JP3454190B2 - 雑音抑圧装置および方法 - Google Patents

雑音抑圧装置および方法

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  • Noise Elimination (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、種々の雑音環境下
で用いられる音声通信システムや音声認識システム等に
おいて、目的信号以外の雑音を抑圧する、雑音抑圧装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】音声信号に重畳した雑音などの目的外信
号を抑圧する雑音抑圧装置として、例えば特開平9−2
12196号公報に開示されている。これは、文献 (St
even F. Boll,''Suppression of Acoustic noise in sp
eech using spectral subtraction'',IEEE Trans. ASS
P, Vol.ASSP-27, No.2, April 1979)に示す振幅スペク
トルに着目した、いわゆるスペクトルサブトラクション
方法を基本とするものである。
【0003】図11を用いて特開平9−212196号
公報に開示されている従来技術の構成を説明する。図1
1において、200は従来の雑音抑圧装置、201は聴
覚重み付け側、202は損失制御側を示す。101は入
力信号端、102は周波数分析回路、103は線形予測
分析回路、104は自己相関分析回路、105は最大値
選択回路、106は音声/非音声識別回路であり、この
出力でスイッチ107A、107Bのオン/オフ制御を
行う。108は雑音スペクトル特性計算および記憶回路
で、ここで聴覚重み付けが行われる。109は減算手
段、110は逆周波数分析回路であり、周波数分析回路
102と逆の動作を行う。111は平均雑音レベル記憶
回路、112は損失制御係数計算回路、113は出力信
号計算回路、114は演算手段、115は出力信号端で
ある。
【0004】次にこの従来技術の動作について説明す
る。入力信号が信号入力端101から取り込まれ、周波
数分析回路102において、パワースペクトルS(f)と位
相スペクトルP(f)に分離される。同時に、入力信号は、
線形予測分析回路103において、線形予測分析を行
い、線形予測残差信号(残差信号)を得る。残差信号
は、自己相関分析回路104にて自己相関係数を得る。
最大値選択回路105では、自己相関係数最大値(Rmax
とする)を検索し、このRmaxより音声/非音声識別回路
106で入力信号の種類を識別する。Rmaxがある閾値よ
りも大きい場合を音声信号、それ以下を雑音と判定す
る。
【0005】音声/非音声識別回路106で雑音と判定
された信号スペクトルS(f)は、スイッチ107Aの操作
により、雑音スペクトルSns(f)として雑音スペクトル特
性計算および記憶回路108に蓄積される。雑音スペク
トルの更新は数式(1)のように更新前の雑音スペクト
ルSnsoldと入力信号スペクトルS(f)に重み係数βを乗じ
て行う。
【0006】
【数1】
【0007】続いて、雑音抑圧処理の為に雑音スペクト
ルSns(f)に重み付け係数W(f)を用いて聴覚重み付けを行
う。W(f)は例えば数式(2)のように表現される。
【0008】
【数2】
【0009】ここで、fcは入力信号の周波数帯域に相当
する値、BおよびKは重み係数であり、この値が大きい程
抑圧量が大きくなる。このBおよびKは雑音種や大きさに
よって適応的に変化させることもできる。
【0010】減算手段109は、数式(3)に従って入
力信号スペクトルS(f)から平均の雑音スペクトルSns(f)
の減算処理を行い、雑音除去スペクトルS'(f)を得る。
雑音除去スペクトルS'(f)が負になった場合には、0ま
たは低レベル雑音th(f)を付加する。
【0011】
【数3】
【0012】逆周波数分析回路110は、雑音除去スペ
クトルS'(f)と位相スペクトルP(f)を用いて、周波数領
域から時間領域に変換して信号波形を得る。
【0013】続いて、平均雑音レベル記憶回路111
は、入力信号が雑音であると判定されたときの残留雑音
レベルを記憶する。平均雑音レベルLnsは、先に述べた
雑音スペクトルSns(f)と同様に、数式(4)を用いて入
力信号が雑音と判定されたときのみ更新される。ここで
Lnsnew[t]は時刻tに更新された平均雑音レベル、Lnsold
は更新前のフレーム内平均雑音レベル、Lns[t]は時刻t
における逆周波数分析回路110の出力信号の残留雑音
レベル、βは重み係数である。
【0014】
【数4】
【0015】以上求めたLns[t]と、Ls[t]を用いて数式
(5)より損失制御係数A[t]を計算する。μは所望の損
失量である。ここで、Ls[t]は逆周波数分析回路110
の出力信号を受け、出力信号計算回路113が出力する
信号である。
【0016】
【数5】
【0017】演算手段114は、逆周波数分析回路11
0の出力信号に上記求めた損失制御係数A[t]を乗じて、
出力信号端115より出力する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した雑音抑圧
装置は、平均雑音スペクトルに聴覚重み付けを行った
後、スペクトル減算処理を行い、更に損失制御係数によ
り残留雑音を抑圧することができるので、目的信号の歪
みを最小限に抑え、聴覚的に残留雑音を軽減することが
できるが、次のような問題がある。
【0019】スペクトル減算処理で除去しきれなかった
残留雑音をスペクトル上ではなく、時間軸上で抑圧処理
を行っているので、スペクトル上で聴感上好ましいよう
に振幅抑圧を行うことが出来ない上、音声区間において
は音声波形を抑圧することなく残留雑音を抑圧すること
ができず、音声の音量が小さくなってしまう問題点があ
った。
【0020】また、高速走行時の自動車内など高騒音環
境では、雑音区間判定精度の劣化により平均雑音スペク
トルの推定精度が低下するので、過度の引き去り等の原
因によりスペクトルサブトラクション法特有のミュージ
カルノイズ(楽音的雑音)が発生するが、平均雑音スペ
クトルの聴覚重み付けによる引き去り係数制御のみでは
スペクトル上での雑音抑圧処理に限界があるという問題
点があった。
【0021】また、雑音除去スペクトルが負になった場
