JP6134078B1 - ノイズ抑制 - Google Patents
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Abstract
Description
Z(tk,ωl)=Zs(tk,ωl)+Zn(tk,ωl)
このマイクロフォン信号は後処理器に入力される。後処理器は、位相を不変のままにしつつ、入力信号のスペクトル振幅を修正することによってノイズ抑制を実行する。後処理器の動作は、利得関数によって記述できる。利得関数は、スペクトル振幅減算の場合、典型的には次の形をもつ:
Q(tk,ωl)=Z(tk,ωl)*G(tk,ωl)
として計算される。時間領域に変換し戻されたのち、もとの時間信号が窓掛けされて時間重複された(重複加算手順が実行された)ことを考慮に入れて、現在および前のフレームを組み合わせることによって時間領域信号が再構成される。
Z(tk,ωl)=Zs(tk,ωl)+Zn(tk,ωl)
X(tk,ωl)=Xn(tk,ωl)
によって表わせる。
Q(tk,ωl)=Z(tk,ωl)*G(tk,ωl)
によって、(推定された)発話成分に対応するよう第一のマイクロフォン信号のスペクトルを整形するために使用できる。
d=|Z(tk,ωl)|−|X(tk,ωl)|
を考える。
E{d}=0。
var(d)=(4−π)σ2。
E{d2}=(4−π)σ2/2。
A=−10log10(1−π/4)=6.68dB。
db=MAX((|Z(tk,ωl)|−γn|X(tk,ωl)|),0)
を考えるとすると、後処理器の減衰について、
A=−10log10{(γn/2)(−π+(2/γn)+2arctan(γn))}
を導出できる。
|Z(tk,ωl)|≦|Zs(tk,ωl)|+|Zn(tk,ωl)|
である。
使用中、z(n)はノイズおよび発話を含むものと想定され、一方、x(n)はノイズのみを含むと想定される。さらに、z(n)およびx(n)のノイズ成分は無相関であると想定される。(これらの成分は時間的に無相関であると想定される。しかしながら、典型的には、平均振幅の間に関係があると想定され、この関係はコヒーレンス項によって表わされる。)
そのような想定は、第一のマイクロフォン(z(n)を捕捉するもの)が話者のすぐ近くに位置され、一方、第二のマイクロフォンが話者からいくらかの距離に位置され、ノイズがたとえば室内に分散しているシナリオでは有効である傾向がある。そのようなシナリオは、図5に例示されており、そこではノイズ抑制器はSUPPユニットとして描かれている。
α=f(−v2/2σ2)
として与えられてもよい。ここで、vは第一のマイクロフォン信号の振幅であり、σ2は第二のマイクロフォン信号のエネルギー/分散である。こうして、この例では、αは第一のマイクロフォン信号についての信号対雑音比に依存する。これは、改善された知覚されるノイズ抑制を提供しうる。特に、低い信号対雑音比について、強いノイズ抑制が実行され、それにより結果として得られる信号の例えば了解性を改善する。しかしながら、より高い信号対雑音比については、効果は低減され、それにより歪みを低減する。
d(tk,ωl)=f1(|Z(tk,ωl)|)−f2(|X(tk,ωl)|)
として計算されてもよい。ここで、f1(x)およびf2(x)は、個々の実施形態の個別的な選好および要求に適合する任意の単調関数であるよう選択されることができる。典型的には、関数f1(x)およびf2(x)は単調増加関数である。
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|α−γ・|X(tk,ωl)|β
を含む。ここで、αおよびβは設計パラメータであり、典型的には次のようにα=βである。
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|−γnC(tk,ωl)|X(tk,ωl)|
が1より大きい値をもつ過剰減算因子γnをもつことによって達成されていた。
|Z(tk,ωl)|−γnC(tk,ωl)|X(tk,ωl)| ノイズ・フレームについて
|Z(tk,ωl)|−γs・α・C(tk,ωl)|X(tk,ωl)| 発話フレームについて
ここで、γn>γs
によって与えられる差分指標を使っていた。
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|−γ(D(tk,ωl))・C(tk,ωl)|X(tk,ωl)|
と表わされてもよい。ここで、D(tk,ωl)は、タイルがノイズ・タイルであるか発話タイルであるかを示す値である。
G(tk,ωl)=MAX(φ・d(tk,ωl),θ)
のように、利得がある最小利得(これは具体的には利得が負でないことを保証するよう0であってもよい)より上に保たれることを保証しつつ、差分指標をスケーリングすることによって決定されてもよい。ここで、φは(たとえば試行錯誤によって決定される)特定の実施形態についての好適な選択されたスケール因子であり、θは負でない値である。
φ(tk,ωl)=1/|Z(tk,ωl)|
としている。たとえば、
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|−γ(D(tk,ωl))・C(tk,ωl)|X(tk,ωl)|
(これは
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|−γnC(tk,ωl)|X(tk,ωl)| ノイズ・フレームについて
