JP2001202100A - 無音区間の指数的なエコーおよび雑音の低減化 - Google Patents

無音区間の指数的なエコーおよび雑音の低減化

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ミヒヤエル・マウラー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＫシステムで、有用な音響信号を伝送する
ために、エコーおよび／または雑音信号を低減化する方
法を提供すること。 【解決手段】 無音区間が存在するとき、低減化が無音
区間の検出によって決定され、歪んだ有用な信号は、時
間依存制御信号ａ０（ｔ）または走査速度ｆＴ＝１／Ｔ
の周期で繰り返す制御信号ａ０（ｋ）によって変更され
る。本方法は、有用な信号で音声信号が存在している
間、制御信号ａ０（ｋ）の振幅が、一定の所定振幅値ｃ
０に設定され、無音区間が始まるとき、制御信号ａ
０（ｋ）の振幅が、漸化式ａ０（ｋ＋１）＝ａ０（ｋ）
・β、β＜１に従って１つのサンプル値から次へと継続
的に減衰されるような方法で、制御信号ａ０（ｋ）を変
動させることを特徴としている。無音区間の終了後、ａ
０（ｋ）が再度ｃ０に等しく設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】有用な音響信号、特に人間の
音声を伝送する通信システムにおいて、エコーおよび／
または雑音（ノイズ）信号を低減化する方法であって、
有用な信号および干渉信号の混合が音声信号を含有する
とき、または無音区間が存在するとき、無音検出によっ
て判定を行うこと、および、２入力乗算器を使用するこ
とで有用な信号の振幅を変動させることを含み、有用な
信号は、サンプリングレートｆＴ＝１／Ｔでクロックさ
れた時間依存制御信号ａ０（ｔ）または制御信号ａ
０（ｋ）に応じて、一般にエコーおよび／または雑音信
号によって妨害され、ここで、ｋ∈Νは、サンプルの数
を示し、Ｔは、１つのサンプルから次までの時間を示
す。
【０００２】そのような方法は、例えばＤＥ４２２９９
１２Ａ１で知られている。
【０００３】
【従来の技術】人々の間の自然な通信の際、基本的に
は、話される言葉の振幅は、自動的に音響環境に適合す
るようなる。しかし、遠隔地で話される通信では、話し
ている相手とは、同じ音響環境ではなく、さらに他の場
所の音響状態を認識してもいない。問題は、通信者の一
方が、自分の周囲の音響的な環境のためにかなり大きく
話さなければならないのに対し、通信者の他方は、音響
的に静かな環境にいて、低い振幅の音声信号で話してい
るときに、とりわけ急激に発生する。
【０００４】他の問題は、ＴＫチャンネルで「電気的な
原因」の何らかの雑音が発生し、これが有用な信号の背
景として副次的に伝送されることである。さらに、望ま
しくない背景の雑音（街路、工場、事務所、食堂、飛行
機騒音などからの雑音）を減衰させたり、完全にカット
することにも利点がある。電話中の快適さ向上するため
に、あらゆる種類の雑音をできる限り低くく抑えること
が一般に試みられている。
【０００５】結局、ＴＫ通信でも、エコーと呼ばれるも
のが発生し、それは回線エコーとして２芯ＴＫネットワ
ークに存在し、そのエコーは、例えば簡単に発生し、音
響的なエコーの形でＴＫ端末の快適さを減少させる可能
性がある。
【０００６】したがって、一般に音声信号および歪んだ
信号の混合の伝送では、雑音およびエコーなどの歪んだ
信号振幅をできる限り、減少させることが重要である。
【０００７】雑音の低減化のための知られている方法
は、「スペクトルサブトラクション（ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ）」と呼ばれるもので、それ
については、例えば１９９８年にドレスデンのＩＴＧ
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＴＧテ
クニカルコンフェレンス）のＳ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ
およびＰ．Ｊａｘ著の出版物「Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏ
ａｃｈ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｂａ
ｓｅｄ ｏｎ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｍａｓｋｉｎｇ ｅ
ｆｆｅｃｔ（聴覚的マスキング効果ベースの雑音低減化
への新しいアプローチ）」で述べられている。これに
は、音響的マスキング閾値（例えば、ＭＰＥＧ標準によ
る）を考慮に入れるスペクトルの雑音低減化方法が含ま
れている。そのような方法の欠点は、前記音響的マスキ
ング閾値の判定が複雑なプロセスで、この方法に関連付
けられる動作すべてを実行することには、かなりの計算
の手間を必要とすることである。スペクトルサブトラク
ションでは、音声休止間の雑音が、最初に測定され、電
