JP2002519719A - 重み付け利得平滑化手段を含むノイズサプレッサ - Google Patents

重み付け利得平滑化手段を含むノイズサプレッサ

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JP2002519719A
JP2002519719A JP2000556364A JP2000556364A JP2002519719A JP 2002519719 A JP2002519719 A JP 2002519719A JP 2000556364 A JP2000556364 A JP 2000556364A JP 2000556364 A JP2000556364 A JP 2000556364A JP 2002519719 A JP2002519719 A JP 2002519719A
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JP
Japan
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gain
noise
channel
outside
snr
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JP2000556364A
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Inventor
ザック、ラファエル
Original Assignee
ディーエスピーシー・テクノロジーズ・リミテッド
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208Noise filtering

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
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  • Noise Elimination (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

(57)【要約】 信号対雑音比(SNR)決定手段(16)、チャネル利得決定手段(18)、利得平滑化手段(30)、及び乗算手段(20)を含むノイズサプレッサを提供する。SNR決定手段(16)が、入力信号のチャネルごとにSNRを決定する。チャネル利得決定手段(18)が、i番目のチャネルのチャネル利得を決定する。利得平滑化手段(30)が、i番目のチャネルの平滑化された利得を生成し、乗算手段(20)が、その入力信号の各チャネルを関連する平滑化された利得に掛け合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、一般に音響スペクトルサブトラクション(acoustic spectral subtr
action)を利用する雑音抑圧方法に関する。
【0002】 発明の背景 一般に音声通信システムにおける音響雑音抑圧は、所望の音声信号から周囲の
背景雑音をフィルタリングして所望の音響または音声信号の総体的な質を改善す
る目的に役立つ。この音声強化処理は、異常に高いレベルの背景雑音を有する環
境においては特に必要である。
【0003】 ここで図面を参照すると、図1は、スペクトルサブトラクション(即ち、スペ
クトル利得変更)を利用するノイズサプレッサを示す。ノイズサプレッサには、
周波数領域変換手段10、時間領域変換手段12、及び雑音減衰手段14が含ま
れる。
【0004】 周波数領域変換手段10には、音声入力信号を個別のスペクトルバンドに分割
する帯域フィルターのバンクが含まれる。雑音減衰手段14が、特定のスペクト
ルバンドをそれらの雑音エネルギ成分に従って減衰させる。そのため減衰手段1
4には、推定手段16およびチャネル利得決定手段18が含まれる。推定手段1
6が、背景雑音および信号出力スペクトル密度(PSD)を推定し、各チャネルに
おける音声の信号対雑音比(SNR)を生成する。そのSNRを用いてチャネル利得決
定手段18が、個別の各チャネルの利得係数を計算し、また各スペクトルバンド
を減衰させる。この減衰は、乗算手段20によって各チャネルの信号をその利得
係数に掛けることによって行われる。チャネルが再結合され、また変換手段12
により元の時間領域に変換されることによって雑音抑圧信号が生成される。
【0005】 例えば、M. Berouti、R. Schwartz、及びJ. Makhoulらの文献"Enhancement of
Speech Corrupted by Acoustic Noise", Proceedings of the IEEE Internatio
nal Conference on Acoustic Speech Signal Processing, (1979年4月), 208-21
1頁(ここで言及することにより本明細書の一部とする)において線形スペクト
ルサブトラクションの方法が検討されている。この方法において、チャネル利得
γch(i)は、雑音を含む信号のパワースペクトルから雑音のパワースペクトルを
減算することによって決定される。更に、利得が下側の境界値β|En(i)|を下回
