JP3437264B2 - 雑音抑圧装置 - Google Patents
雑音抑圧装置Info
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Description
器などの音声入力端または出力端に組み込まれ、音声に
重畳する周囲雑音を抑圧する雑音抑圧装置に関する。
用化が急速に進められている。ディジタル移動通信にお
いては、高いレベルの周囲雑音の存在する場所での使用
が想定され、かつ低ビットレートの音声符号化処理によ
り周囲雑音のスペクトルが変形し、この周囲雑音が通信
の了解性を低下させる原因となっている。
手法の1つにスペクトルサブトラクションと呼ばれる手
法がある。(例えば、S.F.Boll,"Suppression of Acous
ticNoise in Speech Using Spectral Subtraction",IEE
E Trans.,vol.ASSP-27,pp.113-120,April 1979 )
略ブロック図を示したものである。図7において、入力
信号から雑音スペクトル推定手段31により、周囲雑音
の雑音スペクトルを推定し出力する。そして、スペクト
ル減算手段32により、入力音声のスペクトルから推定
された雑音スペクトルを減算し、雑音抑圧された音声を
出力する。
は、基本的に定常雑音を対象にしたものであり、実際の
周囲環境における様々な雑音に対して有効な抑圧を行う
ことが困難である。また雑音抑圧処理に要する演算量が
大きいという問題を有していた。
で、周囲雑音の種類を問わず、また少ない演算量で雑音
を抑圧する優れた雑音抑圧装置を提供することを目的と
する。
するために、第1の構成として、入力信号の短区間のパ
ワを算出する短区間パワ算出手段と、短区間パワおよび
その変化により非音声区間のパワを推定する非音声区間
パワ推定手段と、短区間パワ算出手段により得られた短
区間パワおよび非音声区間パワ推定手段により得られた
推定非音声区間パワに応じて、入力信号に対する振幅抑
圧係数を算出する抑圧係数算出手段と、抑圧係数算出手
段により得られた振幅抑圧係数を用いて、入力信号の振
幅を抑圧して出力する振幅抑圧手段とを備えたものであ
る。
の非音声区間パワ推定手段に換えて、短区間パワおよび
その変化により音声・非音声区間の推定パワおよび音声
/非音声判定情報を出力する音声・非音声区間パワ推定
手段を備えたものである。
短区間パワによって定まる抑圧係数を推定非音声区間パ
ワに応じて適応的に変化させ、推定非音声区間パワが小
さい場合には、抑圧度合いを小さくして小さいパワの音
声区間が抑圧されることによる劣化を防ぎ、また非音声
区間パワ大きい場合には、抑圧度合いを大きくして非音
声区間をより大きく抑圧することにより、より適切な非
音声区間の雑音を抑圧することができる。
間パワによって定まる抑圧係数を、推定音声・非音声区
間パワおよび音声/非音声判定情報を用いて適応的に変
化させ、推定非音声区間パワが小さい場合、または音声
と判定されかつ音声区間パワが小さい入力信号に対して
は、抑圧度合いを小さくして小さいパワの音声区間が抑
圧されることによる劣化を防ぎ、それ以外の場合には、
抑圧度合いを大きくして非音声区間をより大きく抑圧す
ることにより、より適切な非音声区間の雑音を抑圧する
ことができる。
しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
る雑音抑圧装置の構成を示すものである。図1におい
て、1は入力信号の短区間のパワを算出する短区間パワ
算出手段、2は短区間パワ算出手段1により得られた短
区間パワに応じて、入力信号に対する振幅抑圧係数を算
出する抑圧係数算出手段、3は抑圧係数算出手段2によ
り得られた振幅抑圧係数を用いて、入力信号の振幅を抑
圧して出力する振幅抑圧手段である。
いて、以下その動作を説明する。まず、短区間毎の入力
信号x(n)(n=0,...,N-1 、N:短区間長(サンプル))に
