JP2020134778A - Noise elimination device, noise elimination method and program - Google Patents

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Abstract

To accurately separate an object signal from other signals while suppressing a noise signal.SOLUTION: A noise removal device includes, a first beam forming part for, based on a first channel signal and a second channel signal delayed by a preset first delay time, generating a first signal that suppresses a signal component arriving from another direction different from an object direction of the first channel signal, a second beam forming unit for generating a second signal in which a signal component arriving from an object direction of the second channel signal is suppressed based on the first channel signal delayed by a preset second delay time and the second channel signal, an estimation unit for estimating a noise signal based on the second signal, and an elimination unit for eliminating the estimated noise signal from the first signal, so to generate an object signal representing a signal arriving from the object direction.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、雑音除去装置、雑音除去方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to denoising devices, denoising methods and programs.

例えば車両内において、運転者の音声を集音して認識等をする場合、ビームフォーミングの技術を用いて、運転者の方向からの音声を集音し、他の乗車者の方向からの音声を抑制することが望ましい。また、一般に音声を集音する場合、精度良く雑音を減衰できることが望ましい。例えば、非特許文献1には、音声信号のスペクトルから雑音スペクトルを減衰する方法が記載されている。 For example, when collecting and recognizing the driver's voice in a vehicle, the beamforming technology is used to collect the voice from the driver's direction and collect the voice from the other passenger's direction. It is desirable to suppress it. Further, in general, when collecting sound, it is desirable that noise can be attenuated with high accuracy. For example, Non-Patent Document 1 describes a method of attenuating a noise spectrum from a spectrum of an audio signal.

水町光徳、赤木正人、「マイクロホン対を用いたスペクトルサブトラクションによる雑音除去法」、電子情報通信学会論文誌 A Vol.J82−A No.4、pp.503−512、1999年4月Mitsunori Mizumachi, Masato Akagi, "Noise Removal Method by Spectral Subtraction Using Microphone Pairs", IEICE Journal of Electronics, Information and Communication Engineers A Vol. J82-A No. 4, pp. 503-512, April 1999

ところで、特定の方向からの音声を他の音声から分離する場合、さらに、他の雑音を除去できることが望ましい。 By the way, when separating the sound from a specific direction from other sounds, it is desirable that other noises can be further removed.

本発明は、精度良く目的信号を他信号から分離するとともに雑音信号を抑制することができる雑音除去装置、雑音除去方法およびプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a noise removing device, a noise removing method, and a program capable of accurately separating a target signal from other signals and suppressing a noise signal.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る雑音除去装置は、第1検出器により検出された信号を表す第1チャネル信号を取得する第1取得部と、前記第1検出器に対して所定距離離間して設けられた第2検出器により検出された信号を表す第2チャネル信号を取得する第2取得部と、前記第1チャネル信号および予め設定された第1遅延時間の遅延をした前記第2チャネル信号に基づき、前記第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成する第1ビームフォーミング部と、予め設定された第2遅延時間の遅延をした前記第1チャネル信号および前記第2チャネル信号に基づき、前記第2チャネル信号における前記目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成する第2ビームフォーミング部と、前記第2信号に基づき雑音信号を推定する推定部と、前記第1信号から推定された前記雑音信号を除去することにより、前記目的方向から到来する信号を表す目的信号を生成する除去部と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the noise removing device according to the present invention includes a first acquisition unit that acquires a first channel signal representing a signal detected by the first detector, and the first acquisition unit. A second acquisition unit that acquires a second channel signal representing a signal detected by a second detector provided at a predetermined distance from the detector, the first channel signal, and a preset first delay. A first beam forming unit that generates a first signal that suppresses a signal component arriving from a direction different from the target direction in the first channel signal based on the second channel signal delayed in time is set in advance. A second beam forming that generates a second signal that suppresses a signal component arriving from the target direction in the second channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by the second delay time. A unit, an estimation unit that estimates a noise signal based on the second signal, and a removal unit that generates a target signal representing a signal arriving from the target direction by removing the noise signal estimated from the first signal. It has a part and.

本発明によれば、精度良く目的信号を他信号から分離するとともに雑音信号を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately separate the target signal from other signals and suppress the noise signal.

図1は、実施形態に係る検出システム10の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a detection system 10 according to an embodiment. 図2は、第1遅延時間を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the first delay time. 図3は、第2遅延時間を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the second delay time. 図4は、雑音遅延時間を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the noise delay time. 図5は、雑音除去装置30の機能構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a functional configuration of the noise removing device 30. 図6は、第1ビームフォーミング部46および第2ビームフォーミング部48の機能構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the functional configurations of the first beamforming unit 46 and the second beamforming unit 48. 図7は、推定部50および除去部52の機能構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the functional configurations of the estimation unit 50 and the removal unit 52. 図8は、雑音除去装置30の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of the noise removing device 30. 図9は、目的方向から音声信号が発生され、他方向から音声信号が発生されておらず、さらに、雑音信号も発生されていない場合のシミュレーション例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a simulation example in which an audio signal is generated from a target direction, no audio signal is generated from another direction, and no noise signal is generated. 図10は、目的方向から音声信号が発生され、他方向から音声信号が発生されておらず、さらに、雑音信号も発生されている場合のシミュレーション例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a simulation example in which an audio signal is generated from a target direction, an audio signal is not generated from another direction, and a noise signal is also generated. 図11は、雑音除去装置30のハードウェア構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a hardware configuration of the noise removing device 30.

以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係る検出システム10を詳細に説明する。実施形態に係る検出システム10は、目的方向から到来する目的信号を、目的方向とは異なる他方向から到来する信号から分離して出力する。 Hereinafter, the detection system 10 according to the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The detection system 10 according to the embodiment separates and outputs a target signal arriving from the target direction from a signal arriving from another direction different from the target direction.

図1は、実施形態に係る検出システム10の構成を示す図である。検出システム10は、第1マイクロホン20L(第1検出器)と、第2マイクロホン20R(第2検出器)と、第1チャネル処理部22Lと、第2チャネル処理部22Rと、雑音除去装置30とを備える。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a detection system 10 according to an embodiment. The detection system 10 includes a first microphone 20L (first detector), a second microphone 20R (second detector), a first channel processing unit 22L, a second channel processing unit 22R, and a noise removing device 30. To be equipped.

第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rは、音声を集音して、音声を表す電気信号に変換する。第2マイクロホン20Rは、第1マイクロホン20Lに対して所定距離離間して設けられる。第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rは、略同一の性能を有する。第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rは、指向性の中心方向(正面方向)が同一の方向に向けて(平行に)設けられる。 The first microphone 20L and the second microphone 20R collect sound and convert it into an electric signal representing the sound. The second microphone 20R is provided at a predetermined distance from the first microphone 20L. The first microphone 20L and the second microphone 20R have substantially the same performance. The first microphone 20L and the second microphone 20R are provided so that the central direction (front direction) of the directivity is the same direction (parallel).

第1チャネル処理部22Lは、第1マイクロホン20Lから出力された信号に対してフィルタリング処理およびアナログ/デジタル変化処理等を行い、第1マイクロホン20Lにより検出された信号(本実施形態においては音声)を表す第1チャネル信号を生成する。第1チャネル処理部22Lは、第1チャネル信号を雑音除去装置30に供給する。 The first channel processing unit 22L performs filtering processing, analog / digital change processing, and the like on the signal output from the first microphone 20L, and outputs the signal (voice in the present embodiment) detected by the first microphone 20L. Generates the first channel signal to represent. The first channel processing unit 22L supplies the first channel signal to the noise removing device 30.

第2チャネル処理部22Rは、第2マイクロホン20Rから出力された信号に対してフィルタリング処理およびアナログ/デジタル変化処理等を行い、第2マイクロホン20Rにより検出された信号(本実施形態においては音声)を表す第2チャネル信号を生成する。第2チャネル処理部22Rは、第2チャネル信号を雑音除去装置30に供給する。 The second channel processing unit 22R performs filtering processing, analog / digital change processing, and the like on the signal output from the second microphone 20R, and outputs the signal (voice in the present embodiment) detected by the second microphone 20R. Generates a second channel signal to represent. The second channel processing unit 22R supplies the second channel signal to the noise removing device 30.

雑音除去装置30は、第1チャネル信号および第2チャネル信号に基づき、第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rに対して特定の方向(目的方向)から到来する信号成分(本実施形態においては音声)を表す目的信号を出力する。この際、雑音除去装置30は、目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分、および、雑音信号を除去する。 The noise removing device 30 is based on the first channel signal and the second channel signal, and is a signal component (voice in the present embodiment) that arrives from a specific direction (target direction) with respect to the first microphone 20L and the second microphone 20R. Outputs the target signal representing. At this time, the noise removing device 30 removes signal components and noise signals arriving from a direction other than the target direction.

また、雑音除去装置30には、第1遅延時間(d)、第2遅延時間(d)および雑音遅延時間(τ)が予め設定されている。第1遅延時間(d)、第2遅延時間(d)および雑音遅延時間(τ)は、固定の値であってもよいし、ユーザまたは他の装置からの指示に応じて変更されてもよい。 Further, the noise removing device 30 is preset with a first delay time (d 1 ), a second delay time (d 2 ), and a noise delay time (τ). The first delay time (d 1 ), the second delay time (d 2 ), and the noise delay time (τ) may be fixed values or may be changed according to instructions from the user or other devices. May be good.

本実施形態において、第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rは、指向性の中心方向(正面方向)に対して垂直方向に、所定距離離れて設けられる。また、目的方向は、正面方向より第1マイクロホン20L側に設定される。また、他方向は、正面方向より第2マイクロホン20R側に設定される。 In the present embodiment, the first microphone 20L and the second microphone 20R are provided at a predetermined distance in a direction perpendicular to the central direction (front direction) of directivity. Further, the target direction is set to the first microphone 20L side from the front direction. In addition, the other direction is set to the second microphone 20R side from the front direction.

なお、本実施形態において、検出システム10は、音声信号を検出して、目的方向から到来する音声信号を出力する。しかし、検出システム10は、音声信号に代えて、超音波信号または電磁波信号等を検出してもよい。この場合、検出システム10は、第1マイクロホン20Lおよび第2マイクロホン20Rに代えて、対応する信号を検出する検出器を備える。例えば、この場合、検出システム10は、検出器として、マイクロホンに代えて、超音波信号を検出するセンサまたは電磁波信号を検出するアンテナ等を備える。 In the present embodiment, the detection system 10 detects the audio signal and outputs the audio signal arriving from the target direction. However, the detection system 10 may detect an ultrasonic signal, an electromagnetic wave signal, or the like instead of the audio signal. In this case, the detection system 10 includes a detector that detects the corresponding signal instead of the first microphone 20L and the second microphone 20R. For example, in this case, the detection system 10 includes, as a detector, a sensor for detecting an ultrasonic signal, an antenna for detecting an electromagnetic wave signal, or the like, instead of a microphone.

図2は、第1遅延時間(d)を説明するための図である。第1遅延時間(d)は、他方向から到来した信号が、第2マイクロホン20Rに到達する時刻と、第1マイクロホン20Lに到達する時刻との時間差である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the first delay time (d 1 ). The first delay time (d 1 ) is the time difference between the time when the signal arriving from the other direction reaches the second microphone 20R and the time when the signal arrives at the first microphone 20L.

