JP6303340B2 - 音声処理装置、音声処理方法及び音声処理用コンピュータプログラム - Google Patents
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Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
この音声処理装置は、時間的に連続するフレーム同士が一定の割合(例えば、フレーム長の50%)で重なるように音声信号をフレーム単位で分割し、フレームごとに、両端の信号を減衰させる窓関数を乗じてから、直交変換、周波数スペクトルに対する信号処理及び逆直交変換を実行する。その際、この音声処理装置は、逆直交変換によって得られた補正フレーム同士を一定の割合で重なるように加算することで、補正音声信号が不連続になるか否か判定する。そしてこの音声処理装置は、補正音声信号が不連続になると判定した場合、補正フレームにも、フレームの両端の信号を減衰させる窓関数を乗じてから、各補正フレームを加算する。これにより、この音声処理装置は、フレームのオーバーラップの割合を変えることなく、周波数スペクトルに対する信号処理に起因する周期的な雑音を抑制する。
第1窓掛部11は、第1の窓関数を乗じたフレームを直交変換部12及び不連続性判定部17へ出力する。
直交変換部12は、フレームごとに、周波数スペクトルを周波数信号処理部13へ出力する。
また、現フレームの振幅成分の絶対値の平均値が閾値以上である場合、現フレームには、雑音以外の信号成分が含まれると推定されるので、周波数信号処理部13は、忘却係数αを、例えば、0.0001のように非常に小さい値にする。
第2窓掛部15は、第2の窓関数を乗じた補正フレームを加算部16へ出力する。
一方、不連続性判定部17は、例えば、補正音声信号の連続性が保たれている間、補正フレームを逆直交変換部14から受け取る度に、補正音声信号が不連続になるか否か判定してもよい。
本実施形態では、不連続性判定部17は、L番目の補正フレームと連続する補正フレームの加算で補正音声信号が不連続になると判定すると、第1窓掛部11に対して、(L+1)番目以降のフレームに対してハニング窓を分割することを指示する。すなわち、不連続性判定部17は、(L+1)番目以降のフレームに対して用いられる第1の窓関数の変数iを1未満の値、例えば、0.5に設定することを指示する。また不連続性判定部17は、第2窓掛部15に対して、(L+1)番目以降の補正フレームに対して適用する第2の窓関数として、補正フレームの両端の信号を減衰させる窓関数を用いることを指示する。すなわち、不連続性判定部17は、(L+1)番目以降の補正フレームに対して用いられる第2の窓関数の変数iを1未満の値、例えば、0.5に設定することを指示する。
分割部10は、音声信号を、連続する二つのフレームがフレーム長の所定の割合、例えば1/2だけオーバーラップするように、フレーム単位に分割する(ステップS101)。分割部10は、各フレームを、第1窓掛部11へ順次出力する。
一方、不連続性判定部17は、現補正フレームと連続する補正フレームを加算しても補正音声信号の連続性が保たれると判定した場合(ステップS108−No)、次フレーム以降について、第1窓掛部11に、第1の窓関数をハニング窓そのものとすることを指示する。また不連続性判定部17は、第2窓掛部15に、第2の窓関数を補正フレーム全体を減衰させない関数とすることを指示する(ステップS110)。
ステップS109またはS110の後、音声処理装置5は、次のフレームを現フレームとして、ステップS102以降の処理を繰り返す。
図6において、音声処理装置51の各構成要素には、図2に示した音声処理装置5の対応する構成要素の参照番号と同じ参照番号を付した。
第2の実施形態による音声処理装置51は、第1の実施形態による音声処理装置5と比較して、バッファ18を有する点で異なる。そこで以下では、バッファ18及びその関連部分について説明する。音声処理装置51の他の構成要素については、第1の実施形態の対応する構成要素の説明を参照されたい。
その後、不連続性判定部17は、適用される各窓関数に変更が有るか否か判定する(ステップS210)。なお、上記のように、現補正フレームに対する不連続性の判定結果が、一つ前の補正フレームに対する不連続性の判定結果と異なる場合に、適用される各窓関数が変更される。適用される各窓関数に変更がある場合(ステップS210−Yes)、不連続性判定部17は、適用される窓関数が変更されることを第1窓掛部11及び加算部16へ通知する。この場合、加算部16は、現補正フレームを破棄する。また、第1窓掛部11、直交変換部12、周波数信号処理部13、逆直交変換部14及び第2窓掛部15は、変更後の窓関数を用いて、現フレームを再処理して、再度補正フレームを算出する(ステップS211)。
ステップS212の後、音声処理装置51は、バッファ18から現フレームを消去して、ステップS202以降の処理を繰り返す。
(付記1)
音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割する分割部と、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じる第1窓掛部と、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出する直交変換部と、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出する周波数信号処理部と、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出する逆直交変換部と、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じる第2窓掛部と、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出する加算部と、
を有する音声処理装置。
(付記2)
前記第1の窓関数及び前記第2の窓関数は、前記第1の窓関数に前記第2の窓関数を乗じて得られる関数がハニング窓となるように設定される、付記1に記載の音声処理装置。
(付記3)
