CN103828392B - 混响抑制装置 - Google Patents

Abstract

具备：回声消除部（101），去除输入信号中包含的回声分量；啸声抑制部（102），根据被去除了回声分量的输入信号的频率特性，检测啸声的发生，使所检测出的啸声分量的频率的电平衰减；以及语头抑制部（103），检测啸声分量的频率电平被衰减的输入信号的声音区间，抑制所检测出的声音区间的声音开始部分的信号值。

Description

混响抑制装置

技术领域

本发明涉及对混入到输入信号中的回声分量进行抑制的混响抑制装置。

背景技术

在如汽车内那样有前部座位和后部座位那样的环境中，在前部座位发声的声音由于音的指向性而难以传向后部座位，不便进行对话。另外，在行驶过程中，由于行驶音噪声的掩蔽效应，对话变得更困难。针对这样的问题，有通过麦克风和扬声器辅助对话的技术。在与后部座位相比SN比(信噪比)高的位置，通过麦克风收集声音，并从后部座位附近的扬声器输出，从而进行声音强调。车内等窄小的室内这样的系统形成闭环系统，扬声器输出被麦克风收集，从而发生啸声(howling)、回声。因此，一般搭载啸声消除器、回声消除器等。但是，它们是抑制输出信号中的啸声、回声的装置，而不是抑制在室内合成的音场的混响的装置。在窄小的室内还存在原信号(不通过麦克风而听到的声音)，如果在此合成了扬声器输出，则即使扬声器输出本身中不包含混响，在室内音场中也会发生混响感。

另外，在从后部进行扬声器输出的情况下，如果扬声器输出大，则听不到来自前方的原信号，前方定位感受损。如果使扬声器输出延迟，则虽然由于哈斯效应(Haas effect)而得到前方定位感，但成为混响感的原因，根据延迟量而成为双重声音。

作为其对策，在专利文献1中，公开了如下回声消除器，该回声消除器在免提通话、电话会议系统等中判定通话状态来变更参数，进行与状况对应的回声消除。另外，在专利文献2中，公开了如下啸声抑制装置，该啸声抑制装置在发生混响的环境下的扬声器输出中，进行频带分割并调整相邻的频率带的增益，从而抑制场的混响。

专利文献1：日本特开2009-021859号公报

专利文献2：日本特开2010-151965号公报

发明内容

但是，上述专利文献1公开的回声消除器是与麦克风输入的回声消除有关的技术，存在无法进行室内音场的混响抑制这样的课题。另外，专利文献2公开的啸声抑制装置需要FFT等高负荷处理，并且还发生大的延迟，所以存在如下课题：在还存在原信号那样的环境下，成为双重声音的原因，不适合用于辅助对话。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，在具备麦克风和扬声器的环境中，关于扬声器输出可能被输入到麦克风的系统，抑制由于原声音和扬声器输出的合成而在音场中发生的混响感。

本发明涉及的混响抑制装置，具备：回声消除部，去除输入信号中包含的回声分量；啸声抑制部，根据在回声消除部中被去除了回声分量的输入信号的频率特性，检测啸声的发生，使所检测出的啸声分量的频率的电平衰减；以及语头抑制部，检测在啸声抑制部中啸声分量的频率电平被衰减的输入信号的声音区间，抑制所检测出的声音区间的声音开始部分的信号值。

根据本发明，能够抑制声音开始部分的信号值，抑制在音场中发生的混响感。

附图说明

图1是示出实施方式1的混响抑制装置的结构的框图。

图2是示出实施方式1的混响抑制装置的啸声抑制部中应用的反馈抑制器的一个例子的图。

图3是示出实施方式1的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。

图4是示出实施方式2的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。

图5是示出实施方式3的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。

图6是示出实施方式1以及实施方式3的混响抑制装置的功率的移动平均的特性的图。

符号说明

1：麦克风；2：扬声器；100：混响抑制装置；101：回声消除部；102：啸声抑制部；103、103a、103b：语头抑制部；201：短时间功率移动平均计算部；202：滤波系数设定部；203：滤波系数计算部；204：滤波系数限制部；205：语头抑制滤波器部；206：长时间功率移动平均计算部；207：信号变化量计算部。

具体实施方式

以下，按照附图，说明用于实施本发明的方式。

实施方式1.

