JP2009065424A - Impulse identification device and impulse identification method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノイズキャンセルマイクの雑音判定処理において、音声とインパルス音を識別する装置及びその方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for discriminating voice and impulse sound in noise determination processing of a noise canceling microphone.
発話者の音声と、その周囲の雑音を識別して入力信号に含まれる周囲雑音を低減(除去)して出力するノイズキャンセルマイクロホン(以下「NCマイク」とする)が知られている。周囲雑音には、主に定常雑音(室内のエアコンの音や屋外の風の音など)と突発音(拍手、ドアの開閉音、物を叩く音)がある。従来、突発音の識別は、入力信号の時間領域における音圧変動が大きいものを突発音(以下「インパルス音」とする)として識別する方法や、入力信号の周波数領域における低周波領域の音圧エネルギーと高周波領域の音圧エネルギー領域の比率が、所定の閾値以上のものをインパルス音として識別する方法が知られている(例えば特許文献1乃至3を参照)。 There is known a noise canceling microphone (hereinafter referred to as “NC microphone”) that discriminates a speaker's voice and ambient noise and reduces (removes) ambient noise included in an input signal and outputs it. Ambient noise mainly includes stationary noise (such as indoor air conditioner sounds and outdoor wind sounds) and sudden sounds (applause, door opening and closing sounds, and hitting objects). Conventionally, sudden sound is identified by a method of identifying a sound having a large sound pressure fluctuation in the time domain of the input signal as a sudden sound (hereinafter referred to as “impulse sound”), or a sound pressure in the low frequency domain of the input signal frequency domain. A method is known in which the ratio of the energy and the sound pressure energy region in the high frequency region is identified as an impulse sound with a predetermined threshold value or more (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
しかし、上記の特許文献1乃至3に記載されているような従来の識別方法で、例えば、机上にペンを落とした際に発する音圧レベルが小さいインパルス音は、時間領域における音圧変動が小さいためインパルス音として識別することができない。また、「さ」行(さ、し、す、せ、そ)等の音は、高周波領域成分の比率が多いので、周波数領域における高周波領域と低周波領域の音圧エネルギーの比率が大きいためインパルス音として識別されてしまう。 However, in the conventional identification method as described in Patent Documents 1 to 3, for example, an impulse sound with a small sound pressure level generated when a pen is dropped on a desk has a small sound pressure fluctuation in the time domain. Therefore, it cannot be identified as an impulse sound. In addition, since the sound of the “sa” line (sa, shi, sushi, se, so) has a high ratio of high frequency region components, the ratio of the sound pressure energy in the high frequency region to the low frequency region in the frequency region is large. It will be identified as sound.
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、音圧レベルが小さいインパルス音であっても的確に識別することができ、かつ、高周波領域が多い入力音が音声である場合はインパルス音として識別しないようにすることができる、より正確なインパルス識別方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a current situation, and can accurately identify even an impulse sound with a low sound pressure level, and if an input sound with a large high frequency range is a voice, the impulse It is an object of the present invention to provide a more accurate impulse identification method that can be prevented from being identified as sound.
本発明は、周囲の音を電気信号に変換する音響電気変換器から入力される入力信号に信号演算処理を行なうことで、当該信号がインパルスであるか否かを判定するデジタル信号プロセッサで構成されるインパルス識別装置であって、上記入力信号を周波数特性に変換するフーリエ変換手段と、上記周波数特性に高調波が含まれているか否かを判定する第一判定手段と、上記周波数特性の所定の周波数のゲインレベルが所定の値以上であるか否かを判定する第二判定手段と、を有することを主な特徴とする。 The present invention includes a digital signal processor that performs signal arithmetic processing on an input signal input from an acoustoelectric converter that converts ambient sound into an electric signal, and determines whether the signal is an impulse. An impulse identification device comprising: Fourier transform means for converting the input signal into frequency characteristics; first determination means for determining whether or not harmonics are included in the frequency characteristics; And a second determination means for determining whether or not the frequency gain level is equal to or higher than a predetermined value.