例えば、他方向の遠方の音源から発生された音声は、第2マイクロホン20Rに到達した後に、第1マイクロホン20Lに到達する。この場合、第1遅延時間(d)は、音声が第2マイクロホン20Rに到達した時刻から、音声が第1マイクロホン20Lに到達した時刻を減じた時間である。より具体的には、正面方向に対する他方向の角度がθであり、第1マイクロホン20Lと第2マイクロホン20Rとの間の距離がDであり、音速がcである場合、第1遅延時間(d)は、d=(Dsinθ)/cである。 For example, the sound generated from a distant sound source in the other direction reaches the first microphone 20L after reaching the second microphone 20R. In this case, the first delay time (d 1 ) is the time obtained by subtracting the time when the voice reaches the first microphone 20L from the time when the voice reaches the second microphone 20R. More specifically, when the angle in the other direction with respect to the front direction is θ 1 , the distance between the first microphone 20L and the second microphone 20R is D, and the sound velocity is c, the first delay time (1st delay time ( d 1 ) is d 1 = (Dsin θ 1 ) / c.

図3は、第2遅延時間(d)を説明するための図である。第2遅延時間(d)は、目的方向から到来した信号が、第1マイクロホン20Lに到達する時刻と、第2マイクロホン20Rに到達する時刻との時間差である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the second delay time (d 2 ). The second delay time (d 2 ) is the time difference between the time when the signal arriving from the target direction reaches the first microphone 20L and the time when the signal arrives at the second microphone 20R.

例えば、目的方向の遠方の音源から発生された音声は、第1マイクロホン20Lに到達した後に、第2マイクロホン20Rに到達する。この場合、第2遅延時間(d)は、目的方向の遠方の音源から発生された音声が、第1マイクロホン20Lに到達した時刻から、第2マイクロホン20Rに到達した時刻を減じた値である。より具体的には、正面方向に対する目的方向の角度がθであり、第1マイクロホン20Lと第2マイクロホン20Rとの間の距離がDであり、音速がcである場合、第2遅延時間(d)は、d=(Dsinθ)/cである。 For example, the sound generated from a sound source distant in the target direction reaches the second microphone 20R after reaching the first microphone 20L. In this case, the second delay time (d 2 ) is a value obtained by subtracting the time when the sound generated from the sound source far away in the target direction reaches the first microphone 20L from the time when the sound reaches the second microphone 20R. .. More specifically, when the angle of the target direction with respect to the front direction is θ 2 , the distance between the first microphone 20L and the second microphone 20R is D, and the sound velocity is c, the second delay time ( d 2 ) is d 2 = (Dsin θ 2 ) / c.

図4は、雑音遅延時間(τ)を説明するための図である。雑音遅延時間(τ)は、雑音信号が、第1マイクロホン20Lに到達する時刻と、第2マイクロホン20Rに到達する時刻との時間差である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the noise delay time (τ). The noise delay time (τ) is the time difference between the time when the noise signal reaches the first microphone 20L and the time when the noise signal reaches the second microphone 20R.

例えば、雑音の音源が第1マイクロホン20L側に存在する場合には、雑音遅延時間(τ)は、雑音信号が、第1マイクロホン20Lに到達した時刻から、第2マイクロホン20Rに到達した時刻を減じた値である。あるいは、雑音の音源が第2マイクロホン20R側に存在する場合には、雑音遅延時間(τ)は、雑音信号が、第2マイクロホン20Rに到達した時刻から、第1マイクロホン20Lに到達した時刻を減じた値である。例えば、正面方向に対する雑音信号の到来方向の角度がθであり、第1マイクロホン20Lと第2マイクロホン20Rとの間の距離がDであり、音速がcである場合、雑音遅延時間(τ)は、τ={(Dsinθ)/c}である。 For example, when the noise source is on the side of the first microphone 20L, the noise delay time (τ) is obtained by subtracting the time when the noise signal reaches the first microphone 20L from the time when the noise signal reaches the second microphone 20R. Value. Alternatively, when the noise source is present on the second microphone 20R side, the noise delay time (τ) is obtained by subtracting the time when the noise signal reaches the second microphone 20R from the time when the noise signal reaches the first microphone 20L. Value. For example, when the angle of the noise signal arrival direction with respect to the front direction is θ 3 , the distance between the first microphone 20L and the second microphone 20R is D, and the sound velocity is c, the noise delay time (τ). Is τ = {(Dsinθ 3 ) / c}.

図5は、雑音除去装置30の機能構成を示す図である。雑音除去装置30は、CPU等を備える情報処理装置により実現される。この場合、雑音除去装置30は、機能ブロックとして、第1取得部42と、第2取得部44と、第1ビームフォーミング部46と、第2ビームフォーミング部48と、推定部50と、除去部52とを有する。 FIG. 5 is a diagram showing a functional configuration of the noise removing device 30. The noise removing device 30 is realized by an information processing device including a CPU and the like. In this case, the noise removing device 30 has, as functional blocks, a first acquisition unit 42, a second acquisition unit 44, a first beamforming unit 46, a second beamforming unit 48, an estimation unit 50, and a removal unit. It has 52 and.

第1取得部42は、第1チャネル処理部22Lから、第1マイクロホン20Lにより検出された信号を表す第1チャネル信号を取得する。第1取得部42は、第1チャネル信号を第1ビームフォーミング部46および第2ビームフォーミング部48に与える。 The first acquisition unit 42 acquires the first channel signal representing the signal detected by the first microphone 20L from the first channel processing unit 22L. The first acquisition unit 42 gives the first channel signal to the first beamforming unit 46 and the second beamforming unit 48.

第2取得部44は、第2チャネル処理部22Rから、第2マイクロホン20Rにより検出された信号を表す第2チャネル信号を取得する。第2取得部44は、第2チャネル信号を第1ビームフォーミング部46および第2ビームフォーミング部48に与える。 The second acquisition unit 44 acquires the second channel signal representing the signal detected by the second microphone 20R from the second channel processing unit 22R. The second acquisition unit 44 gives the second channel signal to the first beamforming unit 46 and the second beamforming unit 48.

第1ビームフォーミング部46は、第2チャネル信号に対して、予め設定された第1遅延時間(d)の遅延処理をする。第1ビームフォーミング部46は、第1チャネル信号、および、第1遅延時間(d)の遅延をした第2チャネル信号に基づき、第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成する。すなわち、第1ビームフォーミング部46は、第1チャネル信号から、第1遅延時間(d)遅延した第2チャネル信号を減じる減算型のビームフォーミング処理を実行する。このような第1ビームフォーミング部46は、第1チャネル信号に含まれる他方向から到来する信号の成分を抑圧することにより、第1チャネル信号に含まれる目的信号の成分および雑音信号の成分を残存させた第1信号を生成することができる。第1ビームフォーミング部46は、第1信号を除去部52に与える。 The first beamforming unit 46 performs delay processing for the second channel signal with a preset first delay time (d 1 ). The first beamforming unit 46 is a signal arriving from a direction different from the target direction in the first channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by the first delay time (d 1 ). A first signal with suppressed components is generated. That is, the first beamforming unit 46 executes a subtraction type beamforming process for subtracting the second channel signal delayed by the first delay time (d 1 ) from the first channel signal. By suppressing the components of the signal coming from the other direction included in the first channel signal, the first beamforming unit 46 retains the component of the target signal and the component of the noise signal contained in the first channel signal. The first signal can be generated. The first beamforming unit 46 gives the first signal to the removing unit 52.

第2ビームフォーミング部48は、第1チャネル信号に対して、予め設定された第2遅延時間(d)の遅延処理をする。第2ビームフォーミング部48は、第2チャネル信号、および、第2遅延時間(d)の遅延をした第1チャネル信号に基づき、第2チャネル信号における目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成する。すなわち、第2ビームフォーミング部48は、第2チャネル信号から、第2遅延時間(d)遅延した第1チャネル信号を減じる減算型のビームフォーミング処理を実行する。このように第2ビームフォーミング部48は、第2チャネル信号に含まれる目的方向から到来する信号の成分を抑圧することにより、第2チャネル信号に含まれる他方向から到来した信号の成分および雑音信号の成分を残存させた第2信号を生成することができる。第2ビームフォーミング部48は、第2信号を推定部50に与える。 The second beamforming unit 48 performs delay processing for the first channel signal with a preset second delay time (d 2 ). The second beamforming unit 48 suppresses the signal component arriving from the target direction in the second channel signal based on the second channel signal and the first channel signal delayed by the second delay time (d 2 ). Generates two signals. That is, the second beamforming unit 48 executes a subtraction type beamforming process for subtracting the first channel signal delayed by the second delay time (d 2 ) from the second channel signal. In this way, the second beamforming unit 48 suppresses the component of the signal coming from the target direction included in the second channel signal, thereby suppressing the component of the signal coming from the other direction and the noise signal included in the second channel signal. It is possible to generate a second signal in which the components of are retained. The second beamforming unit 48 gives the second signal to the estimation unit 50.

推定部50は、第2信号に基づき雑音信号を推定する。例えば、推定部50は、第2信号に基づき、周波数成分で表された雑音信号の振幅(雑音信号の振幅のスペクトラム)を推定する。この場合、推定部50は、時間成分で表された第2信号に対して高速フーリエ変換(FFT)をすることにより、周波数成分で表された第2信号を生成する。そして、推定部50は、周波数成分で表された第2信号および雑音遅延時間(τ)に基づき、雑音信号の振幅のスペクトラムを推定する。 The estimation unit 50 estimates the noise signal based on the second signal. For example, the estimation unit 50 estimates the amplitude of the noise signal represented by the frequency component (the amplitude spectrum of the noise signal) based on the second signal. In this case, the estimation unit 50 generates the second signal represented by the frequency component by performing a fast Fourier transform (FFT) on the second signal represented by the time component. Then, the estimation unit 50 estimates the amplitude spectrum of the noise signal based on the second signal represented by the frequency component and the noise delay time (τ).

除去部52は、第1信号から、推定部50により推定された雑音信号を除去することにより、目的方向から到来する信号を表す目的信号を生成する。 The removal unit 52 removes the noise signal estimated by the estimation unit 50 from the first signal to generate a target signal representing a signal arriving from the target direction.

例えば、除去部52は、第1信号に基づき、周波数成分で表された、雑音信号を含む目的信号(雑音付目的信号)の振幅(雑音付目的信号の振幅のスペクトラム)を推定する。この場合、除去部52は、時間成分で表された第1信号に対して高速フーリエ変換(FFT)をすることにより、周波数成分で表された第1信号を生成する。そして、除去部52は、周波数成分で表された第1信号および雑音遅延時間(τ)に基づき、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムを推定する。 For example, the removal unit 52 estimates the amplitude (amplitude spectrum of the noise target signal) of the target signal (noise target signal) including the noise signal, which is represented by the frequency component, based on the first signal. In this case, the removing unit 52 generates the first signal represented by the frequency component by performing a fast Fourier transform (FFT) on the first signal represented by the time component. Then, the removal unit 52 estimates the amplitude spectrum of the noise-added target signal based on the first signal represented by the frequency component and the noise delay time (τ).

さらに、除去部52は、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、推定部50により推定された雑音信号の振幅のスペクトラムに係数を乗じた値を減じる。これにより、除去部52は、目的信号の振幅のスペクトラムを生成することができる。そして、除去部52は、目的信号の振幅のスペクトラムに対して逆高速フーリエ変換(IFFT)をして、時間成分で表された目的信号を生成する。除去部52は、このように生成した目的信号を外部装置に出力する。 Further, the removing unit 52 subtracts a value obtained by multiplying the amplitude spectrum of the noise signal estimated by the estimation unit 50 by a coefficient from the amplitude spectrum of the noise signal target signal. As a result, the removal unit 52 can generate a spectrum of the amplitude of the target signal. Then, the removal unit 52 performs an inverse fast Fourier transform (IFFT) on the amplitude spectrum of the target signal to generate the target signal represented by the time component. The removing unit 52 outputs the target signal thus generated to the external device.

図6は、第1ビームフォーミング部46および第2ビームフォーミング部48の機能構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the functional configurations of the first beamforming unit 46 and the second beamforming unit 48.