対して、短区間パワ算出手段1により短区間パワpow を
算出する。
お、上式ではパワ算出区間(k=0,...,N-1) が抑圧処理対
象短区間と同一であるが、当該短区間の前または後を含
むような区間としてもよい。
ワpow によって定められる抑圧係数c を算出する。抑圧
係数c は、短区間パワ(入力パワ)pow に対して振幅抑
圧後のパワ(出力パワ)が図2で示されるような静特性
(以降、「振幅抑圧特性」と呼ぶ。)を有するように定
められる。図2(a)は振幅抑圧特性の一例であり、入
力音声の平均的なパワの前後に設定されるしきい値P0
に対して、P0 以上では抑圧なし(すなわち、c=1.0
)、P0 以下ではパワが小さくなるほど抑圧度が大き
く(すなわち、c(<1.0) が小さく)なるように設定され
る。また、図2(b)や図2(c)の特性またはそれら
の組み合わせのような特性でもよい。なお、抑圧係数を
算出する代わりに、あらかじめ図2の特性を有する様な
pow とc の関係を示すテーブルを持ち、それを用いて抑
圧係数c を表引きしても良い。
入力信号x(n)(n=0,...,N-1) に対して振幅抑圧を行う。
手順は以下の通りである。まず、振幅抑圧を滑らかに行
うため、抑圧に先立ち、抑圧係数算出手段2で得られた
抑圧係数c に対して以下の平滑化を行い、現短区間にお
ける抑圧係数ccを得る。
a,τr は抑圧係数の時定数(0 ≦ τa,τr ≦ 1) であ
る。そして、cc,cp を用いて入力x(n)に対して以下に示
す抑圧処理を行い、出力信号y(n)を得る。 y(n) = (cp・(N-n)/N + cc・n/N)・x(n) (n=0,...,N-1)
ば、振幅抑圧特性によって定められる入力短区間パワに
応じた振幅抑圧を行うことにより、入力信号の短区間パ
ワが小さいほど抑圧度合いを大きくするように振幅抑圧
処理が行われ、音声よりパワの小さい非音声区間の雑音
を抑圧することができる。
に区切って処理を行うフレーム処理について動作を説明
したが、別の方法として入力信号に対して1サンプル単
位での逐次処理でも実現できる。以下にその場合の動作
について説明する。
て、短区間パワ算出手段1により短区間パワpow を算出
する。
る定数値である。なお、パワpow として入力信号1サン
プルに対するパワ(x(n) 2 )または絶対値(|x(n)
|)を用いることもできる。
ワpow によって定められる抑圧係数c を算出する。抑圧
係数c は、フレーム処理における場合と同様に、図2で示さ
れる振幅抑圧特性を用いて、現入力信号x(n)に対してサ
ンプル単位で決定される。
対して振幅抑圧を行う。手順は以下の通りである。ま
ず、振幅抑圧を滑らかに行うため、抑圧に先立ち、抑圧
係数算出手段2で得られた抑圧係数c に対して以下の平
滑化を行い、平滑後の抑圧係数ccを得る。
抑圧係数、τa ,τr は抑圧係数の時定数(0 ≦ τa
,τr ≦ 1) である。そしてccを用いて入力x(n)に対
して以下に示す抑圧処理を行い、出力信号y(n)を得る。 y(n) = cc・x(n)
れ以下の音声コーデック(例えば、VSELP(Vector
Sum Excited Linear Prediction)方式)と組み合わせる
ことにより、音声コーデックによる周囲雑音に対する聴
感上の劣化をより効果的に抑えることができる。
について説明する。図3は本発明の第2の実施例におけ
る雑音抑圧装置の構成を示すものである。図3におい
て、11は入力信号の短区間のパワを算出する短区間パ
ワ算出手段、12は短区間パワ算出手段11により得ら
れた短区間パワを入力として、非音声区間のパワを推定
する非音声区間パワ推定手段、13は短区間パワおよび
非音声区間パワ推定手段12により得られた推定非音声
区間パワを入力として、入力信号に対する振幅抑圧係数
を算出する抑圧係数算出手段、14は抑圧係数算出手段
13により得られた振幅抑圧係数を用いて、入力信号の
振幅を抑圧して出力する振幅抑圧手段である。
