JP2005284163A - 雑音スペクトル推定方法、雑音抑圧方法および雑音抑圧装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの包絡線と、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルの包絡線との相関値を求める。該相関値に応じた比率で、現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルと、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルとを加算混合する。すなわち、相関値が高いときは相関値が低いときに比べて、現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの混合比率を相対的に高くし、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルの混合比率を相対的に低くする。加算混合されたスペクトルを現在観測されている信号区間の観測信号に含まれる雑音のスペクトルとして推定する。
【選択図】 図1
Description
N(k)=[1−{ρl/(1+ρl)}m]・N0(k)+{ρl/(1+ρl)}m・X(k)
但し、N(k):現在観測されている信号区間の観測信号について推定される
雑音のスペクトル
N0(k):前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音
のスペクトル
X(k):現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトル
ρ:現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの包絡線と前回
観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトル
の包絡線との相関値
l,m:定数(lは1以上の値、mは0以上の値)
として求められる値とすることができる。
この発明の雑音スペクトル推定方法をスペクトルサブトラクション法による雑音抑圧処理に適用した実施の形態を以下説明する。図1は、この発明による雑音抑圧装置の実施の形態を示す。一点鎖線10で囲んだ部分は、従来のスペクトルサブトラクション法による雑音抑圧装置と共通する部分である。一点鎖線11で囲んだ部分は、この発明の方法により雑音の振幅スペクトルの推定を行う雑音振幅スペクトル推定部である。入力信号(観測信号)x0(n)(n=0,1,2,…,N−1。但し、Nは1フレームのサンプル数)はマイク等で入力された雑音を含む音声信号(例えば音声認識のために入力された信号、電話通信で受信された音声信号等)のサンプル列である。入力信号x0(n)には、背景雑音等の定常雑音が混入している。入力信号x0(n)は、入力信号切り出し部12に入力され、所定サンプル数で構成されるフレームごとに切り出される。ここでは、雑音抑圧処理終了後に最終的に出力信号を合成する際に、フレーム間に切れ目を生じさせないように、図2(a),(b)に示すように、半フレームごとに順次ずらしてフレーム切り出しを行う。なお、1フレーム長Nは125〜500msec程度とするのが音質上好ましい。この長さの1フレーム長は、入力信号x0(n)のサンプリング周波数が約8kHzの場合、1フレームを1024〜4096サンプルで構成することに相当する。
|X(k)|={XR(k)2+XI(k)2}1/2 …(1)
但し、XR(k):X(k)の実数部
XI(k):X(k)の虚数部
また、位相スペクトル計算部18は、(2)式により離散フーリエ変換X(k)の位相スペクトルθ(k)を求める。
θ(k)=tan−1{XI(k)/XR(k)} …(2)
|Y(k)|=|X(k)|−|N(k)| …(3)
G(k)=|Y(k)|eθ(k) …(4)
(方法1)起動直後に入力された、音声の混入していない背景雑音のみのデータをフーリエ変換し、該フーリエ変換されたデータから、前記(1)式により求められる振幅スペクトルデータを雑音振幅スペクトル初期値として設定する。
(方法2)予め背景雑音に相当する振幅スペクトルデータをメモリに保持しておき、起動時にそれを読み出して雑音振幅スペクトル初期値として設定する。あるいは、予め背景雑音に相当する振幅スペクトルデータの包絡線データをメモリに保持しておき、起動時にそれを読み出して雑音振幅スペクトル包絡線データの初期値として設定する。
(方法3)ホワイトノイズやピンクノイズの振幅スペクトルデータを雑音振幅スペクトル初期値として設定する。
入力信号振幅スペクトル包絡線を|X’(k)|=(x1,x2,…,xk)
雑音振幅スペクトル包絡線を|N0’(k)|=(y1,y2,…,yk)
とすると、(5)式により求められる。
|N(k)|=[1−{ρl/(1+ρl)}m]・|N0(k)|+{ρl/(1+ρl)}m ・|X(k)| …(6)
但し、|N(k)|:現在観測されているフレームの音声信号について推定
される雑音の振幅スペクトル
|N0(k)|:前回(半フレーム前)観測されたフレームの音声信号
について推定された雑音の振幅スペクトル
|X(k)|:現在観測されているフレームの音声信号のスペクトル
ρ:現在観測されているフレームの音声信号のスペクトルの包絡線と
前回観測されたフレームの音声信号について推定された雑音の
スペクトルの包絡線との相関値
l,m:定数(lは1以上の値、mは0以上の値)
前記実施の形態では、雑音振幅スペクトルの演算に前記(6)式を使用したが、雑音振幅スペクトルの演算はこれに限るものではなく、例えば、下記(7)式により雑音振幅スペクトル|N(k)|を求めることもできる。
|N(k)|=(1−ρl)・|N0(k)|+ρl ・|X(k)| …(7)
また、相関値ρが所定値以下の時は、現在観測されているフレームの入力信号の振幅スペクトル|X(k)|の加算比率を0とする(すなわち、雑音振幅スペクトル推定値|N(k)|を更新しない)こともできる。
Claims (9)
- 雑音が混入した音声信号から、該雑音のスペクトルを推定する方法であって、