合の処理(埋め戻し処理)時において、付加する低レベ
ル雑音では、ミュージカルノイズの発生要因の一つと考
えられる、周波数軸上に孤立する尖鋭スペクトルの発生
を抑圧することができないという問題点があった。
【0022】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、聴感上好ましい雑音抑圧が可能かつ高
雑音下でも品質劣化の少ない雑音抑圧装置を提供するこ
とを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】この発明に係る雑音抑圧
装置は、入力信号に含まれる目的信号以外の雑音を抑圧
する雑音抑圧装置であって、入力信号に応じて聴覚重み
付けを行う第1および第2の聴覚重みを制御する手段
と、前記入力信号の振幅スペクトルに対して前記制御さ
れた第1の聴覚重みを用いたスペクトル減算と前記制御
された第2の聴覚重みを用いたスペクトル振幅抑圧とを
行う手段とを備えたものである。また、時間軸入力信号
を周波数分析して振幅スペクトルと位相スペクトルとに
変換する時間周波数変換手段と、前記入力信号から雑音
スペクトルを求める手段と、前記振幅スペクトルと前記
雑音スペクトルから信号対雑音比を求める手段と、スペ
クトルに応じて聴覚重み付けを行う第1および第2の聴
覚重みを前記信号対雑音比に基づいて制御する聴覚重み
制御手段と、この聴覚重み制御手段により制御された第
1の聴覚重みと前記雑音スペクトルとの積を前記振幅ス
ペクトルから減算するスペクトル減算手段と、このスペ
クトル減算手段により得られたスペクトルに前記聴覚重
み制御手段により制御された第2の聴覚重みを乗算する
スペクトル振幅抑圧手段と、このスペクトル振幅抑圧手
段の出力を時間軸信号に変換する周波数時間変換手段と
を備えたものである。
【0024】また、聴覚重み制御手段が、信号対雑音比
が大なる周波数では前記第1および第2の聴覚重みを大
とし、信号対雑音比が小なる周波数では前記第1および
第2の聴覚重みを小とするものであっても良い。
【0025】また、第1および第2の聴覚重みの少なく
とも一方を入力信号振幅スペクトル、雑音スペクトルま
たは入力信号スペクトルと雑音スペクトルとの平均スペ
クトルの低域パワーと高域パワーの比に基づき変更する
聴覚重み変更手段を備えたものであっても良い。
【0026】また、第1および第2の聴覚重みを入力信
号が音声か雑音かの判定結果により変更する聴覚重み変
更手段を備えても良い。
【0027】また、スペクトル減算手段の減算結果が負
となる場合には、所定のスペクトルに第3の聴覚重みを
乗じたスペクトルを減算結果としても良い。
【0028】また、前記の所定のスペクトルは、入力信
号振幅スペクトル、雑音スペクトルまたは入力信号振幅
スペクトルと雑音スペクトルの平均スペクトルであって
も良い。
【0029】また、第3の聴覚重みを入力信号振幅スペ
クトル、雑音スペクトルまたは入力信号振幅スペクトル
と雑音スペクトルとの平均スペクトルの低域パワーに対
する高域パワーの比で変更するようにしても良い。
【0030】また、第3の聴覚重みを信号対雑音比で制
御するようにしても良い。
【0031】また、第3の聴覚重みに入力信号振幅スペ
クトルと雑音スペクトルの比を乗じてその値を調整する
ようにしても良い。
【0032】また、少なくとも一つの聴覚重みを外部か
ら制御または選択するようにしても良い。
【0033】
【発明の実施の形態】実施の形態1 ここでこの発明の雑音抑圧装置を図面に従って説明す
る。
【0034】図1は本発明の雑音抑圧装置の実施の形態
1の構成を示すブロック図である。大きく分けて、1は
入力信号端子、2は時間/周波数変換手段、3は雑音ら
しさ分析手段、4は平均雑音スペクトル更新および保持
手段、5はSN比計算手段、6は聴覚重み算出手段、7は
聴覚重み制御手段、8はスペクトル減算手段、9はスペ
クトル抑圧手段、10は周波数/時間変換手段、11は
出力信号端子である。以下、図1に従って本発明の雑音
抑圧装置の動作原理を説明する。
【0035】所定のサンプリング周波数(例えば8kHz)
でサンプリングされ、所定のフレーム単位(例えば20m
s)に分割された入力信号が入力信号端子1より入力さ
れる。この入力信号は背景雑音だけの場合もあれば背景
雑音が混入した音声信号の場合もある。
【0036】時間/周波数変換手段2は、例えば256
点FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)を
用いて、入力信号を振幅スペクトルS(f)と位相スペクト
ルP(f)に変換する。なおFFTは周知の手法であるので説
明は省略する。
【0037】雑音らしさ分析手段3は、線形予測分析手
段15、ローパスフィルタ12、逆フィルタ13、自己
相関分析手段14、更新速度係数決定手段16から構成
される。まず、ローパスフィルタ12で入力信号のフィ
ルタ処理を行いローパスフィルタ信号を得る。このフィ
ルタのカットオフ周波数は例えば2kHzとする。ローパス
フィルタ処理を行うことで高域雑音の影響を取り除くこ
とができ安定した分析が行える。次に線形予測分析手段
15でローパスフィルタ信号の線形予測分析を行い、線
形予測係数(例えば10次のαパラメータ)を得る。逆
フィルタ13はローパスフィルタ信号を線形予測係数を
用いて逆フィルタ処理を行いローパス線形予測残差信号
(以下、ローパス残差信号と略す)を出力する。続いて
自己相関分析手段14で、ローパス残差信号の自己相関
分析を行い、正のピーク値を求めこれをRACmaxとする。
【0038】更新速度係数決定手段16は、例えば前出
のRACmaxと、ローパス残差信号のパワー、フレームパワ
ーを用いて、雑音らしさを例えば表1に示すように5レ
ベルに決定し、各々のレベルに応じた平均雑音スペクト
ル更新速度係数rを決定する。
【0039】
【表1】
【0040】聴覚重み算出手段6は、所定の定数α,
α'(例えばα=1.2,α'=0.5)およびβ,β'(例えば
β=0.8,β'=0.01)を入力し、数式(6)より第1の聴
覚重みαω(f)および第2の聴覚重みβω(f)を算出す
る。fcはナイキスト周波数である。
【0041】
【数6】
【0042】なお、第1の聴覚重みαω,第2の聴覚重
みβωは入力信号レベルや使用環境に応じて決定するこ
とができる。図2は例えば、使用環境を高速走行時の自
