JP6363324B2 - 信号処理装置、信号処理方法、及び信号処理プログラム - Google Patents
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Description
ステップサイズ算出部は、第1の適応フィルタを用いて推定した主信号における信号対雑音比を判定し、音声信号が雑音より大きいときには音声信号による妨害が大きいと見なし、小さな係数更新ステップサイズを第2の適応フルタに提供する。逆に、ステップサイズ算出部は、音声信号が雑音より小さいときには音声信号による妨害が小さいと見なし、大きな係数更新ステップサイズを第2の適応フィルタに提供する。このように、ステップサイズ算出部から提供された係数更新ステップサイズで第2の適応フィルタが制御されることにより、十分な環境変化への追従性と雑音消去後の信号における低歪とを同時に達成した雑音の消去された信号が出力される。
さらに、特許文献3には、上記特許文献1及び2の構成を拡張して、背景雑音に混入する音声信号の影響が大きい、いわゆる音声信号によるクロストークが存在する際に背景雑音に混入する音声信号の消去をも行なう雑音消去装置の構成が開示されている。特許文献3においては、上記特許文献1及び2の構成に加えて、音声信号入力から正確に背景雑音を消去するため、第2のステップサイズ算出部が雑音入力信号から音声信号を消去する適応フィルタの係数更新ステップサイズを算出している。
一方、特許文献1乃至3でこの遅延を適用しない場合、主音声信号における所望信号対雑音比の推定値は正しい値よりも遅れて得られることになり、特許文献1乃至3の雑音消去装置は、正しい係数更新ステップサイズ制御を行うことができない。このため、雑音消去後の信号における残留雑音が増大し、出力信号の歪が増大する。
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成し、前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号に対して、第1適応フィルタにより、第1制御信号により更新される係数を用いてフィルタ処理を施して、前記第1混在信号に混在すると推定される前記擬似第2信号を求め、前記推定第1信号が前記第1混在信号より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの前記係数の更新量を小さくする前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力する。
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信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成するステップと、前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号に対して、第1適応フィルタにより、第1制御信号により更新される係数を用いてフィルタ処理を施して、前記第1混在信号に混在すると推定される前記擬似第2信号を求め、前記推定第1信号が前記第1混在信号より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの前記係数の更新量を小さくする前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力するステップと、をコンピュータに実行させる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態としての信号処理装置100について、図1を用いて説明する。図1の信号処理装置100は、第1信号と第2信号とが混在する第1混在信号xP(k)から、第1信号の推定値としての推定第1信号e(k)を求める装置である。
図1に示すように、信号処理装置100は、第1入力部101と、第2入力部102と、減算部103と、適応フィルタ104と、比較部106と、係数更新制御部107とを含む。
このうち、第1入力部101は第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号xP(k)を入力する。第2入力部102は、第1混在信号xP(k)とは異なる割合で第1信号と第2信号とが混在した第2混在信号xS(k)を入力する。
減算部103は、第1混在信号xP(k)に混在すると推定される擬似第2信号n(k)を第1混在信号xP(k)から減算して、推定第1信号e(k)を出力する。そして、適応フィルタ104は、擬似第2信号n(k)を求めるため、第2混在信号xS(k)又は第2混在信号xS(k)に基づく信号に対し、推定第1信号e(k)に基づいて更新される係数141を用いてフィルタ処理を施す。
比較部106は、第1混在信号xP(k)の値と推定第1信号e(k)の値とを比較する。係数更新制御部107は、比較部106による比較の結果、推定第1信号e(k)の値が第1混在信号xP(k)の値よりも大きい場合に、適応フィルタ104の係数141の更新量を小さくするための制御信号μ(k)を適応フィルタ104に出力する。
このような構成を備えた本実施形態によれば、第1信号と第2信号とが混在する混在信号から、低演算量で、遅延なく第2信号を除くことができ、結果として、第2信号の消し残りが少なく、かつ、歪が少ない推定第1信号を得ることができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る信号処理装置として、劣化信号(所望の信号と雑音とが混合された信号)から、雑音の一部又は全部を消去し、強調信号(所望の信号を強調した信号)を出力する雑音消去装置について説明する。ここで、劣化信号は第1信号と第2信号が混在する第1混在信号に相当し、強調信号は所望音声信号(推定第1信号)に相当する。
