示すように、第1低減部126において、音声信号と参照信号が音源分離フィルタ126cに通され、ノイズ成分が低減された音声信号と音声成分が低減された参照信号に分離される。そして、独立判定部126dは、分離された音声信号と参照信号の独立性に基づいて、音源分離フィルタ126cのフィルタ係数を逐次更新する。さらに、音源分離フィルタ126cの代わりに、図示しない乗算部が、音声信号と参照信号に音源分離行列を乗算してもよい。この場合、独立判定部126dは、音源分離行列の行列要素を逐次更新する。 In the case of BSS, as shown in FIG. 2B, in the first reduction unit 126, the audio signal and the reference signal are passed through the sound source separation filter 126c, and the audio signal and the audio component with reduced noise components are reduced. Are separated into reference signals. Then, the independence determination unit 126d sequentially updates the filter coefficient of the sound source separation filter 126c based on the independence between the separated audio signal and the reference signal. Furthermore, instead of the sound source separation filter 126c, a multiplication unit (not shown) may multiply the sound signal and the reference signal by the sound source separation matrix. In this case, the independent determination unit 126d sequentially updates the matrix elements of the sound source separation matrix.
図3は、第1低減部126を通過する前の音声信号と音声区間情報を示す時間波形図であり、図4は、その音声信号に対応する第1低減部126を通過した後の音声信号と音声区間情報を示す時間波形図である。図3(a)と図4(a)には音声信号の時間波形図を、図3(b)と図4(b)には音声区間情報を示す。ここでは、音声区間情報は、0が非音声区間、1が音声区間を示す。 FIG. 3 is a time waveform diagram showing the voice signal and the voice section information before passing through the first reduction unit 126, and FIG. 4 shows the voice signal after passing through the first reduction unit 126 corresponding to the voice signal. It is a time waveform figure which shows voice segment information. FIGS. 3A and 4A show time waveform diagrams of the audio signal, and FIGS. 3B and 4B show audio section information. Here, in the speech section information, 0 indicates a non-speech section and 1 indicates a speech section.
第1低減部126は、図3、4に示すような、音声信号が音声区間ではない非音声区間の場合(音声区間情報が0の場合)、積極的にノイズを打ち消す処理を行い、音声区間の場合(音声区間情報が1の場合)、音声の回り込みの影響や音声成分による適応誤差量の把握が困難なため、ノイズを打ち消す処理を抑える。 The first reduction unit 126 performs a process of actively canceling noise when the audio signal is a non-speech segment that is not a speech segment (the speech segment information is 0) as shown in FIGS. In this case (when the speech section information is 1), it is difficult to grasp the influence of speech wraparound and the amount of adaptive error due to speech components, so that the process of canceling noise is suppressed.
保持部128は、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の記憶媒体で構成され、音声レベルおよびノイズレベルを保持する。ここで、音声レベルは、音声区間の音声信号の信号レベルであり、ノイズレベルは、非音声区間の音声信号の信号レベルである。 The holding unit 128 includes a storage medium such as a RAM (Random Access Memory), an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), and a flash memory, and holds a sound level and a noise level. Here, the voice level is the signal level of the voice signal in the voice section, and the noise level is the signal level of the voice signal in the non-voice section.
SN比導出部130は、ノイズ成分が低減された音声信号のSN比を導出する。具体的に、SN比導出部130は、音声区間情報が非音声区間を示す場合、ノイズレベルを保持部128に保持させる。一方、音声区間情報が音声区間を示す場合、SN比導出部130は、音声レベルを保持部128に保持させる。 The S / N ratio deriving unit 130 derives the S / N ratio of the audio signal with the noise component reduced. Specifically, the SN ratio deriving unit 130 causes the holding unit 128 to hold the noise level when the voice section information indicates a non-voice section. On the other hand, when the voice section information indicates a voice section, the SN ratio deriving unit 130 causes the holding unit 128 to hold the voice level.
そして、SN比導出部130は、音声区間情報が非音声区間を示す場合、その音声信号のノイズレベルと、保持部128に保持された、最も新しい音声レベルとによって、SN比を導出する。 Then, when the speech section information indicates a non-speech section, the SN ratio deriving unit 130 derives the SN ratio based on the noise level of the speech signal and the newest speech level held in the holding unit 128.
このように、保持部128に、音声レベルを保持する構成により、対象の区間が音声区間でなくとも、保持部128に保持された音声レベルを用いてノイズ抑制量を導出でき、導出されたノイズ抑制量に基づいて、第2低減部136において適切なノイズ抑制処理を実行することが可能となる。 As described above, the configuration in which the audio level is held in the holding unit 128 enables the noise suppression amount to be derived using the audio level held in the holding unit 128 even when the target section is not a voice interval, and the derived noise Based on the suppression amount, appropriate noise suppression processing can be executed in the second reduction unit 136.
一方、音声区間情報が音声区間を示す場合、SN比導出部130は、その音声信号の音声レベルと、保持部128に保持された、最も新しいノイズレベルとによって、SN比を導出する。 On the other hand, when the voice section information indicates a voice section, the SN ratio deriving unit 130 derives the SN ratio based on the voice level of the voice signal and the newest noise level held in the holding unit 128.
