JP6482173B2 - 音響信号処理装置およびその方法 - Google Patents
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Description
第一の音成分と第二の音成分とを含む音響信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力される前記音響信号に基づいて、時間と信号周波数の関係を示す第一の時間周波数信号であって、前記第二の音成分が集中する周波数帯域とは異なる第一の周波数帯域に対応する第一の時間周波数信号を取得する第一取得手段と、
時間周波数信号から非負値の基底行列とアクティビティ行列とが生成される所定の信号処理を前記第一取得手段により取得される前記第一の時間周波数信号に対して実行することで、第一のアクティビティ行列を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成される前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルを含む第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とが生成されるように、前記第一の周波数帯域に含まれない周波数を含む第二の周波数帯域に対応する第二の時間周波数信号に対して前記所定の信号処理を実行することで、前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得される前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とに基づいて、前記音響信号から前記第二の音成分が低減された低減音響信号を出力する出力手段とを有することを特徴とする。
図1のブロック図により実施例1の音響信号処理装置の構成例を示す。
|Y| ≒ HU …(1)
ここで、Yはスペクトログラム、
Hは基底行列、
Uはアクティビティ行列。
H = [h1, h2, …, hK] …(2)
U = [u1, u2, …, uK]T …(3)
ここで、Tは転置行列を表す。
U = [U1 U2]T …(4)
|Y1| = H1U1
|Y2| = H2U2 …(5)
ここで、H1はU1に対応する基底行列、
H2はU2に対応する基底行列。
図3のフローチャートにより実施例1の音響信号処理装置における音響信号処理を説明する。
上記では、時間周波数変換、帯域分割の順に処理する例を説明したが、時間周波数変換と帯域分割の順番は逆でもよい。図4のブロック図により音響信号処理装置の変形例を示す。
上記では、第二のNMF部150は、時間周波数変換部120の出力にNMFを施す例を説明した。しかし、NMF部150は、帯域分割部130から出力される帯域信号A以外の周波数帯域の帯域信号BにNMFを施せばよい。例えば、雑音と音声を分離する場合、雑音の影響が少ない帯域信号が帯域信号Aに相当し、雑音と音声が混合した帯域信号が帯域信号Bに相当する。
上記では、分離部160において分離されたスペクトログラムY1とY2から分離信号(音声信号と雑音信号)を生成する例を説明した。しかし、分離部160の出力を用いて混合信号を分離するフィルタを生成し、入力信号をフィルタリング処理することで、音源分離を行ってもよい。
if (|Y1|t, f>|Y2|t, f) {
BM1 =‘1’;
BM2 =‘0’;
} else {
BM1 =‘0’;
BM2 =‘1’;
} …(6)
ここで、tはスペクトログラムの時間フレーム、
fはスペクトログラムの周波数ビン。
|Zn|t, f = |Y|t, f*BMnt, f …(7)
ここで、Yは混合信号のスペクトログラム、
Zは出力されるスペクトログラム、
n = 1, 2。
上記では、入力部110が混合信号が記録された音響データを入力する例を説明したが、入力部110はマイクロホンが収音した混合信号を入力し、入力した混合信号をADCしたディジタル信号を出力してもよい。その場合、一連の処理は、所定の時間幅ごとに行われるようにするとよい。
|Ysup|= H1U1 + αH2U2 …(8)
ここで、αは抑圧係数(0≦α<1)。
上記では、雑音強度判定部210が非音声区間の信号から風雑音強度を判定する例を説明したが、低周波数域と高周波数域の信号振幅(あるいはパワー)の比から風雑音強度を判定してもよい。
|YC|= HCUC
|YD|= HDUD …(9)
ただし、|Y|=|YC|+|YD|。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (22)
- 第一の音成分と第二の音成分とを含む音響信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力される前記音響信号に基づいて、時間と信号周波数の関係を示す第一の時間周波数信号であって、前記第二の音成分が集中する周波数帯域とは異なる第一の周波数帯域に対応する第一の時間周波数信号を取得する第一取得手段と、