d(tk,ωl)=|Z(tk,ωl)|−γs・α・C(tk,ωl)|X(tk,ωl)| 発話フレームについて
と置くことによって先の具体例に対応する)。
G(tk,ωl)=MAX(δ・log d(tk,ωl),θ)
が使われてもよい。ここで、δは定数であってもよい。
G(tk,ωl)=f3(d(tk,ωl))
として決定されうる。
G(tk,ωl)=f4(α(tk,ωl),d(tk,ωl))
として決定されてもよい。ここで、α(tk,ωl)はタイルが発話タイルまたはノイズ・タイルのどちらとして指定されるかを反映しており、f4は第一および第二のマイクロフォン信号についての時間周波数タイル値の絶対値の間の差を反映する構成要素を含むいかなる好適な関数またはアルゴリズムであってもよい。
d(tk,ωl)=f5(α(tk,ωl),f1(|Z(tk,ωl)|)−f2(|X(tk,ωl)|))
によって示されてもよい。ここで、α(tk,ωl)はタイルが発話タイルまたはノイズ・タイルのどちらとして指定されるかに依存し、f5は、αがタイルが発話タイルであることを示すときはノイズ・タイルであるときよりも差分指標が大きくなるようαに依存する。
G(tk,ωl)=f6(d(tk,ωl),α(tk,ωl))
ここで、α(tk,ωl)はタイルが発話タイルまたはノイズ・タイルのどちらとして指定されるかに依存し、f6は、αがタイルが発話タイルであることを示すときはノイズ・タイルであるときよりも利得が大きくなるようαに依存する。先述したように、時間周波数タイルを発話タイルまたはノイズ・タイルとして指定するために、いかなる好適な手法が使われてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、指定は、有利には、時間周波数タイルがノイズ・タイルであるとの想定のもとに差分指標を計算することによって決定される差の値に基づいていてもよい。こうして、ノイズ時間周波数タイルについての差分指標関数が計算できる。この差分指標が十分低ければ、そのことは第一の周波数領域信号の時間周波数タイル値が第二の周波数領域信号の時間周波数タイル値から予測可能であることを示す。これは、典型的には、第一の周波数領域信号が有意な発話成分を含まない場合に成り立つ。よって、いくつかの実施形態では、タイルは、ノイズ・タイル計算を使って計算された差分指標が閾値未満である場合にノイズ・タイルとして指定される。そうでない場合にはタイルは発話タイルとして指定される。
d(tk,ωl)=f1(|Z(tk,ωl)|)−f2(|X(tk,ωl)|)
として計算される。ここで、f1(x)およびf2(x)は、xの単調関数(典型的には単調増加関数)である。多くの実施形態において、関数f1(x)およびf2(x)は単に絶対値のスケーリングであってもよい。
Claims (15)
- 第一のマイクロフォン信号におけるノイズを抑制するためのノイズ抑制器であって、当該ノイズ抑制器は:
第一のマイクロフォン信号の周波数変換から第一の周波数領域信号を生成する第一の変換器であって、前記第一の周波数領域信号は時間周波数タイル値によって表わされる、第一の変換器と;
第二のマイクロフォン信号の周波数変換から第二の周波数領域信号を生成する第二の変換器であって、前記第二の周波数領域信号は時間周波数タイル値によって表わされる、第二の変換器と;
前記第一の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値の第一の単調関数と前記第二の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値の第二の単調関数との間の差を示す差分指標の負でない単調関数として時間周波数タイル利得を決定する利得ユニットと;
前記時間周波数タイル利得によって前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイル値をスケーリングすることによって出力周波数領域信号を生成するためのスケーラーとを有しており、
当該ノイズ抑制器はさらに:
前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイルを発話タイルまたはノイズ・タイルとして指定する指定器を有しており、
前記利得ユニットは、前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイルの発話タイルまたはノイズ・タイルとしての指定に応答して、時間周波数タイルの時間周波数タイル利得について、前記時間周波数タイルがノイズ・タイルとして指定されるときは、前記時間周波数タイルが発話タイルとして指定されるときよりも、低い利得値が決定されるよう、時間周波数タイル利得を決定するよう構成されている、
ノイズ抑制器。 - 前記利得ユニットは、時間周波数タイルの時間周波数タイル利得についての利得値を、その時間周波数タイルの前記差分指標の関数として決定するよう構成されている、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 前記第一の単調関数および前記第二の単調関数の少なくとも一方は、前記時間周波数タイルが発話タイルまたはノイズ・タイルのどちらとして指定されているかに依存する、請求項2記載のノイズ抑制器。
- 前記第二の単調関数は、時間周波数タイルが発話時間周波数タイルまたはノイズ時間周波数タイルのどちらとして指定されているかに依存するスケール値を用いた、時間周波数タイルについての前記第二の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値のスケーリングを含む、請求項3記載のノイズ抑制器。