第1ビームフォーミング部46は、機能ブロックとして、第1遅延部61と、第1時間調整部62と、第1反転部63と、第2時間調整部64と、第3時間調整部65と、第4時間調整部66と、第2反転部67と、第1加算部68とを含む。また、第1ビームフォーミング部46には、第1遅延時間(d)および雑音遅延時間(τ)が予め設定されている。 As functional blocks, the first beamforming unit 46 includes a first delay unit 61, a first time adjustment unit 62, a first reversal unit 63, a second time adjustment unit 64, and a third time adjustment unit 65. A fourth time adjustment unit 66, a second inversion unit 67, and a first addition unit 68 are included. Further, a first delay time (d 1 ) and a noise delay time (τ) are preset in the first beamforming unit 46.

第1遅延部61は、第2取得部44から出力された第2チャネル信号を第1遅延時間(d)遅らせる。第1遅延部61は、第2チャネル信号を第1遅延時間(d)遅らせた第1中間信号を出力する。 The first delay unit 61 delays the second channel signal output from the second acquisition unit 44 by the first delay time (d 1 ). The first delay unit 61 outputs a first intermediate signal in which the second channel signal is delayed by the first delay time (d 1 ).

第1時間調整部62は、第1取得部42から出力された第1チャネル信号を雑音遅延時間(τ)遅らせる。第1時間調整部62は、第1チャネル信号を雑音遅延時間(τ)遅らせた第1調整信号を出力する。 The first time adjustment unit 62 delays the noise delay time (τ) of the first channel signal output from the first acquisition unit 42. The first time adjustment unit 62 outputs the first adjustment signal in which the first channel signal is delayed by the noise delay time (τ).

第1反転部63は、第1時間調整部62から出力された第1調整信号の正負を反転させる。第1反転部63は、第1調整信号の正負を反転させた反転第1調整信号を出力する。 The first inversion unit 63 inverts the positive / negative of the first adjustment signal output from the first time adjustment unit 62. The first inversion unit 63 outputs an inverted first adjustment signal in which the positive and negative of the first adjustment signal are inverted.

第2時間調整部64は、第1取得部42から出力された第1チャネル信号を雑音遅延時間(τ)進ませる。第2時間調整部64は、第1チャネル信号を雑音遅延時間(τ)進ませた第2調整信号を出力する。 The second time adjustment unit 64 advances the noise delay time (τ) of the first channel signal output from the first acquisition unit 42. The second time adjustment unit 64 outputs the second adjustment signal obtained by advancing the first channel signal by the noise delay time (τ).

第3時間調整部65は、第1遅延部61から出力された第1中間信号を雑音遅延時間(τ)遅らせる。第3時間調整部65は、第1中間信号を雑音遅延時間(τ)遅らせた第3調整信号を出力する。 The third time adjustment unit 65 delays the first intermediate signal output from the first delay unit 61 by the noise delay time (τ). The third time adjustment unit 65 outputs a third adjustment signal in which the first intermediate signal is delayed by the noise delay time (τ).

第4時間調整部66は、第1遅延部61から出力された第1中間信号を雑音遅延時間(τ)進ませる。第4時間調整部66は、第1中間信号を雑音遅延時間(τ)進ませた第4調整信号を出力する。 The fourth time adjustment unit 66 advances the first intermediate signal output from the first delay unit 61 by the noise delay time (τ). The fourth time adjustment unit 66 outputs the fourth adjustment signal obtained by advancing the first intermediate signal by the noise delay time (τ).

第2反転部67は、第4時間調整部66から出力された第4調整信号の正負を反転させる。第2反転部67は、第4調整信号の正負を反転させた反転第4調整信号を出力する。 The second inversion unit 67 inverts the positive / negative of the fourth adjustment signal output from the fourth time adjustment unit 66. The second inversion unit 67 outputs an inverted fourth adjustment signal in which the positive / negative of the fourth adjustment signal is inverted.

第1加算部68は、第1反転部63から出力された反転第1調整信号、第2時間調整部64から出力された第2調整信号、第3時間調整部65から出力された第3調整信号、および、第2反転部67から出力された反転第4調整信号を受け取る。そして、第1加算部68は、反転第1調整信号、第2調整信号、第3調整信号および反転第4調整信号を加算した信号に、所定係数(α)を乗じることにより、第1信号を生成する。 The first addition unit 68 has an inverted first adjustment signal output from the first inversion unit 63, a second adjustment signal output from the second time adjustment unit 64, and a third adjustment output from the third time adjustment unit 65. The signal and the inverting fourth adjustment signal output from the second inverting unit 67 are received. Then, the first addition unit 68 multiplies the signal obtained by adding the inverted first adjustment signal, the second adjustment signal, the third adjustment signal, and the inverted fourth adjustment signal by a predetermined coefficient (α) to obtain the first signal. Generate.

ここで、任意の時刻tにおける第1チャネル信号をl(t)、時刻tにおける第2チャネル信号をr(t)としたとする。この場合、反転第1調整信号は、−l(t−τ)となる。また、第2調整信号は、l(t+τ)となる。また、第3調整信号は、r(t−d−τ)となる。また、反転第4調整信号は、−l(t−d+τ)となる。 Here, it is assumed that the first channel signal at an arbitrary time t is l (t) and the second channel signal at an arbitrary time t is r (t). In this case, the inversion first adjustment signal is −l (t−τ). The second adjustment signal is l (t + τ). Further, the third adjustment signal is r (t−d 1− τ). Further, the inversion fourth adjustment signal is −l (t−d 1 + τ).

このような場合、第1ビームフォーミング部46は、時刻tにおける第1信号として、式(1)で表されるg(t)を出力する。なお、αは、所定係数であり、例えば、1/4である。
(t)=α×[{−l(t−τ)+l(t+τ)}−{−r(t−d−τ)+r(t−d+τ)}]…(1)
In such a case, the first beamforming unit 46 outputs g 1 (t) represented by the equation (1) as the first signal at time t. In addition, α is a predetermined coefficient, and is, for example, 1/4.
g 1 (t) = α × [{-l (t-τ) + l (t + τ)}-{-r (t-d 1- τ) + r (t-d 1 + τ)}] ... (1)

このような構成の第1ビームフォーミング部46は、第1チャネル信号、および、第1遅延時間(d)の遅延をした第2チャネル信号に基づき、第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成することができる。 The first beamforming unit 46 having such a configuration is different from the target direction in the first channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by the first delay time (d 1 ). It is possible to generate a first signal in which the signal component arriving from the direction is suppressed.

第2ビームフォーミング部48は、機能ブロックとして、第2遅延部71と、第5時間調整部72と、第3反転部73と、第6時間調整部74と、第7時間調整部75と、第8時間調整部76と、第4反転部77と、第2加算部78とを含む。第2ビームフォーミング部48には、第2遅延時間(d)および雑音遅延時間(τ)が予め設定されている。 The second beamforming unit 48 includes a second delay unit 71, a fifth time adjustment unit 72, a third inversion unit 73, a sixth time adjustment unit 74, and a seventh time adjustment unit 75 as functional blocks. The eighth time adjustment unit 76, the fourth inversion unit 77, and the second addition unit 78 are included. A second delay time (d 2 ) and a noise delay time (τ) are preset in the second beamforming unit 48.

第2遅延部71は、第1取得部42から出力された第1チャネル信号を第2遅延時間(d)遅らせる。第2遅延部71は、第1チャネル信号を第2遅延時間(d)遅らせた第2中間信号を出力する。 The second delay unit 71 delays the first channel signal output from the first acquisition unit 42 by the second delay time (d 2 ). The second delay unit 71 outputs a second intermediate signal in which the first channel signal is delayed by the second delay time (d 2 ).

第5時間調整部72は、第2遅延部71から出力された第2中間信号を雑音遅延時間(τ)遅らせる。第5時間調整部72は、第2中間信号を雑音遅延時間(τ)遅らせた第5調整信号を出力する。 The fifth time adjustment unit 72 delays the second intermediate signal output from the second delay unit 71 by the noise delay time (τ). The fifth time adjustment unit 72 outputs the fifth adjustment signal in which the second intermediate signal is delayed by the noise delay time (τ).

第3反転部73は、第5時間調整部72から出力された第5調整信号の正負を反転させる。第3反転部73は、第5調整信号の正負を反転させた反転第5調整信号を出力する。 The third inversion unit 73 inverts the positive / negative of the fifth adjustment signal output from the fifth time adjustment unit 72. The third inversion unit 73 outputs an inverted fifth adjustment signal in which the positive / negative of the fifth adjustment signal is inverted.

第6時間調整部74は、第2遅延部71から出力された第2中間信号を雑音遅延時間(τ)進ませる。第6時間調整部74は、第2中間信号を雑音遅延時間(τ)進ませた第6調整信号を出力する。 The sixth time adjustment unit 74 advances the second intermediate signal output from the second delay unit 71 by the noise delay time (τ). The sixth time adjustment unit 74 outputs the sixth adjustment signal obtained by advancing the second intermediate signal by the noise delay time (τ).

第7時間調整部75は、第2取得部44から出力された第2チャネル信号を雑音遅延時間(τ)遅らせる。第7時間調整部75は、第2チャネル信号を雑音遅延時間(τ)遅らせた第7調整信号を出力する。 The seventh time adjustment unit 75 delays the second channel signal output from the second acquisition unit 44 by the noise delay time (τ). The seventh time adjustment unit 75 outputs the seventh adjustment signal in which the second channel signal is delayed by the noise delay time (τ).

第8時間調整部76は、第2取得部44から出力された第2チャネル信号を雑音遅延時間(τ)進ませる。第8時間調整部76は、第2チャネル信号を雑音遅延時間(τ)進ませた第8調整信号を出力する。 The eighth time adjustment unit 76 advances the noise delay time (τ) of the second channel signal output from the second acquisition unit 44. The eighth time adjustment unit 76 outputs the eighth adjustment signal obtained by advancing the second channel signal by the noise delay time (τ).

第4反転部77は、第8時間調整部76から出力された第8調整信号の正負を反転させる。第4反転部77は、第8調整信号の正負を反転させた反転第8調整信号を出力する。 The fourth inversion unit 77 inverts the positive / negative of the eighth adjustment signal output from the eighth time adjustment unit 76. The fourth inversion unit 77 outputs an inverted eighth adjustment signal in which the positive and negative of the eighth adjustment signal are inverted.

第2加算部78は、第3反転部73から出力された反転第5調整信号、第6時間調整部74から出力された第6調整信号、第7時間調整部75から出力された第7調整信号、および、第4反転部77から出力された反転第8調整信号を受け取る。そして、第2加算部78は、反転第5調整信号、第6調整信号、第7調整信号および反転第8調整信号を加算した信号に、所定係数(α)を乗じることにより、第2信号を生成する。 The second addition unit 78 has an inverted fifth adjustment signal output from the third inversion unit 73, a sixth adjustment signal output from the sixth time adjustment unit 74, and a seventh adjustment output from the seventh time adjustment unit 75. The signal and the inverted eighth adjustment signal output from the fourth inverted section 77 are received. Then, the second addition unit 78 multiplies the signal obtained by adding the inverted fifth adjustment signal, the sixth adjustment signal, the seventh adjustment signal, and the inverted eighth adjustment signal by a predetermined coefficient (α) to obtain the second signal. Generate.

ここで、任意の時刻tにおける第1チャネル信号をl(t)、時刻tにおける第2チャネル信号をr(t)としたとする。この場合、反転第5調整信号は、−l(t−d−τ)となる。また、第6調整信号は、l(t−d+τ)となる。また、第7調整信号は、r(t−τ)となる。また、反転第8調整信号は、−r(t+τ)となる。 Here, it is assumed that the first channel signal at an arbitrary time t is l (t) and the second channel signal at an arbitrary time t is r (t). In this case, reversing the fifth adjustment signal becomes -l (t-d 2 -τ) . Further, the sixth adjustment signal is l (t−d 2 + τ). The seventh adjustment signal is r (t−τ). Further, the inverted eighth adjustment signal is −r (t + τ).

