JP6597062B2 - 雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラム - Google Patents

Description

本発明は、音声信号と周期性雑音信号とが混在する入力信号の周期性雑音信号を低減させる雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムに関する。

例えば、消防士が火災現場へと出動する際や火災現場で消火活動を行う際に、無線機を使用することがある。消防士が無線機を使用して他の消防士や本部の隊員と通話するとき、音声に周期性雑音であるサイレン音が混入することがある。

この場合、送信側の無線機から音声信号と周期性雑音信号とが混在した信号が受信側の無線機へと送信される。よって、受信側の無線機を所持する消防士または隊員は、音声を十分に聞き取れないことがある。

特開２００３−５８１８６号公報 特開２０１２−１２８４１１号公報

特許文献１には、音声信号と周期性雑音信号とが混在する入力信号から周期性雑音信号を低減させる雑音低減装置が記載されている。特許文献１に記載の雑音低減装置は、入力信号を周波数領域の信号に変換して周期性雑音を検出し、周期性雑音信号を抑圧する。

周波数変化の速度が比較的遅い周期性雑音の場合には、特許文献１に記載されている周波数領域の信号に変換する方法で周期性雑音信号を低減させることができる。しかしながら、周波数変化の速度が比較的速い周期性雑音の場合には、特許文献１に記載されている周波数領域の信号に変換する方法で周期性雑音信号を低減させることができない。

そこで、周波数変化の速度が比較的速い周期性雑音であっても、周期性雑音信号を低減させることができる雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムが求められる。

本発明は、周期性雑音の周波数変化が比較的速くても、周期性雑音信号を効果的に低減させることができる雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成するフレーム生成部と、前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号を記憶するリファレンス信号記憶部と、前記フレーム信号と前記リファレンス信号との相関値を算出する相関値算出部と、前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定する相関候補位置決定部と、前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、雑音低減処理された出力信号の候補である複数の候補出力信号を生成する雑音低減処理部と、前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号と決定して出力する出力信号決定部とを備えることを特徴とする雑音低減装置を提供する。

また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成し、前記フレーム信号と、前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号との相関値を算出し、前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定し、前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、雑音低減処理された出力信号の候補である複数の候補出力信号を生成し、前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号として選択することを特徴とする雑音低減方法を提供する。

さらに、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、コンピュータに、入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成するステップと、前記フレーム信号と、前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号との相関値を算出するステップと、前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定するステップと、前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、複数の雑音低減処理されたフレーム信号を生成するステップと、前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号として選択するステップとを実行させることを特徴とする雑音低減プログラムを提供する。

本発明の雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムによれば、周期性雑音の周波数変化が比較的速くても、周期性雑音信号を効果的に低減させることができる。

一実施形態の雑音低減装置を示すブロック図である。 入力信号のフレーム化を説明するための波形図である。 入力信号の周波数が時間の進行に伴ってどのように変化するかの一例を示す特性図である。 フレーム信号とリファレンス信号との関係を説明するための特性図である。 図１における相関値算出部８及び相関候補位置決定部９の具体的な動作を説明するための第１の例を示す図である。 図１における相関値算出部８及び相関候補位置決定部９の動作を説明するための第２の例を示す図である。 図１における出力信号決定部１１の動作を説明するための波形図である。 一実施形態の雑音低減装置の動作、一実施形態の雑音低減方法の手順、一実施形態の雑音低減プログラムで実行される処理を説明するためのフローチャートである。 周波数変化が比較的遅い周期性雑音信号と、その周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換した信号を示す特性図である。 周波数変化が比較的速い周期性雑音信号と、その周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換した信号を示す特性図である。

以下、一実施形態の雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムについて、添付図面を参照して説明する。

図１において、マイクロホン１は周囲の音を収音する。マイクロホン１は、無線機等の電子機器の筐体に設けられていてもよいし、電子機器とは別体で電子機器に装着されていてもよい。マイクロホン１が収音する音は、音声にサイレン音等の周期性雑音が混入した音である場合がある。

マイクロホン１は、収音する音を電気信号に変換したアナログ信号Sig1をＡ／Ｄコンバータ２に供給する。

Ａ／Ｄコンバータ２は、入力されたアナログ信号Sig1をデジタル信号に変換する。マイクロホン１がＡ／Ｄコンバータを搭載してデジタル信号を出力する場合には、Ａ／Ｄコンバータ２は不要である。Ａ／Ｄコンバータ２（またはマイクロホン１）からフレーム生成部３へと供給されるデジタル信号が、雑音低減装置によって処理される入力信号Sig2である。

