JPH0474985A - Elimination of noise - Google Patents

Elimination of noise

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JPH0474985A
JPH0474985A JP18762690A JP18762690A JPH0474985A JP H0474985 A JPH0474985 A JP H0474985A JP 18762690 A JP18762690 A JP 18762690A JP 18762690 A JP18762690 A JP 18762690A JP H0474985 A JPH0474985 A JP H0474985A
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signal
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清仁 徳田
Yuichi Shiraki
白木 裕一
Satoshi Shimizu
聡 清水
Atsushi Fukazawa
深沢 敦司
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Abstract

PURPOSE:To enable elimination of noise with high accuracy even if the covariance matrix of sound source signal is decomposed into factors for the factor matrix consisting of column vector elements not crossing perpendicularly be renewing a noise matrix with the use of vector decomposition of a mode matrix. CONSTITUTION:There is a signal receiver 2 receiving source signal S1 from a multitude of sound sources 1 existing at arbitrary locations in the air and its output side is connected to a covariance matrix calculator 3. During eliminating noise added to the input signal from a certain initial noise added to the input signal from a certain initial noise in turn, an eigen value and an eigen vector are calculated from the eigen value decomposition of the covariance matrix in the input signal and that of reference signal. Noise matrix is renewed with the use of the vector decomposition of a mode matrix utilizing the eigen value and the eigen vector. And the noise is eliminated based on the result of the renewal. With this method, even if the common disperse matrix of the source signal S1 is decomposed into factors for the factor matrix consisting of column vector elements not crossing perpendicularly, noise elimination is possible with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、空間の任意の場所に存在する音源からの音源
信号の特徴1.(S幅、周洩数、方位:)等を高雑音下
でも抽出するための雑音除去方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention is directed to the characteristics of a sound source signal from a sound source located anywhere in space. The present invention relates to a noise removal method for extracting (S width, frequency, direction:), etc. even under high noise.

(従来の技術) 従来、このような分野の技術としては、丘木正著「因子
分析の基礎j  (1986−3−6)日和技連出版社
、P、1−8−28に記載されるものかあった。
(Prior Art) Conventionally, as a technique in this field, there is a technique described in Masaru Okaki, "Fundamentals of Factor Analysis J (1986-3-6), Hiyori Giren Shuppansha, P, 1-8-28. There was.

従来、入力信号に付加された雑音を除去する雑音除去方
法は、例えば、前記文献に記載されているように、入力
信号の共分散行列Σが、因子行列Δと雑音行列ψにより
、 Σ=△△ 士ψ        ・・ (1)但し、*
;共役転置 と因子分解さhだ時、循環方式(cyclicproc
edure)アルゴリズムにより、雑音行列型が順次更
新され、雑音が除去されるようになっていた。
Conventionally, in a noise removal method for removing noise added to an input signal, for example, as described in the above-mentioned document, the covariance matrix Σ of the input signal is expressed as Σ=△ by the factor matrix Δ and the noise matrix ψ. △ 士ψ... (1) However, *
; When performing conjugate transposition and factorization, use the cyclic method (cyclicproc
edure) algorithm, the noise matrix type is sequentially updated and noise is removed.

二こて、循環方式アルゴリズムは、次の第1段〜第4段
で構成されている。
The two-trowel, circulation algorithm consists of the following first to fourth stages.

第1段 市の適当な初期値畢(0)から出発する。First stage: Start from an appropriate initial value of the city (0).

反復番号をt−〇とする。Let the repetition number be t-〇.

(1)を行列A 第2段 第を反復において、Dl (Σ−重(t))Aaの大きい方からに個の固有値から
なる対角行列、■   をこれに対応する正規直交固有
ベクトル行列として、 9は)−A’V  は>  (D  (t) > 1/
’2とおく。
(1) is a diagonal matrix consisting of the largest eigenvalues of Dl(Σ-weight(t))Aa in the second stage iteration of matrix A, and ■ is the corresponding orthonormal eigenvector matrix, 9)-A'V is > (D (t) > 1/
'2 is set.

第3段 市”1)−D i ag (Σ−Δ(1)Δ (℃))
とおき、重(11)と市(1)との差が十分小さければ
第4段へ、そうでなければt:=t−i−1とじて第2
段へ進む。
3rd stage city”1)-D i ag (Σ-Δ(1)Δ (℃))
If the difference between weight (11) and city (1) is small enough, proceed to the fourth stage, otherwise proceed to the second stage with t:=t-i-1.
Proceed to step.

第4段終。End of the 4th stage.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記の循環方式アルゴリズムを用いた雑
音除去方法では、次のような課題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the noise removal method using the above-mentioned cyclic algorithm has the following problems.

循環方式アルゴリズムには、与えられたP次の正定行列
Wに対して、行列△*WΔは対角型であることが必要で
あり、W−1(重み)とおくと、△”Δが対角行列より
、因子行列Δを列ベクトル表示したΔ−(5、・・・、
互、)の各列ベクトルが直交していなければならない。
The cyclic algorithm requires that the matrix △*WΔ be diagonal for a given P-order positive definite matrix W, and if we set it as W-1 (weight), △"Δ is diagonal. From the angular matrix, the factor matrix Δ is expressed as a column vector Δ−(5,...,
The column vectors of ) must be orthogonal.

