JP2005292812A - 音声雑音判別方法および装置、雑音低減方法および装置、音声雑音判別プログラム、雑音低減プログラム、およびプログラムの記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算する複数特徴量計算部11と、複数の特徴量および入力される音声雑音混在信号を用いて音声および雑音に関する情報を分析する特徴量分析部13と、分析した情報および入力される音声雑音混在信号を用いて複数の雑音低減処理に対応した低減変数を計算する低減変数計算部14と、一方、入力される音声雑音混在信号を計算された低減変数を用いて複数の雑音低減処理で雑音を低減する複数雑音低減部15とを具備する雑音低減装置。
【選択図】 図1
Description
従来例2としては、非定常雑音を含む雑音区間を判別する雑音低減装置がある(特許文献2 参照)。これを図7を参照して簡単に説明しておく。マイクロホンアレー装置より成る第1の受音器71は、複数のマイクロホン素子によって構成されるマイクロホンアレー72と指向性制御部73とで構成される。74は第2の受音器で、この二つの受音器は同一の場所に設置されている。指向性制御機能を持つマイクロホンアレー装置の代表例は適応形アレーと呼ばれている受音器である。適応形アレーは雑音源の方向に感度の低い指向特性を実現する。これにより、雑音源の位置、発声者の移動に対してもSN比の変動を小さく保つことができる。即ち、第1の受音器出力は第2の受音器出力と比較して、SN比の大きい信号を出力する。
請求項2:請求項1に記載される音声雑音判別方法において、音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する音声雑音判別方法を構成した。
請求項4:請求項3に記載される雑音低減方法において、音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間および突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインと、突発性雑音の存在する位置に突発性雑音の存在する直前の音声の周期波形を繰り返し挿入する周期波形挿入に対する変数とを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された周期波形挿入.に対する変数を用いて周期波形を挿入し、各々雑音を低減した音声雑音混在信号を足し合わせて出力する雑音低減方法を構成した。
請求項6:請求項5に記載される音声雑音判別装置において、音声雑音混在信号に対してパワーを計算するパワー計算部21と、ケプストラムを計算するケプストラム計算部22と、周波数特性を計算する周波数特性計算部23と、計算されたパワーおよびケプストラムを用いて音声区間を判定する音声区間判定部24と、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する突発性雑音判定部25を具備する音声雑音判別装置を構成した。
請求項10:請求項1に記載される雑音低減方法において、音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力する雑音低減方法を構成した。
請求項14:請求項13に記載される音声雑音判別プログラムが記録された記録媒体を構成した。
請求項15:音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いで音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、分析判定した音声区間および突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインと、突発性雑音の存在する位置に突発性雑音の存在する直前の音声の周期波形を繰り返し挿入する周期波形挿入に対する変数とを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された周期波形挿入に対する変数を用いて周期波形を挿入し、雑音を低減した音声雑音混在信号を足し合わせて出力する指令をコンピュータに対してする雑音低減処理プログラムを構成した。
請求項17:目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算し、複数の特徴量と入力される音声雑音混在信号を用いて音声および雑音に関する情報を分析し、音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力すべき指令を、コンピュータに対してする雑音低減処理プログラムを構成した。
請求項19:目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、パワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力すべき指令を、コンピュータに対してする雑音低減処理プログラムを構成した。
請求項20:請求項19に記載される雑音低減処理プログラムが記録された記録媒体を構成した。