いて、以下その動作を説明する。まず、短区間毎の入力
信号x(n)(n=0,...,N-1) に対して、短区間パワ算出手段
11により短区間パワpow を算出する。
お、上式ではパワ算出区間(k=0,...,N-1) が抑圧処理対
象短区間と同一であるが、当該短区間の前または後を含
むような区間としてもよい。
区間パワ推定手段12において、非音声区間のパワを推
定する。一般に非音声区間(即ち、周囲雑音)は、音声
区間に比べ短区間パワは小さく、かつ変動が少なく定常
的である。そこで、以下に示すように短区間パワpow を
用いて非音声区間のパワをpnv として推定する。
L は、時定数であり、 0 <= DH < DL <= 1 を満たす。これは、短区間パワ変化を用いて、短区間パ
ワの最小値を更新するように意図されたものである。な
お、ダイナミックレンジが大きいpow の値を制限するた
め、事前にpow の代わりにpow を最大値定数、最小値定
数でクリッピングしたものを用いるようにしても良い。
または、pow の対数値をとり、対数値上でpnv を算出し
ても良い。
間パワpow および推定非音声区間パワpnv を入力として
当該短区間の振幅抑圧係数c を算出する。振幅抑圧係数
c は、まずpnv により振幅抑圧特性(短区間パワに対す
る振幅抑圧係数の特性)を決定し、決定された振幅抑圧
特性によりpow に応じた抑圧係数c を算出する。振幅抑
圧特性は、図4に示す2種類の特性A,Bの組み合わせ
により表現する。ここで示した特性A,Bは一例であ
り、特性Aは入力音声の平均的なパワの前後に設定され
るしきい値P0 に対して、P0 以上では抑圧なし、P0
以下ではパワが小さくなるほど抑圧度が大きくなるよう
な特性を有し、特性Bは、特性Aに比べ、同一短区間パ
ワに対する抑圧度が同等または小さいような特性を有す
る。当該短区間に対する振幅抑圧特性はこれらの2つの
特性を用いてその内挿により表現し、推定非音声区間パ
ワpnv が小さい場合には、抑圧処理をあまり強く行わな
い特性Bの加重を大きく、pnv が大きい場合には、強い
抑圧処理を行う特性Aの加重が大きくなるようにする。
具体的には、まず、特性A,Bを内挿する補間係数scl
を、 scl = (1-DC)・sclp + DC ・scl0 とする。ここで、sclpは前短区間でのscl 、scl0はpnv
によって定まる補間係数であり、その特性は図5で示さ
れる。また、DCは時定数(0 <= DC <= 1)である。つぎ
に、短区間パワpow に対して算出された(あるいは、予
め用意されたテーブルから得られた)特性A,Bの各々
に対する抑圧係数cs,cw(短区間パワ( 入力パワ)powに
対して振幅抑圧後のパワ( 出力パワ) が特性A,Bで規
定される値となるように定められる)に対して、下式に
より当該短区間の抑圧係数c を得る。 c = (1-scl) ・cw + scl・cs
x(n)(n=0,...,N-1 )に対して振幅抑圧を行い、出力信
号y(n)を得る。手順は、第1の実施例のフレーム処理に
よる、振幅抑圧手段3での振幅抑圧処理と同一である。
(フレーム処理)として動作を説明したが、第1の実施
例と同様にサンプル単位の逐次処理(サンプル処理)と
しても実現できる。以下に動作を説明する。
て、短区間パワ算出手段11により、短区間パワpow を
算出する。算出方法は、第1の実施例のサンプル処理に
おける短区間パワ算出手段1での処理と同様である。次
に、得られたパワpow を入力として、非音声区間パワ推
定手段12で推定非音声区間パワを、抑圧係数算出手段
13で抑圧係数を、現入力信号x(n) に対してサンプル
単位で算出する。算出方法は、サンプル単位で求めるこ
とを除いてはフレーム処理における処理と同様である。
最後に、振幅抑圧手段14により、現入力信号に対して
振幅抑圧を行なう。手順は、第1の実施例のサンプル処
理における振幅抑圧手段3での処理と同様である。な
お、このサンプル処理において、非音声区間パワ推定手