図２は、入力信号Sig2の振幅が時間の進行に伴って変化している様子を示している。図２に示すように、フレーム生成部３は、入力信号Sig2を所定のサンプル数単位で（即ち、所定の時間ごとに）フレーム化して、フレーム信号Sig31，Sig32，Sig33，…を順次生成する。フレーム信号Sig31，Sig32，Sig33，…をフレーム信号Sig3と総称する。

入力信号Sig2のサンプリング周波数が比較的低い場合には、サンプル数が少ないと後述する相関値を正確に算出できないことがある。相関値を正確に算出して周期性雑音を低減させるために、フレーム信号Sig3の時間長を例えば０．０３〜０．０４秒とする。フレーム信号Sig3の時間長（サンプル数）は、入力信号Sig2のサンプリング周波数等の条件に応じて適宜設定すればよい。

フレーム信号Sig3は、音声区間判定部４と、周期性雑音判定部５と、リファレンス信号記憶部７と、相関値算出部８と、雑音低減処理部１０とに供給される。

音声区間判定部４は、入力されたそれぞれのフレーム信号Sig3が音声を含む音声区間であるか否かを判定する。音声区間判定部４は、フレーム単位で音声区間か否かを判定してもよいし、音声を含むフレーム信号Sig3が所定のフレーム数継続した場合に音声区間であると判定してもよい。音声区間判定部４は、例えば、フレーム信号Sig3が人の声の周波数帯域の信号を含むか否かによって音声を含むか否かを判定することができる。音声区間判定部４は、特許文献２に記載されている音声区間の判定方法によって音声区間を判定してもよい。

音声区間判定部４は、フレーム信号Sig3が音声区間であるか否かを示す音声区間判定情報Sig4をリファレンス信号更新制御部６に供給する。

入力信号Sig2が周期性雑音信号を含むとき、入力信号Sig2は一例として図３に模式的に示すように周波数が変化する。本実施形態においては、音声信号に混入して低減の対象とする周期性雑音信号を、図３に示すような周波数変化が比較的速い周期性雑音信号であるとする。

周期性雑音判定部５は、入力されたそれぞれのフレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むか否かを判定する。周期性雑音判定部５は、一例として次のようにしてフレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むか否かを判定すればよい。

周期性雑音判定部５は、過去の複数のフレーム信号Sig3を記憶する。周期性雑音判定部５は、最新のフレーム信号Sig3と過去の複数のフレーム信号Sig3との相関値を算出する。フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むと、相関値信号にはピークが周期的に現れる。周期性雑音判定部５は、相関値信号が周期的なピークを含むとき、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むと判定する。

過去の複数のフレーム信号Sig3の時間長は、最新のフレーム信号Sig3の時間長と周期性雑音の周期との和よりも長い時間に設定するのがよい。また、過去の複数のフレーム信号Sig3の時間長は、周期性雑音の周期の２倍よりも短い時間長がよく、例えば１．５周期程度の時間長とすればよい。

周期性雑音判定部５は、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むか否かを示す雑音判定情報Sig5を、リファレンス信号更新制御部６と、相関値算出部８と、相関候補位置決定部９と、雑音低減処理部１０とに供給する。

リファレンス信号更新制御部６は、音声区間判定情報Sig4と雑音判定情報Sig5とに基づいて、リファレンス信号記憶部７にリファレンス信号Sig7を記憶させるか否かを判定する。リファレンス信号記憶部７に既にリファレンス信号Sig7が記憶されている場合には、リファレンス信号更新制御部６は、音声区間判定情報Sig4と雑音判定情報Sig5とに基づいて、リファレンス信号Sig7を更新させるか否かを判定する。

リファレンス信号記憶部７に記憶されているリファレンス信号Sig7は、フレーム信号Sig3から周期性雑音を除去するために用いられる。よって、リファレンス信号Sig7は、音声信号を含まず、周期性雑音信号のみを含むのがよい。

