JPH05259928A - 適応制御ノイズキャンセラ装置及び適応制御ノイズキャンセル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に比べ入力音響信号から背景雑音などを
十分に除去し得る適応制御ノイズキャンセラ装置及び適
応制御ノイズキャンセル方法を提供する。 【構成】 フィルタ動作モード制御部２２は、最初に所
望の音声のみが存在する期間に、音声源パス推定用適応
フィルタ１６を動作させて音声源からこのフィルタの前
段までのパスの伝達関数を推定させ、次に雑音のみが存
在する期間に、雑音源パス推定用適応フィルタ１５を動
作させて雑音源からこのフィルタまでのパスの伝達関数
を推定させ、最後に所望の音声と雑音が存在する期間
に、上記適応フィルタ１５、１６の伝達関数を用いてノ
イズα・Ｘｂ（ｋ）を抽出して、このノイズを加算器１
８で主音声信号Ｘｐ（ｋ）から減算してノイズキャンセ
ル出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばハンズフリー
自動車電話などに適用し得る適応制御ノイズキャンセラ
装置及び適応制御ノイズキャンセル方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハンズフリー自動車電話などにお
いてマイクロフォンで取り込んだ音声信号の中から雑音
信号成分（例えば、エンジン騒音や、エアコン音や、そ
の他の背景雑音）を除去する方法が研究されている。例
えばこの様な目的のための適応ノイズキャンセラなどが
開発されつつある。この様な技術については例えば文献
１：１９８５年５月、電子情報通信学会発行、信学論
（Ａ）、Ｊ６９−Ａ、５、ｐｐ５８４〜５９１、『前処
理を含むノイズキャンセラのアルゴリズムとその性能評
価』などに示されている。

【０００３】また例えば上記適応制御ノイズキャンラの
ノイズ除去帯域を広くするための集音装置などの技術も
開発されつつある。この技術については例えば文献２：
特願平４−４６２４号の明細書及び図面などに示されて
いる。

【０００４】上記文献１に示されている適応ノイズキャ
ンセラの動作概要を説明する。

【０００５】この文献１によると、異なった期間に前処
理と後処理を行っており、この前処理は所望の信号ｓ
（ｋ）が停止している既知なる期間（ｋ＝０、１、２、
・・・、Ｔ）に適応デジタルフィルタ１（ＡＤＦ１）
で、雑音源からのノイス源パス（経路）のパラメータ
（伝達関数）Ｋ（ｚ）を推定する。次に後処理は上記以
外の期間ではもう一つの適応デジタルフィルタ（ＡＤＦ
２）によって、所望の信号源からＡＤＦ２の直段までの
信号源パスのパラメータ（伝達関数）Ｒ（ｚ）を推定し
て雑音ｎ（ｋ）を算出している。この後処理の出力は簡
単な信号処理の後、主信号から減算され最終的に所望の
信号Ｘｏ（ｋ）が得られる構成にされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
文献１によるノイズ除去方法によっても、入力音声信号
に重畳した雑音を十分に除去した音声信号を得ることが
できないという問題があった。

【０００７】これは後処理において、信号源パスの伝達
関数Ｒ（ｚ）を求めるためにＡＤＦ２のフィルタ係数を
更新させるときに所望の信号ｓ（ｋ）以外に雑音ｎ
（ｋ）が含まれているために、正確な信号源パスの伝達
関数Ｒ（ｚ）が求められず、従って正確な雑音算出もで
きず、最終的に主音響信号から雑音を減算しても、十分
に雑音を除去しきれないためであると考えられる。

【０００８】この発明は、以上の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的とするところは、従来に比べ入力音
響信号から背景雑音などを十分に除去し得る適応制御ノ
イズキャンセラ装置及び適応制御ノイズキャンセル方法
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この第１の発明の適応制
御ノイズキャンセラ装置は、以上の目的を達成するため
に、以下の様な特徴的な各手段を備えて実現した。