このような場合、第2ビームフォーミング部48は、時刻tにおける第2信号として、式(2)で表されるg(t)を出力する。なお、αは、所定係数であり、例えば、1/4である。
(t)=α×[{−l(t−d−τ)+l(t−d+τ)}−{−r(t−τ)+r(t+τ)}]…(2)
In such a case, the second beamforming unit 48 outputs g 2 (t) represented by the equation (2) as the second signal at time t. In addition, α is a predetermined coefficient, and is, for example, 1/4.
g 2 (t) = α × [{−l (t−d 2 −τ) + l (t−d 2 + τ)} − {−r (t−τ) + r (t + τ)}]… (2)

このような構成の第2ビームフォーミング部48は、第2チャネル信号、および、第2遅延時間(d)の遅延をした第1チャネル信号に基づき、第2チャネル信号における目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成することができる。 The second beamforming unit 48 having such a configuration is a signal arriving from the target direction in the second channel signal based on the second channel signal and the first channel signal delayed by the second delay time (d 2 ). A second signal with suppressed components can be generated.

図7は、推定部50および除去部52の機能構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the functional configurations of the estimation unit 50 and the removal unit 52.

推定部50は、機能ブロックとして、第1周波数変換部82と、雑音信号推定部84とを含む。 The estimation unit 50 includes a first frequency conversion unit 82 and a noise signal estimation unit 84 as functional blocks.

第1周波数変換部82は、第2ビームフォーミング部48から出力された、時間成分で表された第2信号を受け取る。そして、第1周波数変換部82は、時間成分で表された第2信号を、周波数成分で表された第2信号に変換する。 The first frequency conversion unit 82 receives the second signal represented by the time component output from the second beamforming unit 48. Then, the first frequency conversion unit 82 converts the second signal represented by the time component into the second signal represented by the frequency component.

例えば、第1周波数変換部82は、時間成分で表された第2信号を、一定サンプル数分(一定時間分)取得する。そして、第1周波数変換部82は、一定サンプル分の第2信号に対して高速フーリエ変換を実行して、周波数成分で表された第2信号を生成する。第1周波数変換部82は、周波数成分で表された第2信号を雑音信号推定部84に与える。 For example, the first frequency conversion unit 82 acquires the second signal represented by the time component for a certain number of samples (for a certain time). Then, the first frequency conversion unit 82 executes a fast Fourier transform on the second signal for a certain sample to generate the second signal represented by the frequency component. The first frequency conversion unit 82 gives the noise signal estimation unit 84 a second signal represented by a frequency component.

雑音信号推定部84は、周波数成分で表された第2信号と、予め設定された雑音遅延時間(τ)とに基づき、周波数成分で表された雑音信号の振幅(雑音信号の振幅のスペクトラム)を推定する。より具体的には、雑音信号推定部84は、式(3)を演算することにより、角周波数ωにおける雑音信号の振幅を推定する。

Figure 2020134778
The noise signal estimation unit 84 is based on the second signal represented by the frequency component and the preset noise delay time (τ), and the amplitude of the noise signal represented by the frequency component (spectrum of the amplitude of the noise signal). To estimate. More specifically, the noise signal estimation unit 84 estimates the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω by calculating the equation (3).
Figure 2020134778

なお、|N(ω)|は、角周波数ωにおける雑音信号の振幅の推定値である。また、|G(ω)|は、角周波数ωにおける第2信号の振幅である。 Note that | N (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω. Further, | G 2 (ω) | is the amplitude of the second signal at the angular frequency ω.

また、雑音信号推定部84は、予め設定された閾値であるεを記憶していてもよい。雑音信号推定部84は、εをユーザまたは他の装置から受け取っている。 Further, the noise signal estimation unit 84 may store ε, which is a preset threshold value. The noise signal estimation unit 84 receives ε from the user or another device.

そして、sin{ω(τ/2)}≦εの場合、雑音信号推定部84は、式(3)に代えて、式(4)を演算することにより、角周波数ωにおける雑音信号の振幅を推定する。

Figure 2020134778
Then, in the case of sin 2 {ω (τ / 2)} ≦ ε, the noise signal estimation unit 84 calculates the equation (4) instead of the equation (3) to obtain the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω. To estimate.
Figure 2020134778

εは、0に非常に近い値である。従って、sin{ω(τ/2)}が非常に小さくなる領域において、雑音信号推定部84は、近似的に、角周波数ωにおける雑音信号の振幅を推定することができる。 ε is a value very close to 0. Therefore, in the region where sin 2 {ω (τ / 2)} becomes very small, the noise signal estimation unit 84 can approximately estimate the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω.

以上のような構成により、推定部50は、雑音信号の振幅のスペクトラムを推定することができる。 With the above configuration, the estimation unit 50 can estimate the amplitude spectrum of the noise signal.

なお、第2信号は、目的方向から到来した目的信号が抑制され、他方向から到来した信号の成分および雑音信号の成分が残存している。推定部50は、このような第2信号に基づき、雑音信号の振幅のスペクトラムを推定する。従って、推定部50が推定した雑音信号の振幅のスペクトラムは、雑音信号の振幅の成分とともに、他方向から到来した信号の振幅の成分も含まれる。 As for the second signal, the target signal arriving from the target direction is suppressed, and the component of the signal arriving from the other direction and the component of the noise signal remain. The estimation unit 50 estimates the amplitude spectrum of the noise signal based on such a second signal. Therefore, the spectrum of the amplitude of the noise signal estimated by the estimation unit 50 includes not only the amplitude component of the noise signal but also the amplitude component of the signal arriving from another direction.

除去部52は、機能ブロックとして、第2周波数変換部86と、目的信号推定部88と、減算処理部90と、時間変換部92とを含む。 The removal unit 52 includes a second frequency conversion unit 86, a target signal estimation unit 88, a subtraction processing unit 90, and a time conversion unit 92 as functional blocks.

第2周波数変換部86は、第1ビームフォーミング部46から出力された、時間成分で表された第1信号を受け取る。そして、第2周波数変換部86は、時間成分で表された第1信号を、周波数成分で表された第1信号に変換する。 The second frequency conversion unit 86 receives the first signal represented by the time component output from the first beamforming unit 46. Then, the second frequency conversion unit 86 converts the first signal represented by the time component into the first signal represented by the frequency component.

例えば、第2周波数変換部86は、時間成分で表された第1信号を、一定サンプル数分(一定時間分)取得する。そして、第2周波数変換部86は、一定サンプル分の第1信号に対して高速フーリエ変換を実行して、周波数成分で表された第1信号を生成する。第2周波数変換部86は、周波数成分で表された第1信号を目的信号推定部88に与える。 For example, the second frequency conversion unit 86 acquires the first signal represented by the time component for a certain number of samples (for a certain time). Then, the second frequency conversion unit 86 executes a fast Fourier transform on the first signal for a certain sample to generate the first signal represented by the frequency component. The second frequency conversion unit 86 gives a first signal represented by a frequency component to the target signal estimation unit 88.

目的信号推定部88は、周波数成分で表された第1信号と、予め設定された雑音遅延時間(τ)とに基づき、周波数成分で表された、雑音信号を含む目的信号である雑音付目的信号の振幅(雑音付目的信号の振幅のスペクトラム)を推定する。より具体的には、目的信号推定部88は、式(5)を演算することにより、角周波数ωにおける雑音付目的信号の振幅を推定する。

Figure 2020134778
The target signal estimation unit 88 is a noise-added purpose signal including a noise signal represented by a frequency component based on a first signal represented by a frequency component and a preset noise delay time (τ). Estimate the signal amplitude (spectrum of the amplitude of the noisy target signal). More specifically, the target signal estimation unit 88 estimates the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω by calculating the equation (5).
Figure 2020134778

なお、|X(ω)|は、角周波数ωにおける、雑音付目的信号の振幅の推定値である。また、|G(ω)|は、角周波数ωにおける第1信号の振幅である。 Note that | X (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω. Further, | G 1 (ω) | is the amplitude of the first signal at the angular frequency ω.

また、目的信号推定部88は、予め設定された閾値であるεを記憶していてもよい。εは、雑音信号推定部84に設定される値と同一である。 Further, the target signal estimation unit 88 may store ε, which is a preset threshold value. ε is the same as the value set in the noise signal estimation unit 84.

そして、sin{ω(τ/2)}≦εの場合、目的信号推定部88は、式(5)に代えて、式(6)を演算することにより、角周波数ωにおける雑音付目的信号の振幅を推定する。

Figure 2020134778
Then, in the case of sin 2 {ω (τ / 2)} ≦ ε, the target signal estimation unit 88 calculates the equation (6) instead of the equation (5), so that the objective signal with noise at the angular frequency ω Estimate the amplitude of.
Figure 2020134778

εは、0に非常に近い値である。従って、sin{ω(τ/2)}が非常に小さくなる領域において、目的信号推定部88は、近似的に、角周波数ωにおける雑音付目的信号の振幅を推定することができる。 ε is a value very close to 0. Therefore, in the region where sin 2 {ω (τ / 2)} becomes very small, the target signal estimation unit 88 can approximately estimate the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω.

ここで、式(5)および(式6)は、雑音信号推定部84が雑音信号の振幅のスペクトラムの推定に用いた式(3)および式(4)と同様の形式である。これにより、目的信号推定部88は、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムに含まれる雑音信号の振幅の成分を、雑音信号推定部84が推定した雑音信号の振幅と同一にすることができる。 Here, the equations (5) and (6) are the same formats as the equations (3) and (4) used by the noise signal estimation unit 84 to estimate the amplitude spectrum of the noise signal. As a result, the target signal estimation unit 88 can make the amplitude component of the noise signal included in the amplitude spectrum of the noise-added target signal the same as the amplitude of the noise signal estimated by the noise signal estimation unit 84.

また、第1信号は、他方向から到来した信号が抑制され、目的方向から到来した目的信号の成分および雑音信号の成分が残存している。目的信号推定部88は、このような第1信号に対して、雑音信号推定部84と同様の演算により振幅のスペクトラムを推定する。従って、目的信号推定部88が推定した雑音付目的信号の振幅のスペクトラムは、目的信号の振幅の成分とともに、雑音信号の振幅の成分も含まれる。 Further, as the first signal, the signal arriving from the other direction is suppressed, and the component of the target signal arriving from the target direction and the component of the noise signal remain. The target signal estimation unit 88 estimates the amplitude spectrum of such a first signal by the same calculation as that of the noise signal estimation unit 84. Therefore, the amplitude spectrum of the noise-added target signal estimated by the target signal estimation unit 88 includes the amplitude component of the noise signal as well as the amplitude component of the target signal.

減算処理部90は、目的信号推定部88から出力された雑音付目的信号の振幅のスペクトラムを取得する。さらに、減算処理部90は、推定部50により推定された雑音信号の振幅のスペクトラムを取得する。そして、減算処理部90は、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、推定された雑音信号の振幅のスペクトラムに係数を乗じた値を減じることにより、目的信号の振幅のスペクトラムを生成する。 The subtraction processing unit 90 acquires the amplitude spectrum of the noise-added target signal output from the target signal estimation unit 88. Further, the subtraction processing unit 90 acquires the amplitude spectrum of the noise signal estimated by the estimation unit 50. Then, the subtraction processing unit 90 generates the amplitude spectrum of the target signal by subtracting the value obtained by multiplying the estimated amplitude spectrum of the noise signal by the coefficient from the amplitude spectrum of the noise signal target signal.

例えば、減算処理部90は、予め定められた係数であるβおよびβを記憶している。減算処理部90は、βおよびβをユーザまたは他の装置から受け取っている。 For example, the subtraction processing unit 90 stores β 1 and β 2 which are predetermined coefficients. The subtraction processing unit 90 receives β 1 and β 2 from the user or another device.

