JP6720772B2 - 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

Description

本願発明は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号を推定する信号処理技術に関する。

携帯電話など様々な音声端末においては、第一信号（例えば音声などの注目すべき所望信号）と第二信号（例えば雑音（ノイズ）などの非所望信号）とを含む混在信号から、第二信号を推定する第二信号推定技術が使われている。第二信号推定技術は、混在信号と推定第二信号の関係に基づいて、混在信号に第一信号が含まれているか否かを判定する音声検出技術に利用されている。また、第二信号を抑圧することによって、第一信号を強調した出力信号を生成する雑音抑圧技術に利用されている。

このような技術に関連する技術として、特許文献１には、第二信号の音量を推定し、推定第二信号の音量に対応した閾値と、混在信号の音量を比較することにより音声の検出を行なう技術が開示されている。

また、特許文献２には、第一信号と第二信号とが混在した混在信号（入力信号）を処理することによって第二信号を抑圧する信号処理装置が開示されている。この装置は、当該混在信号に含まれる背景音信号を推定する。そしてこの装置は、第二信号を、背景音より小さくならないように、第二信号の抑圧を抑制する。

また、特許文献３には、第一信号と第二信号とが混在した混在信号を処理することによって第二信号を抑圧する信号処理装置が開示されている。この装置は、当該混在信号に含まれる第一信号の重要度を、その第一信号を構成する複数の周波数成分ごとに分析する。そしてこの装置は、その分析の結果、重要度の低い周波数成分に比べて、重要度の高い周波数成分に対する第二信号の抑圧を抑制する。

また、非特許文献１には、第一信号と第二信号とが混在した混在信号が供給されはじめた初期の平均値を第二信号の推定値として抑圧係数を求め、混在信号に含まれる第二信号を抑圧する方法が開示されている。

また、非特許文献２には、第二信号の推定値と、混在信号とから求めた抑圧係数を混在信号に乗算することにより第二信号を抑圧し、第一信号を強調する方法が開示されている。この方法では、その際、第一信号と第二信号との推定パワー比に応じた重みづけを混在信号に施すことによって、第二信号を継続的に推定する。

特開2013-005418号公報 国際公開第2012-070670号 国際公開第2012-070668号

Y. Ephraim and D. Malah, "Speech enhancement using a minimum mean-square error short-time spectral amplitude estimator," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. ASSP-32, no. 6, pp. 1109-1121, Dec. 1984. 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. S. Boll, "Suppression of acoustic noise in speech using spectral subtraction," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. ASSP-27, no. 2, pp. 113-120, Apr. 1979. R. Martin, "Spectral subtraction based on minimum statistics," Proc. of EUSPICO-94, pp.1182-1185, Sept. 1994 R. McAulay and M. Malpass, "Speech enhancement using a soft-decision noise suppression filter," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. ASSP-28, no. 2, pp. 137-145, Apr. 1980. N. Virag, "Single channel speech enhancement based on masking properties of the human auditory system," IEEE Trans. Speech and Audio Signal Processing, vol. 7, no. 2, pp. 126-137, March 1999. Y. Ephraim and D. Malah, "Speech enhancement using a minimum mean-square error log-spectral amplitude estimator," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. ASSP-33, no. 2, pp. 443-445, Dec. 1985. M. Kato and A. Sugiyama, "A Wind-Noise Suppressor Based on Wind-Onset Detection and Spectral Gain Modification," Proc. of IWAENC 2014, pp.145 - 149, Sept. 2014

しかしながら、上記文献に記載の技術では、雑音成分である第二信号が突然大きくなることを想定していない。このため、混在信号に含まれる第二信号が突然大きくなった場合、第二信号を正確に推定することができない。その結果、第一信号が混在信号に含まれているか否かを正しく判定できない。また、第二信号の抑圧を十分に行うことができず、出力信号の品質が低下する。本願発明の主たる目的は、この問題を解決する信号処理装置等を提供することである。

本願発明の一態様に係る信号処理装置は、第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定手段と、前記混在信号と前記推定第二信号とを用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する第一の判定手段と、を備え、前記推定手段は、前記第一の判定手段での判定の結果に基づいて、推定処理を初期化することを特徴とする。

上記目的を達成する他の見地において、本願発明の一態様に係る信号処理方法は、情報処理装置によって、第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供し、前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定し、その判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する。

また、上記目的を達成する更なる見地において、本願発明の一態様に係る信号処理プログラムは、第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定処理と、前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する判定処理と、をコンピュータに実行させ、前記推定処理は、前記判定処理での判定の結果に基づいて、前記第二信号を推定する処理を初期化することを特徴とする。