【００１０】つまり、音響を捕捉して主音響信号を出力
する主音響捕捉手段と、音響を捕捉して副音響信号を出
力する副音響捕捉手段と、所望の音響のみが存在する期
間に、上記主音響信号と上記副音響信号とを用いて、所
望の音響源から当該装置までのパスのパラメータを、第
１の適応フィルタを用いて推定する音響源パスパラメー
タ推定手段と、雑音のみが存在する期間に、上記主音響
信号と上記副音響信号とを用いて、雑音源から当該装置
までのパスのパラメータを、第２の適応フィルタを用い
て推定する雑音源パスパラメータ推定手段と、所望の音
響と雑音が存在する期間に、上記音響源パスパラメータ
と、上記雑音源パスパラメータとを用いて、上記主音響
信号と上記副音響信号とに対して演算を行ってノイズを
抽出し、このノイズを上記主音響信号から除去して得ら
れるノイズ除去信号を出力するノイズ除去演算手段と、
上記所望の音響のみが存在する期間に行う上記主音響源
パスパラメータ推定手段又は、雑音のみが存在する期間
に行う上記雑音源パスパラメータ推定手段の一方を先に
実行させ、その後に上記主音響源パスパラメータ推定手
段又は、上記雑音源パスパラメータ推定手段の他方を実
行させ、この実行の後に所望の音響と雑音が存在する期
間に上記ノイズ除去演算手段を行わせる実行制御を行う
実行制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１１】また第２の発明の適応制御ノイズキャンセ
ル方法は、上述の目的を達成するために、以下の様な特
徴的な方法で実現した。

【００１２】つまり、音響を捕捉して主音響信号を出力
する主音響捕捉手段と、音響を捕捉して副音響信号を出
力する副音響捕捉手段とを備えて、上記所望の音響のみ
が存在する期間に所望の音響源からの音響伝達パスの音
響源パスパラメータ推定処理又は、雑音のみが存在する
期間に雑音源からの雑音伝達パスの雑音源パスパラメー
タ推定処理の一方を先に実行し、その後に上記音響源パ
スパラメータ推定処理又は、上記雑音源パスパラメータ
推定処理の他方を実行し、この実行の後に所望の音響と
雑音が存在する期間に、上記音響源パスパラメータと、
上記雑音源パスパラメータとを用いて、上記主音響信号
と上記副音響信号とに対して演算を行ってノイズを抽出
し、このノイズを上記主音響信号から除去してノイズ除
去された信号を出力することを特徴とする。

【００１３】

【作用】この第１の発明によれば、上記雑音源パスパラ
メータの推定と、上記音響源パスパラメータの推定を個
々に行ってから、最終的に上記ノイズ除去演算手段を行
う様に上記実行制御手段で制御しているので、従来に比
べ所望の音響信号の影響を受けずに正確にノイズ成分を
抽出することができ、従って上記ノイズ除去演算手段に
よって十分にノイズが除去された所望の音響信号を得る
ことができる。

【００１４】また第２の発明によれば、上記音響源パス
パラメータ推定処理と、上記雑音源パスパラメータ推定
処理を別々に行ってから、次に所望の音響と雑音が存在
する期間に、上記音響源パスパラメータと、上記雑音源
パスパラメータとを用いて、上記主音響信号と上記副音
響信号とに対して演算を行ってノイズを抽出しているの
で、従来に比べ所定の音響信号の影響を受けずに正確に
ノイズ成分を抽出することができ、従ってこのノイズを
上記主音響信号から除去することによって、十分にノイ
ズ成分が除かれた音響信号を出力することができる。

【００１５】

【実施例】次にこの発明に係る適応制御ノイズキャンセ
ラ装置の好適な一実施例を図面を用いて説明する。

【００１６】この一実施例の目的は、従来に比べ十分に
入力音響信号から背景雑音などを除去し得る適応制御ノ
イズキャンセラ装置を実現することである。

【００１７】この目的を実現するために、所望の音声信
号ｓ（ｋ）が存在しない既知なる期間の前に、雑音（自
動車のエンジン音など）が存在しない所望の音声信号ｓ
（ｋ）だけの期間（自動車内で話者が発生する期間）を
設け、この期間に適応フィルタを動作させて所望の音声
信号源からのパスのパラメータ（伝達関数）Ｒ（ｚ）を
推定させる様に制御した。

【００１８】図１はこの一実施例に係る適応制御ノイズ
キャンセラ装置の機能ブロック図である。

【００１９】この図１においては、この適応制御ノイズ
キャンセラ装置は、主マイクロフォン１０と、副マイク
ロフォン１１と、Ａ／Ｄ変換器１２、１３と、加算器１
４と、雑音源パス推定用適応フィルタ１５と、音声源パ
ス推定用適応フィルタ１６と、加算器１７と、加算器１
８と、フィルタ１９と、Ｄ／Ａ変換器２０と、フィルタ
動作モード制御部２２と構成されている。

