JP4897666B2 - 音声妨害を検出および除去する方法および装置 - Google Patents
音声妨害を検出および除去する方法および装置 Download PDFInfo
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Description
X(t)→x(k,j)(k=0:k) 左式において、kは周波数ビンを、jはフレームインデックスをそれぞれ表す
各周波数ビンの周波数加重係数は以下のように表すことができる。
S(j)k=mean(Xvoice(k))。前の信号を保存せずに済むように、平均演算子の代わりに、1次平滑化演算子S(j)k=S(j−1)k×α+(1.0−α)×Xvoice(k,j)(ただし、αは、0〜1の忘却係数である)を使用する。
1.音声サンプリングレート16kHz。
2.等間隔に配置された直線アレイ形状。各マイクロフォンセンサ間の間隔は、対象とする最大周波数における波長の半分(例えば2.0cm)に設定。周波数範囲は約120Hz〜約8kHz。
3.4個のセンサを使用したマイクロフォンアレイ用のハードウェアは、サンプリングレート64kHzのシーケンシャルA/Dコンバータも備えうる。
4.マイクロフォンセンサは、汎用の全方向センサでありうる。
Claims (44)
- 音声信号を処理する方法であって、
調和部分および妨害部分から構成される音声信号を受信する操作と、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げる操作と、
前記調和部分の振幅を下げた前記音声信号のサンプリングレートを下げる操作と、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する操作と、
前記信号シーケンスの前記種類に従って前記妨害部分を補正する操作と、を有し、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げる操作には、前記音声信号に対して信号の非相関化を実行し、この非相関化によって前記調和部分の振幅を下げる一方で前記妨害ノイズを増幅する操作が含まれ、
更に、前記非相関化されかつサンプリングレートが下げられた前記音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成する操作と、を有し、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する操作には、前記生成された検出信号の解析が含まれ、
前記サンプリングレートを下げる操作では、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようサンプリングレートが下げられる、方法。 - 前記信号シーケンスの前記種類に従って前記妨害部分を補正する前記操作は、
前記信号シーケンスの前記種類が妨害のみである場合に、前記信号シーケンスを除去する操作と、
前記信号シーケンスの前記種類が調和のみである場合に、前記信号シーケンスに周波数加重係数を適用する操作と、
前記信号シーケンスの前記種類が調和と妨害との混合である場合に、前記信号シーケンスを周波数領域に変換する操作と、を有する請求項1に記載の方法。 - 前記信号シーケンスの前記種類が妨害のみである場合に、前記信号シーケンスを除去する前記操作は、
前記信号シーケンスの前の信号と前記信号シーケンスの後の信号との両者の補間により、前記信号シーケンスを置換する操作を有する請求項2に記載の方法。 - 前記信号シーケンスの前記種類が調和のみである場合に、前記信号シーケンスに周波数加重係数を適用する前記操作は、
前記音声信号に関連する各周波数ビンについて前記周波数加重係数を更新する操作を有する請求項2に記載の方法。 - 前記信号シーケンスの前記種類が調和と妨害との混合である場合に、前記信号シーケンスを周波数領域に変換する前記操作は、
各周波数ビン信号をスケール調整する操作と、
前記スケール調整された周波数ビン信号を時間領域に変換する操作と、を有する請求項2に記載の方法。 - 前記調和部分の振幅を下げた前記音声信号のサンプリングレートを下げる前記操作は、
前記振幅を下げた前記音声信号を1/10にダウンサンプリングする操作を有する請求項1に記載の方法。 - マイクロフォンによって受信された音声信号に関連するノイズ妨害を低減する方法であって、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げることで、前記音声信号のノイズ妨害を前記音声信号の残りの成分に対して強調する操作と、
前記音声信号のサンプリングレートを下げる操作と、
検出信号を定義するために、前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する操作と、
前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する操作と、を有し、
前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する操作では、前記検出信号の統計平均から、前記音声信号が妨害として判定されるしきい値を計算することで、ノイズ妨害であるか否かを判定し、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げる操作には、前記音声信号に対して信号の非相関化を実行し、この非相関化によって前記調和部分の振幅を下げる一方で前記妨害ノイズを増幅する操作が含まれ、
前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する操作には、前記非相関化されかつサンプリングレートが下げられた前記音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成する操作が含まれ、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する操作には、前記生成された検出信号の解析が含まれ、
前記サンプリングレートを下げる操作では、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようサンプリングレートが下げられる、方法。 - 前記音声信号のノイズ妨害を前記音声信号の残りの成分に対して強調する前記操作は、