图1是示出实施方式1的混响抑制装置的结构的框图。

在图1中，连接了作为输入端子的麦克风1的混响抑制装置100包括：回声消除部101、啸声抑制部102以及语头抑制部103。在语头抑制部103的后级，连接有作为输出端子的扬声器2。

回声消除部101将麦克风输入信号作为参照信号，根据扬声器输出信号推测麦克风输入信号中的回声分量并去除。啸声抑制部102检测并抑制麦克风输入信号的啸声。语头抑制部103关于麦克风输入信号的声音区间，将声音区间的开始部分(以下称为语头)的信号值进行弱化并抑制。

接下来，说明各结构的详细的动作。

在回声消除部101中，使用基于NLMS(Normalised least meansquares filter，归一化最小均方滤波器)的自适应滤波器。将即将从扬声器2输出之前的信号进行缓冲而作为NLMS的输入，将向麦克风1的麦克风输入信号作为参照信号，由此推测麦克风输入信号中的回声分量。麦克风输入信号和推测信号的残差成为回声去除之后的信号。示出了作为自适应滤波器使用NLMS的例子，但也可以应用LMS(least mean squares filter，最小均方滤波器)、RLS(Recursive LeastSquares，递归最小二乘)、仿射投影滤波器等其他自适应滤波器。

啸声抑制部102检测或者推测向麦克风1的麦克风输入信号中的啸声并去除。例如，能够使用陷波滤波器、自适应陷波滤波器等公知技术来构成。陷波滤波器是降低预先设定的频率的增益的滤波器。自适应陷波滤波器是检测信号值的功率强的频率并降低增益的滤波器。

或者，也可以通过被称为反馈抑制器的自适应滤波器进行啸声抑制。图2是示出反馈抑制器的一个例子的图。其中，α是满足0≤α≤1的参数。能够通过NLMS的自适应滤波器，自适应地去除信号值的功率强的频带。

语头抑制部103是抑制声音区间的开始部分、即语头的滤波器。图3是示出实施方式1的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。

语头抑制部103包括：短时间功率移动平均计算部201，计算输入信号的信号值的功率(以下称为功率)的移动平均；滤波系数设定部202，设定滤波系数中的固定参数；滤波系数计算部203，根据由滤波系数设定部202设定的固定参数、和由短时间功率移动平均计算部201计算出的功率的移动平均值，计算滤波系数；滤波系数限制部204，规定滤波系数的上限；以及语头抑制滤波器部205，根据由滤波系数计算部203和滤波系数限制部204决定的滤波系数，变换输入信号的信号值。

语头抑制部103构成使用了以下所示那样的功率的移动平均的滤波器。首先，短时间功率移动平均计算部201根据以下的式(1)，计算功率的移动平均p。

p＝(1-ratio)·p+ratio·x²···(1)

滤波系数设定部202根据输入信号的特性，设定滤波系数中使用的固定参数A。

接下来，滤波系数计算部203根据功率的移动平均p和固定参数A，求出以下的式(2)所示的滤波系数。

$\frac{\sqrt{p}}{A}\mathrm{...}\left(2\right)$

另外，滤波系数限制部204将滤波系数的上限值规定为“1”。语头抑制滤波器部205根据以下的式(3)，对原信号的信号值乘以所得到的滤波系数，得到滤波处理之后的信号值x′。