そして、|x(ω)|>(β×|N(ω)|)の場合、減算処理部90は、式(7)を演算することにより、角周波数ωにおける目的信号の振幅を算出する。

Figure 2020134778
Then, in the case of | x (ω) |> (β 1 × | N (ω) |), the subtraction processing unit 90 calculates the amplitude of the target signal at the angular frequency ω by calculating the equation (7). ..
Figure 2020134778

なお、|S(ω)|は、角周波数ωにおける目的信号の振幅の推定値である。 Note that | S (ω) | is an estimated value of the amplitude of the target signal at the angular frequency ω.

また、|x(ω)|≦(β×|N(ω)|)の場合、減算処理部90は、式(8)を演算することにより、角周波数ωにおける目的信号の振幅を推定する。

Figure 2020134778
Further, in the case of | x (ω) | ≤ (β 1 × | N (ω) |), the subtraction processing unit 90 estimates the amplitude of the target signal at the angular frequency ω by calculating the equation (8). ..
Figure 2020134778

減算処理部90は、このように算出した目的信号の振幅のスペクトラムを時間変換部92に与える。 The subtraction processing unit 90 gives the time conversion unit 92 a spectrum of the amplitude of the target signal calculated in this way.

減算処理部90は、式(7)の演算を実行することにより、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、雑音信号の振幅の成分を除去することができる。また、第1信号には、第1ビームフォーミング部46によっては完全には抑圧できずに残存してしまっていた、他方向から到来した信号の成分も含まれている。第2信号から推定された雑音信号の振幅のスペクトラムには、他方向から到来した信号の成分も含まれる。従って、減算処理部90は、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、第2信号から推定した雑音信号の振幅のスペクトラムを除去することにより、第1信号に残存していた他方向から到来した信号の成分も、目的信号の振幅のスペクトラムから除去することができる。 The subtraction processing unit 90 can remove the amplitude component of the noise signal from the amplitude spectrum of the noise-added target signal by executing the calculation of the equation (7). Further, the first signal also includes a component of a signal arriving from another direction, which cannot be completely suppressed by the first beamforming unit 46 and remains. The amplitude spectrum of the noise signal estimated from the second signal also includes components of signals arriving from other directions. Therefore, the subtraction processing unit 90 removes the amplitude spectrum of the noise signal estimated from the second signal from the amplitude spectrum of the noise-added target signal, so that the signal arriving from the other direction remaining in the first signal The component of can also be removed from the amplitude spectrum of the target signal.

時間変換部92は、減算処理部90から出力された目的信号の振幅のスペクトラムを受け取る。時間変換部92は、目的信号の振幅のスペクトラムを、時間成分で表された目的信号に変換する。 The time conversion unit 92 receives the amplitude spectrum of the target signal output from the subtraction processing unit 90. The time conversion unit 92 converts the amplitude spectrum of the target signal into the target signal represented by the time component.

例えば、時間変換部92は、目的信号の振幅のスペクトラムに対して、逆高速フーリエ変換を実行して、一定サンプル数(一定時間分)の目的信号に変換する。 For example, the time conversion unit 92 executes an inverse fast Fourier transform on the amplitude spectrum of the target signal to convert it into a target signal having a fixed number of samples (for a fixed time).

以上のような構成により、除去部52は、第1信号から雑音信号を除去することにより、目的信号を生成することができる。 With the above configuration, the removing unit 52 can generate a target signal by removing the noise signal from the first signal.

図8は、雑音除去装置30の処理の流れを示すフローチャートである。雑音除去装置30は、図8に示すような流れで処理を実行する。 FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of the noise removing device 30. The noise removing device 30 executes the process in the flow as shown in FIG.

まず、S11において、雑音除去装置30は、一定サンプル数分の第1チャネル信号および第2チャネル信号を収集する。 First, in S11, the noise removing device 30 collects the first channel signal and the second channel signal for a certain number of samples.

続いて、S12において、雑音除去装置30は、一定サンプル数分の第1チャネル信号および第2チャネル信号に対して、第1ビームフォーミング処理を実行して、一定サンプル数分の第1信号を生成する。例えば、雑音除去装置30は、第1ビームフォーミング処理として、時刻t毎に式(1)で表されるg(t)を算出する。
(t)=α×[{−l(t−τ)+l(t+τ)}−{−r(t−d−τ)+r(t−d+τ)}]…(1)
Subsequently, in S12, the noise removing device 30 executes the first beamforming process on the first channel signal and the second channel signal for a certain number of samples to generate the first signal for a certain number of samples. To do. For example, the noise removing device 30 calculates g 1 (t) represented by the equation (1) every time t as the first beamforming process.
g 1 (t) = α × [{-l (t-τ) + l (t + τ)}-{-r (t-d 1- τ) + r (t-d 1 + τ)}] ... (1)

(t)は、時刻tにおける第1信号である。l(t+τ)は、時刻(t+τ)における第1チャネル信号である。l(t−τ)は、時刻(t−τ)における第1チャネル信号である。r(t−d+τ)は、時刻(t−d+τ)における第2チャネル信号である。r(t−d−τ)は、時刻(t−d−τ)における第2チャネル信号である。 g 1 (t) is the first signal at time t. l (t + τ) is the first channel signal at the time (t + τ). l (t−τ) is the first channel signal at time (t−τ). r (t-d 1 + τ ) is the second-channel signal at time (t-d 1 + τ) . r (t−d 1− τ) is the second channel signal at the time (t−d 1− τ).

続いて、S13において、雑音除去装置30は、一定サンプル数分の第1信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理を実行して、周波数成分で表された第1信号を生成する。 Subsequently, in S13, the noise removing device 30 executes a fast Fourier transform (FFT) process on the first signal for a certain number of samples to generate the first signal represented by the frequency component.

続いて、S14において、雑音除去装置30は、一定サンプル数分の第1チャネル信号および第2チャネル信号に対して、第2ビームフォーミング処理を実行して、一定サンプル数分の第2信号を生成する。例えば、雑音除去装置30は、第2ビームフォーミング処理として、時刻t毎に、式(2)で表されるg(t)を算出する。
(t)=α×[{−l(t−d−τ)+l(t−d+τ)}−{−r(t−τ)+r(t+τ)}]…(2)
Subsequently, in S14, the noise removing device 30 executes a second beamforming process on the first channel signal and the second channel signal for a certain number of samples to generate a second signal for a certain number of samples. To do. For example, the noise removing device 30 calculates g 2 (t) represented by the equation (2) at each time t as the second beamforming process.
g 2 (t) = α × [{−l (t−d 2 −τ) + l (t−d 2 + τ)} − {−r (t−τ) + r (t + τ)}]… (2)

(t)は、時刻tにおける第2信号である。l(t−d+τ)は、時刻(t−d+τ)における第1チャネル信号である。l(t−d−τ)は、時刻(t−d−τ)における第1チャネル信号である。r(t+τ)は、時刻(t+τ)における第2チャネル信号である。r(t−τ)は、時刻(t−τ)における第2チャネル信号である。 g 2 (t) is the second signal at time t. l (t−d 2 + τ) is the first channel signal at the time (t−d 2 + τ). l (t−d 2- τ) is the first channel signal at the time (t−d 2- τ). r (t + τ) is a second channel signal at time (t + τ). r (t-τ) is the second channel signal at time (t-τ).

続いて、S15において、雑音除去装置30は、一定サンプル数分の第2信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理を実行して、周波数成分で表された第2信号を生成する。 Subsequently, in S15, the noise removing device 30 executes a fast Fourier transform (FFT) process on the second signal for a certain number of samples to generate the second signal represented by the frequency component.

なお、雑音除去装置30は、S12とS14の処理を並行に実行してもよい。また、雑音除去装置30は、S13とS15の処理を並行に実行してもよい。また、雑音除去装置30は、S13の前に、S14の処理を実行してもよい。また、雑音除去装置30は、S14およびS15の処理を実行してから、S12およびS13の処理を実行してもよい。 The noise removing device 30 may execute the processes of S12 and S14 in parallel. Further, the noise removing device 30 may execute the processes of S13 and S15 in parallel. Further, the noise removing device 30 may execute the process of S14 before S13. Further, the noise removing device 30 may execute the processes of S14 and S15 and then the processes of S12 and S13.

続いて、S16において、雑音除去装置30は、周波数成分で表された第2信号に基づき、雑音信号の振幅のスペクトラムを推定する。例えば、雑音除去装置30は、角周波数ω毎に、式(3)で表される|N(ω)|を算出する。

Figure 2020134778
Subsequently, in S16, the noise removing device 30 estimates the amplitude spectrum of the noise signal based on the second signal represented by the frequency component. For example, the noise removing device 30 calculates | N (ω) | represented by the equation (3) for each angular frequency ω.
Figure 2020134778

|N(ω)|は、角周波数ωにおける雑音信号の振幅の推定値である。|G(ω)|は、角周波数ωにおける第2信号の振幅である。 | N (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω. | G 2 (ω) | is the amplitude of the second signal at the angular frequency ω.

なお、sin{ω(τ/2)}≦εの場合、雑音除去装置30は、式(3)に代えて、式(4)で表される|N(ω)|を算出してもよい。εは、予め設定された閾値である。

Figure 2020134778
In the case of sin 2 {ω (τ / 2)} ≤ ε, the noise removing device 30 may calculate | N (ω) | represented by the equation (4) instead of the equation (3). Good. ε is a preset threshold.
Figure 2020134778

なお、第2信号は、目的方向から到来した目的信号が抑制され、他方向から到来した信号の成分および雑音信号の成分が残存している。従って、|N(ω)|は、雑音信号の振幅の成分とともに、他方向から到来した信号の振幅の成分も含む。 As for the second signal, the target signal arriving from the target direction is suppressed, and the component of the signal arriving from the other direction and the component of the noise signal remain. Therefore, | N (ω) | includes not only the amplitude component of the noise signal but also the amplitude component of the signal arriving from the other direction.

続いて、S17において、雑音除去装置30は、周波数成分で表された第1信号に基づき、雑音付目的信号の振幅のスペクトラムを推定する。例えば、雑音除去装置30は、角周波数ω毎に、式(5)で表される|X(ω)|を算出する。

Figure 2020134778
Subsequently, in S17, the noise removing device 30 estimates the amplitude spectrum of the noise-added target signal based on the first signal represented by the frequency component. For example, the noise removing device 30 calculates | X (ω) | represented by the equation (5) for each angular frequency ω.
Figure 2020134778

|X(ω)|は、角周波数ωにおける雑音付目的信号の振幅の推定値である。|G(ω)|は、角周波数ωにおける第1信号の振幅である。 | X (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω. | G 1 (ω) | is the amplitude of the first signal at the angular frequency ω.

また、sin{ω(τ/2)}≦εの場合、雑音除去装置30は、式(5)に代えて、式(6)で表される|N(ω)|を算出してもよい。

Figure 2020134778
Further, in the case of sin 2 {ω (τ / 2)} ≦ ε, the noise removing device 30 may calculate | N (ω) | represented by the equation (6) instead of the equation (5). Good.
Figure 2020134778

なお、第1信号は、他方向から到来した信号が抑制され、目的方向から到来した目的信号の成分および雑音信号の成分が残存している。従って、|X(ω)|は、目的信号の振幅の成分とともに、雑音信号の振幅の成分も含む。また、さらに、第1ビームフォーミング処理によっては完全には抑圧できずに、第1チャネル信号に他方向から到来した信号の成分が含まれている場合には、|X(ω)|は、他方向から到来した信号の成分もさらに含む。 As for the first signal, the signal arriving from the other direction is suppressed, and the component of the target signal arriving from the target direction and the component of the noise signal remain. Therefore, | X (ω) | includes the amplitude component of the noise signal as well as the amplitude component of the target signal. Further, when the first beamforming process cannot completely suppress the first channel signal and the first channel signal contains a component of a signal arriving from another direction, | X (ω) | It also includes the components of the signal coming from the direction.