らないようにスペクトルフロア(spectral floor)βが用いられる。
【0006】 利得は次式で決定される。
【数3】
【0007】 ここで、
【数4】
【0008】 | Ech (i)|は、i番目のチャネルにおける悪化した音声の大きさの平滑化され
た推定値であり、また| En (i)|は、i番目のチャネルにおける雑音の大きさの平
滑化された推定値である。
【0009】 図2は、チャネルSNRに対するチャネル利得の関数γch(i)を示し、ここで、チ
ャネル利得は短い底部21を有し、その後は単調に増大している。
【0010】 残念なことに、雑音抑圧は、孤立したスペクトルピークが非常に低いSNRの入
力信号の雑音の推定値を超えた場合に生成される残存性の「音楽的」雑音("musica
l" noise)の原因となり得る。
【0011】 図3A及び図3Bは、時間に対する入力信号における典型的なチャネルエネル
ギ(CH. ENERGY)及び線形スペクトルサブトラクションの利得信号(S.S GAIN)
をそれぞれ示すものである。図3Aのエネルギ信号には、雑音領域23の間に高
エネルギの音声ピーク部22が示されている。図3Bの利得の関数は、ピーク部
22に対応する強調された領域24と、それらの間の元のエネルギ信号の雑音領
域に対応する著しい変動領域25とを有する。強調領域24における利得によっ
て、明瞭に聞こえるピーク部22の高エネルギ音声が生じる。しかしながら、強
調領域24の利得と概ね同様の強度である変動領域25の利得によって、同様に
良く聞こえる音楽的雑音が生じる。
【0012】 以下の文献および発明は、別の雑音抑圧アルゴリズムおよびシステムについて
検討したものである。
【0013】 G. Whipple, "Low Residual Noise Speech Enhancement Utilizing Time-Freq
uency Filtering", Proceedings of IEEE International Conference on Acoust
ic Speech Signal Processing, Vol. 1, pp. 5-8, 1994, 並びに米国特許第5,01
2,519号及び第5,706,395号を参照されたい。
【0014】 発明の概要 本発明の目的の一つは、音楽的雑音を抑圧するための方法を提供することであ
る。この方法は線形のスペクトクサブトラクション法に基づくものであるが、音
声への影響を最小限にしつつ音楽的雑音を抑圧するために重み付け利得平滑化機
構を組込む。
【外7】
【外8】
【外9】
【0015】 更に、本発明の一好適実施例において、忘却係数は以下の式で決定される。
【数5】
【外10】
【外11】
【数6】
【0016】 好適実施例の説明 図4は、本発明の好適実施例に従って構成され操作される重み付け利得平滑化
手段を有するノイズサプレッサを示す。本発明においては、図1の雑音減衰手段
(ここでは符号32)に重み付け利得平滑化手段30を付加した。ここで、同様
の符号は同様の要素を示すものである。
【外12】
【0017】 発明者は、低SNRを有する信号の場合には、チャネル利得決定手段18がチャ
ネル利得γch(i)を正確には推定せず、それが音楽的雑音の源である変動を引起
こす不十分な推定であることを見出した。本発明の重み付け利得平滑化手段30
は、以前の利得の値を利用して時間に対する利得の関数の平滑化を行う。以前の
利得の値が用いられる範囲(「忘却係数」)は、SNRレベルの関数として変化する
【0018】 チャネルのSNRが低い場合には、音楽的雑音を克服する程度まで忘却係数は高
い。チャネルのSNRが高い場合には、チャネル利得の迅速な更新を可能とする程
度まで忘却係数は低い。
【外13】
【数7】
【外14】
【0019】 特に、その関数は以下のようになる。
【数8】
【外15】
【外16】
【0020】 図5Bは忘却係数を示す。それらは、雑音領域23に関連する期間において非
常に変動する。こうして、忘却係数が先行技術における利得の変動25を吸収す
る。
【0021】 本発明が本明細書で示した特定の実施例に限定されないことを当業者は理解す
るであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ確定されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
発明の詳細な説明及び図面によって、本発明に対するより十分な理解と認識が
可能となるであろう。
【図1】 先行技術に関するノイズサプレッサの概略図である。
【図2】 先行技術に関するSNRに対する利得の関数を示すグラフである。
【図3A】 先行技術に関する時間に対する入力信号のチャネルエネルギを示すグラフであ
る。
【図3B】 先行技術に関する時間に対する線形スペクトルサブトラクションの利得の関数
を示すグラフである。
【図4】 本発明の好適実施例に従って構成され作動する重み付け利得平滑化手段を有す
るノイズサプレッサの概略図である。
【図5A】 図3Aを複写したものであり、時間に対する入力信号のチャネルエネルギを示
すグラフである。
【図5B】 時間に対する利得の忘却係数示すグラフである。
【図5C】 時間に対する平滑化された利得の関数を示すグラフである。
【手続補正書】
