JP5177012B2 - 雑音抑制装置、雑音抑制方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、受音して得られた音信号に含まれる音声以外の雑音成分を抑制する雑音抑制装置、雑音抑制方法及びコンピュータプログラムに関する。
雑音が発生する場合に、音声以外の雑音を打ち消すような音を発生させることによって雑音を抑制するアクティブノイズコントローラ、エコーキャンセラー等の雑音抑制装置がある(例えば、特許文献1,2参照)。
アクティブノイズコントローラは、一般的に、エラーマイクと、雑音を打ち消すための打ち消し音を出力するためのスピーカとを所定の位置に設置しておく。アクティブノイズコントローラは、雑音源から出力される音信号と、エラーマイクが取得した音信号とに基づいて、雑音源とエラーマイクとの間における音(雑音)の伝達特性を求める。そして、アクティブノイズコントローラは、求めた伝達特性に基づいて、エラーマイクが取得する音(雑音)が最小となるような打ち消し音を生成する。アクティブノイズコントローラは、このような打ち消し音をスピーカから出力することにより、エラーマイクの位置で受音した雑音をスピーカからの打ち消し音で抑制する。
特開平08−123444号公報 特開平10−207473号公報
アクティブノイズコントローラにおいて、雑音源及びエラーマイクの設置数が増えた場合、それぞれの雑音源とそれぞれのエラーマイクとの間のパスの数が増大する。アクティブノイズコントローラは、それぞれの雑音源とそれぞれのエラーマイクとの間における音の伝達特性をそれぞれ求めるので、パスの増大に伴って、求めるべき伝達特性の数も増大する。また、アクティブノイズコントローラは、それぞれ求めた伝達特性に基づいて打ち消し音をそれぞれ生成するので、生成すべき打ち消し音の数も増大する。このように、求めるべき伝達特性の数及び生成すべき打ち消し音の数が増大した場合、伝達特性の算出処理及び打ち消し音の生成処理の実時間処理が困難である。
また、複数の雑音源として複数のスピーカから音信号を出力する場合、いずれの音がいずれのスピーカから到来した音であるかを推定する必要がある。しかし、それぞれのスピーカから出力される音信号の相関が高い場合、いずれの音がいずれのスピーカから到来した音であるかを正しく推定することは非常に困難である。
本願に開示する雑音抑制装置は、所定の音源から伝達される音の伝達特性を記憶する記憶部を備える。本願に開示する雑音抑制装置は、所定の音源からの音を受音し、音信号を受音部から取得する。本願に開示する雑音抑制装置は、所定の音源から出力される音信号と受音部が取得する音信号とに基づいてフレーム処理を行ない、各フレームについて所定の周波数帯域毎に、所定の音源から伝達される音の伝達特性を算出する。本願に開示する雑音抑制装置は、所定の周波数帯域毎に、記憶部に記憶してある伝達特性を更新する頻度を取得し、取得した頻度に応じたフレーム数のフレーム毎に、記憶部に記憶してある伝達特性を更新する。本願に開示する雑音抑制装置は、更新した伝達特性に基づいて、雑音成分を抑制するための抑制情報を生成し、生成した抑制情報に基づいて雑音成分を抑制する。
本願に開示する雑音抑制装置は、所定の周波数帯域毎に、所定の音源から伝達される音の伝達特性を更新する頻度を変更させるので、各周波数帯域における伝達特性の更新処理をフレーム毎に行なわない。よって、伝達特性の算出処理及び更新処理による処理負荷が軽減される。
実施形態1のカーオーディオの設置例を示す模式図である。 実施形態1のカーオーディオの構成例を示すブロック図である。 更新頻度テーブルの格納内容を示す模式図である。 実施形態1のカーオーディオの機能構成例を示す機能ブロック図である。 伝達関数の更新処理を説明するための模式図である。 実施形態1の雑音抑制処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態2のカーオーディオの機能構成例を示す機能ブロック図である。 くし型フィルタの例を示す模式図である。 実施形態2の雑音抑制処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態4のカーオーディオの構成例を示すブロック図である。
いずれの音がいずれのスピーカから到来した音であるかを正しく推定できない場合、雑音源とエラーマイクとの間における音の伝達特性も適切に求めることができないので、雑音を適切に抑制するための打ち消し音を生成することも困難である。
以下に、本願に開示する雑音抑制装置、雑音抑制方法及びコンピュータプログラムを、カーオーディオに適用した各実施形態を示す図面に基づいて詳述する。以下の各実施形態は、カーオーディオによって出力される音楽及び音声を、車両内の所定の領域では雑音として抑制する構成である。
(実施形態1)
以下に、実施形態1のカーオーディオについて説明する。図1は実施形態1のカーオーディオの設置例を示す模式図である。本実施形態1のカーオーディオ1では、助手席及び運転席の前方の適宜箇所に、オーディオ信号を出力するスピーカが4つ設置される。本実施形態1では、助手席の左前方に第1スピーカ6aが設置され、助手席の右前方に第2スピーカ6bが設置され、運転席の左前方に第3スピーカ6cが設置され、運転席の右前方に第4スピーカ6dが設置されている。
また、本実施形態1のカーオーディオ1では、助手席及び運転席の座席シートの適宜箇所に4つのマイクが設置される。4つのマイクは、助手席に座る搭乗者及び運転席に座る運転者の耳に近い位置にそれぞれ設置される。本実施形態1では、助手席の座席シートのヘッドレストの左端の領域に第1マイク7aが設置され、助手席の座席シートのヘッドレストの右端の領域に第2マイク7bが設置されている。また、運転席の座席シートのヘッドレストの左端の領域に第3マイク7cが設置され、運転席の座席シートのヘッドレストの右端の領域に第4マイク7dが設置されている。なお、マイク7a,7b,7c,7dは、助手席及び運転席のヘッドレストのほかに、助手席の搭乗者及び運転者の頭上の天井の適宜箇所にそれぞれ設置されてもよい。
カーオーディオ1本体は、例えば座席シートの下に設置されており、スピーカ6a,6b,6c,6d及びマイク7a,7b,7c,7dは、例えばケーブルを介してカーオーディオ1本体に接続されている。スピーカ6a,6b,6c,6d及びマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの設置位置は、図1に示した例に限らない。
本実施形態1のカーオーディオ1は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bと、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dとで異なるオーディオ信号を出力させる。第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力されるオーディオ信号は助手席の搭乗者への信号であり、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力されるオーディオ信号は運転者への信号である。
例えば、カーナビゲーションシステムによる音声メッセージは運転者に通知される必要があるので、カーナビゲーションシステムによって出力される音信号は、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力される。また、助手席の搭乗者が聞きたい音楽及び音声の音信号は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力される。
なお、運転者にとっては、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力される音(音楽及び音声)は雑音であるので、カーオーディオ1は、運転者が聞こえる第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bからの音のレベルを抑制する。また、助手席の搭乗者にとっては、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力される音(音声メッセージ)は雑音であるので、カーオーディオ1は、搭乗者が聞こえる第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dからの音のレベルを抑制する。
本実施形態1のカーオーディオ1は、運転者が聞こえる第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bからの音のレベルを抑制するための打ち消しフィルタを生成する。カーオーディオ1は、生成した打ち消しフィルタを用いたフィルタ処理を、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させるオーディオ信号に対して行ない、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bからの音のレベルを抑制するための打ち消し信号を生成する。カーオーディオ1は、生成した打ち消し信号を、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させるオーディオ信号に重畳させ、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる。
これにより、カーオーディオ1は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力された音を運転者の位置で抑制するための打ち消し音を第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させることができる。なお、打ち消し音を用いて、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力された音を運転者の位置で抑制する処理の詳細については後述する。
