JP2012512434A

JP2012512434A - 背景雑音を除去する方法及び装置

Info

Publication number: JP2012512434A
Application number: JP2011541076A
Authority: JP
Inventors: ハイリ; クンピンシュ; ユンヤン; ウェイフェン
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2460156A1; WO2011012054A1; US20110026733A1; CN101986386A; EP2460156A4; CN101986386B

Abstract

背景雑音の除去方法は、ａ）音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得すること、ｂ）前記特性信号と前記音響信号とを乗じ、生成信号を取得すること、ｃ）前記生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力することを含む。背景雑音の除去装置もまた開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声通信分野に関し、特に、背景雑音を除去する方法及び装置に関する。

音声通信において、音響装置によって収集される音響信号は、発信者が置かれる複雑な環境のために、発信者によって生成される音声信号に加えて、他の者の音声や自動車からの音のような発信者の周囲の音源から生成される雑音信号を含むことがある。雑音信号は、通信品質に不利な影響を及ぼす。そのため、雑音除去の技術を採用したいくつかの構成とともに、高い雑音除去効率の維持のために、より多くの注意が払われている。

従来の雑音除去方法は、雑音閾値を設定することと、信号の実効値が雑音閾値より大きい場合に信号を音声信号として識別し、信号の実効値が雑音閾値より小さい場合に信号を雑音信号として識別することと、雑音信号を除去することと、音声信号を増幅することとを含む。実際には、通信の開始又は終了においては、一部の音声信号の実効値は、雑音閾値より小さくなる。そのため、当該一部の音声信号は失われ、音声の継続が確保できなくなる。雑音処理の際に新たな突発的な雑音が生じると、音声信号の正確性が減少する。更に、雑音の強度が大きく変化する場合、従来の雑音除去方法は、効果的に雑音を抑制することができない。

本発明は、先行技術に存在する問題の少なくとも１つを解決するために提案され、背景雑音を除去するための方法及び装置を提供する。

本発明の１つの側面の実施形態によれば、背景雑音の除去方法が提供され、当該背景雑音の除去方法は、ａ）音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得すること、ｂ）前記特性信号と前記音響信号とを乗じ、生成信号を取得すること、ｃ）前記生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力することのステップを含む。

本発明の他の側面の実施形態によれば、背景雑音の除去装置が提供され、当該背景雑音の除去装置は、音響信号を受信し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するために音響信号の特性値を検出するように構成された特性値検出部と、前記特性値検出部に接続され、生成信号を取得するために前記特性信号と前記音響信号とを乗じるように構成された乗算部と、前記乗算部に接続され、前記生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力するように構成された増幅部とを含む。

本発明の実施形態によれば、音響信号の特性値は、音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するために検出される。そして、特性信号と音響信号とは、生成信号を取得するために乗じられる。このため、音声信号と雑音信号は、効果的に分離される。生成信号は、比例的に増幅される。このようにして、周囲の雑音は除去され、音声が効果的に強められる。

上記の本発明の概要は、開示された実施形態や本発明のすべての実施例の記述を意図したものではない。図面や以下の詳細な記述は、代表的な実施形態をより具体的に例示する。

その他の側面および本発明の実施形態の利点は、以下の記載で与えられ、以下の記載において明らかにされ、あるいは、本発明の実施形態の実施から得られる。

本発明についての上記及びその他の特徴及び利点は、図面と併せて以下の記載から明らかにされ、より容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る背景雑音除去方法のフローチャートである。図２は、本発明の実施形態に係る背景雑音除去装置のブロック図である。図３Ａは、本発明の他の実施形態に係る背景雑音除去装置のブロック図であり、図３Ｂは、本発明の更に他の実施形態に係る背景雑音除去装置のブロック図である。図４は、本発明の実施形態に係る音響収集部の概略的な回路図である。図５は、本発明の実施形態に係る事前増幅部の概略的な回路図である。図６は、本発明の実施形態に係る特性値検出部の概略的な回路図である。図７は、本発明の実施形態に係るピーク抑制部の概略的な回路図である。図８は、本発明の実施形態に係る乗算部の概略的な回路図である。図９は、本発明の実施形態に係る増幅部の概略的な回路図である。