雑音除去装置30は、S16とS17の処理を並行に実行してもよい。また、雑音除去装置30は、S16の前に、S17の処理を実行してもよい。 The noise removing device 30 may execute the processes of S16 and S17 in parallel. Further, the noise removing device 30 may execute the process of S17 before S16.

続いて、S18において、雑音除去装置30は、S17で推定した雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、S16で推定した雑音信号の振幅のスペクトラムに所定係数を乗じた値を減算する。 Subsequently, in S18, the noise removing device 30 subtracts a value obtained by multiplying the amplitude spectrum of the noise signal estimated in S16 by a predetermined coefficient from the amplitude spectrum of the noise signal target signal estimated in S17.

例えば、|x(ω)|>(β×|N(ω)|)の場合、雑音除去装置30は、角周波数ω毎に、式(7)で表される|S(ω)|を算出する。

Figure 2020134778
For example, in the case of | x (ω) |> (β 1 × | N (ω) |), the noise removing device 30 sets | S (ω) | represented by the equation (7) for each angular frequency ω. calculate.
Figure 2020134778

また、例えば、|x(ω)|≦(β×|N(ω)|)の場合、雑音除去装置30は、角周波数ω毎に、式(8)で表される|S(ω)|を算出する。

Figure 2020134778
Further, for example, in the case of | x (ω) | ≤ (β 1 × | N (ω) |), the noise removing device 30 is represented by the equation (8) for each angular frequency ω | S (ω). | Is calculated.
Figure 2020134778

|S(ω)|は、角周波数ωにおける目的信号の振幅の推定値である。βおよびβは、予め定められた係数である。 | S (ω) | is an estimated value of the amplitude of the target signal at the angular frequency ω. β 1 and β 2 are predetermined coefficients.

S18を実行することにより、雑音除去装置30は、雑音信号を除去した目的信号の振幅のスペクトラムを生成することができる。さらに、S16で推定された、雑音信号の振幅のスペクトラムには、他方向から到来した信号の成分も含まれている。従って、S18を実行することにより、雑音除去装置30は、第1ビームフォーミング処理によっては完全には抑圧できずに第1信号に残像していた他方向から到来した信号の成分も、目的信号の振幅のスペクトラムから除去することができる。 By executing S18, the noise reduction device 30 can generate a spectrum of the amplitude of the target signal from which the noise signal has been removed. Further, the spectrum of the amplitude of the noise signal estimated in S16 also includes components of signals arriving from other directions. Therefore, by executing S18, the noise removing device 30 cannot completely suppress the noise by the first beamforming process, and the component of the signal arriving from the other direction that is afterimaged in the first signal is also the target signal. It can be removed from the amplitude spectrum.

続いて、S19において、雑音除去装置30は、目的信号の振幅のスペクトラムに対して逆高速フーリエ変換(IFFT)処理を実行して、時間成分で表された目的信号を生成する。続いて、S20において、雑音除去装置30は、生成した時間成分で表された目的信号を外部装置に出力する。 Subsequently, in S19, the noise removing device 30 executes an inverse fast Fourier transform (IFFT) process on the amplitude spectrum of the target signal to generate a target signal represented by a time component. Subsequently, in S20, the noise removing device 30 outputs the target signal represented by the generated time component to the external device.

以上のように、雑音除去装置30は、第1ビームフォーミング処理により、他方向から到来する信号を抑制した第1信号を生成することができる。さらに、雑音除去装置30は、第2ビームフォーミング処理により、目的方向から到来する目的信号を抑制した第2信号を生成することができる。そして、雑音除去装置30は、第2信号に基づき他方向から到来する信号を含む雑音信号を推定し、第1信号から、推定した雑音信号を除去する。これにより、雑音除去装置30は、雑音信号とともに、第1ビームフォーミング処理によっては完全には抑圧できずに第1信号に残像していた他方向から到来した信号の成分も、目的信号から除去することができる。 As described above, the noise removing device 30 can generate a first signal in which signals arriving from other directions are suppressed by the first beamforming process. Further, the noise removing device 30 can generate a second signal in which the target signal arriving from the target direction is suppressed by the second beamforming process. Then, the noise removing device 30 estimates a noise signal including a signal arriving from another direction based on the second signal, and removes the estimated noise signal from the first signal. As a result, the noise removing device 30 removes from the target signal not only the noise signal but also the components of the signal arriving from the other direction that could not be completely suppressed by the first beamforming process and was afterimaged in the first signal. be able to.

このように、本実施形態に係る、雑音除去装置30によれば、精度良く目的信号を他信号から分離するとともに、雑音信号を抑制することができる。 As described above, according to the noise removing device 30 according to the present embodiment, it is possible to accurately separate the target signal from other signals and suppress the noise signal.

図9は、目的方向から音声信号が発生され、他方向から音声信号が発生されておらず、さらに、雑音信号も発生されていない場合のシミュレーション例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a simulation example in which an audio signal is generated from a target direction, no audio signal is generated from another direction, and no noise signal is generated.

なお、図9の(A)は、第1チャネル信号の一例を示す。図9の(B)は、第2チャネル信号の一例を示す。図9の(C)は、除去部52に第1チャネル信号をそのまま入力した比較例に係る装置(雑音除去装置30から第1ビームフォーミング部46を除いた構成の装置)から出力される目的信号を示す。図9の(D)は、比較例に係る装置において第1チャネル信号と第2チャネル信号を逆にした場合に出力される信号を示す。また、図9の(E)は、実施形態に係る雑音除去装置30から出力される目的信号を示す。図9の(F)は、実施形態に係る雑音除去装置30において、第1チャネル信号と第2チャネル信号を逆にした場合に出力される信号を示す。 Note that FIG. 9A shows an example of the first channel signal. FIG. 9B shows an example of a second channel signal. FIG. 9C shows a target signal output from a device according to a comparative example in which the first channel signal is directly input to the removing unit 52 (a device having a configuration in which the first beamforming unit 46 is removed from the noise removing device 30). Is shown. FIG. 9D shows a signal output when the first channel signal and the second channel signal are reversed in the apparatus according to the comparative example. Further, FIG. 9E shows a target signal output from the noise removing device 30 according to the embodiment. FIG. 9F shows a signal output when the first channel signal and the second channel signal are reversed in the noise removing device 30 according to the embodiment.

図9の(D)と図9の(F)とを比較すると、雑音除去装置30の方が、比較例に係る装置よりも強度が低い。すなわち、雑音除去装置30は、比較例に係る装置よりも、他方向から到来する音声信号の成分を小さくすることができる。従って、雑音除去装置30は、目的方向から到来する音声信号と、他方向から到来する音声信号との分離特性を向上させることができる。 Comparing (D) of FIG. 9 and (F) of FIG. 9, the noise removing device 30 has a lower intensity than the device according to the comparative example. That is, the noise removing device 30 can make the component of the audio signal arriving from the other direction smaller than that of the device according to the comparative example. Therefore, the noise removing device 30 can improve the separation characteristic of the audio signal arriving from the target direction and the audio signal arriving from the other direction.

図10は、目的方向から音声信号が発生され、他方向から音声信号が発生されておらず、さらに、雑音信号も発生されている場合のシミュレーション例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a simulation example in which an audio signal is generated from a target direction, an audio signal is not generated from another direction, and a noise signal is also generated.

なお、図10の(A)は、第1チャネル信号の一例を示す。図10の(B)は、第2チャネル信号の一例を示す。図10の(C)は、比較例に係る装置から出力される目的信号を示す。図10の(D)は、比較例に係る装置において第1チャネル信号と第2チャネル信号を逆にした場合に出力される信号を示す。また、図10の(E)は、実施形態に係る雑音除去装置30から出力される目的信号を示す。図10の(F)は、実施形態に係る雑音除去装置30において、第1チャネル信号と第2チャネル信号を逆にした場合に出力される信号を示す。 Note that FIG. 10A shows an example of the first channel signal. FIG. 10B shows an example of a second channel signal. FIG. 10C shows a target signal output from the device according to the comparative example. FIG. 10D shows a signal output when the first channel signal and the second channel signal are reversed in the apparatus according to the comparative example. Further, FIG. 10 (E) shows a target signal output from the noise removing device 30 according to the embodiment. FIG. 10F shows a signal output when the first channel signal and the second channel signal are reversed in the noise removing device 30 according to the embodiment.

図10の(D)と図10の(F)とを比較すると、図9の場合と同様に、実施形態に係る雑音除去装置30の方が、比較例に係る装置よりも強度が低い。従って、雑音除去装置30は、目的方向から到来する音声信号と、他方向から到来する音声信号との分離特性を向上することができる。 Comparing (D) of FIG. 10 and (F) of FIG. 10, the noise removing device 30 according to the embodiment has lower strength than the device according to the comparative example, as in the case of FIG. Therefore, the noise removing device 30 can improve the separation characteristic of the audio signal arriving from the target direction and the audio signal arriving from the other direction.

図10の(C)と図10の(E)とを比較すると、雑音除去装置30の方が、比較例に係る装置よりも、雑音信号の強度が低い。すなわち、雑音除去装置30は、比較例に係る装置よりも、雑音信号を小さくすることができる。従って、雑音除去装置30は、雑音除去特性を向上させることができる。 Comparing (C) of FIG. 10 and (E) of FIG. 10, the noise removing device 30 has a lower noise signal intensity than the device according to the comparative example. That is, the noise removing device 30 can make the noise signal smaller than the device according to the comparative example. Therefore, the noise removing device 30 can improve the noise removing characteristics.

(雑音除去装置30のハードウェア構成)
図11は、雑音除去装置30のハードウェア構成を示す図である。
(Hardware configuration of noise removing device 30)
FIG. 11 is a diagram showing a hardware configuration of the noise removing device 30.

雑音除去装置30は、例えば、図11に示すような情報処理装置により実現される。雑音除去装置30は、一例として、一般のコンピュータと同様のハードウェア構成であってよい。雑音除去装置30は、CPU(Central Processing Unit)201と、操作装置202と、表示装置203と、ROM(Read Only Memory)205と、RAM(Random Access Memory)206と、記憶装置207と、通信装置208と、バス209とを備える。各部は、バス209により接続される。 The noise removing device 30 is realized by, for example, an information processing device as shown in FIG. As an example, the noise removing device 30 may have a hardware configuration similar to that of a general computer. The noise removing device 30 includes a CPU (Central Processing Unit) 201, an operating device 202, a display device 203, a ROM (Read Only Memory) 205, a RAM (Random Access Memory) 206, a storage device 207, and a communication device. It includes 208 and bus 209. Each part is connected by a bus 209.

CPU201は、RAM206の所定領域を作業領域としてROM205または記憶装置207に予め記憶された各種プログラムとの協働により各種処理を実行し、雑音除去装置30を構成する各部の動作を統括的に制御する。また、CPU201は、ROM205または記憶装置207に予め記憶されたプログラムとの協働により、操作装置202、表示装置203および通信装置208等を動作させる。 The CPU 201 executes various processes in cooperation with various programs stored in the ROM 205 or the storage device 207 in advance using a predetermined area of the RAM 206 as a work area, and comprehensively controls the operation of each unit constituting the noise removal device 30. .. Further, the CPU 201 operates the operation device 202, the display device 203, the communication device 208, and the like in cooperation with the program stored in the ROM 205 or the storage device 207 in advance.

操作装置202は、タッチパネル、マウスやキーボード等の入力デバイスであって、ユーザから操作入力された情報を指示信号として受け付け、その指示信号をCPU201に出力する。表示装置203は、LCD(Liquid Crystal Display)等であり、CPU201からの表示信号に基づいて、各種情報を表示する。 The operation device 202 is an input device such as a touch panel, a mouse, or a keyboard, and receives information input from the user as an instruction signal and outputs the instruction signal to the CPU 201. The display device 203 is an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays various information based on a display signal from the CPU 201.