また、本実施形態1のカーオーディオ1は、助手席の搭乗者が聞こえる第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dからの音のレベルを抑制するための打ち消しフィルタを生成する。カーオーディオ1は、生成した打ち消しフィルタを用いたフィルタ処理を、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させるオーディオ信号に対して行ない、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dからの音のレベルを抑制するための打ち消し信号を生成する。カーオーディオ1は、生成した打ち消し信号を、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させるオーディオ信号に重畳させ、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させる。
これにより、カーオーディオ1は、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力された音を助手席の搭乗者の位置で抑制するための打ち消し音を第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させることができる。なお、打ち消し音を用いて、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力された音を運転者の位置で抑制する処理の詳細については後述する。
図2は実施形態1のカーオーディオ1の構成例を示すブロック図である。本実施形態1のカーオーディオ1は、演算処理部2、記憶部3、操作部4、表示部5、音出力部6、音入力部7等を備える。上述したハードウェア各部はバス2aを介して相互に接続されている。
演算処理部2は、CPU(Central Processing Unit )又はMPU(Micro Processor Unit)等である。演算処理部2は、上述したハードウェア各部の動作を制御すると共に、記憶部3に予め格納してある制御プログラムを適宜実行する。記憶部3は、カーオーディオ1を動作させるために必要な種々の制御プログラム、図3に示すような更新頻度テーブル3a、各種のオーディオ信号3b等を予め格納している。オーディオ信号3bは、記憶部3の内部に持たなくても、CD(Compact Disc)等のオーディオ信号を記録した媒体をセットすることにより、その媒体から読み取る様にしてもよい。
操作部4は、ユーザがカーオーディオ1を操作するために必要な各種の操作キーを備えている。ユーザにより各操作キーが操作された場合、操作部4は操作された操作キーに対応した制御信号を演算処理部2へ送出し、演算処理部2は操作部4から取得した制御信号に対応した処理を実行する。
表示部5は、例えば液晶ディスプレイ(LCD)であり、演算処理部2からの指示に従って、カーオーディオ1の動作状況、ユーザに対して通知すべき情報等を表示する。
音出力部6は、4つのスピーカ6a,6b,6c,6d、4つのデジタル/アナログ変換器(図示せず)、4つの増幅器(図示せず)等を有する。音出力部6は、演算処理部2からの指示に従って、出力すべきデジタルの音信号を、デジタル/アナログ変換器によってアナログの音信号に変換した後、増幅器によって増幅し、増幅した音信号に基づく音をスピーカ6a,6b,6c,6dから出力する。
音入力部7は、4つのマイク(受音部)7a,7b,7c,7d、4つの増幅器(図示せず)、4つのアナログ/デジタル変換器(図示せず)等を有する。マイク7a,7b,7c,7dは、例えばコンデンサマイクであり、受音した音に基づいてアナログの音信号を生成する。増幅器は、例えばゲインアンプであり、マイク7a,7b,7c,7dのそれぞれが生成した音信号を増幅する。
アナログ/デジタル変換器は、増幅器によって増幅された音信号に対して、LPF(Low Pass Filter)等のフィルタを用い、所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルの音信号に変換する。音入力部7は、アナログ/デジタル変換器によって変換されたデジタルの音信号を例えば記憶部3に記憶させる。
図3は更新頻度テーブル3aの格納内容を示す模式図である。図3に示すように、更新頻度テーブル3aには、4つに区分した周波数帯域(0≦ω<64,64≦ω<128,128≦ω<192,192≦ω<256)毎に、伝達関数変化率と更新頻度との対応関係が格納されている。なお、ωは周波数であり、図3に示した更新頻度テーブル3aには、周波数変換後の周波数ポイント数が256の場合の例を示す。また、周波数帯域の区分数及び区分方法は、これに限らない。
伝達関数変化率は、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数の時間的な変化率を示す。図3に示す更新頻度テーブル3aでは、伝達関数変化率は複数の範囲に分割され、それぞれの範囲毎に対応する更新頻度が格納されている。
更新頻度は、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数を更新する頻度を示す。図3に示す更新頻度テーブル3aでは、更新頻度として、それぞれの伝達関数を変更するフレーム数が格納されている。即ち、例えば、0≦ω<64の周波数帯域について、伝達関数変化率が1.5以上5.0未満の値であった場合、この周波数帯域内の周波数成分については、2フレーム毎に1回伝達関数を更新することになる。
更新頻度テーブル3aには、伝達関数変化率が高いほど、少ない数のフレーム数が格納されており、伝達関数変化率が低いほど、多い数のフレーム数が格納されている。即ち、更新頻度テーブル3aには、伝達関数変化率が高いほど、高い更新頻度(多い数のフレーム数)が格納されていることになる。更新頻度テーブル3aの格納内容は、カーオーディオ1の工場出荷前、又はカーオーディオ1が搭載された車両の工場出荷前に、予め格納されているが、カーオーディオ1のユーザによって変更できるようにしてもよい。各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数は、各マイク7a,7b,7c,7dが取得する音信号に含まれる雑音を抑制するための打ち消しフィルタを生成する際に用いられる。
以下に、本実施形態1のカーオーディオ1において、演算処理部2が記憶部3に格納されている種々の制御プログラムを実行することによって実現されるカーオーディオ1の機能について説明する。図4は実施形態1のカーオーディオ1の機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態1のカーオーディオ1において、演算処理部2は、記憶部3に記憶してある制御プログラムを実行することによって、周波数変換部21、フィルタ処理部22、逆周波数変換部23、周波数変換部24、伝達関数計算部25、伝達関数変化率計算部26、打ち消しフィルタ生成部27等の各機能を実現する。
なお、これらの各機能は、記憶部3に格納された制御プログラムを演算処理部2が実行することによって実現される構成に限られない。例えば、これらの各機能を、本願に開示するコンピュータプログラム及び各種のデータが組み込まれたDSP(Digital Signal Processor)によって実現してもよい。
本実施形態1のカーオーディオ1は、第1オーディオ信号x1(t),x2(t)を第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させると共に、第2オーディオ信号x3(t),x4(t)を第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる。マイク7a,7b,7c,7dのそれぞれは、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音を受音する。カーオーディオ1は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力された音を第3マイク7c及び第4マイク7dの位置で抑制すると共に、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力された音を第1マイク7a及び第2マイク7bの位置で抑制する。
周波数変換部21は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させるべき第1オーディオ信号x1(t),x2(t)と、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させるべき第2オーディオ信号x3(t),x4(t)とを記憶部3から読み出す。周波数変換部21は、時間軸のオーディオ信号x1(t),x2(t), x3(t),x4(t)を、所定のフレーム長とフレーム周期によってフレーム毎に切り出し、例えばハミング窓で窓掛け処理を行なう。周波数変換部21は、窓掛け処理を行なったオーディオ信号に対してフレーム毎に周波数変換することで、周波数軸のオーディオ信号(スペクトル)に変換する。
周波数変換部21は、周波数変換することで得られたスペクトルX1(ω),X2(ω),X3(ω),X4(ω)をそれぞれフィルタ処理部22に送出する。周波数変換部21は、例えば、高速フーリエ変換(FFT)のような時間−周波数変換処理を実行する。なお、X1(ω)={X10(ω),X11(ω),…,X1N-1(ω)}であり、Nはフレーム数であり、ωは周波数である。例えば、X10(ω)は、0フレームにおけるオーディオ信号x1(t)のスペクトルである。