保持部128に、ノイズレベルを保持する構成により、対象の区間が非音声区間でなくとも、保持部128に保持されたノイズレベルを用いてノイズ抑制量を導出でき、導出されたノイズ抑制量に基づいて、第2低減部136において適切なノイズ抑制処理を実行できる。 With the configuration in which the holding unit 128 holds the noise level, the noise suppression amount can be derived using the noise level held in the holding unit 128 even if the target section is not a non-speech interval. Based on this, it is possible to execute appropriate noise suppression processing in the second reduction unit 136.
また、SN比導出部130は、SN比の導出に際し、ノイズレベルについて、所定の時間分のノイズレベルの平均値を用いてもよい。かかる構成により、ノイズレベルの突発的な変位によるSN比への影響を抑制することができる。 Further, the SN ratio deriving unit 130 may use an average value of noise levels for a predetermined time for the noise level when deriving the SN ratio. With this configuration, it is possible to suppress the influence on the S / N ratio due to the sudden displacement of the noise level.
指令取得部132は、SN比の指令値であるSN指令値を取得する。本実施形態において、SN指令値は、例えば、後段の符号化処理の符号化方式の符号化レートに応じ、上述した破綻状態とならないように設定された値が外部から取得されるものとするが、ノイズ低減装置100に、予め設定されていてもよい。抑制量導出部134は、SN比導出部130が導出したSN比と、指令取得部132が取得したSN指令値を比較し、SN比をSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する。 The command acquisition unit 132 acquires an SN command value that is a command value of the SN ratio. In the present embodiment, as the SN command value, for example, a value set so as not to be in the above-described failure state is acquired from the outside according to the encoding rate of the encoding method of the subsequent encoding process. The noise reduction device 100 may be set in advance. The suppression amount deriving unit 134 compares the SN ratio derived by the SN ratio deriving unit 130 with the SN command value acquired by the command acquiring unit 132, and the noise amount that is insufficient to make the SN ratio equal to or higher than the SN command value. A noise suppression amount that is a suppression amount is derived.
第1低減部126のノイズ除去処理で除去できなかった残留ノイズについては、ランダム性が高まり、そのノイズ特性を利用した除去や適応フィルタのように空間特性から疑似的にノイズ信号を作り出して除去することは難しい。このような残留ノイズのノイズ抑制処理には、周波数領域上で音声スペクトルを抽出し非音声成分の影響を抑えるような周波数差し引き法が適している。 Residual noise that could not be removed by the noise removal processing of the first reduction unit 126 is increased in randomness, and is removed by creating a pseudo noise signal from the spatial characteristics like removal using the noise characteristics or adaptive filters. It ’s difficult. For such noise suppression processing of residual noise, a frequency subtraction method that extracts a speech spectrum in the frequency domain and suppresses the influence of non-speech components is suitable.
第2低減部136は、ノイズ成分が低減された音声信号について、導出されたノイズ抑制量分、周波数差し引き法によってノイズ成分を抑制する。第2低減部136は、差し引くノイズの周波数スペクトルの強さをノイズ抑制量に応じて制御する。 The second reduction unit 136 suppresses the noise component by the frequency subtraction method for the derived noise suppression amount for the audio signal in which the noise component is reduced. The second reduction unit 136 controls the intensity of the frequency spectrum of noise to be subtracted according to the noise suppression amount.
遅延部138は、周波数差し引き法における周波数変換ブロック長に相当する分、遅延処理を行う。切換部140は、SN比導出部130が導出したSN比がSN指令値以上の場合、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、第2低減部136から遅延部138に切り換える。また、切換部140は、SN比導出部130が導出したSN比がSN指令値未満の場合、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、遅延部138から第2低減部136に切り換える。 The delay unit 138 performs delay processing corresponding to the frequency conversion block length in the frequency subtraction method. When the SN ratio derived by the SN ratio deriving unit 130 is equal to or greater than the SN command value, the switching unit 140 transmits a switching signal to the first reducing unit 126, and the first reducing unit 126 receives the switching signal and receives a noise component. Is switched from the second reduction unit 136 to the delay unit 138. Further, when the SN ratio derived by the SN ratio deriving unit 130 is less than the SN command value, the switching unit 140 transmits a switching signal to the first reducing unit 126, and the first reducing unit 126 receives the switching signal, The output destination of the audio signal whose noise component is reduced is switched from the delay unit 138 to the second reduction unit 136.
第1低減部126が指定値に対してノイズを十分に抑制している場合、第2低減部136は何らノイズ抑制処理を行わないで済む。しかし、単に第2低減部136を切断すると、第2低減部136によって周波数変換ブロック長に相当する遅延が生じていたのが、元に戻り、遅延分の歪みが生じる。かかる切換部140を備える構成により、第2低減部136がノイズ抑制処理を実行しない場合であっても、遅延量を等しく維持することができる。 When the first reduction unit 126 sufficiently suppresses noise with respect to the specified value, the second reduction unit 136 does not need to perform any noise suppression processing. However, when the second reduction unit 136 is simply cut, the delay corresponding to the frequency conversion block length is generated by the second reduction unit 136, but the delay is distorted. With the configuration including the switching unit 140, the delay amount can be kept equal even when the second reduction unit 136 does not execute the noise suppression process.