ROM205は、雑音除去装置30の制御に用いられるプログラムおよび各種設定情報等を書き換え不可能に記憶する。RAM206は、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)等の揮発性の記憶媒体である。RAM206は、CPU201の作業領域として機能する。 The ROM 205 non-rewritably stores a program used for controlling the noise removing device 30, various setting information, and the like. RAM 206 is a volatile storage medium such as SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). The RAM 206 functions as a work area of the CPU 201.

記憶装置207は、フラッシュメモリ等の半導体による記憶媒体、磁気的または光学的に記録可能な記憶媒体等の書き換え可能な記録装置である。記憶装置207は、雑音除去装置30の制御に用いられるプログラムを記憶する。 The storage device 207 is a rewritable recording device such as a semiconductor storage medium such as a flash memory or a magnetically or optically recordable storage medium. The storage device 207 stores a program used for controlling the noise removing device 30.

通信装置208は、第1チャネル処理部22Lおよび第2チャネル処理部22Rとデータの送受信をする。また、通信装置208は、ネットワークを介してサーバ等とデータの送受信をしてもよい。 The communication device 208 transmits / receives data to / from the first channel processing unit 22L and the second channel processing unit 22R. Further, the communication device 208 may send / receive data to / from a server or the like via a network.

本実施形態の雑音除去装置30で実行されるプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供される。また、本実施形態の雑音除去装置30で実行されるプログラムは、持ち運び可能な記憶媒体等に予め組み込んで提供されてもよい。 The program executed by the noise removing device 30 of the present embodiment is provided, for example, by being stored on a computer connected to a network such as the Internet and being downloaded via the network. Further, the program executed by the noise removing device 30 of the present embodiment may be provided by incorporating it into a portable storage medium or the like in advance.

本実施形態の雑音除去装置30で実行されるプログラムは、第1取得モジュールと、第2取得モジュールと、第1ビームフォーミングモジュールと、第2ビームフォーミングモジュールと、推定モジュールと、除去モジュールとを含むモジュール構成となっている。CPU201(プロセッサ)は、記憶媒体等からこのようなプログラムを読み出して、上記各モジュールをRAM206(主記憶装置)にロードする。そして、CPU201(プロセッサ)は、このようなプログラムを実行することにより、第1取得部42、第2取得部44、第1ビームフォーミング部46、第2ビームフォーミング部48、推定部50および除去部52として機能する。なお、第1取得部42、第2取得部44、第1ビームフォーミング部46、第2ビームフォーミング部48、推定部50および除去部52の一部または全部がハードウェアにより構成されていてもよい。 The program executed by the noise removing device 30 of the present embodiment includes a first acquisition module, a second acquisition module, a first beamforming module, a second beamforming module, an estimation module, and a removal module. It has a modular structure. The CPU 201 (processor) reads such a program from a storage medium or the like, and loads each of the above modules into the RAM 206 (main storage device). Then, by executing such a program, the CPU 201 (processor) executes the first acquisition unit 42, the second acquisition unit 44, the first beamforming unit 46, the second beamforming unit 48, the estimation unit 50, and the removal unit. Functions as 52. A part or all of the first acquisition unit 42, the second acquisition unit 44, the first beamforming unit 46, the second beamforming unit 48, the estimation unit 50, and the removal unit 52 may be configured by hardware. ..

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、上述の各実施形態および変形例は、任意に組み合わせることができる。 Although the embodiment according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, the above-described embodiments and modifications can be arbitrarily combined.

10 検出システム
20L 第1マイクロホン
20R 第2マイクロホン
22L 第1チャネル処理部
22R 第2チャネル処理部
30 雑音除去装置
42 第1取得部
44 第2取得部
46 第1ビームフォーミング部
48 第2ビームフォーミング部
50 推定部
52 除去部
61 第1遅延部
62 第1時間調整部
63 第1反転部
64 第2時間調整部
65 第3時間調整部
66 第4時間調整部
67 第2反転部
68 第1加算部
71 第2遅延部
72 第5時間調整部
73 第3反転部
74 第6時間調整部
75 第7時間調整部
76 第8時間調整部
77 第4反転部
78 第2加算部
82 第1周波数変換部
84 雑音信号推定部
86 第2周波数変換部
88 目的信号推定部
90 減算処理部
92 時間変換部
10 Detection system 20L 1st microphone 20R 2nd microphone 22L 1st channel processing unit 22R 2nd channel processing unit 30 Noise removal device 42 1st acquisition unit 44 2nd acquisition unit 46 1st beam forming unit 48 2nd beam forming unit 50 Estimating unit 52 Removing unit 61 1st delay unit 62 1st time adjusting unit 63 1st reversing unit 64 2nd time adjusting unit 65 3rd time adjusting unit 66 4th time adjusting unit 67 2nd reversing unit 68 1st adding unit 71 2nd delay unit 72 5th time adjustment unit 73 3rd inversion unit 74 6th time adjustment unit 75 7th time adjustment unit 76 8th time adjustment unit 77 4th inversion unit 78 2nd addition unit 82 1st frequency conversion unit 84 Noise signal estimation unit 86 Second frequency conversion unit 88 Target signal estimation unit 90 Subtraction processing unit 92 Time conversion unit

Claims (15)