動車内とした場合の一例である。
【0043】平均雑音スペクトル更新および保持手段4
は、雑音らしさ分析手段3が出力する平均雑音スペクト
ル更新速度係数rと振幅スペクトルS(f)から、数式
(7)のように平均雑音スペクトルN(f)の更新を行う。
Nold(f)は更新前の平均雑音スペクトル、Nnew(f)は更新
後の平均雑音スペクトルである。
【0044】
【数7】
【0045】SN比計算手段5は、入力信号振幅スペクト
ルと平均雑音スペクトルから、平均雑音スペクトルに対
する入力信号スペクトルの比(SN比)を計算する。
【0046】聴覚重み制御手段7は、図2の第1の聴覚
重みαω(f)、第2の聴覚重みβω(f)をSN比計算手段5
が出力するSN比に基づき、現フレームのSN比に適応した
値に制御する。その後、SN比制御された第1の聴覚重み
αc(f)、SN比制御された第2の聴覚重みβc(f)として出
力する。図3はその制御の一例である。SN比が高い時
は、αω(0)とαω(fc)との差が大きくなるように設定
する(即ち図2中のαω(f)の傾斜が大きくなる)。逆
にβω(f)の場合はβω(0)とβω(fc)との差を小さくす
る(図2の1/βω(f)の傾斜が緩やかになる)。そし
て、SN比が小さくなるにつれて、αω(0)とαω(fc)の
差を小さくし(αω(f)の傾斜は緩やかになる)、逆に
βω(0)とβω(fc)の差は大きくなる(1/βωの傾斜は
大きくなる)。
【0047】スペクトル減算手段8は、平均雑音スペク
トルN(f)にSN比制御された第1の聴覚重みαc(f)を乗じ
て、数式(8)のように振幅スペクトルS(f)の減算を行
い、雑音引き去り後スペクトルSs(f)を出力する。ま
た、雑音引き去り後スペクトルSs(f)が負になった場合
には0または所定の低レベル雑音n(f)を挿入してこれを
雑音引き去り後のスペクトルとする埋め戻し処理を行
う。
【0048】
【数8】
【0049】スペクトル抑圧手段9は、数式(9)のよ
うに雑音引き去り後スペクトルSs(f)に、SN比制御され
た第2の聴覚重みβc(f)を乗じて、雑音の振幅を減少さ
せた雑音抑圧スペクトルSr(f)を出力する。
【0050】
【数9】
【0051】周波数/時間変換手段10は、時間/周波
数変換手段2の逆の手順をとり、例えば逆FFTを行って
雑音抑圧スペクトルSr(f)と位相スペクトルP(f)とを用
いて時間信号に変換し、一部前フレームの信号成分と重
ね合わせを行い、雑音抑圧信号を出力信号端子11より
出力する。
【0052】雑音スペクトルの形状にもよるが有声音は
低域成分が大きいので、一般に低域の方がSN比が大きく
なる。そこで、図2に示すように、スペクトル減算に用
いる第1の聴覚重みαω(f)を低域では大きく、高域に
なるに従って小さくすることにより、SN比が大きい所程
雑音を大きく減算し、SN比が小さい所程減算を小さくす
るので、スペクトルの過度の引き去り、特に高域成分の
音声スペクトルの変形を防止しつつ総合的に大きな雑音
抑圧量が得られる。この方式は特に低域に大きな雑音成
分を有する自動車走行騒音の抑圧に有効である。
【0053】また、図2に示すように、スペクトル振幅
抑圧に用いる第2の聴覚重みβω(f)をSN比が大きい
低域では大きく(=振幅抑圧を弱める)し、SN比が小
さい高域になるに従って小さく(=振幅抑圧を強める)
するという重み付けを行うので、低域に大きな成分を持
つ自動車走行騒音が重畳した音声信号に対し、スペクト
ル減算処理で除去しきれなかった高域の残留雑音を振幅
抑圧することで雑音抑圧を行うので、効果的に雑音抑圧
を行うことができる。
【0054】また、高速走行時の自動車内など高騒音環
境では、雑音区間判定精度の劣化により平均雑音スペク
トルの推定精度が低下するので、過度の引き去り等の原
因によりスペクトルサブトラクション法特有のミュージ
カルノイズ(楽音的雑音)が発生するが、本発明の構成
を成すことにより、低域に比べSN比が劣化する高域にお
いては引き去りではなく振幅抑圧が優先されるように雑
音抑圧を行うことができるので、ミュージカルノイズの
発生を抑圧することができるとともに、発生したミュー
ジカルノイズそのものも抑圧することができ、聴感上好
ましい雑音抑圧が行うことができる。
【0055】また、SN比計算精度が劣化しても、聴覚重
みがリミッタとして働くので過度の抑圧が防止でき、音
声品質劣化が少ない雑音抑圧が行うことができる。
【0056】また、本実施の形態の構成をとることによ
り、音声区間において音声スペクトルを抑圧することな
く残留雑音を抑圧することができるので、音声の音量が
小さくならないという利点がある。
【0057】なお、雑音らしさ判定手段3を従来の雑音
抑圧装置に用いられている有音/雑音判定回路(図11
の回路103〜106)に置き換えても本発明の効果は
かわらない。
【0058】実施の形態2 実施の形態1の別の形態として、現フレームの入力信号
振幅スペクトルと平均雑音スペクトルとの平均スペクト
ルを低域と高域に分割して低域パワーおよび高域パワー
を求め、その低域パワーと高域パワーの比で第1の聴覚
重みと第2の聴覚重みを変更することも可能である。
【0059】図4は本発明の雑音抑圧装置の実施の形態
2の構成を示すブロック図であり、実施の形態1に係る
図1との同一、対応部分には同一符号を付して示す。図
1と比べて新たな構成は、聴覚重み変更手段17であ
る。その他の構成については図1と同様であるので説明
は省略する。以下、図4に従って本実施の形態の雑音抑
圧装置の動作原理を説明する。
【0060】聴覚重み変更手段17は、時間/周波数変
換手段が出力する128点の振幅スペクトルおよび平均
雑音スペクトル更新および保持手段4が出力する平均雑
音スペクトルを入力し、振幅スペクトルと平均雑音スペ
クトルの平均スペクトルを求め、その平均スペクトルの
例えば低域を0から63点までを低域スペクトルとし、
64点から127点までを高域スペクトルとして、それ
ぞれから低域パワーPoωlおよび高域パワーPoωhを計算
し、高域/低域パワー比Poωh/Poωl=Poωh/lを計算す
る。ただし、Poωh/lが1.0を上回った場合には1.0に制
限し、最小値閾値Poωthを下回った場合にはPoωthに制
限する。続いて聴覚重みの変更を行う、例えば、第1の
聴覚重みαω(f)および第2の聴覚重みβω(f)を変更す
る場合には、数式(10)のようにそれぞれの聴覚重み
