JP2009253917A - インパルス信号抑制装置及びインパルス信号抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力信号に混在するインパルス音のレベルに応じて、出力レベルを抑制することができるインパルス音抑制装置及びインパルス音抑制方法を得る。
【解決手段】マイクロホンからの入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、アナログ・デジタル変換器で変換されたデジタル信号を一時的に保存する入力データ保存手段、入力データ保存手段に保存されている入力データの高域周波数成分を取り出すフィルタ、入力データの高域周波数成分の実効値を算出する実効値算出手段、上記実効値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、実効値が上記閾値より大きいと判定したときは閾値を実効値で除算した値を抑制係数とし、実効値が閾値以下と判定したときは抑制係数を「１」とする抑制係数演算手段、抑制係数演算手段が算出した抑制係数を入力データに乗算して出力する抑制演算手段、を備える装置による。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声とインパルス音が混在した入力信号において、混在するインパルス音のレベルに応じて、出力レベルを抑制することができるインパルス音抑制装置及びインパルス音抑制方法に関するものである。

マイクロホンなどの音声系信号入力装置に人の声や音楽（以下、これらを総称して「音声信号」とする）を入力して、アンプやスピーカなどの音声系信号出力装置を介して出力する場合、入力に突発音（以下「インパルス音」とする）が混在していると、この突発音の増幅によって予定外の大きなレベルで出力がされることがある。このような予定外の大きな出力は、上記出力装置にとっては過大な出力であるので当該装置の故障原因となる。また、当該装置の利用者にとっては非常に不快な信号出力となる。

従って、入力信号にインパルス音が混在するときは、その信号の増幅や出力を停止するように制御をして、予定外の大きな突発音が出力されることを未然に防止し、逆に、入力信号にインパルス音が混在していないときは正常に増幅して出力するように制御できることが望ましい。ここで、インパルス音とは、例えば、上記信号入力装置と上記信号出力装置とを有する音声会議装置において、この音声会議装置の利用者が机を叩く音や拍手音、また、ペンなどの硬質な物を机に落とした際に生じる衝突音などの類である。

上記のようなインパルス音が入力信号に混在しているとき、出力処理を停止するために、複数のマイクロホンからの入力信号を雑音検出回路で周囲雑音の長時間平均レベルを検出し、送話時の各マイクロホンの出力信号と雑音検出回路の出力信号とを比較回路で比較し、比較結果から、マイクロホンからの入力信号が雑音検出回路の出力信号より高いときにのみミュートを解除して信号を出力する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、予め音韻のラベル付けがなされた多数の音声データからパワーと音声の音韻性を特徴付ける特徴量を特徴抽出部で抽出し、この音声データ中の単語の始端音韻毎の標準パターンおよび継続時間を標準パターン作成部で作成し、音声データ中の無音部分の無音平均パワーを無音パターン作成部で算出し、特徴抽出部で入力信号からパワーと特徴量を抽出し、この特徴量と標準パターンから類似度算出部で類似度を算出し、パワーが無音平均パワーを上回ったフレームから始端音韻毎の継続時間分の対数ゆう度の和を、類似度和算出部で求め、この対数ゆう度の和と、ある閾値を比較することで所定の範囲内であれば音声や音楽と判断する総合判定部を備え、音声や音楽のみを含む信号を出力することができる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０８−２８８９９９号公報 特開平０８−８７２９３号公報

上記の特許文献に記載されている装置及び方法は、入力信号にインパルス音が含まれていることを検出したときは、その入力信号の出力を停止し、入力信号にインパルス音が含まれておらず音声信号のみのときは、その入力信号を出力する。従って、インパルス音が混在する入力信号は、それに含まれる音声信号も同時に出力が停止されることとなる。そのため、停止された部分の音声や音楽は途切れることになり、特に音声会議装置においては、重要な発言がその途切れた部分に該当する場合、会議の進行の妨げになり、また、その他においても、音声や音楽が途切れると聞き取りにくく、利用者にとって不便であった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、入力信号に音声とインパルス音が混在する場合であっても、インパルス音の入力レベルに応じて出力レベルの調整を制御することで、入力信号を適切に出力することができるインパルス音抑制装置及びインパルス音抑制方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるインパルス音抑制装置は、マイクロホンからの入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、アナログ・デジタル変換器で変換されたデジタル信号を一時的に保存する入力データ保存手段と、入力データ保存手段に保存されている入力データの高域周波数成分を取り出すフィルタと、上記入力データの高域周波数成分の実効値を算出する実効値算出手段と、上記実効値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、上記実効値が上記閾値より大きいと判定したときは上記閾値を上記実効値で除算した値を抑制係数とし、上記実効値が上記閾値以下と判定したときは抑制係数を「１」とする抑制係数演算手段と、上記抑制係数演算手段が算出した抑制係数を上記入力データに乗算して出力する抑制演算手段と、を備えていることを主な特徴とする。

本発明によれば、入力信号に音声とインパルス音が混在していても、入力信号の出力を停止することなく出力を継続することができるので、音声や音楽の欠落がなく、利便性が高く、かつ、出力装置の故障原因を排除することができる。

