JP5834948B2 - 残響抑制装置、残響抑制方法及び残響抑制用コンピュータプログラム - Google Patents
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Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
この残響抑制装置は、スピーカから出力される再生音をマイクロホンで集音した音を用いて、音源から発してマイクロホンで集音される入力音の残響特性を近似的に求める。さらにこの残響抑制装置は、音源からマイクロホンまでの距離に応じて変化する入力音の特徴量を求めて、その特徴量により音源からマイクロホンまでの距離を推定し、その推定距離に応じて残響特性を補正する。そしてこの残響抑制装置は、補正された残響特性に従って入力音に含まれる残響成分を抑制する。
このうち、制御部2、通信部3及び残響抑制装置6は、それぞれ別個の回路として形成される。あるいはこれらの各部は、その各部に対応する回路が集積された一つの集積回路として携帯電話機1に実装されてもよい。さらに、これらの各部は、携帯電話機1が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される、機能モジュールであってもよい。
アナログ/デジタル変換器5は、入力音声信号を残響抑制装置6へ出力する。
スピーカ8は、音声出力部の一例であり、デジタル/アナログ変換器7から受け取った再生音声信号を再生する。
図2は、第1の実施形態による残響抑制装置6の概略構成図である。残響抑制装置6は、残響特性算出部11と、距離推定部12と、残響特性補正部13と、残響抑制部14とを有する。
残響抑制装置6が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路として残響抑制装置6に実装されてもよく、あるいはそれらの各部の機能を実現する一つの集積回路であってもよい。
本実施形態では、残響特性算出部11は、有限インパルス応答型の適応フィルタを用いて、音の経路のインパルス応答を算出する。インパルス応答を表す適応フィルタの係数を、最小二乗法を用いて更新する場合、インパルス応答は次式に従って算出される。
例えば、入力音声信号の音量Px(n)が-25dBovであり、かつ、低域パワー比率rp(n)が1dBであれば、参照テーブル400を参照することにより、マイクロホン4から音源までの距離は10cmと推定される。また、入力音声信号の音量Px(n)が-31dBovであり、かつ、低域パワー比率rp(n)が-5dBであれば、参照テーブル400を参照することにより、マイクロホン4から音源までの距離は40cmと推定される。
したがって、残響特性補正部13は、マイクロホン4から音源までの推定距離が長くなるほど、残響特性が大きくなるように残響特性を補正する。
残響特性補正部13は、補正された残響特性H'(f)を残響抑制部14へ出力する。
残響抑制部14は、フレームごとに、入力音声信号を周波数領域の入力音スペクトルに変換する。なお、入力音スペクトルを算出するために、残響抑制部14は、距離推定部12と同様に、例えば、高速フーリエ変換あるいは修正離散コサイン変換を用いることができる。
グラフ700に示されるように、例えば、差分値δ(n,f)が6dB以下であれば、抑制ゲインG(f)は10dBに設定される。そして差分値δ(n,f)が6dBから12dBの間であれば、その差分値δ(n,f)が増加するにつれて抑制ゲインG(f)は線形に減少し、その差分値δ(n,f)が12dB以上となると、抑制ゲインG(f)は0dB、すなわち、入力音スペクトルを全く減衰させない値に設定される。
そして残響抑制部14は、出力音声信号を携帯電話機1の制御部2へ出力する。
残響特性算出部11は、再生音声信号と、スピーカ8で再生された再生音声信号をマイクロホン4により集音して得られた入力音声信号とから、適応フィルタを用いてスピーカ8からマイクロホン4の音の経路のインパルス応答w(t)を求める(ステップS101)。残響特性算出部11は、インパルス応答w(t)のうち、直接音に相当する成分と残響音に相当する成分とをそれぞれ時間周波数変換して得られた直接音スペクトルW1(f)と残響音スペクトルW2(f)の絶対値の比|W2(f)/W1(f)|を残響特性H(f)として推定する(ステップS102)。残響特性算出部11は、残響特性H(f)を残響特性補正部13へ出力する。
また制御部2は、操作部を介して接話設定とハンズフリー設定とが切り替えられると、切替後の通話距離設定を表す通話距離設定情報を残響抑制装置6へ通知する。
また距離推定部12は、制御部2から通知された通話距離設定情報により、接話設定がなされていると判断している期間中、マイクロホン4から音源までの推定距離として、予め設定された値、例えば、5cmを残響特性補正部13へ出力する。この値は、例えば、複数のユーザのそれぞれについて、接話時における、マイクロホン4からそのユーザの口までの距離を測定し、その測定値の平均値を求めることにより決定され、距離推定部12が有する不揮発性の半導体メモリに予め記憶される。
距離推定部12は、接話時の入力音声信号の平均音量が更新される度に、その平均音量を距離推定部12が有する半導体メモリに記憶する。
距離推定部12は、その推定距離を残響特性補正部13へ出力する。
距離推定部12は、現在のフレームについて入力音声信号の音量を求める(ステップS201)。そして距離推定部12は、携帯電話機1の制御部2から受け取った通話距離設定情報に基づいて、現在の通話距離設定が接話設定か否か判定する(ステップS202)。現在の通話距離設定が接話設定である場合(ステップS202−Yes)、距離推定部12は、接話設定に対して予め定められた距離を残響特性補正部13へ出力する(ステップS203)。また距離推定部12は、現在のフレームについての入力音声信号の音量と、直前までのフレームにおける、接話時の入力音声信号の平均音量とに基づいて、その平均音量を更新し、その平均音量を記憶する(ステップS204)。
コンピュータ100は、ユーザインターフェース部101と、通信インターフェース部102と、記憶部103と、記憶媒体アクセス装置104と、プロセッサ105とを有する。プロセッサ105は、ユーザインターフェース部101、通信インターフェース部102、記憶部103及び記憶媒体アクセス装置104と、例えば、バスを介して接続される。
さらに、通信インターフェース部102は、イーサネット(登録商標)などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有してもよい。
この場合には、通信インターフェース部102は、通信ネットワークに接続された他の機器から、再生音声信号を取得し、プロセッサ105へ渡す。また通信インターフェース部102は、プロセッサ105から受け取った、残響抑制された出力音声信号を通信ネットワークを介して他の機器へ出力してもよい。
(付記1)
第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出する残響特性算出部と、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定する距離推定部と、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正する残響特性補正部と、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差が小さいほど前記第3の音声信号を減衰させる残響抑制部と、