(雑音消去の基礎技術の説明)
以下、マイクロホン、ハンドセット、通信路等から入力された所望信号に混在する雑音、妨害信号、エコーなどを適応フィルタによって消去し、又は所望信号を強調する雑音消去の基礎技術の説明を簡単に行なう。
特許文献1乃至3に開示されているように、2入力型の雑音消去装置は、雑音源から音声入力端子に至る音響経路のインパルス応答を近似する適応フィルタを用いて、参照信号から音声入力端子において音声に混入する雑音成分に対応した擬似雑音(擬似第2信号)を生成する。そして、雑音消去装置は、音声入力端子に入力された信号(第1混在信号)からこの擬似雑音を差し引くことによって、雑音成分を抑圧するように動作する。ここで、混在信号とは、音声信号と雑音とが混在した信号のことであり、一般に、マイクロホンやハンドセットから音声入力端子に供給される。また、参照信号とは、雑音源における雑音成分と相関のある信号であり、雑音源近傍において捕捉される。このように、雑音源近傍において参照信号が捕捉されることで、参照信号は雑音源における雑音成分とほぼ等しいとみなすことができる。適応フィルタには、参照入力端子に供給される参照信号が入力される。
適応フィルタの係数は、受信信号から擬似雑音を差し引いた誤差と参照入力端子に入力された参照信号との相関をとることにより修正される。このような適応フィルタの係数修正アルゴリズムとして、特許文献1乃至3には、「LMSアルゴリズム(Least Mean−Square Algorithm)」や「LIM(Learning Identification Method)」が開示されている。LIMはまた、正規化LMSアルゴリズムとも呼ばれる。
LMSアルゴリズムやLIMは、勾配法と呼ばれるアルゴリズムの一種であり、係数更新の速度と精度は、係数更新ステップサイズと呼ばれる定数に依存する。係数更新ステップサイズと誤差との積によってフィルタ係数が更新されるが、誤差に含まれる所望信号は係数更新を妨害する。その影響を低減するためには、係数更新ステップサイズは極めて小さな値に設定される必要がある。上記特許文献1乃至3は、係数更新ステップサイズが小さい場合には適応フィルタ係数の環境変化への追従性が低下するため、誤差が増大しあるいは所望信号に歪が生じるという問題を解決する1つの方法を開示する。
(第2実施形態の雑音消去装置の構成)
図2は、第2実施形態の雑音消去装置200の全体構成を示すブロック図である。雑音消去装置200は、たと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、入力信号からの雑音消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。
図2に示すように、雑音消去装置200には、入力端子201から音声と雑音の混在した主信号(第1混在信号)xP(k)が入力される。そして、雑音消去装置200には、入力端子202から音声と雑音の混在した参照信号(第2混在信号)xS(k)が入力される。また、雑音消去装置200は、出力端子205から推定所望信号e1(k)を出力する。また、雑音消去装置200は、適応フィルタ204と、減算器203と、誤差評価部206と、ステップサイズ制御部207と、を備えている。雑音消去装置200は、消去しようとする雑音と相関のある参照信号xS(k)を適応フィルタ204で変形して擬似雑音n1(k)を生成し、これを雑音の重畳した主信号xP(k)から減算することで、雑音の消去を行う。雑音消去装置200は、減算後の推定所望信号(出力)e1(k)に基づいて適応フィルタ204の係数更新を行い、減算前後の信号を比較し、減算前の主信号xP(k)が減算後の推定所望信号e1(k)より小さいときに、これを異常事態と判定し、係数更新量μ1(k)を小さくする。
入力端子201には、主信号xP(k)が、サンプル値系列として供給される。主信号xP(k)は、減算器203と誤差評価部206に伝達される。入力端子202には、参照信号xS(k)が、サンプル値系列として供給される。参照信号xS(k)は、適応フィルタ204に伝達される。
適応フィルタ204は、参照信号xS(k)とフィルタ係数の畳込み演算を行い、その結果を擬似雑音n1(k)として減算器203に伝達する。
減算器203には、入力端子201から主信号xP(k)が、適応フィルタ204から擬似雑音n1(k)が供給される。減算器203は、主信号xP(k)から擬似雑音n1(k)を減算し、その結果を推定所望信号として出力端子205及び誤差評価部206に伝達すると同時に適応フィルタ204に帰還する。
誤差評価部206には、主信号と推定所望信号が供給される。誤差評価部206は、主信号と推定所望信号とを比較して、両者の大小関係で定められる評価結果β1(k)を出力する。評価結果β1(k)の最も簡単な決定法は、主信号の二乗値xP 2(k)よりも出力の二乗値e1 2(k)が大きいときにβ1(k)=1、主信号よりも出力が小さいときにβ1(k)=0とする方法である。同等の処理として、主信号と出力の比Γ(k)を求め、比の値と予め定められた閾値δ0との比較によって評価結果β1(k)が決定されても良い。すなわち、誤差評価部206は、以下の(数式1)に対して、Γ(k)<δ0ならβ1(k)=1、Γ(k)≧δ0ならβ1(k)=0としても良い。
これまで説明した決定法は、Γ(k)を閾値と比較して、1又は0の2値判定(硬判定)を行うものであるが、誤差評価部206は、軟判定を適用しても良い。たとえば、軟判定の上限閾値がδ0+δ1、下限閾値がδ0−δ2と設定された場合、誤差評価部206は、Γ(k)が上限閾値を超えたときにβ1(k)=0、Γ(k)が下限閾値に満たないときにβ1(k)=1、Γ(k)が下限閾値と上限閾値の間の値をとるときにはβ1(k)を1と0の間の値としても良い。すなわち、β1(k)は次式(数式2)で求められても良い。