そこで、リファレンス信号更新制御部６は、音声区間判定情報Sig4が、フレーム信号Sig3が音声区間でないことを示し、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むことを示すとき、リファレンス信号記憶部７にリファレンス信号Sig7を記憶させるか、リファレンス信号Sig7を更新するための制御信号Sig6を生成する。

リファレンス信号Sig7は、最新のフレーム信号Sig3を含まない過去のフレーム信号Sig3に基づいて生成されるのがよい。リファレンス信号更新制御部６には、出力信号決定部１１が出力信号を出力させたタイミングを示すタイミング情報Sig111が入力される。

リファレンス信号更新制御部６は、タイミング情報Sig111に基づいて、最新のフレーム信号Sig3を含まない過去のフレーム信号Sig3をリファレンス信号Sig7としてリファレンス信号記憶部７に記憶させるよう、制御信号Sig6をリファレンス信号記憶部７に供給する。

リファレンス信号記憶部７は、複数のフレーム信号Sig3を巡回的に更新しながら一時記憶する。リファレンス信号記憶部７は、リファレンス信号更新制御部６より制御信号Sig6が入力されたとき、リファレンス信号Sig7が記憶されていなければ、巡回的な一時記憶を停止して、過去の複数のフレーム信号Sig3をリファレンス信号Sig7として保持する。

リファレンス信号記憶部７は、リファレンス信号更新制御部６より制御信号Sig6が入力されたとき、リファレンス信号Sig7が既に記憶されていれば、巡回的な一時記憶を停止して、新たなリファレンス信号Sig7を上書きして更新する。

リファレンス信号Sig7は、周期性雑音信号の少なくとも１周期の時間長を有する信号である。リファレンス信号Sig7は、周期性雑音信号の１周期を超える時間を有する信号とするのがよい。

図４（ａ）及び（ｂ）において、フレーム信号Sig3cは最新のフレーム信号Sig3であり、入力信号Sig2における太実線にて示す信号部分はリファレンス信号Sig7である。

図４（ａ）に示す例では、最新のフレーム信号Sig3cの直前の信号部分がリファレンス信号Sig7として用いられている。図４（ｂ）に示す例では、最新のフレーム信号Sig3cの直前の信号部分よりも過去の信号部分がリファレンス信号Sig7として用いられている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、リファレンス信号Sig7は、例えば周期性雑音信号の１．５周期分程度の時間長とされている。

音声区間判定情報Sig4が、フレーム信号Sig3が音声区間でないことを示し、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むことを示せば、リファレンス信号Sig7は更新される。よって、図４（ａ）に示すように、最新のフレーム信号Sig3cの直前の信号部分がリファレンス信号Sig7としてリファレンス信号記憶部７に記憶されて用いられる。

音声区間判定情報Sig4が、フレーム信号Sig3が音声区間であることを示すか、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含まないことを示せば、リファレンス信号記憶部７に記憶されているリファレンス信号Sig7は更新されない。よって、図４（ｂ）に示すように、過去の信号部分がリファレンス信号Sig7として継続的に用いられる。

ところで、リファレンス信号記憶部７には周期性雑音信号のみがリファレンス信号Sig7として記憶されることが望ましい。しかしながら、実際には、ロードノイズやエンジン音等の各種の雑音が周期性雑音に混入することがある。よって、周期性雑音信号は雑音成分を含むことがある。

以上の説明より分かるように、リファレンス信号記憶部７は、リファレンス信号Sig7を生成するために複数のフレーム信号Sig3を一時的に記憶する記憶領域と、生成したリファレンス信号Sig7を保持するよう記憶する記憶領域とを含む。前者の記憶領域と後者の記憶領域とが別々のメモリに設けられていてもよい。

上述した周期性雑音判定部５による周期性雑音信号を含むか否かの判定動作において、周期性雑音判定部５の代わりにリファレンス信号記憶部７が過去の複数のフレーム信号Sig3を記憶してもよい。周期性雑音判定部５は、リファレンス信号Sig7を生成するためにリファレンス信号記憶部７に記憶される複数のフレーム信号Sig3を用いて周期性雑音信号を含むか否かを判定してもよい。

リファレンス信号記憶部７が記憶するリファレンス信号Sig7は、相関値算出部８と雑音低減処理部１０とに供給される。

相関値算出部８は、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むことを示すとき、例えば式（１）に基づいて、入力されるフレーム信号Sig3とリファレンス信号Sig7との相関値Ａ［ｍ］を算出する。

