JP2007116585A - ノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理の演算量を抑え、かつノイズを安定して抑圧するノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法を得ること。
【解決手段】本発明にかかるノイズキャンセル装置は、複数の装置入力部と、複数の装置入力部１−１、１−２、…、１−ｎのうち一つを選択するスイッチング部３と、複数の装置入力部１−１、１−２、…、１−ｎに各々対応する複数のノイズパタンを格納する格納部５と、スイッチング部３にて選択された装置入力部１−１、１−２、…、１−ｎを介して入力した入力信号に対して、格納部５に格納された装置入力部１−１、１−２、…、１−ｎに対応するノイズパタンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、格納部５に格納されたノイズパタンを、減算処理により得られた新ノイズパタンに更新するノイズキャンセル部４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電話会議システムなど複数系統のマイクロホン（以下、マイクと呼ぶ）入力を持つ音声通信装置に組込まれるノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法に関するものである。

会議電話システム等によるハンズフリー通話では、一般のハンドセットによる通話と比較してマイクと話者との距離が大きくなるので、相対的に環境雑音が大きく聞こえてしまう問題があった。そこで、この種の音声通信装置には雑音を抑圧するノイズキャンセラが搭載される事が多い。ここで、ノイズキャンセラには多くの種類があり、たとえば、雑音が大きい周波数帯域を予め決めておいて抑圧するだけの単純な方式がある。また、周波数スペクトルの時間的に定常的な成分をノイズパターンとして推定・保持し、入力信号から周波数領域で減算すると同時に、ノイズパターン自体も更新し続ける、スペクトル減算法を用いた方式が、実用性が高く、一般的に用いられている。

また、高性能の電話会議装置では、色々な方向の話者音声を効率よく集音する目的でそれぞれ別々の方向を向いた複数個のマイクを搭載する例が多く、一般的には、一台の筐体に２個から４個程度のマイクが搭載されている。これは、複数のマイクのうち、話者が位置する方向に感度の指向性が向いたマイクに最も信号が大きく入力するので、それぞれマイクからの入力レベルを比較して最大入力のマイクを選択し続ける事により、話者の音声を効率よく集音するという効果がある。

ここで、前述したような複数個のマイクを搭載する音声通信装置にノイズキャンセラを適用する場合、大きく二種類の方法が考えられる。一つは、それぞれのマイクに入力に１対１に対応するノイズキャンセラを、マイク個数分搭載する方法である。もう一つは、マイク選択後の信号を一つのノイズキャンセラで処理する方法である。

図８は、複数マイクを搭載する音声通信装置が備える従来のノイズキャンセル装置の一つ目の構成例を示す図である。図８において、８１−１、８１−２、…、８１−ｎは、それぞれ別の方向を向いて設置された複数のマイク、８２−１、８２−２、…、８２−ｎは、マイク入力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、８３は、各マイクの入力信号を比較し、その中から一つの信号を選択するマイクスイッチ部、８４−１，８４−２、…、８４−ｎは入力信号に含まれるノイズを抑圧して出力するノイズキャンセラ部である。以下に、当該ノイズキャンセル装置（以下、第１のノイズキャンセル装置と呼ぶ）がノイズを除去する動作を説明する。

まず、話者の音声および周囲のノイズがマイク８１（上記、マイク８１−１〜８１−ｎに相当）から入力される。次に、Ａ／Ｄコンバータ８２（上記、Ａ／Ｄコンバータ８２−１〜８２−ｎに相当）は、上記入力信号をデジタル信号に変換する。次に、ノイズキャンセラ部８４（上記、ノイズキャンセラ部８４−１〜８４−ｎに相当）は、信号に含まれるノイズ成分を推定して減算し、出力する。なお、ノイズキャンセラ部８４は、それぞれ個別のノイズパターン（ノイズパターン＃１、＃２、…、＃ｎ）を使用してノイズ成分の減算処理を行う。そして、マイクスイッチ部８３は、ノイズキャンセラ部８４からの出力信号レベルを比較し、最大入力の系統を選択し、その信号を出力する。これにより、マイクによって異なる種類と大きさのノイズが入力しても、ノイズキャンセラ部は対応するマイクのみの信号を観測してノイズパターンを更新し、減算し続けるので、安定したノイズ抑圧性能を得ることが出来る。