【００２０】主マイクロフォン１０は、主に所望の音声
源からの所望の音声信号ｓ（ｋ）を得てＡ／Ｄ変換器１
２に供給する。副マイクロフォン１１は主に雑音源から
の雑音ｎ（ｋ）を得てＡ／Ｄ変換器１３に供給する。Ａ
／Ｄ変換器１２は供給された音声信号をデジタル信号に
変換してこの出力Ｘｐ（ｋ）を加算器１４と加算器１８
に供給する。Ａ／Ｄ変換器１３は供給された雑音をデジ
タル信号に変換してこの出力Ｘｒ（ｋ）を雑音源パス推
定用適応フィルタ１５と、加算器１７に供給する。

【００２１】加算器１４は上記出力Ｘｐ（ｋ）と雑音源
パス推定用適応フィルタ１５の出力を用いて加算して出
力Ｘａ（ｋ）を雑音源パス推定用適応フィルタ１５と、
音声源パス推定用適応フィルタ１６に供給する。加算器
１７は上記出力Ｘｒ（ｋ）と音声源パス推定用適応フィ
ルタ１６の出力Ｘｍ（ｋ）とを用いて加算して出力Ｘｂ
（ｋ）をフィルタ１９と信号源パス推定用適応フィルタ
１６に供給する。フィルタ１９は係数αを上記出力Ｘｂ
（ｋ）に乗算した信号α・Ｘｂ（ｋ）を取り出して加算
器１８に供給する。尚この係数αは雑音源パス推定用適
応フィルタ１５に準ずるものとする。

【００２２】フィルタ動作モード制御部２２は、雑音源
パス推定用適応フィルタ１５と、音声源パス推定用適応
フィルタ１６に対して、フィルタ係数を更新させるタイ
ミングと、更新を停止させるタイミングを調整する制御
信号を供給する。この制御は例えば自動車内の制御信号
やスイッチ操作などによって制御される。

【００２３】雑音源パス推定用適応フィルタ１５は、例
えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐ
ｏｎｓｅ）型デジタルフィルタなどでも実現することが
でき、そして加算器１４の出力Ｘａ（ｋ）とＡ／Ｄ変換
器１３の出力Ｘｒ（ｋ）とを用いてフィルタ係数を最適
に更新して雑音源から主マイクロフォン１０及び副マイ
クロフォン１１までのパスの伝達関数Ｋ（ｚ）を設定す
る。

【００２４】音声源パス推定用適応フィルタ１６は、例
えばＦＩＲ型デジタルフィルタなどでも実現することが
でき、そして加算器１７の出力Ｘｂ（ｋ）と加算器１４
の出力Ｘａ（ｋ）とを用いてフィルタ係数を最適に更新
して音声源からこの音声源パス推定用適応フィルタ１６
の前段までのパスの伝達関数Ｒ（ｚ）を設定する。

【００２５】加算器１８は上記出力Ｘｐ（ｋ）と上記フ
ィルタ出力α・Ｘｂ（ｋ）との減算を行い、この出力Ｄ
／Ａ変換器２０に供給して、ここでＤ／Ａ変換によって
得られる信号をノイズキャンセル出力Ｘｏ（ｋ）として
得ることができる。

【００２６】図２はこの一実施例に係る適応制御ノイズ
キャンセラ装置によるノイズキャンセル方法の処理フロ
ーチャートである。

【００２７】この図２において、雑音が存在しない所望
の音声信号だけの期間Ｔ（エンジンを始動させずに自動
車内で話者がマイクロフォンに発生する期間）に入力信
号Ｘ（ｋ）として、所望の音声源からの所望の音声信号
ｓ（ｋ）のみを取り込むために、主マイクロフォン１０
と副マイクロフォン１１で音声信号を捕捉して、加算器
１４の出力Ｘａ（Ｋ）と、加算器１７の出力Ｘｂ（ｋ）
とを音声源パス推定用適応フィルタ１６に供給させる
（Ｓ３１）。次にフィルタ動作モード制御部２２は、雑
音源パス推定用適応フィルタ１５にフィルタ係数の更新
停止制御信号を供給し、フィルタ係数の更新を停止さ
せ、一方音声源パス推定用適応フィルタ１６には更新制
御信号を供給してフィルタ係数を最適に更新させる（Ｓ
３２）。そしてこのフィルタ係数の更新を所定時間Ｔま
で行い（Ｓ３３）、音声源からのパスの最適伝達関数Ｒ
（ｚ）を設定させる。

