JP6070953B2 - 信号処理装置、信号処理方法、及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、信号の位相成分を制御する信号処理技術に関する。
信号の位相成分を制御して信号処理を行なう技術の一例として、位相スペクトルに着目した雑音抑圧の技術について、特許文献１や非特許文献１に開示がある。特許文献１や非特許文献１では、雑音に関係する振幅スペクトルを抑圧すると同時に、位相スペクトルをπ/４までのランダム値だけシフトさせている。位相スペクトルをランダムにシフトさせることで、雑音スペクトルの減衰だけでは抑圧できない雑音の抑圧を実現している。
Akihiko Sugiyama, ``Single-Channel Impact-Noise Suppression with NoAuxiliary Information for Its Detection," Proc. IEEE Workshop on Appl. of Sig.Proc. to Audio and Acoustics(WASPAA), pp.127-130, Oct. 2007.
しかしながら、特許文献１や非特許文献１のように、位相スペクトルをランダムにシフトさせると、隣接するフレーム間で位相スペクトルの不一致が生じ、フレーム合成時に信号レベルが低下する。その結果、雑音抑圧区間と雑音非抑圧区間で出力信号レベルに差が生じ、出力信号の品質が低下する。
本発明は、上述の課題を解決する信号処理技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により置換された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする。
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により置換された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
信号処理装置が、
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を含むことを特徴とする。
信号処理装置が、
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を含むことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させる。
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させる。
本発明によれば、出力信号の品質を低下させずに入力信号の位相成分を制御する信号処理技術を提供することができる。
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る信号処理装置１００の概略構成を示す図である。図１において、信号処理装置１００は、変換部１０１と第１制御部１０２と第２制御部１０３と合成部１０４を備える。変換部１０１は、第１信号と第２信号とが混在した混在信号１１０を、周波数ごとの位相成分１２０及び振幅成分又はパワー成分１３０に変換する。また、第１制御部１０２は、所定周波数の位相成分１２０を置換する。さらに、第２制御部１０３は、第１制御部１０２が施した置換による振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、所定周波数の振幅成分又はパワー成分を補正する。一方、合成部１０４は、第１制御部１０２により置換された位相成分１４０と、第２制御部１０３により補正された振幅成分又はパワー成分１５０と、を合成する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る信号処理装置１００の概略構成を示す図である。図１において、信号処理装置１００は、変換部１０１と第１制御部１０２と第２制御部１０３と合成部１０４を備える。変換部１０１は、第１信号と第２信号とが混在した混在信号１１０を、周波数ごとの位相成分１２０及び振幅成分又はパワー成分１３０に変換する。また、第１制御部１０２は、所定周波数の位相成分１２０を置換する。さらに、第２制御部１０３は、第１制御部１０２が施した置換による振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、所定周波数の振幅成分又はパワー成分を補正する。一方、合成部１０４は、第１制御部１０２により置換された位相成分１４０と、第２制御部１０３により補正された振幅成分又はパワー成分１５０と、を合成する。
このような構成により、出力信号の品質を低下させずに入力信号の位相成分を制御する信号処理技術を提供することができる。
（第２実施形態）
《全体構成》
本発明の第２実施形態としての雑音抑圧装置について図２乃至図１１を用いて説明する。図２は、雑音抑圧装置２００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の雑音抑圧装置２００は、例えばデジタルカメラ、ノートパソコン、携帯電話などといった装置の一部としても機能するが、本発明はこれに限定されるものではなく、入力信号からのノイズ除去を要求されるあらゆる情報処理装置に適用可能である。
《全体構成》
本発明の第２実施形態としての雑音抑圧装置について図２乃至図１１を用いて説明する。図２は、雑音抑圧装置２００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の雑音抑圧装置２００は、例えばデジタルカメラ、ノートパソコン、携帯電話などといった装置の一部としても機能するが、本発明はこれに限定されるものではなく、入力信号からのノイズ除去を要求されるあらゆる情報処理装置に適用可能である。
入力端子２０６には、劣化信号(所望信号と雑音の混在する信号)が、サンプル値系列として供給される。入力端子２０６に供給された劣化信号は、変換部２０１においてフーリエ変換などの変換を施されて複数の周波数成分に分割される。複数の周波数成分は各周波数で独立に処理される。ここでは、特定の周波数成分に注目して説明を続ける。周波数成分のうち振幅スペクトル（振幅成分）２３０は雑音抑圧部２０５へ供給され、位相スペクトル（位相成分）２２０は位相制御部２０２に供給される。なお、ここでは雑音抑圧部２０５に劣化信号振幅スペクトル２３０を供給しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その二乗に相当するパワースペクトルを雑音抑圧部２０５に供給しても良い。
雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給される劣化信号振幅スペクトル２３０を用いて、雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。また、雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトル２３０と、生成した推定雑音スペクトルとを用いて雑音を抑圧し、雑音抑圧結果としての強調信号振幅スペクトルを振幅制御部２０３に伝達する。位相制御部２０２は、変換部２０１から供給された劣化信号位相スペクトル２２０を置換し、強調信号位相スペクトル２４０として逆変換部２０４へ供給する。また、劣化信号位相スペクトル２２０と強調信号位相スペクトル２４０から位相の回転量（シフト量）を計算し、振幅制御部２０３へ伝達する。振幅制御部２０３は、位相制御部２０２から位相の回転量（シフト量）を受け取って振幅補正量を算出し、その振幅補正量を用いて、強調信号振幅スペクトルを各周波数で補正し、補正振幅スペクトル２５０を逆変換部２０４へ供給する。逆変換部２０４は、位相制御部２０２から供給された強調信号位相スペクトル２４０と、振幅制御部２０３から供給された補正振幅スペクトル２５０とを合成して逆変換を行い、強調信号として、出力端子２０７に供給する。