そのため、直交していない列ベクトル要素からなる因子
行列で入力信号の共分散行列が因子分解されていると、
その入力信号に付加された雑音を除去することができな
い。
Therefore, if the covariance matrix of the input signal is factorized by a factor matrix consisting of non-orthogonal column vector elements,
Noise added to the input signal cannot be removed.

例えば、水中に存在する音源からの音源信号に含まれる
雑音を除去する場合、従来の循環方式アルゴリズムを適
用すると、そのアルゴリズムは、因子行列の構成列ベク
トルが直交ベクトルであるため、音源信号中の雑音を除
去することかできない 本発明は前記従来技術か持っていた課題として、因子行
列の構成列ベクトルか直交ベクトルて゛あるため、到来
する音源信号中に含まれる雑音を除去することができな
いという点について解決した雑音除去方法を提供するも
のである。
For example, when removing noise contained in a sound source signal from a sound source that exists underwater, if you apply a conventional cyclic algorithm, the algorithm will be able to remove the noise contained in the sound source signal because the constituent column vectors of the factor matrix are orthogonal vectors Noise cannot be removed The problem that the present invention had with the prior art is that because the factor matrix consists of column vectors or orthogonal vectors, the noise contained in the incoming sound source signal cannot be removed. This paper provides a noise removal method that solves the problem.

(課題を解決するための手段〉 前記課題を解決するために、第1の発明は、雑音除去方
法において、入力信号に付加された雑音をある初期雑音
から順次推定して除去する際に、前記入力信号における
共分散行列の固有値分解と参照信号の固有値分解とより
固有値及び固有ベクトルを算出し、前記固有値及び固有
ベクトルを使ったモード行列のベクlヘル分解を利用し
て雑音行列の更新を行い、前記更新結果に基つき前記雑
音を除去するようにしている。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the problems, a first invention provides a noise removal method in which, when sequentially estimating and removing noise added to an input signal from a certain initial noise, Eigenvalues and eigenvectors are calculated by eigenvalue decomposition of the covariance matrix of the input signal and eigenvalue decomposition of the reference signal, and the noise matrix is updated using vector l-Herr decomposition of the mode matrix using the eigenvalues and eigenvectors, The noise is removed based on the updated results.

第2の発明は、第1の発明において、前記雑音行列の更
新の際に最小2乗法を用いて最適更新するようにしてい
る。
In a second invention, in the first invention, the noise matrix is updated optimally using a least squares method.

(作用) 第1の発明によれば、以上のように雑音除去方法を構成
したので、雑音が含まれた入力信号は、その共分散行列
の固有値分解か行われると共に、その入力信号に対応し
た参照信号の固有値分解が行われる。これらの固有値分
解より算出された固有値及び固有ベクトルを用いてモー
■ミ行列のスペクトル分解が行われ、その分解結果に基
づき、雑音行列の更新が行われて入力信号中の雑音が除
去される。
(Operation) According to the first invention, since the noise removal method is configured as described above, an input signal containing noise is subjected to eigenvalue decomposition of its covariance matrix, and the input signal corresponding to the input signal is Eigenvalue decomposition of the reference signal is performed. The eigenvalues and eigenvectors calculated by these eigenvalue decompositions are used to perform spectral decomposition of the Maumley matrix, and based on the decomposition results, the noise matrix is updated to remove noise in the input signal.

第2の発明では、敢小2乗法を用いた最適更新により、
雑音行列の更新が短時間、かつ的確に行われる。
In the second invention, by optimal updating using the square method,
The noise matrix is updated in a short time and accurately.

従って、前記課題を除去できるのである。Therefore, the above problem can be eliminated.

(実施例) 第1図は、本発明の実施例を示す雑音除去方法を用いた
雑音除去装置の機能ブロック図である。
(Embodiment) FIG. 1 is a functional block diagram of a noise removal device using a noise removal method showing an embodiment of the present invention.

この雑音除去装置は、空間の任意の場所に存在する複数
の音源1からの音源信号S1を受信する信号受信部2を
有し、その出力側には共分散行列算出部3が接続さj’
している。信号受信部2は、音源信号S1を受信して電
気信号に変換する複数の受信器を有し、その受信器の受
信信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして
離散時系列信号X・ (n)を、共分散行列算出部3I
\与える機能を有している。
This noise removal device has a signal receiving section 2 that receives sound source signals S1 from a plurality of sound sources 1 existing at arbitrary locations in space, and a covariance matrix calculating section 3 is connected to the output side of the signal receiving section 2.
are doing. The signal receiving unit 2 has a plurality of receivers that receive the sound source signal S1 and convert it into an electrical signal, and samples the received signal of the receivers at a predetermined sampling frequency to generate a discrete time series signal X (n). , covariance matrix calculation unit 3I
\It has the function of giving.

共分散行列算出部3は、離散時系列信号X(n)から共
分散行列を算出する機能を有し、その出力側には、雑音
除去手段10を介して実成分共分散行列算出部22a及
び虚成分共分散行列算出部22bが接続されている。
The covariance matrix calculation unit 3 has a function of calculating a covariance matrix from the discrete time series signal X(n), and has a real component covariance matrix calculation unit 22a and An imaginary component covariance matrix calculation unit 22b is connected.