ステップサイズ制御部207には、誤差評価部206から、評価結果β1(k)が供給される。ステップサイズ制御部207は、誤差評価部206から供給された評価結果β1(k)の値に応じて係数更新量補正値α1(k)を求め、最終的に係数更新ステップサイズμ1(k)を誤差に応じた値に設定する。
係数更新量補正値α1(k)は評価結果β1(k)の関数になっており、この関数をΨ1と表すと、以下の(数式3)となる。
ステップサイズ制御部207は、本来の係数更新量μ0(定数)に係数更新量補正値α1(k)を乗算して最終的な係数更新ステップサイズμ1(k)を求め、適応フィルタ204に供給する。すなわち、係数更新ステップサイズμ1(k)は、以下の(数式4)で表わされる。
係数更新量を小さくすることによって、妨害信号に対する頑健性が増し、消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現できるのは、次に示す理由による。まず、参照信号をxS(k)、適応フィルタ204の出力をn1(k)とする。また、雑音源信号をn0(k)、音声源信号S(k)、雑音源から入力端子201までの音響経路の特性ベクトル(インパルス応答)をH1と表す。説明を簡単にするために、この音響経路は時不変であると仮定し、時間の概念に相当するサンプル番号kを省略した。適応フィルタの係数ベクトルをW(k)、そのタップ数をM、雑音源信号n0(k)の時系列サンプルからなる雑音源信号ベクトルをN0(k)、音響経路の特性ベクトルの要素をh1(j),j=0,1,,,M−1とすると、W(k)、N0(k)、H1は次式で表される。ここで、[ ]Tは行列の転置を表す。
本実施形態では、この検出にxP(k)とe1(k)の大小関係を利用する。まず、簡単のために、S(k)=0とする。このとき、次式が成り立つ。
これまでの説明では、主信号と出力それぞれの二乗値を用いてきた。しかし、主信号と出力それぞれの二乗値の代わりに絶対値を用いても、同様の効果を得ることができる。
以上の構成により、本実施形態によれば、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。特に、(数式13)を用いて妨害信号S(k)を検出し、検出したときに係数更新量を小さくすることによって、少ない演算量で高い頑健性を達成することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態について、図3を用いて説明する。第2実施形態に係る誤差評価部206は、主信号xP(k)と推定所望信号e1(k)の双方をそのまま比較して、誤差を評価していた。これに対し、本実施形態の誤差評価部306は、主信号xP(k)と推定所望信号e1(k)のいずれか、又は双方を平均化して誤差の評価に用いる。誤差評価部306は、平均値を用いることで、信号の統計的不確定性を吸収し、より正確な評価結果β1(k)を求めることができる。平均値は、FIRフィルタに基づく平均(スライド窓を用いた移動平均)やIIRフィルタに基づく平均(漏れ積分)などを用いて算出できる。推定所望信号e1 2(k)の平均値をe1 2(k)バーとすると、e1 2(k)バーは次の(数式14)で記述できる。
図3は、本実施形態に係る誤差評価部306の内部構成を示すブロック図である。ここで、誤差評価部306は、平均部361、362、及び評価結果算出部363を備えている。平均部361は、推定所望信号e1(k)を受けてその二乗値を求め、それを平均化して評価結果算出部363へ供給する。平均部361は、二乗値の代わりに推定所望信号e1(k)の絶対値を求め、それを平均化した上で評価結果算出部363へ供給してもよい。これらの特殊な場合として、平均部361は、平均化を1サンプルに対して行えば、それぞれ、二乗値又は絶対値の瞬時値を評価結果算出部363へ供給することもできる。平均部362は、主信号xP(k)に対して、平均部361とまったく同じ動作をし、同様に平均部362の出力は、評価結果算出部363へ供給される。
平均化操作は、スライド窓を用いた平均化や漏れ積分によって実現することができる。推定所望信号e1(k)の平均値(推定第1信号平均値)と主信号xP(k)の平均値(第1混在信号平均値)をそれぞれ、e1 2(k)バーとxP 2(k)バーとすると、平均部361の出力であるe1 2(k)バーは、(数式14)又は(数式15)に示した通りである。R及びγの値は、(数式14)又は(数式15)で用いた値と異なってよい。また、平均部362の出力であるxP 2(k)バーは、以下の(数式16)又は(数式17)で記述できる。
評価結果算出部363は、平均部361と平均部362の出力である出力パワー平均値e1 2(k)バーと主信号パワー平均値xP 2(k)バーを受けて、以下の(数式18)に示すように評価結果Γ(k)を計算する。
以上のように平均値を用いて誤差評価を行なえば、信号の統計的不確定性を吸収し、より正確な評価結果β1(k)を求めることができる。
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態としての雑音消去装置400について、図4を用いて説明する。第2実施形態と比べた場合、本実施形態に係る雑音消去装置400は、SNR(Signal−Noise Ratio)推定部408が設けられ、ステップサイズ制御部207がステップサイズ制御部407に置換されている点で第2実施形態と異なる。他の構成は第2実施形態と同じであるため、ここでは同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図4において、SNR推定部408は、推定所望信号e1(k)の、適応フィルタ204の出力である擬似雑音信号n1(k)に対する比を、SNR推定値SNR1(k)として求める比出力部として機能する。雑音消去装置400は、推定所望信号e1(k)を音声源信号S(k)の推定値として利用することができる。また、雑音消去装置400は、擬似雑音信号n1(k)を主信号に含まれる雑音成分H1 T*N0(k)の推定値として利用することができる。したがって、SNR推定部408は、これらの比を第1のSNR推定値とすることができる。