αω,βωに高域/低域パワー比Poωh/lを乗じて、変
更した聴覚重みβω(f),αω(f)、を聴覚重み制御手段
7へ出力する。
【0061】
【数10】
【0062】例えば、入力信号振幅スペクトルと平均雑
音スペクトルとの平均スペクトルの低域パワーと高域パ
ワーの比が小さい場合、即ち、低域パワーが高域パワー
に比較して大きい場合には、第1の聴覚重みと第2の聴
覚重みを更に低域を持ち上げて傾斜を急にするように変
更することで、入力信号および平均雑音の周波数特性に
応じたスペクトル引き去りとスペクトル振幅抑圧の聴覚
重み付けができるので、例えば、高雑音環境下などで音
声/雑音区間の区別がつかない場合において、入力信号
スペクトルおよび平均雑音スペクトルの平均スペクトル
概形とその時間変動に応じて重み係数を合わせることが
でき、更に聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができ
る。
【0063】本実施の形態では、第1の聴覚重みα
ω(f)および第2の聴覚重みβω(f)の変更を行っている
が、第1の聴覚重みαω(f)または第2の聴覚重みβ
ω(f)のどちらか一方だけ変更しても構わない。
【0064】実施の形態3 また、実施の形態2の別の形態として、聴覚重み変更手
段17において、入力信号振幅スペクトルと平均雑音ス
ペクトルの平均スペクトルの代わりに、入力信号振幅ス
ペクトルのみを低域と高域に分割して低域パワーおよび
高域パワーを求め、その低域パワーと高域パワーの比で
第1の聴覚重みと第2の聴覚重みを変更することも可能
である。
【0065】入力信号振幅スペクトルの低域パワーと高
域パワーの比で第1の聴覚重みと第2の聴覚重みを変更
することで、入力音声スペクトルの周波数特性に応じた
スペクトル引き去りとスペクトル振幅抑圧の聴覚重み付
けができるので、例えば、入力信号振幅スペクトルの概
形とその時間変動に応じて重みを合わせることができ、
特に有音区間において雑音抑圧量を大きくできるので、
聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0066】本実施の形態では、第1の聴覚重みα
ω(f)および第2の聴覚重みβω(f)の変更を行っている
が、第1の聴覚重みαω(f)または第2の聴覚重みβ
ω(f)のどちらか一方だけ変更しても構わない。
【0067】実施の形態4 また、実施の形態1の別の形態として、聴覚重み変更手
段17において、入力信号振幅スペクトルの代わりに、
平均雑音スペクトルを低域と高域に分割して低域パワー
および高域パワーを求め、その低域パワーと高域パワー
の比で第1の聴覚重みと第2の聴覚重みを変更すること
も可能である。
【0068】平均雑音スペクトルの低域パワーと高域パ
ワーの比で第1の聴覚重みと第2の聴覚重みを変更する
ことで、平均雑音スペクトルの周波数特性に応じたスペ
クトル引き去りとスペクトル振幅抑圧の聴覚重み付けが
できるので、例えば、高雑音下でも平均雑音スペクトル
の概形とその時間変動に追従して重みを合わせることが
でき、特に雑音区間において雑音抑圧量を大きくできる
ので、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0069】本実施の形態では、第1の聴覚重みα
ω(f)および第2の聴覚重みβω(f)の変更を行っている
が、第1の聴覚重みαω(f)または第2の聴覚重みβ
ω(f)のどちらか一方だけ変更しても構わない。
【0070】実施の形態5 実施の形態1の別の形態として、聴覚重み変更手段17
において、雑音らしさ判定手段3が出力する雑音判定結
果を用いて、例えば、雑音区間と判定された場合は図2
に示す第1の聴覚重みを大きくかつ傾斜を緩やかにして
雑音スペクトルに合ったものとする一方、音声区間にお
いては音声スペクトルの傾斜に合うように重みを変更し
ても構わない。また、第2の聴覚重みに関しては、雑音
区間の場合には、重みを大きくかつ傾斜を大きくし、音
声区間では重みを小さく傾斜を緩やかにしても構わな
い。
【0071】雑音らしさ判定手段が出力する判定結果を
用いて第1の聴覚重みと第2の聴覚重みを変更すること
で、雑音レベルに応じたスペクトル引き去りとスペクト
ル振幅抑圧の聴覚重み付けができるので、例えば、雑音
区間と音声区間によって重みを変更することができ、更
に聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0072】実施の形態6 スペクトル減算手段8において、引き去り後スペクトル
が負になった場合に埋め戻し処理に用いる所定の低レベ
ル雑音に対して、周波数方向の聴覚重み付けを行うこと
も可能である。
【0073】図5は本発明の雑音抑圧装置の実施の形態
6の構成を示すブロック図であり、実施の形態1に係る
図1との同一、対応部分には同一符号を付して示す。構
成については図1と同様であるので説明は省略する。以
下、図5に従って本実施の形態の雑音抑圧装置の動作原
理を説明する。
【0074】聴覚重み算出手段6は、所定の定数γ,
γ'(例えばγ=0.2,γ'=0.4)を入力し、数式(11)
より第3の聴覚重みγω(f)を算出する。fcはナイキス
ト周波数である。
【0075】
【数11】
【0076】スペクトル減算手段8は、平均雑音スペク
トルN(f)にSN比制御された第1の聴覚重みαc(f)を乗じ
て、数式(12)のように振幅スペクトルS(f)の減算を
行い、雑音引き去り後スペクトルSs(f)を出力する。ま
た、雑音引き去り後スペクトルSs(f)が負になった場合
には、第3の聴覚重みγω(f)を低レベル雑音n(f)に乗
じたスペクトル成分を挿入する埋め戻し処理を行う。
【0077】
【数12】
【0078】第1の聴覚重みαω(f)および第2の聴覚
重みβω(f)と同様に、第3の聴覚重みγω(f)も使用環
境等で決定することができる。図6は第3の聴覚重みγ
ωの一例である。図7は低レベル雑音n(f)を聴覚重み付
けしない場合(図a)と重み付けする場合(図b)におけ
る、引き去り後スペクトルの一例である。図7に示すよ
うに、高域になるに従って埋め戻す低レベル雑音の振幅
レベルを大きくすることにより、高域における引き去り
残ったスペクトル成分と埋め戻したスペクトル成分との
レベル差が小さくなるため、ミュージカルノイズの発生
要因の一つと考えられる、周波数軸上に孤立する尖鋭ス