雑音除去手段10は、最初の1回だけ動作する雑音初期
設定部11、雑音行列設定部12、共分散行列から雑音
を除去する雑音除去部13、雑音行列算出部14、及び
雑音更新部15より、構成されている。
The noise removal unit 10 includes a noise initialization unit 11 that operates only once at the beginning, a noise matrix setting unit 12, a noise removal unit 13 that removes noise from the covariance matrix, a noise matrix calculation unit 14, and a noise update unit 15. ,It is configured.

また、この雑音除去方法には、音源情報に対応した振幅
と方向ベクトルからなるモード行列を算出するモード行
列算出部20が設けられている。
Further, this noise removal method is provided with a mode matrix calculation unit 20 that calculates a mode matrix consisting of an amplitude and a direction vector corresponding to sound source information.

モード行列算出部20には、モード行列の虚成分共分散
行列と実成分共分散行列をそハそhN出する虚成分共分
散行列算出部21aと実成分共分散行列算出部21bか
接続されている。虚成分共分散行列算出部21a及び実
成分共分散行列算出部21bには、雑音除去後の実成分
共分散行列及び虚成分共分散行列をそれぞh算出する実
成分共分散行列算出部22a及び虚成分共分散行列算出
部22bか接続されている。
The mode matrix calculation unit 20 is connected to an imaginary component covariance matrix calculation unit 21a and a real component covariance matrix calculation unit 21b, which output an imaginary component covariance matrix and a real component covariance matrix of the mode matrix. There is. The imaginary component covariance matrix calculation section 21a and the real component covariance matrix calculation section 21b include a real component covariance matrix calculation section 22a and a real component covariance matrix calculation section 22a, which respectively calculate the real component covariance matrix and the imaginary component covariance matrix after noise removal. An imaginary component covariance matrix calculation unit 22b is also connected.

実成分共分散行列算出部22a及び虚成分共分散行列算
出部22bには、共分散行列の固有ベクトル固有値及び
特異値を算出する固有値分解部23a、23bがそれぞ
れ接続されている。モート行列算出部20には、ガウス
変換行列算出部24a、24bを介して、そのガウス変
換行列の固有ベクトル固有値及び特異値を算出する固有
値分解部25a、25bがそれぞれ接続されている。
Eigenvalue decomposition units 23a and 23b that calculate eigenvector eigenvalues and singular values of the covariance matrix are connected to the real component covariance matrix calculation unit 22a and the imaginary component covariance matrix calculation unit 22b, respectively. Eigenvalue decomposition units 25a and 25b that calculate eigenvector eigenvalues and singular values of the Gaussian transformation matrix are connected to the moat matrix calculation unit 20 via Gaussian transformation matrix calculation units 24a and 24b, respectively.

固有値分解部23a、25aと23b、25bには、ス
ペクトル分解部26aと26bをそれぞれ介してモード
行列更新部27が接続されている。
A mode matrix updating section 27 is connected to the eigenvalue decomposition sections 23a, 25a and 23b, 25b via spectral decomposition sections 26a and 26b, respectively.

このスペクトル分解部26a、26b及びモード行列更
新部27は、入力共分散行列の固有ベクトル及び特異値
と、ガウス変換行列の固有ベク[−ル及び特異値とを用
いて、モード行列を推定し、そ)tを更新する機能を有
している。
The spectral decomposition units 26a, 26b and the mode matrix update unit 27 estimate the mode matrix using the eigenvectors and singular values of the input covariance matrix and the eigenvectors and singular values of the Gaussian transformation matrix, and )t.

また、スペクトル分解部26a、26bは、雑音行列算
出部〕−4を介して雑音更新部】5に接続されている。
The spectrum decomposition units 26a and 26b are also connected to the noise update unit 5 via the noise matrix calculation unit 4.

雑音行列算出部14は、入力共分散行列の固有ベクトル
及び特異値と、ガウス変換行列の固有ベクトルとから、
新たな雑音行列を算出する機能を有している。雑音更新
部15は、雑音行列を更新し、それを雑音除去部13/
\与える機能を有している。
The noise matrix calculation unit 14 calculates, from the eigenvectors and singular values of the input covariance matrix and the eigenvectors of the Gaussian transformation matrix,
It has a function to calculate a new noise matrix. The noise update unit 15 updates the noise matrix and applies it to the noise removal unit 13/
\It has the function of giving.

次に、以上のように構成される雑音除去装置の雑音除去
方法について説明する。
Next, a noise removal method using the noise removal apparatus configured as described above will be explained.

例えば、空間上に0個の音源1があり、各音源1から発
生する波動を平面波と考え、その振幅、角周波数、波数
ベクトル(空間方位)をbj、ω1、kj (j=1.
・・・、D)とする。
For example, if there are 0 sound sources 1 in space, the waves generated from each sound source 1 are considered to be plane waves, and their amplitude, angular frequency, and wave number vector (spatial direction) are expressed as bj, ω1, kj (j=1.
..., D).

