JP4958303B2 - 雑音抑圧方法およびその装置 - Google Patents
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Description
18…高速フーリエ変換部(第2のスペクトル分析部)
22…ディップ除去部
24…平滑化処理部
28…雑音推定部(雑音スペクトル推定演算部)
32…フレーム切出し部(第1の信号切り出し部)
38…高速フーリエ変換部(第1のスペクトル分析部)
42…逆高速フーリエ変換部(時間領域変換部)
44…出力合成部(出力合成部)
60…スペクトル減算部(減算部)
・サンプリング周波数=16kHz
・M(雑音抑圧用フレーム長T1)=512サンプル(32msec長に相当)
・N(雑音推定用フレーム長T2)=4096サンプル(256msec長に相当)
に設定した場合について説明する。図3に雑音抑圧装置の機能ブロックを示す。入力信号(雑音付き音声信号)x0(n)は、雑音スペクトル出力部10と雑音抑圧部12に共通に入力される。雑音スペクトル出力部10に入力された雑音付き音声信号は、始めに雑音推定用スペクトル分析部14で、雑音推定用の周波数分析が行われる。すなわち、フレーム切出し部16は、新たにM/2サンプル(256サンプル)の入力信号が入力される毎に、最新のN(4096)サンプルの入力信号を切り出す。高速フーリエ変換部18は、切り出されたフレームを高速フーリエ変換して、周波数領域のデータすなわちスペクトルデータ(離散フーリエ変換)X2(k)(k=0,1,2,…)に変換する。振幅スペクトル計算部20は、求められたスペクトルデータX2(k)から、その振幅スペクトルを求める。
(方法1)起動直後に入力された、音声の混入していない背景雑音のみのデータをフーリエ変換し、該フーリエ変換されたデータから求められる振幅スペクトルデータを雑音振幅スペクトル初期値として設定する。
(方法2)予め背景雑音に相当する振幅スペクトルデータをメモリに保持しておき、起動時にそれを読み出して雑音振幅スペクトル初期値として設定する。あるいは、予め背景雑音に相当する振幅スペクトルデータの包絡線データをメモリに保持しておき、起動時にそれを読み出して雑音振幅スペクトル包絡線データの初期値として設定する。
(方法3)ホワイトノイズやピンクノイズの振幅スペクトルデータを雑音振幅スペクトル初期値として設定する。
雑音推定用振幅スペクトル包絡線|X’2(k)|=xk(但し、k=1,2,…,K)
雑音振幅スペクトル包絡線を|N0’(k)|=yk(但し、k=1,2,…,K)
とすると、(1)式により求められる。
|N(k)|=[1−{ρl/(1+ρl)}m]・|N0(k)|+{ρl/(1+ρl)}m・|X2(k)| …(2)
但し、|N(k)|:現在観測されているフレームの音声信号について推定される雑音振幅スペクトル
|N0(k)|:前回(半フレーム前)観測されたフレームの音声信号について推定された雑音振幅スペクトル
|X2(k)|:現在観測されているフレームの雑音推定用振幅スペクトル
ρ:現在観測されているフレームの音声信号のスペクトルの包絡線と前回観測されたフレームの音声信号について推定された雑音のスペクトルの包絡線との相関値
l,m:定数(lは1以上の値、mは0以上の値)
|X1(k)|={XR(k)2+XI(k)2}1/2 …(3)
但し、XR(k):X1(k)の実数部
XI(k):X1(k)の虚数部
また、位相スペクトル計算部58は、(4)式により雑音抑圧用スペクトルX1(k)の位相スペクトルθ(k)を求める。
θ(k)=tan−1{XI(k)/XR(k)} …(4)
|Y(k)|=|X1(k)|−|N(k)| …(5)
なお、|X1(k)|−|N(k)|が負の値となる周波数ポイントでは、引き過ぎであるので、減算値|Y(k)|を負の値のままとせずに、零とするのがよい。
G(k)=|Y(k)|eθ(k) …(6)
作成された音声スペクトルG(k)は、図3の逆高速フーリエ変換部42に供給される。
(b)の従来手法の場合:20dB
(c)の従来手法の場合:19dB
(d)の本発明手法(ディップ除去処理無し)の場合:36dB
(e)の本発明手法(ディップ除去処理有り)の場合:64dB
であった。したがって、この発明によるスペクトルサブトラクション法(d)、(e)は、従来のスペクトルサブトラクション法(b)、(c)に比べて高い雑音抑圧効果が得られることがわかる。また、この発明による雑音抑圧方法では、ディップ除去処理を行った場合(e)の方が、ディップ除去処理を行わなかった場合(d)よりも高い雑音抑圧効果が得られることがわかる。
本発明は、2005年5月17日出願の日本特許出願(特願2005−144744)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (8)
- 音声に雑音が重畳して時間とともに進行する観測信号を、該観測信号が進行する所定の時間間隔毎に、該時間間隔と同じかまたは該時間間隔よりも長い第1の信号長で切り出し、
前記第1の信号長で切り出された観測信号のスペクトルを第1のスペクトルとして分析し、
前記観測信号を、前記所定の時間間隔毎または適宜の時間毎に、その先頭を前記第1の信号長で切り出される観測信号の先頭に揃えて、該第1の信号長よりも長い第2の信号長で切り出し、