上述したように、例えば、ノイズ低減装置100から出力された出力信号がその後段で符号化される際の符号化方式の符号化レートに応じて、SN比の指令値が設定される。第2低減部136は、第1低減部126のノイズ除去量に応じ、設定された指令値に到達するようにノイズ低減量を制御する。こうして、本実施形態のノイズ低減装置100は、前段の第1低減部126におけるノイズの除去効果が高い場合、第2低減部136における過度なノイズ抑制処理を抑制できる。また、ノイズ低減装置100は、前段の第1低減部126におけるノイズの除去効果が低い場合、第2低減部136におけるノイズ抑制処理を適切に設定して指定値まで確実にノイズを抑制することができる。そのため、ノイズ低減装置100は、例えば、第2低減部136が周波数差し引き法を用いたノイズサプレッサである場合、音質に悪影響を及ぼす副作用的なノイズの発生を最低限に抑制でき、出力する出力信号の音質を向上することが可能となる。 As described above, for example, the SN ratio command value is set according to the encoding rate of the encoding method when the output signal output from the noise reduction apparatus 100 is encoded at the subsequent stage. The second reduction unit 136 controls the noise reduction amount so as to reach the set command value according to the noise removal amount of the first reduction unit 126. Thus, the noise reduction apparatus 100 of the present embodiment can suppress excessive noise suppression processing in the second reduction unit 136 when the noise removal effect in the first reduction unit 126 in the previous stage is high. In addition, when the noise reduction effect in the first reduction unit 126 in the previous stage is low, the noise reduction device 100 appropriately sets the noise suppression process in the second reduction unit 136 to surely suppress the noise to the specified value. it can. Therefore, for example, when the second reduction unit 136 is a noise suppressor using the frequency subtraction method, the noise reduction device 100 can suppress the generation of side effect noise that adversely affects sound quality, and outputs an output signal. It becomes possible to improve the sound quality.
(ノイズ低減方法)
次に、上述したノイズ低減装置100を用いて音声信号のノイズを低減するノイズ低減方法を説明する。図5は、第1の実施形態におけるノイズ低減方法の処理の流れを示すフローチャートである。
(Noise reduction method)
Next, a noise reduction method for reducing the noise of an audio signal using the above-described noise reduction apparatus 100 will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating a process flow of the noise reduction method according to the first embodiment.
音声信号取得部120が音声信号を、参照信号取得部122が参照信号を取得すると(S200におけるYES)、区間判定部124は、音声信号取得部120が取得した音声信号が音声区間か否かを示す音声区間情報を生成する(S202)。第1低減部126は、音声信号と参照信号とに基づいて、音声信号に含まれたノイズを低減する(S204)。ここでのノイズ低減処理は、参照信号に基づいてノイズを擬似的に生成し、音声信号に混入したノイズを除去する適応フィルタやBSSを用いる。 When the audio signal acquisition unit 120 acquires the audio signal and the reference signal acquisition unit 122 acquires the reference signal (YES in S200), the section determination unit 124 determines whether the audio signal acquired by the audio signal acquisition unit 120 is a voice section. The voice section information shown is generated (S202). The first reduction unit 126 reduces noise included in the audio signal based on the audio signal and the reference signal (S204). The noise reduction process here uses an adaptive filter or BSS that artificially generates noise based on the reference signal and removes noise mixed in the audio signal.
そして、第1低減部126は、区間判定部124が生成した音声区間情報が音声区間を示すか否かを判定する(S206)。音声区間を示す場合(S206におけるYES)、SN比導出部130は、その音声信号の音声レベルを保持部128に保持させる(S208)。続いてSN比導出部130は、保持部128に保持されている最も新しいノイズレベルを取得する(S210)。 And the 1st reduction part 126 determines whether the audio | voice area information which the area determination part 124 produced | generated shows an audio | voice area (S206). When indicating a voice section (YES in S206), the SN ratio deriving unit 130 causes the holding unit 128 to hold the voice level of the voice signal (S208). Subsequently, the SN ratio deriving unit 130 acquires the newest noise level held in the holding unit 128 (S210).
SN比導出部130は、その音声信号の音声レベルと、保持部128から取得した、最も新しいノイズレベルとを用いて、SN比を導出する(S212)。 The SN ratio deriving unit 130 derives the SN ratio using the sound level of the sound signal and the newest noise level acquired from the holding unit 128 (S212).
一方、音声区間情報が音声区間を示さない場合、すなわち、非音声区間を示す場合(S206におけるNO)、その音声信号のノイズレベルを保持部128に保持させる(S214)。続いてSN比導出部130は、保持部128に保持された、最も新しい音声レベルを取得する(S216)。 On the other hand, when the voice section information does not indicate a voice section, that is, indicates a non-voice section (NO in S206), the noise level of the voice signal is held in the holding unit 128 (S214). Subsequently, the SN ratio deriving unit 130 acquires the newest sound level held in the holding unit 128 (S216).
続いてSN比導出部130は、その音声信号のノイズレベルと、保持部128から取得した、最も新しい音声レベルとを用いて、SN比を導出する(S218)。 Subsequently, the SN ratio deriving unit 130 derives the SN ratio using the noise level of the audio signal and the newest audio level acquired from the holding unit 128 (S218).