受信器数をMとし、各受信器の同一基準点からの位置ベ
クトルをr・ (i=1.・・・9M〉とする。
The number of receivers is M, and the position vector of each receiver from the same reference point is r. (i=1..9M).

先ず、音源1からの音源信号S1は、信号受信部2て受
信され、サンプリンタさi−tで離散時系列信号X・ 
(n)に変換される。離散時系列信号X(n)は、空間
においてそi−tに付加される雑音をW・ (n)とす
ると、次式で表わせる。
First, the sound source signal S1 from the sound source 1 is received by the signal receiving section 2, and is converted into a discrete time series signal X.
(n). The discrete time-series signal X(n) can be expressed by the following equation, where W·(n) is the noise added to it in space.

x・(n) −):J EXP  Ej (ω、ra−
8−J rH’+ 11J・1 W・ (n) ・・(4) ここで、X (n〉を a−=bEXP [j (kJr、 ! LIJ   
 J fj(n)= EXPlj fωjn) mとすると、
(4)式は、 (n) X (n>二Σa・j−f J  (n ) : wJ=1 (n> Wニ (n) 〔C4 ×1 H (n) となる5 (6)式を行列表示すると、次式(ア)・(8) 〜(9)のようになる。
x・(n) −): J EXP Ej (ω, ra−
8-J rH'+ 11J・1 W・ (n) ・・・(4) Here, X (n〉 is a−=bEXP [j (kJr, ! LIJ
J fj (n) = EXPlj fωjn) m,
Equation (4) is (n) When expressed as a matrix, the following equations (a) and (8) to (9) are obtained.

A f = w (n> X= (n> 〔CH 〉こ1 H (n> (n> 共分散行列算出部3は、 (7)式で定義された (n) 5c’ ×1 時系列信号を用いて共分散行列を算出する機能を有して
いる。信号受信部2の出力の共分散行列VfD(n) を、 V=E <xx  > fEc’ ×H ・・・・・・(10) 但し、 E〈 ン 時間アンサンプル平均 ○ (fJ≠j) (集合平均) E < f J  (n )了り (n)>−* 共役転置 (fJ j) と定義し、更に、 となり(了9 (n) ;複素共役) E <fw  ノ E <w*f > = 0 (月) P三E<ff  >二■ (■;単位行列) と仮定すると、 VミAEぐff  )A  =E<ww  /=APA
  τ市 (12〉 とおける。
A f = w (n> The covariance matrix VfD(n) of the output of the signal receiving section 2 is calculated as follows: V=E <xx >fEc' ×H (10 ) However, E< n time unsampled average ○ (fJ≠j) (ensemble average) E < f J (n) (n)>−* conjugate transpose (fJ j), and furthermore, 9 (n); complex conjugate) E <fw ノE <w*f> = 0 (month) P3E<ff>2■ (■; identity matrix) Assuming that, VmiAEguff) A = E <ww/=APA
τ City (12〉)

(13〉式で定義した共分散行列型は、各受信器の入力
雑音の分散をC2、また各音源1の発振周波PミE<f
f   〕 、 畢=E<ww  / 数が互いに無相関ならば、 (8)式より、 となる。
(The covariance matrix type defined by Equation 13 means that the variance of the input noise of each receiver is C2, and the oscillation frequency PmiE<f of each sound source 1 is
f], 畢=E<ww/If the numbers are mutually uncorrelated, then from equation (8), it becomes.

(13〉式で定義した共分散行列Pは、各音源1の発振
周波数が互いに無相関ならば、 (5)式より、 となり、共分散行列型は対角行列である、(7)式にお
いて、雑音を無視すると、行列■の固有値を大きいほう
から順に λ1−λ1Ilax>A2 °〉λD=λmIn とすると、(18)式は、X・を固有値ノ、jに対応す
る正規直交固有ベクトルとした時の共分散行列■の固有
値分解 Vx・ =λ・ X J     JJ となり、列ベクトルXの要素の受信点ごとの変化は、行
列Aの要素(内在因子)al、に起因してJ いる。
If the oscillation frequencies of each sound source 1 are uncorrelated with each other, the covariance matrix P defined in equation (13) becomes from equation (5), and the covariance matrix type is a diagonal matrix. , ignoring noise, let the eigenvalues of the matrix ■ be λ1−λ1Ilax>A2 °〉λD=λmIn in descending order of magnitude, then equation (18) is expressed as The eigenvalue decomposition of the covariance matrix ■ is Vx=λ·X J JJ , and the changes in the elements of the column vector

ここで、信号受信部2の出力の共分散行列■は、(15
)式の音源条件(発振周波数が互いに無相関)を考慮し
、また雑音の存在を無視したとき、D) ・・・・・(19) となる。(17)式を行列表示すると、次式(20)の
ようになる。
Here, the covariance matrix ■ of the output of the signal receiving section 2 is (15
) Considering the sound source condition of the equation (the oscillation frequencies are mutually uncorrelated) and ignoring the presence of noise, D) ... (19) is obtained. When equation (17) is expressed in a matrix, it becomes the following equation (20).

