JP2007518334A - 音声歪み抑制システム - Google Patents

Abstract

音声歪みの抑制に適するシステム（１）が説明される。システムは、音声出力（４）及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイ（３）の間に結合されたエコーキャンセリング手段ｇ_１、ｇ_２、及びエコーキャンセリング手段ｇ_１、ｇ_２及び／又はマイクロフォンアレイ（３）と結合されたフィルター装置（７）を有する。フィルター装置（７）は、反響のような、少なくとも音声歪みの一部を表すフィルター係数を有する。システムはまた、シミュレートされた音声歪みを表すフィルター係数値を前記フィルター装置（７）のフィルター係数に複製する少なくとも部分的にミラーされた回路装置ｇ’、７’を有する。この複製された値は、次に歪んだ所望の信号の反響を抑制するためにフィルター装置（７）により用いられる。

Description

本発明は、音声歪みを抑制するシステムに関する。前記システムは、音声出力及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイの間に結合されたエコーキャンセリング手段、及びエコーキャンセリング手段及び／又はマイクロフォンアレイと結合されたフィルター装置を有する回路装置を有する。

本発明はまた、システムで利用されるミラーされた回路装置、及び音声歪み抑制方法に関する。

このようなシステムは特許文献１で知られる。既知の音声システムは、システムの拡声器出力とマイクロフォンの間に生じるエコーを除去する適応型エコーキャンセリングフィルターを有する。既知のシステムは、エコーキャンセリングフィルターと結合されたフィルター装置及びエコーキャンセリングフィルターにより除去されなかったマイクロフォン信号のエコー成分をスペクトル的に抑制するマイクロフォンを有する。
あるマイクロフォンは所望の音声信号を検知し、同時に他のマイクロフォンは所望の信号の干渉歪みのみを受信する。システムは、エコーキャンセリング手段及び／又は付加音声雑音障害の形式でスペクトル的に歪みを抑制するマイクロフォンアレイと結合されたフィルター装置を有して良い。

既知のシステムの不利点は、マイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号の反響歪みを低減するために効果的に利用できない点である。
国際公開第９７／４５９９５号パンフレット

本発明の目的は、マイクロフォンアレイにより検知された音声信号においてエコーのテール部の反響の形式でエコー歪みを抑制する改良されたシステム及びフィルター装置の提供である。

本発明によるシステムでは、フィルター装置は少なくとも音声歪みの一部を表すフィルター係数を有し、システムは、シミュレートされた音声歪みを表すフィルター係数値を前記フィルター装置のフィルター係数に複製する少なくとも部分的にミラーされた回路装置を有する。

本発明によるシステム及び回路装置は、音声歪みを表すシミュレートされたフィルター係数をフィルター装置のフィルター係数に複製することにより、音声信号（一般に所望の信号）と独立に音声歪みの抑制が行われるので、有利である。係数値は、音場の反響のテール部の相関特性を表し、及び所望の音声が出力されるか否かに関わらず実際に反響を抑制するフィルター装置内の所望の信号をフィルタリングするために利用され得る。従って特に、音声の有無はもはや歪み除去を歪ませない。音声が歪みの空間相関に感応する形式の歪み除去である場合でさえ、特にしかしこれに限らず、歪みの反響の種類は、本発明によるシステムの手段により効率的に作用され得る。

柔軟な設計が可能な本発明によるシステムの実施例は、ビーム形成器を有するフィルター装置を特徴とする。

ほとんどのフィルターの組み合わせでは、加算及び遅延要素は、フィルター装置内にあり、所謂、一般化サイドローブキャンセラーを構成する。有利なことに、付加遅延要素は、ビーム形成器に付加され、本発明によるシステムの性能を更に向上させ得る。

有利なことに、本発明によるシステムの別の簡易な実施例は、システムは回路装置と少なくとも部分的にミラーされた回路装置の間に係数値複製手段を有することを特徴とする。

本発明によるシステムの更に別の実施例は、フィルター装置は、反響歪み及び／又はマイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号に適応するよう構成されていることを特徴とする。

この場合、フィルター係数は、例えば多かれ少なかれ部屋の固定モデルを表す代わりに反響のような、歪みの変化する相関に感応する形式の除去における動的特性を有するよう更新され得る。このような歪みはまた、マイクロフォンアレイの位置及び方向のそれぞれの変化により抑制され得る。