このように、音声区間の場合、音声信号の成分は音声成分が支配的なことから、音声信号をノイズではない音声による音声信号とみなすことができ、SN比導出部130は、その音声信号の音声レベルを保持部128に保持させておくと共に、音声成分の影響で正確なノイズレベルの取得が困難なことから、保持部128に保持された最も新しいノイズレベルを取得する。 As described above, in the case of the speech section, since the speech component is dominant in the speech signal, the speech signal can be regarded as a speech signal based on speech that is not noise, and the SN ratio deriving unit 130 The sound level is held in the holding unit 128, and since it is difficult to obtain an accurate noise level due to the influence of the sound component, the newest noise level held in the holding unit 128 is acquired.
一方、非音声区間の場合、音声信号の成分はノイズ成分が支配的なことから、音声信号をノイズによる音声信号とみなすことができ、SN比導出部130は、その音声信号のノイズレベルを保持部128に保持させておくと共に、非音声区間では音声レベルの取得はできないため、保持部128に保持された最も新しい音声レベルを取得する。 On the other hand, in the case of a non-speech interval, since the noise component is dominant in the audio signal component, the audio signal can be regarded as an audio signal due to noise, and the SN ratio deriving unit 130 maintains the noise level of the audio signal. Since the sound level cannot be acquired in the non-speech interval, the newest sound level held in the holding unit 128 is acquired.
指令取得部132は、SN比の指令値であるSN指令値を取得する(S220)。抑制量導出部134は、SN比導出部130が導出したSN比と、指令取得部132が取得したSN指令値を比較し、SN比をSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する(S222)。不足していなかった場合は、抑制量導出部134は、何ら処理を行わない。 The command acquisition unit 132 acquires an SN command value that is a command value of the SN ratio (S220). The suppression amount deriving unit 134 compares the SN ratio derived by the SN ratio deriving unit 130 with the SN command value acquired by the command acquiring unit 132, and the noise amount that is insufficient to make the SN ratio equal to or higher than the SN command value. A noise suppression amount that is a suppression amount is derived (S222). If there is no shortage, the suppression amount deriving unit 134 does not perform any processing.
切換部140は、SN比導出部130が導出したSN比がSN指令値以上であるか否かを判定する(S224)。SN比がSN指令値以上である場合(S224におけるYES)、切換部140は、第1低減部126がノイズ成分を低減した音声信号の出力先が遅延部138か否かを判定する(S226)。遅延部138ではない場合(S226におけるNO)、切換部140は、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、第2低減部136から遅延部138に切り換える(S228)。すでに出力先が遅延部138の場合(S226におけるYES)、何ら処理は行わない。そして、遅延部138は、周波数差し引き法における周波数変換ブロック長に相当する分、遅延処理を行う(S230)。 The switching unit 140 determines whether or not the SN ratio derived by the SN ratio deriving unit 130 is greater than or equal to the SN command value (S224). When the S / N ratio is equal to or greater than the SN command value (YES in S224), the switching unit 140 determines whether or not the output destination of the audio signal whose noise component has been reduced by the first reduction unit 126 is the delay unit 138 (S226). . When not the delay unit 138 (NO in S226), the switching unit 140 transmits a switching signal to the first reduction unit 126, and the first reduction unit 126 receives the switching signal and receives the audio signal with reduced noise components. The output destination is switched from the second reduction unit 136 to the delay unit 138 (S228). If the output destination is already the delay unit 138 (YES in S226), no processing is performed. Then, the delay unit 138 performs delay processing corresponding to the frequency conversion block length in the frequency subtraction method (S230).
SN比導出部130が導出したSN比がSN指令値未満である場合(S224におけるNO)、切換部140は、第1低減部126がノイズ成分を低減した音声信号の出力先が第2低減部136か否かを判定する(S232)。第2低減部136ではない場合(S232におけるNO)、切換部140は、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、遅延部138から第2低減部136に切り換える(S234)。すでに出力先が第2低減部136の場合(S232におけるYES)、何ら処理は行わない。そして、第2低減部136は、ノイズ成分が低減された音声信号について、導出されたノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制する(S236)。ここでは、第2低減部136は、例えば、周波数差し引き法によってノイズ成分を抑制する。 When the S / N ratio derived by the S / N ratio deriving unit 130 is less than the SN command value (NO in S224), the switching unit 140 is configured such that the output destination of the audio signal whose noise component is reduced by the first reducing unit 126 is the second reducing unit. It is determined whether it is 136 (S232). When it is not the second reduction unit 136 (NO in S232), the switching unit 140 transmits a switching signal to the first reduction unit 126, and the first reduction unit 126 receives the switching signal and reduces the noise component. The signal output destination is switched from the delay unit 138 to the second reduction unit 136 (S234). If the output destination is already the second reduction unit 136 (YES in S232), no processing is performed. Then, the second reduction unit 136 suppresses the noise component by the derived noise suppression amount for the audio signal in which the noise component is reduced (S236). Here, the 2nd reduction part 136 suppresses a noise component by a frequency subtraction method, for example.