力密度スペクトルの形式でメモリに断続的に格納され
る。電力密度スペクトルは、フーリエ変換を介して得ら
れる。音声が発生するとき、格納された雑音スペクトル
は、実際に歪んだ音声スペクトルから「最良現行推定
値」として取り除かれ、ついで、同じ時間領域で逆変換
されることにより、このようにして歪んだ信号のための
雑音の低減化が行われる。
【０００８】スペクトルサブトラクションの他の欠点
は、基本的に厳密ではない雑音推定、およびそれに続く
除去のプロセスによって、「音楽のトーン」として認識
可能な出力信号で、不具合が生じることである。さら
に、この知られている方法は、ＴＫ通信リンクのエコー
信号の排除には適してはいない。
【０００９】上部に引用された参照でも述べられている
拡張されたスペクトル信号処理では、スペクトルサブト
ラクションを利用することで、雑音および音声自体のた
めの電力密度スペクトルが最初に推定される。これらの
部分的なスペクトルを知り、ＭＰＥＧ標準のルールの例
を利用することで、ついで人間の耳に対するスペクトル
の音響的マスキング閾値ＲＴ（ｆ）が計算される。雑音
および音声に対するこのマスキング閾値および推定のス
ペクトルを利用することで、ついで簡単なルールを適用
することで、音声の本質的なスペクトル部分をできる限
り変えないようにするフィルタ通過曲線Ｈ（ｆ）が計算
され、一方雑音のスペクトル部分はできる限り減衰させ
る。
【００１０】ついで、もともと歪んでいる音声は、この
フィルタを通すことのみを必要とし、そうすることで歪
んだ信号の雑音を低減化が行われる。この方法の利点
は、目下の歪んだ信号に「何も加えず、何も除かない」
こと、それによって、推定エラーは、ほとんど認知でき
ない程度になるか、または全くなくなる。この欠点は、
再度スペクトルの雑音除去のためのかなりの計算の手
間、およびエコー除去のために適応フィルタを上流に接
続する必要があることである。
【００１１】知られているコンパンダでの方法では、前
記の引用した特許ＤＥ４２２９９１２Ａ１の例でも述べ
られているように、雑音およびエコーの減衰の程度は、
定められた所定の変換関数に従って確立され、当該変換
関数は、とりわけ、微小な入力信号の場合においてさ
え、レベル低減化の効果がある。
【００１２】コンパンダは、最初、音声信号を、事実
上、入力から出力まで一定の所与の（事前設定の）「通
常の音声信号レベル」（時々ノーマルラウドネスと呼ば
れる）で伝送する。
【００１３】次に、例えば話し手がマイクに近すぎるた
めなどで入力信号が常に過大である場合、ダイナミック
コンプレッサは、通常の場合とほどんど同じ値にまで出
力レベルを絞る。それは、コンパンダでの実際の振幅
は、入力信号が大きくなるにつれ直線的に減少するため
である。この特性のおかげで、コンパンダシステムの出
力での音声は、入力の大きさの増減がどのようになるか
にかかわりなく、ほぼ一定のままである。
【００１４】他方、通常よりも低いレベルの信号がコン
パンダの入力に送られる場合、信号はさらに減衰する。
それは、できる限り減衰させた形式で背景雑音のみを伝
送するために、振幅が削減されるからである。
【００１５】したがってコンパンダは、通常レベルより
大きいまたは同等の音声信号レベル用のコンプレッサお
よび通常レベルより小さい信号レベル用のエキスパンダ
から構成されている。このため、エキスパンダでの振幅
の減衰がよりはっきりするために、入力レベルはより小
さくなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】コンパンダでの解決策
の欠点は、知られているプロセスを実行するためにかな
りの計算の手間を必要とすることである。さらに、一方
で音声信号レベルを圧縮し、他方でそれを伸長すること
は、音声の大きさで変動を引き起こし、それは、しばし
ば、主観的に不満足なものとして認識され、すなわち、
聴覚的に不満足な印象を作り出す結果となるような音声
信号に変わってしまう。
【００１７】本発明の目的は、対照的に、最初で述べた
特性を有する方法を提案するもので、複雑さが緩和さ
れ、経済性に優れたやり方が可能になり、大部分の計算
の手間なしで、さらにコンピュータメモリおよびデータ
記憶空間のための必要性が減少するというその方法によ
って、エコーおよび雑音減衰が、人間の耳に対してでき
るかぎり心地よい全体的な音響的な印象を作り出すため
の簡単な手段を使用して達成され、これはさらに好みに
よる個人の必要に適合するようにもすることができる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、有用な信号中に音声信号が存在する場合に、制御
信号ａ０（ｔ）またはａ０（ｋ）の振幅が一定の所定振
幅値ｃ０に設定され、無音区間が有用な信号で始まると
き、制御信号ａ０（ｔ）またはａ０（ｋ）の振幅が、漸
化式 ａ０（ｋ＋１）＝ａ０（ｋ）・β、 β＜１ に従って１つのサンプル値から次へと継続的に減衰さ
れ、無音区間の終了後、ａ ０（ｋ）が再度ｃ０に戻るよ
うな方法で、制御信号ａ０（ｔ）またはａ０（ｋ）を変