$x^{\′}=x\·min(1,\frac{\sqrt{p}}{A})\mathrm{...}\left(3\right)$

另外，在式(1)以及式(3)中，x是原信号的信号值，ratio是移动平均的系数(0≤ratio≤1)。

无声音区间的功率小于声音区间的功率，功率的移动平均具有迟滞，所以如果根据上述式(1)计算p，则在声音区间的开始部分中，由于此前的无声音区间的影响而p的值变小，作为结果，滤波处理之后的信号值x′变小。在声音区间中，功率的移动平均p变大，滤波处理之后的信号值x′也变大。但是，将限制为1以下，所以不会变得大于原信号的信号值x。关于固定值A，与输入信号的特性相匹配地预先设定成如下为好：在声音区间中成为1程度以上，在无声音区间中小于1。

在上述式(1)中使用x²来计算了功率的移动平均p，但还能够使用原信号的信号值x的方差V(x)。能够如以下的式(4)以及式(5)所示，通过移动平均，近似地求出方差V(x)。

M＝(1-ratio)·M+ratio·x···(4)

V＝(1-ratio)·V+ratio·(x-M)(x-M)···(5)

在式(4)以及式(5)中，M相当于原信号的信号值x的平均值。

或者，也可以代替上述式(3)的而使用平均偏差。能够通过以下的式(6)所示那样的移动平均，近似地求出平均偏差Mdev。

Mdev＝(1-ratio)·Mdev+ratio·|x-M|···(6)

如以上那样，根据该实施方式1，构成为具备：回声消除部101，从输入信号去除回声分量；啸声抑制部102，检测输入信号的啸声并抑制；以及语头抑制部103，抑制输入信号的声音区间的开始部分的信号值，所以在扬声器输出中语头的信号值被弱化，能够减轻与原信号合成时的混响感。

另外，根据该实施方式1，构成为通过语头抑制部103的滤波处理得到的滤波处理之后的信号值x′在声音区间以外变小，所以能够防止噪声从扬声器输出。进而，在声音区间的开始部分，较强地听到原信号，所以期待哈斯效应。

另外，哈斯效应是指，使人感觉如从最初听到的方向听到这样的效应。一般情况下，为了提供哈斯效应，设为使扬声器输出延迟的结构，但在该实施方式1的混响抑制装置中，不使扬声器输出延迟就能够提供哈斯效应。

另外，根据该实施方式1，语头抑制部103构成为具备：短时间功率移动平均计算部201，计算输入信号的功率的移动平均p；滤波系数设定部202，根据输入信号的特性，设定滤波系数中的固定参数A；滤波系数计算部203，根据功率的移动平均p和固定参数A，计算滤波系数；滤波系数限制部204，设定滤波系数的上限值；以及语头抑制滤波器部205，根据滤波系数或者滤波系数的上限值，变换输入信号的信号值，所以在声音区间的开始部分，由于此前的无声音区间的影响而功率的移动平均p变小，作为结果，滤波处理之后的信号值x′也能够成为小的值。由此，能够使声音区间的开始部分的信号值弱化。

另外，在上述实施方式1中，示出了由利用功率的移动平均的滤波器构成语头抑制部103的例子，但也可以由其他单元构成。例如，考虑如下结构等：通过公知的声音区间检测单元检测声音区间，在声音区间的开始之后一定期间将输出增益设定得较小。

实施方式2.

在该实施方式2中，示出上述语头抑制部103的不同的结构。

图4是示出实施方式2的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。实施方式2的语头抑制部103a在实施方式1所示的语头抑制部103中追加设置了长时间功率移动平均计算部206。另外，以下，对与实施方式1的混响抑制装置100以及语头抑制部103的构成要素相同或者相当的部分，附加与在实施方式1中使用的符号相同的符号而省略或者简化说明。

长时间功率移动平均计算部206在与短时间功率移动平均计算部201相比更长的范围内，计算输入信号的功率的移动平均。具体而言，根据以下的式(7)，计算长时间功率的移动平均。

p_long＝(1-ratio_long)·p_long+ratio_long·x²···(7)