そして、第2低減部136または遅延部138は、ノイズ低減(抑制)処理後の出力信号を外部装置に出力する(S238)。そして、信号取得判定ステップS200に戻る。 Then, the second reduction unit 136 or the delay unit 138 outputs the output signal after the noise reduction (suppression) process to the external device (S238). And it returns to signal acquisition determination step S200.
以上説明したノイズ低減方法によっても、目標とするSN比やノイズレベルに応じて適切にノイズを低減することが可能となる。 Even with the noise reduction method described above, it is possible to appropriately reduce noise according to a target SN ratio and noise level.
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、SN比に基づいてノイズ抑制量を導出していた。第2の実施形態では、ノイズレベルによってノイズ抑制量を導出するノイズ低減装置300について説明する。なお、上述した第1の実施形態と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the noise suppression amount is derived based on the SN ratio. In the second embodiment, a noise reduction apparatus 300 that derives a noise suppression amount based on a noise level will be described. In addition, about the component substantially equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
(ノイズ低減装置300)
図6は、第2の実施形態におけるノイズ低減装置300の概略的な構成を示した機能ブロック図である。ノイズ低減装置300は、音声信号取得部120と、参照信号取得部122と、区間判定部124と、第1低減部126と、保持部128と、低減量導出部330と、指令取得部332と、抑制量導出部334と、第2低減部136と、遅延部138と、切換部340とを含んで構成される。
(Noise reduction device 300)
FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the noise reduction device 300 according to the second embodiment. The noise reduction apparatus 300 includes an audio signal acquisition unit 120, a reference signal acquisition unit 122, a section determination unit 124, a first reduction unit 126, a holding unit 128, a reduction amount derivation unit 330, and a command acquisition unit 332. The suppression amount deriving unit 334, the second reduction unit 136, the delay unit 138, and the switching unit 340 are configured.
第1の実施形態における構成要素として既に述べた、音声信号取得部120、参照信号取得部122、区間判定部124、第1低減部126、保持部128、第2低減部136、遅延部138、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは構成が相違する低減量導出部330、指令取得部332、抑制量導出部334、切換部340を主に説明する。 The audio signal acquisition unit 120, the reference signal acquisition unit 122, the section determination unit 124, the first reduction unit 126, the holding unit 128, the second reduction unit 136, the delay unit 138, which have already been described as the constituent elements in the first embodiment. Since the functions are substantially the same, repeated description is omitted, and here, the reduction amount derivation unit 330, the command acquisition unit 332, the suppression amount derivation unit 334, and the switching unit 340 that are different in configuration will be mainly described.
低減量導出部330は、ノイズ成分が低減された音声信号のノイズレベルを導出する。指令取得部332は、ノイズレベルの指令値であるノイズ指令値を取得する。抑制量導出部334は、低減量導出部330が導出したノイズレベルと、指令取得部332が取得したノイズ指令値を比較し、ノイズレベルをノイズ指令値未満とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する。 The reduction amount deriving unit 330 derives the noise level of the audio signal in which the noise component is reduced. The command acquisition unit 332 acquires a noise command value that is a noise level command value. The suppression amount deriving unit 334 compares the noise level derived by the reduction amount deriving unit 330 with the noise command value acquired by the command acquisition unit 332, and the noise level that is insufficient to make the noise level less than the noise command value. A noise suppression amount that is a suppression amount is derived.
ただし、抑制量導出部334は、音声区間情報が音声区間を示す場合、保持部128に保持された、過去の非音声区間における最も新しいノイズレベルを用いて、ノイズ抑制量を導出する。 However, the suppression amount deriving unit 334 derives the noise suppression amount using the latest noise level in the past non-speech section held in the holding unit 128 when the speech section information indicates a speech section.
保持部128に、例えば、最も新しいノイズレベルを保持する構成により、対象の区間が非音声区間でなくとも、保持部128に保持されたノイズレベルを用いてノイズ抑制量を導出でき、導出されたノイズ抑制量に基づいて、第2低減部136において適切なノイズ抑制処理を実行できる。 For example, with the configuration in which the holding unit 128 holds the newest noise level, the noise suppression amount can be derived using the noise level held in the holding unit 128 even if the target section is not a non-speech section. Based on the amount of noise suppression, the second reduction unit 136 can execute an appropriate noise suppression process.
さらに、抑制量導出部334は、第1低減部126でノイズが低減された音声信号のノイズレベルに基づいて、区間判定部124による音声区間判定処理の正確性を評価してもよい。ノイズレベルが低ければ、第1低減部126によるノイズ低減処理の効果が高いと予測され、音声区間判定処理も正確に実行されたと推定できる。この場合、音声成分は第1低減部126を通った後もほとんど変化せずに保存されていると考えられる。そのため、抑制量導出部334は、第2低減部136に対し、対象とするすべての周波数領域に一様にノイズ抑制量分のノイズ抑制処理を施すよう制御信号を送信する。 Furthermore, the suppression amount deriving unit 334 may evaluate the accuracy of the speech segment determination processing by the segment determination unit 124 based on the noise level of the speech signal whose noise has been reduced by the first reduction unit 126. If the noise level is low, it can be estimated that the effect of the noise reduction processing by the first reduction unit 126 is high, and it can be estimated that the speech segment determination processing is also accurately executed. In this case, it is considered that the audio component is stored with almost no change even after passing through the first reduction unit 126. Therefore, the suppression amount deriving unit 334 transmits a control signal to the second reduction unit 136 so as to uniformly perform noise suppression processing for the noise suppression amount in all target frequency regions.