XR=ARfRAI fr X■=ARf I I A4 f R V=AA* ・・・・・・(18) ・・・・・(20) て与えられる。XR=ARfRAI fr X■=ARf I I A4 f R V=AA* ・・・・・・(18) ・・・・・・(20) will be given.

ank (A> Dとし、共分散 但し、 RR al(1°°゛aMJ“°°aHD (18)式で定義した共分散行列X′を、実数部と虚数
部に分けて考えると ■EE<xx  > EE< (XR−rjX■)(XRj XI)” >E
E<XRXR>+E<xIXRl〉 +j EE<xIXRl>  E<xRXI’ >=・
(21) 1旦し1、  ()    ; 車装置となる。ここで
、■を単位行列、0を零行列とし従って、実数共分散行
列X“8と虚数共分散行列V1を VR=E<xRxR>−E<x■ XI t ”。
ank (A>D, covariance: RR al(1°°゛aMJ"°°aHD) If we divide the covariance matrix X' defined by equation (18) into a real part and an imaginary part, ■EE< xx >EE< (XR-rjX■) (XRj XI)” >E
E<XRXR>+E<xIXRl> +j EE<xIXRl>E<xRXI'>=・
(21) 1, 1, (); Becomes a car device. Here, ■ is an identity matrix and 0 is a zero matrix. Therefore, the real covariance matrix X"8 and the imaginary covariance matrix V1 are VR=E<xRxR>-E<x■XI t ".

・・・・・・(22) 1 −。・・・・・・(22) 1 -.

Vy =E<XJ XR、>−E<XRXI 1>・・
・(23〉 と定義すると、 E<x  x  t>+E<x  x  t>RRII E< (ARfRAI fr HARfRAI fI 
> 1>÷E < (ARf I÷AIfR) (AR
fr l AI fR> ’°〉−ARE<fRfR>
AR1+ARE<flfI >ARt−+−AIE<f
RfR1>AI  ÷AIE<fr f、  >AlE
<fRfR>=E<flfI1>=L/2と仮定すると
、 V■=E<XI XR>−E<XRXI t>そこで、
共分散行列算出部3では、離散時系列信号X・ (n>
に基づき、(24)式の共分散行列VRを算出し、その
算出結果を雑音除去手段10内の雑音行列設定部12及
び雑音除去部13’\与える。雑音除去手段10内の雑
音初期設定部11は、S/’N比(信号対雑音比)I−
のおよその値r0を、雑音行列設定部12に対して設定
する。雑音行列設定部12ては、共分散行列算出部3で
算出された共分散行列V。Rに対して、対角要素の和、
を算出し、雑音行列W(0)を設定する。
Vy = E<XJ XR,>-E<XRXI 1>...
・(23> If defined as E<x x t>+E<x x t>RRII E< (ARfRAI fr HARfRAI fI
>1>÷E< (ARf I÷AIfR) (AR
fr l AI fR>'°>-ARE<fRfR>
AR1+ARE<flfI>ARt−+−AIE<f
RfR1>AI÷AIE<fr f, >AlE
Assuming <fRfR>=E<flfI1>=L/2, V■=E<XI XR>−E<XRXI t>So,
In the covariance matrix calculation unit 3, the discrete time series signal X・(n>
Based on this, the covariance matrix VR of equation (24) is calculated, and the calculation result is provided to the noise matrix setting section 12 and the noise removal section 13'\ in the noise removal means 10. The noise initial setting section 11 in the noise removing means 10 sets the S/'N ratio (signal to noise ratio) I-
An approximate value r0 of is set in the noise matrix setting section 12. The noise matrix setting unit 12 calculates the covariance matrix V calculated by the covariance matrix calculation unit 3. For R, the sum of diagonal elements,
is calculated, and the noise matrix W(0) is set.

雑音除去部13では、 を算出し、その算出結果を実成分共分散行列算出部22
a及び虚成分共分散行列算出部22bへ送る。
The noise removal unit 13 calculates
a and the imaginary component covariance matrix calculation unit 22b.

モート行列算出部20では、(−5)式及び(9)式で
定義される音源1の特徴量(振幅、大きさ)に対応した
推定モード行列(参照信号)入(k)のR(k)   
 へ(k) 実数部人   と虚数部A   を算出し、その■ 算出結果を虚成分共分散行列算出部21. a、実成分
共分散行列算出部21b、及びガウス変換行列算出部2
4a、24bへ送る。
The moat matrix calculation unit 20 calculates R(k) of the estimated mode matrix (reference signal) input (k) corresponding to the feature amount (amplitude, magnitude) of the sound source 1 defined by equations (-5) and (9). )
(k) Calculate the real part A and the imaginary part A, and send the calculation results to the imaginary component covariance matrix calculation unit 21. a, real component covariance matrix calculation unit 21b, and Gaussian transformation matrix calculation unit 2
Send to 4a and 24b.

虚成分共分散行列算出部21aでは、(24)式%式%
() I  AI   を算出し、その算出結果を実成分共分
散行列算出部22aへ与える。実成分共分散行列算出部
22aでは、共分散行列算出した実成分共分散行列 を算出し、その算出結果を固有値分解部23aへ送る。
In the imaginary component covariance matrix calculation unit 21a, (24) formula % formula %
( ) I AI is calculated, and the calculation result is provided to the real component covariance matrix calculation unit 22a. The real component covariance matrix calculation section 22a calculates the real component covariance matrix obtained by calculating the covariance matrix, and sends the calculation result to the eigenvalue decomposition section 23a.