式（１）におけるｘはリファレンス信号Sig7、ｙはフレーム信号Sig3、ｍは相関値信号Sig8におけるピークの位置を示す位相シフト量、ｔはフレーム信号Sig3のサンプル位置、ｎはフレーム信号Sig3のサンプル数を示す。

リファレンス信号Sig7の全範囲で相関値Ａ［ｍ］を算出する場合、位相シフト量ｍの範囲は、Ｎをリファレンス信号Sig7のサンプル数として、０≦ｍ＜（Ｎ−ｎ）である。

相関値算出部８は、算出した相関値Ａ［ｍ］を示す相関値信号Sig8を相関候補位置決定部９に供給する。

図５及び図６を用いて、相関値算出部８及び相関候補位置決定部９の動作を具体的に説明する。図５は、リファレンス信号Sig7に他の雑音成分が混入していない場合、図６は、リファレンス信号Sig7に他の雑音成分が混入している場合を示している。

図５（ａ）は、リファレンス信号Sig7の振幅が時間の進行に伴って変化している様子を示している。ここでは、他の雑音成分は混入していない。図５（ｂ）は、相関値算出部８に入力された最新のフレーム信号Sig3を示している。

図５（ｂ）に矢印で示しているように、相関値算出部８は、フレーム信号Sig3を１サンプルずつ位相シフトさせながら、リファレンス信号Sig7との相関値Ａ［ｍ］を算出する。すると、相関値Ａ［ｍ］は時間の進行に伴って図５（ｃ）に示すように変化し、相関値信号Sig8はピークＰ１を呈する。

図５（ｃ）に示す相関値信号Sig8は、相関候補位置決定部９に供給される。相関候補位置決定部９は、相関値信号Sig8におけるピークの位置を検出し、ピークの位置を、フレーム信号Sig3と相関するリファレンス信号Sig7の信号部分の候補となる相関候補位置と決定する。相関候補位置決定部９は、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むことを示すとき、相関候補位置を決定する動作を実行させる。

ここでは相関値信号Sig8におけるピークはピークＰ１の１つのみである。ピークＰ１のｍ１にて示す位置は、図５（ｂ）に示すフレーム信号Sig3が図５（ａ）に示すリファレンス信号Sig7と最も相関値Ａ［ｍ］が高くなる位相シフト量を示している。

即ち、フレーム信号Sig3を位相シフト量ｍ１のサンプル数だけ位相シフトすると、フレーム信号Sig3と最も相関するリファレンス信号Sig7の信号部分になるということである。

図６（ａ）に示すリファレンス信号Sig7は、雑音成分Signzを含んでいる。同様に、図６（ｂ）に矢印で示しているように、相関値算出部８は、フレーム信号Sig3を１サンプルずつ位相シフトさせながら、リファレンス信号Sig7との相関値Ａ［ｍ］を算出する。

すると、相関値Ａ［ｍ］は時間の進行に伴って図６（ｃ）に示すように変化する。リファレンス信号Sig7が雑音成分Signzを含んでいることから、図６（ｃ）に示すように、相関値信号Sig8は２か所のピークＰ１及びＰ２を呈することがある。

相関候補位置決定部９は、相関値信号Sig8におけるピークＰ１及びＰ２の位置を検出し、ピークＰ１及びＰ２の位置を、フレーム信号Sig3と相関するリファレンス信号Sig7の信号部分の候補となる複数の相関候補位置と決定する。

ピークＰ１のｍ１にて示す位置は、図６（ｂ）に示すフレーム信号Sig3が図６（ａ）に示すリファレンス信号Sig7と最も相関値Ａ［ｍ］が高くなる位相シフト量ｍ１を示している。

ピークＰ２はリファレンス信号Sig7が雑音成分Signzを含んでいることによって偶然に発生したものである。ピークＰ２のｍ２にて示す位置は、フレーム信号Sig3がリファレンス信号Sig7と最も相関値Ａ［ｍ］が高くなる位相シフト量ｍ２を示しているわけではない。

このように、相関値算出部８がフレーム信号Sig3とリファレンス信号Sig7との相関値Ａ［ｍ］を算出すると、相関値信号Sig8は雑音成分Signz等の影響によって複数のピークを呈することがある。