現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの包絡線と、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルの包絡線との相関を求め、該求められた相関に応じて前記現在観測されている信号区間の観測信号について雑音のスペクトルを推定する雑音スペクトル推定方法。 - 前記相関に応じた比率で、前記現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルと、前記前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルとを混合し、該混合したスペクトルを前記現在観測されている信号区間の観測信号について雑音のスペクトルとして推定する請求項1記載の雑音スペクトル推定方法。
- 前記相関が高いときは該相関が低いときに比べて、前記現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの混合比率を相対的に高くし、前記前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルの混合比率を相対的に低くし、
前記相関が低いときは該相関が高いときに比べて、前記現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの混合比率を相対的に低くし、前記前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルの混合比率を相対的に高くする請求項2記載の雑音スペクトル推定方法。 - 前記相関が高くなるにつれて、該相関の変化に対する、前記現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの混合比率の変化を大きくする請求項3記載の雑音スペクトル推定方法。
- 前記現在観測されている信号区間の観測信号について推定される雑音のスペクトルが、
N(k)=[1−{ρl/(1+ρl)}m]・N0(k)+{ρl/(1+ρl)}m・X(k)
但し、N(k):現在観測されている信号区間の観測信号について推定される
雑音のスペクトル
N0(k):前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音
のスペクトル
X(k):現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトル
ρ:現在観測されている信号区間の観測信号のスペクトルの包絡線と前回
観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトル
の包絡線との相関値
l,m:定数(lは1以上の値、mは0以上の値)
として求められる値である請求項3記載の雑音スペクトル推定方法。 - 前記現在観測されている信号区間の観測信号について推定される雑音のスペクトルを、次の信号区間における前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音のスペクトルとする請求項1から5のいずれかに記載の雑音スペクトル推定方法。
- 前記スペクトルの包絡線が振幅スペクトルの包絡線である請求項1から6のいずれかに記載の雑音スペクトル推定方法。
- 雑音が混入した音声信号から、該雑音の振幅スペクトルを推定し、該雑音を抑圧した音声信号を生成する方法であって、
現在観測されている信号区間の観測信号をフーリエ変換して振幅スペクトルと位相スペクトルを求め、
該求められた現在観測されている信号区間の観測信号の振幅スペクトルの包絡線と、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルの包絡線との相関を求め、
該求められた相関に応じて前記現在観測されている信号区間の観測信号について雑音の振幅スペクトルを推定し、前記現在観測されている信号区間の観測信号の振幅スペクトルから該現在観測されている信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルを減算し、
該減算により得られる振幅スペクトルと前記求められた位相スペクトルとを再合成して逆フーリエ変換し、
該逆フーリエ変換で得られる信号を前記雑音を抑圧した音声信号として出力し、
前記現在観測されている信号区間の観測信号について推定される雑音の振幅スペクトルを、次の信号区間における前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルとする雑音抑圧方法。 - 雑音が混入した音声信号から、該雑音の振幅スペクトルを推定し、該雑音を抑圧した音声信号を生成する装置であって、
現在観測されている信号区間の観測信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
該フーリエ変換されたデータから振幅スペクトルを求める振幅スペクトル演算手段と、
該フーリエ変換されたデータから位相スペクトルを求める位相スペクトル演算手段と、
前記求められた現在観測されている信号区間の観測信号の振幅スペクトルの包絡線と、前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルの包絡線との相関を求める相関演算手段と、
該求められた相関に応じて前記現在観測されている信号区間の観測信号について雑音の振幅スペクトルを推定する雑音振幅スペクトル演算手段と、
前記現在観測されている信号区間の観測信号の振幅スペクトルから該現在観測されている信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルを減算する減算手段と、
該減算により得られる振幅スペクトルと前記位相スペクトルとを再合成する再合成手段と、
該再合成されたデータを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段とを具備し、
該逆フーリエ変換によって生成された信号を前記雑音を抑圧した音声信号として出力し、前記現在観測されている信号区間の観測信号について推定される雑音の振幅スペクトルを、次の信号区間における前回観測された信号区間の観測信号について推定された雑音の振幅スペクトルとする雑音抑圧装置。
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