固有値分解部23aでは、実成分共分散行列■(k)を
(19)式に従って固有値分解し、固有RW 値λ1.・・・、λ、を算出してスペクトル分解部26
aへ送る。
The eigenvalue decomposition unit 23a decomposes the real component covariance matrix (k) into eigenvalues according to equation (19), and obtains the eigenRW value λ1. ..., λ, and the spectrum decomposition unit 26
Send to a.

一方、(18)式に左からA を掛け、(17〉式のx
=Afを代入すると、次式のようになる。
On the other hand, multiplying equation (18) by A from the left, x of equation (17>)
By substituting =Af, the following equation is obtained.

左辺=A  AA  x=A  AA Af=(A*A
>2f 右辺二人A AA f ここで、AAは正則行列で逆行列の存在を仮定すると、 A  Af二λf となり、対称行列B(モード行列)を B=A*A ・・・・(26) と定義すると、(26)式は次式(27)となる。
Left side=A AA x=A AA Af=(A*A
>2f Two people on the right side A AA f Here, assuming that AA is a regular matrix and the existence of an inverse matrix, A Af2λf becomes, and the symmetric matrix B (mode matrix) is B = A * A ... (26) When defined, equation (26) becomes the following equation (27).

Bf−λf ・・・・・・(27) そのため、対称行列Bの固有値を共分散行列Vの固有値
と同じく大きいほうから順に λ =λ  〉λ2〉・・・・・・〉λD−λm1nI
    max とし、固有値λjに対応する対称行列Bの正規直交固有
ヘクトルをfjとして、固有値分解Bf・二λ・f J     JJ (j=1.・・・、D) ・・・・・(28) が得られる。
Bf - λf ...... (27) Therefore, the eigenvalues of the symmetric matrix B are expressed in descending order of the eigenvalues of the covariance matrix V as λ = λ 〉λ2〉...〉λD - λm1nI
max, and the orthonormal eigenhector of the symmetric matrix B corresponding to the eigenvalue λj is fj, then the eigenvalue decomposition Bf・2λ・f JJJ (j=1...,D)...(28) is can get.

(26〉式で定義した対称行列は、ガウス(Ga、 I
Jss)変換行列であり、次式(29〉のようになる。
The symmetric matrix defined by equation (26) is Gaussian (Ga, I
Jss) transformation matrix, as shown in the following equation (29>).

B=A  A +J (ARAI  AI 1AR) ・・・・・・(29) 従って、実数ガウス変換行列BRと虚数ガウス変換行列
B1を 1℃ BI””ARAI −Ar    AR・・・・・・(
31) と定義できる、 そこで、カラス変換行列算出部24.aでは、モード行
列算出部20で算出した推定モード行列へ(k)   
−(k)t  へ (k)第1項”DR”ARARを算
出し、 その算出結果を固有値分解部25aへ与える。同(k) 有価分解部25aでは、カラス変換行列B、Rを(28
)式に従って固有値分解し、固有値久R1λRDを算出
しζスペクトル分解部26aへ送る。
B=A A +J (ARAI AI 1AR) ・・・・・・(29) Therefore, the real Gaussian transformation matrix BR and the imaginary Gaussian transformation matrix B1 are converted to 1°C BI””ARAI −Ar AR・・・・・・(
31) Therefore, the crow transformation matrix calculation unit 24. In a, to the estimated mode matrix calculated by the mode matrix calculation unit 20 (k)
-(k) To t (k) Calculate the first term "DR" ARAR and give the calculation result to the eigenvalue decomposition unit 25a. (k) The value decomposition unit 25a converts the crow transformation matrices B and R into (28
), the eigenvalue R1λRD is calculated and sent to the ζ spectrum decomposition unit 26a.

スペクトル分解部26aは、実成分共分散行列いる。r
ank (A)=Dを満足する行列A〔CHXDのスペ
クトル分解は、次式(32)で表わせる。
The spectrum decomposition unit 26a generates a real component covariance matrix. r
The spectral decomposition of matrix A [CHXD that satisfies ank (A)=D can be expressed by the following equation (32).

A=μmX1 f I  T・−・・f、1−J) X
Of D* (3?) 但し、j AfJ Bf。
A=μmX1 f I T...f, 1-J)
Of D* (3?) However, j AfJ Bf.

Dに対して、 * 一μJX J−A  X J J “jfJ そのため、スペクトル分解部26aでは、固有値分解部
23a″′C′算出された固有値及び固有ベクトルTR
j、λRj(j−1,・・・、D>と、固有値分解部2
1Eiaで算出された固有ベクトルT RJ (J−L
D)とを用いて、(3?)式より、実モード行(K=1
) 列大    のスペクトル分解を算出し、その算出結果
を雑音行列算出部14及びモード行列更新部27へ送る
For D, * 1μJX J-A
j, λRj (j-1,..., D>, and the eigenvalue decomposition unit 2
Eigenvector T RJ (J-L
D), from equation (3?), the actual mode line (K=1
) Calculates the spectral decomposition of the column size and sends the calculation result to the noise matrix calculation unit 14 and the mode matrix update unit 27.