更に、本願発明は、係る信号処理プログラム（コンピュータプログラム）が格納された、コンピュータ読み取り可能な、不揮発性の記録媒体によっても実現可能である。

本願発明は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定できる。

本願発明の第１乃至第６の実施形態に係る信号処理装置１００の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る変換部１０１の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る逆変換部１０６の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る判定部１０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る抑圧部１０５の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る信号処理装置１００の動作を示すフローチャートである。 本願発明の第２の実施形態に係る判定部２０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第３の実施形態に係る判定部３０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第４の実施形態に係る判定部４０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第５の実施形態に係る判定部５０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第６の実施形態に係る判定部６０２の構成を示すブロック図である。 本願発明の第７の実施形態に係る信号処理装置７００の構成を示すブロック図である。 本願発明の第７の実施形態に係る第二判定部７０７の構成を示すブロック図である。 本願発明の第８の実施形態に係る信号処理装置８００の構成を示すブロック図である。 本願発明の各実施形態に係る信号処理装置を実行可能な情報処理装置の構成を示すブロック図である。

以下、本願発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置１００の構成を概念的に示すブロック図である。尚、後述する第２乃至第６の実施形態に係る信号処理装置においては、「判定部」の構成が異なるだけなので、説明の便宜上、これらの実施形態においても、図１を改めて参照することとする。信号処理装置１００は、第一信号（注目すべき所望の音声信号）と第二信号（雑音（ノイズ））とを含む混在信号（入力信号）から、第二信号を抑圧することによって第一信号を強調した出力信号を生成する装置である。本実施形態に係る信号処理装置１００は、例えば、デジタルカメラ、ノートパソコン、携帯電話等の装置の一部として機能する。

本実施形態に係る信号処理装置１００は、変換部１０１、判定部１０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。以下、これらの各構成について詳細に説明する。

（変換部１０１）
図２は、本実施形態に係る変換部１０１の構成を概念的に示すブロック図である。図２に示す通り、変換部１０１は、フレーム分割部１０１１、窓関数乗算部１０１２、及び、フーリエ変換部１０１３を含む。

フレーム分割部１０１１には、混在信号が、サンプル値系列として入力される。フレーム分割部１０１１は、混在信号サンプル（サンプル値系列）を、Ｋ／２サンプル（Ｋは２以上の任意の偶数、「／」は除算を表す（以下同様））ごとに分割することによって複数のフレームを構成（生成）する。フレーム分割部１０１１は、フレームに分割された混在信号サンプルを、窓関数乗算部１０１２に入力する。

窓関数乗算部１０１２は、フレーム分割部１０１１から入力された混在信号サンプルと、窓関数(window function)であるw(t)（ｔは時間を示す変数）との乗算を行う。第ｎフレーム（ｎは任意の自然数）の混在信号x(t,n)(t=0, 1, …, K-1)に対してw(t)と乗算された（窓がけ(windowing)された）信号x^-(t,n)（「^-」はxの上部に記載されていることとする）は、数１が示す数式により表される。

窓関数乗算部１０１２は、連続する２つのフレームの一部を重ね合わせた（オーバラップした）状態で窓がけしてもよい。例えば、重ね合わせる長さが、フレーム長の５０％とする場合、窓関数乗算部１０１２は、t=0, 1, …, K/2-1に対して、数２が示す信号x^-(t,n)を出力する。

窓関数乗算部１０１２は、実数信号に対しては、左右対称窓関数を使用する。また、窓関数は、変換部１０１からの出力が逆変換部１０６に直接入力された場合に、混在信号と出力信号とが計算誤差を除いて一致するように設計される。このことは、「w²(t)+w²(t+K/2)=1」となることを意味する。

以後、連続する２フレームについて、フレーム長の５０％を重ね合わせた状態で窓がけする場合を例として説明する。窓関数w(t)(t=0, 1, …, K-1)としては、例えば、数３が示すハニング窓を用いることができる。

窓関数としては、このほかにも、ハミング窓、三角窓など、様々な関数が知られており、これらの関数を採用してもよい。窓関数乗算部１０１２は、フレーム分割部１０１１から入力された混在信号サンプルと、窓関数とを乗算した結果を、フーリエ変換部１０１３に入力する。