動させることで、効果的と同時に簡単な仕方で達成され
る。
【００１９】これは、非常に簡単で、経済性に優れた方
法を提供し、これにより、好ましくは、無音区間の歪ん
だエコーおよび雑音信号を減衰させるので、歪みの低減
化に関して、驚くほどの良い品質を達成する。話自体を
している時間に、歪んでいる雑音は、少なくとも部分的
にマスキングされるので、人間の耳には、はっきりとは
認識できない程度になる。知られているコンパンダでの
方法により圧縮せずに行うことによって、元々の音声信
号は、変動はかなり減少するため、基本的に、回線の他
の端で、より良い音の音声信号が得られる。さらに、本
発明による方法は、コンパンダでの方法よりも計算能力
を必要とはしない、それは少なくとも圧縮が省かれてい
るためである。同様に、データ記憶およびコンピュータ
メモリのためのより少なくしか必要とはしないので、知
られている方法と比較して、このことは、本発明による
方法をより簡単で、より低価格なものとしている。
【００２０】効果的な雑音の減衰を成し遂げるために、
無音区間で、伝送される信号電力は、コンパンダでの方
法の入力レベルに左右される減少とは異なり、時間指数
関数に従って減少する。このことで、すでにかなりの雑
音の減衰が成し遂げられ、さらに無音区間の際の雑音の
低減化で、大きな雑音の後に発生にする耳をつんざくよ
うな効果はかなり減少するので、聴取のためのストレス
は明らかに少なくなる。音声が再び始まるとき、耳はよ
り敏感に反応し、より正確に聴くことができる。
【００２１】係数βが、継続的な時間低減化がおおよそ
人間の耳の知覚の時定数τ１に対応するように選択され
ることには利点がある。このことは、強烈な雑音の刺激
の後、人間の耳は、やがて時定数τ１で減衰する変動曲
線を下回る振幅になる強烈な音響的刺激の終了後、新し
い雑音の刺激を知覚しないことを意味している。したが
って、本発明による方法の一変形形態が好ましく、この
場合、係数βは、サンプリングレートｆＴ、時間定数τ
１、事前定義された一定の係数ｃ１から、β＝ｃ１・ｅ
ｘｐ（−１／τ１ｆＴ）で求められる。
【００２２】人間の場合、時定数τ１は、５０ｍｓから
１５０ｍｓの間、好ましくはτ１≒６５ｍｓになるよう
に選択される。
【００２３】時定数τ１に従って正確に係数βを必要な
数にするためには、ｃ０＝１を選択することが最良であ
る。
【００２４】前述の反復公式による歪み信号の継続的な
指数的減衰が制限されていない場合、ａ０（ｋ）の値
は、ｋが増加するにつれ急速にかなり小さくなりゼロに
近づくことになる。しかし、このことは、常に望ましい
とはかぎらない、なぜならば、多くの場合、人々は、話
の合間の際、ＴＫ回線が突然「使えなくなってしまっ
た」または中断したという印象をさけることになるよう
な低いレベルの残留雑音を聞ききたがるからである。し
たがって、本発明による方法の一変形形態、それは、先
行する値ａ０（ｋ）がｃ２より小さいまたは等しくなっ
た場合、無音区間および／またはエコー信号の存在部分
では、ａ０（ｋ＋１）を、事前定義された定数値ｃ２と
推定する形態が好ましい。
【００２５】さらに、無音区間での信号レベルの低減化
の程度を、ＴＫチャンネルの瞬間的状態に適合するよう
に構成することが望ましい。
【００２６】例えば、雑音が、瞬時の雑音レベルＮの関
数として、または信号対雑音の差Ｓ／Ｎのｇ（Ｓ／Ｎ）
の関数に応じる仕方で低減化されることが好ましい、し
かし、短時間のエコーは、より強力に低減化することが
でき、エコーが終了した後に、低減化状態を、雑音の低
減化に使用されるより小さな値に戻すことができる。
【００２７】無音区間および／またはエコー信号の存在
部分で、ａ０（ｋ）≦ｃ２のために、ここでｃ２は事前
定義された定数であるが、目下使用されている通話チャ
ンネルの雑音レベルＮの電力値が継続的に測定および／
または推定されることと、目下の雑音レベルＮに応じて
制御信号ａ０（ｋ＋１）が、継続的にａ０（ｋ＋１）＝
ｆ（Ｎ）に従って調整されることとを特徴とする方法の
一変形形態を適用することは特に好ましい。
【００２８】このようにして、雑音減衰の程度は、実際
に発生する雑音の電力Ｎの関数として自動的に制御さ
れ、所定および事前定義された方法に沿った電話チャン
ネルの瞬時の雑音値に適合されるように構成される。ｆ
（Ｎ）の関数の選択によって、作り出される信号全体の
主観的な印象にも適合するようにすることができる。こ
の方法の変形形態の他の利点は、電話チャンネルの束の
場合、例えば、国際通話ステーション間で個々の各チャ
ンネルの雑音状態は、１つのチャンネルと別のチャンネ
ルとではかなり異なることも当然よく起きる可能性があ
るが、その状態の個々の調整、最適化を自動的に行うこ
とができることである。
【００２９】所与の関数ｆ（Ｎ）が、伝送される有用な
信号の信号レベルＳの電力値と雑音レベルＮの電力値の
比率Ｓ／Ｎに応じる関数ｇ（Ｓ／Ｎ）であること、また
は、所与の関数ｆ（Ｎ）が、前記比率の逆数に応ずる関
数ｇ’（Ｎ／Ｓ）であることを特徴とする本発明による
方法の一変形形態が特に好ましい。実際の実現をより簡