つづいて、図９は、複数マイクを搭載する音声通信装置が備える従来のノイズキャンセル装置の二つ目の構成例を示す図である。図９に示したノイズキャンセル装置は、前述した第１のノイズキャンセル装置のノイズキャンセル部８４に相当するノイズキャンセル部８４ａをマイクスイッチ部８３の後ろに備え、全体として一つのノイズキャンセル部８４ａを使用する構成となる。以下に、当該ノイズキャンセル装置（以下、第２のノイズキャンセル装置と呼ぶ）がノイズを除去する動作を説明する。

第２のノイズキャンセル装置は、前述した第１のノイズキャンセル装置と同様にマイク１から入力された信号をＡ／Ｄコンバータ８２がデジタル信号に変換する。つづいてマイクスイッチ部８３は、Ａ／Ｄコンバータ８２からの出力信号を比較し、最大入力の系統を選択し、その信号を出力することにより、話者の方向に指向性を持つマイクの選択を行う。ノイズキャンセラ部８４は、共通ノイズパターンを使用してマイクスイッチ部８３から受け取った信号に含まれるノイズ成分を推定して減算し、出力する。これにより、上述した第１のノイズキャンセル装置と比較してノイズキャンセラ部の演算負荷がノイズキャンセラ部１つ分相当で済むという特徴がある。

また、上述したノイズキャンセル装置を改善するための技術が下記（特許文献１）に記載されている。下記（特許文献１）によれば、ノイズキャンセル装置は、予め様々な種類の雑音パターンを準備しておき、それらと入力信号とを比較し、最も近似するノイズパターンを使用して減算処理を行うことにより、第１のノイズキャンセル装置においてはノイズキャンセラ部の演算量を抑えることができ、また、第２のノイズキャンセル装置においては、よりノイズキャンセル効率を向上させることができる、とされている。
特開２００４−２０６０６３号公報

しかしながら、予め準備しておくノイズパターンには限りがある。そのため、上記従来のノイズキャンセル装置は、準備したノイズパターンに適合しないノイズが入力された場合には、ノイズ抑圧性能が低下することが避けられない。また、予め準備しておくノイズパターンの数を増やした場合には、かえって演算量が増加してしまい、負荷が増大するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズ除去処理の演算量の増加を抑え、かつ音声が入力されるマイクを切り替えた時に、切り替え後のマイクから入力されるノイズを安定して抑圧することが可能なノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、複数の装置入力部と、前記複数の装置入力部のうち一つを選択するスイッチング部と、前記複数の装置入力部に各々対応する複数のノイズパターンを格納する格納部と、前記スイッチング部にて選択された前記装置入力部を介して入力した入力信号に対して、前記格納部に格納された前記装置入力部に対応する前記ノイズパターンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、前記格納部に格納された前記ノイズパターンを、前記減算処理により得られた新ノイズパターンに更新するノイズキャンセル部と、を有する。

本発明によれば、複数系統のマイクロホン入力を備える音声通信装置において、入力信号のノイズキャンセル処理の演算量を抑え、さらに、使用するマイクロホンを切り替えた場合でも安定してノイズを抑圧できるノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法を得ることができる。