本発明の実施形態の詳細を説明する。添付の図面を参照しながら記述される実施形態は、説明のための一例であり、本発明の理解のために用いられる。実施形態は、本発明を限定するための説明ではない。同一又は類似する要素と、同一又は類似する機能を有する要素とは、説明を通じて同一の符号で示される。

本実施形態に係る背景雑音除去方法は、以下に、添付の図面を参照しながら記述される。

図１を参照すると、本発明の実施形態において、背景雑音除去方法は、ａ）音響信号の特性値を検出し、音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得すること、ｂ）特性信号と音響信号とを乗じ、生成信号を取得すること、ｃ）生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力することとを含む。

音響信号の特性値が検出し、音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得した。特性信号に含まれる音声信号は、大きな特性値に対応し、特性信号に含まれる雑音信号は、小さな特性値に対応する。例えば、８５ｄＢの雑音環境での通話において、音声信号の平均の特性値は、およそ１０〜３０ｍＶであり、雑音信号の平均の特性値は、５ｍＶ未満である。特性信号と音響信号とを乗じる際、音声信号とその特性信号の乗算値は、雑音信号とその特性信号の乗算値よりも大きくなる。音声信号が大きいほど、音声信号とその特性信号の乗算値は大きくなり、雑音信号が小さいほど、雑音信号とその特性信号の乗算値は小さくなる。乗算処理の後、音声信号とその特性信号の乗算値と、雑音信号とその特性信号の乗算値との値の相違は、元の音響信号に含まれる音声信号と雑音信号との値の相違よりも大きくなる。従って、雑音は、音声信号が大きいほど、当該音声信号から分離される。

本発明の一実施形態において、音響信号は、外部環境から収集される音響信号、あるいは、他の装置から伝送される音響信号である。フォロワーの回路の処理精度を向上させるために、本発明のいくつかの実施形態では、音響信号は、事前に増幅された音響信号となる。本発明の一実施形態において、ステップｂ）の前に、特性信号のピーク抑制が実行される。従って、生成信号は、ピーク抑制後の特性信号と、音響信号との乗算によって取得される。ピーク抑制処理により、ステップｂ）では、乗算の際に、所定範囲内において、音響信号が、固定値と乗算されることによって同じ比率で増幅される。このようにして、生成信号における、異なる増幅率に起因する歪みが減少される。ピーク抑制は、生成信号の倍率係数を、所定範囲内に制限することで、あまりに大きな信号が出力されることを防止する。

本発明の他の実施形態において、ステップａ）は、音響信号の実効値を検出し、音響信号の平均パワーの信号を取得することを含む。そして、生成信号は、平均パワーの信号と音響信号とを乗じることにより取得される。ステップｃ）において、比例倍率係数は、事前の増幅における倍率係数と、雑音信号の減衰度とに基づいて決定される。一般に、比例倍率係数は、１より小さい。

本発明の更に他の実施形態において、ステップａ）は、音響信号のピーク値を検出し、音響信号のピーク値の変化の傾向を反映したピーク変化信号を取得するすることを含む。そして、生成信号は、ピーク変化信号と音響信号とを乗じることにより取得される。ステップｃ）において、比例倍率係数は、事前の増幅における倍率係数と、雑音信号の減衰度とに基づいて決定される。一般に、比例倍率係数は、１より小さい。

本発明の一実施形態に係る背景雑音除去装置について、以下説明する。

図２を参照すると、本発明の一実施形態において、背景雑音除去装置は、特性値検出部２０２と、乗算部２０４と、増幅部２０６とを含む。

特性値検出部２０２は、音響信号の特性値を検出することで、音響信号を受信し、当該音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得する。

乗算部２０４は、特性値検出部２０２に接続され、特性信号と音響信号とを乗じることで、生成信号を取得する。

増幅部２０６は、乗算部２０４に接続され、生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力する。

図３Ａを参照すると、本発明の他の実施形態において、背景雑音除去装置は、音響収集部２０８と、特性値検出部２０２と、乗算部２０４と、増幅部２０６とを含む。音響収集部２０８の出力端は、特性値検出部２０２の入力端と、乗算部２０４の第１の入力端とのそれぞれに接続される。特性値検出部２０２の出力端は、乗算部２０４の第２の入力端に接続され、乗算部２０４の出力端は、増幅部２０６の入力端に接続される。本発明のいくつかの例において、特性値検出部２０２は、実効値検出部である。本発明のいくつかの例において、特性値検出部２０２は、ピーク検出部である。