前記音声信号を逆インパルスレスポンスフィルタで処理する操作を有する請求項7に記載の方法。 - 前記音声信号のサンプリングレートを下げる前記操作は、
前記音声信号を1/10にダウンサンプリングする操作を有する請求項7に記載の方法。 - 検出信号を定義するために、前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する前記操作は、前記音声信号の前記ノイズ妨害を前記音声信号の前記残りの成分から更に差別化する請求項7に記載の方法。
- 前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する前記操作は、
前記ノイズ妨害に関連する信号シーケンスが前記音声信号の前記残りの成分を含むかどうかを特定する操作を有する請求項7に記載の方法。 - 前記ノイズ妨害に関連する信号シーケンスが前記音声信号の前記残りの成分を含む場合、前記方法は、
前記音声信号を時間領域から周波数領域に変換する操作と、
スケール調整された音声信号を定義するために、前記変換された音声信号の各周波数ビンを加重係数に従ってスケール調整する操作と、
前記スケール調整された音声信号を前記時間領域に再変換する操作と、を有する請求項11に記載の方法。 - 前記ノイズ妨害に関連する前記信号シーケンスがノイズ妨害信号のみの場合、前記方法は、
前記信号シーケンスの前の信号と前記信号シーケンスの後の信号との両者の補間により、前記信号シーケンスを置換する操作を有する請求項11に記載の方法。 - 音声信号を処理する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する計算機可読記録媒体であって、
調和部分および妨害部分から構成される音声信号を受信する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記調和部分の振幅を下げた前記音声信号のサンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記信号シーケンスの前記種類に従って前記妨害部分を補正する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有し、
前記音声信号の前記調和部分に関連する振幅を下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令には、前記音声信号に対して信号の非相関化を実行し、この非相関化によって前記調和部分の振幅を下げる一方で前記妨害ノイズを増幅する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令が含まれ、
更に、前記非相関化されかつサンプリングレートが下げられた前記音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有し、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令には、前記生成された検出信号の解析が含まれ、
前記サンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令では、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようサンプリングレートが下げられる、計算機可読記録媒体。 - 前記信号シーケンスの前記種類に従って前記妨害部分を補正する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記信号シーケンスの前記種類が妨害のみである場合に、前記信号シーケンスを除去する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記信号シーケンスの前記種類が調和のみである場合に、前記信号シーケンスに周波数加重係数を適用する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記信号シーケンスの前記種類が調和と妨害との混合である場合に、前記信号シーケンスを周波数領域に変換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有する請求項14に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記信号シーケンスの前記種類が妨害のみである場合に、前記信号シーケンスを除去する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記信号シーケンスの前の信号と前記信号シーケンスの後の信号との両者の補間により、前記信号シーケンスを置換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項15に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記信号シーケンスの前記種類が調和のみである場合に、前記信号シーケンスに周波数加重係数を適用する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記音声信号に関連する各周波数ビンについて前記周波数加重係数を更新する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項15に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記信号シーケンスの前記種類が調和と妨害との混合である場合に、前記信号シーケンスを周波数領域に変換する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