段12における推定非音声パワの算出動作をフレーム単
位で行なうようにしても良い。
ば、入力信号の短区間パワによって定まる抑圧係数を推
定非音声区間パワに応じて適応的に変化させることによ
り、推定非音声区間パワが小さい場合には、抑圧度合い
を小さくして小さいパワの音声区間が抑圧されることに
よる劣化を防ぎ、非音声区間パワが大きい場合には抑圧
度合いを大きくして非音声区間をより大きく抑圧するよ
うにしたので、より適切な非音声区間の雑音を抑圧する
ことができる。
する。図6は本発明の第3の実施例における雑音抑圧装
置の構成を示すものである。図6において、21は入力
信号の短区間のパワを算出する短区間パワ算出手段、2
2は短区間パワ算出手段21により得られた短区間パワ
を入力として、音声・非音声区間の推定パワおよび音声
/非音声判定情報を出力する音声・非音声区間パワ推定
手段、23は短区間パワおよび音声・非音声区間パワ推
定手段22により得られた推定音声・非音声区間パワお
よび音声/非音声判定情報を入力として、入力信号に対
する振幅抑圧係数を算出する抑圧係数算出手段、24は
抑圧係数算出手段23により得られた振幅抑圧係数を用
いて、入力信号の振幅を抑圧して出力する振幅抑圧手段
である。
いて、以下その動作を説明する。まず、短区間毎の入力
信号x(n)(n=0,...,N-1) に対して、短区間パワ算出手段
21により短区間パワpow を算出する。
お、上式ではパワ算出区間(k=0,...,N-1) が抑圧処理対
象短区間と同一であるが、当該短区間の前または後を含
むような区間としてもよい。
非音声区間パワ推定手段22において、音声区間および
非音声区間のパワを推定する。まず、第2の実施例記載
の方法と同様にして非音声区間のパワをpnv として推定
する。
,DLn は時定数であり、 0 <= DHn < DLn <= 1 を満たす。また、音声区間は、一般に非音声区間(即
ち、周囲雑音)に比べ、短区間パワは大きく、かつ変動
が大きく非定常的である。そこで、以下に示すように短
区間パワpow を用いて音声区間のパワをpvとして推定す
る。
,DLv は時定数であり、 0 <= DLv < DHv <= 1 を満たす。これは、短区間パワ変化を用いて、短区間パ
ワの最大値を更新するように意図されたものである。な
お、pow の値はダイナミックレンジが大きいため、pow
の対数値をとり、対数値上でpnv ,pvを算出しても良
い。また、当該短区間の音声/非音声の判定情報とし
て、パワ変動情報を用いた下式により得られるpdを出力
する。 pd = pv - pnv
間パワpow および推定音声・非音声区間パワpv,pnv お
よび音声/非音声判定情報pdを入力として当該短区間の
振幅抑圧係数c を算出する。振幅抑圧係数c は、まず、
pv,pnv ,pdにより振幅抑圧特性(短区間パワに対する
振幅抑圧係数の特性)を決定し、決定された振幅抑圧特
性によりpow に応じた抑圧係数c を算出する。振幅抑圧
特性は、第2の実施例におけるものと同様であり、図4
に示す2種類の特性A,Bの組み合わせにより表現す
る。当該短区間に対する振幅抑圧特性は、これらの2つ
の特性を用いてその内挿により表現し、推定非音声区間
パワpnv が小さい場合、または当該短区間が音声区間で
かつ推定音声区間パワpv小さい場合には、抑圧処理をあ
まり強く行わない特性Bの加重を大きく、それ以外場合
には、強い抑圧処理を行う特性Aの加重が大きくなるよ
うにする。具体的な処理を以下に示す。まず、特性A,
Bを内挿する補間係数scl を、 scl = (1-DC)・sclp + DC ・scl0 とする。ここで、sclpは前短区間でのscl 、scl0はpv,
pnv ,pdによって定まる補間係数であり以下で表され
る。
対するしきい値
さい場合を、条件2は現短区間が音声区間でかつ音声区
間パワが小さい場合を示す。なお、scl0を、条件1また
は2においては小さくそれ以外では大きくなるように、