本発明の第１の発明のノイズキャンセル装置は、複数の装置入力部と、複数の装置入力部のうち一つを選択するスイッチング部と、複数の装置入力部に各々対応する複数のノイズパターンを格納する格納部と、スイッチング部にて選択された装置入力部を介して入力した入力信号に対して、格納部に格納された装置入力部に対応するノイズパターンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、格納部に格納されたノイズパターンを、減算処理により得られた新ノイズパターンに更新するノイズキャンセル部と、を有する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第２の発明のノイズキャンセル装置は、第１の発明に記載のノイズキャンセル装置において、格納部は、ノイズパターンに各々対応する複数の減算率をさらに格納し、ノイズキャンセル部は、対応する減算率をノイズパターンに乗じたものを用いて、ノイズの減算処理を行うとともに、新減算率を算出し、格納部に格納された減算率を、新減算率に更新する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ入力信号を切り換えた際の音質劣化を抑えつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第３の発明のノイズキャンセル装置は、第２の発明に記載のノイズキャンセル装置において、ノイズキャンセル部は、装置入力部が選択された時の信号対雑音比を用いて、ノイズの減算処理後の雑音レベルがそれぞれ等しくなるように新減算率を算出する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ入力信号を切り換えた際の雑音レベル変動量を抑えつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第４の発明のノイズキャンセル装置は、第２の発明に記載のノイズキャンセル装置において、ノイズキャンセル部は、ノイズの減算処理後の音声の歪み信号が少なくなるように新減算率を算出する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつノイズの減算処理に伴う音声の歪みを最小にしつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第５の発明のノイズキャンセル装置は、第１〜４の発明のいずれかに記載のノイズキャンセル装置において、複数の装置入力部に、それぞれマイクロホンが接続されている。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第６の発明のノイズキャンセル装置は、第５の発明に記載のノイズキャンセル装置において、複数のマイクロホンは、各々異なる方向を向いている。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第７の発明のノイズキャンセル装置は、第１〜６の発明のいずれかに記載のノイズキャンセル装置において、ノイズキャンセル部は、入力信号を所定の時間間隔のフレーム毎に分析し、当該フレームがノイズ成分のみを含むと判断した場合に、当該フレームの分析結果（スペクトル）に基づいて対応するノイズパターンを更新する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第８の発明のノイズキャンセル方法は、複数の装置入力部に各々対応する複数のノイズパターンを格納部に記憶させる記憶工程と、複数の装置入力部のうち一つの装置入力部を選択する選択工程と、選択した装置入力部に対応するノイズパターンを格納部から読み出し、選択した装置入力部を介して入力した入力信号に対して、読み出したノイズパターンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、格納部に記憶させたノイズパターンを、減算処理により得られた新ノイズパターンに更新するノイズキャンセル工程とを有する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第９の発明のノイズキャンセル方法は、第８の発明に記載のノイズキャンセル方法であって、記憶工程では、複数の装置入力部に各々対応する複数の減算率を格納部にさらに記憶させておき、ノイズキャンセル工程では、対応する装置入力部の減算率をノイズパターンに乗じた後、これを用いてノイズの減算処理を行うとともに、新減算率を算出し、格納部に記憶されている減算率を、新減算率に更新する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ入力信号を切り換えた際の音質劣化を抑えつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第１０の発明のノイズキャンセル方法は、第９の発明に記載のノイズキャンセル方法であって、ノイズキャンセル工程では、装置入力部が選択された時の信号対雑音比を用いて、減算処理後の雑音レベルがそれぞれ等しくなるように新減算率を算出する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ入力信号を切り換えた際の雑音レベル変動量を抑えつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第１１の発明のノイズキャンセル方法は、第９の発明に記載のノイズキャンセル方法であって、ノイズキャンセル工程では、ノイズの減算処理後の音声の歪み信号が少なくなるように新減算率を算出する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつノイズの減算処理に伴う音声の歪みを最小にしつつ、最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

第１２の発明のノイズキャンセル方法は、第８〜１１の発明のいずれかに記載のノイズキャンセル方法であって、ノイズキャンセル工程では、入力信号を所定の時間間隔のフレーム毎に分析し、当該フレームがノイズ成分のみを含むと判断した場合、当該フレームの分析結果（スペクトル）に基づいて対応するノイズパターンを更新する。これにより、入力信号に含まれるノイズの減算処理の演算量を抑え、かつ最適化されたノイズパターンを使用することにより安定してノイズ成分を除去する、という作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の構成例を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置を搭載した音声通信端末の構成例を示す図である。また、図３は、本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の回路構成例を示す図であり、図４は、本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャートである。

図１において、１−１、１−２、…、１−ｎは、それぞれ別の方向を向いて設置された複数のマイク、２−１、２−２、…、２−ｎは、マイク入力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、３は、各マイクの入力信号を比較し、その中から一つの信号を選択するスイッチング部であるマイクスイッチ部、４−１，４−２、…、４−ｎは入力信号に含まれるノイズを抑圧して出力するノイズキャンセル部、５は、複数個のマイク１−１〜１−ｎにそれぞれ対応したノイズパターンを保持しているノイズパターン格納部（格納部）である。なお、４１は、後述するフレーム単位のスペクトルを算出するスペクトル算出部、４２は、スペクトル算出部４１の算出したスペクトルが雑音データであるか音声データであるかの判定を行う雑音更新可否判定部４２、４３は、スペクトル算出部４１の算出した雑音データに基づいて、後述するノイズパターンを更新する雑音パターン更新部である。

