JP4456504B2 - 音声雑音判別方法および装置、雑音低減方法および装置、音声雑音判別プログラム、雑音低減プログラム - Google Patents
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Description
従来例2としては、非定常雑音を含む雑音区間を判別する雑音低減装置がある(特許文献2 参照)。これを図7を参照して簡単に説明しておく。マイクロホンアレー装置より成る第1の受音器71は、複数のマイクロホン素子によって構成されるマイクロホンアレー72と指向性制御部73とで構成される。74は第2の受音器で、この二つの受音器は同一の場所に設置されている。指向性制御機能を持つマイクロホンアレー装置の代表例は適応形アレーと呼ばれている受音器である。適応形アレーは雑音源の方向に感度の低い指向特性を実現する。これにより、雑音源の位置、発声者の移動に対してもSN比の変動を小さく保つことができる。即ち、第1の受音器出力は第2の受音器出力と比較して、SN比の大きい信号を出力する。
請求項2:前記複数特徴量計算ステップは、前記音声雑音混在信号のケプストラムのピーク値を求めて前記信号の周期性を表す特徴量とするケプストラム計算ステップと、前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求めて該組の代表値として、前記代表値に高域であるほど大きくなる重みを乗算したM個の値を要素とする特徴ベクトルを生成し、現フレームと直前フレームの前記特徴ベクトルとの相関値の逆数を求めて前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量とする周波数特性計算ステップを有し、前記突発性雑音判定ステップは、前記信号の周期性を表す特徴量が所定の第2の閾値より小さく、かつ、前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量が第3の閾値より大きい場合に、現フレームに突発性雑音が存在すると判定し、前記以外の場合であれば現フレームに突発性雑音が存在しないと判定する請求項1に記載の音声雑音判別方法を構成した。
請求項4:請求項2または3に記載される音声雑音判別方法の全ステップを有し、前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が非音声区間であると判定された場合は、何も出力せず、前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在しないと判定された場合は、現フレームの前記音声雑音混在信号をそのまま出力し、前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在すると判定された場合は、現フレームの直前フレームの音声の周期波形を現フレームの突発性雑音が存在すると判定された位置に繰り返し挿入する複数雑音低減ステップをさらに有する雑音低減方法を構成した。
請求項6:前記複数雑音低減ステップにおける前記音声平均スペクトルは、前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求め、前記平均値と所定の音声平均パワースペクトルとの平均とすることを特徴とする請求項5に記載の雑音低減方法を構成した。
図1を参照するに、先ず、目的とする信号と不要な周囲雑音の混入する入力信号を複数特徴量計算部11に転送する。複数特徴量計算部11は、入力信号に対する特徴量を計算する特徴量計算部12を複数組み合わせたものより成る。複数特徴量計算部11は入力信号に対す種々の特徴量を計算し、それら複数の特徴量を特徴量分析部13に転送する。特徴量分析部13は複数の特徴量と入力信号を用いて入力信号の状態、特性を推定し、推定された入力信号の状態、特性の情報を低減変数計算部14に転送する。低減変数計算部14は、入力信号および特徴量分析部13で推定された入力信号の状態、特性の情報に応じて、雑音低減効果が最適となるように複数雑音低減部15の各雑音低減部16の低減変数を決定し、各雑音低減部16に転送する。
複数雑音低減部16で出力された各信号を入力信号に存在する雑音に応じて各雑音低減部16が効果的に働くように重みを付ける。更に、全て足し合わせて規格化し、出力信号として出力する。
先ず、入力信号X(n)を複数特徴量計算部11に転送する。複数特徴量計算部11は、パワー計算部21、ケプストラム計算部22、周波数特性計算部23の各特徴量計算部より成る。各特徴量計算部で計算された特徴量は特徴量分析部13に転送される。ここでは、各特徴量計算部として、パワー、ケプストラム、周波数特性を用いて特徴量を計算するが、他にも自己相関関数、ウェーブレット変換を用いた解析、パターン認識、線形予測、零交差計数、帯域フィルタバンク分析などを用いて音声、雑音の特徴量を計算する特徴量計算部を用いてもよい。
Pavx(n)=(1/A)ΣmγmPX(n−m)と計算される。ここで、γm は、例えば、γm =(γ)m と表わされる様な指数重み付けの係数で、γ<1、Aは(1/A)Σmγm=1となる正規化のための定数である。パワー計算部21はPavx(n)を特徴量として音声区間判定部24に転送する。