另外，根据以下的式(8)，设定滤波系数设定部202设定的滤波系数中的变动参数A。

$\begin{array}{c}{A}^2=p_{long}+B\\ A=\sqrt{A^2}\end{array}\mathrm{...}\left(8\right)$

另外，在上述式(7)以及式(8)中，B是常数，满足条件0≤ratio_long＜ratio≤1。

这样，在长时间功率移动平均计算部206中，通过在更长的范围内计算功率的移动平均，从而能够与输入信号的特性相匹配地自动地求出变动参数A。例如，在噪音功率大的情况下，功率的移动平均p始终变大，所以在实施方式1中示出的语头抑制部103中，由滤波系数限制部204处理之后的滤波系数始终成为1。为了防止该现象，需要将变动参数A设定得较大，但如果将变动参数A设定得较大，则在噪音功率降低了时，滤波系数成为接近0的值，从而声音也不被输出。另一方面，在该实施方式2的结构中，能够在更长的范围内计算功率的移动平均，并自动地调整变动参数A，所以能够避免上述问题。

如以上那样，根据该实施方式2，构成为具备在与短时间功率移动平均计算部201相比更长的范围内计算长时间功率的移动平均p_long的长时间功率移动平均计算部206，使用所计算出的长时间功率的移动平均p_long，计算滤波系数计算部203使用的滤波系数中的变动参数A，所以能够与输入信号的特性相匹配地自动地求出变动参数A，能够与噪音功率的变动相匹配地设定恰当的变动参数A，能够进行稳定的声音输出。

实施方式3.

在该实施方式3中，关于语头抑制部103，进一步示出不同的结构。

图5是示出实施方式3的混响抑制装置的语头抑制部的结构的框图。实施方式3的语头抑制部103b在实施方式2所示的语头抑制部103a中追加设置了信号变化量计算部207。另外，以下，对与实施方式1以及实施方式2的混响抑制装置100以及语头抑制部103、103a的构成要素相同或者相当的部分，附加与在实施方式1以及实施方式2中使用的符号相同的符号，省略或者简化说明。

信号变化量计算部207对输入信号值的差分进行平均，监视输入信号的信号值的变化量。具体而言，根据以下的式(11)，计算信号值的变化量diff_n。另外，在该实施方式3中，根据以下所示的式(9)至式(11)，计算上述式(1)、(4)、(5)以及(6)所示的ratio。

$VR\left(x\right)=E\[\frac{\sqrt{V_{short}\left(x\right)}}{\sqrt{V_{long}\left(x\right)}+B}\]\mathrm{...}\left(10\right)$

diff_n＝(1-ratio_max)·diff_n-1+ratio_max·(x_n-x_n-1)···(11)

另外，设为在式(9)至式(11)中，V_short(x)、V_long(x)分别是x的短时间方差、长时间方差，E[·]是期待值，进而ratio满足0≤ratio_min＜ratio_max≤1。式(11)相当于信号变化量计算部207的处理。

这样，在信号变化量计算部207中，检测输入信号的信号值的变化量。根据上述式(9)至(11)，在信号值x的方差几乎不变化的情况下，移动平均的系数小、即迟滞变大，功率的移动平均p怎么也不变大。之后，随着方差增加而功率的移动平均p徐徐变大，在语头结束之后，迟滞变小。即，在声音区间结束之后，功率的移动平均p迅速地变小。

图6是示出实施方式1以及实施方式3的混响抑制装置的滤波器应用之后的功率的移动平均的特性的图。图6(a)示出输入信号的原信号，图6(b)示出应用了式(1)所示的滤波器的情况下的功率的移动平均的特性，图6(c)示出应用了式(9)至式(11)所示的滤波器的情况下的功率的移动平均的特性。相比于图6(b)，在图6(c)中，输入信号的上升缓慢，并且下降变得急剧。即，能够抑制语头的信号值，并且抑制混响感。另外，下降与实施方式2同等地急剧，所以能够迅速地减小噪音区间中的输出信号。