《変換部の構成》
図３は、変換部２０１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、変換部２０１はフレーム分割部３０１、窓がけ処理部(windowing unit)３０２、及びフーリエ変換部３０３を含む。劣化信号サンプルは、フレーム分割部３０１に供給され、Ｋ／２サンプル毎のフレームに分割される。ここで、Ｋは偶数とする。フレームに分割された劣化信号サンプルは、窓がけ処理部３０２に供給され、窓関数(window function)であるw(t)との乗算が行なわれる。第ｎフレームの入力信号yn(t) (t=0, 1, ..., K/2-1) に対するw(t)で窓がけ(windowing)された信号は、次式（１）で与えられる。
また、連続する２フレームの一部を重ね合わせ(オーバラップ)して窓がけしてもよい。オーバラップ長としてフレーム長の５０％を仮定すれば、t=0, 1, ..., K/2-1 に対して、以下の式（２）で得られる左辺が、窓がけ処理部３０２の出力となる。
図３は、変換部２０１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、変換部２０１はフレーム分割部３０１、窓がけ処理部(windowing unit)３０２、及びフーリエ変換部３０３を含む。劣化信号サンプルは、フレーム分割部３０１に供給され、Ｋ／２サンプル毎のフレームに分割される。ここで、Ｋは偶数とする。フレームに分割された劣化信号サンプルは、窓がけ処理部３０２に供給され、窓関数(window function)であるw(t)との乗算が行なわれる。第ｎフレームの入力信号yn(t) (t=0, 1, ..., K/2-1) に対するw(t)で窓がけ(windowing)された信号は、次式（１）で与えられる。
実数信号に対しては、左右対称窓関数が用いられる。また、窓関数は、MMSE STSA法における抑圧係数を１に設定したとき、またはＳＳ法においてゼロを減算したときの入力信号と出力信号が計算誤差を除いて一致するように設計される。これは、w(t)+w(t+K/2)=1 となることを意味する。
以後、連続する２フレームの５０％をオーバラップして窓がけする場合を例として説明を続ける。w(t)としては、例えば、次式（３）に示すハニング窓を用いることができる。
このほかにも、ハミング窓、三角窓など、様々な窓関数が知られている。窓がけされた出力はフーリエ変換部３０３に供給され、劣化信号スペクトルYn(k)に変換される。劣化信号スペクトルYn(k)は位相と振幅に分離され、劣化信号位相スペクトル arg Yn(k)は、位相制御部２０２に、劣化信号振幅スペクトル|Yn(k)|は、雑音抑圧部２０５に供給される。既に説明したように、振幅スペクトルの代わりにパワースペクトルを利用することもできる。
《逆変換部の構成》
図４は、逆変換部２０４の構成を示すブロック図である。図４に示すように、逆変換部２０４は逆フーリエ変換部４０１、窓がけ処理部４０２及びフレーム合成部４０３を含む。逆フーリエ変換部４０１は、雑音補正部６から供給された強調信号振幅スペクトルと位相制御部２０２から供給された強調信号位相スペクトル arg Yn(k)とを乗算して、強調信号（以下の式（４）の左辺）を求める。
図４は、逆変換部２０４の構成を示すブロック図である。図４に示すように、逆変換部２０４は逆フーリエ変換部４０１、窓がけ処理部４０２及びフレーム合成部４０３を含む。逆フーリエ変換部４０１は、雑音補正部６から供給された強調信号振幅スペクトルと位相制御部２０２から供給された強調信号位相スペクトル arg Yn(k)とを乗算して、強調信号（以下の式（４）の左辺）を求める。
得られた強調信号に逆フーリエ変換を施し、１フレームがＫサンプルを含む時間領域サンプル値系列xn(t) (t=0, 1, ..., K-1)として、窓がけ処理部４０２に供給され、窓関数w(t)との乗算が行なわれる。第ｎフレームの入力信号xn(t) (t=0, 1, ..., K/2-1)に対してw(t)で窓がけされた信号は、次式（５）の左辺で与えられる。
また、連続する２フレームの一部を重ね合わせ(オーバラップ)して窓がけしてもよい。フレーム長の５０％をオーバラップ長として仮定すれば、t=0, 1, ..., K/2-1 に対して、以下の式の左辺が、窓がけ処理部４０２の出力となり、フレーム合成部４０３に伝達される。
フレーム合成部４０３は、窓がけ処理部４０２からの隣接する２フレームの出力を、Ｋ／２サンプルずつ取り出して重ね合わせ、以下の式（７）によって、t=0, 1, ..., K-1における出力信号（式（７）の左辺）を得る。得られた出力信号は、フレーム合成部４０３から出力端子２０７に伝達される。
なお、図３と図４において変換部と逆変換部における変換をフーリエ変換として説明したが、フーリエ変換に代えて、アダマール変換、ハール変換、ウェーブレット変換など、他の変換を用いることもできる。ハール変換は、乗算が不要となり、ＬＳＩ化したときの面積を小さくすることができる。ウェーブレット変換は、周波数によって時間解像度を異なったものに変更できるために、雑音抑圧効果の向上が期待できる。
また、変換部２０１において得られる周波数成分を複数統合してから、雑音抑圧部２０５で実際の抑圧を行うこともできる。その際、聴覚特性の弁別能力が高い低周波領域から、能力が低い高周波領域に向かって、よりたくさんの周波数成分を統合して、高い音質を達成することができる。このように、複数の周波数成分を統合してから雑音抑圧を実行すると、雑音抑圧を適用する周波数成分の数が少なくなり、全体の演算量を削減することができる。
《雑音抑圧部の構成》
雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給される劣化信号振幅スペクトルを用いて雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。そして、変換部２０１からの劣化信号振幅スペクトルと生成した推定雑音スペクトルとを用いて抑圧係数を求め、劣化信号振幅スペクトルに乗じ、強調信号振幅スペクトルとして、振幅制御部２０３へ供給する。
雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給される劣化信号振幅スペクトルを用いて雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。そして、変換部２０１からの劣化信号振幅スペクトルと生成した推定雑音スペクトルとを用いて抑圧係数を求め、劣化信号振幅スペクトルに乗じ、強調信号振幅スペクトルとして、振幅制御部２０３へ供給する。