また、本発明は、周囲の騒音を電気信号に変換する音響電気変換器から入力される入力信号を周波数特性に変換するフーリエ変換手段と、上記周波数特性に高調波が含まれているか否かを判定する第一判定手段と、上記周波数特性の所定の周波数のゲインレベルが所定の値以上であるか否かを判定する第二判定手段と、を備えるノイズキャンセル装置におけるインパルス識別方法であって、上記フーリエ変換手段によって、入力信号を周波数特性に変換するステップと、上記第一判定手段によって、上記周波数特性に高調波が含まれるか否かを判定するステップと、上記第二判定手段によって、上記第一判定手段における判定おいて、高調波が含まれていないと判定された周波数特性の所定の周波数のゲインレベルが所定の値以上であるか否かを判定するステップと、を有することを主な特徴とする。 The present invention also provides Fourier transform means for converting an input signal input from an acoustoelectric converter that converts ambient noise into an electrical signal into frequency characteristics, and whether the frequency characteristics include harmonics. An impulse identification method in a noise canceling device comprising: first determination means for determining; and second determination means for determining whether a gain level of a predetermined frequency of the frequency characteristic is a predetermined value or more, The step of converting the input signal into a frequency characteristic by the Fourier transform unit, the step of determining whether or not a harmonic is included in the frequency characteristic by the first determination unit, and the second determination unit Whether the gain level of the predetermined frequency of the frequency characteristic determined to contain no harmonics in the determination by the first determination means is greater than or equal to a predetermined value Determining a, and characterized mainly in that it has a.
本発明によれば、マイクロホンから入力された信号の周波数成分の特徴と、入力信号の周波数成分における所定周波数のゲインレベルの特徴を識別することによって、インパスル音であるか否か識別することができるので、音圧変動が小さいインパルス音も的確に識別することができ、また、従来の識別方法ではインパルスとして誤認されていた「さ」行の音声は誤認することなく、音声として識別することできるようになる。 According to the present invention, it is possible to identify whether the sound is an impulsive sound by identifying the characteristics of the frequency component of the signal input from the microphone and the characteristics of the gain level of the predetermined frequency in the frequency component of the input signal. Therefore, it is possible to accurately identify an impulse sound with a small variation in sound pressure, and it is possible to identify the voice of the “sa” line, which was mistaken as an impulse in the conventional identification method, without being misidentified. become.
以下、本発明にかかるインパルス識別装置の実施形態について、図を用いて説明する。図1に示すように、インパルス識別装置10(以下「装置10」とする)は、音声入力に用いる音響電気変換器であるマイク20と、入力された信号の出力に使用するアンプ30に接続し、アンプ30にはスピーカ40を接続して使用する。装置10は、発話者の音声と、周囲雑音(定常殺音及びインパルス音)が混在して入力信号となるので、この入力信号がインパルス音である否かを判定し、また、入力信号からノイズ成分のみを除去して音声成分のみをアンプ30に出力する。
Hereinafter, embodiments of an impulse identification device according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an impulse identification device 10 (hereinafter referred to as “
図2は、当該発明に係るマイクロホンの内部に備える回路構成のイメージを示す機能ブロック図である。装置10は、マイク20から入力される信号をデジタル信号に変換するA/D11と、デジタル信号に変換された入力信号を周波数特性に変換する高速フーリエ変換器(FFT)12と、周波数特性に高調波成分が含まれるか否かを判定する高調波判定部13と、入力信号の音圧レベルを判定するレベル判定部14と、高調波成分を含まず音圧レベルが所定の音圧レベルよりも小さい入力信号の上記周波数特性を保持して平均値を算出する平均ノイズ演算部15と、入力信号の周波数特性から平均ノイズ演算部15が保持する周波数特性を減算する減算処理部16と、減算処理の結果を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換器(以下「IFFT」という)17、逆フーリエ変換された信号をアナログ信号に変換してアンプ30に出力するD/A18を備えている。装置10を構成するFFT12,高調波判定部13,レベル判定部14,平均ノイズ演算部15,IFFT17は,DSPを用いて実装する。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an image of a circuit configuration provided in the microphone according to the present invention. The