相関候補位置決定部９は、相関値信号Sig8に基づき、相関値Ａ［ｍ］が相対的に高い複数箇所を選択して、フレーム信号Sig3と相関するリファレンス信号Sig7の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定する。

相関候補位置決定部９は、相関値Ａ［ｍ］を平滑化して微分し、微分値が正から負になるゼロクロス点をピークとして検出したり、相関値Ａ［ｍ］の高い上位の複数箇所をピークとして検出したりすればよい。相関候補位置決定部９がピークの位置を検出する方法は任意である。

相関候補位置決定部９は、複数の相関候補位置それぞれを示す位置情報Sig9を雑音低減処理部１０に供給する。相関候補位置決定部９は、図６（ｃ）に示す位相シフト量ｍ１及びｍ２を位置情報Sig9とすることができる。

雑音低減処理部１０は、雑音判定情報Sig5が、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むことを示すとき、リファレンス信号Sig7における複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、フレーム信号Sig3に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理する。

具体的には、雑音低減処理部１０は、式（２）に基づいて、フレーム信号Sig3に、リファレンス信号Sig7における相関候補位置の信号部分の逆位相の信号を加算して、加算信号Ｂ［ｔ］を生成すればよい。

Ｂ［ｔ］＝−ｘ［ｍ＋ｔ］＋ｙ［ｔ］ …（２）

式（２）より分かるように、雑音低減処理部１０は、フレーム信号Sig3を位相シフト量ｍだけ位相シフトした位置を開始位置とし、フレーム信号Sig3のサンプル数分に相当するリファレンス信号Sig7の信号部分の逆位相の信号を、フレーム信号Sig3に加算する。

図６の例では、相関値信号Sig8は２か所のピークＰ１及びＰ２を呈するので、雑音低減処理部１０は、ｍをｍ１とした加算信号Ｂ１［ｔ］と、ｍをｍ２とした加算信号Ｂ２［ｔ］とを生成する。

雑音低減処理部１０は、雑音低減処理された複数の候補出力信号Sig10を生成して、出力信号決定部１１に供給する。図６の例では、候補出力信号Sig10は、加算信号Ｂ１［ｔ］及びＢ２［ｔ］である。

図７（ａ）は、周期性雑音信号を含む入力信号Sig2を示している。図７（ｂ）は、候補出力信号Sig10の１つである候補出力信号Sig102を示している。候補出力信号Sig102は、加算信号Ｂ２［ｔ］に相当する。

即ち、候補出力信号Sig102は、それぞれのフレーム信号Sig3において、フレーム信号Sig3と適切に相関しないリファレンス信号Sig7の信号部分で周期性雑音信号を低減させるよう処理した場合の信号波形を示している。

図７（ｃ）は、候補出力信号Sig10の他の１つである候補出力信号Sig101を示している。候補出力信号Sig101は、加算信号Ｂ１［ｔ］に相当する。

即ち、候補出力信号Sig101は、それぞれのフレーム信号Sig3において、フレーム信号Sig3と適切に相関するリファレンス信号Sig7の信号部分で周期性雑音信号を低減させるよう処理した場合の信号波形を示している。

出力信号決定部１１は、複数の候補出力信号Sig10（Sig101及びSig102）より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号Sig10（Sig101）を出力信号Sig11と決定して出力する。

出力信号決定部１１は、次のようにして、最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号Sig10を選択すればよい。

例えば、出力信号決定部１１は、式（３）に基づき、それぞれの候補出力信号Sig10の二乗和信号Ｃを生成する。

式（３）におけるＢ［ｔ］は上記の加算信号Ｂ１［ｔ］またはＢ２［ｔ］である。Ｂ［ｔ］が加算信号Ｂ１［ｔ］であるときの二乗和信号ＣをＣ１、Ｂ［ｔ］が加算信号Ｂ２［ｔ］であるときの二乗和信号ＣをＣ２とする。

出力信号決定部１１は、二乗和信号Ｃ１とＣ２とのうちの小さい方が、周期性雑音信号がより低減されている候補出力信号Sig10と判断することができる。

出力信号決定部１１は、二乗和信号Ｃが最も小さい候補出力信号Sig10を選択する代わりに、振幅のばらつきを示す値が最も小さい候補出力信号Sig10を選択してもよい。振幅のばらつきを示す値として、例えば、振幅の分散値、振幅の最大値と最小値の差または比、振幅の平均値と中央値の差または比を用いることができる。