を有する残響抑制装置。
(付記2)
前記残響特性算出部は、前記インパルス応答に含まれる、前記音声出力部から前記音声入力部へ直接達する直接音に対応する期間の成分のスペクトルに対する前記音声出力部から前記音声入力部へ間接的に達する残響音に対応する期間の成分のスペクトルの比を前記残響特性とする、付記1に記載の残響抑制装置。
(付記3)
前記距離推定部は、前記第3の音声信号の周波数特性として、前記第3の音声信号が持つ周波数帯域全体のパワースペクトルに対する所定の周波数以下の周波数帯域のパワースペクトルの比を算出し、当該比が大きいほど前記距離の推定値を短くする、付記1または2に記載の残響抑制装置。
(付記4)
前記所定の周波数は、前記音声入力部に対する近接効果により、前記第3の音声信号のうちのパワーが増幅する周波数成分に対応する周波数の上限値である、付記3に記載の残響抑制装置。
(付記5)
前記距離推定部は、前記音声入力部を有する機器について接話設定されている第1の期間における前記第3の音声信号の音量の平均値を算出し、前記機器が接話設定されていない第2の期間における前記第3の音声信号の音量を前記平均値から減じた値が大きいほど、当該第2の期間における前記距離の推定値を長くする、付記1または2に記載の残響抑制装置。
(付記6)
前記残響特性補正部は、第1の周波数における前記残響特性を除する係数を、前記第1の周波数よりも高い第2の周波数における前記残響特性を除する係数よりも大きくする、付記1〜5の何れか一項に記載の残響抑制装置。
(付記7)
第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出し、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定し、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正し、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、
前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差が小さいほど前記第3の音声信号を減衰させる、
ことを含む残響抑制方法。
(付記8)
第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出し、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定し、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正し、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、
前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差が小さいほど前記第3の音声信号を減衰させる、
ことをコンピュータに実行させる残響抑制用コンピュータプログラム。
2 制御部
3 通信部
4 マイクロホン
5 アナログ/デジタル変換器
6 残響抑制装置
7 デジタル/アナログ変換器
8 スピーカ
11 残響特性算出部
12 距離推定部
13 残響特性補正部
14 残響抑制部
100 コンピュータ
101 ユーザインターフェース部
102 通信インターフェース部
103 記憶部
104 記憶媒体アクセス装置
105 プロセッサ
106 記憶媒体
Claims (6)
- 第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出する残響特性算出部と、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定する距離推定部と、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正する残響特性補正部と、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、周波数ごとに、前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差を算出し、当該差が小さい周波数ほど前記第3の音声信号を減衰させる残響抑制部と、
を有する残響抑制装置。 - 前記距離推定部は、前記第3の音声信号の周波数特性として、前記第3の音声信号が持つ周波数帯域全体のパワースペクトルに対する所定の周波数以下の周波数帯域のパワースペクトルの比を算出し、当該比が大きいほど前記距離の推定値を短くする、請求項1に記載の残響抑制装置。
- 前記距離推定部は、前記音声入力部を有する機器について接話設定されている第1の期間における前記第3の音声信号の音量の平均値を算出し、前記機器が接話設定されていない第2の期間における前記第3の音声信号の音量を前記平均値から減じた値が大きいほど、当該第2の期間における前記距離の推定値を長くする、請求項1に記載の残響抑制装置。
- 前記残響特性補正部は、第1の周波数における前記残響特性を除する係数を、前記第1の周波数よりも高い第2の周波数における前記残響特性を除する係数よりも大きくする、請求項1〜3の何れか一項に記載の残響抑制装置。
- 第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出し、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定し、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正し、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、
周波数ごとに、前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差を算出し、当該差が小さい周波数ほど前記第3の音声信号を減衰させる、
ことを含む残響抑制方法。 - 第1の音声信号と、音声出力部により再生された該第1の音声信号を音声入力部により集音した音を表す第2の音声信号とから、該音声出力部から該音声入力部への音の経路のインパルス応答を求め、該インパルス応答に応じて残響特性を算出し、
音源からの音を前記音声入力部により集音した音を表す第3の音声信号の音量及び周波数特性のうちの少なくとも一方に基づいて前記音声入力部から前記音源までの距離を推定し、
前記距離の推定値が長くなるほど、前記残響特性を大きくするよう補正し、
前記補正された残響特性に応じて前記第3の音声信号に含まれる残響成分の周波数スペクトルを推定し、
周波数ごとに、前記第3の音声信号の周波数スペクトルと該残響成分の周波数スペクトルの差を算出し、当該差が小さい周波数ほど前記第3の音声信号を減衰させる、
ことをコンピュータに実行させる残響抑制用コンピュータプログラム。
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