雑音の推定には、M. Kato, A. Sugiyama, and M. Serizawa, "Noise suppression with high speech quality based on weighted noise estimation and MMSE STSA," IEICE Trans. Fundamentals (Japanese Edition), vol.J87-A, no.7, pp.851-860, July 2004.（文献１）やR. Martin, "Spectral subtraction based on minimum statistics," EUSPICO-94, pp.1182-1185, Sept. 1994（文献２）に示されるように、様々な推定方法が利用できる。
例えば、推定雑音スペクトルを、目的音が発生していないフレームの劣化信号振幅スペクトルの平均値とする方法（文献１）がある。この方法では目的音の発生を検出する必要がある。目的音の発生している区間は、強調信号のパワーで判断することができる。
理想的な動作状態として、強調信号は雑音以外の目的音となっている。また、目的音や雑音のレベルは、隣接フレーム間で大きく変化しない。これらのことから、１フレーム過去の強調信号レベルを雑音区間判定の指標とする。１フレーム過去の強調信号パワーが一定値以下の時には、現フレームを雑音区間と判定する。雑音スペクトルは、雑音区間と判定されたフレームの劣化信号振幅スペクトルを平均化することで推定できる。
また、推定雑音スペクトルを、劣化信号振幅スペクトルが供給され始めた推定初期の平均値とする方法（文献１）もある。この場合、推定が開始された直後には目的音が含まれないという条件を満たす必要がある。条件が満たされる場合、推定初期の劣化信号振幅スペクトルを推定雑音スペクトルとすることができる。
さらに、推定雑音スペクトルを、統計的な劣化信号振幅スペクトルの最小値から求める方法（文献２）もある。この方法では、統計的に一定時間における劣化信号振幅スペクトルの最小値を保持し、その最小値から雑音スペクトルを推定する。劣化信号振幅スペクトルの最小値は、雑音スペクトルのスペクトル形状と似ているため、雑音スペクトル形状の推定値として用いることができる。しかし、最小値では、本来の雑音レベルより小さくなる。そのため、最小値を適切に増幅させたものを推定雑音スペクトルとして用いる。
雑音抑圧部２０５においては、様々な抑圧を行うことが可能であるが、代表的なものとして、SS(Spectrum Subtraction:スペクトル減算)法とMMSE STSA(Minimum Mean-Square Error Short-Time Spectral Amplitude Estimator:最小二乗平均誤差短時間振幅スペクトル推定)法とが挙げられる。ＳＳ法の場合は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトルから推定雑音スペクトルを減算する。MMSE STSA法の場合は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトルと生成した推定雑音スペクトルとを用いて、抑圧係数を計算し、この抑圧係数を劣化信号振幅スペクトルに乗算する。この抑圧係数は、強調信号の平均二乗パワーを最小化するように決定される。
雑音抑圧部２０５においては、様々な雑音推定を行うことが可能である。例えば目的音が発生していないフレームの劣化信号振幅スペクトルを利用し、その平均値を推定雑音スペクトルとする方法がある。また、劣化信号振幅スペクトルが供給され始めた初期段階の平均値を推定雑音スペクトルとする方法もある。さらには、統計的に劣化信号振幅スペクトルの最小値を観測し、その最小値を推定雑音スペクトルとする方法などもある。
《位相制御部及び振幅制御部の構成》
図５は位相制御部２０２及び振幅制御部２０３の構成を示すブロック図である。図５に示すように、位相制御部２０２は位相置換部５０１と置換量生成部５０２とを含み、振幅制御部２０３は、補正量算出部５０３と振幅補正部５０４とを含む。
図５は位相制御部２０２及び振幅制御部２０３の構成を示すブロック図である。図５に示すように、位相制御部２０２は位相置換部５０１と置換量生成部５０２とを含み、振幅制御部２０３は、補正量算出部５０３と振幅補正部５０４とを含む。
置換量生成部５０２は、劣化信号位相スペクトルの置換量を生成し、位相置換部５０１に供給する。また、置換量生成部５０２は、劣化信号位相スペクトル２２０を受けて生成した置換量との差分である回転量（シフト量）を求め、補正量算出部５０３に供給する。位相置換部５０１では、変換部２０１から劣化信号位相スペクトル２２０が供給され、置換量生成部５０２から置換量が供給され、劣化信号位相スペクトル２２０を供給された置換量で置換し、強調信号位相スペクトル２４０として逆変換部２０４へ供給する。補正量算出部５０３では、置換量生成部５０２から供給される回転量（シフト量）に基づいて、振幅の補正係数を決定し、振幅補正部５０４に供給する。置換量生成部５０２は、例えば乱数によって置換量を生成する。乱数により、劣化信号位相スペクトルを各周波数で置換すると、劣化信号位相スペクトル２２０の形状が変化する。この形状の変化により、雑音の特徴を弱めることができる。
乱数には、その発生確率が一様な一様乱数や、発生確率が正規分布を示す正規乱数などがある。ここでは一様乱数による置換量の生成法を説明する。一様乱数は線形合同法などで発生させることができる。ここでは、線形合同法での一様乱数を例に挙げ、説明を続ける。線形合同法で発生させた一様乱数は、０〜（２^Ｍ）−１の範囲に一様に分布する。ここで、Ｍは任意の整数であり、^はべき乗を表している。位相の置換量φは、０〜２πの範囲に分布させる必要がある。そこで、発生させた一様乱数を変換する。変換は、以下の式（８）で行う。ここで、Ｒは一様乱数であり、Ｒmaxはその一様乱数が発生しうる最大の値である。前述した線形合同法で発生させる場合には、Rmax=(2^M)-1となる。
計算の簡単化のために、Ｒの値をそのまま置換量とすることもできる。置換量の２πはちょうど一回転、すなわちゼロを表す。位相を現在の位相±２πで置換した場合は、置換していない場合と同一である。よって、±２π＋φという置換量は、置換量φと等しくなる。ここでは、線形合同法により一様乱数を発生させた場合を説明したが、それ以外の方法で一様乱数を発生させた場合でも、式（８）により置換量φを求めればよい。
位相置換部５０１は、置換量生成部５０２から置換量を受け取り、劣化信号位相スペクトルを置換する。もし、劣化信号位相スペクトルが角度で表現されている場合には、その角度を置換量φの値で置換する。劣化信号位相スペクトルが複素数の正規ベクトルで表現されている場合には、置換量φの正規ベクトルを求め、劣化信号位相スペクトルを置換する。
置換量φの正規ベクトルは、式（９）で求められる。ここで、Φは置換ベクトルであり、jはsqrt(-1)を示す。なお、sqrtは二乗根を表している。
補正量算出部５０３による、補正係数算出方法について説明する。まず、位相の置換により出力レベルの低下が生じることを、図６及び図７を用いて説明する。
図６及び図７は、劣化信号が図２に示すブロック図で処理された場合の信号を示している。図６と図７の違いは位相置換の有無である。図６は位相置換を行わない場合の信号を、図７は位相置換をフレーム３で行った場合の信号を示している。