ケプストラム計算部22は入力信号のケプストラムを計算し、信号の周期性を表わすピーク値を特徴量として出力する。ケプストラムは、例えば、古井 貞煕著「ディジタル音声処理」p.44−47に説明されている波形の短時間振幅スペクトル|X(ω)|の対数の逆フーリエ変換によって求められる。ケプストラムの高ケフレンシー部のピークは基本周期を表わしており、このピークの値を特徴量C1として音声区間判定部24、突発性雑音判定部25に転送する。
その処理フローを図3に示す。先ず、S21において、入力信号X(n)を時間窓を用いて一定区間毎のフレームに分割する。次に、S22において、例えば、短時間毎の離散フーリエ変換により周波数領域信号X(ω)に変換する。一般に、周波数領域に変換された信号は複素数であり、X(ω)=Xr(ω)+jXi(ω)とする。次に、S23において、周波数帯域のパワースペクトルPX(ω)を求める。パワースペクトルはPX(ω)=(Xr(ω))2 +(Xi(ω))2 により計算される。次に、S24において、パワースペクトルをM個の帯域に分割する。例えば、ナイキスト周波数までの周波数帯域を等分割することを考える。次に、S25において、帯域毎にパワースペクトルの平均値を求め、帯域毎の代表値とする。更に、S26において、帯域毎の代表値に対して、高域での影響が大きくなるように重みwm (m=1、… 、M)を乗じる。wm には、例えば、wm =sin(π(m−1)/2(M−1))で計算されるsin関数を用いる。M個の帯域毎の代表値を一つの特徴ベクトルとし、Vl とする。添え字のlは現処理フレームを表す。S27において、直前フレームの特徴ベクトルとの間の相関を特徴量C2とする。C2はパワーを考慮に入れ、C2=(|Vl|2 ・|Vl-1|2 )/(Vl・Vl-1)と計算する。S28において、特徴量C2を突発性雑音判定部25に転送する。
低減変数計算部14の処理フローを図5に示す。先ず、音声区間判定部24から転送されてきたフラグがF3であるとき信号は非音声と推定されているので、信号を完全に抑圧する。信号抑圧ゲインG=0、繰り返し回数R=0として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S52)。一方、音声区間判定部24から転送されてきたフラグがF2であるとき、信号は音声と推定されているので、突発性雑音の存在を確認する(S53)。突発性雑音判定部25から転送されてきたフラグがF5であるとき、突発性雑音は存在しないと推定されているので、信号をそのまま通す。信号抑圧ゲインG=1、繰り返し回数R=0として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S54)。一方、突発性雑音判定部25から転送されてきたフラグがF4であるとき、突発性雑音は存在すると推定されているので、突発性雑音の低減を行う。信号抑圧ゲインG=1、繰り返し回数R=R1として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S55)。同時に突発性雑音判定部25より転送されてきた突発性雑音の始まる位置S2を周期波形挿入部27に転送する。
信号抑圧部26は、入力信号全体の抑圧を行う。転送されてきた入力信号X(n)に対して、低減変数計算部14より転送されてきた信号抑圧ゲインGを用いて、GX(n)を出力とする。
この発明の雑音低減装置の各ブロックの処理を、DSP(Digital Signal Processor)により行うようにしてもよい。また、コンピュータによりプログラムを実行させることにより機能させてもよい。この場合は、そのプログラムはCD−ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気ディスクなどに記録されたものを、コンピュータ内のプログラム用メモリに取り込んで行うことになる。このプログラム用メモリには、通信によりプログラムをダウンロードさせてもよい。
図9を参照して雑音低減装置の更なる実施例を説明する。この実施例の構成は、図1、2を参照して説明した実施例の構成にほぼ等しいが、複数雑音低減部15において、先の実施例の周期波形挿入部27に代えて、帯域別抑圧部97を使用する点が異なる。図1、2における特徴量分析部13までと信号抑圧部96は、図1、2の実施例の特徴量分析部13までと信号抑圧部26と同じ動作をする。
13 特徴量分析部 14 低減変数計算部
15 複数雑音低減部 16 雑音低減部
21 パワー計算部 22 ケプストラム計算部'
23 周波数特性計算部 24 音声区間判定部
25 突発性雑音判定部 26 信号抑圧部
27 周期波形挿入部 61 周波数領域変換部
62 入力信号パワースペクトル計算部 63 雑音パワースペクトル推定部
64 損失計算部 65 損失挿入部
66 時間領域変換部 71 受音器
72 マイクロホンアレー 73 指向性制御部
74 受音器 75、76 短時間パワー計算部
77 音声区間検出部 91 パワー計算部
92 ケプストラム計算部 93 周波数特性計算部
94 音声区間判定部 95 突発性雑音判定部
96 信号抑圧部 97 帯域別抑圧部
98 低減変数計算部
Claims (14)
- 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、
信号の周期性を表す特徴量と信号の周波数帯域の高域の変動を表す特徴量を計算する複数特徴量計算ステップと、
前記音声雑音混在信号が音声区間であるか非音声区間であるかを判定する音声区間判定ステップと、