【提出日】平成13年1月12日(2001.1.12)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【外1】
【外2】
【外3】
【外4】
【数1】
【外5】
【外6】
【外7】
【外8】
【数2】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】 例えば、M. Berouti、R. Schwartz、及びJ. Makhoulらの文献"Enhancement of
Speech Corrupted by Acoustic Noise", Proceedings of the IEEE Internatio
nal Conference on Acoustic Speech Signal Processing, (1979年4月), 208-21
1頁(ここで言及することにより本明細書の一部とする)において線形スペクト
ルサブトラクションの方法が検討されている。この方法において、チャネル利得
γch(i)は、雑音を含む信号のパワースペクトルから雑音のパワースペクトルを
減算することによって決定される。更に、利得が下側の境界値β|En(i)|を下回
らないようにスペクトルフロア(spectral floor)βが用いられる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 発明の概要 本発明の目的の一つは、音楽的雑音を抑圧するための方法を提供することであ
る。この方法は線形のスペクトクサブトラクション法に基づくものであるが、音
声への影響を最小限にしつつ音楽的雑音を抑圧するために重み付け利得平滑化機
構を組込む。
【外9】
【外10】
【外11】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】 更に、本発明の一好適実施例において、忘却係数αは以下の式で決定される。
【数3】
【外12】
【外13】
【数4】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】 発明者は、低SNRを有する信号の場合には、チャネル利得決定手段18がチャ
ネル利得γch(i)を正確には推定せず、それが音楽的雑音の源である変動を引起
こす不十分な推定であることを見出した。本発明の重み付け利得平滑化手段30
は、以前の利得の値を利用して時間に対する利得の関数の平滑化を行う。以前の
利得の値が用いられる範囲(「忘却係数α」)は、SNRレベルの関数として変化す
る。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】 チャネルのSNRが低い場合には、音楽的雑音を克服する程度まで忘却係数αは
高い。チャネルのSNRが高い場合には、チャネル利得の迅速な更新を可能とする
程度まで忘却係数αは低い。
【外14】
【数5】
【外15】
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】 特に、その関数は以下のようになる。
【数6】
【外16】
【外17】
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】 図5Bは忘却係数αを示す。それらは、雑音領域23に関連する期間において
非常に変動する。こうして、忘却係数αが先行技術における利得の変動25を吸
収する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号における雑音を抑圧するためのノイズサプレッサ
    であって、 前記入力信号のチャネルごとの信号対雑音比(SNR)を決定するためのSNR決定
    手段と、 i番目のチャネルのチャネル利得γch(i)を決定するためのチャネル利得決定手
    段と、 【外1】 【外2】
  2. 【請求項2】 【外3】
  3. 【請求項3】 【外4】
  4. 【請求項4】 MAX_ALFA=1.0、MIN_ALFA=0.01、及びSNR_DR=30dBであるこ
    とを特徴とする請求項3に記載のノイズサプレッサ。
  5. 【請求項5】 前記忘却係数が、以下の式で決定されることを特徴とする
    請求項2に記載のノイズサプレッサ。 【数1】
  6. 【請求項6】 【外5】
  7. 【請求項7】 【外6】 【数2】
JP2000556364A 1998-06-22 1999-06-15 重み付け利得平滑化手段を含むノイズサプレッサ Pending JP2002519719A (ja)

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US09/102,739 US6088668A (en) 1998-06-22 1998-06-22 Noise suppressor having weighted gain smoothing
US09/102,739 1998-06-22
PCT/IL1999/000325 WO1999067774A1 (en) 1998-06-22 1999-06-15 A noise suppressor having weighted gain smoothing

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