図３Ａに示すように、音響収集部２０８は、音響信号を収集し、当該音響信号を変換する。音響信号は、特性値検出部２０２と乗算部２０４とのそれぞれに出力される。特性値検出部２０２は、音響信号の特性値を検出し、音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得する。特性信号は、乗算部２０４へ出力される。乗算部２０４は、特性信号と音響信号とを乗じ、生成信号を取得する。最後に、増幅部２０６は、生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力する。

図３Ｂを参照すると、本発明の更に他の実施形態において、背景雑音除去装置は、音響収集部２０８と、事前増幅部２１０と、特性値検出部２０２と、ピーク抑制部２１２と、乗算部２０４と、増幅部２０６とを含む。

音響収集部２０８の出力端は、事前増幅部２１０の入力端に接続される。事前増幅部２１０の出力端は、特性値検出部２０２の入力端と、乗算部２０４の第１の入力端とのそれぞれに接続される。特性値検出部２０２の出力端は、ピーク抑制部２１２の入力端に接続される。ピーク抑制部２１２の出力端は、乗算部２０４の第２の入力端に接続され、乗算部２０４の出力端は、増幅部２０６の入力端に接続される。本発明のいくつかの例において、特性値検出部２０２は、実効値検出部である。または、特性値検出部２０２は、ピーク検出部である。

図３Ｂに示すように、音響収集部２０８は、音響信号を収集し、受信された音響信号を事前増幅部２１０によって事前に増幅された音響信号に変換する。事前に増幅された音響信号は、特性値検出部２０２と乗算部２０４へそれぞれ出力される。特性値検出部２０２は、事前に増幅された音響信号の特性値を検出し、音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得する。特性信号は、ピーク抑制部２１２へ出力される。ピーク抑制部２１２は、特性信号のピーク抑制を実行し、ピークが抑制された特性信号を乗算部２０４へ出力する。乗算部２０４は、特性信号と、事前に増幅された音響信号とを乗じ、生成信号を取得する。増幅部２０６は、生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力する。

図４に示すように、音響収集部２０８は、第１のバイアス抵抗Ｒ１と、マクロフォン１ａと、ブロッキングキャパシタＣ１とフォロワーとを含む。前記フォロワーは、第２の抵抗Ｒ２と、第３の抵抗Ｒ３と、第１のオペアンプＵ１とを含む。抵抗Ｒ１の一端は、同相電圧のＶＣＭに接続され、抵抗Ｒ１の他端は、マイクロフォン１ａの終端と、ブロッキングキャパシタＣ１の終端とにそれぞれ接続される。ブロッキングキャパシタＣ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２の他端と抵抗Ｒ３の一端とは、オペアンプＵ１の反転入力端子に接続される。オペアンプＵ１の非反転入力端子は、同相電圧のＶＣＭに接続される。抵抗Ｒ３の他端は、オペアンプＵ１の出力端子に接続される。マイクロフォン１ａによって収集された音響信号は、ブロッキングキャパシタＣ１を通過することで当該音響信号に含まれるバイアス電圧が除去される。このようにして交流信号が生成される。交流信号は、フォロワーに入力され、フォロワーから出力される。出力信号は、音響信号１である。

図５を参照すると、事前増幅部２１０は、第４の抵抗Ｒ４と、第５の抵抗Ｒ５と、第２のオペアンプＵ２とを含む。第４の抵抗Ｒ４の一端と、第５の抵抗Ｒ５の一端とは、オペアンプＵ２の反転入力端子に接続される。オペアンプＵ２の非反転入力端子は、同相電圧のＶＣＭに接続される。抵抗Ｒ５の他端は、オペアンプＵ２の出力端子に接続される。音響信号１は、事前増幅部２１０により予め定められた回数（通常は４〜５回）増幅され、事前増幅された音響信号２を取得する。音響信号１を事前増幅することは、フォロワーの回路の処理精度の向上に寄与する。