また、図２において、１００は本発明のノイズキャンセル装置を搭載する音声通信装置、１−１、…、１−ｎは指向性マイクロホン、１０１はスピーカー、１０２は操作盤である。なお、音声通信装置の周囲には様々な方向に雑音源が存在するので、マイクロホンにはそれぞれ少しずつ異なるノイズが入力する。

また、図３において、１００は音声通信装置であり、１−１、…、１−ｎはｎ個のマイクロホン、７−１、…、７−ｎはマイクアンプ、２−１、…、２−ｎはアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、１０はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）であり、その内部の１２はＤＳＰコア、１１はペリフェラルバス、１３はデータバス、１５は内部ＲＡＭのＤＡＲＡＭ、１６は内部ＲＯＭである。また、２０は通信路インターフェース、２１は操作インターフェース、３０はＤＳＰに接続された外部ＲＡＭのＳＤＲＡＭ、４０は外部ＲＯＭ、５０はＤ／Ａコンバータ、６０はスピーカーアンプである。

ここで、図３に記載されたマイクスイッチ部３とノイズキャンセル部４（図１で示したとおり、雑音パターン更新部４３、スペクトル算出部４１、雑音更新可否判定部４２、を備える）は、ＤＳＰコア１２が内部ＲＯＭ１６または外部ＲＯＭ４０に記憶されたプログラムをプログラム・データバス１３を介してロードし、記憶領域のＤＡＲＡＭ５またはＳＤＲＡＭ３０にアクセスしながら当該プログラムを実行することによって実現される。また、ノイズパターン格納部５は、記憶領域のＤＡＲＡＭ１５またはＳＤＲＡＭ３０にマイク別のノイズパターンを格納しておき、その中から選択したマイクのノイズパターンをＤＳＰコア１２にロードする。そして、ＤＳＰコア１２にロードしたノイズパターンを随時更新し、その更新されたノイズパターンを再び記憶領域にセーブすることによって実現される。

つづいて、図３を用いて送受話の信号経路について説明する。マイク入力信号は、マイクアンプ７（上記、マイクアンプ７−１〜７−ｎに相当）で増幅されてＡ／Ｄコンバータ２（上記、Ｄ／Ａコンバータ２−１〜２−ｎに相当）に入力される。Ａ／Ｄコンバータ２でデジタル信号に変換された入力信号は、ペリフェラルバス１１を介してＤＳＰコア１２に渡され、そこで信号処理を施される。そして、信号処理を施された入力信号は、送話デジタル信号としてペリフェラルバス１１を介して通信路インターフェース２０に送出される。一方、受話デジタル信号は、通信路インターフェース２０およびペリフェラルバス１１を介してＤＳＰコア１２に渡され、そこで信号処理を施される。そして、受信デジタル信号は、ＳＰＫ出力信号としてペリフェラルバス１１を介してＤ／Ａコンバータ５０に入力され、アナログ信号に変換された後にアンプ６０で増幅されてスピーカー１０１から再生される。

つづいて、上述したように構成されたノイズキャンセル装置の動作について、図１および図４を用いて詳細に説明する。

まず、複数のマイクからなるマイク１（上記、マイク１−１〜１−ｎに相当）を介して話者の音声および周囲のノイズが混在する信号が入力される。ここで、これら入力信号に含まれる音声信号の大きさ（レベル）およびノイズの種類・大きさは、それぞれのマイクの指向性の方向、話者およびノイズ源の位置関係、などに依存し、差が生じる。つぎに、入力された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２（上記、Ａ／Ｄコンバータ２−１〜２−ｎに相当）によってデジタル信号に変換され、マイクスイッチ部３に渡される。そして、マイクスイッチ部３は、各マイクの出力信号レベルを比較し、最大入力となる系統の信号を出力することにより、話者の方向に指向性を持つマイクの選択を行う（ステップＳ１）。また、マイクスイッチ部３は、選択したマイクから入力した信号をノイズキャンセル部４に渡す。なお、上述したように各マイクの指向性の方向は異なる。そして、各マイクに入力するノイズの成分も異なるため、マイクスイッチ部３がどのマイクを選択したかによって、ノイズキャンセル部が抽出するノイズのスペクトルパターンも異なる。