まず、位相を置換しない場合の信号について図６を用いて説明する。図６の最上部に描かれているのは、劣化信号である。劣化信号はフレーム分割部３０１においてフレーム分割される。点線で区切られた、上から２番目の信号が、フレーム分割後の信号である。ここでは、連続した４フレーム分の信号を図示した。また、フレームのオーバラップ率は５０％としている。
フレームに分割された信号は窓掛け処理部３０２によって窓掛けが行われる。点線で区切られた、上から３番目の信号が窓掛け処理後の信号である。図６では位相置換による影響を明確に示すため、矩形窓による重み付けをしている。
次に、フーリエ変換部３０３によって、周波数領域の信号に変換されるが、図６では周波数領域での信号は省略した。位相置換の点線より下部は、逆変換部２０４の逆フーリエ変換部４０１により、時間領域へ変換された信号を図示している。点線で区切られた、上から４番目の信号が位相置換後の信号である。ただし、図６では位相置換を行っていないため、窓掛け処理後の信号から変化していない。
逆変換部２０４の逆フーリエ変換部４０１から出力された強調信号は、窓掛け処理を再度実施される。図６では、矩形窓による重み付けを実施した場合を示している。窓掛け処理された信号は、フレーム合成部４０３において、合成される。この時、フレーム間の時間を揃える必要がある。フレームのオーバラップ率が５０％であるので、ちょうど半分ずつフレームが重なる。位相の置換を実施していない場合、図６のように入力信号と出力信号は一致する。
一方、位相を置換する場合の信号について図７を用いて説明する。図７に示したのは位相置換をフレーム３で実施した場合の信号である。最上部に描かれているのは、図６と同じ劣化信号である。フレーム分割後及び窓掛け処理後の信号も図６と同様である。
図７では、フレーム３で位相置換を実施した場合を描いている。位相置換処理の点線下部に示した右向き三角形の区間に注目する。位相置換処理により、フレーム３及び４の信号が時間方向にシフトしている。位相置換を施した信号を再度窓掛け処理し、フレーム合成する。このとき、フレーム２とフレーム３が重なるiiの区間で、フレーム２とフレーム３の信号に違いが生じる。これにより、フレーム合成後の出力信号レベルがiiの区間において小さくなる。つまり、位相の置換を実施する場合、図７のiiの区間で出力信号レベルが低下する。
この位相置換による出力信号レベルの低下は、時間領域における加算を周波数領域の加算に置き換え、周波数領域のベクトル合成でも説明できる。
図８に、フレーム分割および窓掛け処理後の連続した２フレームの劣化信号を、x1[n]およびx2[m]として示す。なお、オーバラップ率は50%としている。ここで、nはx1の離散時間を、mはx2の離散時間を表しており、オーバラップ率が50%の場合には、以下の式（１０）が成立する。
また、x1とx2の関係は、以下の式（１１）のようになる。
まず、時間領域信号から周波数領域信号への変換および逆変換の式を示す。周波数領域信号X[k]は、時間領域信号x[n]のフーリエ変換によって、以下の式（１２）のように表現される。ここで、ｋは離散周波数を表し、Ｌはフレーム長である。
また、周波数領域信号X[k]を逆変換により、時間領域信号x[n]に戻すと、以下の式（１３）のように表現される。
これに基づいて、時間領域信号x1[n],x2[m]を、周波数領域信号X1[k],X2[k] に変換すると、以下の式（１４）、式（１５）のように表現される。
周波数領域信号X1[k],X2[k]を、逆変換によってそれぞれ時間領域信号x1[n],x2[m]に戻すと、式（１３）より、以下の式（１６）、式（１７）のように表現される。
逆変換部は、フーリエ変換により周波数領域信号を時間領域信号に変換する。その後、フレーム合成部により、前フレームと現フレームの強調音声をオーバラップ加算する。たとえば、図示した例のオーバラップ率50%では、離散時間m=L/2〜L-1の区間で隣接フレームの加算が行われる。この加算区間m=L/2〜L-1を考える。
時間領域の加算に、式（１６）及び式(１７)を代入すると、以下の式（１８）のように表現される。
さらに、式（１８）中の周波数領域信号X1[k],X2[k]に式（１４），式（１５）を代入すると、以下の式（１９）のように表現される。
さらに、式（１９）を展開すると、以下の式（２０）のように表現される。
ここで、式（２０）の各項に含まれる総和演算を考える。任意の整数gを導入し、以下の式（２１）が成立する。
デルタ関数δ[g]のフーリエ逆変換式は、式（２２）で示される。
ここで、デルタ関数δ[g]は、以下の式（２３）で示される。
式（２２）より、式（２１）は、以下の式（２４）に変形できる。
式（２４）の関係から、式（２０）は、以下の式（２５）で表わされる。
よって、式（２０）は、以下の式（２６）となる。
さて、ここで周波数領域信号X2[k]に対し、位相置換を行った場合を考える。このときの時間領域信号は、図９のようになる。
X2[k]の位相スペクトルを置換したときに、等価的にφ[k]回転させたと考えると、その逆変換は以下の式（２７）となる。
これを、式（１８）に代入すると、以下の式（２８）が成立する。
これを展開すると、以下の式（２９）が成立する。
ここで、オーバラップ率５０％と仮定し、オーバラップ区間のn=L/2〜L-1について考える。オーバラップ区間では、式（１１）より、以下の式（３０）のように展開できる。
ここで、それぞれの項にある括弧内の
の項は、ベクトル合成であるから、特定の周波数ｋに注目すると、図１０のように描くことができる。位相置換が行われていないとき、すなわちφ[k]=0の場合は、図１１のようになる。
式（３１）の絶対値を求めると、以下の式（３２）となる。
よって、式（３１）の絶対値が最大になる条件は、φ[k]=０の場合であり、その値は２である。すなわち、位相置換が行われると、出力信号の大きさが小さくなることがわかる。
この出力信号レベルの低下量を補正するように、補正量算出部５０３において強調信号振幅スペクトルの振幅補正量を決定する。
ここでは、位相置換量が一様乱数によって決定されると仮定し、補正量の算出方法を具体的に説明する。ここでは、問題簡単化のため、位相の置換による大きさの変動に着目し、それぞれの周波数成分が単位ベクトルに正規化されているものとする。
まず、位相置換を行わない場合を考える。連続するフレーム間で位相が同じ場合の合成ベクトルは、図１１に示されるＳのようになり、そのベクトルの大きさ|Ｓ|は、以下の式（３３）で表わされる。
一方、一様乱数により位相置換を行う場合、連続するフレーム間位相差φは、-πから+πまでの範囲に一様に分布する。この連続するフレーム間で位相が異なる場合の合成ベクトルは、図１０に示されるベクトルS′のようになる。そのベクトルの大きさ|S′|は、以下の式（３４）で表わされる。
さて、ここで、期待値E(|S′|^2)を求めると、以下の式（３５）のようになる。
ここで、φが-πから+πに一様分布することから、以下の式（３６）のようになる。
このため、|S'|^2の期待値は、以下の式（３７）で表わされる。
さて、位相の置換をしない場合の、期待値E(|S|^2)は、式（３３）より以下の式（３８）で表わされる。
式（３７）と式（３８）の比を取ると、以下の式（３９）が成立する。
すなわち、位相を一様乱数で置換させる場合、出力信号のパワー平均値は入力の1/2になる。振幅補正部５０４で振幅値に対して補正を行う場合、補正量算出部５０３は補正係数をsqrt(2)とし、振幅補正部５０４に伝達する。パワーに対して補正を行う場合は、補正係数を２として、振幅補正部５０４に伝達する。