次に、上記装置10を用いたインパルス識別方法について、図3のフローチャートを用いて説明する。図2において各処理ステップをS301,S302,・・・として表記する。まず、マイク20から入力された信号が、A/D11においてデジタル信号に変換されて、その後FFT12によって周波数特性に変換される(S301)。次に、高調波判定部13において、前記周波数特性に高調波が存在するか否かを判定する(S302)。高調波判定部13において、入力信号の周波数特性に高調波が存在すると判定された場合(S302のY)、当該入力信号は音声であるので、平均ノイズ演算部15が保持している平均ノイズを用いて、入力信号の周波数特性から平均ノイズを減算する(S306)。平均ノイズの詳細については後述する。減算した結果をIFFT12において、逆フーリエ変換し、(S307)、変化されたデジタル信号をD/A18によってアナログ信号に変換してアンプ30に出力する。
Next, an impulse identification method using the
高調波判定部13において、高調波が存在しないと判定された場合(S302のN)は、当該周波数特性に含まれる所定の周波数におけるゲインが所定のレベル以上であるか否かを判定する(S303)。所定周波数におけるゲインが所定のレベル以上であれば(S303のY)、入力音はインパルス音であると判定し、当該周波数特性を出力する処理は行なわず処理はS301に戻る。 When the harmonic determination unit 13 determines that no harmonic exists (N in S302), it is determined whether or not the gain at a predetermined frequency included in the frequency characteristic is equal to or higher than a predetermined level (S303). ). If the gain at the predetermined frequency is equal to or higher than the predetermined level (Y in S303), it is determined that the input sound is an impulse sound, the process of outputting the frequency characteristic is not performed, and the process returns to S301.
高調波判定部13において、高調波が存在しないと判定され(S302のN)、かつ、当該周波数特性に含まれる所定の周波数におけるゲインが所定のレベル以上ではないと判定された場合(S303のN)、当該周波数特性はノイズであると判定し、この周波数特性を用いて平均ノイズ演算部15において平均ノイズを算出し、算出した平均ノイズを平均ノイズ演算部15が保持する(S305)。ここで、上記の平均ノイズとは、入力信号が音声以外であって、かつ、インパルス音以外の場合、その信号の周波数特性の時間平均を算出したものである。すなわち、入力信号に含まれる周囲ノイズの平均値である。この平均ノイズの周波数特性を用いて、音声と判定された入力信号の周波数特性に対して減算処理をおこなうことで、音声と判定された周波数特性に含まれている周囲雑音成分を除去することができ、ノイズをキャンセルした入力信号の周波数特性を得ることができる。このノイズをキャンセルした周波数特性を元に出力信号を生成することで、明瞭な音声出力を得ることができる。 When the harmonic determination unit 13 determines that there is no harmonic (N in S302) and determines that the gain at a predetermined frequency included in the frequency characteristic is not equal to or higher than a predetermined level (N in S303). ), It is determined that the frequency characteristic is noise, the average noise is calculated by the average noise calculation unit 15 using the frequency characteristic, and the average noise calculation unit 15 holds the calculated average noise (S305). Here, the average noise is obtained by calculating the time average of the frequency characteristics of the input signal when the input signal is other than sound and other than impulse sound. That is, the average value of ambient noise included in the input signal. By using the frequency characteristic of the average noise to perform subtraction processing on the frequency characteristic of the input signal determined to be speech, the ambient noise component included in the frequency characteristic determined to be speech can be removed. The frequency characteristics of the input signal with the noise canceled can be obtained. A clear audio output can be obtained by generating an output signal based on the frequency characteristic in which the noise is canceled.