前記音声区間判定ステップにより、前記音声雑音混在信号が音声区間であると判別された場合のうち、前記信号の周期性を表す特徴量と所定の第2の閾値との比較により前記音声雑音混在信号の周期性が小さく、かつ、前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量と所定の第3の閾値との比較により前記音声雑音混在信号の前記変動が大きい音声区間は前記音声雑音混在信号中に突発性雑音が存在すると判定し、前記以外の音声区間は前記音声雑音混在信号中に突発性雑音が存在しないと判定する突発性雑音判定ステップとを有する
ことを特徴とする音声雑音判別方法。 - 前記複数特徴量計算ステップは、前記音声雑音混在信号のケプストラムのピーク値を求めて前記信号の周期性を表す特徴量とするケプストラム計算ステップと、前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求めて該組の代表値として、前記代表値に高域であるほど大きくなる重みを乗算したM個の値を要素とする特徴ベクトルを生成し、現フレームと直前フレームの前記特徴ベクトルとの相関値の逆数を求めて前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量とする周波数特性計算ステップを有し、
前記突発性雑音判定ステップは、前記信号の周期性を表す特徴量が所定の第2の閾値より小さく、かつ、前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量が第3の閾値より大きい場合に、現フレームに突発性雑音が存在すると判定し、前記以外の場合であれば現フレームに突発性雑音が存在しないと判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の音声雑音判別方法。 - 前記複数特徴量計算ステップは、前記音声雑音混在信号のパワーレベルを求めるパワー計算ステップをさらに有し、
前記音声区間判定ステップは、前記パワーレベルが第4の閾値より大きい期間が第5の閾値より短い期間である場合に、前記音声雑音混在信号を無音であると判定し、前記以外の場合のうち前記ケプストラム計算ステップによる値が所定の第5の閾値より大きい場合に、前記音声雑音混在信号を音声区間であると判定し、前記以外の場合のうち前記ケプストラム計算ステップによる値が所定の第5の閾値より小さい場合に、前記音声雑音混在信号を非音声区間であると判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の音声雑音判別方法。 - 請求項2または3に記載される音声雑音判別方法の全ステップを有し、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が非音声区間であると判定された場合は、何も出力せず、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在しないと判定された場合は、現フレームの前記音声雑音混在信号をそのまま出力し、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在すると判定された場合は、現フレームの直前フレームの音声の周期波形を現フレームの突発性雑音が存在すると判定された位置に繰り返し挿入する
複数雑音低減ステップをさらに有する
ことを特徴とする雑音低減方法。 - 請求項2または3に記載される音声雑音判別方法の全ステップを有し、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が非音声区間であると判定された場合は、何も出力せず、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在しないと判定された場合は、現フレームの前記音声雑音混在信号をそのまま出力し、
さらに音声平均スペクトルを計算し、
前記音声区間判定ステップにおいて前記音声雑音混在信号が音声区間であると判定され、かつ、突発性雑音判定ステップにおいて現フレームに突発性雑音が存在すると判定された場合は、出力信号のパワースペクトルが前記音声平均スペクトルとなるよう現フレームの前記音声雑音混在信号のパワースペクトルを抑圧する
複数雑音低減ステップをさらに有する
ことを特徴とする雑音低減方法。 - 前記複数雑音低減ステップにおける前記音声平均スペクトルは、
前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求め、前記平均値と所定の音声平均パワースペクトルとの平均とする
ことを特徴とする請求項5に記載の雑音低減方法。 - 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、
信号の周期性を表す特徴量と信号の周波数帯域の高域の変動を表す特徴量を計算する複数特徴量計算部と、
前記音声雑音混在信号が音声区間であるか非音声区間であるかを判定する音声区間判定部と、
前記音声区間判定部により、前記音声雑音混在信号が音声区間であると判別された場合のうち、前記信号の周期性を表す特徴量と所定の第2の閾値との比較により前記音声雑音混在信号の周期性が小さく、かつ、前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量と所定の第3の閾値との比較により前記音声雑音混在信号の前記変動が大きい音声区間は前記音声雑音混在信号中に突発性雑音が存在すると判定し、前記以外の音声区間は前記音声雑音混在信号中に突発性雑音が存在しないと判定する突発性雑音判定部とを有する