つぎに、ノイズキャンセル部４は、マイクスイッチ部３が選択したマイクと前回選択したマイクとを比較し（ステップＳ２）、前回と異なるマイクを選択した場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、それまで選択していたマイクの入力信号から抽出したノイズパターンを、マイク個別のラベルを付けてノイズパターン格納部５にセーブする（ステップＳ３）。そして、今回選択されたマイクに対応するノイズパターンをノイズパターン格納部５からロードする（ステップＳ４）。一方、前回と同じマイクが選択された場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、引き続き同じノイズパターンを使用する。

つぎに、ノイズキャンセル部４は、スペクトルサブトラクション法を使用して上記マイクスイッチ部３が選択した信号のノイズレベルを低減させる。すなわち、入力信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）分析し、当該分析結果のスペクトルについて非発声区間（音声入力の無い区間）においてレベル変動が規定の範囲内となる成分をノイズのスペクトルパターンとして抽出し、周波数領域において入力信号からノイズのスペクトルを減算し（ステップＳ５）、逆ＦＦＴ処理によって時間波形に復元する。以上の処理を経てノイズが抑圧された音声信号が出力される（ステップＳ６）。それと同時に、ノイズキャンセル部４は、使用中のノイズパターンを更新し、ノイズパターンを最適化する（ステップＳ７）。

つづいて、上記ステップＳ７での処理であるノイズキャンセル部４がノイズパターンを更新する動作について、図５および図６を用いて説明する。図５は、ノイズパターンの更新処理を示すフローチャートである。また、図６は、入力信号とノイズパターン更新のための処理区間（規定時間単位で区切ったフレーム）との関係の一例を示す図である。
まず、ノイズキャンセル部４（スペクトル算出部４１）は、入力信号のスペクトルをフレーム単位で算出する（ステップＳ７１）。ここで、フレームとは図８に示すように入力信号を一定の時間長の間隔で切り取った単位の事であり、たとえば、ｔ１〜ｔ３の区間である。周波数変換を伴う音声信号処理ではこのように信号をフレーム単位に区切って扱う事が一般的であり、フレームには図８のように一定の重複時間が設けられる。たとえば、ｔ２〜ｔ３の区間である。つぎに、ノイズキャンセル部４（雑音更新可否判定部４２）は、現在処理中のフレームが音声区間であるか雑音区間かを判定する（ステップＳ７２）。

音声区間であるかどうかの判定方法は、たとえば、現フレームのスペクトルとノイズのスペクトルパターンとの距離を算出し、その距離がしきい値よりも大きければ音声区間、小さければ雑音区間と判定する方法がある。これは、音声区間はスペクトルの時間変動が大きく、雑音区間は変動が少ないため、これを利用した判定方法である。そして、本実施の形態では、雑音区間と判断されたフレームの時間平均値をノイズパターンとして利用する。ここで、雑音区間でもノイズのスペクトルは周囲環境によって少しずつ変化する。したがって、ノイズキャンセル部４（雑音パターン更新部４３）は、上記フレームを雑音区間と判定した場合（ステップＳ７３，Ｙｅｓ）、使用しているノイズパターン（スペクトル）を現フレーム（雑音区間）のスペクトルの状態に基づいて補正（更新）する。たとえば、上記フレームを雑音区間と判定した場合、現在のノイズパターンと現フレームのスペクトルとの距離（パワーの差分）を帯域毎に算出し、当該算出結果に規定の係数（一例として４％）を乗じた値をノイズパターンに加算することによりノイズパターンを更新する（ステップＳ７５）。

また、ノイズキャンセル部４は、上記フレームを音声区間と判定した時は、ノイズパターンを更新しない（ステップＳ７４）。以上のように更新されたノイズパターンを、ノイズキャンセル部４は、前回と異なるマイクが選択された時にノイズパターン格納部５にセーブする（ステップＳ７６）。

なお、上記ステップＳ７４においてノイズキャンセル部４は、現フレームのスペクトルの状態に基づいてノイズパターンをごく僅かに更新（たとえば、現在のノイズパターンと現フレームのスペクトルとの距離を帯域毎に算出した結果に上記規定の係数よりもごく小さな値（一例として０．５％）を乗じた値をノイズパターンに加算することによりノイズパターンを更新する。）してもよい。また、本実施の形態のマイク１は、音声通信装置に直接接続された構成となっているが、これに限らず装置入力部（マイク接続部）などを介して接続することとし、着脱可能な構成としてもよい。