図1を参照するに、先ず、目的とする信号と不要な周囲雑音の混入する入力信号を複数特徴量計算部11に転送する。複数特徴量計算部11は、入力信号に対する特徴量を計算する特徴量計算部12を複数組み合わせたものより成る。複数特徴量計算部11は入力信号に対す種々の特徴量を計算し、それら複数の特徴量を特徴量分析部13に転送する。特徴量分析部13は複数の特徴量と入力信号を用いて入力信号の状態、特性を推定し、推定された入力信号の状態、特性の情報を低減変数計算部14に転送する。低減変数計算部14は、入力信号および特徴量分析部13で推定された入力信号の状態、特性の情報に応じて、雑音低減効果が最適となるように複数雑音低減部15の各雑音低減部16の低減変数を決定し、各雑音低減部16に転送する。
複数雑音低減部16で出力された各信号を入力信号に存在する雑音に応じて各雑音低減部16が効果的に働くように重みを付ける。更に、全て足し合わせて規格化し、出力信号として出力する。
先ず、入力信号X(n)を複数特徴量計算部11に転送する。複数特徴量計算部11は、パワー計算部21、ケプストラム計算部22、周波数特性計算部23の各特徴量計算部より成る。各特徴量計算部で計算された特徴量は特徴量分析部13に転送される。ここでは、各特徴量計算部として、パワー、ケプストラム、周波数特性を用いて特徴量を計算するが、他にも自己相関関数、ウェーブレット変換を用いた解析、パターン認識、線形予測、零交差計数、帯域フィルタバンク分析などを用いて音声、雑音の特徴量を計算する特徴量計算部を用いてもよい。
Pavx(n)=(1/A)ΣmγmPX(n−m)と計算される。ここで、γm は、例えば、γm =(γ)m と表わされる様な指数重み付けの係数で、γ<1、Aは(1/A)Σmγm=1となる正規化のための定数である。パワー計算部21はPavx(n)を特徴量として音声区間判定部24に転送する。
ケプストラム計算部22は入力信号のケプストラムを計算し、信号の周期性を表わすピーク値を特徴量として出力する。ケプストラムは、例えば、古井 貞煕著「ディジタル音声処理」p.44−47に説明されている波形の短時間振幅スペクトル|X(ω)|の対数の逆フーリエ変換によって求められる。ケプストラムの高ケフレンシー部のピークは基本周期を表わしており、このピークの値を特徴量C1として音声区間判定部24、突発性雑音判定部25に転送する。
その処理フローを図3に示す。先ず、S21において、入力信号X(n)を時間窓を用いて一定区間毎のフレームに分割する。次に、S22において、例えば、短時間毎の離散フーリエ変換により周波数領域信号X(ω)に変換する。一般に、周波数領域に変換された信号は複素数であり、X(ω)=Xr(ω)+jXi(ω)とする。次に、S23において、周波数帯域のパワースペクトルPX(ω)を求める。パワースペクトルはPX(ω)=(Xr(ω))2 +(Xi(ω))2 により計算される。次に、S24において、パワースペクトルをM個の帯域に分割する。例えば、ナイキスト周波数までの周波数帯域を等分割することを考える。次に、S25において、帯域毎にパワースペクトルの平均値を求め、帯域毎の代表値とする。更に、S26において、帯域毎の代表値に対して、高域での影響が大きくなるように重みwm (m=1、… 、M)を乗じる。wm には、例えば、wm =sin(π(m−1)/2(M−1))で計算されるsin関数を用いる。M個の帯域毎の代表値を一つの特徴ベクトルとし、Vl とする。添え字のlは現処理フレームを表す。S27において、直前フレームの特徴ベクトルとの間の相関を特徴量C2とする。C2はパワーを考慮に入れ、C2=(|Vl|2 ・|Vl-1|2 )/(Vl・Vl-1)と計算する。S28において、特徴量C2を突発性雑音判定部25に転送する。
低減変数計算部14の処理フローを図5に示す。先ず、音声区間判定部24から転送されてきたフラグがF3であるとき信号は非音声と推定されているので、信号を完全に抑圧する。信号抑圧ゲインG=0、繰り返し回数R=0として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S52)。一方、音声区間判定部24から転送されてきたフラグがF2であるとき、信号は音声と推定されているので、突発性雑音の存在を確認する(S53)。突発性雑音判定部25から転送されてきたフラグがF5であるとき、突発性雑音は存在しないと推定されているので、信号をそのまま通す。信号抑圧ゲインG=1、繰り返し回数R=0として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S54)。一方、突発性雑音判定部25から転送されてきたフラグがF4であるとき、突発性雑音は存在すると推定されているので、突発性雑音の低減を行う。信号抑圧ゲインG=1、繰り返し回数R=R1として、それぞれ信号抑圧部26、周期波形挿入部27に転送する(S55)。同時に突発性雑音判定部25より転送されてきた突発性雑音の始まる位置S2を周期波形挿入部27に転送する。
信号抑圧部26は、入力信号全体の抑圧を行う。転送されてきた入力信号X(n)に対して、低減変数計算部14より転送されてきた信号抑圧ゲインGを用いて、GX(n)を出力とする。
この発明の雑音低減装置の各ブロックの処理を、DSP(Digital Signal Processor)により行うようにしてもよい。また、コンピュータによりプログラムを実行させることにより機能させてもよい。この場合は、そのプログラムはCD−ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気ディスクなどに記録されたものを、コンピュータ内のプログラム用メモリに取り込んで行うことになる。このプログラム用メモリには、通信によりプログラムをダウンロードさせてもよい。