本発明によるシステムの更に別の実施例は、システムはミラーされたフィルター係数を更新するよう構成されることを特徴とする。

有利なことに、この更なる実施例では、ミラーされたフィルター係数は、必要に応じて何時でも又は調整段階に連続的に更新されて良い。これは、ミラーされたフィルター係数は、反響を表す人工的な入力信号を用いて生成されることにより達成される。

本発明によるシステムの詳細は、マイクロフォンアレイの各マイクロフォンはそれぞれ別のエコーキャンセリング手段を有することを特徴とする。

個々のエコーキャンセリング手段をマイクロフォンアレイの各マイクロフォンに適用する事により、別の直接エコー及び反響、及び少なくとも反響しているテールの一部は、可能な限り個別に除去され、同時に残存歪みはフィルター装置及び／又は出力エコーキャンセリング手段により処理される。

本発明によるシステムは、以下に図を参照して更なる利点と共に説明される。図中の同一の要素は同一の参照符号を用いて示される。

図１の上部は、所望の信号の音声歪みの抑制に適するシステム１を示す。システムは、示されるように、拡声器２及び２つのマイクロフォンを有するマイクロフォンアレイ３を有する。出力４の音声出力信号は、拡声器２により再現される。近端音源（示されない）は所望の音声を生じ、この音声はアレイ３により所望の音声信号として受信される。更に、アレイ３は、図２に明らかにされるように、雑音とは別に異なる種類の歪みの一部として、拡声器２からアレイ３への直接信号、初期（第１の部分）反射の形式のエコー、及びある指数関数的減衰の後（第２の部分）、時間の関数として一般的な部屋のインパルス応答の反響のテールとして示される所謂、反響の形式の反射を検知する。各マイクロフォン３−１、３−２は、音声出力４及び歪んだ所望の音声検知マイクロフォンアレイ３の間にそれぞれ結合された関連するエコーキャンセラーｇ_１及びｇ_２を有して良い。エコーキャンセリング手段ｇ_ｉ（２つのマイクロフォンの場合、ｉ＝１、２）の全ての可能なハードウェア及び／又はソフトウェア部分は、コストを節約するため共通に利用されて良い。各エコーキャンセラーｇ_ｉは、少なくとも直接信号及び初期反射、つまりエコーの第１の部分の効果を除去するために、拡声器２から対応するマイクロフォン３への経路をシミュレートする。これを達成する技術は、例えば参照することにより本願明細書に組み込まれる特許文献１で既知である。それぞれのエコーキャンセリング手段は、最小平均二乗（ＬＭＳ）、再帰型最小二乗、又はブロックＬＭＳ技術を用いた周波数適応型フィルターのような、種々の方法で実施されて良い。

各エコーキャンセリング手段ｇ_ｉは、アレイ３の２つのマイクロフォン３−１、３−２と図示されるようにそれぞれ出力６―１、６―２を有する減算器５−１及び５−２を通じて結合される。これらの減算器の出力６―１、６―２は、それぞれエコーを除去された信号を伝える。

システムは、減算器５を通じてエコーキャンセリング手段ｇ_ｉ及び／又はマイクロフォンアレイ３と結合されたビーム形成器７Ｂを有して良いフィルター装置７を有する。ビーム形成器７Ｂは、所謂一般化サイドローブキャンセラーに含まれ、音声マイクロフォン感度ローブ又は曲線を決定及び制御できる。この場合、減算器の出力６−１、６−２に２つのビーム形成器の入力信号が与えられたとすると、これらの信号は、所望の音響／音楽／音声信号及び反響のテールから生じる反響信号を有する。ビーム形成器７Ｂは、所望の信号を有する一次信号ｚ及び反響を有する基準信号ｘを抽出することにより、反響信号を識別できる。これは、示されるように一次信号を引き出すためにフィルターｆ_１及びｆ_２におけるフィルタリング、そして加算装置９−１におけるフィルターｆ_ｉの出力の加算により行われる。このように、エコーを除去されたマイクロフォン信号ｕ_１及びｕ_２は加算され、残りの直接信号及び所望の音声の初期反射がコヒーレントに加算され、ビーム形成器の性能を向上する。更に、これは、基準信号ｘを表す反響を引き出すためにブロッキングフィルターｂ_１及びｂ_２におけるエコーを除去されたマイクロフォン信号のフィルタリング、そして加算装置９−１によるフィルターの出力の加算により行われる。基準信号ｘは、実質的に如何なる所望の信号成分も有さない。フィルターｂ_ｉはＢとともに、ブロッキングマトリックスと称される。フィルターｆ_ｉ及びｂ_ｉは、所望の信号源に依存する方向情報を伝える。