単にするために、（Ｓ＋Ｎ）／Ｎまたは（Ｓ＋Ｎ）／Ｓ
の関数もまた使用することができる。
【００３０】上述の方法の変形形態の利点は、電話チャ
ンネルの束の中の有用な信号レベルＳが大きく変動する
場合、雑音の低減化のための適切な調整が常に行われる
ことになるということである。雑音の減衰が、逆数Ｎ／
Ｓに比例して制御される場合、関数ｇ’（Ｎ／Ｓ）を、
ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に、例えば１６ビ
ットの固定コンピュータワード長で、特に簡単なソフト
ウェアを使用することで容易に実装することができ、そ
れは、Ｎ／Ｓに対して、数値範囲０＜Ｎ／Ｓ＜１が、雑
音の低減化を制御するために主に関連があったりまたは
関係があるからである。
【００３１】音響聴取テストは、Ｓ／Ｎ＝０ｄＢで、音
声が明らかに非常に歪むことを示しているので、自然な
響きの音声に関連した全体的音響的な印象が低下するこ
とを避けるべき場合、雑音は、５から１０ｄＢの間、好
ましくは６から８ｄＢの間の限られた程度のｆ０または
ｇ０の値だけ低減化することができる。信号対雑音の比
率Ｓ／Ｎ＜０ｄＢのより不利な値の場合でさえ、さらに
他のいかなる雑音の低減化もただ全体的な印象を悪くす
るだけなので、ｆ０またはｇ０の値を保持することがで
きる。
【００３２】これらの研究により、平均的なＳ／Ｎ値
で、雑音の低減化がより顕著である可能性がある。これ
においては、１０から１５ｄＢの範囲に最大値がある。
雑音減衰ｆｍａｘまたはｇｍａｘの値は、最大２０から
３０ｄＢの間、好ましくは、約２５ｄＢであるべきであ
る。
【００３３】Ｓ／Ｎ＞４０ｄＢなどのとても良好な雑音
値では、０から３ｄＢの間の最小の低減化で、伝送され
る音声の自然さができる限り保てるようにすべきであ
る。
【００３４】音声の響きおよびその解読度は、関数ｆ
（Ｎ）またはｇ（Ｓ／Ｎ）が、上述の３つの範囲を超え
て継続的な仕方で一貫している場合に、とりわけ良好
で、この場合、ＮまたはＳ（Ｎ）が急速に変動してもフ
ィルタリングで滑らかにすることができる。
【００３５】これは、ハードウェアおよび／またはソフ
トウェアの観点からは、実現が比較的簡単である。それ
は、関数ｆ（Ｎ）あるいはｇ（Ｓ／Ｎ）またはｇ’（Ｎ
／Ｓ）が、３つの前述の動作点間で、直線的な特性線部
分によって概算（部分的直線概算）されるからである。
【００３６】本発明による方法のよりやや複雑で、しか
し結果がより良い音響図形である、そのような一変形形
態では、多項の関数を使用して、論じられた３つの範囲
の継続的な関数ｆ（Ｎ）あるいはｇ（Ｓ／Ｎ）または
ｇ’（Ｎ／Ｓ）を実装し、その結果、ねじれた鐘状の関
数のタイプとなる。
【００３７】関数ｆ（Ｎ）およびｇ（Ｓ／Ｎ）または
ｇ’（Ｎ／Ｓ）の雑音レベルＮの低減化が、人間の耳に
よって聴取可能なスペクトルの音響心理学的平均値に従
って、聴覚的に補われるように、選択される本発明によ
る方法の一変形形態は、特に好ましい。これでは、Ｓお
よび／またはＮに対する値が、ただ瞬時の電力からのみ
ではなく、ＳまたはＮそれぞれの加重されたスペクトル
の変動からも決定され、聞き取るために適する雑音の低
減化、すなわち心理的、聴覚的に心地よく響くものが得
られる関数を介して、包括的に達成される。聴覚的に心
地よく響く雑音の低減化は、簡単には測定できないの
で、広範な聴取テストですべての品質の評価が考慮に入
れられ、その後、評価段階（音声コーデックの場合と類
似）を得るために、その目的に最適の統計学的な方法
で、評価される。
【００３８】良い雑音レベルの判定には、優れた無音区
間検出器が必要とされ、それによってのみ、人は、無音
区間で、しばしば実際にある雑音と音声の一部の混合が
まったくなく、ただ歪んだ雑音のみが存在していること
を確信することができるからである。
【００３９】そのため、無音検出器（ＳＰＤ）で、短時
間出力信号ｓａｍ（ｘ）、中時間出力信号ｍａｍ
（ｘ）、長時間出力信号ｌａｍ（ｘ）が、短時間レベル
推定器、中時間レベル推定器、長時間レベル推定器、そ
れぞれによって形成されることと、３つの出力信号、ｓ
ａｍ（ｘ）、ｍａｍ（ｘ）、ｌａｍ（ｘ）は、入力信号
ｘが純然たる雑音信号のとき、適する増幅率によって調
整が行われることで、大きさにおいてほぼ等しくなるこ
とと（この場合、ｓａｍ（ｘ）＜ｍａｍ（ｘ）＜ｌａｍ
（ｘ）である）、３つの出力信号、ｓａｍ（ｘ）、ｍａ
ｍ（ｘ）、ｌａｍ（ｘ）が、比較器（コンパンダ）によ
り監視されることと、ｓａｍ（ｘ）とｍａｍ（ｘ）の両
方が、最初、ｌａｍ（ｘ）よりも大きくなるとき、入力
信号ｘとして音声信号があると見なされ、一方ｓａｍ
（ｘ）および／またはｍａｍ（ｘ）が、ｌａｍ（ｘ）よ
りも小さくなるときは、無音区間があると見なされるこ
ととを特徴とする方法の一変形形態が特に好ましい。
【００４０】時間信号の種々の平均値の形成の比較的簡
単なこのタイプのおかげで、驚くほど良好に無音区間の
検出が、すでに成し遂げられており、しかもほんの少し
の計算の手間しか必要ではないのである。