【００２８】次に処理を終了するか否かを判断（Ｓ３
４）し、終了しないならば次に雑音源のみが存在する期
間（エンジンを始動させた期間）に雑音源からのパスの
伝達関数を雑音源パス推定用適応フィルタ１５で推定さ
せるために、入力信号Ｘ（ｋ）として、雑音源からの雑
音ｎ（ｋ）を主マイクロフォン１０と副マイクロフォン
１１で取り込み、加算器１４の出力Ｘａ（ｋ）と、Ａ／
Ｄ変換器１３の出力Ｘｒ（ｋ）を雑音源パス推定用適応
フィルタ１５に供給する（Ｓ３５）。次にフィルタ動作
モード制御部２２は、音声源パス推定用適応フィルタ１
６にフィルタ係数の更新停止制御信号を供給してフィル
タ係数の更新を停止させ、雑音源パス推定用適応フィル
タ１５に更新制御信号を供給してフィルタ係数を最適に
更新させる（Ｓ３６）。

【００２９】次に入力信号Ｘ（ｋ）として、所望の音声
信号ｓ（ｋ）と雑音ｎ（ｋ）が存在する期間（エンジン
を始動させた状態で話者が発声する期間）に信号を取り
込み（Ｓ３７）、ノイズキャンセル出力を得るために、
フィルタ動作モード制御部２２はフィルタ係数の更新を
停止させるために、更新停止制御信号を雑音源パス推定
用適応フィルタ１５と音声源パス推定用適応フィルタ１
６に供給させて更新を停止させ、この状態で最適フィル
タ係数で雑音源パス推定用適応フィルタ１５と信号源パ
ス推定用適応フィルタ１６とを動作させてノイズキャン
セル出力Ｘｏ（ｋ）を得る（Ｓ３８）。

【００３０】図３はこの一実施例に係る適応制御ノイズ
キャンセラ装置の効果を説明するための従来状態の場合
の入力音声信号（主マイクロフォン入力）とノイズキャ
ンセル出力との特性関係図である。

【００３１】この図３において、従来の方法によるノイ
ズキャンセルによって得られる入力音声信号に対するノ
イズキャンセル出力には、雑音成分が重畳していること
が示されている。

【００３２】図４はこの一実施例に係る適応制御ノイズ
キャンセラ装置の効果を説明するための入力音声信号と
ノイズキャンセル出力との特性関係図である。

【００３３】この図４においては、図３に比べノイズキ
ャンセル出力に雑音成分が殆ど重畳していないことが示
されている。

【００３４】以上の一実施例によれば、最初に音声源か
らのパスの伝達関数Ｒ（ｚ）を推定してから、その後で
雑音源からのパスの伝達関数Ｋ（ｚ）を推定して、その
後で所望の信号ｓ（ｋ）と雑音ｎ（ｋ）を取り込んでい
る時間に上記で推定した伝達関数Ｒ（ｚ）とＫ（ｚ）と
からノイズを抽出し、このノイズを主音声信号Ｘｐ
（ｋ）から減算してノイズキャンセル出力Ｘｏ（ｋ）を
得るので、従来の様に所望の音声信号ｓ（ｋ）と雑音ｎ
（ｋ）が存在する時間に音声源からのパスの伝達関数を
推定しながら雑音を算出することなく、正確なノイズ抽
出を行え、そして主音声信号からこのノイズを正確に除
去することができる。

【００３５】以上の一実施例の図１においては、雑音源
パス推定用適応フィルタ１５と、音声源パス推定用適応
フィルタ１６とをＦＩＲ型デジタルフィルタで実現した
が、これに限るものではない。例えばＩＩＲ（Ｉｎｆｉ
ｎｉｔｅ ＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）型デジタ
ルフィルタで実現することもできる。

【００３６】以上の一実施例の図１においては、２種類
のマイクロフォンで実現したが、これに限るものではな
い。例えば３種類以上のマイクロフォンで実現すること
もできる。例えば雑音源の方向が２方向以上である場合
に、これらの方向に対応して副マイクロフォンを２種類
以上設けて、主マイクロフォンを一つ設けて、上記副用
マイクロフォンで取り込んだ信号をそれぞれ、上記図１
の様な音声源パス推定用適応フィルタ１６と雑音源パス
推定用適応フィルタ１５などの構成で処理して、最終的
に一つの加算器１８に２系統の信号Ｘｐ（ｋ）と乗算出
力α・Ｘｂ（ｋ）とを供給して減算して一つのノイズキ
ャンセル出力Ｘｏ（ｋ）を得る事にも適用することがで
きる。

【００３７】以上の一実施例の図２においては、最初に
音声源パスの伝達関数を音声源パス推定用適応フィルタ
１６で推定（Ｓ３１〜Ｓ３３）してから、次に雑音源パ
スの伝達関数を雑音源パス推定用適応フィルタ１５で推
定（Ｓ３５〜Ｓ３６）する様に動作させたが、この順番
に限るものではない。例えば雑音源パスの伝達関数を雑
音源パス推定用適応フィルタ１５で推定してから、音声
源パスの伝達関数を信号源パス推定用適応フィルタ１６
で推定する様に動作させてもよい。

