JP5923994B2 - 音声処理装置及び音声処理方法 - 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。
この音声処理装置は、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に基づいて、音声処理装置が実装された音声再生装置周囲の残響特性を求める。そしてこの音声処理装置は、残響特性が大きい周波数ほど再生音声信号のその周波数成分を減衰させた後にスピーカから出力させることで、残響の抑制を図る。
このうち、制御部2、通信部3及び音声処理装置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、入力音声信号を音声処理装置6及び制御部2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(a)は、スピーカ8から出力される再生音声信号についての直接音と残響音を表す模式図である。図2(a)において、矢印201は、スピーカ8から出力されてユーザ210に直接達する直接音を表す。また矢印202は、スピーカ8から出力された後、スピーカ8の周囲に存在する壁面211などで1回以上反射されてからユーザ210に達する残響音を表す。直接音201の経路長と比較して、残響音202の経路長は非常に長い。そのため、直接音201と残響音202とは互いに異なるタイミングでユーザ210に達するので、残響音があるとユーザ210にとって聞き難い音になることがある。
音声処理装置6が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路として音声処理装置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、残響特性推定部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。
また、マイクロホン4から出力された再生音がスピーカ8へ直接達する時間よりも、その再生音から生じた残響音がスピーカ8へ達する時間の方が遅い。そこで残響特性推定部11は、インパルス応答w(t)のうち、所定の時間t1以降の成分w1(t)を周波数領域の信号に変換することにより残響特性の周波数スペクトルを算出してもよい。なお、時間t1は、スピーカ8から出力された再生音から生じる残響音がマイクロホン4に達する時間、例えば、50msecに設定される。
例えば、ゲイン算出部12は、次式に従ってゲインを算出する。
なお、fは周波数であり、G(f)は、周波数ごとに定められるゲインである。|W(f)|2は、残響のパワースペクトルである。
ゲイン算出部12は、補正されたゲインG'(f)を補正部13へ出力する。
そして補正部13は、その補正された再生音声信号を携帯電話機1のデジタル/アナログ変換器7を介してスピーカ8へ出力する。
残響特性推定部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)。残響特性推定部11は、インパルス応答w(t)を周波数領域の信号に変換することにより、残響特性の周波数スペクトルW(f)を算出する(ステップS102)。残響特性推定部11は、残響特性の周波数スペクトルW(f)をゲイン算出部12へ出力する。
ただし、本実施形態では、残響特性推定部11は、再生音声信号及び入力音声信号を周波数領域の信号に変換してから、残響特性を表す伝達関数を求める。さらに残響特性推定部11は、その伝達関数に従って、スピーカ8により再生された再生音から生じた残響音のスペクトルを求める。
具体的には、ノイズスペクトル推定部14は、入力音声信号をフレームごとに周波数領域の信号に変換して得られた入力音声の周波数スペクトルに基づいて、パワースペクトルの平均値pを次式に従って算出する。
また、特に入力音声信号に含まれるノイズが白色ノイズである場合、フレーム間でのノイズのパワースペクトルの相関性が無い。そこでノイズスペクトル推定部14は、最新のフレームと直前のフレーム間における、全ての周波数帯域にわたるパワースペクトルの相互相関値が所定の閾値以下である場合に限り、推定ノイズスペクトルを更新してもよい。なお、所定の閾値は、例えば、0.1とすることができる。
ゲイン算出部12は、補正されたゲインG"(n,f)を補正部13へ出力する。
残響特性推定部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残響特性を表す伝達関数W(n,f)を求める(ステップS201)。さらに残響特性推定部11は、伝達関数W(n,f)を再生音声信号のスペクトルY(n,f)に乗じることにより残響スペクトルRv(n,f)を算出する(ステップS202)。残響特性推定部11は、伝達関数W(n,f)及び残響スペクトルRv(n,f)を、フレームごとにゲイン算出部12へ出力する。
さらに他の変形例によれば、ゲイン算出部12は、歪み量と残響量の比を、ゲインを補正するために利用せず、ノイズスペクトルと再生音声信号のスペクトルとのSNRに基づいてのみ、ゲインを補正してもよい。この場合には、ゲイン算出部12は、(9)式に従って算出したゲインG(n,f)で、(13)式または(14)式の右辺のG'(n,f)を置換することにより算出されるゲインG"(n,f)を補正部13へ出力すればよい。
この場合、ゲイン算出部12は、歪み量D(n)に起因する再生音声信号の音質劣化の度合いDegsdを、予め定められた関係式に従って推定してもよい。同様に、ゲイン算出部12は、残響量RR(n)に起因する再生音声信号の音質劣化の度合いDegrevを、予め定められた関係式に従って推定してもよい。これらの関係式を表すパラメータ、あるいは、歪み量D(n)と音質劣化度Degsdとの関係を表す参照テーブル及び残響量RR(n)と音質劣化度Degrevとの関係を表す参照テーブルは、例えば、ゲイン算出部12が有する不揮発性の半導体メモリに予め記憶される。そしてゲイン算出部12は、これらの参照テーブルを参照することにより、歪み量D(n)及び残響量RR(n)に対応する音質劣化度Degsd、Degrevを求める。
なお、音質劣化の度合いは、例えば、主観的あるいは客観的な音質の評価方法に基づいて求めた、各歪み量及び各残響量の音質を比較することにより予め決定される。例えば、客観的な音質の評価方法として、International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector(ITU-T)により標準化されているpercceptual evaluation of speech quality(PESQ)またはperceived evaluation of audio quality(PEAQ)が利用できる。
コンピュータ100は、ユーザインターフェース部101と、オーディオインターフェース部102と、通信インターフェース部103と、記憶部104と、記憶媒体アクセス装置105と、プロセッサ106とを有する。プロセッサ106は、ユーザインターフェース部101、オーディオ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及び記憶媒体アクセス装置105と、例えば、バスを介して接続される。
(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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定する残響特性推定部と、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくするゲイン算出部と、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記第1の音声信号を減衰させる補正部と、