このように、本実施の形態では、ノイズキャンセルを行う際に使用するノイズパターンを、マイク毎に個別に用意し、使用するマイクを切り替える毎に使用するノイズパターンも切り替えることとした。さらに、ノイズキャンセル動作中は、実際の入力信号から得たノイズ状況に基づいて、使用しているノイズパターンを更新することとした。これにより、ノイズキャンセル処理の演算量を抑え、さらに、使用するマイクを切り替えた場合でも安定してノイズを抑圧できるノイズキャンセル装置を実現することができる。

（実施の形態２）
つづいて、実施の形態２のノイズキャンセル装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態２によるノイズキャンセル装置の構成例を示す図である。本実施の形態のノイズキャンセル装置は、前述した実施の形態１のノイズキャンセル装置のノイズキャンセル部４およびノイズパターン格納部５に代えて、ノイズキャンセル部４ａおよびノイズパターン・減算率格納部（格納部）５ａを備える。また、ノイズキャンセル部４ａは、減算率調整部４６を含み、ノイズパターン・減算率格納部５ａは、マイク毎のノイズパターンおよび減算率の情報を含む。なお、実施の形態１のノイズキャンセル装置と同じ部分については、同一の符号を付与し、説明を省略する。

ノイズキャンセル部４ａは、後述するノイズパターン・減算率格納部５ａからロードした減算率およびノイズパターンを用い、入力信号に対してノイズキャンセル処理を行う。具体的には、ノイズキャンセル部４ａは、マイクスイッチ部３が選択した入力信号（マイク）に対応するノイズパターンおよび減算率をノイズパターン・減算率格納部５ａからロードし、当該減算率を減算率調整部４６においてノイズパターンに乗じて得た結果（以下、最適ノイズパターンと呼ぶ）を用いて周波数領域の減算処理を行うことにより入力信号からノイズ成分を除去する。なお、ノイズキャンセル部４ａは、上記最適ノイズパターンを用いてノイズキャンセルの処理を行う点を除いて、上述した実施の形態１のノイズキャンセル部４と同じ動作を行う。また、図７では図示していないが、ノイズキャンセル部４ａは、上記ノイズキャンセル部４と同様に雑音パターン更新部、スペクトル算出部、雑音更新可否判定部を備える。

ノイズパターン・減算率格納部５ａは、複数個のマイク１それぞれに対応したノイズパターンと、それらノイズパターンを入力信号の周波数領域から減算する際の減算率とを一対として格納している。そして、ノイズパターンは、上述した実施の形態１と同様に、ノイズキャンセル部４ａにおいて随時更新される。また、減算率は、ノイズキャンセル部４ａにおいて、後述する手順により随時更新される。

つづいて、上記減算率の算出方法について説明する。ここで減算率は、（１）マイクスイッチ（入力信号の切り替え）を行った際に、入力信号のレベルの違いによりノイズレベルが大きく変動し、受話側で感じる違和感を抑制する目的、（２）ノイズ抑圧動作に伴う音声の歪みを最小にする目的、などを考慮して決定する。

ここでは、まず、マイクスイッチを行った際の違和感を抑制する場合、すなわち、マイクスイッチが行われた際にノイズレベルが大きく変動することを防ぐ目的で、どのマイクが選択されても同程度のノイズレベルが出力されるような減算率を、ノイズキャンセル部４ａが、入力信号およびそれに含まれるノイズのレベル（信号対雑音比）に基づいて算出する方法について説明する。

たとえば、マイク個別の入力信号のレベルをＳ（ｎ）、入力信号から推定されたノイズレベルをＮ（ｎ）とする（ｎ：マイクの番号）と、入力信号の全てのマイクの入力信号レベルの平均値Ｓｍｅａｎは、下記（式１）を満たす。

Ｓｍｅａｎ＝（Ｓ（１）＋Ｓ（２）＋ … ＋Ｓ（ｎ））／ｎ （式１）
次に、全てのマイクのノイズレベルの平均値Ｎｍｅａｎは、下記（式２）を満たす。

Ｎｍｅａｎ＝（Ｎ（１）＋Ｎ（２）＋ … ＋Ｎ（ｎ））／ｎ （式２）
次に、ＳｍｅａｎからＮｍｅａｎを減算した、ノイズキャンセル後の出力レベルの平均値に相当する値Ｓ'ｍｅａｎは、下記（式３）となる。