各周波数ビン信号をスケール調整する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記スケール調整された周波数ビン信号を時間領域に変換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有する請求項15に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記調和部分の振幅を下げた前記音声信号のサンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記振幅を下げた前記音声信号を1/10にダウンサンプリングする操作を有する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項14に記載の計算機可読記録媒体。 - マイクロフォンによって受信された音声信号に関連するノイズ妨害を低減する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する計算機可読記録媒体であって、
前記音声信号のノイズ妨害を前記音声信号の残りの成分に対して強調する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記音声信号のサンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
検出信号を定義するために、前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有し、
前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する操作では、前記検出信号の統計平均から、前記音声信号が妨害として判定されるしきい値を計算することで、ノイズ妨害であるか否かを判定し、
前記音声信号のノイズ妨害を前記音声信号の残りの成分に対して強調する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令には、前記音声信号に対して信号の非相関化を実行し、この非相関化によって前記調和部分の振幅を下げる一方で前記妨害ノイズを増幅する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令が含まれ、
前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令には、前記非相関化されかつサンプリングレートが下げられた前記音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令が含まれ、
前記音声信号の前記妨害部分に関連する信号シーケンスの種類を特定する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令には、前記生成された検出信号の解析が含まれ、
前記サンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令では、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようサンプリングレートが下げられる、計算機可読記録媒体。 - 前記音声信号のノイズ妨害を前記音声信号の残りの成分に対して強調する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記音声信号を逆インパルスレスポンスフィルタで処理する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項20に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記音声信号のサンプリングレートを下げる機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令は、
前記音声信号を1/10にダウンサンプリングする機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項20に記載の計算機可読記録媒体。 - 検出信号を定義するために、前記サンプリングレートを下げた前記音声信号に偶数次の導関数を適用する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、前記音声信号の前記ノイズ妨害を前記音声信号の前記残りの成分から更に差別化する請求項20に記載の計算機可読記録媒体。
- 前記検出信号の統計平均に従って前記音声信号の前記ノイズ妨害を調整する機能をコンピュータに形成するための前記プログラム命令は、
前記ノイズ妨害に関連する信号シーケンスが前記音声信号の前記残りの成分を含むかどうかを特定する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項20に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記ノイズ妨害に関連する信号シーケンスが前記音声信号の前記残りの成分を含む場合、前記計算機可読記録媒体は、
前記音声信号を時間領域から周波数領域に変換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
スケール調整された音声信号を定義するために、前記変換された音声信号の各周波数ビンを加重係数に従ってスケール調整する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、
前記スケール調整された音声信号を前記時間領域に再変換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令と、を有する請求項24に記載の計算機可読記録媒体。 - 前記ノイズ妨害に関連する前記信号シーケンスがノイズ妨害信号のみの場合、前記計算機可読記録媒体は、
前記信号シーケンスの前の信号と前記信号シーケンスの後の信号との両者の補間により、前記信号シーケンスを置換する機能をコンピュータに形成するためのプログラム命令を有する請求項24に記載の計算機可読記録媒体。 - 音声信号に関連する妨害をキャンセル可能なシステムであって、
音声信号を処理するための論理回路であって、前記論理回路は、
前記音声信号から検出信号を生成する論理回路と、
前記音声信号の信号シーケンスが妨害であるかどうかを、前記検出信号の対応する信号シーケンスを分析することによって判定する論理回路と、を有するコンピューティング装置と、
前記コンピューティング装置に動作可能に接続された入力装置と、