ここでは、一様乱数による置換量生成の場合を例に挙げて説明したが、正規乱数などでもその分散と平均値が決まれば、補正係数を一意に定めることができる。正規乱数を使う場合の補正係数の導出を以下に説明する。
正規乱数を用いた置換の場合、回転量φの発生確率が正規分布により決定される。そのため、正規乱数による位相置換を実施した場合のパワー期待値を求めるには、φの発生確率に基づいて、重み付けを行う必要がある。
具体的には、φの発生確率に基づいた、重み関数f(φ)を導入する。その重み関数f(φ)により、cos(φ)を重みづけする。さらに、重み付け関数f(φ)の積分値で正規化することにより、パワー期待値を求めることができる。
正規乱数による位相置換を行った場合の出力パワー期待値E(S"^2)は、一様乱数の出力パワー期待値である式（３５）に、重み付け関数f(φ)およびその積分値を導入し、以下の式（４０）のように表現できる。
重み関数f(φ)は、正規分布により表現できるので、以下の式（４１）が成立する。
ここで、σは分散をμは平均を表している。
例えば、平均値μ＝０，分散σ＝１の標準正規分布では、以下の式（４２）となるので、となるので、これを式（４０）に代入すると、式（４３）のようになる。
ここで、式（４３）の右辺、第２項を数値計算すると、式（４４）が成立するので、位相の置換をしない場合の、E(|S^2|)との比は、式（４５）で表わされる。
補正量算出部５０３は、位相を標準正規分布の正規乱数で置換させ、振幅補正部５０４で振幅値に対して補正を行う場合、補正係数をsqrt(1/0.805)として、伝達する。パワーに対して補正を行う場合は、補正係数を1/0.805として、振幅補正部５０４に伝達する。位相置換はすべての周波数に対して行っても良いが、一部の周波数に対して行っても構わない。振幅補正は位相置換を行った周波数に対してのみ行う。よって、位相置換を行わない周波数の補正係数は、1.0とする。位相置換を行った周波数の補正係数だけを、ここで導出した値とする。
《振幅補正部の説明》
振幅制御部２０３では、位相制御部２０２から伝達された位相の回転量を用いて振幅補正係数を算出し、雑音抑圧部２０５から供給された強調信号振幅スペクトルに乗じ、逆変換部２０４に供給する。これにより、劣化信号位相スペクトルを置換し、強調信号位相スペクトルを得た場合の出力レベル低下を解消することができる。以上のように、本実施形態によれば、位相スペクトルを置換操作することによる出力信号レベルへの影響を振幅制御部２０３により取り除くことができるため、高品質な強調信号を得ることができる。
振幅制御部２０３では、位相制御部２０２から伝達された位相の回転量を用いて振幅補正係数を算出し、雑音抑圧部２０５から供給された強調信号振幅スペクトルに乗じ、逆変換部２０４に供給する。これにより、劣化信号位相スペクトルを置換し、強調信号位相スペクトルを得た場合の出力レベル低下を解消することができる。以上のように、本実施形態によれば、位相スペクトルを置換操作することによる出力信号レベルへの影響を振幅制御部２０３により取り除くことができるため、高品質な強調信号を得ることができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態では、位相の置換によって生じる回転量の上限を制限する点で第２実施形態と異なる。それ以外の構成及び動作については第２実施形態と同様であるためここでは詳しい説明を省略する。
本発明の第３実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態では、位相の置換によって生じる回転量の上限を制限する点で第２実施形態と異なる。それ以外の構成及び動作については第２実施形態と同様であるためここでは詳しい説明を省略する。
図１２は、本実施形態に係る位相制御部１２０２及び振幅制御部２０３の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、本実施形態における位相制御部１２０２は、第２実施形態で説明した置換量生成部５０２と位相置換部５０１に加え、回転量制限部１２２１を含む。置換量生成部５０２は、回転量制限部１２２１からの制限を受けつつ、劣化信号位相スペクトルの置換量を生成し、位相置換部５０１に供給する。
回転量制限部１２２１は、置換量生成部５０２によって生成される置換量の置換によって生じる置換前の位相からの回転量を一定範囲内に制限する。つまり、φの分布が０〜２πから任意の範囲に制限される。例えば、０〜π／２のように制限する。これにより、強調信号位相スペクトルに劣化信号位相スペクトルの特徴がある程度残ることになる。完全に位相をランダムに置換する場合に比較し、劣化信号の特徴がある程度保持されるため、目的音への影響が少なくなり、目的音の歪が軽減できる。
本実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、位相の置換によって生じる回転量を制限することにより、目的音の劣化を低減させることができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図１３を用いて説明する。本実施形態では、位相成分を遅延させ、フレーム間での位相成分の差分を求めた上でそこから補正量を算出する点で第２実施形態と異なる。つまり、位相制御部１３０２と振幅制御部１３０３の内部構成において第２実施形態と異なり、他の構成及び動作は第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本発明の第４実施形態について、図１３を用いて説明する。本実施形態では、位相成分を遅延させ、フレーム間での位相成分の差分を求めた上でそこから補正量を算出する点で第２実施形態と異なる。つまり、位相制御部１３０２と振幅制御部１３０３の内部構成において第２実施形態と異なり、他の構成及び動作は第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
図１３は、本実施形態における位相制御部１３０２及び振幅制御部１３０３の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、第４実施形態における位相制御部１３０２は、第２実施形態に含まれる置換量生成部５０２と位相置換部５０１を備え、さらに、置換後の位相を振幅制御部１３０３に供給する構成になっている。また振幅制御部１３０３は、位相成分遅延部１３３１及び補正量算出部１３３３を含む。
位相成分遅延部１３３１では、位相置換部５０１から供給された強調信号位相スペクトルを１フレーム分保持し、補正量算出部１３３３に供給する。補正量算出部１３３３は位相成分遅延部１３３１からの１フレーム前の強調信号位相スペクトルと位相置換部５０１からの現在の強調信号位相スペクトルから振幅補正量を算出し、振幅補正部５０４に伝達する。位相成分遅延部１３３１は単純な１フレームの遅延で実現される。
本実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、位相置換量に対応して、数学的に出力レベルの期待値を導出できない場合でも出力レベルを補正することができる。例えば、乱数テーブルによる乱数ではその発生確率に偏りがあるが、本実施形態では出力レベルを問題なく補正できる。