ステップサイズ制御部407は、係数更新量μ1(k)を次式によって計算し、適応フィルタ204に伝達する。
ステップサイズ制御部407は、まず、誤差評価部206から供給された信号α1(k)に基づいて、第2実施形態で説明したようにμ0・α1(k)としてμ1(k)の値を決定する。ステップサイズ制御部407は、このようにして決定されたμ1(k)の値を、SNR推定部408から供給されたSNR推定値SNR1(k)に基づいた値m1(k)=Φ1{SNR1(k)}でさらに補正する。
関数Φ1{ }の最も簡単な例は、右下がりの直線であり、(数式22)〜(数式24)で表すことができる。
適応フィルタ204は、ステップサイズ制御部407から供給されたμ1(k)を、係数更新ステップサイズとして用いて、係数更新を行う。適応フィルタ204は、(数式20)に示すように、α1(k)及びSNR1(k)で補正された係数更新ステップサイズを用いることによって、係数更新に対する妨害信号が存在するときに係数更新量を小さくすることができる。
以上の構成により、本実施形態によれば、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態としての雑音消去装置500について、図5を用いて説明する。第2実施形態と比べた場合、本実施形態に係る雑音消去装置500は、主信号xP(k)として近端信号(近端音声)とエコーの混じった信号を受ける。また、雑音消去装置500は、参照信号xS(k)としてエコー発生の原因となる遠端信号を受ける。そして、雑音消去装置500は、適応フィルタ204によって擬似エコーを生成し、これを主信号から減算することによって主信号中のエコーを消去する。
図5においては、入力端子202が出力端子502に置換されている点、さらに適応フィルタ204の入力が入力端子501から供給される点で第2実施形態と異なる。入力端子501に供給された遠端信号は適応フィルタ204に供給されると同時に、出力端子502にも供給される。出力端子502はスピーカー550に接続され、入力端子201に接続されたマイクロホン551に回り込む信号が、結果的にエコーとなる。そこで、本実施形態に係る雑音消去装置500は、ノイズの代わりにエコーを消去するためのエコー消去装置として動作する。これ以外の構成は第2実施形態と同様であるため、ここでは同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
以上の構成により、本実施形態によれば、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残りエコーと出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態としての雑音消去装置600について、図6を用いて説明する。本実施形態においては、SNR推定部408が追加された点で、上述の第5実施形態と異なる。これ以外の構成は第5実施形態と同様であるため、ここでは同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
本実施形態によれば、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残りエコーと出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。
[第7実施形態]
これまでの説明では、雑音源近傍において参照信号の捕捉を行うことによって、参照信号は雑音そのものであると仮定してきた。しかし、現実にはこの条件を満たすことのできない場合が存在する。このような場合には、参照信号は雑音とそれに混入する音声信号から構成される。このような参照信号に対する音声信号の混入成分はクロストークと呼ばれる。クロストークが存在する際の雑音消去装置の構成が、WO2005/024787に開示されている。
本実施形態では、雑音の消去と同様に、クロストークを消去するための第2の適応フィルタが導入される。雑音消去装置700は、音声信号源から参照入力端子に至る音響経路(クロストークパス)のインパルス応答を近似する第2の適応フィルタを用いて、参照入力端子において混入する音声信号成分に対応した擬似音声信号を生成する。そして、雑音消去装置700は、参照入力端子に入力された信号(参照信号)からこの擬似音声信号を差し引くことによって、音声信号成分(クロストーク)を消去する。
本発明の第7実施形態としての雑音消去装置700について、図7を用いて説明する。第2実施形態と比べた場合、本実施形態に係る雑音消去装置700は、減算器203、適応フィルタ204、誤差評価部206、ステップサイズ制御部207に加えて、減算器703、適応フィルタ704、誤差評価部706、ステップサイズ制御部707とを備える。その他の構成及び動作は、第2実施形態と同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
雑音消去装置700は、消去しようとするクロストークに相関のある信号(出力端子205における出力=推定所望信号)を適応フィルタで変形して擬似クロストークn2(k)を生成する。そして、雑音消去装置700は、これを音声と雑音の混在した参照信号から減算することで、クロストークの消去を行う。雑音消去装置700は、クロストーク消去結果に基づいて適応フィルタの係数更新を行う際に、減算前後の信号を比較し、減算後の信号が減算前より小さくないときにこれを異常事態と判定し、係数更新量を小さくする。
入力端子202には、音声と雑音の混在した参照信号が、サンプル値系列として供給される。参照信号は、減算器703と誤差評価部706に伝達される。