前記第2の信号長で切り出された観測信号のスペクトルを第2のスペクトルとして分析し、
前記第2のスペクトルに基づいて、前記観測信号に含まれる雑音のスペクトルを推定演算し、
雑音が抑圧された音声のスペクトルを求めるために、前記所定の時間間隔毎に、前記第1のスペクトルから前記雑音のスペクトルを減算し、
前記所定の時間間隔毎に、前記求められた音声のスペクトルを時間領域の信号に変換し、
前記変換された時間領域の信号を相互に連結して、雑音が抑圧された一連の音声を得る雑音抑圧方法であって、
前記第1のスペクトルの分析に使用する前記観測信号の信号長を、前記第2の信号長と同じ長さに揃えるために、前記第1の信号長で切り出された観測信号の末尾に後続して所定長の零信号を付加し、
前記零信号が付加された観測信号について前記第1のスペクトルの分析を行い、
前記分析された第1のスペクトルから前記雑音のスペクトルを減算し、
前記減算処理により得られた音声のスペクトルを前記時間領域の信号へ変換し、
前記時間領域の信号を前記第1の信号長に戻すために前記時間領域の信号の末尾から、前記零信号を付加した長さ分の信号を削除し、
前記第1の信号長に戻された時間領域の信号を相互に連結することを特徴とする雑音抑圧方法。 - 請求項1記載の雑音抑圧方法であって、前記第2のスペクトルを平滑化処理し、該平滑化処理された第2のスペクトルに基づき前記雑音のスペクトルを推定演算することを特徴とする雑音抑圧方法。
- 請求項1記載の雑音抑圧方法であって、前記推定された雑音のスペクトルを平滑化処理した後に前記減算処理を行うことを特徴とする雑音抑圧方法。
- 請求項1記載の雑音抑圧方法であって、前記推定演算処理は、
前記第2のスペクトルを平滑化処理し、
前記平滑化処理された第2のスペクトルと該平滑化処理する前の前記第2のスペクトルとを比較し、
第2のスペクトルにおけるディップを除去するために、前記比較処理において周波数ポイント毎に大きい方の値を選択し、
前記ディップが除去された第2のスペクトルに基づき前記雑音のスペクトルを推定演算することを特徴とする雑音抑圧方法。 - 請求項1記載の雑音抑圧方法であって、前記減算処理は、
前記推定された雑音のスペクトルを平滑化処理し、
前記平滑化処理された雑音のスペクトルと前記平滑化処理する前の雑音のスペクトルとを比較し、
雑音のスペクトルにおけるディップを除去するために、前記比較処理において周波数ポイント毎に大きい方の値を選択し、
前記ディップが除去された雑音のスペクトルを用いて前記第1のスペクトルとの減算を行うことを特徴とする雑音抑圧方法。 - 請求項1に記載の雑音抑圧方法であって、前記所定の時間間隔が、前記第1の信号長の1/2の長さであることを特徴とする雑音抑圧方法。
- 請求項6記載の雑音抑圧方法であって、前記時間領域の信号が前記所定の時間間隔毎に前記第1の信号長で得られる信号であり、該時間領域の信号に三角窓を掛け、該三角窓が掛けられた時間領域の信号を順次加算して前記信号相互の連結を行うことを特徴とする雑音抑圧方法。
- 音声に雑音が重畳して時間とともに進行する観測信号を、該観測信号が進行する所定の時間間隔毎に、該時間間隔と同じかまたは該時間間隔よりも長い第1の信号長で切り出す第1の信号切り出し部と、
前記第1の信号切り出し部で切り出された観測信号のスペクトルを第1のスペクトルとして分析する第1のスペクトル分析部と、
前記観測信号を、前記所定の時間間隔毎または適宜の時間毎に、その先頭を前記第1の信号長で切り出される観測信号の先頭に揃えて、該第1の信号長よりも長い第2の信号長で切り出す第2の信号切り出し部と、
前記第2の信号切り出し部で切り出された観測信号のスペクトルを第2のスペクトルとして分析する第2のスペクトル分析部と、
前記第2のスペクトルに基づいて、前記観測信号に含まれる雑音のスペクトルを推定演算する雑音スペクトル推定演算部と、
雑音が抑圧された音声のスペクトルを求めるために、前記所定の時間間隔毎に、前記第1のスペクトルから前記雑音のスペクトルを減算する減算部と、
前記所定の時間間隔毎に、前記求められた音声のスペクトルを時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記変換された時間領域の信号を相互に連結して、雑音が抑圧された一連の音声を得る出力合成部と、を具備してなる雑音抑圧装置であって、
前記第1のスペクトル分析部が、前記第1のスペクトルの分析に使用する前記観測信号の信号長を、前記第2の信号長と同じ長さに揃えるために、前記第1の信号長で切り出された観測信号の末尾に後続して所定長の零信号を付加し、
前記第1のスペクトル分析部が、前記零信号が付加された観測信号について前記第1のスペクトルの分析を行い、
前記減算部が、前記分析された第1のスペクトルから前記雑音のスペクトルを減算し、
前記時間領域変換部が、前記減算処理により得られた音声のスペクトルを前記時間領域の信号へ変換し、
前記出力合成部が、前記時間領域の信号を前記第1の信号長に戻すために前記時間領域の信号の末尾から、前記零信号を付加した長さ分の信号を削除し、
前記出力合成部が、前記第1の信号長に戻された時間領域の信号を相互に連結することを特徴とする雑音抑圧装置。
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