ペクトルの生成を抑圧することができる。
【0079】図6に示すように、埋め戻し処理に用いる
所定のスペクトルに聴覚重み付けを行うことにより、ミ
ュージカルノイズの発生要因の一つと考えられる、周波
数軸上に孤立する尖鋭スペクトルの生成を抑圧すること
ができるので、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことがで
きる。
【0080】実施の形態7 実施の形態6の別の形態として、スペクトル減算手段8
において、埋め戻し処理に用いる所定の低レベル雑音の
代わりに、入力信号振幅スペクトルと平均雑音スペクト
ルとの平均スペクトルを用いることも可能である。
【0081】埋め戻し処理に用いる入力信号振幅スペク
トルと平均雑音スペクトルとの平均スペクトルに聴覚重
み付けを行うことにより、ミュージカルノイズの発生要
因の一つと考えられる、周波数軸上に孤立する尖鋭スペ
クトルの生成を抑圧することができることに加えて、例
えば、高雑音環境下などで音声/雑音区間の区別がつか
ない場合において、残留雑音スペクトルを入力信号振幅
スペクトルと雑音スペクトルの平均スペクトル成分に類
似させることができるので、更に聴感上好ましい雑音抑
圧を行うことができる。
【0082】実施の形態8 実施の形態7の別の形態として、スペクトル減算手段8
において、埋め戻し処理に用いる所定の低レベル雑音の
代わりに、入力信号振幅スペクトルを用いることも可能
である。
【0083】埋め戻し処理に用いる入力信号振幅スペク
トルに聴覚重み付けを行うことにより、ミュージカルノ
イズの発生要因の一つと考えられる、周波数軸上に孤立
する尖鋭スペクトルの生成を抑圧することができること
に加えて、例えば、音声区間において残留雑音スペクト
ルを入力信号スペクトルに類似させることができるの
で、スペクトルの変形を防止することができ、更に聴感
上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0084】実施の形態9 実施の形態8の別の形態として、埋め戻し処理に用いる
所定の低レベル雑音の代わりに、平均雑音スペクトルを
用いることも可能である。
【0085】埋め戻し処理に用いる平均雑音スペクトル
に聴覚重み付けを行うことにより、ミュージカルノイズ
の発生要因の一つと考えられる、周波数軸上に孤立する
尖鋭スペクトルの生成を抑圧することができることに加
えて、例えば、雑音区間において残留雑音スペクトルを
平均雑音スペクトルに類似させることができるので、ス
ペクトルの変形を防止することができ、更に聴感上好ま
しい雑音抑圧を行うことができる。
【0086】実施の形態10 実施の形態2の別の形態として、第1の聴覚重みおよび
第2の聴覚重みと同様に、入力信号振幅スペクトルと平
均雑音スペクトルとの平均スペクトルを低域と高域に分
割して低域パワーおよび高域パワーを求め、第3の聴覚
重みを低域パワーと高域パワーの比で変更することも可
能である。
【0087】図8は本発明の雑音抑圧装置の実施の形態
10の構成を示すブロック図であり、実施の形態2に係
る図4との同一、対応部分には同一符号を付して示す。
構成については図4と同様であるので説明は省略する。
以下、図8に従って本実施の形態の雑音抑圧装置の動作
原理を説明する。
【0088】聴覚重み変更手段17は、時間/周波数変
換手段2が出力する128点の振幅スペクトルおよび平
均雑音スペクトル更新および保持手段4が出力する平均
雑音スペクトルを入力し、振幅スペクトルと平均雑音ス
ペクトルの平均スペクトルを求め、その平均スペクトル
の例えば低域を0から63点までを低域スペクトルと
し、64点から127点までを高域スペクトルとして、
それぞれから低域パワーPoωlおよび高域パワーPoωhを
計算し、高域/低域パワー比Poωh/Poωl=Poωh/lを計
算する。ただし、Poωh/lが1.0を上回った場合には
1.0に制限し、最小値閾値Poωthを下回った場合には
Poωthに制限する。続いて、数式(13)のように第3
の聴覚重みγω(f)に高域/低域パワー比Poωh/lを乗じ
て、変更した第3の聴覚重みγω(f)をスペクトル減算
手段に出力する。
【0089】
【数13】
【0090】入力信号振幅スペクトルと平均雑音スペク
トルとの平均スペクトルの低域パワーと高域パワーの比
で第3の聴覚重みを変更することで、埋め戻し処理に用
いる所定のスペクトルに対して、入力信号スペクトルお
よび平均雑音スペクトルの周波数特性の変動に追従する
ように聴覚重み付けができるので、例えば、音声/雑音
区間の区別を行わない場合において、残留雑音スペクト
ルを入力信号スペクトルと平均雑音スペクトルの平均ス
ペクトルの概形とその時間変動に合わせることができる
ので、ミュージカルノイズの発生を抑えることができ、
更に聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0091】実施の形態11 実施の形態10の別の形態として、入力信号振幅スペク
トルと平均雑音スペクトルとの平均スペクトルの代わり
に、入力信号振幅スペクトルを低域と高域に分割して低
域パワーおよび高域パワーを求め、その低域パワーと高
域パワーの比で第3の聴覚重みを変更することも可能で
ある。
【0092】入力信号振幅スペクトルの低域パワーと高
域パワーの比で第3の聴覚重みを変更することで、埋め
戻し処理に用いる所定のスペクトルに対して、入力音声
信号の周波数特性の変動に追従するように聴覚重み付け
ができるので、例えば、音声区間において、残留雑音ス
ペクトルを入力信号スペクトルの概形とその時間変動に
合わせることができるので、ミュージカルノイズの発生
を抑えることができ、更に聴感上好ましい雑音抑圧を行
うことができる。
【0093】実施の形態12 実施の形態11の別の形態として、入力信号振幅スペク
トルの代わりに、平均雑音スペクトルを低域と高域に分
割して低域パワーおよび高域パワーを求め、その低域パ
ワーと高域パワーの比で第3の聴覚重みを変更すること
も可能である。
【0094】平均雑音スペクトルの低域パワーと高域パ
ワーの比で第3の聴覚重みを変更することで、埋め戻し
処理に用いる所定のスペクトルに対して、平均雑音信号
の周波数特性の変動に追従するように聴覚重み付けがで
きるので、例えば、雑音区間において、残留雑音スペク
トルを平均雑音スペクトルの概形とその時間変動に合わ