時間周波数信号から非負値の基底行列とアクティビティ行列とが生成される所定の信号処理を前記第一取得手段により取得される前記第一の時間周波数信号に対して実行することで、第一のアクティビティ行列を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成される前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルを含む第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とが生成されるように、前記第一の周波数帯域に含まれない周波数を含む第二の周波数帯域に対応する第二の時間周波数信号に対して前記所定の信号処理を実行することで、前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得される前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とに基づいて、前記音響信号から前記第二の音成分が低減された低減音響信号を出力する出力手段とを有することを特徴とする音響信号処理装置。 - 第一の音成分と第二の音成分とを含む音響信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力される前記音響信号に基づいて、時間と信号周波数の関係を示す第一の時間周波数信号であって、前記第二の音成分が集中する周波数帯域とは異なる第一の周波数帯域に対応する第一の時間周波数信号を取得する第一取得手段と、
時間周波数信号から非負値の基底行列とアクティビティ行列とが生成される所定の信号処理を前記第一取得手段により取得される前記第一の時間周波数信号に対して実行することで、第一のアクティビティ行列を生成する生成手段と、
前記第一の周波数帯域に含まれない周波数を含む第二の周波数帯域に対応する第二の時間周波数信号に対して前記所定の信号処理を実行することで得られるアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルから、前記生成手段により生成される前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルと相関がある1以上のアクティビティベクトルを抽出することで、前記1以上のアクティビティベクトルを含む第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得される前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とに基づいて、前記音響信号から前記第二の音成分が低減された低減音響信号を出力する出力手段とを有することを特徴とする音響信号処理装置。 - 前記第一取得手段は、前記入力手段により入力される前記音響信号から前記第一の周波数帯域に対応する信号を抽出し、且つ、当該抽出された信号を変換することで前記第一の時間周波数信号を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の音響信号処理装置。
- 前記第二取得手段により取得される前記第二のアクティビティ行列に基づいて前記第一の音成分に対応する時間周波数信号を生成する第二生成手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された音響信号処理装置。
- 前記第一の音成分に対応する時間周波数信号からフィルタを生成し、且つ、前記音響信号を変換することで得られる時間周波数信号に対して当該生成されたフィルタを適用するフィルタ手段を有することを特徴とする請求項4に記載された音響信号処理装置。
- 前記入力手段により入力される前記音響信号に含まれる前記第二の音成分の強度を判定する判定手段を有し、
前記第一取得手段は、前記音響信号を時間周波数信号に変換し、且つ、前記判定手段により判定される前記第二の音成分の強度に応じて当該変換された時間周波数信号から前記第一の時間周波数信号を抽出することで、前記第一の時間周波数信号を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の音響信号処理装置。 - 前記第二取得手段はさらに、前記第二の時間周波数信号に対する前記所定の信号処理により得られるアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルから、前記生成手段により生成される前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルと相関がないアクティビティベクトルを抽出することで、当該相関がないアクティビティベクトルを含む第三のアクティビティ行列と前記第三のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得することを特徴とする請求項2に記載の音響信号処理装置。
- 前記第二のアクティビティ行列が含むアクティビティベクトルの数は、前記第一のアクティビティ行列が含むアクティビティベクトルの数よりも多いことを特徴とする請求項7に記載された音響信号処理装置。
- 前記所定の信号処理は、非負値行列因子分解、非負値行列因子デコンボリューション、及び複素非負値行列因子分解の何れかであることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の音響信号処理装置。
- 前記第一の音成分は音声に対応する成分であり、前記第二の音成分は雑音に対応する成分であることを特徴とする請求項1から請求項9の何れか一項に記載された音響信号処理装置。
- 前記音響信号の前記第一の周波数帯域に含まれる前記第二の音成分は、前記音響信号の前記第二の周波数帯域に含まれる前記第二の音成分より少ないことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の音響信号処理装置。