補正量算出部５０３は、前フレームと現フレームの強調信号位相スペクトルから各周波数で合成ベクトルの大きさを求め、その大きさから補正係数を決定する。前フレームの位相をα，現フレームの位相をβとすると、その合成ベクトルの大きさ|S'|は、以下の式（４６）で表わされる。
連続するフレームで位相が一致する場合の合成ベクトルの大きさ|S|は、式（３３）において既に導出しているように|S|=2である。よって、振幅補正量は、以下の式（４７）
で表わされる。
この値を、振幅制御部１３０３に供給し、強調信号振幅スペクトルを補正することで、出力レベルの低下を解消することができる。本実施形態において、振幅制御部以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
で表わされる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１４０３の構成を示すブロック図である。
本発明の第５実施形態について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１４０３の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、第２実施形態と異なり、入出力比算出部１４３１を導入し、入力端子２０６からの劣化信号及び逆変換部２０４からの強調信号を受け取り、その入出力レベル比を算出する。入出力レベル比は補正量算出部１４３３に供給され、強調信号のレベルが劣化信号と同等になるように、振幅補正部５０４において強調信号振幅スペクトルを補正する。入出力比算出部１４３１では、劣化信号と強調信号の時間領域信号から、そのレベルの比を求める。
第ｎフレームの劣化信号yn(t)と第ｎフレームの強調信号xn(t)のレベル比Ｒは、以下の式（４８）で表わされる。ここで、tはサンプル時間を示し、Ｌはフーリエ変換のフレーム長を示している。
補正量算出部１４３３は、この比の値Rと位相置換を行った周波数成分の数により、振幅補正量Ｇを求める。時間領域信号が変換部によりＮ個の周波数成分に分割され、そのうちＭ個の位相スペクトルに対して、位相置換を行った場合、振幅補正量Ｇは、以下の式（４９）のように求められる。
また、振幅制御部１４０３では、位相制御部２０２から伝達された位相置換の有無の情報より、位相置換が行われた周波数のみで振幅補正を行う。本実施形態において、入出力比算出部１４３１及び補正量算出部１４３３以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態によれば、時間領域の信号から補正係数を求めているため、位相置換量がいかなる方法で決定されても、出力レベルを補正できる。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１５０３の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施形態における振幅制御部１５０３は、第５実施形態に含まれる入出力比算出部１４３１に加え、平均化処理部１５３１を含む。平均化処理部以外の構成及び動作については、第５実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本発明の第６実施形態について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１５０３の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施形態における振幅制御部１５０３は、第５実施形態に含まれる入出力比算出部１４３１に加え、平均化処理部１５３１を含む。平均化処理部以外の構成及び動作については、第５実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
平均化処理部１５３１は、入力端子２０６から劣化信号を受け取り、平均化処理を施した上で、その平均値を入出力比算出部１４３１に供給する。また、平均化処理部１５３１は逆変換部２０４から強調信号を受け取り、平均化処理を施した上で、その平均値を入出力比算出部１４３１に供給する。入出力比算出部１４３１は平均化処理部１５３１から劣化信号及び強調信号の平均値を受け取り、そのレベル比を算出する。
平均化処理部１５３１では、任意の時間長で劣化信号及び強調信号のレベルを平均化する。具体的には、移動平均や漏れ積分などを用いる。
本実施形態によれば、第５実施形態の効果に加えて、平均化されたレベルを使用するため、補正量の変動が抑制され、出力信号の品質向上が実現できる。
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態に係る雑音抑圧装置１６００の構成を示す図である。本実施形態では、第２実施形態の図２と比較すると、振幅成分遅延部１６１１及び位相成分遅延部１６１２が加わり、さらに逆変換部１６１３が追加されている。また、振幅制御部１６０３の内部構成にも差異がある。本実施形態において、しかし振幅成分遅延部、位相成分遅延部及び振幅制御部以外の動作については、第６実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本発明の第７実施形態について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態に係る雑音抑圧装置１６００の構成を示す図である。本実施形態では、第２実施形態の図２と比較すると、振幅成分遅延部１６１１及び位相成分遅延部１６１２が加わり、さらに逆変換部１６１３が追加されている。また、振幅制御部１６０３の内部構成にも差異がある。本実施形態において、しかし振幅成分遅延部、位相成分遅延部及び振幅制御部以外の動作については、第６実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
入力端子２０６に供給された劣化信号は、変換部２０１と振幅制御部１６０３に供給される。変換部２０１から出力された劣化信号振幅スペクトル２３０は振幅成分遅延部１６１１及び逆変換部１６１３へ供給され、劣化信号位相スペクトル２２０は位相制御部２０２に供給される。位相制御部２０２は、変換部２０１から供給された劣化信号位相スペクトル２２０を置換し、強調信号位相スペクトルとして逆変換部１６１３及び位相成分遅延部１６１２へ供給する。また、各周波数における位相置換の有無を、振幅制御部１６０３へ伝達する。
逆変換部１６１３は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトル２３０と位相制御部２０２から供給される劣化信号位相スペクトルを用いて、位相置換によるレベル低下の生じた信号を振幅制御部１６０３に伝達する。
振幅成分遅延部１６１１は、変換部２０１からの劣化信号振幅スペクトル２３０を遅延させ、雑音抑圧部２０５に供給する。
位相成分遅延部１６１２は、位相制御部２０２からの強調信号位相スペクトルを遅延させ、逆変換部２０４に供給する。雑音抑圧部２０５は、振幅成分遅延部１６１１から供給される劣化信号振幅スペクトルを用いて、雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。