フィルタ処理部22は、周波数変換部21から取得したスペクトルX1(ω),X2(ω),X3(ω),X4(ω)に対して、後述する打ち消しフィルタ生成部27で生成されたフィルタを用いたフィルタ処理を行なう。これにより、フィルタ処理部22は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音をマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの位置で打ち消すための打ち消し信号(打ち消し音)を生成する。
そして、フィルタ処理部22は、生成した打ち消し信号を、周波数変換部21から取得したスペクトル(オーディオ信号)にそれぞれ重畳させ、得られたスペクトルX1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)を逆周波数変換部23に送出する。フィルタ処理部22は、生成したスペクトルX1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)を伝達関数計算部25及び打ち消しフィルタ生成部27にも送出する。なお、再生信号と打ち消し信号のスペクトルをそれぞれ個別に逆周波数変換し、時間領域の信号で重畳させてもよい。
具体的には、フィルタ処理部22は、第1スピーカ6aから出力される音を第3マイク7cの位置で打ち消す(抑制する)ために、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる打ち消し信号を生成する。同様に、フィルタ処理部22は、第2スピーカ6bから出力される音を第3マイク7cの位置で打ち消す(抑制する)ために、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる打ち消し信号を生成する。なお、打ち消しフィルタ生成部27は、フィルタ処理部22がこのような打ち消し信号を生成するための打ち消しフィルタを生成する。
フィルタ処理部22は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bのそれぞれから出力される音を第3マイク7cの位置で打ち消すために第3スピーカ6cから出力させる2つの打ち消し信号を、第3スピーカ6cから出力させる第2オーディオ信号に重畳させる。また、フィルタ処理部22は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bのそれぞれから出力される音を第3マイク7cの位置で打ち消すために第4スピーカ6dから出力させる2つの打ち消し信号を、第4スピーカ6dから出力させる第2オーディオ信号に重畳させる。
同様に、フィルタ処理部22は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力される音を第4マイク7dの位置で打ち消すために第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる打ち消し信号をそれぞれ生成する。そして、フィルタ処理部22は、生成した打ち消し信号を、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる第2オーディオ信号にそれぞれ重畳させる。このような打ち消し信号を第2オーディオ信号に重畳させることにより、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dからは、第2オーディオ信号のほかに、第1オーディオ信号を打ち消すための打ち消し信号も出力される。
また、フィルタ処理部22は、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力される音を第1マイク7a又は第2マイク7bの位置で打ち消すために第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させる打ち消し信号をそれぞれ生成する。そして、フィルタ処理部22は、生成した打ち消し信号を、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させる第1オーディオ信号にそれぞれ重畳させる。
このような打ち消し信号を第1オーディオ信号に重畳させることにより、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bからは、第1オーディオ信号のほかに、第2オーディオ信号を打ち消すための打ち消し信号も出力される。フィルタ処理部22は、それぞれ生成した打ち消し信号を重畳させたオーディオ信号(スペクトル)X1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)を逆周波数変換部23に送出する。
逆周波数変換部23は、フィルタ処理部22から取得したスペクトルX1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)に対して逆周波数変換(例えば、逆フーリエ変換(IFFT))を行ない、時間軸上の再生用信号x1´(t),x2´(t), x3´(t),x4´(t)に変換する。逆周波数変換部23は、生成した再生用信号x1´(t),x2´(t), x3´(t),x4´(t)を、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力させる。図示は省略するが、詳細には、オーディオ信号x1´(t),x2´(t), x3´(t),x4´(t)のそれぞれは、デジタル/アナログ変換器によってアナログの音信号に変換され、増幅器によって増幅された後、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される。
上述した処理によってスピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれからオーディオ信号が出力されている状態で、マイク7a,7b,7c,7dのそれぞれは受音する。マイク7a,7b,7c,7dのそれぞれは、受音して得られた音信号y1(t),y2(t),y3(t),y4(t)を周波数変換部24に送出する。図示は省略するが、詳細には、マイク7a,7b,7c,7dのそれぞれが取得したアナログの音信号を増幅器が増幅し、アナログ/デジタル変換器が、所定のサンプリング周波数でサンプリングして変換したデジタルの音信号が周波数変換部24に送出される。ここで、tはサンプル数であり、y1(t),y2(t),y3(t),y4(t)が、所定のサンプリング周波数でサンプリングされた信号であることを表す。
周波数変換部24は、音入力部7によって取得された音信号y1(t),y2(t),y3(t),y4(t)を取得する。周波数変換部24は、時間軸の音信号y1(t),y2(t),y3(t),y4(t)を、所定のフレーム長とフレーム周期によってフレーム毎に分割し、例えばハミング窓で窓掛け処理を行なう。周波数変換部21は、窓掛け処理を行なった音信号に対してフレーム毎に周波数変換することで、周波数軸の音信号(スペクトル)に変換する。周波数変換部24は、周波数変換することで得られたスペクトルY1(ω),Y2(ω),Y3(ω),Y4(ω)をそれぞれ伝達関数計算部25に送出する。周波数変換部24は、周波数変換部21と同様に、例えば、高速フーリエ変換(FFT)のような時間−周波数変換処理を実行する。
伝達関数計算部25は、各フレームの全周波数帯域を予め所定数(例えば4つ)に分割した各周波数帯域について、各周波数帯域に含まれる周波数成分における伝達関数を更新すべきであるか否かを判断する。なお、後述する伝達関数変化率計算部26は、伝達関数計算部25が周波数成分毎に算出した伝達関数に基づいて、伝達関数の時間的な変化率(以下、伝達関数変化率RC(ω)という)を周波数成分毎に算出する。また、伝達関数変化率計算部26は、周波数成分毎に算出した伝達関数変化率を、4つに分割された周波数帯域毎に周波数方向に平均し、周波数帯域毎の伝達関数変化率RC(ω)として算出して記憶部3に格納する。
従って、伝達関数計算部25は、記憶部3に記憶してある伝達関数変化率RC(ω)に基づいて、各周波数帯域に含まれる周波数成分における伝達関数を更新すべきであるか否かを判断する。具体的には、伝達関数計算部(頻度取得部)25は、記憶部3に記憶してある各周波数帯域の伝達関数変化率RC(ω)に基づいて、更新頻度テーブル3aの格納内容から、各周波数帯域の伝達関数変化率RC(ω)に対応する変更頻度を読み出す。例えば、0以上64未満の周波数帯域に対する伝達関数変化率RC(ω)が1.0であった場合、伝達関数計算部25は、更新頻度テーブル3aから更新頻度としてフレーム数「3」を読み出す。
この場合、伝達関数計算部25は、0以上64未満の周波数帯域における伝達関数を3フレームに1回更新すると判断する。図5は伝達関数の更新処理を説明するための模式図である。図5には、帯域2で示す周波数帯域における伝達関数の更新頻度が3フレームに1回である場合の更新処理の例を示す。伝達関数計算部25は、帯域2で示す周波数帯域を3つに分割し、それぞれ分割した周波数帯域における伝達関数を、周波数成分が小さい順に1フレームずつずらして更新すると判断する。
即ち、伝達関数計算部25は、帯域2で示す周波数帯域において周波数成分が最小の帯域における伝達関数を、(3n+1)フレーム(n=0,1,2…)目に更新すると判断する。また、伝達関数計算部25は、帯域2で示す周波数帯域において周波数成分が中央の帯域における伝達関数を、(3n+2)フレーム目に更新すると判断する。また、伝達関数計算部25は、帯域2で示す周波数帯域において周波数成分が最大の帯域における伝達関数を、3nフレーム目に更新すると判断する。