一方、ノイズレベルが高い場合、第1低減部126によるノイズ低減処理の効果が低いと予測され、音声区間判定処理も正確性に欠けていたと推定できる。この場合、音声成分はノイズ成分に埋没しており、例えば、母音のような特徴的な成分のみが保存されていると考えられる。そのため、抑制量導出部334は、より音声スペクトルと非音声スペクトルとのレベル差を明確にしてノイズ抑制処理を施すよう第2低減部136に制御信号を送信する。かかる構成により、後段の符号化処理において少なくとも母音に対する符号化効率を上げることが可能となり、音声の明瞭性を確保できる。 On the other hand, when the noise level is high, it is predicted that the effect of the noise reduction processing by the first reduction unit 126 is low, and it can be estimated that the speech segment determination processing is also inaccurate. In this case, the voice component is buried in the noise component, and it is considered that only characteristic components such as vowels are stored. Therefore, the suppression amount deriving unit 334 transmits a control signal to the second reduction unit 136 so that the level difference between the voice spectrum and the non-voice spectrum is clarified and noise suppression processing is performed. With this configuration, it is possible to increase the encoding efficiency for at least vowels in the subsequent encoding process, and to ensure the clarity of speech.
第2低減部136における周波数差し引き法では、スペクトル単位でレベル調整を行う。第1低減部126でノイズが低減された音声信号のノイズレベルに応じて、音声スペクトルおよび非音声スペクトルの判定基準であるレベル差を制御することで、より効果的にノイズ抑制処理を施すことができる。 In the frequency subtraction method in the second reduction unit 136, level adjustment is performed in units of spectra. According to the noise level of the audio signal whose noise has been reduced by the first reduction unit 126, the noise suppression process can be more effectively performed by controlling the level difference that is the determination criterion for the audio spectrum and the non-audio spectrum. it can.
ノイズ抑制処理において必要となる、音声スペクトルの候補および非音声スペクトルの候補の抽出は、区間判定部124または第2低減部136に含まれる周波数変換部で行う。そして、最終的に、第2低減部136が、音声スペクトルおよび非音声スペクトルを判定する際、第1低減部126でノイズが低減された音声信号のノイズレベルに基づき、音声スペクトルと非音声スペクトルを決定する。 Extraction of speech spectrum candidates and non-speech spectrum candidates, which are necessary in the noise suppression processing, is performed by the frequency conversion unit included in the section determination unit 124 or the second reduction unit 136. Finally, when the second reduction unit 136 determines the speech spectrum and the non-speech spectrum, the speech spectrum and the non-speech spectrum are determined based on the noise level of the speech signal whose noise has been reduced by the first reduction unit 126. decide.
切換部340は、低減量導出部330が導出したノイズレベルがノイズ指令値未満の場合、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、第2低減部136から遅延部138に切り換える。また、切換部340は、低減量導出部330が導出したノイズレベルがノイズ指令値以上の場合、第1低減部126に切換信号を送信し、第1低減部126は、切換信号を受けて、ノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、遅延部138から第2低減部136に切り換える。 When the noise level derived by the reduction amount deriving unit 330 is less than the noise command value, the switching unit 340 transmits a switching signal to the first reducing unit 126, and the first reducing unit 126 receives the switching signal and receives the noise component. Is switched from the second reduction unit 136 to the delay unit 138. In addition, when the noise level derived by the reduction amount deriving unit 330 is equal to or higher than the noise command value, the switching unit 340 transmits a switching signal to the first reducing unit 126, and the first reducing unit 126 receives the switching signal, The output destination of the audio signal whose noise component is reduced is switched from the delay unit 138 to the second reduction unit 136.
上述したように、例えば、ノイズ低減装置300から出力された出力信号がその後段で符号化される際の符号化方式の符号化レートに応じて、ノイズ指令値が設定される。第2低減部136は、第1低減部126から出力された音声信号のノイズレベルに応じ、設定されたノイズ指令値を超えないようにノイズ抑制量を制御する。こうして、本実施形態のノイズ低減装置300は、前段の第1低減部126におけるノイズの除去効果が高い場合、第2低減部136における過度なノイズ抑制処理を抑制できる。また、第1低減部126におけるノイズの除去効果が低い場合、ノイズ低減装置300は、第2低減部136におけるノイズ抑制処理を適切に設定して指定値まで確実にノイズを抑制することができる。 As described above, for example, the noise command value is set according to the encoding rate of the encoding method when the output signal output from the noise reduction device 300 is encoded at the subsequent stage. The second reduction unit 136 controls the amount of noise suppression so as not to exceed the set noise command value according to the noise level of the audio signal output from the first reduction unit 126. Thus, the noise reduction device 300 of the present embodiment can suppress excessive noise suppression processing in the second reduction unit 136 when the noise removal effect in the first reduction unit 126 in the previous stage is high. Moreover, when the noise reduction effect in the 1st reduction part 126 is low, the noise reduction apparatus 300 can set the noise suppression process in the 2nd reduction part 136 appropriately, and can suppress a noise to a designated value reliably.