一方、虚成分共分散行列側において、実成分共分散行列
算出部21bは、(24)式の右辺第1項へ (k) 
へ (k) t に対応する実成分共分散行列ARAR を算出する。虚成分共分散行列算出部22bては、実成
分共分散行列算出部22aと同様、虚成分共分散行列V
DI   −〜′I−人 Fk)入R[k)rk) 1を算出し、固有値分解部23bへ与える。固有値分解
部23bては、固有値分解部23aと同様(k) に、■   の固有値分解により、固有ベクトルI マー3、固有値λ1j(j−1,・・・、D>を算出し
、その算出結果をスペクトル分解部26b’\送る。
On the other hand, on the imaginary component covariance matrix side, the real component covariance matrix calculation unit 21b calculates (k) to the first term on the right side of equation (24).
(k) Calculate the real component covariance matrix ARAR corresponding to t. Similar to the real component covariance matrix calculation section 22a, the imaginary component covariance matrix calculation section 22b calculates the imaginary component covariance matrix V.
DI -~'I-person Fk) input R[k) rk) 1 is calculated and given to the eigenvalue decomposition unit 23b. Similarly to the eigenvalue decomposition unit 23a (k), the eigenvalue decomposition unit 23b calculates the eigenvector I mer 3 and the eigenvalue λ1j (j−1,..., D> by the eigenvalue decomposition of The spectrum decomposition unit 26b'\ is sent.

また、ガウス変換行列算出部24bでは、ガウス変換行
列算出部24aと同様に、ガウス変換性(k)   へ
 (k) t へ (k)を算出し、周有列BDI  
 −AI    AI 価値分解25bへ与える。固有値分解部25bて゛は、
固有値分解部25aと同様、B、■の固有値分解より、
固有ベクトルf・ 固有値λIJ (J−1J− ・・・、D)を算出し、その算出結果をスペクトル分解
部26bへ送る。
In addition, the Gaussian transformation matrix calculating unit 24b calculates the Gaussian transformability (k) to (k) t to (k) in the same manner as the Gaussian transformation matrix calculating unit 24a, and calculates the circumferential sequence BDI
-AI AI Give to value decomposition 25b. The eigenvalue decomposition unit 25b is
Similar to the eigenvalue decomposition unit 25a, from the eigenvalue decomposition of B, ■,
The eigenvector f and the eigenvalue λIJ (J-1J- . . . , D) are calculated, and the calculation results are sent to the spectrum decomposition unit 26b.

スペクトル分解部26bでは、スペクトル分解部26a
と同様に、モード行列人 (K+1)のスベ■ クトル分解を、固有値分解部23bの固有ベクトマ1j
、固有値λIj(j=1.・・・、D)と、固有値分解
部25bで算出された固有ベクトルT IJ (、J−
1,・・・、D)とを用いて、算出する。モー1へ行列
更新部27ては、スペクトル分解部26aと2(に−1
)1  へ (K−1 6bのスベクトノ[分解出力人。   ごAI)を更新
するために、最小2乗法を用いて、6人(K=11  
 へ (k)    へ (K+1)   へ (k)
1R−へR、β△I      A1    こ更新し
5、モート行列算出部20のモード行列を人(k)  
 へ rk)〜、へ(k)  −一一=AR・、JA 
  t−9る。
In the spectrum decomposition unit 26b, the spectrum decomposition unit 26a
Similarly, the smooth vector decomposition of the mode matrix person (K+1) is converted to
, eigenvalue λIj (j=1. . . , D) and eigenvector T IJ (, J−
1,...,D). The matrix update unit 27 to the mode 1 then spectra decomposition units 26a and 2 (to -1
) 1 to (K-1 6b's subectno [decomposition output person. AI), use the least squares method to update 6 people (K = 11
to (k) to (K+1) to (k)
1R- to R, β△I A1 This is updated 5, and the mode matrix of the moat matrix calculation unit 20 is changed to
to rk) ~, to (k) -11=AR・,JA
t-9ru.

雑音行列算出部14ては、スペクトル分解部2(K=1
)と 6aと26bのスペクトル分解出力大R(k) と。
The noise matrix calculation unit 14 includes a spectrum decomposition unit 2 (K=1
) and the spectral decomposition output large R(k) of 6a and 26b.

を算出し、雑音除去部13の出力VDRW差を、雑音推
定行列 として算出する。雑音更新部15では、雑音推定行列W
(K+1)をW(k)に置き替えて雑音除去部13へ入
力する。trace (W(k))がある値以下になる
まで、以上の雑音除去演算を繰り返す。
is calculated, and the output VDRW difference of the noise removal unit 13 is calculated as a noise estimation matrix. In the noise updating unit 15, the noise estimation matrix W
(K+1) is replaced with W(k) and input to the noise removal unit 13. The above noise removal calculation is repeated until trace (W(k)) becomes less than a certain value.