【００４１】この方法の変形形態の他の一発展形態で
は、無音区間の推定のために、３つの出力信号、ｓａｍ
（ｘ）、ｍａｍ（ｘ）、ｌａｍ（ｘ）が、様々な入力信
号ｘを持つ複数のシナリオで訓練されたニューラルネッ
トワークに送られる。ニューラルネットワークが、多数
の入力パラメータと望ましい出力値間の線形的および非
線形的な関係を描写することができることは利点とな
る。このための前提条件は、ニューラルネットワーク
が、最初に十分な量の入力値および関連付けられる出力
値で訓練されていることである。こうして、ニューラル
ネットワークは、様々な種類の歪んでいる雑音がある場
合の無音区間の検出のタスクのために、とりわけ良好に
適合される。
【００４２】雑音信号の認識および低減化に加えて、エ
コー信号の存在も、検出および／または予測され、対応
するエコー信号を圧縮および減衰するようにすることは
好ましい。電話チャンネルで、雑音に加えてエコーも発
生するとき、これらは、基本的にエコーの所定の信号持
続時間τＥ、ならびにチャンネルの所定のエコーカップ
リングＥＲＬおよび戻りチャンネルのエコーを引き起こ
す信号強度ＥＳによって予測することができる。この推
定は、放出される音声信号およびその瞬時の電力の関数
として、遅延するエコーのサイズが推定される方法で実
行することができる。各ケースで推定される各エコー信
号が、所定の短時間セグメント内で所定の閾値ｔｈｒｓ
を超過したとき、このエコーの作用している信号が、さ
らに短時間の間、例えば上述の指数的減衰によって、エ
コー信号の本質的な低減化のための必要な値に、減衰さ
れることは好ましい。同様に、エコーが存在するとき、
コンパンダ特性曲線を、短時間の間、入力の大きさがよ
り大きい方向に置き換えることができ、エコーがなくな
ってしまうならば、元々の位置に戻ることができる。
【００４３】制御信号ａ０（ｋ＋１）が、ａ０（ｋ＋
１）＝ｈ（Ｎ、Ｓ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ）に従って継続
的に調整され、ｈ（Ｎ、Ｓ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ）が、
雑音レベルＮの所定の関数、信号レベルＳ、話す側から
反対の方向への有用な信号ＥＳ、エコー信号の一定の遅
延τＥ、エコー信号振幅の減衰定数ＥＲＬである、この
方法の変形形態の他の一発展形態が特に好ましい。
【００４４】聴覚に適する雑音の低減化を、雑音の低減
化とは別個のエコーの低減化と組み合わせることができ
ることには利点がある。このことは、電話チャンネルに
実際のところ背景雑音がないときに特に重要で、それ
は、そのときに雑音の減衰が無く、したがって発生する
エコー信号が妨害のない発呼側に到達する可能性がある
ためである。
【００４５】エコーの減衰の制御から雑音の低減化の制
御を分離することは適切である。それは、雑音およびエ
コーは、お互いに無関係に発生し、典型的に全く異なる
物理的な影響が原因でもあるからである。しかし、通常
の低減化関数Ｒは、数学的に生成することができ、これ
は、雑音とエコーの両方に対する信号レベルの減衰を記
述する。すなわち、 Ｒ（Ｓ、Ｎ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ、ｔｈｒｓ）〜ｇ（Ｓ
／Ｎ）・ｄ（ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ、ｔｈｒｓ） ここで、ｇ（Ｓ／Ｎ）は、前述の雑音の低減化で、
ｄ（．．．）は、推定されるエコー信号が所定の閾値ｔ
ｈｒｓを超えるとき、さらに別個に発生するエコーの減
衰を指している。
【００４６】エコーの低減化の時間中に、人工雑音信号
が有用な信号に追加される方法の一変形形態には、特に
利点がある。
【００４７】一定の雑音レベルでは、雑音の減衰も一定
である。音声のリズムで突然に付加的なエコーの低減化
が発生するならば、音声リズムで雑音の減衰（少なくと
も短時間のセグメントで）も生じることになる。このこ
とで、自然に聞こえない背景雑音がプラスされることに
なる。したがって、付加的なエコーの低減化が発生する
時に、通常の背景雑音とほぼ同じ大きさの適切な雑音発
生器からの合成雑音を、処理される信号に加えることに
は利点がある。このことで、聞き手に対する背景雑音が
可能な限り一定になる。
【００４８】雑音発生器は、人工雑音信号が快いと音響
心理的に知覚される音響信号シーケンス（心地よい雑
音）を備えるように設計することができる。
【００４９】しかし、合成による背景雑音の代わりに、
適切な強さでその前に発生している実際の背景雑音の１
区分を、エコー時間のセグメントの際に取り入れること
ができる。そのとき、追加される雑音は、その前の雑音
とは事実上差異はなく、したがって聞き手には歪んでい
るような音響的な変化がないことになる。
【００５０】音響的マスキングの効果に雑音を加えるこ
と、ならびに雑音およびエコーの個別処理に対する処置
が、互いに正確にマッチングするとき、「難しい（エコ
ーに加えて雑音がある）」環境でさえ、音声の印象が快