第1検出器により検出された信号を表す第1チャネル信号を取得する第1取得部と、
前記第1検出器に対して所定距離離間して設けられた第2検出器により検出された信号を表す第2チャネル信号を取得する第2取得部と、
前記第1チャネル信号および予め設定された第1遅延時間の遅延をした前記第2チャネル信号に基づき、前記第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成する第1ビームフォーミング部と、
予め設定された第2遅延時間の遅延をした前記第1チャネル信号および前記第2チャネル信号に基づき、前記第2チャネル信号における前記目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成する第2ビームフォーミング部と、
前記第2信号に基づき雑音信号を推定する推定部と、
前記第1信号から推定された前記雑音信号を除去することにより、前記目的方向から到来する信号を表す目的信号を生成する除去部と、
を備える雑音除去装置。
A first acquisition unit that acquires a first channel signal representing a signal detected by the first detector,
A second acquisition unit that acquires a second channel signal representing a signal detected by a second detector provided at a predetermined distance from the first detector, and a second acquisition unit.
A first signal that suppresses signal components arriving from a direction different from the target direction in the first channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset first delay time. 1st beamforming section to generate
Based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset second delay time, a second signal in which the signal component arriving from the target direction in the second channel signal is suppressed is generated. 2 beam forming part and
An estimation unit that estimates a noise signal based on the second signal,
A removal unit that generates a target signal representing a signal arriving from the target direction by removing the noise signal estimated from the first signal.
A noise eliminator equipped with.
前記第1検出器および前記第2検出器は、音声を集音して電気信号に変換するマイクロホンであり、
前記第1チャネル信号および前記第2チャネル信号は、集音された音声を電気信号に変換した音声信号である
請求項1に記載の雑音除去装置。
The first detector and the second detector are microphones that collect sound and convert it into an electric signal.
The noise removing device according to claim 1, wherein the first channel signal and the second channel signal are voice signals obtained by converting the collected voice into an electric signal.
前記第1ビームフォーミング部は、
前記第2チャネル信号を前記第1遅延時間、遅らせた第1中間信号を出力する第1遅延部と、
前記第1チャネル信号を予め設定された雑音遅延時間、遅らせた第1調整信号を出力する第1時間調整部と、
前記第1調整信号の正負を反転させた反転第1調整信号を出力する第1反転部と、
前記第1チャネル信号を前記雑音遅延時間、進ませた第2調整信号を出力する第2時間調整部と、
前記第1中間信号を前記雑音遅延時間、遅らせた第3調整信号を出力する第3時間調整部と、
前記第1中間信号を前記雑音遅延時間、進ませた第4調整信号を出力する第4時間調整部と、
前記第4調整信号の正負を反転させた反転第4調整信号を出力する第2反転部と、
前記反転第1調整信号、前記第2調整信号、前記第3調整信号および前記反転第4調整信号を加算した信号に、所定係数を乗じることにより、前記第1信号を生成する第1加算部と、
を有する請求項1または2に記載の雑音除去装置。
The first beamforming unit is
A first delay unit that outputs a first intermediate signal that delays the second channel signal by the first delay time, and
A first time adjustment unit that outputs a first adjustment signal that delays the first channel signal with a preset noise delay time, and
An inverted first inversion unit that outputs an inverted first adjustment signal in which the positive and negative of the first adjustment signal is inverted, and a first inversion unit.
A second time adjustment unit that outputs a second adjustment signal that advances the first channel signal by the noise delay time, and
A third time adjustment unit that outputs a third adjustment signal that delays the first intermediate signal by the noise delay time, and
A fourth time adjustment unit that outputs a fourth adjustment signal that advances the first intermediate signal by the noise delay time, and
A second inversion unit that outputs an inverted fourth adjustment signal in which the positive and negative of the fourth adjustment signal is inverted, and
A first addition unit that generates the first signal by multiplying a signal obtained by adding the inverted first adjustment signal, the second adjustment signal, the third adjustment signal, and the inverted fourth adjustment signal by a predetermined coefficient. ,
The noise removing device according to claim 1 or 2.
前記第2ビームフォーミング部は、
前記第1チャネル信号を前記第2遅延時間、遅らせた第2中間信号を出力する第2遅延部と、
前記第2中間信号を前記雑音遅延時間、遅らせた第5調整信号を出力する第5時間調整部と、
前記第5調整信号の正負を反転させた反転第5調整信号を出力する第3反転部と、
前記第2中間信号を前記雑音遅延時間、進ませた第6調整信号を出力する第6時間調整部と、
前記第2チャネル信号を前記雑音遅延時間、遅らせた第7調整信号を出力する第7時間調整部と、
前記第2チャネル信号を前記雑音遅延時間、進ませた第8調整信号を出力する第8時間調整部と、
前記第8調整信号の正負を反転させた反転第8調整信号を出力する第4反転部と、
前記反転第5調整信号、前記第6調整信号、前記第7調整信号および前記反転第8調整信号を加算した信号に、前記所定係数を乗じることにより、前記第2信号を生成する第2加算部と、
を有する請求項3に記載の雑音除去装置。
The second beamforming unit is
A second delay unit that outputs a second intermediate signal that delays the first channel signal for the second delay time, and
A fifth time adjustment unit that outputs a fifth adjustment signal that delays the second intermediate signal by the noise delay time, and
A third inversion unit that outputs an inverted fifth adjustment signal in which the positive and negative of the fifth adjustment signal is inverted, and
A sixth time adjustment unit that outputs a sixth adjustment signal that advances the second intermediate signal by the noise delay time, and
A seventh time adjustment unit that outputs a seventh adjustment signal that delays the second channel signal by the noise delay time, and
An eighth time adjustment unit that outputs an eighth adjustment signal that advances the second channel signal by the noise delay time, and
Inverted inversion of the positive and negative of the 8th adjustment signal The 4th inversion unit that outputs the 8th adjustment signal and
A second addition unit that generates the second signal by multiplying the signal obtained by adding the inverted fifth adjustment signal, the sixth adjustment signal, the seventh adjustment signal, and the inverted eighth adjustment signal by the predetermined coefficient. When,
The noise removing device according to claim 3.
前記第1ビームフォーミング部は、式(1)を演算することにより、時刻tにおける前記第1信号を生成し、
(t)=α×[{−l(t−τ)+l(t+τ)}−{−r(t−d−τ)+r(t−d+τ)}]…(1)
(t)は、時刻tにおける前記第1信号であり、
l(t+τ)は、時刻(t+τ)における前記第1チャネル信号であり、
l(t−τ)は、時刻(t−τ)における前記第1チャネル信号であり、
r(t−d+τ)は、時刻(t−d+τ)における前記第2チャネル信号であり、
r(t−d−τ)は、時刻(t−d−τ)における前記第2チャネル信号であり、
τは、予め設定された雑音遅延時間であり、
は、前記第1遅延時間である
請求項1または2に記載の雑音除去装置。
The first beamforming unit generates the first signal at time t by calculating the equation (1).
g 1 (t) = α × [{-l (t-τ) + l (t + τ)}-{-r (t-d 1- τ) + r (t-d 1 + τ)}] ... (1)
g 1 (t) is the first signal at time t, and is
l (t + τ) is the first channel signal at the time (t + τ).
l (t-τ) is the first channel signal at time (t-τ), and is
r (t-d 1 + τ) is the second channel signal at the time (t-d 1 + τ).
r (t-d 1- τ) is the second channel signal at the time (t-d 1- τ).
τ is a preset noise delay time,
The noise removing device according to claim 1 or 2, wherein d 1 is the first delay time.
前記第1ビームフォーミング部は、式(2)を演算することにより、時刻tにおける前記第1信号を生成し、
(t)=α×[{−l(t−d−τ)+l(t−d+τ)}−{−r(t−τ)+r(t+τ)}]…(2)
(t)は、時刻tにおける前記第2信号であり、
l(t−d+τ)は、時刻(t−d+τ)における前記第1チャネル信号であり、
l(t−d−τ)は、時刻(t−d−τ)における前記第1チャネル信号であり、
r(t+τ)は、時刻(t+τ)における前記第2チャネル信号であり、
r(t−τ)は、時刻(t−τ)における前記第2チャネル信号であり、
は、前記第2遅延時間である
請求項5に記載の雑音除去装置。
The first beamforming unit generates the first signal at time t by calculating the equation (2).
g 2 (t) = α × [{−l (t−d 2 −τ) + l (t−d 2 + τ)} − {−r (t−τ) + r (t + τ)}]… (2)
g 2 (t) is the second signal at time t, and is
l (t−d 2 + τ) is the first channel signal at the time (t−d 2 + τ).
l (t−d 2- τ) is the first channel signal at the time (t−d 2- τ).
r (t + τ) is the second channel signal at the time (t + τ).
r (t-τ) is the second channel signal at time (t-τ).
The noise removing device according to claim 5, wherein d 2 is the second delay time.
前記第1遅延時間は、前記他方向から到来した信号が前記第2検出器に到達する時刻と前記第1検出器に到達する時刻との時間差であり、
前記第2遅延時間は、前記目的方向から到来した信号が前記第1検出器に到達する時刻と前記第2検出器に到達する時刻との時間差であり、
前記雑音遅延時間は、前記雑音信号が前記第1検出器に到達する時刻と前記第2検出器に到達する時刻との時間差である
請求項3から6の何れか1項に記載の雑音除去装置。
The first delay time is a time difference between the time when a signal arriving from the other direction reaches the second detector and the time when the signal arrives at the first detector.
The second delay time is a time difference between the time when the signal arriving from the target direction reaches the first detector and the time when the signal arrives at the second detector.
The noise removing device according to any one of claims 3 to 6, wherein the noise delay time is a time difference between the time when the noise signal reaches the first detector and the time when the noise signal reaches the second detector. ..
前記推定部は、
時間成分で表された前記第2信号を周波数成分で表された前記第2信号に変換する第1周波数変換部と、
周波数成分で表された前記第2信号と前記雑音遅延時間とに基づき、前記雑音信号の振幅のスペクトラムを推定する雑音信号推定部と、
を有し、
前記除去部は、
時間成分で表された前記第1信号を周波数成分で表された前記第1信号に変換する第2周波数変換部と、
周波数成分で表された前記第1信号と前記雑音遅延時間とに基づき、前記雑音信号を含む前記目的信号である雑音付目的信号の振幅のスペクトラムを推定する目的信号推定部と、
前記雑音付目的信号の振幅のスペクトラムから、推定された前記雑音信号の振幅のスペクトラムに係数を乗じた値を減じることにより、前記目的信号の振幅のスペクトラムを生成する減算処理部と、
前記目的信号の振幅のスペクトラムを時間成分で表された前記目的信号に変換する時間変換部と、
を有する請求項7に記載の雑音除去装置。
The estimation unit
A first frequency conversion unit that converts the second signal represented by the time component into the second signal represented by the frequency component, and
A noise signal estimation unit that estimates the amplitude spectrum of the noise signal based on the second signal represented by the frequency component and the noise delay time.
Have,
The removal part
A second frequency conversion unit that converts the first signal represented by the time component into the first signal represented by the frequency component, and
A target signal estimation unit that estimates the amplitude spectrum of the noise-added target signal, which is the target signal including the noise signal, based on the first signal represented by the frequency component and the noise delay time.
A subtraction processing unit that generates a spectrum of the amplitude of the target signal by subtracting a value obtained by multiplying the estimated spectrum of the amplitude of the noise signal by a coefficient from the spectrum of the amplitude of the target signal with noise.
A time conversion unit that converts the amplitude spectrum of the target signal into the target signal represented by a time component, and
The noise removing device according to claim 7.
前記雑音信号推定部は、式(3)を演算することにより、角周波数ωにおける前記雑音信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
|N(ω)|は、角周波数ωにおける前記雑音信号の振幅の推定値であり、
|G(ω)|は、角周波数ωにおける前記第2信号の振幅である
請求項8に記載の雑音除去装置。
The noise signal estimation unit estimates the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω by calculating the equation (3).
Figure 2020134778
| N (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω.
The noise removing device according to claim 8, wherein | G 2 (ω) | is the amplitude of the second signal at the angular frequency ω.
sin{ω(τ/2)}≦εの場合、前記雑音信号推定部は、前記式(3)に代えて、式(4)を演算することにより、角周波数ωにおける前記雑音信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
εは、予め設定された閾値である
請求項9に記載の雑音除去装置。
When sin 2 {ω (τ / 2)} ≦ ε, the noise signal estimation unit calculates the equation (4) instead of the equation (3) to obtain the amplitude of the noise signal at the angular frequency ω. Estimate and
Figure 2020134778
The noise removing device according to claim 9, wherein ε is a preset threshold value.
前記目的信号推定部は、式(5)を演算することにより、角周波数ωにおける前記雑音付目的信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
|X(ω)|は、角周波数ωにおける前記雑音付目的信号の振幅の推定値であり、
|G(ω)|は、角周波数ωにおける前記第1信号の振幅である
請求項9または10に記載の雑音除去装置。
The target signal estimation unit estimates the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω by calculating the equation (5).
Figure 2020134778
| X (ω) | is an estimated value of the amplitude of the noise-added target signal at the angular frequency ω.
The noise removing device according to claim 9 or 10, wherein | G 1 (ω) | is the amplitude of the first signal at an angular frequency ω.
sin{ω(τ/2)}≦εの場合、前記目的信号推定部は、前記式(5)に代えて、式(6)を演算することにより、角周波数ωにおける前記雑音付目的信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
εは、予め設定された閾値である
請求項11に記載の雑音除去装置。
When sin 2 {ω (τ / 2)} ≦ ε, the target signal estimation unit calculates the equation (6) instead of the equation (5) to generate the noise-added objective signal at the angular frequency ω. Estimate the amplitude of
Figure 2020134778
The noise removing device according to claim 11, wherein ε is a preset threshold value.
|x(ω)|>(β×|N(ω)|)の場合、前記減算処理部は、式(7)を演算することにより、角周波数ωにおける前記目的信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
|x(ω)|≦(β×|N(ω)|)の場合、式(8)を演算することにより、角周波数ωにおける前記目的信号の振幅を推定し、
Figure 2020134778
|S(ω)|は、角周波数ωにおける前記目的信号の振幅の推定値であり、
βおよびβは、予め定められた係数である
請求項11または12に記載の雑音除去装置。
In the case of | x (ω) |> (β 1 × | N (ω) |), the subtraction processing unit estimates the amplitude of the target signal at the angular frequency ω by calculating the equation (7).
Figure 2020134778
In the case of | x (ω) | ≤ (β 1 × | N (ω) |), the amplitude of the target signal at the angular frequency ω is estimated by calculating the equation (8).
Figure 2020134778
| S (ω) | is an estimated value of the amplitude of the target signal at the angular frequency ω.
The noise removing device according to claim 11 or 12, wherein β 1 and β 2 are predetermined coefficients.
情報処理装置により実行される雑音除去方法であって、
前記情報処理装置が、
第1検出器により検出された信号を表す第1チャネル信号を取得し、
前記第1検出器に対して所定距離離間して設けられた第2検出器により検出された信号を表す第2チャネル信号を取得し、
前記第1チャネル信号および予め設定された第1遅延時間の遅延をした前記第2チャネル信号に基づき、前記第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成し、
予め設定された第2遅延時間の遅延をした前記第1チャネル信号および前記第2チャネル信号に基づき、前記第2チャネル信号における前記目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成し、
前記第2信号に基づき周波数成分で表された雑音信号を推定し、
周波数成分で表された前記第1信号から、周波数成分で表された推定された前記雑音信号を除去することにより、前記目的方向から到来する信号を表す目的信号を生成する、
雑音除去方法。
A noise removal method performed by an information processing device.
The information processing device
Acquire the first channel signal representing the signal detected by the first detector,
A second channel signal representing a signal detected by a second detector provided at a predetermined distance from the first detector is acquired.
A first signal that suppresses signal components arriving from a direction different from the target direction in the first channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset first delay time. To generate
Based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset second delay time, a second signal in which the signal component arriving from the target direction in the second channel signal is suppressed is generated.
A noise signal represented by a frequency component is estimated based on the second signal, and the noise signal is estimated.
By removing the estimated noise signal represented by the frequency component from the first signal represented by the frequency component, a target signal representing the signal arriving from the target direction is generated.
Noise removal method.
情報処理装置を雑音除去装置として機能させるためのプログラムであって、
前記情報処理装置を、
第1検出器により検出された信号を表す第1チャネル信号を取得する第1取得部と、
前記第1検出器に対して所定距離離間して設けられた第2検出器により検出された信号を表す第2チャネル信号を取得する第2取得部と、
前記第1チャネル信号および予め設定された第1遅延時間の遅延をした前記第2チャネル信号に基づき、前記第1チャネル信号における目的方向とは異なる他方向から到来する信号成分を抑圧した第1信号を生成する第1ビームフォーミング部と、
予め設定された第2遅延時間の遅延をした前記第1チャネル信号および前記第2チャネル信号に基づき、前記第2チャネル信号における前記目的方向から到来する信号成分を抑圧した第2信号を生成する第2ビームフォーミング部と、
前記第2信号に基づき周波数成分で表された雑音信号を推定する推定部と、
周波数成分で表された前記第1信号から、周波数成分で表された推定された前記雑音信号を除去することにより、前記目的方向から到来する信号を表す目的信号を生成する除去部と、
して機能させるためのプログラム。
A program for making an information processing device function as a noise removal device.
The information processing device
A first acquisition unit that acquires a first channel signal representing a signal detected by the first detector,
A second acquisition unit that acquires a second channel signal representing a signal detected by a second detector provided at a predetermined distance from the first detector, and a second acquisition unit.
A first signal that suppresses signal components arriving from a direction different from the target direction in the first channel signal based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset first delay time. 1st beamforming section to generate
Based on the first channel signal and the second channel signal delayed by a preset second delay time, a second signal in which the signal component arriving from the target direction in the second channel signal is suppressed is generated. 2 beam forming part and
An estimation unit that estimates a noise signal represented by a frequency component based on the second signal,
A removing unit that generates a target signal representing a signal arriving from the target direction by removing the estimated noise signal represented by the frequency component from the first signal represented by the frequency component.
A program to make it work.
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