- 前記利得ユニットは、前記第二のマイクロフォン信号の振幅と前記第一のマイクロフォン信号のノイズ成分の振幅との間の相関を示すノイズ・コヒーレンス推定値を生成するよう構成されており、前記第一の単調関数および前記第二の単調関数の少なくとも一方は前記ノイズ・コヒーレンス推定値に依存する、請求項3記載のノイズ抑制器。
- 前記第一の単調関数および前記第二の単調関数は、前記第一のマイクロフォン信号および前記第二のマイクロフォン信号の間の振幅関係がノイズ・コヒーレンス推定値に対応し、かつ、時間周波数タイルがノイズ・タイルとして指定されている場合に、前記差分指標の期待値が負であるようなものである、請求項5記載のノイズ抑制器。
- 前記利得ユニットは、ノイズ・コヒーレンス推定値に対応する前記第一のマイクロフォン信号と前記第二のマイクロフォン信号の間の振幅関係についての前記差分指標の期待値が、ノイズ・タイルとして指定される時間周波数タイルについては、発話タイルとして指定される時間周波数タイルについてとは異なるよう、前記第一の単調関数および前記第二の単調関数の少なくとも一方を変えるよう構成されている、請求項6記載のノイズ抑制器。
- 前記指定器は、前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイルを発話タイルまたはノイズ・タイルとして指定することを、前記第一の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値および前記第二の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値に対するノイズ・タイルについての前記差分指標に応答して生成される差の値に応答して、行なうよう構成されている、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 前記指定器は、複数の時間周波数タイルにわたって差の値をフィルタリングするよう構成されており、該フィルタリングは、時間および周波数両方において異なる時間周波数タイルを含む、請求項8記載のノイズ抑制器。
- 前記利得ユニットは、複数の時間周波数タイルにわたって利得値をフィルタリングするよう構成されており、該フィルタリングは、時間および周波数両方において異なる時間周波数タイルを含む、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 前記利得ユニットは、前記第一の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値および前記第二の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値の少なくとも一方をフィルタリングするよう構成されており、該フィルタリングは、時間および周波数両方において異なる時間周波数タイルを含む、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 前記第一のマイクロフォン信号および前記第二のマイクロフォン信号をマイクロフォン・アレイからの信号から生成するよう構成されたオーディオ・ビームフォーマーをさらに有する、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 前記第二のマイクロフォン信号と相関した前記第一のマイクロフォン信号の信号成分を、前記第一のマイクロフォン信号から打ち消すための適応打ち消し器をさらに有する、請求項1記載のノイズ抑制器。
- 第一のマイクロフォン信号におけるノイズを抑制する方法であって:
第一のマイクロフォン信号の周波数変換から第一の周波数領域信号を生成する段階であって、前記第一の周波数領域信号は時間周波数タイル値によって表わされる、段階と;
第二のマイクロフォン信号の周波数変換から第二の周波数領域信号を生成する段階であって、前記第二の周波数領域信号は時間周波数タイル値によって表わされる、段階と;
前記第一の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値の第一の単調関数と前記第二の周波数領域信号の絶対値時間周波数タイル値の第二の単調関数との間の差を示す差分指標の負でない単調関数として時間周波数タイル利得を決定する段階と;
前記時間周波数タイル利得によって前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイル値をスケーリングすることによって出力周波数領域信号を生成する段階とを含み、
当該方法はさらに:
前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイルを発話タイルまたはノイズ・タイルとして指定する段階を含み、前記時間周波数タイル利得は、前記第一の周波数領域信号の時間周波数タイルの発話タイルまたはノイズ・タイルとしての指定に応答して決定され、時間周波数タイルの時間周波数タイル利得について、その時間周波数タイルがノイズ・タイルとして指定されているときはその時間周波数タイルが発話タイルとして指定されているときよりも、より低い利得値が決定される、
方法。 - コンピュータに請求項14記載の方法を実行させるためのコンピュータ・プログラム。
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