複数の前記フレームのうちの第1のフレームに対応する第1の補正フレームと時間的に連続する他の補正フレームとを加算することで前記補正音声信号が不連続になるか否か判定し、前記補正音声信号が不連続になる場合、前記第2の窓関数を、前記補正フレームの両端の信号を減衰させる関数に設定し、一方、前記補正音声信号が不連続にならない場合、前記第2の窓関数を前記補正フレーム全体の信号を減衰させない関数に設定し、かつ前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量が、前記補正音声信号が不連続になる場合における前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量よりも小さくなるように、前記第1の窓関数を設定する不連続性判定部をさらに有する、付記1または2に記載の音声処理装置。
(付記4)
バッファをさらに有し、
前記分割部は、前記第1のフレームを前記バッファに保存し、
前記第1窓掛部は、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続になるか否かの判定結果が、前記第1の補正フレームの直前の補正フレームに対する前記補正音声信号が不連続になるか否かの判定結果と異なる場合、前記バッファから前記第1のフレームを読み出し、該読み出した第1のフレームに、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続か否かの判定結果に応じて設定された前記第1の窓関数を乗じて再処理フレームを生成し、
前記直交変換部は、前記再処理フレームを直交変換して前記再処理フレームの周波数スペクトルを算出し、
前記周波数信号処理部は、前記再処理フレームの補正周波数スペクトルを算出し、
前記逆直交変換部は、前記再処理フレームの補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、再処理補正フレームを算出し、
前記第2窓掛部は、前記再処理補正フレームに、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続か否かの判定結果に応じて設定された前記第2の窓関数を乗じて再処理減衰フレームを算出し、
前記加算部は、前記直前の補正フレームに対して前記再処理減衰フレームを前記所定の割合でオーバーラップさせて加算することにより、前記補正音声信号を算出する、
付記3に記載の音声処理装置。
(付記5)
前記不連続性判定部は、前記第1の補正フレームと前記第1のフレーム間の相互相関値を算出し、該相互相関値が第1の閾値未満の場合に前記補正音声信号が不連続になると判定する、付記3または4に記載の音声処理装置。
(付記6)
前記不連続性判定部は、前記第1の補正フレームの両端のそれぞれの所定区間に含まれる信号の強度の絶対値の平均値を算出し、該平均値が第2の閾値よりも高い場合に前記補正音声信号が不連続になると判定する、付記3または4に記載の音声処理装置。
(付記7)
前記不連続性判定部は、前記第1の補正フレームについて前記補正音声信号が不連続になると判定した場合、前記第1のフレームよりも第2のフレームの両端のそれぞれの所定区間に含まれる信号の強度の絶対値の平均値を算出し、該平均値が高いほど、前記第1の窓関数による減衰量を前記第2の窓関数による減衰量よりも大きくする、付記3〜6の何れか一項に記載の音声処理装置。
(付記8)
音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割し、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じ、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出し、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じ、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出する、
ことを含む音声処理方法。
(付記9)
音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割し、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じ、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出し、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じ、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出する、
ことをコンピュータに実行させるための音声処理用コンピュータプログラム。
2 マイクロホン
3 増幅器
4 アナログ/デジタル変換器
5、51 音声処理装置
6 通信インターフェース部
10 分割部
11 第1窓掛部
12 直交変換部
13 周波数信号処理部
14 逆直交変換部
15 第2窓掛部
16 加算部
17 不連続性判定部
18 バッファ
100 コンピュータ
101 ユーザインターフェース部
102 オーディオインターフェース部
103 通信インターフェース部
104 記憶部
105 記憶媒体アクセス装置
106 プロセッサ
107 記憶媒体
Claims (6)
- 音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割する分割部と、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じる第1窓掛部と、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出する直交変換部と、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出する周波数信号処理部と、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出する逆直交変換部と、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じる第2窓掛部と、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出する加算部と、