以下、本発明にかかるインパルス音抑制装置の実施形態について図面を参照しながら説明をする。図１は、本発明に係るインパルス音抑制装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、インパルス音抑制装置１は、マイクロホンなどで構成される音声系信号入力装置Ｉと、インパルス音抑制装置１において処理をされた信号を出力するアンプやスピーカによって構成される音声系信号出力装置０に接続され、入力装置Ｉからの入力信号に対して後述するインパルス音抑制方法を実行して、その結果を出力装置Ｏに出力する機能を備えている。

上記の処理を行なうインパルス音抑制装置１は、上記入力装置Ｉから入力される入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２と、このデジタル信号を保存する記憶領域（メモリ）を備え、本発明に係るインパルス音抑制方法を実施する種々の処理を行なうデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）３と、ＤＳＰ３において処理された信号をアナログ信号に変換して音声系信号出力装置Ｏに出力するデジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）９と、を有してなる。

上記のＤＳＰ３はデジタル信号処理を主たる機能とする演算回路であって、インパルス音抑止装置１が有する図示しない記憶手段に記憶されているソフトウェアによって、後述する処理を実行する。以下の説明において語尾に「部」が付記されているものは、上記のソフトウェアとＤＳＰ３が備えるハードウェアの協働によって実現する処理機能を示している。

ＤＳＰ３は、上記Ａ／Ｄ２によってデジタル信号に変換された入力データをＤＳＰ３が内蔵する所定の記憶領域に一時的に保存するメモリ部４と、メモリ部４に保存された入力データを読み出して、この入力データの高域周波数成分のみを取り出すフィルタ部５と、フィルタ部５によって高域周波数成分のみとなったデータを用いて実効値を算出する実効値算出部６と、算出した実効値を予め規定した閾値と比較して、この比較の結果に応じてインパルス音抑制係数Ｒ（以下、単に「抑制係数Ｒ」とする）を算出する抑制係数算出部７と、この算出された抑制係数を上記メモリ部４に保持されている入力データに掛け合わせて、入力データを抑制しＤ／Ａ９に出力する抑制演算手段であるインパルス音抑制部８と、を有してなる。

次に、上記ＤＳＰ３において実行されるインパルス音抑制方法の流れについて、図２のフローチャートと各処理ステップにおける信号とデータの状態を示す図３乃至８を用いて説明をする。図２において、Ｓ１０，Ｓ２０，・・・とあるのは、処理ステップを示す。音声系信号入力装置Ｉから入力されたアナログの入力信号は、Ａ／Ｄ２によってデジタル信号に変換されて入力データＤとして上記メモリ部４に保存される（Ｓ１０）。ここで、音声信号とインパルス音の信号の違いについて説明をする。図３は、入力データの例であって、横軸が時間軸、縦軸が信号の振幅を表わしている。図３（ａ）はインパルス音の例、図３（ｂ）は音声のみの例を示している。図３に示すように、インパルス音は短時間に大きな振幅の変化が生じる信号であるので、その信号に含まれる周波数成分のうち、高域周波数成分の割合は、音声信号に含まれる高域周波数成分の割合に比べて高くなる。

図４にインパルス音を含む入力データであって、ステップＳ１０においてメモリ部４に保存された入力データＤの例を図示する。この入力データＤの高域周波数成分を算出するために、フィルタ部５が入力データＤをメモリ部４から取り出し、その高域周波数成分である高域データＤｈを算出して図示しない記憶手段に一時的に記憶する（Ｓ２０）。図５に、上記高域データＤｈの例を図示する。図５に示すように、入力データＤ（図４）のうち、高周波成分を多く含む部分の振幅は大きく算出され、それ以外の部分の振幅は略ゼロになる。

次に、実効値算出部６が上記高域データＤｈの実効値を算出する。（Ｓ３０）。この実効値は、入力データＤの元となった入力信号にインパルス音が混在していたときはその値が大きく、入力データＤの元となった入力信号にインパルス音が混在していなかったときはその値が小さくなる。図６に算出される実効値Ｄｊと閾値Ｌの例を示す。図６に示すように、実効値Ｄｊは、高域データＤｈの振幅によってその大きさが変化するので、入力データＤにインパルス信号が含まれている場合、実効値Ｄｊも大きくなる。図６に示すように実効値Ｄｊが閾値Ｌよりも大きければ、その入力データＤの元となった入力信号にはインパルス音が混在していると判定することができる（Ｓ４０）。