なお、伝達関数計算部25は、各周波数帯域における更新頻度と、各周波数帯域を更新頻度に基づく数に分割した各周波数帯域のいずれにおける伝達関数を直前に更新したかを示す情報とを記憶部3に格納している。よって、伝達関数計算部25は、記憶部3の格納内容に基づいて、各周波数帯域に含まれるいずれの周波数成分における伝達関数を更新すべきかあるか否かを判断する。
伝達関数計算部25は、伝達関数を更新すべきであると判断した周波数成分について、フィルタ処理部22から取得したオーディオ信号のスペクトルX1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)と、周波数変換部24から取得した音信号のスペクトルY1(ω),Y2(ω),Y3(ω),Y4(ω)とに基づいて、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれとマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれとの間における音の伝達関数(伝達特性)を算出する。伝達関数計算部(伝達特性取得部)25は、例えば、以下の式1に基づいて伝達関数を算出する。
H(ω)=Y(ω)/X´(ω) …(式1)
H(ω) :伝達関数
Y(ω) :マイクが受音した音信号のスペクトル(Y1(ω),Y2(ω),Y3(ω),Y4(ω))
X´(ω):スピーカから出力されたオーディオ信号のスペクトル(X1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω))
即ち、例えば、第1スピーカ6aと第1マイク7aとの間の伝達関数H11(ω)は、第1スピーカ6aから出力されたオーディオ信号X1´(ω)と、第1マイク7aが取得した音信号Y1(ω)とに基づいて、H11(ω)=Y1(ω)/X1´(ω)によって算出される。また、第1スピーカ6aと第2マイク7bとの間の伝達関数H12(ω)は、第1スピーカ6aから出力されたオーディオ信号X1´(ω)と、第2マイク7bが取得した音信号Y2(ω)とに基づいて、H12(ω)=Y2(ω)/X1´(ω)によって算出される。
なお、オーディオ信号のスペクトルX1´(ω),X2´(ω),X3´(ω),X4´(ω)、音信号のスペクトルY1(ω),Y2(ω),Y3(ω),Y4(ω)の代わりに、それぞれのスペクトルX´(ω),Y(ω)を時間方向に平均した平均スペクトルaveX´(ω),aveY(ω)を用いて伝達関数を算出してもよい。この場合、伝達関数計算部25は、H(ω)=aveY(ω)/aveX´(ω)に基づいて伝達関数を算出する。
時間方向に平均した平均スペクトルaveX´(ω),aveY(ω)の算出方法としては、以下の式2又は式3等を用いることができる。なお、式2及び式3は、0〜(N−1)フレームを平均したスペクトルの算出例である。
Figure 0005177012
伝達関数計算部(更新部)25は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれとマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれとの間における音の伝達関数を、各フレームにおいて、伝達関数を更新すべきであると判断した周波数成分毎に算出して記憶部3に記憶する。伝達関数計算部25は、算出した伝達関数を順次伝達関数変化率計算部26及び打ち消しフィルタ生成部27へ送出する。なお、伝達関数計算部25は、動作の開始直後は、伝達関数が所定量(所定数)蓄積されるまで伝達関数の算出処理のみを行ない、所定量の伝達関数が蓄積した後に、算出した伝達関数の送出を開始してもよい。
伝達関数変化率計算部(変化率取得部)26は、伝達関数計算部25が周波数成分毎に算出した伝達関数に基づいて、それぞれの伝達関数の時間的な変化率(伝達関数変化率RC(ω))を周波数成分毎に算出して記憶部3に記憶する。
本実施形態1の伝達関数変化率計算部26は、伝達関数変化率RC(ω)として、現在のフレームまでにおける伝達関数の時間方向の分散V(ω)を周波数成分毎に算出する。伝達関数変化率計算部26は、例えば、以下の式4に基づいて、伝達関数の時間方向の分散V(ω)を算出する。なお、伝達関数変化率計算部26は、伝達関数変化率RC(ω)として、伝達関数の時間方向の分散V(ω)の代わりに、伝達関数の時間方向の標準偏差を算出してもよい。
Figure 0005177012
伝達関数変化率計算部26は、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数の変化率RC(ω)を周波数成分毎に算出する。そして、伝達関数変化率計算部26は、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における伝達関数変化率RC(ω)を、4つの周波数帯域毎に、周波数方向に平均し、周波数帯域毎の伝達関数変化率RC(ω)を算出する。伝達関数変化率計算部26は、4つの周波数帯域毎に算出した伝達関数変化率RC(ω)を記憶部3に格納する。
打ち消しフィルタ生成部27は、伝達関数計算部25によって算出された伝達関数に基づいて、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される音がマイク7a,7b,7c,7dの位置で抑制されるような打ち消し信号を生成するための打ち消しフィルタを周波数成分毎に生成する。打ち消しフィルタ生成部(生成部)27は、例えば、以下の式5で示す連立方程式を解くことで、打ち消しフィルタ(抑制情報)を生成する。
Figure 0005177012
なお、上記の式5は、第1スピーカ6aから出力された音を第3マイク7c及び第4マイク7dの位置で抑制するために、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力されるオーディオ信号に対して行なうフィルタ処理に用いる打ち消しフィルタC3(ω),C4(ω)の算出式である。
打ち消しフィルタ生成部27は、同様の式に基づいて、第2スピーカ6bから出力された音を第3マイク7c及び第4マイク7dの位置で抑制するために、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力されるオーディオ信号に対して行なうフィルタ処理に用いる打ち消しフィルタを算出する。また、打ち消しフィルタ生成部27は、第3スピーカ6cから出力された音を第1マイク7a及び第2マイク7bの位置で抑制するために、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力されるオーディオ信号に対して行なうフィルタ処理に用いる打ち消しフィルタを算出する。更に、打ち消しフィルタ生成部27は、第4スピーカ6dから出力された音を第1マイク7a及び第2マイク7bの位置で抑制するために、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力されるオーディオ信号に対して行なうフィルタ処理に用いる打ち消しフィルタを算出する。
打ち消しフィルタ生成部27は、周波数成分毎に生成した打ち消しフィルタをフィルタ処理部22へ送出する。フィルタ処理部(抑制部)22は、打ち消しフィルタ生成部27から取得した打ち消しフィルタに基づいて打ち消し信号を生成し、生成した打ち消し信号をスピーカ6a,6b,6c,6dから出力させる。
上述した処理により、本実施形態1のカーオーディオ1は、スピーカ6a,6b,6c,6dとマイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数を、各周波数帯域における伝達関数変化率に応じた頻度で更新する。即ち、カーオーディオ1は、スピーカ6a,6b,6c,6dとマイク7a,7b,7c,7dとの間における伝達関数の更新を、各フレームにおける全周波数成分については行なわない。よって、伝達関数の更新処理による処理負荷が軽減されると共に打ち消しフィルタの生成処理における処理負荷も軽減される。
以下に、本実施形態1のカーオーディオ1における雑音抑制処理についてフローチャートに基づいて説明する。図6は実施形態1の雑音抑制処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、カーオーディオ1の記憶部3に格納してある制御プログラムに従って演算処理部2によって実行される。
カーオーディオ1の演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力させるオーディオ信号を周波数変換し(S1)、周波数軸のオーディオ信号(スペクトル)を取得する。演算処理部2は、周波数変換したスペクトルに対して、所定のフィルタを用いたフィルタ処理を行なう(S2)。演算処理部2は、フィルタ処理によって、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音をマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの位置で打ち消すための打ち消し信号を生成し、生成した打ち消し信号を、ステップS1で周波数変換したスペクトルに重畳させる。
演算処理部2は、打ち消し信号が重畳されたスペクトルを逆周波数変換し、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される再生用信号を生成する(S3)。演算処理部2は、生成した再生用信号をスピーカ6a,6b,6c,6dを介して再生させる(S4)。演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから再生用信号が再生されている状態で、マイク7a,7b,7c,7dを介して受音し(S5)、音信号を取得する。演算処理部2は、取得した音信号を周波数変換し(S6)、周波数軸の音信号(スペクトル)を取得する。