いものとなる。
【００５１】伝送される有用な信号がスペクトルサブト
ラクションによって決まる本発明による方法の一変形形
態も特に好ましい。音声休止中のその次のレベルの減衰
を伴うスペクトルサブトラクションの利点は、最初に、
スペクトルサブトラクションで歪んでいる雑音の一部
が、音声信号自体から除去され、この後にのみ、音声の
休止に、述べた仕方の雑音およびエコーがないことであ
る。主観的なテストでは、総括的にこの組み合わせで、
スペクトルサブトラクション単独よりもより良い聴取印
象になった。
【００５２】結局、本発明による方法の他の特に利点の
ある一変形形態は、伝送される有用な信号が、人間の聞
き取り感覚に適合するように構成されたスペクトルフィ
ルタリングで決まることを定めている。ここでも、スペ
クトルサブトラクションで、雑音、音声、エコーの推定
が最初に実行され、ついで聴覚に適するマスキング閾値
が決定され、ついで音声部分には可能な限り歪みをなく
し、エコーおよび雑音部分が可能な限り大幅に圧縮され
るように、適切に調整された信号全体が伝送フィルタで
処理される。
【００５３】無音区間のその次のレベルの減衰の組み合
わせで、聴取印象が一層さらに改善される。
【００５４】本発明の範囲には、上述した本発明による
方法をサポートするサーバユニット、および本方法を実
装するためのコンピュータプログラムも含まれる。本方
法は、ハードウェア回路とコンピュータプログラムの形
式の両方で実現することができる。強力なＤＳＰ用の最
近のソフトウェアプログラミングが好ましく、それは新
しい知識および付加的な機能を、現存のハードウェアベ
ースでソフトウェアを変更することでより容易に実装す
ることができるからである。しかし、プロセスはハード
ウェアモジュール、例えばＴＫ端末または電話としても
実装することができる。
【００５５】本発明の他の利点は、記述および図面で明
らかになる。同様に先に述べた特徴、およびそれに続い
て示したあらゆるものは、各ケースで、単独でまたはあ
らゆる組み合わせていくつかを一緒に適用することがで
きる。示し、述べた実施形態は、限定的にではなく、む
しろ本発明を例示する例として理解されるべきである。
【００５６】本発明が図面で例示され、例示実施形態に
関連してより詳細が説明されることになる。
【００５７】
【発明の実施の形態】時間ｔおよびサンプル番号ｋの関
数として図１に示されている制御信号ａ０は、音声信号
が検出される最初の区間Ｔ１の間、値ｃ０＝１が保持さ
れる。時間セグメントＴ２の無音区間で、制御信号ａ０
は、０よりわずかに大きい定数ｃ２に減少し、ついで音
声信号が区間Ｔ３の間に再開するとき、再び値ｃ０＝１
（または幾分かほかの自由に選択可能な定数）に急激に
増加する。結果的に、音声区間Ｔ１およびＴ３の間、信
号全体において、歪んでいる信号の圧縮はなく（または
他の例ではわずかに）なり、その結果、音声信号は、可
能な限り変更なしで、妨害なく伝送される。区間Ｔ２の
無音区間で、エコーおよび雑音信号の最も効果的な圧縮
が、可能な限り迅速に（指数的に）実装されるが、本例
では、これらは０ではなくて、わずかな残留値ｃ２に減
衰することで、反対側で回線が「使用できない」という
印象を作り出すことを回避することができる。エコーが
発生するとき、減衰低下が ｃ３＜ｃ２ の残余値まで行われる。
【００５８】図２は、無音区間検出器があり、上述の低
減化関数Ｒ（Ｓ、Ｎ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ、ｔｈｒｓ）
に対応する雑音およびエコーの低減化のための仕組みの
機能上の方法を図で示したものである。
【００５９】図３ａから４ｂで示しているすべての曲線
について、Ｓ／Ｎ＜０ｄＢ、すなわち背景雑音がとりわ
け大きいケースに対する関数値ｇまたはｇ’が、ほぼ６
ｄＢに等しい雑音低減化の定数ｇ０に変更される。Ｓ／
Ｎ＝０ｄＢから開始して、信号対雑音の比率Ｓ／Ｎが徐
々に改善されるにつれ、雑音の低減化は増大して、Ｓ／
Ｎが約１２ｄＢで、最大ｇｍａｘ≒２５ｄＢにまで達す
る。Ｓ／Ｎ比がさらに増大する場合、雑音の低減化の程
度は、わすかな背景雑音が存在するときのために最終的
にゼロの方向に向かい、伝送される有用な信号に少しの
操作が行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】音声信号が存在するとき、無音区間、音声信号
が再開するときの制御信号ａ０を示す図である。
【図２】制御される信号減衰のための仕組みのスキーマ
を示す図である。
【図３ａ】線形近似値の関数ｇ（Ｓ／Ｎ）を示す図であ
る。
【図３ｂ】対応する関数ｇ’（Ｎ／Ｓ）を示す図であ
る。
【図４ａ】ねじれた鐘状の曲線の関数ｇ（Ｓ／Ｎ）を示
す図である。
【図４ｂ】対応する関数ｇ’（Ｎ／Ｓ）を示す図であ
る。
【符号の説明】
Ｔ１、Ｔ３ 音声区間 Ｔ２ 無音区間 Ｎ 雑音 Ｓ 信号 Ｅ エコー ＥＳ 話す側から反対の方向への有用な信号 τＥ エコー信号の一定の遅延 ＥＲＬ エコー信号振幅の減衰定数 ＳＰＤ 無音検出器 Ｓ／Ｎ 信号対雑音の比率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒヤエル・マウラー ドイツ国、71336・バイブリンゲン、イ ム・ライズガー・28