適応フィルタ704には、出力端子205から推定所望信号e1(k)が供給される。適応フィルタ704は、推定所望信号e1(k)とフィルタ係数の畳込み演算を行い、その結果を擬似クロストークn2(k)として減算器703に伝達する。
減算器703には、入力端子202から参照信号xS(k)が供給され、適応フィルタ704から擬似クロストークn2(k)が供給される。減算器703は、参照信号xS(k)から擬似クロストークn2(k)を減算し、その結果を適応フィルタ204及び誤差評価部706に伝達すると同時に適応フィルタ704に帰還する。
誤差評価部706及びステップサイズ制御部707の動作は、第2実施形態において説明した誤差評価部206及びステップサイズ制御部207の動作と等しいので、詳細な説明を省略する。
以上の構成により、本実施形態によれば、クロストークの存在する状況において、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。
[第8実施形態]
本発明の第8実施形態としての雑音消去装置800について、図8を用いて説明する。第7実施形態と比べた場合、本実施形態に係る雑音消去装置800は、さらにSNR推定部408、808を備える。
雑音消去装置800は、消去しようとするクロストークと相関のある信号(出力端子205における出力=音声の推定値)を適応フィルタで変形して擬似クロストークを生成する。そして、雑音消去装置800は、これを音声の重畳した雑音から減算することで、クロストークの消去を行う。雑音消去装置800は、クロストーク消去結果に基づいて適応フィルタの係数更新を行う際に、減算前後の信号を比較し、減算後の信号が減算前より小さくないときにこれを異常事態と判定し、係数更新量を小さくする。さらに、雑音消去装置800は、SNR推定部808から供給される第2のSNR推定値、すなわち、入力端子202における雑音成分と音声信号成分の比に基づいて、係数更新量を制御する。
なお、ここでは、減算器703の理想的な出力は、雑音であることに注意する必要がある。このため、適応フィルタ704の係数更新によって変化する成分は消し残りのクロストークとなり、影響を受けない雑音成分は、適応フィルタ704の係数更新における妨害成分となる。これらの関係から、SNR推定部808から供給される第2のSNR推定値SNR2(k)は、入力端子202における音声信号成分対雑音成分の比ではなく、雑音成分対クロストーク成分の比(雑音対クロストーク比)となる。
図8において、SNR推定部808は、減算器703の出力である推定雑音信号e2(k)の、適応フィルタ704の出力n2(k)に対する比を、第2のSNR推定値SNR2(k)として求める。
推定雑音信号e2(k)は雑音n0(k)の推定値として、適応フィルタ704の出力n2(k)は第2混在信号xS(k)に含まれるクロストーク成分の推定値として、利用することができる。
したがって、これらの比をSNR推定値SNR2(k)(雑音対クロストーク比推定値)とすることができる。SNR推定部808は、求めたSNR推定値SNR2(k)を、ステップサイズ制御部807に供給する。
SNR推定部808は、第4実施形態で図4を用いて説明したSNR推定部408の構成とまったく等しくすることができるので、詳細な説明を省略する。
次に、ステップサイズ制御部807の動作を、すでに第4実施形態で説明したステップサイズ制御部407の動作に沿って説明する。
ステップサイズ制御部807には、誤差評価部706から雑音n0(k)の存在を表す信号β2(k)が供給される。また、ステップサイズ制御部807には、SNR推定部808からSNR推定値SNR2(k)が供給される。ステップサイズ制御部807は、これらの情報に基づいた値μ2(k)を次式によって計算し、適応フィルタ704に伝達する。
μ2(k)の値はまず、誤差評価部706から供給された信号α2(k)に基づいて、第4実施形態で説明したようにμ0・α2(k)として決定される。このようにして決定されたμ2(k)の値は、SNR推定部808から供給されたSNR推定値SNR2(k)に基づいた値m2(k)=Φ2{SNR2(k)}でさらに補正される。
関数Φ2{ }の最も簡単な例は、右下がりの直線であり、(数式30)〜(数式32)で表すことができる。
適応フィルタ704は、ステップサイズ制御部807から供給されたμ2(k)を、係数更新ステップサイズとして用いて、係数更新を行う。適応フィルタ704は、(数式28)に示すように、α2(k)及びSNR2(k)で補正された係数更新ステップサイズを用いることによって、係数更新に対する妨害信号が存在するときに係数更新量を小さくすることができる。
以上の構成により、本実施形態によれば、クロストークの存在する状況において、妨害信号に対する頑健性が強く、消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。主信号や参照信号における広範囲な所望信号対雑音比の入力信号に対して、環境変化への追従性が高く、出力歪の少ない雑音消去を達成することができる。
[第9実施形態]
本発明の第9実施形態としての雑音消去装置900について、図9に示す。本実施形態では、第2実施形態に示した雑音消去装置200の構成に加えて減算器903を備えている。減算器903は、参照信号xS(k)を入力して、推定所望信号e1(k)を減算することにより、参照信号の雑音成分を推定し、さらに適応フィルタ204でフィルタ処理することで擬似雑音信号n1(k)を求めている。
本実施形態によれば、より精度良く消し残り雑音と出力信号の歪が少ない信号処理を実現することができる。
[他の実施形態]