図３に示される例では、ビーム形成器７Ｂは、装置９−１の出力１０と結合され、次に加算装置９−３と結合された唯一の遅延要素８を有する。遅延要素８は、性能を向上するビーム形成器のインパルス応答に非原因部分を提供する。基準信号ｘは、図１においてｗで示される適応型フィルターへ供給される。適応型フィルターは、装置９−３の反転入力１１へ供給される。フィルター装置７のフィルターｗは、マイクロフォンアレイ３により検知された所望の信号の中の反響（第２の部分）歪みの指標を表す又は有するフィルター係数を有する。加算装置９−３はまた、加算された又はビーム形成器の出力Ｓを有する。出力Ｓは、従って適応型フィルター装置７の適応型フィルターｗで、それらの係数値が変化する反響歪みを表すようフィルター係数を適応するために利用される。非適応型の実施例では、フィルター係数は固定され推定される固定された反響のテールを除去する。

反転入力１１のフィルターされた反響又は反射信号は、加算装置９−３の主たる信号から差し引かれるので、加算された出力Ｓの信号は、反響のテールが除去された所望の信号のみを有する。

図３は、３つのマイクロフォン３−１、３−２、３−３のアレイを有するフィルター装置７の実施例を示す。基本的に複数のマイクロフォンが可能である。しかしながら、以上に説明された原理の概要は同じである。ブロックマトリックスは、１つのブロックＢに纏められて良い。異なる基準信号ｘ_１及びｘ_２は、一般に適応型の個別のフィルターｗ_１及びｗ_２を有するフィルター７Ａに供給されて良い。望ましい遅延要素では、Δは、３つのマイクロフォン３とそれぞれ結合されるフィルターｆ_１、ｆ_２及びｆ_３の前又は後で分割されて良い。別の遅延要素Δは、拡声器２とマイクロフォン３の間の期待される個々の遅延を考慮するため、各可能なマイクロフォンから加算装置９−１へのそれぞれ分岐に含まれ得る。

システム１がそれ自身で起動しない場合、如何なる遠端信号も存在しないので、拡声器の信号、例えば、雑音シーケンス又はある種の開始音が生成され得る。

以上に説明されたシステムは、例えばハンズフリースピーカーフォンのようなハンズフリー通信システム、例えば家庭又は医療用途で音声により制御されるシステム、会議システム、音声認識システム又は類似のもので利用され得る。

以上の図の説明は、ビーム形成器７により実施されるフィルター装置に関連するが、以上の説明はまた、以上に説明されたように、一般にシステム１内の音声歪みの抑制を目的とした如何なるフィルター装置７に適用できる。

反響は、歪みの一形式である。その除去は、マイクロフォンアレイ構成及び部屋に関連する空間的相関特性に強く依存する。音場の空間的相関は、マイクロフォン信号間の相互相関を決定し、また、フィルター装置及びビーム形成器７の設計及び性能を決定する量である。これら空間的相関特性は、部屋の形状、壁の吸収作用、位置、方向及び部屋内のマイクロフォンアレイ３のマイクロフォンの間隔のような複数の特性に依存する。有利なことに、システム１は、これら特性のある種類のモデルを必要としない。しかしながら、これら特性及び／又はモデル化された歪みエコーキャンセリング特性又はシステム１の係数が有意に変化する場合、かなりの時間を要する実質的な適応が要求される。一般に、この時間は、特に音声の存在の直後又は特に音声が存在しない直後に可聴及び妨害効果のため、常に利用可能ではない。以上の説明は、反響のような歪みの形式に依存する空間的相関に関し最も重要である。以下の説明は、従って、図１に示されるようなフィルター装置を有するシステムによる反響の除去に関する。