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有用な音響信号、特に人間の音声を伝送
    するために、通信システムにおいてエコーおよび／また
    は雑音信号を低減化する方法であり、 有用な信号および干渉信号の混合が音声信号を含有する
    とき、または、無音区間が存在するときを、無音検出に
    よって判定を行うステップと、 ２入力乗算器を使用することで、有用な信号の振幅を変
    動させるステップとを含む方法であり、 有用な信号が、時間依存制御信号ａ０（ｔ）またはサン
    プリングレートｆＴ＝１／Ｔでクロックされた制御信号
    ａ０（ｋ）に応じて、一般にエコーおよび／または雑音
    信号によって妨害され、ｋ∈Νが、サンプルの数を示
    し、Ｔが、１つのサンプルから次のサンプルまでの時間
    を示す方法であって、 有用な信号中に音声信号が存在する場合に、制御信号ａ
    ０（ｔ）またはａ０（ｋ）の振幅が、一定の所定振幅値
    ｃ０に設定され、有用な信号の無音区間の初めから、制
    御信号ａ０（ｔ）またはａ０（ｋ）の振幅が、漸化式 ａ０（ｋ＋１）＝ａ０（ｋ）・β、 β＜１ に従って１つのサンプルから次のサンプルへと継続的に
    減衰し、無音区間の終了後、ａ０（ｋ）が、ｃ０に等し
    く設定されるように、制御信号ａ０（ｔ）またはａ
    ０（ｋ）が、変動することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 係数βが、サンプリングレートｆＴ、時
    定数τ１、事前定義された一定の係数ｃ１から、関係式 β＝ｃ１・ｅｘｐ（−１／τ１ｆＴ） に従って求められることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 時定数τ１が、５０ｍｓから１５０ｍｓ
    の間、好ましくはτ １≒６５ｍｓになるように選択され
    ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 定数値ｃ０が、１と等しくなるように選
    択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
    項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 先行する値ａ０（ｋ）が、ｃ２より小さ
    いまたは等しくなった場合、無音区間および／またはエ
    コー信号の存在部分では、ａ０（ｋ＋１）が、事前定義
    された定数値ｃ２であると推定することを特徴とする請
    求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ｃ２を事前定義された定数とすると、無
    音区間および／またはエコー信号の存在部分で、ａ
    ０（ｋ）≦ｃ２であるために、目下使用されている通話
    チャンネルの雑音レベルＮの電力値が、継続的に測定お
    よび／または推定されることと、 ｆ（Ｎ）をＮの所定の関数とすると、目下の雑音レベル
    Ｎに応じて、制御信号ａ０（ｋ＋１）が、継続的にａ０
    （ｋ＋１）＝ｆ（Ｎ）に従って、調整されることとを特
    徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 所与の関数ｆ（Ｎ）が、伝送される有用
    な信号の信号レベルＳの電力値と雑音レベルＮの電力値
    との比率Ｓ／Ｎに応じる関数ｇ（Ｓ／Ｎ）であること、
    または、所与の関数ｆ（Ｎ）が、前記比率の逆数に応ず
    る関数ｇ’（Ｎ／Ｓ）であることを特徴とする請求項６
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】 １／Ｎ＜＜１またはＳ／Ｎ＝０ｄＢの場
    合、関数ｆ（Ｎ）またはｇ（Ｓ／Ｎ）が、それぞれ定数
    値ｆ０＞０またはｇ０＞０で開始し、ＮまたはＳ／Ｎ＝
    １０ｄＢから１５ｄＢの間で、好ましくはＮまたはＳ／
    Ｎ≒１２ｄＢで、それぞれ範囲の最大ｆｍａｘまたはｇ
    ｍａｘに上昇し、それぞれ最小値ｆｍ ｉｎまたはｇ
    ｍｉｎに、好ましくは０ｄＢに減少し、 ここで、５ｄＢ≦ｆ０、ｇ０≦１０ｄＢ、好ましくは、
    ６ｄＢ≦ｆ０、ｇ０≦８ｄｂであり、２０ｄＢ≦ｆ
    ｍａｘ、ｇｍａｘ≦３０ｄＢ、好ましくは、ｆｍａ ｘ、
    ｇｍａｘ＝２５ｄＢであることを特徴とする請求項７に
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 関数ｆ（Ｎ）またはｇ（Ｓ／Ｎ）が、少
    なくとも部分的に、好ましくはすべての部分で、線形的
    であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 関数ｆ（Ｎ）またはｇ（Ｓ／Ｎ）
    が、多項式から構成され、ねじれた鐘状の関数の曲線で
    あることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 雑音レベルＮの低減化が、人間の耳に
    よって聴取可能なスペクトルの音響心理学的平均値に従
    って、聴覚的に補償されるように、関数ｆ（Ｎ）および
    ｇ（Ｓ／Ｎ）またはｇ’（Ｎ／Ｓ）が、選択されること
    を特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 雑音出力の認識および低減化に加え
    て、エコー信号の存在が、検出および／または予測さ
    れ、エコー信号が、圧縮および減衰されることを特徴と
    する請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 制御信号ａ０（ｋ＋１）が、ａ０（ｋ
    ＋１）＝ｈ（Ｎ、Ｓ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ）に従って継
    続的に調整され、 ここで、ｈ（Ｎ、Ｓ、ＥＳ、τＥ、ＥＲＬ）が、雑音レ
    ベルＮの所定の関数、信号レベルＳ、話す側から反対の
    方向への有用な信号ＥＳ、エコー信号の一定の遅延
    τＥ、エコー信号振幅の減衰定数ＥＲＬであることを特
    徴とする請求項６から１２のいずれか一項に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 雑音信号の低減化とエコー信号の低減
    化が、別々に制御されることを特徴とする請求項１２に
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】 エコーの低減化の時間中に、人工雑音
    信号が、有用な信号に追加されることを特徴とする請求
    項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 人工雑音信号が、快いと音響心理的に
    知覚される音響信号シーケンス、すなわち心地よい雑音
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 人工雑音信号が、目下の通話の際に事
    前に記録された雑音信号を備えることを特徴とする請求
    項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 無音検出器（ＳＰＤ）で、短時間出力
    信号ｓａｍ（ｘ）、中時間出力信号ｍａｍ（ｘ）、長時
    間出力信号ｌａｍ（ｘ）が、それぞれ短時間レベル推定
    器、中時間レベル推定器、長時間レベル推定器によって
    形成されることと、 入力信号ｘが純然たる雑音信号のとき、ｓａｍ（ｘ）＜
    ｍａｍ（ｘ）＜ｌａｍ（ｘ）であるが、大きさにおいて
    ほぼ等しくなる適当な増幅率によって、３つの出力信
    号、ｓａｍ（ｘ）、ｍａｍ（ｘ）、ｌａｍ（ｘ）が調整
    が行われることと、 ３つの出力信号、ｓａｍ（ｘ）、ｍａｍ（ｘ）、ｌａｍ
    （ｘ）が、比較器により監視されることと、 ｓａｍ（ｘ）とｍａｍ（ｘ）の両方が、最初、ｌａｍ
    （ｘ）よりも大きくなるとき、入力信号ｘとして音声信
    号があると見なされ、一方ｓａｍ（ｘ）および／または
    ｍａｍ（ｘ）が、ｌａｍ（ｘ）よりも小さくなるとき
    は、無音区間があると見なされることとを特徴とする請
    求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 無音区間の推定のために、３つの出力
    信号、ｓａｍ（ｘ）、ｍａｍ（ｘ）、ｌａｍ（ｘ）が、
    様々な入力信号ｘを持つ複数のシナリオで訓練されたニ
    ューラルネットワークに送ることを特徴とする請求項１
    ８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 伝送される有用な信号が、スペクトル
    サブトラクションによって決まることを特徴とする請求
    項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 伝送される有用な信号が、人間の聞き
    取り感覚に適合するように構成されたスペクトルフィル
    タリングで決まることを特徴とする請求項１から２０の
    いずれか一項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１から２１のいずれか一項に記
    載の方法をサポートするサーバユニット。
  23. 【請求項２３】 請求項１から２１のいずれか一項に記
    載の方法を実行するコンピュータプログラム。
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