図9を参照して雑音低減装置の更なる実施例を説明する。この実施例の構成は、図1、2を参照して説明した実施例の構成にほぼ等しいが、複数雑音低減部15において、先の実施例の周期波形挿入部27に代えて、帯域別抑圧部97を使用する点が異なる。図1、2における特徴量分析部13までと信号抑圧部96は、図1、2の実施例の特徴量分析部13までと信号抑圧部26と同じ動作をする。
13 特徴量分析部 14 低減変数計算部
15 複数雑音低減部 16 雑音低減部
21 パワー計算部 22 ケプストラム計算部'
23 周波数特性計算部 24 音声区間判定部
25 突発性雑音判定部 26 信号抑圧部
27 周期波形挿入部 61 周波数領域変換部
62 入力信号パワースペクトル計算部 63 雑音パワースペクトル推定部
64 損失計算部 65 損失挿入部
66 時間領域変換部 71 受音器
72 マイクロホンアレー 73 指向性制御部
74 受音器 75、76 短時間パワー計算部
77 音声区間検出部 91 パワー計算部
92 ケプストラム計算部 93 周波数特性計算部
94 音声区間判定部 95 突発性雑音判定部
96 信号抑圧部 97 帯域別抑圧部
98 低減変数計算部
Claims (20)
- 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算し、複数の特徴量と入力される音声雑音混在信号とを用いて音声雑音に関する情報を分析する音声雑音判別方法。
- 請求項1に記載される音声雑音判別方法において、
音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する音声雑音判別方法。 - 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算し、複数の特徴量と入力される音声雑音混在信号を用いて音声および雑音に関する情報を分析し、分析した情報と入力される音声雑音混在信号とを用いて複数の雑音低減処理に対応した低減変数を計算し、一方、入力される音声雑音混在信号を計算された低減変数を用いた複数の雑音低減処理で雑音を低減し、雑音を低減した音声雑音混在信号を足し合わせて出力することを特徴とする雑音低減方法。
- 請求項3に記載される雑音低減方法において、
音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いで音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間および突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインと、突発性雑音の存在する位置に突発性雑音の存在する直前の音声の周期波形を繰り返し挿入する周期波形挿入に対する変数とを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された周期波形挿入に対する変数を用いて周期波形を挿入し、各々雑音を低減した音声雑音混在信号を足し合わせて出力する雑音低減方法。 - 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算する複数特徴量計算部と、複数の特徴量と入力される音声雑音混在信号とを用いて音声および雑音に関する情報を分析する特徴量分析部を具備する音声雑音判別装置。
- 請求項5に記載される音声雑音判別装置において、
音声雑音混在信号に対してパワーを計算するパワー計算部と、ケプストラムを計算するケプストラム計算部と、周波数特性を計算する周波数特性計算部と、計算されたパワーおよびケプストラムを用いて音声区間を判定する音声区間判定部と、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する突発性雑音判定部を具備する音声雑音判別装置。 - 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算する複数特徴量計算部と、複数の特徴量および入力される音声雑音混在信号を用いて音声および雑音に関する情報を分析する特徴量分析部と、分析した情報および入力される音声雑音混在信号を用いて複数の雑音低減処理に対応した低減変数を計算する低減変数計算部と、一方、入力される音声雑音混在信号を計算された低減変数を用いて複数の雑音低減処理で雑音を低減する複数雑音低減部とを具備する雑音低減装置。
- 請求項7に記載される雑音低減装置において、
音声雑音混在信号に対してパワーを計算するパワー計算部と、ケプストラムを計算するケプストラム計算部と、周波数特性を計算する周波数特性計算部と、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定する音声区間判定部と、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する突発性雑音判定部と、計算された音声区間の情報、突発性雑音区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて信号抑圧ゲイン、突発性雑音の存在する位置に突発性雑音の存在する直前の音声の周期波形を繰り返し挿入する周期波形挿入に対する変数を計算する低減変数計算部と、一方、入力される音声雑音混在信.号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧する信号抑圧部と、また、計算された周期波形挿入に対する変数を用いて周期波形を挿入する周期波形挿入部とを具備する雑音低減装置。 - 請求項3に記載される雑音低減方法において、