- 第一の音成分と第二の音成分とを含む音響信号を入力し、
前記音響信号に基づいて、時間と信号周波数の関係を示す第一の時間周波数信号であって、前記第二の音成分が集中する周波数帯域とは異なる第一の周波数帯域に対応する第一の時間周波数信号を取得し、
時間周波数信号から非負値の基底行列とアクティビティ行列とが生成される所定の信号処理を前記第一の時間周波数信号に対して実行することで、第一のアクティビティ行列を生成し、
前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルを含む第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とが生成されるように、前記第一の周波数帯域に含まれない周波数を含む第二の周波数帯域に対応する第二の時間周波数信号に対して前記所定の信号処理を実行することで、前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得し、
前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とに基づいて、前記音響信号から前記第二の音成分が低減された低減音響信号を出力することを特徴とする音響信号処理方法。 - 第一の音成分と第二の音成分とを含む音響信号を入力し、
前記音響信号に基づいて、時間と信号周波数の関係を示す第一の時間周波数信号であって、前記第二の音成分が集中する周波数帯域とは異なる第一の周波数帯域に対応する第一の時間周波数信号を取得し、
時間周波数信号から非負値の基底行列とアクティビティ行列とが生成される所定の信号処理を前記第一の時間周波数信号に対して実行することで、第一のアクティビティ行列を生成し、
前記第一の周波数帯域に含まれない周波数を含む第二の周波数帯域に対応する第二の時間周波数信号に対して前記所定を実行することで得られるアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルから、前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルと相関がある1以上のアクティビティベクトルを抽出することで、前記1以上のアクティビティベクトルを含む第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得し、
前記第二のアクティビティ行列と前記第二のアクティビティ行列に対応する基底行列とに基づいて、前記音響信号から前記第二の音成分が低減された低減音響信号を出力することを特徴とする音響信号処理方法。 - 前記音響信号に含まれる前記第二の音成分の強度を判定し、
前記第一の時間周波数信号の取得においては、前記音響信号を時間周波数信号に変換し、且つ、判定された前記第二の音成分の強度に応じて前記時間周波数信号から前記第一の時間周波数信号を抽出することを特徴とする請求項12又は13に記載の音響信号処理方法。 - 前記第二の時間周波数信号に対する前記所定の信号処理により得られるアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルから、前記第一のアクティビティ行列に含まれるアクティビティベクトルと相関がないアクティビティベクトルを抽出することで、当該相関がないアクティビティベクトルを含む第三のアクティビティ行列と前記第三のアクティビティ行列に対応する基底行列とを取得することを特徴とする請求項13に記載の音響信号処理方法。
- 第一の音成分と第一周波数帯に多く存在する第二の音成分とを含む音響信号に基づくスペクトログラムであって、前記第二の音成分が少ない第二周波数帯に対応するスペクトログラムに対して、非負値行列因子分解を行う第一処理手段と、
前記第一周波数帯及び前記第二周波数帯を含む周波数帯に対応する前記音響信号のスペクトログラムに対して、前記第一処理手段による非負値行列因子分解により得られるアクティビティベクトルを教師アクティビティに用いて非負値行列因子分解を行う第二処理手段と、
前記第二処理手段による非負値行列因子分解の結果を用いて前記音響信号から前記第一の音成分及び前記第二の音成分の少なくとも何れかを取得する取得手段とを有することを特徴とする音響信号処理装置。 - 前記第一周波数帯は、前記第二周波数帯より周波数が低いことを特徴とする請求項16に記載された音響信号処理装置。
- 前記音響信号の前記第二周波数帯に含まれる前記第二の音成分は、前記音響信号の前記第一周波数帯に含まれる前記第二の音成分より少ないことを特徴とする請求項16または請求項17に記載された音響信号処理装置。
- 前記音響信号の前記第二周波数帯には、前記第二の音成分は含まれないことを特徴とする請求項16から請求項18の何れか一項に記載された音響信号処理装置。
- 前記第一の音成分は、音声に対応する成分であり、
前記第二の音成分は、風雑音に対応する成分であることを特徴とする請求項16から請求項19の何れか一項に記載された音響信号処理装置。 - コンピュータを請求項1から請求項11および請求項16から請求項20の何れか一項に記載された音響信号処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
- 請求項21に記載されたプログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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