(ノイズ低減方法)
次に、上述したノイズ低減装置300を用いて音声信号のノイズを低減するノイズ低減方法を説明する。図7は、第2の実施形態におけるノイズ低減方法の処理の流れを示すフローチャートである。
(Noise reduction method)
Next, a noise reduction method for reducing noise in an audio signal using the noise reduction device 300 described above will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing flow of the noise reduction method according to the second embodiment.
信号取得ステップS200から音声区間判定ステップS206までの処理は、第1の実施形態で説明したフローチャートと実質的に等しいので説明を省略する。音声区間情報判定ステップS206において、音声区間情報が音声区間を示す場合(S206におけるYES)、低減量導出部330は、保持部128に保持された、最も新しいノイズレベルを取得する(S210)また、音声区間情報が非音声区間を示す場合(S206におけるNO)、その音声信号のノイズレベルを保持部128に保持させる(S214)。 Since the processing from the signal acquisition step S200 to the speech segment determination step S206 is substantially the same as the flowchart described in the first embodiment, the description thereof is omitted. In the voice section information determination step S206, when the voice section information indicates a voice section (YES in S206), the reduction amount derivation unit 330 acquires the newest noise level held in the holding unit 128 (S210). When the voice section information indicates a non-voice section (NO in S206), the holding unit 128 holds the noise level of the voice signal (S214).
続いて、指令取得部332は、ノイズレベルの指令値であるノイズ指令値を取得する(S420)。抑制量導出部334は、低減量導出部330が導出したノイズレベル、または保持部128から取得したノイズレベルと、指令取得部332が取得したノイズ指令値を比較し、ノイズレベルをノイズ指令値未満とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する(S422)。 Subsequently, the command acquisition unit 332 acquires a noise command value which is a noise level command value (S420). The suppression amount deriving unit 334 compares the noise level derived by the reduction amount deriving unit 330 or the noise level acquired from the holding unit 128 with the noise command value acquired by the command acquisition unit 332, and the noise level is less than the noise command value. The noise suppression amount that is the suppression amount of the noise that is insufficient to be derived is derived (S422).
そして、切換部340は、低減量導出部330が導出したノイズレベルがノイズ指令値未満であるか否かを判定する(S424)。以下、遅延部出力判定ステップS226から出力ステップS238までの処理は、第1の実施形態で説明したフローチャートと実質的に等しいので説明を省略する。 Then, the switching unit 340 determines whether or not the noise level derived by the reduction amount deriving unit 330 is less than the noise command value (S424). Hereinafter, the processing from the delay unit output determination step S226 to the output step S238 is substantially the same as the flowchart described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上説明したノイズ低減方法によっても、目標とするSN比やノイズレベルに応じて適切にノイズを低減することが可能となる。 Even with the noise reduction method described above, it is possible to appropriately reduce noise according to a target SN ratio and noise level.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
なお、本明細書のノイズ低減方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 Note that each step in the noise reduction method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include processing in parallel or by a subroutine.
本発明は、音声信号に含まれるノイズを適切に低減するノイズ低減装置およびノイズ低減方法に利用することができる。 The present invention can be used in a noise reduction device and a noise reduction method that appropriately reduce noise included in an audio signal.
100、300 …ノイズ低減装置
124 …区間判定部
126 …第1低減部
128 …保持部
130 …SN比導出部
132、332 …指令取得部
134、334 …抑制量導出部
136 …第2低減部
138 …遅延部
330 …低減量導出部
140、340 …切換部
160 …第1のマイク
162 …第2のマイク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 300 ... Noise reduction apparatus 124 ... Section determination part 126 ... 1st reduction part 128 ... Holding | maintenance part 130 ... SN ratio deriving part 132, 332 ... Command acquisition part 134, 334 ... Suppression amount deriving part 136 ... 2nd reduction part 138 ... Delay unit 330 ... Reduction amount deriving unit 140, 340 ... Switching unit 160 ... First microphone 162 ... Second microphone
Claims (8)
ノイズ成分が低減された前記音声信号のSN比を導出するSN比導出部と、
SN比の指令値であるSN指令値を取得する指令取得部と、
導出された前記SN比と、取得された前記SN指令値を比較し、前記導出されたSN比を前記取得されたSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する抑制量導出部と、
前記ノイズ成分が低減された音声信号について、導出された前記ノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制する第2低減部と、
を備えることを特徴とするノイズ低減装置。 Based on the audio signal collected by the first microphone and converted into an electrical signal, and the reference signal collected by the second microphone and converted into an electrical signal, the noise component contained in the audio signal is reduced. A first reduction unit that
A signal-to-noise ratio deriving unit for deriving a signal-to-noise ratio of the audio signal with reduced noise components;
A command acquisition unit that acquires an SN command value that is a command value of the SN ratio;
Noise suppression, which is the amount of noise suppression that is insufficient to compare the derived SN ratio with the acquired SN command value and make the derived SN ratio equal to or greater than the acquired SN command value A suppression amount deriving unit for deriving the amount;
A second reduction unit that suppresses the noise component by the derived noise suppression amount for the audio signal in which the noise component is reduced;
A noise reduction device comprising:
音声区間の前記音声信号の信号レベルである音声レベルを保持する保持部と、
をさらに備え、
前記SN比導出部は、前記音声区間情報が非音声区間を示す場合、前記保持部に保持された音声区間の前記音声信号の音声レベルを用いて、前記SN比を導出することを特徴とする請求項1に記載のノイズ低減装置。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-voice section;
A holding unit for holding a voice level that is a signal level of the voice signal in a voice section;
Further comprising
The SN ratio deriving unit derives the SN ratio by using a voice level of the voice signal of the voice section held in the holding unit when the voice section information indicates a non-voice section. The noise reduction device according to claim 1.