演算処理部2は、全周波数帯域を予め所定数(例えば4つ)に分割した各周波数帯域における伝達関数変化率を記憶部3から読み出し、読み出した伝達関数変化率に基づいて、各周波数帯域において、伝達関数を更新すべき周波数成分を特定する(S7)。具体的には、演算処理部2は、記憶部3に記憶してある各周波数帯域の伝達関数変化率に基づいて、更新頻度テーブル3aの格納内容から、各周波数帯域の伝達関数変化率に対応する変更頻度を読み出す。演算処理部2は、各周波数帯域を、更新頻度テーブル3aから読み出した更新頻度に基づく数で分割し、分割した周波数帯域のいずれに含まれる周波数成分の伝達関数を更新すべきかあるか否かを判断する。
演算処理部2は、伝達関数を更新すべきであると特定した周波数成分について、ステップS2で生成したスペクトルと、ステップS6で生成したスペクトルとに基づいて、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数を算出する(S8)。演算処理部2は、算出した伝達関数に基づいて、それぞれの伝達関数の伝達関数変化率を周波数成分毎に算出する(S9)。演算処理部2は、4つの周波数帯域毎に、各周波数成分毎に算出した伝達関数変化率の周波数方向の平均を算出し、算出した平均を各周波数帯域における伝達関数変化率として記憶部3に格納する。なお、演算処理部2は、所定量の伝達関数を蓄積した後に伝達関数変化率の算出を開始してもよい。
演算処理部2は、ステップS8で算出した伝達関数、具体的には、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における伝達関数に基づいて、打ち消しフィルタを生成する(S10)。具体的には、演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される音がマイク7a,7b,7c,7dの位置で抑制されるような打ち消し信号を生成するための打ち消しフィルタを、ステップS7で伝達関数を更新すべきであると特定した周波数成分に対して生成する。
演算処理部2は、上述した処理の終了を指示されたか否かを判断しており(S11)、例えば、スピーカ6a,6b,6c,6dからのオーディオ信号の出力が終了された場合、又はユーザによる雑音抑制処理の終了指示があった場合、上述した処理の終了を指示されたと判断する。演算処理部2は、上述した処理の終了を指示されていないと判断した場合(S11:NO)、ステップS1に処理を戻し、ステップS1〜S10の処理を繰り返す。
なお、演算処理部2は、ステップS2において、ステップS10で生成した打ち消しフィルタを用いたフィルタ処理を、周波数変換して得られたスペクトルに対して行なう(S2)。演算処理部2は、上述した処理の終了を指示されたと判断した場合(S11:YES)、上述した雑音抑制処理を終了する。
上述した構成により、本実施形態1のカーオーディオ1は、スピーカ6a,6b,6c,6dとマイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数を、全周波数成分について、全フレーム毎には行なわない。よって、伝達関数の更新処理による処理負荷が軽減される。例えば、全周波数成分について伝達関数を10フレームに1回の頻度で更新した場合、全周波数成分について1フレーム毎に伝達関数を更新する場合と比較して、伝達関数の更新処理量を10分の1に削減できる。
また、伝達関数が更新されない場合には打ち消しフィルタの生成処理も行なわないので、打ち消しフィルタの生成処理における処理負荷も軽減される。なお、周波数成分毎に伝達関数を更新するか否かを切り替えた場合、即ち、周波数成分毎に打ち消しフィルタをかけるか否かを切り替えた場合であっても、聴感上問題はない。
本発明の目的とするところは、処理負荷を軽減させつつ、精度よく雑音を抑制することが可能な雑音抑制装置、雑音抑制方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
本実施形態1のカーオーディオ1は、更新頻度テーブル3aの格納内容に基づいて、各周波数帯域における伝達関数変化率に対する更新頻度を特定していた。このほかに、例えば、所定の計算式を予め設定しておき、この計算式に基づいて、各周波数帯域における伝達関数変化率に対する更新頻度を特定してもよい。なお、計算式は、伝達関数変化率が高いほど少ない数のフレーム数が算出され、伝達関数変化率が低いほど多い数のフレーム数が算出される計算式であればよい。
本実施形態1のカーオーディオ1は、打ち消しフィルタ生成部27が生成した打ち消しフィルタを用いてフィルタ処理部22が打ち消し信号を生成し、生成した打ち消し信号をオーディオ信号に重畳させてスピーカ6a,6b,6c,6dから再生させていた。このほかに、打ち消し信号を再生させるスピーカを別途に設けてもよい。
(実施形態2)
以下に、実施形態2のカーオーディオについて説明する。本実施形態2のカーオーディオは、上述した実施形態1のカーオーディオ1と同様の構成によって実現できるので、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態2のカーオーディオ1は、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bのそれぞれから出力する第1オーディオ信号の相関値が所定値以上であれば、第1オーディオ信号にくし型フィルタをかけた後に第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力する。同様に、本実施形態2のカーオーディオ1は、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dのそれぞれから出力する第2オーディオ信号の相関値が所定値以上であれば、第2オーディオ信号にくし型フィルタをかけた後に第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力する。
以下に、本実施形態2のカーオーディオ1において、演算処理部2が記憶部3に格納されている種々の制御プログラムを実行することによって実現されるカーオーディオ1の機能について説明する。図7は実施形態2のカーオーディオ1の機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態2のカーオーディオ1において、演算処理部2は、記憶部3に記憶してある制御プログラムを実行することによって、図4に示した構成のほかに、くし型フィルタ生成部28の機能を実現する。
本実施形態2のフィルタ処理部(相関値取得部)22は、周波数変換部21から取得したスペクトルX1(ω),X2(ω),X3(ω),X4(ω)について、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させる第1オーディオ信号のスペクトルX1(ω),X2(ω)の類似度(相互相関値)と、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる第2オーディオ信号のスペクトルX3(ω),X4(ω)の類似度(相互相関値)とを周波数帯域毎にそれぞれ算出する。フィルタ処理部22は、スペクトルX1(ω),X2(ω)の相互相関値と、スペクトルX3(ω),X4(ω)の相互相関値とをくし型フィルタ生成部28へ送出する。
なお、フィルタ処理部22は、周波数変換部21から取得したスペクトルX1(ω),X2(ω),X3(ω),X4(ω)に対して、打ち消しフィルタ生成部27及び後述するくし型フィルタ生成部28で生成されたフィルタを用いたフィルタ処理を行なう。フィルタ処理部22は、フィルタ処理によって、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音をマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの位置で打ち消すための打ち消し信号を生成する。
フィルタ処理部22は、生成した打ち消し信号を、周波数変換部21から取得したスペクトルにそれぞれ重畳させ、得られたスペクトルを逆周波数変換部23に送出する。なお、フィルタ処理部22は、生成したスペクトルを伝達関数計算部25及び打ち消しフィルタ生成部27にも送出する。
本実施形態2の伝達関数変化率計算部26は、伝達関数計算部25が周波数成分毎に算出した伝達関数に基づいて、それぞれの伝達関数の時間的な変化率RC(ω)を周波数成分毎に算出する。伝達関数変化率計算部26は、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における伝達関数変化率RC(ω)を、4つの周波数帯域毎に、周波数方向に平均し、周波数帯域毎の伝達関数変化率RC(ω)を算出する。伝達関数変化率計算部26は、4つの周波数帯域毎に算出した伝達関数変化率RC(ω)を記憶部3に格納する。なお、本実施形態2の伝達関数変化率計算部26は、4つの周波数帯域毎に算出した伝達関数変化率RC(ω)をくし型フィルタ生成部28に送出する。
くし型フィルタ生成部28は、フィルタ処理部22からスペクトルX1(ω),X2(ω)の相互相関値と、スペクトルX3(ω),X4(ω)の相互相関値とを取得する。くし型フィルタ生成部28は、スペクトルX1(ω),X2(ω)の相互相関値と、スペクトルX3(ω),X4(ω)の相互相関値とのそれぞれを所定値と比較し、相互相関値が所定値未満である周波数帯域については何も行わない。