図１の下部は、エコーキャンセリング手段ｇ及びビーム形成器７と少なくとも部分的に同じである又はミラーされた回路装置７’を示す。図１の下部は、ビーム形成器７と同一の部品を有するビーム形成器７’を有し、また手段９’は、エコーフィルターとしてｇ_１’及びｇ_２’を有し、ｇ_１’及びｇ_２’の係数は制御又は設定されて良い。各エコーフィルター手段ｇ_１’及びｇ_２’は、一般にｉ＝１、２、．．．であり、単純なフィルターである。通常、各エコーフィルター手段は、少なくとも反響除去の場合は、シミュレートされたインパルス応答の反響のテール部だけが図示された複製手段Ｃ１、Ｃ２、及びＣ３によりキャンセラー手段ｇ_ｉからフィルター手段ｇ_ｉ’へ複製される必要があるので、対応するエコーフィルターキャンセリング手段ｇ_ｉより少ない数の係数を有する。同様に、フィルターｆ_１、ｆ_２、ｂ_１及びｂ_２のフィルター特性又は係数値は、ビーム形成器７’のフィルター手段ｆ_１’、ｆ_２’、ｂ_１’及びｂ_２’にそれぞれ複製される。補助入力信号は、出力Ｓ’と結合された７’の適応型フィルターｗ’が出力Ｓ’の出力信号を最小化することができるように、ミラーされた回路装置ｇ’、７’の入力端子１２へ利用される。端子１２の補助入力信号は、例えば固定された白色雑音信号又はキャンセルされるべき歪みの特定の種類に依存する如何なる他の信号であって良い。このように、フィルターｗ’のフィルター係数値を表すシミュレートされた音声歪みは、フィルター装置７のフィルターｗのフィルター係数に複製される。これらの値は、音場の反響のテール部の相関特性を表し、及び所望の音声が出力されるか否かに関わらず実際に反響を抑制するフィルター装置７内の所望の信号をフィルタリングするために利用され得る。フィルター７’のビーム形成器の係数を適用又は更新するため、部屋の反響作用のみを考慮する必要がある。更に、部屋内の如何なる音源もそうしないので、所望の音源は要求されない。フィルターｗが適応型フィルターｗ’から係数を受信する限り、フィルターｗは適応型である必要はない。

本発明によるシステムの可能な実施例を有する全体図を示す。 直接信号、初期反射及び一般的な部屋のインパルス応答の後に生じる反響のテールを時間の関数として示す。 図１のシステムの拡張に適用する、３つのマイクロフォンのアレイを有する一般化サイドローブキャンセラーの形式のフィルター装置の実施例を示す。

Claims (8)

1. 音声歪み抑制システムであって：
   音声出力及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイの間に結合されたエコーキャンセリング手段、及び
   少なくとも音声歪みの一部を表すフィルター係数を有する、エコーキャンセリング手段及び／又はマイクロフォンアレイと結合されたフィルター装置、
   を有する回路装置を有し、
   前記システムは、フィルター係数値を表すシミュレートされた音声歪みを前記フィルター装置のフィルター係数に複製するために、少なくとも部分的にミラーされた回路装置を有する、システム。
2. 前記フィルター装置は、ビーム形成器を有する、請求項１記載のシステム。
3. 前記ビーム形成器は、フィルター及び加算型ビーム形成器及び／又は遅延及び加算型ビーム形成器を有する、請求項２記載のシステム。
4. 前記システムは、前記回路装置及び少なくとも部分的にミラーされた回路装置の間に係数値複製手段を有する、請求項１記載のシステム。
5. 前記ビーム形成器は、反響歪み及び／又は前記マイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号に適応するよう構成される、請求項１記載のシステム。
6. 前記システムは、ミラーされたフィルター係数を更新するよう構成される、請求項１記載のシステム。
7. 前記マイクロフォンアレイの各マイクロフォンは、少なくとも部分的に独立したエコーキャンセリング手段を有する、請求項１記載のシステム。
8. 回路装置であって、前記請求項１乃至７の何れか１項記載のシステムで用いられる、回路装置。
   

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