以上、本発明の複数の実施形態について詳述したが、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステム又は装置も、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されても良いし、単体の装置に適用されても良い。さらに、本発明は、上述の実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。そのようなプログラムは、信号処理装置あるいは雑音消去装置を構成するDSP(Digital Signal Processor)などのプロセッサで実行される。さらには、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、ある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(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。
図10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1000の構成図である。コンピュータ1000は、入力部1001と、CPU1002と、出力部1003と、メモリ1004とを含む。
CPU1002は、メモリ1004に記憶された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1000の動作を制御する。すなわち、信号処理プログラムを実行したCPU1002は、ステップS1011において、まず、入力部1001から、所望信号と雑音とが混在した主信号を入力し、所望信号と雑音とが主信号とは異なる割合で混在した参照信号を入力する。次に、CPU1002は、ステップS1013において、適応フィルタを用いて、参照信号に対し、推定所望信号に基づいて更新される係数を用いてフィルタ処理を施し、擬似雑音信号を求める。
さらに、CPU1002は、ステップS1015において、主信号から擬似雑音信号を減算して誤差を出力する。CPU1002は、ステップS1019において、主信号の値と誤差の値とを比較し、誤差の値が主信号の値よりも大きい場合には、ステップS1021に進み、誤差の値が主信号の値よりも小さい場合と比較して、係数の更新量を小さくする。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。
(付記1)
第1信号を入力する第1入力手段と、
前記第1信号と前記第2信号とが、前記第1混在信号とは異なる割合で混在した第2混在信号を入力する第2入力手段と、
前記第1混在信号を出力する第1減算手段と、
前記擬似第2信号を求めるため、前記第2混在信号に対し、前記推定第1信号に基づいて更新される第1係数を用いてフィルタ処理を施す第1適応フィルタと、
前記第1混在信号の値とを比較する第1比較手段と、
前記第1比較手段による比較の結果、前記推定第1信号の値よりも小さい場合に比べて、前記係数の更新量を小さくするための第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力する第1制御手段と、
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適応フィルタは、前記第2混在信号を入力と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1比較手段は、前記第1混在信号の値を平均化して推定第1信号平均値を求め、前記第1混在信号平均値と前記推定第1信号平均値とを比較し、
前記第1制御手段は、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が大きい場合には、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が小さい場合に比べて、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくするための第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力することを特徴とする付記1又は2に記載の信号処理装置。
(付記4)
前記推定第1信号に対する比を、第1比として出力する第1比出力部をさらに備え、
前記第1制御手段は、前記第1比の値が大きいときには、前記第1比の値が小さいときと比較して、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくするための前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記5)
前記第1信号が近端信号であり、
前記第2信号が前記近端信号と相関のない遠端信号であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記6)
前記第1適応フィルタは、前記第2混在信号に基づく推定第2信号を入力とし、
前記第2混在信号に混在すると推定される擬似第1信号を出力する第2減算手段と、
前記擬似第1信号に基づいて更新される第2係数を用いてフィルタ処理を施す第2適応フィルタと、
前記第2混在信号の値とを比較する第2比較手段と、
前記第2比較手段による比較の結果、前記推定第2信号の値よりも小さい場合に比べて、前記第2係数の更新量を小さくするための第2制御信号を前記第2適応フィルタに出力する第2制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする付記1に記載の信号処理装置。
(付記7)
前記第1比較手段は、前記第1混在信号の値を平均化して推定第1信号平均値を求め、前記第1混在信号平均値と前記推定第1信号平均値とを比較し、