くし型フィルタ生成部28は、スペクトルX1(ω),X2(ω)の相互相関値、又はスペクトルX3(ω),X4(ω)の相互相関値が所定値以上であれば、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力させるオーディオ信号X1(ω),X2(ω)又はX3(ω),X4(ω)にかけるくし型フィルタを生成する。なお、くし型フィルタ生成部28は、オーディオ信号X1(ω),X2(ω)又はX3(ω),X4(ω)において、伝達関数が更新される周波数成分に対してフィルタ処理するためのくし型フィルタを生成する。以下に、くし型フィルタ生成部28によるくし型フィルタの生成処理について説明する。
くし型フィルタ生成部28は、伝達関数変化率計算部26から取得した周波数帯域毎の伝達関数変化率RC(ω)に基づいて、各周波数帯域に含まれる周波数成分における伝達関数を更新すべきであるか否かを判断する。具体的には、くし型フィルタ生成部28は、伝達関数変化率計算部26から取得した各周波数帯域の伝達関数変化率RC(ω)に基づいて、更新頻度テーブル3aの格納内容から、各周波数帯域の伝達関数変化率RC(ω)に対応する変更頻度を読み出す。例えば、0以上64未満の周波数帯域に対する伝達関数変化率RC(ω)が1.0であった場合、くし型フィルタ生成部28は、更新頻度テーブル3aから更新頻度としてフレーム数「3」を読み出す。
この場合、くし型フィルタ生成部28は、0以上64未満の周波数帯域における伝達関数を3フレームに1回更新すると判断する。図8はくし型フィルタの例を示す模式図である。図8には、横軸を周波数とし、縦軸を係数としてくし型フィルタを示しており、帯域2で示す周波数帯域における伝達関数の更新頻度が3フレームに1回である場合のくし型フィルタの構成例を示す。なお、図8(a)には、(3n+1)フレーム(n=0,1,2…)目のフレームにかけるくし型フィルタを示し、図8(b)には、(3n+2)フレーム目のフレームにかけるくし型フィルタを示し、図8(c)には、3nフレーム目のフレームにかけるくし型フィルタを示す。
また、図8(a)〜(b)のそれぞれの上段には、相互相関値が所定値以上であったスペクトルX1(ω),X2(ω)の一方にかけるくし型フィルタを示し、図8(a)〜(b)のそれぞれの下段には、相互相関値が所定値以上であったスペクトルX1(ω),X2(ω)の他方にかけるくし型フィルタを示す。なお、相互相関値が所定値以上であったスペクトルX1(ω),X2(ω)のそれぞれ(又はスペクトルX3(ω),X4(ω)のそれぞれ)にかけるくし型フィルタは、図8(a)〜(b)の上段及び下段に示すように、チャンネル(スピーカ6a,6b,6c,6d)毎に係数が1となる周波数をずらすことによって、チャンネル間の相関を低減させることが可能なフィルタである。
くし型フィルタ生成部28は、更新頻度テーブル3aから読み出した更新頻度に基づく数で各周波数帯域を分割し、それぞれ分割した周波数帯域に対して、周波数成分が小さい順に1フレームずつずらしてくし型フィルタがかかるようなくし型フィルタを生成する。これにより、くし型フィルタ生成部28は、相互相関値が所定値以上であるスペクトルX1(ω),X2(ω)、又はスペクトルX3(ω),X4(ω)において、伝達関数が更新される周波数帯域に対してのみフィルタ処理できるくし型フィルタを生成できる。くし型フィルタ生成部28は、図8(a)〜(c)に示したくし型フィルタをフレーム毎に生成し、生成したくし型フィルタを順次フィルタ処理部22に送出する。
フィルタ処理部(処理部)22は、周波数変換部21から取得したスペクトルX1(ω),X2(ω),X3(ω),X4(ω)に対して、打ち消しフィルタ生成部27が生成した打ち消しフィルタと、くし型フィルタ生成部28が生成したくし型フィルタとを用いたフィルタ処理を対応する周波数成分に対して行なう。
これにより、フィルタ処理部22は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音をマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの位置で打ち消すための打ち消し信号を生成する。また、フィルタ処理部22は、スピーカ6a,6bから出力されるオーディオ信号間の相関、又はスピーカ6c,6dから出力されるオーディオ信号間の相関を低減できる。
本実施形態2のカーオーディオ1では、フィルタ処理部22、伝達関数変化率計算部26及びくし型フィルタ生成部28以外の各部は、上述した実施形態1の各部と同様の処理を行なう。
以下に、本実施形態2のカーオーディオ1における雑音抑制処理についてフローチャートに基づいて説明する。図9は実施形態2の雑音抑制処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、カーオーディオ1の記憶部3に格納してある制御プログラムに従って演算処理部2によって実行される。
カーオーディオ1の演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力させるオーディオ信号を周波数変換し(S21)、周波数軸のオーディオ信号(スペクトル)を取得する。演算処理部2は、周波数変換したスペクトルについて、第1スピーカ6a及び第2スピーカ6bから出力させる第1オーディオ信号のスペクトルの相関値と、第3スピーカ6c及び第4スピーカ6dから出力させる第2オーディオ信号のスペクトルの相関値とをそれぞれ算出する(S22)。
演算処理部2は、周波数変換したスペクトルに対して、所定のフィルタを用いたフィルタ処理を行なう(S23)。演算処理部2は、フィルタ処理によって、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから出力された音をマイク7a,7b,7c,7dのそれぞれの位置で打ち消すための打ち消し信号を生成し、生成した打ち消し信号を、ステップS1で周波数変換したスペクトルに重畳させる。
演算処理部2は、打ち消し信号が重畳されたスペクトルを逆周波数変換し、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される再生用信号を生成する(S24)。演算処理部2は、生成した再生用信号をスピーカ(出力部)6a,6b,6c,6dを介して再生させる(S25)。演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dのそれぞれから再生用信号が再生されている状態で、マイク7a,7b,7c,7dを介して受音し(S26)、音信号を取得する。演算処理部2は、取得した音信号を周波数変換し(S27)、周波数軸の音信号(スペクトル)を取得する。
演算処理部2は、全周波数帯域を予め所定数(例えば4つ)に分割した各周波数帯域における伝達関数変化率を記憶部3から読み出し、読み出した伝達変化率に基づいて、各周波数帯域において、伝達関数を更新すべき周波数成分を特定する(S28)。具体的には、演算処理部2は、記憶部3に記憶してある各周波数帯域の伝達関数変化率に基づいて、更新頻度テーブル3aの格納内容から、各周波数帯域の伝達関数変化率に対応する変更頻度を読み出す。演算処理部2は、各周波数帯域を、更新頻度テーブル3aから読み出した更新頻度に基づく数で分割し、分割した周波数帯域のいずれに含まれる周波数成分の伝達関数を更新すべきかあるか否かを判断する。
演算処理部2は、伝達関数を更新すべきであると特定した周波数成分について、ステップS23で生成したスペクトルと、ステップS27で生成したスペクトルとに基づいて、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における音の伝達関数を算出する(S29)。演算処理部2は、算出した伝達関数に基づいて、それぞれの伝達関数の伝達関数変化率を周波数成分毎に算出する(S30)。演算処理部2は、4つの周波数帯域毎に、周波数成分毎に算出した伝達関数変化率の周波数方向の平均を算出し、算出した平均を各周波数帯域における伝達関数変化率として記憶部3に格納する。
演算処理部2は、ステップS22で算出した相関値が所定値以上のオーディオ信号(第1オーディオ信号又は第2オーディオ信号)において、ステップS28で伝達関数を更新すべきであると特定した周波数成分に対してフィルタ処理するためのくし型フィルタを生成する(S31)。また、演算処理部2は、ステップS29で算出した伝達関数、具体的には、各スピーカ6a,6b,6c,6dと各マイク7a,7b,7c,7dとの間における伝達関数に基づいて、打ち消しフィルタを生成する(S32)。
具体的には、演算処理部2は、スピーカ6a,6b,6c,6dから出力される音がマイク7a,7b,7c,7dの位置で抑制されるような打ち消し信号を生成するための打ち消しフィルタを、ステップS28で伝達関数を更新すべきであると特定した周波数成分に対して生成する。
演算処理部2は、上述した処理の終了を指示されたか否かを判断しており(S33)、終了を指示されていないと判断した場合(S33:NO)、ステップS21に処理を戻し、ステップS21〜S32の処理を繰り返す。
なお、演算処理部2は、ステップS23において、ステップS31で生成したくし型フィルタと、ステップS32で生成した打ち消しフィルタとを用いたフィルタ処理を、周波数変換して得られたスペクトルに対して行なう(S23)。演算処理部2は、上述した処理の終了を指示されたと判断した場合(S33:YES)、上述した雑音抑制処理を終了する。
上述した構成により、本実施形態2のカーオーディオ1は、スピーカ6a,6bから出力される第1オーディオ信号の相互相関値が所定値以上である場合に、第1オーディオ信号にくし型フィルタをかけた後にスピーカ6a,6bから出力させる。よって、スピーカ6a,6bから出力される第1オーディオ信号間の相関を低減できる。