図６に示すように、特性値検出部２０２は、全波整流器（ＦＷＲ）と、フィルタキャパシタＣ２とを含む。特性値検出部は、実効値検出部又はピーク検出部である。実効値検出部又はピーク検出部２によって受信された、事前増幅された音響信号２は、全波整流器（ＦＷＲ）によって整流され、フィルタキャパシタＣ２によってフィルタリングされ、増幅された音響信号の平均パワーの信号あるいはピーク変化の信号５を取得する。

図７を参照すると、ピーク抑制部２１２は、コンパレータＵ３と、選択スイッチＳ１とを含む。コンパレータＵ３の反転入力端子は、予め定められたピーク抑制電圧ＶＦの第１の端部に接続され、接続スイッチＳ１の端部に接続するように適合されている。コンパレータＵ３の非反転入力端子は、接続スイッチＳ１の第２の端部に接続するように適合されている。コンパレータＵ３の出力端子は、選択スイッチＳ１の第３の端部に接続される。コンパレータＵ３は、平均パワー信号又はピーク変化信号５の電圧と、予め定められたピーク抑制電圧ＶＦとを比較する。平均パワー信号又はピーク変化信号５の電圧が、予め定められたピーク抑制電圧ＶＦよりも大きい場合、選択スイッチＳ１は、予め定められたピーク抑制電圧ＶＦを接続するように選択され、それを出力する。それ以外の場合には、選択スイッチＳ１は、平均パワー信号又はピーク変化信号５を選択し、それを出力する。このようにして、平均パワー信号又はピーク変化信号５の電圧のピーク抑制が行われる。従って、乗算の際に、所定範囲内において、音響信号が、固定値と乗算して同じ比率で増幅されることにより、生成信号における、異なる増幅率に起因する歪みが減少される。ピーク抑制は、生成信号の倍率係数を、所定範囲内に制限することで、あまりに大きな信号が出力されることを防止する。

図８を参照すると、乗算部２０４は、乗算器Ｕ４を含む。乗算器Ｕ４の第１の入力端は、前段増幅部２１０の出力端に接続される。乗算器Ｕ４の第２の入力端は、ピーク抑制部２１２の出力端に接続される。乗算器Ｕ４の数式は、Ｚ＝Ｋ×Ｘ×Ｙである。式中、Ｋは固有の係数であり、Ｘは事前増幅された音響信号２であり、Ｙは平均パワー信号又はピーク変化信号５であり、Ｚは生成信号４である。乗算部２０４は、平均パワー信号又はピーク変化信号５と、事前増幅された音響信号とを乗じ、生成信号４を出力する。

図９に示すように、増幅部２０６は、第５のオペアンプＵ５と、可変抵抗Ｒ６と、第７の抵抗Ｒ７と、第８の抵抗Ｒ８と、第２のスイッチＳ２とを含む。第５のオペアンプＵ５の非反転入力端子は、同相電圧ＶＣＭに接続される。第５のオペアンプＵ５の反転入力端子は、抵抗Ｒ６の一端及び抵抗Ｒ７の一端に接続される。抵抗Ｒ６の他端は、乗算部２０４の出力端に接続される。第２のスイッチＳ２は、モード制御信号（ＭＣ）に接続される。モード制御信号ＭＣは、雑音の強さに応じたコマンドにより、適当な雑音削減モードを選択するように制御される。いくつかの実施形態では、モード制御信号ＭＣは、手動で制御される。通常雑音削減モードでは、モード制御信号ＭＣにより、スイッチＳ２は開放するように制御され、増幅部の比例係数はＡ１であり、その計算式はＡ１＝（Ｒ７＋Ｒ８）／Ｒ６である。一方、強雑音削減モードでは、モード制御信号ＭＣにより、スイッチＳ２は閉鎖するように制御され、増幅部の比例係数はＡ２であり、その計算式はＡ２＝Ｒ７／Ｒ６である。通常雑音削減モードと、強雑音削減モードとの相違は、適当な抵抗Ｒ８の選択により達成される。特性値検出部２０２による音声信号の雑音信号からの効果的な分離の後、増幅部２０６における比例係数を設定し、出力信号は元の入力信号から増幅されるか、元の入力信号から減衰されるかの分割点を決定する。増幅部２０６は、生成信号４を受信し、生成信号の値が分割点よりも高い場合には、生成信号は増幅部２０６により増幅され、それ以外の場合には、生成信号は増幅部２０６により減衰される。生成信号の値と分割点と差は大きいほど、生成信号増幅度又は減衰度は大きくなる。比例係数は、雑音信号の減衰度と音声信号の増幅度に応じて設定される。増幅部２０６において、上述の手順を通じて処理される雑音信号の値は分割点よりも低いため、雑音信号は減衰され、上述の手順を通じて処理される音声信号の値は、分割点よりも高いため、音声信号は増幅される。このように、雑音信号の除去と音声信号の増幅とが行われる。