pv,pnvの組み合わせで定まる値(ただし、0.0 <= scl0
<= 1.0)で表現してもよい。
(あるいは、予め用意されたテーブルから得られた)特
性A,Bの各々に対する抑圧係数cs,cw(短区間パワ
(入力パワ)pow に対して、振幅抑圧後のパワ(出力パ
ワ)が特性A,Bで規定される値となるように定められ
る)に対して、下式により当該短区間の抑圧係数c を得
る。 c = (1-scl) ・cw + scl・cs
x(n)(n=0,...,N-1 )に対して振幅抑圧を行い、出力信
号y(n)を得る。手順は、第1の実施例のフレーム処理に
よる振幅抑圧手段3での振幅抑圧処理と同一である。
(フレーム処理)として動作を説明したが、第1の実施
例と同様にサンプル単位の逐次処理(サンプル処理)と
しても実現できる。以下に動作を説明する。
て、短区間パワ算出手段21により、短区間パワpow を
算出する。算出方法は、第1の実施例のサンプル処理に
おける短区間パワ算出手段1での処理と同様である。次
に、得られたパワpow を入力として、音声・非音声区間
パワ推定手段22において音声区間・非音声区間の推定
パワおよび音声/非音声の判定情報を、抑圧係数算出手
段23において抑圧係数を現入力信号x(n) に対してサ
ンプル単位で算出する。算出方法は、サンプル単位で求
めることを除いてはフレーム処理における処理と同様で
ある。最後に、振幅抑圧手段24により、現入力信号に
対して振幅抑圧を行なう。手順は、第1の実施例のサン
プル処理における振幅抑圧手段3での処理と同様であ
る。なお、このサンプル処理において、音声・非音声区
間パワ推定手段22における音声区間・非音声区間の推
定パワおよび音声/非音声の判定情報の算出動作をフレ
ーム単位で行なうようにしても良い。
ば、入力信号の短区間パワによって定まる抑圧係数を推
定音声・非音声区間パワおよび音声/非音声判定情報を
用いて適応的に変化させ、推定非音声区間パワが小さい
場合または音声と判定された区間において音声区間パワ
が小さい場合には、抑圧度合いを小さくして小さいパワ
の音声区間が抑圧されることによる劣化を防ぎ、それ以
外の場合には、抑圧度合いを大きくして非音声区間をよ
り大きく抑圧するようにしたので、より適切な非音声区
間の雑音を抑圧することができる。
ム処理による動作説明において、振幅抑圧手段での、入
力信号x(n) (n=0,1,・・・・・,N−1)から
振幅抑圧処理により出力信号y(n) を得る別の方法とし
て、以下のようにしてもよい。
抑圧係数、cc(-1)は、前短区間の最終サンプルにおけ
る抑圧係数、τa ,τr は抑圧係数の時定数(0≦ τa
,τr ≦ 1) である。
なように、入力信号の短区間パワによって定まる抑圧係
数を推定非音声区間パワに応じて適応的に変化させ、推
定非音声区間パワが小さい場合には、抑圧度合いを小さ
くして小さいパワの音声区間が抑圧されることによる劣
化を防ぎ、非音声区間パワが大きい場合には、抑圧度合
いを大きくして非音声区間をより大きく抑圧するように
したので、より適切な非音声区間の雑音を抑圧すること
ができる。
に、入力信号の短区間パワによって定まる抑圧係数を、
推定音声・非音声区間パワおよび音声/非音声判定情報
を用いて適応的に変化させ、推定非音声区間パワが小さ
い場合または音声と判定された区間において音声区間パ
ワが小さい場合には、抑圧度合いを小さくして小さいパ
ワの音声区間が抑圧されることによる劣化を防ぎ、それ
以外の場合には、抑圧度合いを大きくして非音声区間を
より大きく抑圧するようにしたので、より適切な非音声
区間の雑音を抑圧することができる。
は、従来の装置に比べて少ない演算量で実現できるとい
う効果を有する。
概略ブロック図
概略ブロック図
特性図
概略ブロック図
Claims (6)
- 【請求項1】 音声入力信号に対して、短区間のパワを
算出する短区間パワ算出手段と、短区間パワおよびその
変化により非音声区間のパワを推定する非音声区間パワ