出力信号決定部１１は、二乗和信号Ｃと振幅のばらつきを示す値との双方を用いて、候補出力信号Sig10を選択してもよい。

この場合、出力信号決定部１１は、まず複数の候補出力信号Sig10それぞれの二乗和信号Ｃを比較して、二乗和信号Ｃに十分な差がある場合には二乗和信号Ｃが最も小さい候補出力信号Sig10を選択する。それぞれの二乗和信号Ｃが近接している場合には、出力信号決定部１１は、振幅のばらつきを示す値が最も小さい候補出力信号Sig10を選択する。

このように、出力信号決定部１１は、複数の候補出力信号Sig10のうちからいずれか１つを選択するとき、二乗和信号Ｃの比較結果に基づいて選択することが好ましい。出力信号決定部１１は、二乗和信号Ｃのみの比較で選択すると誤判定が生じる可能性が高い場合に、振幅のばらつきを示す値等の他の信号特性を考慮して候補出力信号Sig10を選択するのがよい。

なお、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含まない場合には、相関値算出部８及び相関候補位置決定部９は不動作である。雑音低減処理部１０は入力されたフレーム信号Sig3をそのまま出力信号決定部１１へと供給すればよく、出力信号決定部１１は入力されたフレーム信号Sig3をそのまま出力すればよい。

図１に示す構成において、Ａ／Ｄコンバータ２から出力信号決定部１１の各構成要素は、回路等のハードウェアによって構成されていてもよく、ソフトウェア（コンピュータプログラム）で構成されていてもよい。

雑音低減装置の構成要素は、ハードウェアとソフトウェアとが混在していてもよい。ハードウェアとソフトウェアとの使い分けは任意である。

例えば、フレーム生成部３から出力信号決定部１１のうち、リファレンス信号記憶部７を除く部分を、コンピュータプログラム（雑音低減プログラム）で構成することができる。リファレンス信号記憶部７は、雑音低減装置とは別体の外部記憶部として設けられていてもよい。

次に、図８に示すフローチャートを用いて、本実施形態の雑音低減装置の動作、本実施形態の雑音低減方法の手順、本実施形態の雑音低減プログラムで実行される処理をさらに説明する。

図８において、フレーム生成部３は、ステップＳ１にて、入力信号Sig2をフレーム化してフレーム信号Sig3を生成する。

音声区間判定部４は、ステップＳ２にて、フレーム信号Sig3が音声信号を含む音声区間であるか否かを判定する。周期性雑音判定部５は、ステップＳ３にて、フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含むか否かを判定する。ステップＳ２とステップＳ３の順は逆であってもよく、同時であってもよい。

ステップＳ１１〜Ｓ１３は、リファレンス信号更新制御部６によるリファレンス信号記憶部７へのリファレンス信号Sig7の記憶またはリファレンス信号記憶部７に記憶されているリファレンス信号Sig7の更新処理を示している。

リファレンス信号更新制御部６は、ステップＳ１１にて、ステップＳ２及びＳ３でのそれぞれの判定処理の結果、フレーム信号Sig3が音声区間ではなく、かつ、周期性雑音信号を含むか否かを判定する。

フレーム信号Sig3が音声区間ではなく、かつ、周期性雑音信号を含めば（YES）、リファレンス信号更新制御部６は、ステップＳ１２にて、タイミング情報Sig111が入力されたか否かを判定する。リファレンス信号更新制御部６は、タイミング情報Sig111が入力されなければ（NO）、ステップＳ１２の処理を繰り返す。

リファレンス信号更新制御部６は、タイミング情報Sig111が入力されれば（YES）、ステップＳ１３にて、リファレンス信号記憶部７にリファレンス信号Sig7を記憶させる。リファレンス信号記憶部７に既にリファレンス信号Sig7が記憶されていれば、リファレンス信号Sig7は更新される。

ステップＳ１３の後、処理はステップＳ１へと戻され、ステップＳ１〜Ｓ３及びＳ１１〜Ｓ１３の処理が繰り返される。

ステップＳ１１にて、フレーム信号Sig3が音声区間ではないか、周期性雑音信号を含まなければ（NO）、リファレンス信号Sig7の記憶または更新の処理は実行されないので、処理はステップＳ１へと戻され、ステップＳ１〜Ｓ１３の処理が繰り返される。