音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力することを特徴とする雑音低減方法。 - 請求項1に記載される雑音低減方法において、
音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力することを特徴とする雑音低減方法。 - 請求項7に記載される雑音低減装置において、
音声雑音混在信号に対してパワーを計算するパワー計算部と、ケプストラムを計算するケプストラム計算部と、周波数特性を計算する周波数特性計算部と、計算されたパワー、ケプス下ラムを用いて音声区間を判定する音声区間判定部と、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する突発性雑音判定部と、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて信号抑圧ゲインを計算する低減変数計算部と、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧する信号抑圧部と、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧する帯域別抑圧部とを具備することを特徴とする雑音低減装置。 - 請求項8に記載される雑音低減装置において、
音声区間、突発性雑音区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて信号抑圧ゲイン、周期波形挿入に対する変数を計算する低減変数計算部と、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧する信号抑圧部と、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧する帯域別抑圧部とを具備することを特徴とする雑音低減装置。 - 音声雑音混在信号に対して、パワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定する指令をコンピュータに対してする音声雑音判別プログラム。
- 請求項13に記載される音声雑音判別プログラムが記録された記録媒体。
- 音声雑音混在信号に対してパワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いで音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、分析判定した音声区間および突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインと、突発性雑音の存在する位置に突発性雑音の存在する直前の音声の周期波形を繰り返し挿入する周期波形挿入に対する変数とを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された周期波形挿入に対する変数を用いて周期波形を挿入し、雑音を低減した音声雑音混在信号を足し合わせて出力する指令をコンピュータに対してする雑音低減処理プログラム。
- 請求項15に記載される雑音低減処理プログラムが記録された記録媒体。
- 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、複数の特徴量を計算し、複数の特徴量と入力される音声雑音混在信号を用いて音声および雑音に関する情報を分析し、音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力すべき指令を、コンピュータに対してする雑音低減処理プログラム。
- 請求項17に記載される雑音低減処理プログラムが記録された記録媒体。
- 目的となる音声信号と不要な雑音信号の混在する音声雑音混在信号に対して、パワー、ケプストラム、周波数特性を計算し、計算されたパワー、ケプストラムを用いて音声区間を判定し、計算されたケプストラム、周波数特性、音声区間の情報、入力される音声雑音混在信号を用いて突発性雑音区間を判定し、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて信号抑圧ゲインを計算し、一方、入力される音声雑音混在信号の信号を計算された信号抑圧ゲインを用いて抑圧し、また、計算された音声区間、突発性雑音区間の情報を用いて、音声区間の場合には音声平均スペクトルを計算し、音声に突発性雑音が混在している区間の場合には、音声平均スペクトルまで抑圧し、各々雑音を低減した信号を足し合わせて出力すべき指令を、コンピュータに対してする雑音低減処理プログラム。
- 請求項19に記載される雑音低減処理プログラムが記録された記録媒体。
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