前記第1制御手段は、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が大きい場合には、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が小さい場合に比べて、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくするための第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力し、
前記第2比較手段は、前記第2混在信号の値を平均化して推定第2信号平均値を求め、前記第2混在信号平均値と前記推定第2信号平均値とを比較し、
前記第2制御手段は、前記第2混在信号平均値よりも前記推定第2信号平均値が大きい場合には、前記第2混在信号平均値よりも前記推定第2信号平均値が小さい場合に比べて、前記第2適応フィルタの係数更新量を小さくするための第2制御信号を前記第2適応フィルタに出力することを特徴とする付記6に記載の信号処理装置。
(付記8)
前記推定第2信号に対する比を、第2比として出力する第2比出力部をさらに備え、
前記第2制御手段は、前記第2比の値が大きいときには、前記第2比の値が小さいときと比較して、前記第2適応フィルタの係数更新量を小さくするための前記第2制御信号を前記第2適応フィルタに出力することを特徴とする付記6又は7に記載の信号処理装置。
(付記9)
前記第1信号は所望音声信号であり、前記第2信号は雑音信号であって、
前記第1混在信号は前記所望音声信号が前記雑音信号より多く混在した信号であり、前記第2混在信号は前記雑音信号が前記所望音声信号より多く混在した信号であることを特徴とする付記1乃至8のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記10)
第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成し、
前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号を用いて、第1適応フィルタにより、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を求める際に、
前記推定第1信号が前記第1混在信号より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの係数の更新量を小さくすることを特徴とする信号処理方法。
(付記11)
前記第1適応フィルタは、前記第2混在信号を入力して前記擬似第2信号を生成することを特徴とする付記10に記載の信号処理方法。
(付記12)
前記第1混在信号の値を平均化して推定第1信号平均値を求め、前記第1混在信号平均値と前記推定第1信号平均値とを比較し、
前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が大きい場合には、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が小さい場合に比べて、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくすることを特徴とする付記10又は11に記載の信号処理方法。
(付記13)
前記推定第1信号に対する比を、第1比として出力し、
前記第1比の値が大きいときには、前記第1比の値が小さいときと比較して、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくすることを特徴とする付記10乃至12のいずれか1項に記載の信号処理方法。
(付記14)
前記第1信号が近端信号であり、
前記第2信号が前記近端信号と相関のない遠端信号である
ことを特徴とする付記10乃至13のいずれか1項に記載の信号処理方法。
(付記15)
前記第1適応フィルタは、前記第2混在信号に基づく推定第2信号を入力とし、
前記第2混在信号に混在すると推定される擬似第1信号を生成し、
前記推定第1信号を求める際に、
前記推定第2信号の値よりも小さい場合と比較して、前記第2係数の更新量を小さくすることを特徴とする付記10に記載の信号処理方法。
(付記16)
前記第1混在信号の値を平均化して推定第1信号平均値を求め、前記第1混在信号平均値と前記推定第1信号平均値とを比較し、
前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が大きい場合には、前記第1混在信号平均値よりも前記推定第1信号平均値が小さい場合に比べて、前記第1適応フィルタの係数更新量を小さくし、
前記第2混在信号の値を平均化して推定第2信号平均値を求め、前記第2混在信号平均値と前記推定第2信号平均値とを比較し、
前記第2混在信号平均値よりも前記推定第2信号平均値が大きい場合には、前記第2混在信号平均値よりも前記推定第2信号平均値が小さい場合に比べて、前記第2適応フィルタの係数更新量を小さくすることを特徴とする付記15に記載の信号処理方法。
(付記17)
前記推定第2信号に対する比を、第2比として出力し、
前記第2比の値が大きいときには、前記第2比の値が小さいときと比較して、前記第2適応フィルタの係数更新量を小さくすることを特徴とする付記15又は16に記載の信号処理装置。
(付記18)
前記第1信号は所望音声信号であり、前記第2信号は雑音信号であって、
前記第1混在信号は前記所望音声信号が前記雑音信号より多く混在した信号であり、前記第2混在信号は前記雑音信号が前記所望音声信号より多く混在した信号であることを特徴とする付記10乃至17のいずれか1項に記載の信号処理方法。
(付記19)
コンピュータに、
第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号を用いて、第1適応フィルタにより前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を求める際に、