Ｓ'ｍｅａｎ＝Ｓｍｅａｎ−Ｎｍｅａｎ （式３）
ここで、目的とするマイク個別の減算率Ｒ（ｎ）は、下記（式４）を満たせばよい。

Ｓ（ｎ）−Ｎ（ｎ）×Ｒ（ｎ）＝Ｓ'ｍｅａｎ （式４）
以上から、減算率Ｒ（ｎ）は下記（式５）を満たす。

Ｒ（ｎ）＝（Ｓ（ｎ）−Ｓ'ｍｅａｎ）／Ｎ（ｎ）
＝（Ｓ（ｎ）−Ｓｍｅａｎ＋Ｎｍｅａｎ）／Ｎ（ｎ） （式５）
なお、このマイク個別の減算率Ｒ（ｎ）は、最新の信号レベルを参照して随時更新され、同じく随時更新されるノイズパターンと一組にして、異なるマイクが選択される毎にノイズパターン・減算率格納部５ａに格納されたデータと入れ替えられる（更新される）。

つぎに、ノイズ抑圧動作に伴う音声の歪みを最小にする目的で使用する減算率の算出方法について説明する。

たとえば、ノイズ抑圧の前後の信号をそれぞれＳ（ｎ）、Ｓ'（ｎ）とし、これらを比較してＳ（ｎ）に含まれないがＳ'（ｎ）に含まれる歪み信号（高調波成分）の大きさをＤ（ｎ）とする。

また、マイク個別のノイズの減算率Ｒ（ｎ）は、そのマイクにおいてＲ（ｎ）を変化させたときにＤ（ｎ）とＳ'（ｎ）の比率が最小となるＲ（ｎ）として定義すると、これらは、下記（式６）を満たす。

ｍｉｎ［Ｄ（ｎ）／Ｓ'（ｎ）］
＝ ｍｉｎ［Ｄ（ｎ）／（Ｓ（ｎ）−Ｒ（ｎ）×Ｎ（ｎ））］ （式６）
このマイク個別の減算率Ｒ（ｎ）は最新の信号レベルを参照して随時更新され、同じく随時更新されるノイズパターンと一組にして、異なるマイクが選択される毎にノイズパターン・減算率格納部５ａに格納されたデータと入れ替えられる（更新される）。

このように、本実施の形態では、選択した信号のノイズキャンセル処理を行うにあたり、選択したマイクからの入力信号に対応するノイズパターンおよび減算率を用いて当該選択信号のノイズキャンセル処理を行うこととし、減算率は、目的に応じて複数から選択することとした。また、ノイズキャンセル動作中は、実際の入力信号に含まれるノイズ成分の状況に基づいて、使用しているノイズパターンおよび減算率を更新することとした。これにより、（１）マイクスイッチによってノイズレベルが変動する違和感を抑制するノイズキャンセル装置、（２）マイクスイッチによって選択されるマイクが変わっても、ノイズ抑圧後の音声の歪みが比較的少ない状態を保つノイズキャンセル装置、を得ることができる。

以上のように、本発明にかかるノイズキャンセル装置およびノイズキャンセル方法は、音声通信装置に有用であり、特に、複数系統のマイクロホン入力を備え、入力信号のノイズ成分を除去する機能を持つ音声通信装置に適している。

本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置を搭載した音声通信端末の構成例を示す図 本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の回路構成例を示す図 本発明の実施の形態１によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート ノイズパターンの更新処理を示すフローチャート 入力信号と規定時間単位で区切られたフレームとの関係の一例を示す図 本発明の実施の形態２によるノイズキャンセル装置の構成例を示す図 従来のノイズキャンセル装置の構成例を示す図 従来のノイズキャンセル装置の構成例を示す図