ステップＳ２１〜Ｓ２７は、相関値算出部８〜出力信号決定部１１によるフレーム信号Sig3から周期性雑音信号を低減させる低減処理を示している。

相関値算出部８は、ステップＳ２１にて、フレーム信号Sig3は周期性雑音信号を含むか否かを判定する。フレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含めば（YES）、相関値算出部８は、ステップＳ２２にて、リファレンス信号記憶部７にリファレンス信号Sig7が記憶されているか否かを判定する。

リファレンス信号Sig7が記憶されていれば（YES）、相関値算出部８は、ステップＳ２３にて、フレーム信号Sig3とリファレンス信号Sig7との相関値を算出する。相関候補位置決定部９は、ステップＳ２４にて、相関値信号Sig8に基づいて、相関候補位置を決定する。

雑音低減処理部１０は、ステップＳ２５にて、複数の相関候補位置それぞれを示す位置情報Sig9に基づいて、フレーム信号Sig3に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理する。

出力信号決定部１１は、ステップＳ２６にて、複数の候補出力信号Sig10より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号Sig10を最終的な出力信号Sig11と決定する。出力信号決定部１１は、ステップＳ２７にて、出力信号Sig11及びタイミング情報Sig111を出力する。

ステップＳ２１にてフレーム信号Sig3が周期性雑音信号を含まなければ（NO）、周期性雑音信号の低減処理を実行させる必要はないので、処理はステップＳ２７へと移行される。

また、ステップＳ２２にてリファレンス信号記憶部７にリファレンス信号Sig7が記憶されていなければ（NO）、周期性雑音信号の低減処理を実行させることができないので、同様に処理はステップＳ２７へと移行される。

このとき、雑音低減処理部１０は、入力されたフレーム信号Sig3をそのまま出力信号決定部１１へと供給し、出力信号決定部１１は、ステップＳ２７にて、フレーム信号Sig3及びタイミング情報Sig111を出力する。

ステップＳ２７の後、処理はステップＳ１へと戻され、ステップＳ１〜Ｓ３及びＳ２１〜Ｓ２７の処理が繰り返される。

なお、雑音低減プログラムは、コンピュータに以上説明した各ステップの処理を実行させればよい。雑音低減プログラムは、非一時的な記録媒体に記録されていてもよく、電気通信回線を介して送信されてもよい。

以上のように、本実施形態の雑音低減方法、雑音低減プログラムによれば、周期性雑音の周波数変化が比較的速くても、周期性雑音信号を効果的に低減させることができる。

ここで、周波数変化が比較的速い周期性雑音であると、特許文献１に記載の雑音低減装置のような、入力信号を周波数領域の信号に変換して周期性雑音を検出し、周期性雑音信号を抑圧する方法を採用することができない理由を説明する。

図９（ａ）は、図３に示す周期性雑音信号よりも周波数変化が遅い周期性雑音信号を示している。図９（ａ）において、実線は周期性雑音信号の基本波成分、一点鎖線は倍音成分を示している。この周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換すると、図９（ｂ）に示すような波形となる。

周波数変化が比較的遅い周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換すると、図９（ｂ）に示すように周波数のピークが明確に現れる。よって、ピークが現れた周波数成分を減衰させることによって、周期性雑音信号を抑圧することが可能である。

図１０（ａ）は、図３と同様の周波数変化が比較的速い周期性雑音信号を示している。図１０（ａ）において、実線は周期性雑音信号の基本波成分、一点鎖線は倍音成分を示している。この周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換すると、図１０（ｂ）に示すような波形となる。

周波数変化が比較的速い周期性雑音信号を周波数領域の信号に変換すると、図１０（ｂ）に示すように周波数のピークが明確に現れない。よって、ピークが現れた周波数成分を減衰させることによって、周期性雑音信号を抑圧する方法を採用することができない。

本実施形態の雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムによれば、入力信号を周波数領域の信号に変換する構成ではなく、入力信号が図１０（ａ）に示すような周波数変化が比較的速い周期性雑音信号を含む場合であっても、周期性雑音信号を効果的に低減させることができる。