せることができるので、ミュージカルノイズの発生を抑
えることができ、更に聴感上好ましい雑音抑圧を行うこ
とができる。
【0095】実施の形態13 実施の形態6の別の形態として、第1の聴覚重みまたは
第2の聴覚重みと同様に、第3の聴覚重みをSN比計算手
段5が出力するSN比で制御しても構わない。
【0096】第3の聴覚重みを、SN比計算手段が出力す
るSN比で制御することにより、雑音レベルに応じた埋め
戻し処理を行うことができるので、例えば、自動車走行
騒音など低域傾斜雑音の場合において、低域ではSN比が
大きいので低域では埋め戻し量を小さく、高域になるに
従ってSN比が小さくなるので埋め戻し量を大きくするこ
とにより、ミュージカルノイズの発生要因の一つである
孤立スペクトルの発生を防止しつつ雑音抑圧量を大きく
でき、更に聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができ
る。
【0097】実施の形態14 実施の形態6の別の形態として、第3の聴覚重みに対
し、入力信号振幅スペクトルと平均雑音スペクトルの比
を乗じてその値を調整することも可能である。
【0098】図9は本発明の雑音抑圧装置の実施の形態
14の構成を示すブロック図であり、実施の形態6に係
る図5との同一、対応部分には同一符号を付して示す。
図5と比べて新たな構成は、聴覚重み調整手段18であ
る。その他の構成については図5と同様であるので説明
は省略する。以下、図9に従って本実施の形態の雑音抑
圧装置の動作原理を説明する。
【0099】聴覚重み調整手段18は、第3の聴覚重み
γωに、数式(14)のように入力信号振幅スペクトル
S(f)と平均雑音スペクトルN(f)との比を乗じて、調整さ
れた第3の聴覚重みγaとしてスペクトル減算手段8へ
出力する。
【0100】
【数14】
【0101】第3の聴覚重みに、入力信号振幅スペクト
ルと平均雑音スペクトルの比を乗じてその値を調整する
ことで、埋め戻し処理に用いるスペクトル成分を周波数
方向に平滑化できるので、孤立した尖鋭スペクトル成分
の存在がその発生要因の一つと考えられているミュージ
カルノイズの発生要因を抑圧でき、更に聴感上好ましい
雑音抑圧を行うことができる。
【0102】実施の形態15 また、実施の形態1の別の形態として、少なくとも一つ
の聴覚重みは外部より制御または選択することもでき
る。
【0103】図10は本発明の雑音抑圧装置の実施の形
態15の構成を示すブロック図である。図10において
新たな構成は、雑音抑圧装置19,メモリ20,音声符
号化装置21である。以下、図10に従って本実施の形
態の雑音抑圧装置の動作原理を説明する。
【0104】例えば、複数の第1の聴覚重みαω1(f),
…αωn(f)をメモリ20に蓄えておき、音声符号化装置
21が出力する重み変更信号に従い、雑音抑圧装置外部
のスイッチ22で所望の第1の聴覚重みαω(f)を選択
する。この重み変更信号は、例えば、音声符号化装置2
1の音声符号化方式が、音声状態によって伝送レートが
変化する可変レート符号化の場合や、複数の音声符号化
手段を内蔵している場合などにおける、伝送レート変更
信号または符号化手段変更信号に連動している。
【0105】例えば、図10中の音声符号化装置21が
可変レート符号化の場合、伝送レートが低くなると一般
に音声符号化における雑音表現能力が低くなるのでスペ
クトルが変形するデメリットよりも雑音抑圧量を大きく
する方が優先される。そこで、伝送レートが低い場合は
メモリ20中のαω(f)重みが大きい(スペクトル減算
程度が大きい)ものを選択する。一方、伝送レートが高
い場合には雑音表現能力が比較的高いので、スペクトル
変形感を防止しつつ雑音抑圧するために雑音抑圧量を小
さくする、即ちメモリ20中のαω(f)重みが小さい
(スペクトル減算程度が小さい)ものを選択する。
【0106】第1の聴覚重みを外部より制御または選択
することで、例えば、本発明の雑音抑圧装置の後段に接
続される音声符号化装置の符号化特性に合ったスペクト
ル引き去りの聴覚重み付けを行うことができるので、例
えば、雑音表現能力に乏しい音声符号化方式が選択され
た時にそれに応じて雑音抑圧量を大きくできるので、更
に聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0107】
【発明の効果】この発明に係る雑音抑圧装置は、時間軸
の入力信号を周波数領域に変更して振幅スペクトルと位
相スペクトルを得、第1および第2の聴覚重み信号対雑
音比に基いて制御し、このように制御された第1の聴覚
重みと雑音スペクトルとの積を前記振幅スペクトルから
減算することによりスペクトル減算を行い、スペクトル
減算により得られた雑音引き去りスペクトルに信号雑音
比で制御された第2の聴覚重みを乗算してスペクトル振
幅抑圧を行い、スペクトル振幅抑圧処理した信号を時間
軸信号に変換するようにしたので、スペクトル減算処理
によるミュージカルノイズを抑圧でき、且つ、スペクト
ル減算処理で除去しきれなかった残留雑音を周波数領域
において聴覚上好ましい振幅抑圧を行うことができる。
【0108】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、信
号対雑音比が大なる周波数領域では第1および第2の聴
覚重みを大とし、信号対雑音比が小なる周波数領域では
第1および第2の聴覚重みを小とするように聴覚重みを
制御するので、スペクトル減算処理において、信号対雑
音比が大きい領域では雑音を大きく減算し、信号対雑音
比が小さい領域では小さく減算するので、スペクトルの
過度の引き去りが防止され、また、スペクトル振幅抑圧
においては、低域では振幅抑圧を弱め、高域になるに従
って振幅抑圧を強めるようにしたので、低域に大きな成
分を持つ自動車走行騒音が重畳した音声信号の高域の残
留雑音を効果的に振幅抑圧することができる。
【0109】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、第
1および第2の聴覚重みの少なくとも一方を、入力信号
振幅スペクトル、雑音スペクトルまたは入力信号振幅ス
ペクトルと雑音スペクトルの平均スペクトルの低域パワ
ーと高域パワーの比で変更するようにしたので、聴感上