非音声区間の前記音声信号の信号レベルであるノイズレベルを保持する保持部と、
をさらに備え、
前記SN比導出部は、前記音声区間情報が音声区間を示す場合、前記保持部に保持された非音声区間の前記音声信号のノイズレベルを用いて、前記SN比を導出することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のノイズ低減装置。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-voice section;
A holding unit that holds a noise level that is a signal level of the voice signal in a non-voice section;
Further comprising
The SN ratio deriving unit derives the SN ratio by using a noise level of the audio signal of the non-speech section held in the holding unit when the voice section information indicates a voice section. The noise reduction device according to claim 1.
ノイズ成分が低減された前記音声信号のノイズレベルを導出する低減量導出部と、
ノイズレベルの指令値であるノイズ指令値を取得する指令取得部と、
導出された前記ノイズレベルと、取得された前記ノイズ指令値を比較し、ノイズレベルを前記ノイズ指令値未満とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出する抑制量導出部と、
前記ノイズ成分が低減された音声信号について、導出された前記ノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制する第2低減部と、
を備えることを特徴とするノイズ低減装置。 Based on the audio signal collected by the first microphone and converted into an electrical signal, and the reference signal collected by the second microphone and converted into an electrical signal, the noise component contained in the audio signal is reduced. A first reduction unit that
A reduction amount derivation unit for deriving a noise level of the audio signal in which a noise component is reduced;
A command acquisition unit that acquires a noise command value that is a noise level command value;
The derived noise level is compared with the acquired noise command value, and a suppression amount derivation for deriving a noise suppression amount that is a noise suppression amount that is insufficient to make the noise level less than the noise command value. And
A second reduction unit that suppresses the noise component by the derived noise suppression amount for the audio signal in which the noise component is reduced;
A noise reduction device comprising:
非音声区間の前記音声信号の信号レベルであるノイズレベルを保持する保持部と、
をさらに備え、
前記抑制量導出部は、前記音声区間情報が音声区間を示す場合、前記保持部に保持された、過去の非音声区間における前記音声信号のノイズレベルを用いて、前記ノイズ抑制量を導出することを特徴とする請求項4に記載のノイズ低減装置。 A section determination unit that generates voice section information indicating whether the voice signal is a voice section or a non-voice section;
A holding unit that holds a noise level that is a signal level of the voice signal in a non-voice section;
Further comprising
The suppression amount deriving unit derives the noise suppression amount using the noise level of the audio signal in the past non-audio section held in the holding unit when the audio section information indicates the audio section. The noise reduction device according to claim 4.
前記ノイズ低減装置は、
前記周波数差し引き法における周波数変換ブロック長に相当する分、遅延処理を行う遅延部と、
導出された前記SN比が前記SN指令値以上の場合、または、導出された前記ノイズレベルが前記ノイズ指令値未満の場合、前記第1低減部がノイズ成分を低減した音声信号の出力先を、前記第2低減部から前記遅延部に切り換える切換部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のノイズ低減装置。 The second reduction unit suppresses a noise component by a frequency subtraction method,
The noise reduction device is:
A delay unit that performs a delay process, corresponding to the frequency conversion block length in the frequency subtraction method,
When the derived SN ratio is greater than or equal to the SN command value, or when the derived noise level is less than the noise command value, the output destination of the audio signal whose noise component has been reduced by the first reduction unit is A switching unit for switching from the second reduction unit to the delay unit;
The noise reduction device according to claim 1, further comprising:
ノイズ成分が低減された前記音声信号のSN比を導出し、
SN比の指令値であるSN指令値を取得し、
導出した前記SN比と、取得した前記SN指令値を比較し、導出されたSN比を前記取得されたSN指令値以上とするのに不足しているノイズの抑制量であるノイズ抑制量を導出し、
前記ノイズ成分が低減された音声信号について、導出した前記ノイズ抑制量分、ノイズ成分を抑制することを特徴とするノイズ低減方法。 Based on the audio signal collected by the first microphone and converted into an electrical signal, and the reference signal collected by the second microphone and converted into an electrical signal, the noise component contained in the audio signal is reduced. And
Deriving the S / N ratio of the audio signal with reduced noise components,
Obtain the SN command value, which is the command value of the SN ratio,
The derived SN ratio is compared with the acquired SN command value, and a noise suppression amount that is a noise suppression amount that is insufficient to make the derived SN ratio equal to or greater than the acquired SN command value is derived. And
A noise reduction method, wherein a noise component is suppressed by an amount of the derived noise suppression amount for the audio signal in which the noise component is reduced.
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