推定手段と、短区間パワおよび推定非音声区間パワを用
いて入力信号に対する振幅抑圧係数を適応的に算出する
抑圧係数算出手段と、前記抑圧係数算出手段により得ら
れた振幅抑圧係数を用いて、入力信号の振幅を抑圧して
出力する振幅抑圧手段とを備え、入力信号の短区間パワ
に応じて振幅抑圧を行い、また、抑圧係数算出手段にお
いて、2種類の振幅抑圧特性を用いて、推定非音声区間
パワに応じてそれら2種類の特性の内挿により抑圧係数
を算出することを特徴とし、かつ、推定非音声区間のパ
ワが小さい場合に抑圧度合いを緩める振幅抑圧係数を出
力することを特徴とする雑音抑圧装置。 - 【請求項2】 非音声区間パワ推定手段は、入力信号の
短区間パワおよびその変化を用いて、長区間にわたる短
区間パワの最小値を逐次求めることにより、非音声区間
のパワを推定するように動作する請求項1記載の雑音抑
圧装置。 - 【請求項3】 音声入力信号に対して、短区間のパワを
算出する短区間パワ算出手段と、短区間パワおよびその
変化により音声・非音声区間の推定パワおよび音声/非
音声判定情報を出力する音声・非音声区間パワ推定手段
と、短区間パワ、推定音声・非音声区間パワおよび音声
/非音声判定情報を用いて入力信号に対する振幅抑圧係
数を適応的に算出する抑圧係数算出手段と、前記抑圧係
数算出手段により得られた振幅抑圧係数を用いて、入力
信号の振幅を抑圧して出力する振幅抑圧手段とを備え、
入力信号の短区間パワに応じて振幅抑圧を行い、かつそ
の抑圧度合いが推定音声・非音声区間パワおよび音声/
非音声判定情報に応じて変わるように動作することを特
徴とする雑音抑圧装置。 - 【請求項4】 抑圧係数算出手段は、推定非音声区間の
パワが小さい場合、または音声と判定されかつ音声区間
のパワが小さい入力信号の場合、抑圧度合いを緩める振
幅抑圧係数を出力する請求項3記載の雑音抑圧装置。 - 【請求項5】 音声・非音声区間パワ推定手段におい
て、入力信号の短区間パワおよびその変化を用いて、長
区間にわたる短区間パワの最大値を逐次求めることによ
り、音声区間のパワを推定することを特徴とする請求項
3記載の雑音抑圧装置。 - 【請求項6】 音声・非音声区間パワ推定手段におい
て、入力信号の短区間パワおよびその変化を用いて、長
区間にわたる短区間パワの最大値、最小値を逐次求め、
その値の差を音声/非音声判定情報として出力し、その
差があるしきい値以上であれば音声区間であると判定す
ることを特徴とする請求項3記載の雑音抑圧装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15613694A JP3437264B2 (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 雑音抑圧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15613694A JP3437264B2 (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 雑音抑圧装置 |
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JPH0822297A JPH0822297A (ja) | 1996-01-23 |
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ID=15621119
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JP15613694A Expired - Fee Related JP3437264B2 (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 雑音抑圧装置 |
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