以上のように、本実施例では、音源信号S1にに付加さ
h7′?雑音をある初期雑音から順次推定して除去する
際に、モー1へ行列のスペクトル分解を利用して雑音行
列の更新を行うように!、たのて゛、直交していない列
ベクトル要素からなる因子行列て゛音源信号S1の共分
散行列か因子分解さj−tでいても、高精度な雑音除去
が行える。また、例えば最小2乗法を用いて雑音行列の
更新処理を行えば、短時間かつ的確に更新処理か行える
、 なお、本発明は上記実施例に限定されず、例えば実成分
共分散行列側あるいは虚成分共分散行列側のみを用いて
モード行列の更新及び雑音行列の更新を行うようにして
も、上記実施例とほぼ同様の作用、効果か得られる。ま
た、第1図の各フロックを、ティシタル・シク°ナル・
プロセッサ(DSP)や、プログラム処理を行うマイク
ロコンピュータ等で楕成し、でもよい。さらに、本発明
は、水中や空中等に存在する種々の音源からの音源信号
中の雑音除去(、こ適用できる。
As described above, in this embodiment, h7'? is added to the sound source signal S1. When estimating and removing noise sequentially from a certain initial noise, update the noise matrix using spectral decomposition of the matrix into Mo1! , even if the factor matrix consisting of non-orthogonal column vector elements is the covariance matrix of the sound source signal S1 or the factorization jt, highly accurate noise removal can be achieved. Furthermore, if the noise matrix is updated using, for example, the least squares method, the updating process can be performed in a short time and accurately. Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to the real component covariance matrix side or the imaginary Even if the mode matrix and the noise matrix are updated using only the component covariance matrix side, substantially the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained. In addition, each flock in Figure 1 is
It may be implemented by a processor (DSP), a microcomputer, etc. that performs program processing. Further, the present invention can be applied to noise removal in sound source signals from various sound sources existing underwater, in the air, etc.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、第1の発明によれば、入力
信号に付加された雑音をある初期雑音から順次推定して
除去する際に、モード行列のスペクトル分解を利用して
雑音行列の更新を行うようにしたので、直交していない
列スベクI〜ル要素からなる因子行列て′音源信号の共
分散行列が因子分解されていても、精度の高い雑音の除
去が可能となる。
(Effects of the Invention) As explained in detail above, according to the first invention, when noise added to an input signal is sequentially estimated and removed from a certain initial noise, spectral decomposition of a mode matrix is used. Since the noise matrix is updated using the factor matrix consisting of non-orthogonal column vector elements, highly accurate noise removal is possible even if the covariance matrix of the sound source signal is factorized. becomes.

第2の発明では、敢小2乗法を用いた最適更新を行うこ
とにより、更新処理を高い精度で短時間に行うことがで
きる。
In the second invention, by performing optimal updating using the square method, the updating process can be performed with high accuracy and in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例を示す雑音除去方法を用いた雑
音除去装置の機能ブロック図である。 1・・・音源、2・・・信号受信部、3・・・共分散行
列算出部、10・・・雑音除去手段、11・・・雑音初
期設定部、12・・・雑音行列設定部、13・・・雑音
陥部、14・・・雑音行列算出部、1−5・・・雑音更
新部、20モ一ド行列算出部、21a、、、21b・・
虚成分共分散行列算出部、2]b 列算圧部、23 a、 2 有値分解部、24a 圧部、26a、26b ・・・モード行列更新部。 22.3・・実成分共分敏行 3b、2pa、23b・・圃 24b・・・カラス変換行列算 スペクトル分解部、27
FIG. 1 is a functional block diagram of a noise removal device using a noise removal method showing an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sound source, 2... Signal receiving part, 3... Covariance matrix calculation part, 10... Noise removal means, 11... Noise initial setting part, 12... Noise matrix setting part, 13... Noise defect section, 14... Noise matrix calculation section, 1-5... Noise update section, 20 mod matrix calculation section, 21a, , 21b...
Imaginary component covariance matrix calculation unit, 2]b column calculation pressure unit, 23a, 2 value decomposition unit, 24a pressure unit, 26a, 26b... mode matrix update unit. 22.3...Real component joint distribution Toshiyuki 3b, 2pa, 23b...Field 24b...Crow transformation matrix calculation spectrum decomposition unit, 27

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、入力信号に付加された雑音をある初期雑音から順次
推定して除去する際に、 前記入力信号における共分散行列の固有値分解と参照信
号の固有値分解とより固有値及び固有ベクトルを算出し
、 前記固有値及び固有ベクトルを使ったモード行列のベク
トル分解を利用して雑音行列の更新を行い、 前記更新結果に基づき前記雑音を除去することを特徴と
する雑音除去方法。 2、請求項1記載の雑音除去方法において、前記雑音行
列の更新の際に最小2乗法を用いて最適更新する雑音除
去方法。
[Claims] 1. When noise added to an input signal is sequentially estimated and removed from a certain initial noise, eigenvalue decomposition of a covariance matrix in the input signal, eigenvalue decomposition of a reference signal, and eigenvalues and eigenvectors are performed. , updating a noise matrix using vector decomposition of a mode matrix using the eigenvalues and eigenvectors, and removing the noise based on the update result. 2. The noise removal method according to claim 1, wherein the noise matrix is optimally updated using a least squares method when updating the noise matrix.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6864897B2 (en) * 2002-04-12 2005-03-08 Mitsubishi Electric Research Labs, Inc. Analysis, synthesis and control of data signals with temporal textures using a linear dynamic system

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