前記推定第1信号が前記第1混在信号より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの係数の更新量を小さくするステップと、
を実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
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うる様々な変更をすることができる。
この出願は、2010年10月8日に出願された日本出願特願2010−228655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。
102 第2入力部
201,202,501 入力端子
103 減算部
203、703 減算器
104,204、704 適応フィルタ
205 出力端子
106 比較部
206、706 誤差評価部
107 係数更新制御部
207、707 ステップサイズ制御部
408、808 SNR推定部
361,362 平均部
363 評価結果算出部
550 スピーカ
551 マイク
Claims (8)
- 第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号を入力する第1入力手段と、
前記第1信号と前記第2信号とが、前記第1混在信号とは異なる割合で混在した第2混在信号を入力する第2入力手段と、
前記第1混在信号から擬似第2信号を減算して、推定第1信号を出力する第1減算手段と、
前記第2混在信号に対し、第1制御信号により更新される第1係数を用いてフィルタ処理を施し、前記擬似第2信号を生成する第1適応フィルタと、
前記推定第1信号の瞬時値と、前記第1混在信号の瞬時値とを比較する第1比較手段と、
前記第1比較手段による比較の結果、前記第1混在信号の瞬時値よりも前記推定第1信号の瞬時値の方が大きい場合に、前記第1混在信号よりも前記推定第1信号の値の方が小さい場合に比べて、前記第1係数の更新量を小さくするための前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力する第1制御手段と、
を備える信号処理装置。 - 前記第1適応フィルタは、前記第2混在信号を入力とする
請求項1に記載の信号処理装置。 - 前記推定第1信号の、前記擬似第2信号に対する比を、第1比として出力する第1比出力部をさらに備え、
前記第1制御手段は、前記第1比の値が大きいときには、前記第1比の値が小さいときと比較して、前記第1係数の更新量を小さくするための前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力する
請求項1または2に記載の信号処理装置。 - 前記第1信号が近端信号であり、
前記第2信号が前記近端信号と相関のない遠端信号である
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の信号処理装置。 - 前記第1適応フィルタは、前記第2混在信号に基づく推定第2信号を入力とし、
前記第2混在信号に混在すると推定される擬似第1信号を、前記第2混在信号から減算した前記推定第2信号を出力する第2減算手段と、
前記推定第2信号に基づいて更新される第2係数を用いてフィルタ処理を施す第2適応フィルタと、
前記推定第2信号の瞬時値と、前記第2混在信号の瞬時値とを比較する第2比較手段と、
前記第2比較手段による比較の結果、前記第2混在信号の瞬時値よりも前記推定第2信号の瞬時値の方が大きい場合に、前記第2混在信号の値よりも前記推定第2信号の値の方が小さい場合に比べて、前記第2係数の更新量を小さくするための第2制御信号を前記第2適応フィルタに出力する第2制御手段と、
をさらに備える請求項1に記載の信号処理装置。 - 前記推定第2信号の、前記擬似第1信号に対する比を、第2比として出力する第2比出力部をさらに備え、
前記第2制御手段は、前記第2比の値が大きいときには、前記第2比の値が小さいときと比較して、前記第2係数の更新量を小さくするための前記第2制御信号を前記第2適応フィルタに出力する
請求項5に記載の信号処理装置。 - 第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成し、
前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号に対して、第1適応フィルタにより、第1制御信号により更新される係数を用いてフィルタ処理を施して、前記第1混在信号に混在すると推定される前記擬似第2信号を求め、
前記推定第1信号の瞬時値が前記第1混在信号の瞬時値より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの前記係数の更新量を小さくする前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力する
信号処理方法。 - 第1信号と第2信号とが混在した第1混在信号から、前記第1混在信号に混在すると推定される擬似第2信号を減算して、推定第1信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とが前記第1混在信号と異なる割合で混在した第2混在信号に対して、第1適応フィルタにより、第1制御信号により更新される係数を用いてフィルタ処理を施して、前記第1混在信号に混在すると推定される前記擬似第2信号を求め、
前記推定第1信号の瞬時値が前記第1混在信号の瞬時値より大きい場合には、前記推定第1信号が前記第1混在信号より小さい場合と比較して、前記第1適応フィルタの前記係数の更新量を小さくする前記第1制御信号を前記第1適応フィルタに出力するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
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