を有する音声処理装置。
(付記2)
前記ゲイン算出部は、前記減衰率を乗じることによる前記第1の音声信号の歪み量と、前記残響特性の大きさを示す残響量の比を算出し、当該比が大きいほど、前記減衰率を大きくする、付記1に記載の音声処理装置。
(付記3)
前記ゲイン算出部は、前記歪み量による前記第1の音声信号の音質の第1の劣化度と、前記残響量による前記第1の音声信号の音質の第2の劣化度とを推定し、前記第1の劣化度と前記第2の劣化度との総和を小さくするように前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を補正する、付記2に記載の音声処理装置。
(付記4)
前記ゲイン算出部は、前記第1の劣化度が前記第2の劣化度よりも大きい場合、前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を低下させ、一方、前記第1の劣化度が前記第2の劣化度よりも小さい場合、前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を増加させる、付記3に記載の音声処理装置。
(付記5)
前記第2の音声信号に含まれる、ノイズ成分の周波数スペクトルを推定するノイズスペクトル推定部をさらに有し、
前記ゲイン算出部は、前記ノイズ成分が大きい周波数ほど、前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を低下させる、付記1〜4の何れか一項に記載の音声処理装置。
(付記6)
前記第2の音声信号に含まれる、ノイズ成分の周波数スペクトルを推定するノイズスペクトル推定部をさらに有し、
前記ゲイン算出部は、前記第1の音声信号のスペクトルが前記ノイズ成分のスペクトルよりも大きい周波数における前記減衰率を、前記第1の音声信号のスペクトルが前記ノイズ成分のスペクトル以下の周波数における前記減衰率よりも大きくする、付記1〜4の何れか一項に記載の音声処理装置。
(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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定し、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくし、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記第1の音声信号を減衰させる、
ことを含む音声処理方法。
(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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定し、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくし、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記第1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音声処理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、61 音声処理装置
7 デジタル/アナログ変換器
8 スピーカ
9 記憶部
11 残響特性推定部
12 ゲイン算出部
13 補正部
14 ノイズスペクトル推定部
100 コンピュータ
101 ユーザインターフェース部
102 オーディオインターフェース部
103 通信インターフェース部
104 記憶部
105 記憶媒体アクセス装置
106 プロセッサ
107 記憶媒体
Claims (5)
- 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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定する残響特性推定部と、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくするゲイン算出部と、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記音声出力部により再生された以降の前記第1の音声信号を減衰させる補正部と、
を有し、
前記ゲイン算出部は、前記減衰率を乗じることによる前記第1の音声信号の歪み量と、前記残響特性の大きさを示す残響量の比を算出し、当該比が大きいほど、前記減衰率を大きくする音声処理装置。 - 前記ゲイン算出部は、前記歪み量による前記第1の音声信号の音質の第1の劣化度と、前記残響量による前記第1の音声信号の音質の第2の劣化度とを推定し、前記第1の劣化度と前記第2の劣化度との総和を小さくするように前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を補正する、請求項1に記載の音声処理装置。
- 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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定する残響特性推定部と、
前記第2の音声信号に含まれる、ノイズ成分の周波数スペクトルを推定するノイズスペクトル推定部と、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくし、かつ、前記ノイズ成分が大きい周波数ほど、前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を低下させるゲイン算出部と、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記音声出力部により再生された以降の前記第1の音声信号を減衰させる補正部と、
を有する音声処理装置。 - 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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定する残響特性推定部と、
前記第2の音声信号に含まれる、ノイズ成分の周波数スペクトルを推定するノイズスペクトル推定部と、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくし、かつ、前記第1の音声信号のスペクトルが前記ノイズ成分のスペクトルよりも大きい周波数における前記減衰率を、前記第1の音声信号のスペクトルが前記ノイズ成分のスペクトル以下の周波数における前記減衰率よりも大きくするゲイン算出部と、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記音声出力部により再生された以降の前記第1の音声信号を減衰させる補正部と、
を有する音声処理装置。 - 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の音声信号とから周波数ごとの残響特性を推定し、
前記第2の音声信号に含まれる、ノイズ成分の周波数スペクトルを推定し、
前記残響特性が大きい周波数ほど、前記第1の音声信号の当該周波数の成分に対する減衰率を大きくし、かつ、前記ノイズ成分が大きい周波数ほど、前記残響特性に基づいて求められた前記減衰率を低下させ、
周波数ごとに前記減衰率に応じて前記音声出力部により再生された以降の前記第1の音声信号を減衰させる、
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