また、本実施形態2のカーオーディオ1は、スピーカ6c,6dから出力される第2オーディオ信号の相互相関値が所定値以上である場合に、第2オーディオ信号にくし型フィルタをかけた後にスピーカ6c,6dから出力させる。よって、スピーカ6c,6dから出力される第2オーディオ信号間の相関を低減できる。特に、モノラル音源やボーカル等のセンターに定位するようなチャネル間の相関が高いオーディオ信号を扱う場合には、チャネル間の相関を低減することによる効果が得られる。
また、本実施形態2のカーオーディオ1は、伝達関数を更新する周波数帯域にのみくし型フィルタをかけるので、オーディオ信号の音質の劣化を抑制できる。なお、人間の周波数分解能は低いので、オーディオ信号に対して局所的にくし型フィルタをかけた場合であっても、聴感上問題はない。
(実施形態3)
以下に、実施形態3のカーオーディオについて説明する。上述した実施形態1,2では、各周波数成分における伝達関数の更新頻度を決定するための指標である伝達関数変化率として、伝達関数の時間方向の分散V(ω)を用いていた。本実施形態3では、伝達関数変化率のそのほかの例について説明する。
例えば、カーオーディオ1は、伝達関数変化率として、伝達関数の時間的な平均値に対する現在のフレームの伝達関数の比率を用いることができる。具体的には、伝達関数変化率計算部(平均値取得部)26は、伝達関数計算部25が算出した周波数成分毎の伝達関数について、周波数成分毎に、現在のフレームまでの各フレームにおける伝達関数の時間的な平均値を算出する。伝達関数変化率計算部26は、算出した時間平均に対する現在のフレームの伝達関数の比率を算出し、算出した比率を、2つの閾値で規定される所定範囲と比較する。
伝達関数変化率計算部26は、算出した比率が所定範囲内であれば、伝達関数変化率が第1変化率であるとし、算出した比率が所定範囲外であれば、伝達関数変化率が第1変化率よりも高い第2変化率であるとする。即ち、伝達関数変化率計算部26は、伝達関数の時間平均に対する現在のフレームの伝達関数の比率が所定範囲内であれば、伝達関数の変化率を低い値とし、前記比率が所定範囲外であれば、伝達関数の変化率を高い値とする。よって、伝達関数の時間平均に対する現在のフレームの伝達関数の比率が所定範囲内であれば、伝達関数の変化率が低い値とされるので、伝達関数の更新頻度も低い値とされる。
また、カーオーディオ1は、伝達関数変化率として、伝達関数の時間的な平均値に対する各伝達関数の差分の絶対値の平均を用いてもよい。具体的には、伝達関数変化率計算部26は、伝達関数計算部25が算出した周波数成分毎の伝達関数について、周波数成分毎に、現在のフレームまでの各フレームにおける伝達関数の時間的な平均値を算出する。伝達関数変化率計算部26は、周波数成分毎に、算出した時間平均と、各フレームの伝達関数のそれぞれとの差分値を算出し、算出した差分値の絶対値の平均値を、伝達関数変化率として算出する。具体的には、伝達関数変化率計算部26は、以下の式6に基づいて、伝達関数変化率を算出する。なお、以下の式6では、nは現在のフレームまでのフレーム数を示し、xは各フレームの伝達関数を示す。
Figure 0005177012
更に、カーオーディオ1は、伝達関数変化率として、伝達関数の時間的な平均値と、現在のフレームの伝達関数との差分を用いてもよい。具体的には、伝達関数変化率計算部26は、伝達関数計算部25が算出した周波数成分毎の伝達関数について、周波数成分毎に、現在のフレームまでの各フレームにおける伝達関数の時間的な平均値を算出する。伝達関数変化率計算部26は、周波数成分毎に、算出した時間平均と、現在のフレームの伝達関数との差分値を、伝達関数変化率として算出する。また、伝達関数変化率計算部26は、周波数成分毎に、算出した時間平均と、現在のフレームの伝達関数との比率を、伝達関数変化率として算出してもよい。
カーオーディオ1は、上述したような伝達関数変化率を用いた場合であっても、上述した実施形態1,2のカーオーディオ1と同様の処理が可能であるので、実施形態1,2と同様の効果が得られる。
(実施形態4)
以下に、実施形態4のカーオーディオについて説明する。図10は実施形態4のカーオーディオの構成例を示すブロック図である。本実施形態4のカーオーディオ1は、図2に示したハードウェア各部のほかに外部記憶装置8を備える。外部記憶装置8は、例えば、CD−ROMドライブ又はDVDドライブ等であり、CD−ROM又はDVD−ROM等である記録媒体8aから、記録媒体8aに格納されたデータを読み出す。
記録媒体8aは、上述の各実施形態で説明したカーオーディオ1として動作するために必要な制御プログラムを記録している。外部記憶装置8は、記録媒体8aから制御プログラムを読み出して記憶部3に格納させる。演算処理部2は、記憶部3に格納された制御プログラムを順次実行し、これにより、本実施形態4のカーオーディオ1は、上述の各実施形態で説明したカーオーディオ1と同様の動作を行なう。
記録媒体8aとしては、CD−ROM又はDVD−ROMのほかに、フレキシブルディスク、メモリカード、USB(Universal Serial Bus)メモリ等、各種の記録媒体を用いることができる。また、カーオーディオ1は、インターネット又はLAN(Local Area Network)等のネットワークに接続するための通信部を有してもよい。この場合、カーオーディオ1は、上述の各実施形態で説明したカーオーディオ1として動作するために必要な制御プログラムを、ネットワークを介してダウンロードして記憶部3に格納させればよい。
以上の実施形態1〜4を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
受音した音に含まれる雑音成分を抑制する雑音抑制装置において、
所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換する音入力部と、
前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出する伝達特性取得部と、
前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部と、
前記周波数帯域毎に、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新する頻度を取得する頻度取得部と、
各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新する更新部と、
該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成する生成部と、
該生成部が生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制する抑制部と
を備えることを特徴とする雑音抑制装置。
(付記2)
更に、
前記音入力部は、複数の音源からの音を入力して、音信号に変換し、
前記音信号のそれぞれについて、前記更新部が伝達特性を更新する周波数帯域に対して、所定のくし型フィルタを用いたフィルタ処理を行なう処理部と、
該処理部がフィルタ処理を行なった音信号を前記所定の音源から出力させる出力部とを備え、
前記伝達特性取得部は、前記処理部がフィルタ処理した音信号と前記音入力部が変換した音信号とに基づいて、前記所定の音源から伝達される音の伝達特性を算出することを特徴とする付記1に記載の雑音抑制装置。
(付記3)
複数の音源のそれぞれから出力される音信号の相関値を、所定の周波数帯域毎に算出する相関値取得部を備え、
前記処理部は、前記複数の音源から出力される音信号のそれぞれについて、前記更新部が伝達特性を更新する周波数帯域であって、前記相関値取得部が算出する相関値が所定値以上である周波数帯域の音信号に、所定のくし型フィルタを用いたフィルタ処理を行なうことを特徴とする付記2に記載の雑音抑制装置。
(付記4)
更に、
所定の周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な変化率を算出する変化率取得部を備え、
前記頻度取得部は、前記変化率取得部が算出する変化率に応じて、前記周波数帯域毎の頻度を取得することを特徴とする付記1乃至3のいずれかひとつに記載の雑音抑制装置。
(付記5)
前記頻度取得部は、前記変化率が高いほど高い頻度が対応付けられた対応関係に基づいて、前記変化率取得部が算出する変化率に応じた頻度を取得することを特徴とする付記4に記載の雑音抑制装置。
(付記6)
前記周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な平均値を算出する平均値取得部を備え、
前記変化率取得部は、前記平均値取得部が算出する平均値に対して、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の比率を前記変化率として算出し、
前記頻度取得部は、前記変化率取得部が算出する比率が所定の範囲内である場合に、前記比率が所定の範囲内でない場合よりも低い頻度を取得することを特徴とする付記4に記載の雑音抑制装置。
(付記7)
前記変化率取得部は、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の分散又は標準偏差を前記変化率として算出することを特徴とする付記4に記載の雑音抑制装置。
(付記8)
前記周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な平均値を算出する平均値取得部を備え、
前記変化率取得部は、前記伝達特性取得部が算出する複数の伝達特性のそれぞれと、前記平均値取得部が算出する平均値との差分値の絶対値の平均値を前記変化率として算出することを特徴とする付記4に記載の雑音抑制装置。