好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0110】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、入
力信号が雑音か音声かの判定結果により、第1および第
2の聴覚重みを変更するようにしたので、聴感上好まし
い雑音抑圧を行うことができる。
【0111】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、ス
ペクトル減算手段による減算結果が負となる場合は、所
定のスペクトルに第3の聴覚重みを乗じたスペクトルを
埋め戻すので、聴感上好ましい雑音抑圧を行なうことが
できる。
【0112】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、ス
ペクトル埋戻し処理で用いる所定のスペクトルとして、
入力信号振幅スペクトル、雑音スペクトルまたは入力信
号振幅スペクトルと雑音スペクトルとの平均スペクトル
を使うので、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができ
る。
【0113】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、第
3の聴覚重みを入力信号振幅スペクトルまたは入力信号
振幅スペクトルと雑音スペクトルとの平均スペクトルの
低域パワーと高域パワーの比で変更するようにしたの
で、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0114】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、第
3の聴覚重みを信号対雑音比で制御するようにしたの
で、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことができる。
【0115】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、第
3の聴覚重みに入力信号振幅スペクトルと平均雑音の比
を乗じてその値を調整するようにしたので、聴感上好ま
しい雑音抑圧を行うことができる。
【0116】また、この発明に係る雑音抑圧装置は、少
なくとも一つの聴覚重みを外部より制御または選択する
ようにしたので、聴感上好ましい雑音抑圧を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る雑音抑圧装置の実施の形態1の
構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の第1の聴覚重みαω(f)および第2
の聴覚重みβω(f)の一例を示す図である。
【図3】この発明に係る雑音制御装置の聴覚重み制御手
段により第1の聴覚重みαω(f)および第2の聴覚重み
βω(f)を制御する一例である。
【図4】この発明に係る雑音制御装置の他の実施の形態
の構成を示すブロック図である。
【図5】この発明に係る雑音抑圧装置の他の実施の形態
の構成を示すブロック図である。
【図6】 この発明の第3の聴覚重みγω(f)の一例で
ある。
【図7】 この発明に係る雑音抑圧装置の一実施の形態
において、雑音引去り後のスペクトルが負の場合に埋め
戻す低レベル雑音n(f)スペクトルを聴覚重み付けしない
場合(a)と重み付けする場合(b)における、引き去り
後スペクトルの一例である。
【図8】 この発明に係る雑音抑圧装置の他の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図9】 この発明に係る雑音抑圧装置の他の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図10】 この発明に係る雑音抑圧装置の他の実施の
形態の構成を示すブロック図である。
【図11】 従来の雑音抑圧装置の構成を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1 入力信号端子,2 時間/周波数変換手段 3 雑音らしさ判定手段,4 平均雑音スペクトル更新
および保持手段 5 SN比計算手段,6 聴覚重み算出手段 7 聴覚重み制御手段,8 スペクトル減算手段 9 スペクトル抑圧手段,10 周波数/時間変換手段 11 出力信号端子,12 ローパスフィルタ 13 逆フィルタ,14 自己相関分析手段 15 線形予測分析手段,16 更新速度係数決定手段 17 聴覚重み変更手段,18 聴覚重み調整手段 19 雑音抑圧装置,20 メモリ 21 音声符号化装置,22 スイッチ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−306695(JP,A) 特開2000−47697(JP,A) 特開 平9−212196(JP,A) 特開 平10−161694(JP,A) 特開 平10−97288(JP,A) 特開 平8−221093(JP,A) 特開 平8−221094(JP,A) 特開 平8−221092(JP,A) 特表 平8−506427(JP,A) 古田訓,高橋真哉,周波数重み付けス ペクトルサブトラクション法による雑音 抑圧,2000年電子情報通信学会総合大 会,日本,2000年 3月28日,Volu me 1,Page 183 Stefan Gustafsso n,Peter Jax and Pe ter Vary,A novel p sychoacoustically motivated audio en hancement algorith m preserving backg round noise charac t,Proceedings of I CASSP−98,米国,1998年 5月12 日,Volume 1,Pages 397−400 Itoh Kenzo and Mi zushima Masahide,E nvironmental noise reduction based o n speech/non−speec h identification f or hearing aids,Pr oceedings of ICASS P−97,米国,1997年 4月21日,Vo lume 1,Pages 419−422 高橋,吉田,古田,丸橋,松岡,W− CDMA携帯機の音声・音響処理技術, 三菱電機技報,日本,2003年 2月25 日,Vol.77,No.2,Pages 28(138)−31(141) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 21/02