また、入力データにインパルス音が含まれず音声のみであれば、その入力データに含まれる高域周波数成分の実効値は小さくなるので、実効値Ｄｊは閾値Ｌよりも小さくなる。従って、ステップＳ４０において、抑制係数算出部７が上記実効値Ｄｊは閾値Ｌ以下であると判定すれば、その入力データの元となった入力信号は、そのままの振幅で出力をしても過大出力にはならないため、抑制係数Ｒに「１」をセットする（Ｓ６０）。また、ステップＳ４０において、抑制係数算出部７が実効値Ｄｊは閾値Ｌよりも大きいと判定すれば、その入力データの元となった入力信号の出力値を抑制するための抑制係数Ｒを算出する（Ｓ５０）。上記の実効値Ｄｊは入力信号に含まれるインパルス音の大きさに応じた値をとるので、この実効値Ｄｊが上記閾値Ｌを超える度合いに応じて抑制係数Ｒを算出すればよい。すなわち、閾値Ｌを実効値Ｄｊで除算した結果を抑制係数Ｒとすればよい。

図７に、上記抑制係数Ｒと上記ステップＳ４０における判定の関係を図示する。図７は、横軸を実効値と閾値の比とし、縦軸を抑制係数Ｒとして、その相関をプロットしたグラフである。図７に示すように、横軸が１以下（すなわち、実効値が閾値に比べて小さい場合）であれば、出力値は入力データのままでよいので、横軸が０から１の間の抑制係数Ｒは「１」となる（Ｓ６０）。また、横軸の値が１以上になるとそれに反比例して抑制係数Ｒは減少する。すなわち、実効値が閾値よりも大きい場合は、上記の通りに抑制係数Ｒを設定する（Ｓ５０）。

次に、インパルス音抑制部８が、上記設定された抑制係数Ｒを上記入力データに掛け合わせて、その結果をＤ／Ａ９に出力する（Ｓ７０）。図８に入力データＤと出力データＤｏの関係を図示する。図８に示すように、入力データＤにインパルス音が含まれていることによって高域周波数成分が多い部分の振幅が、上記抑制係数Ｒによって抑制されて出力されている。

以上のように本発明によれば、入力信号にインパルス音が混在しているとき、その出力値をインパルス音の混在度合い（インパルス音の入力レベル）に応じて、抑制して出力することができるので、過大出力を防止しつつ、出力停止などによって音声を途切れることなく連続して出力することができるようになる。

なお、フィルタ部５は、入力データの高域周波数成分を算出するものであればよく、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代えて、ローカットフィルタを用いても良い。

本発明にかかるインパルス音抑制装置の実施形態の例を示す機能ブロック図である。 上記インパルス音抑制装置の動作の例を示すフローチャートである。 （ａ）はインパルス音の特性を示し、（ｂ）は人の声の特性を示すグラフである。 インパルス音を含む入力データの特性を示すグラフである。 入力データの高域周波数成分の特性を示すグラフである。 高域データに基づく実効値の特性を示すグラフである。 抑制係数Ｒの特性を示すグラフである。 入力データと抑制係数Ｒによって抑制された出力データの特性を示すグラフである。

符号の説明

１ インパルス音抑制装置
３ ＤＳＰ

Claims (2)

1. マイクロホンからの入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、
   アナログ・デジタル変換器で変換されたデジタル信号を一時的に保存する入力データ保存手段と、
   入力データ保存手段に保存されている入力データの高域周波数成分を取り出すフィルタと、
   上記入力データの高域周波数成分の実効値を算出する実効値算出手段と、
   上記実効値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、上記実効値が上記閾値より大きいと判定したときは上記閾値を上記実効値で除算した値を抑制係数とし、上記実効値が上記閾値以下と判定したときは抑制係数を「１」とする抑制係数演算手段と、
   上記抑制係数演算手段が算出した抑制係数を上記入力データに乗算して出力する抑制演算手段と、を備えるインパルス音抑制装置。
2. マイクロホンからの入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、アナログ・デジタル変換器で変換されたデジタル信号を一時的に保存する入力データ保存手段、入力データ保存手段に保存されている入力データの高域周波数成分を取り出すフィルタ、上記入力データの高域周波数成分の実効値を算出する実効値算出手段、上記実効値が所定の閾値を超えるか否かを判定し、上記実効値が上記閾値より大きいと判定したときは上記閾値を上記実効値で除算した値を抑制係数とし、上記実効値が上記閾値以下と判定したときは抑制係数を「１」とする抑制係数演算手段、上記抑制係数演算手段が算出した抑制係数を上記入力データに乗算して出力する抑制演算手段、を備えるインパルス音抑制装置を用いて行なうインパスル音抑制方法であって、
   上記アナログ・デジタル変換器が入力信号をデジタル信号である入力データに変換するステップと、
   上記入力データ保持手段が、入力データを保持するステップと、
   上記フィルタが、上記入力データの高域周波数成分を取り出すステップと、
   上記実効値算出手段が、上記取り出された高域周波数成分の実効値を算出するステップと、
   上記抑制係数算出手段が、上記実効値と所定の閾値を比較していずれが大きいか判定するステップと、
   上記判定ステップにおいて、上記実効値が上記閾値よりも大きい判定したときに、上記閾値を上記実効値で除算するステップと、
   上記判定ステップにおいて、上記実効値が上記閾値以下であると判定したときに、上記閾値を「１」とするステップと、
   上記抑制演算手段が、上記係数を上記入力データに乗算し、その結果を出力するステップと、を有するインパルス音抑制方法。

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