(付記9)
前記周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な平均値を算出する平均値取得部を備え、
前記変化率取得部は、前記平均値取得部が算出する平均値と、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性との差分値又は比率を前記変化率として算出することを特徴とする付記4に記載の雑音抑制装置。
(付記10)
コンピュータが受音した音に含まれる雑音成分を抑制する雑音抑制方法であって、
所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換するステップと、
前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出するステップと、
前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部を、前記周波数帯域毎に更新する頻度を取得するステップと、
各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新するステップと、
該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成するステップと、
生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制するステップと
をコンピュータが実行する雑音抑制方法。
(付記11)
コンピュータに、受音した音に含まれる雑音成分を抑制させるためのコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、
所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換するステップと、
前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出するステップと、
前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部を、前記周波数帯域毎に更新する頻度を取得するステップと、
各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新するステップと、
該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成するステップと、
生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制するステップと
を実行させて雑音抑制装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
1 カーオーディオ
2 演算処理部
3 記憶部
7 音入力部
3a 更新頻度テーブル
22 フィルタ処理部
25 伝達関数計算部
26 伝達関数変化率計算部
27 打ち消しフィルタ生成部
28 くし型フィルタ生成部
6a,6b,6c,6d スピーカ
7a,7b,7c,7d マイク

Claims (10)

  1. 受音した音に含まれる雑音成分を抑制する雑音抑制装置において、
    所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換する音入力部と、
    前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出する伝達特性取得部と、
    前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部と、
    前記周波数帯域毎に、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新する頻度を取得する頻度取得部と、
    各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新する更新部と、
    該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成する生成部と、
    該生成部が生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制する抑制部と
    を備えることを特徴とする雑音抑制装置。
  2. 更に、
    前記音入力部は、複数の音源からの音を入力して、音信号に変換し、
    前記音信号のそれぞれについて、前記更新部が伝達特性を更新する周波数帯域に対して、所定のくし型フィルタを用いたフィルタ処理を行なう処理部と、
    該処理部がフィルタ処理を行なった音信号を前記所定の音源から出力させる出力部とを備え、
    前記伝達特性取得部は、前記処理部がフィルタ処理した音信号と前記音入力部が変換した音信号とに基づいて、前記所定の音源から伝達される音の伝達特性を算出することを特徴とする請求項1に記載の雑音抑制装置。
  3. 複数の音源のそれぞれから出力される音信号の相関値を、所定の周波数帯域毎に算出する相関値取得部を備え、
    前記処理部は、前記複数の音源から出力される音信号のそれぞれについて、前記更新部が伝達特性を更新する周波数帯域であって、前記相関値取得部が算出する相関値が所定値以上である周波数帯域の音信号に、所定のくし型フィルタを用いたフィルタ処理を行なうことを特徴とする請求項2に記載の雑音抑制装置。
  4. 更に、
    所定の周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な変化率を算出する変化率取得部を備え、
    前記頻度取得部は、前記変化率取得部が算出する変化率に応じて、前記周波数帯域毎の頻度を取得することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかひとつに記載の雑音抑制装置。
  5. 前記頻度取得部は、前記変化率が高いほど高い頻度が対応付けられた対応関係に基づいて、前記変化率取得部が算出する変化率に応じた頻度を取得することを特徴とする請求項4に記載の雑音抑制装置。
  6. 前記周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な平均値を算出する平均値取得部を備え、
    前記変化率取得部は、前記平均値取得部が算出する平均値に対して、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の比率を前記変化率として算出し、
    前記頻度取得部は、前記変化率取得部が算出する比率が所定の範囲内である場合に、前記比率が所定の範囲内でない場合よりも低い頻度を取得することを特徴とする請求項4に記載の雑音抑制装置。
  7. 前記変化率取得部は、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の分散又は標準偏差を前記変化率として算出することを特徴とする請求項4に記載の雑音抑制装置。
  8. 前記周波数帯域毎に、前記伝達特性取得部が算出する伝達特性の時間的な平均値を算出する平均値取得部を備え、
    前記変化率取得部は、前記伝達特性取得部が算出する複数の伝達特性のそれぞれと、前記平均値取得部が算出する平均値との差分値の絶対値の平均値を前記変化率として算出することを特徴とする請求項4に記載の雑音抑制装置。
  9. コンピュータが受音した音に含まれる雑音成分を抑制する雑音抑制方法であって、
    所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換するステップと、
    前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出するステップと、
    前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部を、前記周波数帯域毎に更新する頻度を取得するステップと、
    各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新するステップと、
    該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成するステップと、
    生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制するステップと
    をコンピュータが実行する雑音抑制方法。
  10. コンピュータに、受音した音に含まれる雑音成分を抑制させるためのコンピュータプログラムにおいて、
    コンピュータに、
    所定の音源からの音を入力して、時間軸上の音信号に変換するステップと、
    前記音信号をフレーム分割して周波数変換し、所定の周波数帯域毎に前記音源から伝達される音の伝達特性を算出するステップと、
    前記周波数帯域毎に算出した音の伝達特性を記憶する記憶部を、前記周波数帯域毎に更新する頻度を取得するステップと、
    各周波数帯域について、前記取得した頻度に応じたフレーム毎に、前記伝達特性に基づいて、前記記憶部に記憶してある伝達特性を更新するステップと、
    該更新した伝達特性に基づいて、前記雑音成分を抑制するための抑制情報を生成するステップと、
    生成した抑制情報に基づいて前記雑音成分を抑制するステップと
    を実行させて雑音抑制装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
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