如以上那样，根据该实施方式3，构成为具备监视输入信号的信号值的变化量的信号变化量计算部207，考虑信号值的变化量来计算移动平均的系数ratio，所以能够构成信号的上升缓慢、且下降急剧的滤波器，能够抑制声音区间的开始部分的信号值，并且抑制混响感。

另外，在上述实施方式3中，示出了将信号变化量计算部207应用于实施方式2所示的语头抑制部103a的结构，但也可以应用于实施方式1所示的语头抑制部103。

另外，本申请发明能够在该发明的范围内，实现各实施方式的自由的组合、或者各实施方式的任意的构成要素的变形、或者各实施方式中的任意的构成要素的省略。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明的混响抑制装置能够抑制对音场的混响感降低有效的声音区间的开始部分的信号值，适用于具备麦克风和扬声器的各种装置的混响抑制。

Claims (5)

1.一种混响抑制装置，具备：

回声消除部，去除输入信号中包含的回声分量；

啸声抑制部，根据在所述回声消除部中被去除了回声分量的所述输入信号的频率特性，检测啸声的发生，使所检测出的啸声分量的频率的电平衰减；以及

语头抑制部，检测在所述啸声抑制部中啸声分量的频率电平被衰减的所述输入信号的声音区间，抑制所检测出的声音区间的声音开始部分的信号值。

2.根据权利要求1所述的混响抑制装置，其特征在于，

所述语头抑制部具备：

滤波器部，根据滤波系数，对从所述啸声抑制部输入的输入信号的信号值进行变换；

短时间功率移动平均计算部，参照从所述啸声抑制部输入的输入信号，计算取规定时间区间的信号值的功率的移动平均而进行了平滑化的短时间功率；

滤波系数设定部，根据从所述啸声抑制部输入的输入信号的特性，设定所述滤波系数中的参数；

滤波系数计算部，根据所述短时间功率移动平均计算部计算出的短时间功率、和所述滤波系数设定部所设定的滤波系数中的参数，计算所述滤波系数；以及

系数限制部，设定所述滤波器部的滤波系数的上限值，

所述滤波器部根据所述滤波系数计算部计算出的滤波系数、或者所述系数限制部所设定的滤波系数的上限值，对所述输入信号的信号值进行变换。

3.根据权利要求2所述的混响抑制装置，其特征在于，

具备长时间功率移动平均计算部，该长时间功率移动平均计算部参照从所述啸声抑制部输入的输入信号，计算取比所述短时间功率移动平均计算部在计算中使用的时间区间长度长的时间区间的信号值的功率的移动平均而进行了平滑化的长时间功率，

所述滤波系数设定部根据所述长时间功率移动平均计算部计算出的长时间功率，设定所述参数。

4.根据权利要求2所述的混响抑制装置，其特征在于，

具备信号变化量计算部，该信号变化量计算部计算从所述啸声抑制部输入的输入信号的信号值的变化，通过与所计算的变化对应的迟滞特性，检测所述声音区间的声音开始部分以及声音结束部分中的信号值的变化，

所述滤波系数计算部根据所述信号变化量计算部检测出的所述声音区间的声音开始部分及声音结束部分中的信号值的变化、所述短时间功率移动平均计算部计算出的短时间功率、以及所述滤波系数设定部所设定的滤波系数中的参数，计算所述滤波系数。

5.根据权利要求3所述的混响抑制装置，其特征在于，

具备信号变化量计算部，该信号变化量计算部计算从所述啸声抑制部输入的输入信号的信号值的变化，通过与所计算的变化对应的迟滞特性，检测所述声音区间的声音开始部分以及声音结束部分中的信号值的变化，

所述滤波系数计算部根据所述信号变化量计算部检测出的所述声音区间的声音开始部分及声音结束部分中的信号值的变化、所述短时间功率移动平均计算部计算出的短时间功率、以及所述滤波系数设定部所设定的滤波系数中的参数，计算所述滤波系数。