ことを特徴とする音声雑音判別装置。 - 前記複数特徴量計算部は、
前記音声雑音混在信号のケプストラムのピーク値を求めて前記信号の周期性を表す特徴量を計算するケプストラム計算部と、
前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求めて該組の代表値として、前記代表値に高域であるほど大きくなる重みを乗算したM個の値を要素とする特徴ベクトルを生成し、現フレームと直前フレームの前記特徴ベクトルとの相関値の逆数を求めて前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量を計算する周波数特性計算部と、
前記信号の周期性を表す特徴量が所定の第2の閾値より小さく、かつ、前記周波数帯域の高域の変動を表す特徴量が第3の閾値より大きい場合に、現フレームに突発性雑音が存在すると判定し、前記以外の場合であれば現フレームに突発性雑音が存在しないと判定する突発性雑音判定部と
を具備することを特徴とする請求項7に記載の音声雑音判別装置。 - 前記複数特徴量計算部は、前記音声雑音混在信号のパワーレベルを求めるパワー計算部をさらに有し、
前記音声区間判定部は、前記パワーレベルが第4の閾値より大きい期間が第5の閾値より短い期間である場合に、前記音声雑音混在信号を無音であると判定し、前記以外の場合のうち前記ケプストラム計算部による値が所定の第5の閾値より大きい場合に、前記音声雑音混在信号を音声区間であると判定し、前記以外の場合のうち前記ケプストラム計算部による値が所定の第5の閾値より小さい場合に、前記音声雑音混在信号を非音声区間であると判定する音声区間判定部と
をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の音声雑音判別装置。 - 請求項8または9に記載される音声雑音判別装置の全ての処理部を有し、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が非音声区間であるとする判定信号が出力された場合は、信号抑圧ゲインを0、繰り返し回数を0とし、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が音声区間であるとする判定信号が出力され、かつ、突発性雑音判定部において現フレームに突発性雑音が存在しないとする判定信号が出力された場合は、信号抑圧ゲインを1、繰り返し回数を0とし、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が音声区間であるとする判定信号が出力され、かつ、突発性雑音判定部において現フレームに突発性雑音が存在するとする判定信号が出力された場合は、信号抑圧ゲインを1、繰り返し回数を所定値Rする低減変数計算部と、
前記低減変数計算部で出力された信号抑圧ゲインを現フレームの前記音声雑音混在信号に乗算する信号抑圧部と、
前記低減変数計算部で出力された繰り返し回数だけ現フレームの直前のフレームの音声の周期波形を、現フレームの突発性雑音が存在すると判定された位置に繰り返し挿入する周期波形挿入部をさらに有する
ことを特徴とする雑音低減装置。 - 請求項8または9に記載される音声雑音判別装置の全ての処理部を有し、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が非音声区間であるとする判定信号が出力された場合は、第1の判定フラグを帯域別抑圧部に転送すると共に信号抑圧ゲインを0とし、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が音声区間であるとする判定信号が出力され、かつ、突発性雑音判定部において現フレームに突発性雑音が存在しないとする判定信号が出力された場合は、第2の判定フラグを帯域別抑圧部に転送すると共に信号抑圧ゲインを1とし、
前記音声区間判定部において前記音声雑音混在信号が音声区間であるとする判定信号が出力され、かつ、突発性雑音判定部において現フレームに突発性雑音が存在するとする判定信号が出力された場合は、第3の判定フラグを前記帯域別抑圧部に転送すると共に信号抑圧ゲインを1とする低減変数計算部と、
前記低減変数計算部で出力された信号抑圧ゲインを現フレームの前記音声雑音混在信号に乗算して出力する信号抑圧部と、
第1の判定フラグを受信した場合は何もせず、第2の判定フラグを受信した場合は音声平均パワースペクトルを計算して記憶し、第3の判定フラグを受信した場合は現フレームの前記音声雑音混在信号を前記記憶している音声平均パワースペクトルまで低減して出力する帯域別抑圧部とをさらに有する
ことを特徴とする雑音低減装置。 - 前記複数雑音低減部における前記音声平均スペクトルは、
前記音声雑音混在信号をフレーム分割し、フレーム毎に周波数帯域のパワースペクトルを求め、個々のパワースペクトルを複数まとめて所定のM個の組を成し、各組毎に前記個々のパワースペクトルから平均値を求め、前記平均値と所定の音声平均パワースペクトルとの平均とする
ことを特徴とする請求項11に記載の雑音低減装置。 - 請求項7乃至9のいずれかに記載の音声雑音判別装置としてコンピュータを機能させるプログラム。
- 請求項10乃至12のいずれかに記載の雑音低減装置としてコンピュータを機能させるプログラム。
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