符号の説明

１−１，１−２，１−３，１−４，１−ｎ，８１−１，８１−２，８１−ｎ マイクロホン
２−１，２−２，２−ｎ，８２−１，８２−２，８２−ｎ Ａ／Ｄコンバータ
３，８３ マイクスイッチ部（スイッチング部）
４，４ａ，８４−１，８４−２，８４−ｎ，８４ａ ノイズキャンセル部
５ ノイズパターン格納部（格納部）
５ａ ノイズパターン・減算率格納部（格納部）
７−１，７−２，７−ｎ マイクアンプ
１０ ＤＳＰ
１１ ペリフェラルバス
１２ ＤＳＰコア
１３ プログラム・データバス
１５ ＤＡＲＡＭ
１６ 内部ＲＯＭ
２０ 通信路インターフェース
２１ 操作インターフェース
３０ ＳＤＲＡＭ
４０ 外部ＲＯＭ
５０ Ｄ／Ａコンバータ
６０ スピーカーアンプ
１００ 音声通信装置
１０１ スピーカー
１０２ 操作盤

Claims (12)

1. 複数の装置入力部と、
   前記複数の装置入力部のうち一つを選択するスイッチング部と、
   前記複数の装置入力部に各々対応する複数のノイズパターンを格納する格納部と、
   前記スイッチング部にて選択された前記装置入力部を介して入力した入力信号に対して、前記格納部に格納された前記装置入力部に対応する前記ノイズパターンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、前記格納部に格納された前記ノイズパターンを、前記減算処理により得られた新ノイズパターンに更新するノイズキャンセル部と、
   を有することを特徴とするノイズキャンセル装置。
2. 前記格納部は、前記ノイズパターンに各々対応する複数の減算率をさらに格納し、
   前記ノイズキャンセル部は、前記対応する減算率を前記ノイズパターンに乗じたものを用いて、前記ノイズの減算処理を行うとともに、新減算率を算出し、前記格納部に格納された減算率を、前記新減算率に更新する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のノイズキャンセル装置。
3. 前記ノイズキャンセル部は、前記装置入力部が選択された時の信号対雑音比を用いて、前記ノイズの減算処理後の雑音レベルがそれぞれ等しくなるように前記新減算率を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のノイズキャンセル装置。
4. 前記ノイズキャンセル部は、前記ノイズの減算処理後の音声の歪み信号が少なくなるように前記新減算率を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のノイズキャンセル装置。
5. 前記複数の装置入力部に、それぞれマイクロホンが接続されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のノイズキャンセル装置。
6. 前記複数のマイクロホンは、各々異なる方向を向いている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のノイズキャンセル装置。
7. 前記ノイズキャンセル部は、前記入力信号を所定の時間間隔のフレーム毎に分析し、当該フレームがノイズ成分のみを含むと判断した場合に、当該フレームの分析結果（スペクトル）に基づいて対応する前記ノイズパターンを更新する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のノイズキャンセル装置。
8. 複数の装置入力部に各々対応する複数のノイズパターンを格納部に記憶させる記憶工程と、
   前記複数の装置入力部のうち一つの装置入力部を選択する選択工程と、
   選択した前記装置入力部に対応する前記ノイズパターンを前記格納部から読み出し、選択した前記装置入力部を介して入力した入力信号に対して、前記読み出したノイズパターンを用いてノイズの減算処理を行うとともに、前記格納部に記憶させたノイズパターンを、前記減算処理により得られた新ノイズパターンに更新するノイズキャンセル工程と、
   を有することを特徴とするノイズキャンセル方法。
9. 前記記憶工程では、複数の装置入力部に各々対応する複数の減算率を格納部にさらに記憶させておき、
   前記ノイズキャンセル工程では、対応する前記装置入力部の減算率を前記ノイズパターンに乗じた後、これを用いて前記ノイズの減算処理を行うとともに、新減算率を算出し、前記格納部に記憶されている減算率を、前記新減算率に更新する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のノイズキャンセル方法。
10. 前記ノイズキャンセル工程では、前記装置入力部が選択された時の信号対雑音比を用いて、前記減算処理後の雑音レベルがそれぞれ等しくなるように前記新減算率を算出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のノイズキャンセル方法。
11. 前記ノイズキャンセル工程では、前記ノイズの減算処理後の音声の歪み信号が少なくなるように前記新減算率を算出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のノイズキャンセル方法。
12. 前記ノイズキャンセル工程では、前記入力信号を所定の時間間隔のフレーム毎に分析し、当該フレームがノイズ成分のみを含むと判断した場合、当該フレームの分析結果（スペクトル）に基づいて対応する前記ノイズパターンを更新する、
    ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載のノイズキャンセル方法。

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