「実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」、「例」、「実施例」、あるいは、「いくつかの例」という、本明細書における言及は、実施形態や例に合わせて記述された、特定の特徴、構造、材料、又は、特性が、少なくとも、発明の一実施形態や例に含まれていることを意味する。従って、本明細書の各所における「いくつかの実施形態において」、「一実施形態において」、「実施形態において」、「例」、「実施例」、あるいは、「いくつかの例」のような表現は、発明の同一の実施形態や例の参照を必要とするものではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は、特性は、１つあるいは複数の実施形態又は例において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

実施形態の説明が提示又は記述されているが、本発明の精神及び原則から逸脱することなくこれらの変更、代替、置換が行えることは、当業者には理解されたい。そのような変更、代替、置換は、すべて請求の範囲及びその等価物の範囲に含まれる。

本願は、２００９年７月２９日に出願した中国特許出願第２００９１０１０９０７３．３に基づく優先権を主張する。この文献の全体は、参照することにより、本願明細書に取り入れられている。

Claims

音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するステップと、
前記特性信号と前記音響信号とを乗じ、生成信号を取得するステップと、
前記生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力するステップとを含む背景雑音の除去方法。
前記音響信号は、事前に増幅された音響信号である請求項１に記載の背景雑音の除去方法。
前記特性信号に対するピーク抑制を実行するステップをさらに含む請求項１に記載の背景雑音の除去方法。
前記生成信号は、ピークが抑制された特性信号と前記音響信号とを乗じることにより取得される請求項３に記載の背景雑音の除去方法。
前記音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するステップは、前記音響信号の実効値を検出し、前記音響信号の平均パワーの信号を取得することを含む請求項１に記載の背景雑音の除去方法。
前記生成信号は、前記平均パワーの信号と前記音響信号とを乗じることにより取得される請求項５に記載の背景雑音の除去方法。
前記音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するステップは、前記音響信号のピーク値を検出し、前記音響信号のピーク値の変化の傾向を反映したピーク変化信号を取得することを含む請求項１に記載の背景雑音の除去方法。
前記生成信号は、前記ピーク変化信号と前記音響信号とを乗じることにより取得される請求項７に記載の背景雑音の除去方法。
音響信号を受信し、前記音響信号の特性値を検出し、前記音響信号の変化の傾向を反映した特性信号を取得するように構成された特性値検出部と、
前記特性値検出部に接続され、前記特性信号と前記音響信号とを乗じ、生成信号を取得するように構成された乗算部と、
前記乗算部に接続され、前記生成信号を比例的に増幅し、増幅された生成信号を出力するように構成された増幅部とを含む背景雑音の除去装置。
前記音響信号は、事前に増幅された音響信号である請求項９に記載の背景雑音の除去装置。
前記特性信号を受信し、前記特性信号に対してピーク抑制を実行するように構成されたピーク抑制部を含む請求項９に記載の背景雑音の除去装置。
前記乗算部は、ピークが抑制された特性信号と前記音響信号とを乗じるように構成される請求項１１に記載の背景雑音の除去装置。
前記特性値検出部は、前記音響信号の実効値を検出し、前記音響信号の平均パワーの信号を取得するように構成された実効値検出部を含む請求項９に記載の背景雑音の除去装置。
前記生成信号は、前記平均パワーの信号と前記音響信号とを乗じることにより取得される請求項１３に記載の背景雑音の除去装置。
前記特性値検出部は、前記音響信号のピーク値を検出し、前記音響信号のピーク値の変化の傾向を反映したピーク変化信号を取得するように構成されたピーク値検出部を含む請求項９に記載の背景雑音の除去装置。
前記生成信号は、前記ピーク変化信号と前記音響信号とを乗じることにより取得される請求項１５に記載の背景雑音の除去装置。