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に含まれる目的信号以外の雑音
    を抑圧する雑音抑圧装置において、入力信号に応じて聴
    覚重み付けを行う第1および第2の聴覚重みを制御する
    手段と、前記入力信号の振幅スペクトルに対して前記制
    御された第1の聴覚重みを用いたスペクトル減算と前記
    制御された第2の聴覚重みを用いたスペクトル振幅抑圧
    とを行う手段とを備えたことを特徴とする雑音抑圧装
    置。
  2. 【請求項2】 第1及び第2の聴覚重みは、信号対雑音
    比が高い場合には大きく制御され、信号対雑音比が低い
    場合には小さく制御されることを特徴とする請求項1に
    記載の雑音抑圧装置。
  3. 【請求項3】 第1および第2の聴覚重みは、入力信号
    のスペクトルの周波数に応じて聴覚重み付けを行う聴覚
    重みであることを特徴とする請求項1または2に記載の
    雑音抑圧装置。
  4. 【請求項4】 第1の聴覚重みは、入力信号のスペクト
    ルの周波数が高くなるに従って小さくなるような傾斜に
    基づいて重み付けを行うことを特徴とする請求項1に記
    載の雑音抑圧装置。
  5. 【請求項5】 第1の聴覚重みの傾斜は信号対雑音比が
    大きくなるに従って大きくなるよう制御されることを特
    徴とする請求項4に記載の雑音抑圧装置。
  6. 【請求項6】 第2の聴覚重みは、入力信号のスペクト
    ルの周波数が高くなるに従って小さくなるような傾斜に
    基づいて重み付けを行うことを特徴とする請求項1に記
    載の雑音抑圧装置。
  7. 【請求項7】 第2の聴覚重みの傾斜は信号対雑音比が
    大きくなるに従って小さくなるよう制御されることを特
    徴とする請求項6に記載の雑音抑圧装置。
  8. 【請求項8】 第1および第2の聴覚重みは、入力信号
    のスペクトルの周波数が高くなるに従って小さくなるよ
    うな傾斜に基づいて重み付けを行うことを特徴とする請
    求項1に記載の雑音抑圧装置。
  9. 【請求項9】 第1の聴覚重みの傾斜は信号対雑音比が
    大きくなるに従って大きくなるよう制御されると共に、
    前記第2の聴覚重みの傾斜は信号対雑音比が 大きくなる
    に従って小さくなるよう制御されることを特徴とする請
    求項8に記載の雑音抑圧装置。
  10. 【請求項10】 第1および第2の聴覚重みの少なくと
    も一方を、入力信号振幅スペクトル、雑音スペクトル
    または入力信号振幅スペクトルと雑音スペクトルの平
    均スペクトルの低域パワーに対する高域パワーの比で変
    更する聴覚重み変更手段を有することを特徴とする請求
    項1に記載の雑音抑圧装置。
  11. 【請求項11】 第1および第2の聴覚重みを、入力信
    号が雑音か音声かの判定結果により変更する聴覚重み変
    更手段を有することを特徴とする請求項1に記載の雑音
    抑圧装置。
  12. 【請求項12】 スペクトル減算手段の減算結果が負と
    なる場合に、所定のスペクトルに第3の聴覚重みを乗じ
    たスペクトルを埋め戻すことを特徴とする請求項1〜1
    のいずれかに記載の雑音抑圧装置。
  13. 【請求項13】 所定のスペクトルが入力振幅スペクト
    ル、雑音スペクトルまたは入力信号振幅スペクトル
    と雑音スペクトルとの平均スペクトルであることを特徴
    とする請求項12記載の雑音抑圧装置。
  14. 【請求項14】 第3の聴覚重みを、入力信号振幅スペ
    クトル、雑音スペクトルまたは入力信号振幅スペク
    トルと雑音スペクトルとの平均スペクトルの低域パワー
    に対する高域パワーの比で変更することを特徴とする請
    求項12または13記載の雑音抑圧装置。
  15. 【請求項15】 第3の聴覚重みを、信号対雑音比で制
    御することを特徴とする請求項12または13のいずれ
    かに記載の雑音抑圧装置。
  16. 【請求項16】 第3の聴覚重みに、入力信号振幅スペ
    クトルと平均雑音スペクトルの比を乗じてその値を調整
    することを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記
    載の雑音抑圧装置。
  17. 【請求項17】 少なくとも一つの聴覚重みを外部より
    制御または選択することを特徴とする請求項1〜16
    いずれかに記載の雑音抑圧装置。
  18. 【請求項18】 時間軸入力信号を周波数分析して振幅
    スペクトルと位相スペクトルとに変換する時間周波数変
    換手段と、前記入力信号から雑音スペクトルを求める手
    段と、前記振幅スペクトルと前記雑音スペクトルから信
    号対雑音比を求める手段と、スペクトルに応じて聴覚重
    み付けを行う第1および第2の聴覚重みを前記信号対雑
    音比に基づいて制御する聴覚重み制御手段と、この聴覚
    重み制御手段により制御された第1の聴覚重みと前記雑
    音スペクトルとの積を前記振幅スペクトルから減算する
    スペクトル減算手段と、このスペクトル減算手段により
    得られたスペクトルに前記聴覚重み制御手段により制御
    された第2の聴覚重みを乗算するスペクトル振幅抑圧手
    段と、このスペクトル振幅抑圧手段の出力を時間軸信号
    に変換する周波数時間変換手段とを備えた雑音抑圧装
    置。
  19. 【請求項19】 入力信号に含まれる目的信号以外の雑
    音を抑圧する雑音抑圧方法において、入力信号に応じて
    聴覚重み付けを行う第1および第2の聴覚重みを制御す
    るステップと、前記入力信号の振幅スペクトルに対して
    前記制御された第1の聴覚重みを用いたスペクトル減算
    と前記制御された第2の聴覚重みを用いたスペクトル振
    幅抑圧を行うステップとを備えたことを特徴とする雑音
    抑圧方法。
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