複数の前記フレームのうちの第1のフレームに対応する第1の補正フレームと時間的に連続する他の補正フレームとを加算することで前記補正音声信号が不連続になるか否か判定し、前記補正音声信号が不連続になる場合、前記第2の窓関数を、前記補正フレームの両端の信号を減衰させる関数に設定し、一方、前記補正音声信号が不連続にならない場合、前記第2の窓関数を前記補正フレーム全体の信号を減衰させない関数に設定し、かつ前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量が、前記補正音声信号が不連続になる場合における前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量よりも小さくなるように、前記第1の窓関数を設定する不連続性判定部とを有し、
前記第1の窓関数及び前記第2の窓関数は、前記第1の窓関数に前記第2の窓関数を乗じて得られる関数がハニング窓となるように設定される音声処理装置。 - バッファをさらに有し、
前記分割部は、前記第1のフレームを前記バッファに保存し、
前記第1窓掛部は、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続になるか否かの判定結果が、前記第1の補正フレームの直前の補正フレームに対する前記補正音声信号が不連続になるか否かの判定結果と異なる場合、前記バッファから前記第1のフレームを読み出し、該読み出した第1のフレームに、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続か否かの判定結果に応じて設定された前記第1の窓関数を乗じて再処理フレームを生成し、
前記直交変換部は、前記再処理フレームを直交変換して前記再処理フレームの周波数スペクトルを算出し、
前記周波数信号処理部は、前記再処理フレームの補正周波数スペクトルを算出し、
前記逆直交変換部は、前記再処理フレームの補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、再処理補正フレームを算出し、
前記第2窓掛部は、前記再処理補正フレームに、前記第1の補正フレームについての前記補正音声信号が不連続か否かの判定結果に応じて設定された前記第2の窓関数を乗じて再処理減衰フレームを算出し、
前記加算部は、前記直前の補正フレームに対して前記再処理減衰フレームを前記所定の割合でオーバーラップさせて加算することにより、前記補正音声信号を算出する、
請求項1に記載の音声処理装置。 - 前記不連続性判定部は、前記第1の補正フレームと前記第1のフレーム間の相互相関値を算出し、該相互相関値が第1の閾値未満の場合に前記補正音声信号が不連続になると判定する、請求項1または2に記載の音声処理装置。
- 前記不連続性判定部は、前記第1の補正フレームの両端のそれぞれの所定区間に含まれる信号の強度の絶対値の平均値を算出し、該平均値が第2の閾値よりも高い場合に前記補正音声信号が不連続になると判定する、請求項1または2に記載の音声処理装置。
- 音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割し、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じ、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出し、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じ、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出し、
複数の前記フレームのうちの第1のフレームに対応する第1の補正フレームと時間的に連続する他の補正フレームとを加算することで前記補正音声信号が不連続になるか否か判定し、前記補正音声信号が不連続になる場合、前記第2の窓関数を、前記補正フレームの両端の信号を減衰させる関数に設定し、一方、前記補正音声信号が不連続にならない場合、前記第2の窓関数を前記補正フレーム全体の信号を減衰させない関数に設定し、かつ前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量が、前記補正音声信号が不連続になる場合における前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量よりも小さくなるように、前記第1の窓関数を設定する、
ことを含み、
前記第1の窓関数及び前記第2の窓関数は、前記第1の窓関数に前記第2の窓関数を乗じて得られる関数がハニング窓となるように設定される音声処理方法。 - 音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で、かつ、時間的に連続する二つのフレームが所定の割合でオーバーラップするように分割し、
フレームごとに、該フレームの両端の信号を減衰させる第1の窓関数を乗じ、
前記第1の窓関数が乗じられた各フレームを直交変換することにより、前記フレームごとに周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記周波数スペクトルに対する信号処理を行って補正周波数スペクトルを算出し、
前記フレームごとに、前記補正周波数スペクトルを逆直交変換することにより、補正フレームを算出し、
前記補正フレームごとに、該補正フレームの両端の信号を減衰させる第2の窓関数を乗じ、
前記第2の窓関数が乗じられた各補正フレームを、時間順に前記所定の割合でオーバーラップさせながら加算することにより、補正音声信号を算出し、
複数の前記フレームのうちの第1のフレームに対応する第1の補正フレームと時間的に連続する他の補正フレームとを加算することで前記補正音声信号が不連続になるか否か判定し、前記補正音声信号が不連続になる場合、前記第2の窓関数を、前記補正フレームの両端の信号を減衰させる関数に設定し、一方、前記補正音声信号が不連続にならない場合、前記第2の窓関数を前記補正フレーム全体の信号を減衰させない関数に設定し、かつ前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量が、前記補正音声信号が不連続になる場合における前記第1の窓関数による前記フレームに含まれる信号の減衰量よりも小さくなるように、前記第1の窓関数を設定する、
ことをコンピュータに実行させ、
前記第1の窓関数及び前記第2の窓関数は、前記第1の窓関数に前記第2の窓関数を乗じて得られる関数がハニング窓となるように設定される、
音声処理用コンピュータプログラム。
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