【００３８】以上の一実施例においては、自動車電話用
の適応制御ノイズキャンセラを説明したが、これに限る
ものではない。例えば、補聴器用や、音声認識装置用
や、精密電子機器制御用などにも適用することができ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上述べた様に第１及び第２の発明によ
れば、上記主音響捕捉手段と、上記副音響捕捉手段など
を備えて、上記雑音源パスパラメータの推定と、上記音
響源パスパラメータの推定を個々に行ってから、最終的
に所定の音響と雑音が存在する期間に、上記音響源パス
パラメータと、上記雑音源パスパラメータとを用いて、
上記主音響信号と上記副音響信号とに対して演算を行っ
てノイズを抽出しているので、従来に比べ所定の音響信
号の影響を受けずに正確にノイズ成分を抽出することが
でき、従ってこのノイズを上記主音響信号から除去する
ことによって、十分にノイズ成分が除かれた音響信号を
出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る適応制御ノイズキャ
ンセラ装置の機能ブロック図である。

【図２】この発明の一実施例に係る適応制御ノイズキャ
ンセラ装置によるノイズキャンセル方法の処理フローチ
ャートである。

【図３】この発明の一実施例に係る適応制御ノイズキャ
ンセラ装置の効果を説明するための従来状態の場合の入
力音声信号とノイズキャンセル出力との特性関係図であ
る。

【図４】この発明の一実施例に係る適応制御ノイズキャ
ンセラ装置の効果を説明するための入力音声信号とノイ
ズキャンセル出力との特性関係図である。

【符号の説明】

１０…主マイクロフォン、１１…副マイクロフォン、１
２〜１３…Ａ／Ｄ変換器、１４、１７…加算器、１５…
雑音源パス推定用適応フィルタ、１６…信号源パス推定
用適応フィルタ、１８…加算器、１９…フィルタ、２０
…Ｄ／Ａ変換器、２２…フィルタ動作モード制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 真資 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響を捕捉して主音響信号を出力する主
   音響捕捉手段と、 音響を捕捉して副音響信号を出力する副音響捕捉手段
   と、 所望の音響のみが存在する期間に、上記主音響信号と上
   記副音響信号とを用いて、所望の音響源から当該装置ま
   でのパスのパラメータを、第１の適応フィルタを用いて
   推定する音響源パスパラメータ推定手段と、 雑音のみが存在する期間に、上記主音響信号と上記副音
   響信号とを用いて、雑音源から当該装置までのパスのパ
   ラメータを、第２の適応フィルタを用いて推定する雑音
   源パスパラメータ推定手段と、 所望の音響と雑音が存在する期間に、上記音響源パスパ
   ラメータと、上記雑音源パスパラメータとを用いて、上
   記主音響信号と上記副音響信号とに対して演算を行って
   ノイズを抽出し、このノイズを上記主音響信号から除去
   して得られるノイズ除去信号を出力するノイズ除去演算
   手段と、 上記所望の音響のみが存在する期間に行う上記音響源パ
   スパラメータ推定手段又は、雑音のみが存在する期間に
   行う上記雑音源パスパラメータ推定手段の一方を先に実
   行させ、その後に上記音響源パスパラメータ推定手段又
   は、上記雑音源パスパラメータ推定手段の他方を実行さ
   せ、この実行の後に所望の音響と雑音が存在する期間に
   上記ノイズ除去演算手段を行わせる実行制御を行う実行
   制御手段とを備えることを特徴とする適応制御ノイズキ
   ャンセラ装置。
2. 【請求項２】 音響を捕捉して主音響信号を出力する主
   音響捕捉手段と、 音響を捕捉して副音響信号を出力する副音響捕捉手段と
   を備えて、 上記所望の音響のみが存在する期間に所望の音響源から
   の音響伝達パスの音響源パスパラメータ推定処理又は、
   雑音のみが存在する期間に雑音源からの雑音伝達パスの
   雑音源パスパラメータ推定処理の一方を先に実行し、そ
   の後に上記音響源パスパラメータ推定処理又は、上記雑
   音源パスパラメータ推定処理の他方を実行し、この実行
   の後に所望の音響と雑音が存在する期間に、上記音響源
   パスパラメータと、上記雑音源パスパラメータとを用い
   て、上記主音響信号と上記副音響信号とに対して演算を
   行ってノイズを抽出し、このノイズを上記主音響信号か
   ら除去してノイズ除去された信号を出力することを特徴
   とする適応制御ノイズキャンセル方法。