逆変換部２０４は、位相制御部２０２から位相成分遅延部１６１２を介して供給された、強調信号位相スペクトル２４０と、振幅制御部１６０３から供給された補正振幅スペクトル２５０とを合成して逆変換を行い、強調信号として、出力端子２０７に供給する。
劣化信号位相スペクトル２２０を位相制御部２０２で制御し、逆変換部１６１３において時間領域の信号に変換する。その信号と劣化信号２１０とを用いて、位相置換によるレベルの変動量を求める。
この変動量は位相置換部５０１による置換処理のみの変動であるので、位相の置換によるレベル変動を正確に捉えることができる。このレベル比を用いて振幅補正を行うが、求まるレベル比は１フレーム前のものである。
そこで、振幅成分遅延部１６１１と位相成分遅延部１６１２を導入し、１フレーム前の周波数成分に対して、振幅制御部１６０３において振幅補正を行う。
図１７は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１６０３の内部構成を説明するためのブロック図である。入出力比算出部１７３１は、入力端子２０６から供給される劣化信号と逆変換部１６１３から供給される、位相置換によるレベル低下分を含んだ信号から、レベル比を算出し、補正量算出部１２３３に供給する。
補正量算出部１２３３は、位相制御部２０２から各周波数における位相置換の有無の情報を受け取り、振幅補正量を算出する。振幅補正部５０４は、その振幅補正量に基づいて、強調信号位相スペクトルを各周波数で補正し、逆変換部２０４へ供給する。なお、振幅成分遅延部１６１１は、雑音抑圧部２０５と振幅制御部１６０３の間に導入しても構わない。
本実施形態によれば、第５実施形態の効果に加え、第５実施形態及び第６実施形態では不可避だった入出力比の遅延を回避でき、より正確な出力レベルの補正を実現できる。
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８では、第２実施形態にフレームオーバーラップ制御部１８０８が追加されている。フレームオーバーラップ制御部１８０８では、変換部２０１及び逆変換部２０４において、フレーム分割，合成されるときのオーバラップ率の制御を行い、そのオーバラップ率を振幅制御部２０３に供給する。既に説明したとおり、位相置換によるレベル低下はオーバラップによって生じる。このレベル低下量はオーバラップ率により変化し、オーバラップ率が大きくなるほど、低下量も大きくなる。よって、オーバラップ率が変化した場合には、振幅補正量を制御する必要がある。
本発明の第８実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８では、第２実施形態にフレームオーバーラップ制御部１８０８が追加されている。フレームオーバーラップ制御部１８０８では、変換部２０１及び逆変換部２０４において、フレーム分割，合成されるときのオーバラップ率の制御を行い、そのオーバラップ率を振幅制御部２０３に供給する。既に説明したとおり、位相置換によるレベル低下はオーバラップによって生じる。このレベル低下量はオーバラップ率により変化し、オーバラップ率が大きくなるほど、低下量も大きくなる。よって、オーバラップ率が変化した場合には、振幅補正量を制御する必要がある。
具体的には、オーバラップ率５０％の場合の振幅補正量Ｇを基準に補正量を求める。オーバラップ率が０％のとき振幅補正は必要無い。また、オーバラップ率５０％のとき振幅補正量はＧである。そこで、フレーム長Ｌとオーバラップ長Ｑの比を用いて、以下の式（５０）のようになる。ここで、Ｇ'はオーバラップ率による補正を行った振幅補正量である。
例えば、オーバラップ率５０％の場合は、Ｑ＝Ｌ／２であるので、以下の式（５１）が成立し、オーバラップ率25%の場合には、Ｑ＝Ｌ／４より以下の式（５２）が成立する。
振幅制御部２０３では、式（５０）に基づき、位相制御部２０２から伝達された補正係数を補正し、強調信号振幅スペクトルを補正する。本実施形態において、フレームオーバーラップ制御部１８０８以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、フレームのオーバラップ率を自由に設定できる。
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について、図１９を用いて説明する。図１９では、雑音抑圧部２０５に雑音記憶部１９０９が接続されている。本実施形態は、既知の雑音スペクトルを用いて雑音を抑圧する。雑音記憶部１９０９には、抑圧すべき雑音のスペクトルを記憶させる。その記憶された雑音スペクトルに基づき、雑音抑圧部２０５において雑音抑圧を行うことで、抑圧対象の雑音のみを抑圧することができる。
本発明の第９実施形態について、図１９を用いて説明する。図１９では、雑音抑圧部２０５に雑音記憶部１９０９が接続されている。本実施形態は、既知の雑音スペクトルを用いて雑音を抑圧する。雑音記憶部１９０９には、抑圧すべき雑音のスペクトルを記憶させる。その記憶された雑音スペクトルに基づき、雑音抑圧部２０５において雑音抑圧を行うことで、抑圧対象の雑音のみを抑圧することができる。
ここで、記憶させる雑音のスペクトルは、その雑音の平均スペクトルや最大スペクトル、最小スペクトルなどを用いることができる。あるいは、それらを組み合わせることもできる。本実施形態において、雑音記憶部１９０９以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態によれば、第２実施形態の効果を、特定の雑音にのみ適用することが可能となり、抑圧したい雑音が明確な場合には、より高品質な強調信号を得ることができる。
（他の実施形態）
以上説明してきた第１乃至第９実施形態では、それぞれ別々の特徴を持つ雑音抑圧装置について説明したが、それらの特徴を如何様に組み合わせた雑音抑圧装置も、本発明の範疇に含まれる。
以上説明してきた第１乃至第９実施形態では、それぞれ別々の特徴を持つ雑音抑圧装置について説明したが、それらの特徴を如何様に組み合わせた雑音抑圧装置も、本発明の範疇に含まれる。
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、単体の装置に適用しても良い。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアの信号処理プログラムが、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、或いはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の範疇に含まれる。
図２０は、第１実施形態を信号処理プログラムにより構成する場合に、その信号処理プログラムを実行するコンピュータ２０００の構成図である。コンピュータ２０００は、入力部２００１と、ＣＰＵ２００２と、出力部２００３と、メモリ２００４とを含む。
ＣＰＵ２００２は、信号処理プログラムを読み込むことにより、コンピュータ２０００の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ２００２は、メモリ２００４に格納された信号処理プログラムを実行し、第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する（Ｓ２０１１）。次に、所定周波数の位相成分を置換する（Ｓ２０１２）。位相成分の置換によって生じる、出力信号における振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、所定周波数の振幅成分又はパワー成分を補正する（Ｓ２０１３）。ステップＳ２０１２により置換された位相成分と、ステップＳ２０１３により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する（Ｓ２０１４）。
これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した置換による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により置換された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
（付記２）
前記第１制御手段は、前記位相成分の置換量を生成する置換量生成手段を含み、
前記第２制御手段は、前記置換量生成手段から提供された前記置換量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記第２制御手段は、
前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段と、
をさらに有し、
前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、
前記第２制御手段は、さらに、
フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記第１制御手段は、前記位相成分の置換によって生じる置換前の位相からの回転量を制限する回転量制限手段を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記９）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける置換によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を備えたことを特徴とする信号処理方法。
（付記１０）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける置換によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
［その他］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年２月２６日に出願された日本出願特願２０１１−０４１００２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した置換による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により置換された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
（付記２）
前記第１制御手段は、前記位相成分の置換量を生成する置換量生成手段を含み、
前記第２制御手段は、前記置換量生成手段から提供された前記置換量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記第２制御手段は、
前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段と、
をさらに有し、
前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、
前記第２制御手段は、さらに、
フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記第１制御手段は、前記位相成分の置換によって生じる置換前の位相からの回転量を制限する回転量制限手段を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記９）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける置換によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を備えたことを特徴とする信号処理方法。
（付記１０）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を置換させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける置換によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
［その他］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年２月２６日に出願された日本出願特願２０１１−０４１００２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (10)
- 第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により置換された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。 - 前記第１制御手段は、前記位相成分の置換量を生成する置換量生成手段を含み、
前記第２制御手段は、前記置換量生成手段から提供された前記置換量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記第２制御手段は、
前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
- 前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段をさらに有し、
前記第２制御手段は、
前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、
前記第２制御手段は、さらに、
フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。 - 前記第１制御手段は、前記位相成分の置換によって生じる置換前の位相からの回転量を制限する回転量制限手段を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
- 信号処理装置が、
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、複数のサンプルから構成されるフレームに分割し、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと
所定周波数の前記位相成分を所定のフレームにおいて置換する第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける前記位相成分の置換によって生じる前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより置換された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
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