上記のインパルス識別方法の詳細について、図4の波形図を用いて説明する。図4(a)は、入力信号の周波数特性の例である。図4(a)において、横軸は周波数、縦軸は各周波数のゲイン(レベル)を示している。図4(a)に示した周波数特性は複数の高調波が存在し、かつ、一定以上のゲインを有する。従って図4(a)に示した周波数特性は音声(人の声)のうち特に母音の周波数特性として認識することができる。図4(b)に示した周波数特性は、高調波が存在せず、かつ、ゲインのレベルも低いので、周囲雑音として認識することができる。図4(c)に示す周波数特性はインパルス音の周波数特性である。このように、インパルス音は、高調波が存在せず、かつ、一定以上のゲインを有する。このように、周波数特性において、インパルス音独特の性質を検出することで、適格にインパルス音を識別することができ、さらに、インパルス音と周囲雑音を区別することができるので、効果的にノイズを低減することができるようになる。 The details of the above impulse identification method will be described with reference to the waveform diagram of FIG. FIG. 4A shows an example of the frequency characteristic of the input signal. In FIG. 4A, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the gain (level) of each frequency. The frequency characteristic shown in FIG. 4A has a plurality of harmonics and has a certain gain or more. Therefore, the frequency characteristics shown in FIG. 4A can be recognized as frequency characteristics of vowels in particular among voices (human voices). The frequency characteristics shown in FIG. 4B can be recognized as ambient noise because there are no harmonics and the gain level is low. The frequency characteristic shown in FIG. 4C is a frequency characteristic of an impulse sound. Thus, the impulse sound has no higher harmonics and has a gain greater than a certain level. In this way, by detecting the peculiar characteristics of the impulse sound in the frequency characteristic, it is possible to properly identify the impulse sound, and further, it is possible to distinguish the impulse sound from the ambient noise, so that the noise is effectively prevented. Can be reduced.
上記のインパルス音識別方法によれば、入力された信号が音声であっても、子音である場合には、インパルスとして誤認されることなく、ノイズとして低減処理をすることができるので、音声会議装置に当該方法を適用することによって、インパルス音の場合はミュートをし、音声かつ子音のみの場合はノイズとして処理をし、それ以外の音声が入力された場合は、ノイズを低減して出力することができるようになる。 According to the above impulse sound identification method, even if the input signal is a voice, if it is a consonant, it can be reduced as noise without being misidentified as an impulse. By applying this method to mute, if it is an impulse sound, it will be muted, if it is a voice and consonant only, it will be processed as noise, and if other sounds are input, the noise will be reduced and output. Will be able to.
10 マイクロホン
12 高速フーリエ変換器
13 高調波判定部
14 レベル判定部
15 平均ノイズ演算部
16 減算処理部
17 逆フーリエ変換器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記入力信号を周波数特性に変換するフーリエ変換手段と、
上記周波数特性に高調波が含まれているか否かを判定する第一判定手段と、
上記周波数特性の所定の周波数のゲインレベルが所定の値以上であるか否かを判定する第二判定手段と、を有することを特徴とするインパルス識別装置。 An impulse identification device comprising a digital signal processor that determines whether or not the signal is an impulse by performing signal calculation processing on an input signal input from an acoustoelectric converter that converts ambient sound into an electric signal A Fourier transform means for transforming the input signal into a frequency characteristic;
First determination means for determining whether or not harmonics are included in the frequency characteristics;
An impulse identification device comprising: second determination means for determining whether or not a gain level of a predetermined frequency of the frequency characteristic is equal to or higher than a predetermined value.
上記フーリエ変換手段によって、入力信号を周波数特性に変換するステップと、
上記第一判定手段によって、上記周波数特性に高調波が含まれるか否かを判定するステップと、
上記第二判定手段によって、上記第一判定手段において高調波は含まれていないと判定された周波数特性の所定の周波数のゲインレベルが閾値以上であるか否かを判定するステップと、を有することを特徴とするインパルス識別方法。 Fourier transform means for converting an input signal input from an acoustoelectric converter that converts ambient noise into an electrical signal into frequency characteristics, and first determination means for determining whether or not harmonics are included in the frequency characteristics And a second determination means for determining whether or not a gain level of a predetermined frequency of the frequency characteristic is equal to or higher than a predetermined value, and an impulse identification method using a microphone,
Converting the input signal into a frequency characteristic by the Fourier transform means;
A step of determining whether or not a harmonic is included in the frequency characteristic by the first determination means;
Determining whether or not a gain level of a predetermined frequency of the frequency characteristic determined by the second determination unit as being not included in the first determination unit is greater than or equal to a threshold value. Impulse identification method characterized by this.
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Cited By (1)
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US11996115B2 (en) | 2019-03-08 | 2024-05-28 | Nec Corporation | Sound processing method |
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2007
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