勿論、本実施形態の雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムによれば、入力信号が図９（ａ）に示すような周波数変化が比較的遅い周期性雑音信号を含む場合であっても、周期性雑音信号を効果的に低減させることができる。

即ち、本実施形態の雑音低減装置、雑音低減方法、雑音低減プログラムは、周期性雑音信号の周波数変化の速度にかかわらず、周期性雑音低減の効果を発揮する。フレーム生成部３は、周期性雑音信号の周期に応じた時間長のフレーム信号Sig3を生成することが好ましい。フレーム生成部３は、周期性雑音信号の周期に応じて、フレーム信号Sig3の時間長を選択できる構成であることが好ましい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

図１に示す構成では、リファレンス信号更新制御部６によってリファレンス信号記憶部７に記憶させるリファレンス信号Sig7を適宜更新するように構成している。リファレンス信号Sig7を更新させず、リファレンス信号記憶部７は固定のリファレンス信号Sig7を記憶する構成としてもよい。この場合、リファレンス信号更新制御部６は省略可能である。

リファレンス信号Sig7を更新する構成では、周期性雑音信号の変化に応じたリファレンス信号Sig7とすることができるので、周期性雑音信号をより効果的に低減させることができる。よって、リファレンス信号Sig7を更新する構成が好ましい。

３ フレーム生成部
４ 音声区間判定部
５ 周期性雑音判定部
６ リファレンス信号更新制御部
７ リファレンス信号記憶部
８ 相関値算出部
９ 相関候補位置決定部
１０ 雑音低減処理部
１１ 出力信号決定部

Claims (6)

1. 入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成するフレーム生成部と、
   前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号を記憶するリファレンス信号記憶部と、
   前記フレーム信号と前記リファレンス信号との相関値を算出する相関値算出部と、
   前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定する相関候補位置決定部と、
   前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、雑音低減処理された出力信号の候補である複数の候補出力信号を生成する雑音低減処理部と、
   前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号と決定して出力する出力信号決定部と、
   を備えることを特徴とする雑音低減装置。
2. 前記フレーム生成部によって生成されたそれぞれのフレーム信号が音声信号を含む音声区間であるか否かを判定する音声区間判定部と、
   前記それぞれのフレーム信号が周期性雑音信号を含むか否かを判定する周期性雑音判定部と、
   をさらに備え、
   前記リファレンス信号記憶部は、前記音声区間判定部によって音声区間でないと判定され、前記周期性雑音判定部によって周期性雑音信号を含むと判定された複数のフレーム信号に基づくリファレンス信号を記憶する
   ことを特徴とする請求項１に記載の雑音低減装置。
3. 前記音声区間判定部によって音声区間でないと判定され、前記周期性雑音判定部によって周期性雑音信号を含むと判定されたとき、前記リファレンス信号記憶部が記憶するリファレンス信号を更新するよう制御するリファレンス信号更新制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の雑音低減装置。
4. 前記出力信号決定部は、前記複数の雑音低減処理されたフレーム信号それぞれの二乗和信号と、振幅のばらつきを示す値との少なくとも一方を用いて、最も周期性雑音信号が低減されていると判断されるフレーム信号を選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雑音低減装置。
5. 入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成し、
   前記フレーム信号と、前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号との相関値を算出し、
   前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定し、
   前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、雑音低減処理された出力信号の候補である複数の候補出力信号を生成し、
   前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号として選択する
   ことを特徴とする雑音低減方法。
6. コンピュータに、
   入力信号を所定のサンプル数単位でフレーム化してフレーム信号を順次生成するステップと、
   前記フレーム信号と、前記入力信号に混入する周期性雑音信号を示す、前記フレーム信号の時間長よりも長い時間長を有するリファレンス信号との相関値を算出するステップと、
   前記相関値が相対的に高い複数箇所を選択して、前記フレーム信号と相関する前記リファレンス信号の信号部分の候補となる複数の相関候補位置を決定するステップと、
   前記複数の相関候補位置それぞれの信号部分を用いて、前記フレーム信号に含まれる周期性雑音信号を低減させるよう処理して、雑音低減処理された出力信号の候補である複数の候補出力信号を生成するステップと、
   前記複数の候補出力信号より最も周期性雑音信号が低減されている候補出力信号を出力信号として選択するステップと、
   を実行させることを特徴とする雑音低減プログラム。

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