前記音声信号をキャプチャするように構成されたマイクロフォンとを有し、前記妨害の発生源が、前記マイクロフォンに関連する近距離場内に存在し、前記音声信号の目的成分の発生源が前記マイクロフォンに関連する遠距離場内に存在するように、前記マイクロフォンが配置されており、
前記論理回路は、
更に、前記論理回路は、
前記音声信号に対して信号の非相関化を実行するように構成された論理回路を有し、この信号の非相関化によって前記目的音声信号の振幅を低減する一方で前記妨害ノイズを増幅し、
前記非相関化された音声信号をダウンサンプリングするための論理回路を有し、
前記音声信号から検出信号を生成する論理回路は、
前記非相関化されかつダウンサンプリングされた音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成するように構成された検出信号論理回路を有し、
前記検出信号の分析によって前記音声信号から妨害ノイズを除去するように構成された妨害キャンセル論理回路を有し、
前記ダウンサンプリングするための論理回路は、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようダウンサンプリングを行う、システム。 - 前記マイクロフォンは前記入力装置に固定されている請求項27に記載のシステム。
- 前記音声信号の信号シーケンスが妨害であるかどうかを、前記検出信号の対応する信号シーケンスを分析することによって判定する前記論理回路は、
前記音声信号を時間領域から周波数領域に変換する論理回路と、
前記周波数領域における前記音声信号の周波数ビンを調整する論理回路と、
前記調整された音声信号を前記周波数領域から前記時間領域に変換する論理回路と、を有する請求項27に記載のシステム。 - 前記妨害は、周波数範囲が約0ヘルツ〜約800ヘルツの機械的妨害である請求項27に記載のシステム。
- 前記入力装置はビデオゲームコントローラである請求項27に記載のシステム。
- 前記コンピューティング装置はゲームコンソールである請求項27に記載のシステム。
- 各論理回路要素はソフトウェアまたはハードウェアのいずれかであるか、ソフトウェアとハードウェアを組み合わせたものである請求項27に記載のシステム。
- コンピューティング装置に接続されたビデオゲームコントローラであって、
前記ビデオゲームコントローラに固定されたマイクロフォンであって、前記マイクロフォンに対して遠距離場にある目的音声信号と、前記マイクロフォンに対して近距離場にある妨害ノイズとを含む音声信号を検出するように構成された前記マイクロフォンを有し、
前記音声信号を処理するように構成された論理回路と、を有し、前記論理回路は、
前記音声信号に対して信号の非相関化を実行するように構成された論理回路を有し、この信号の非相関化によって前記目的音声信号の振幅を低減する一方で前記妨害ノイズを増幅し、
前記非相関化された音声信号をダウンサンプリングするための論理回路を有し、
前記非相関化されかつダウンサンプリングされた音声信号に偶数次の導関数を適用することによって、検出信号を生成するように構成された検出信号論理回路を有し、
前記検出信号の分析によって前記音声信号から妨害ノイズを除去するように構成された妨害キャンセル論理回路を有し、
前記ダウンサンプリングするための論理回路は、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようダウンサンプリングを行う、ビデオゲームコントローラ。 - 前記妨害キャンセル論理回路は、
前記妨害ノイズの信号シーケンスが前記目的音声信号に関連しているかどうかを判定する論理回路を有する請求項34に記載のビデオゲームコントローラ。 - 複数のマイクロフォンを更に有し、前記複数のマイクロフォンの各々は、前記妨害ノイズがしきい値を超えているかどうかを独立して判定するように構成されている請求項35に記載のビデオゲームコントローラ。
- 前記ダウンサンプリングでは、前記検出信号に関連するデータ量を、前記音声信号と比較して1/10に減らす、請求項34に記載のビデオゲームコントローラ。
- 集積回路であって、
複数のノイズ源環境において少なくとも1つのマイクロフォンから音声信号を受信するように構成された回路と、
前記音声信号に対して信号の非相関化を実行し、この信号の非相関化によって前記目的音声信号の振幅を低減する一方で前記妨害ノイズを増幅するように構成された回路と、
前記非相関化された音声信号をダウンサンプリングするように構成された回路と、
前記非相関化されかつダウンサンプリングされた音声信号に偶数次の微分操作を適用するように構成された回路と、
前記微分された音声信号内にノイズ妨害信号シーケンスを検出するように構成された回路と、
前記ノイズ妨害信号シーケンスに関連する前記音声信号の信号シーケンスを除去するように構成された回路と、を有し、
前記検出信号の分析によって前記音声信号から妨害ノイズを除去するように構成された妨害キャンセル論理回路を有し、
前記ダウンサンプリングするように構成された回路は、前記適用される偶数次の導関数を10次以下の偶数次の導関数に低次化できるようダウンサンプリングを行う、集積回路。 - 前記音声信号に対して信号の非相関化を実行するように構成された前記回路は線形予測誤差フィルタである請求項38に記載の集積回路。
- 前記非相関化された音声信号をダウンサンプリングするように構成された前記回路は、前記音声信号に関連するデータ量を1/10に減らす請求項38に記載の集積回路。
- 前記微分は4次の微分操作である請求項38に記載の集積回路。
- 前記微分された音声信号内にノイズ妨害信号シーケンスを検出するように構成された前記回路は、
前記ノイズ妨害信号シーケンスが目的信号シーケンスを含むかどうかを判定するように構成された回路を有する請求項38に記載の集積回路。 - 前記ノイズ妨害信号シーケンスに関連する前記音声信号の信号シーケンスを除去するように構成された前記回路は、
前の信号シーケンスと後の信号シーケンスとに基づく線形補間を実行するように構成された回路を有する請求項38に記載の集積回路。 - 前記集積回路は、ビデオゲームコントローラおよびビデオゲームコンソールの一方に搭載されている請求項38に記載の集積回路。
Applications Claiming Priority (3)
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