フーリエ変換部１０１３は、窓関数乗算部１０１２から入力された信号に対してフーリエ変換を施すことによって、当該信号を複数の異なる周波数成分に分割する。すなわち、フーリエ変換部１０１３は、当該信号を、混在信号スペクトルX(k,n)に変換する。フーリエ変換部１０１３は、混在信号スペクトルX(k,n)を、位相成分である混在信号位相スペクトルargX(k,n)と、振幅成分である混在信号振幅スペクトル|X(k,n)|とに分離する。フーリエ変換部１０１３は、混在信号位相スペクトルargX(k,n)を逆変換部１０６へ入力し、混在信号振幅スペクトル|X(k,n)|を、判定部１０２、推定部１０３、及び、抑圧部１０５へ入力する。フーリエ変換部１０１３は、振幅スペクトル|X(k,n)|の代わりに、その２乗に相当するパワースペクトル|X(k,n)|^２を利用してもよい。

（逆変換部１０６）
図３は、本実施形態に係る逆変換部１０６の構成を概念的に示すブロック図である。図３に示す通り、逆変換部１０６は、逆フーリエ変換部１０６１、窓関数乗算部１０６２、及び、フレーム合成部１０６３を含む。

逆フーリエ変換部１０６１は、抑圧部１０５から入力された出力信号振幅スペクトル|Y(k,n)|と、変換部１０１から入力された混在信号位相スペクトルargX(k,n)とを用いて、数４が示す通り、出力信号スペクトルY(k,n)を求める。数４におけるｊは、虚数を表す符号である。また、本願において、「｜｜」は絶対値を表すこととする。

逆フーリエ変換部１０６１は、求めた出力信号スペクトルY(k,n)に対して逆フーリエ変換を行うことによって、１フレームがＫ個のサンプルを含む時間領域のサンプル値系列y(t,n)(t=0, 1, …, K-1)を生成し、生成したサンプル値系列y(t,n)を、窓関数乗算部１０６２へ入力する。

窓関数乗算部１０６２は、逆フーリエ変換部１０６１から入力されたサンプル値系列y(t,n)と、窓関数w(t)との乗算を行う。窓関数乗算部１０６２は、フレーム合成部１０６３に対して、数５が示す信号y^-(t,n)（「^-」はyの上部に記載されていることとする）を入力する。

フレーム合成部１０６３は、窓関数乗算部１０６２から出力された隣接する２つのフレームを、Ｋ／２サンプルずつ取り出して重ね合わせ、数６に示す通り、t=0, 1, …, K/2-1における出力信号y^＾(t,n)（「^＾」はyの上部に記載されていることとする）を得る。フレーム合成部１０６３は、得られた出力信号y^＾(t,n)を外部へ出力する。

尚、変換部１０１及び逆変換部１０６が行う変換処理は、フーリエ変換（逆フーリエ変換）に限定されない。変換部１０１及び逆変換部１０６は、フーリエ変換に代えて、例えば、アダマール変換、ハール変換、ウェーブレット変換等、他の変換処理を行ってもよい。信号処理装置１００は、ハール変換を用いることによって、乗算が不要となるので、必要な計算資源の量を削減することができる。また、信号処理装置１００は、ウェーブレット変換を用いることによって、周波数によって時間解像度が異なるようにできるので、第二信号の抑圧効率を向上することができる。

また、図１に示す信号処理装置１００は、変換部１０１と逆変換部１０６とを備えるが、信号処理装置１００は、変換部１０１及び逆変換部１０６を備えない場合もある。その場合は、判定部１０２、推定部１０３、及び、抑圧部１０５に対して、外部から混在信号が直接入力される。そして、抑圧部１０５は、出力信号を直接外部に出力する。この場合、信号処理装置１００は、必要な計算資源の量を削減することができる。

（推定部１０３）
図１に示す推定部１０３は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルと、初期化部１０４から入力された初期化を指示する情報に基づいて、混在信号に含まれる第二信号のパワースペクトルを推定する。推定部１０３によって推定された第二信号のパワースペクトルを、以降、「推定第二信号パワースペクトル」と称する。推定部１０３は、一般的に、現在までに入力された混在信号の状態を示す情報に基づいて、第二信号パワースペクトルを推定する。推定部１０３による第二信号パワースペクトルを推定する方法としては、例えば、非特許文献１乃至４に記載の方法など、様々な推定方法が利用できる。非特許文献１乃至４に記載の方法では、混在信号振幅スペクトルを２乗することにより得られる混在信号パワースペクトルを用いて、第二信号パワースペクトルを推定する。

ところで、非特許文献１には、推定第二信号パワースペクトルを、混在信号振幅スペクトルが入力され始めた（推定処理が開始された）ときの混在信号パワースペクトルを平均化した値とする方法が示されている。この場合、推定処理が開始された直後には、第一信号（目的音）が含まれないという条件を満たす必要がある。

また、非特許文献３には、推定第二信号パワースペクトルを、第一信号が存在していないフレームの混在信号パワースペクトルの平均値とする方法が示されている。この方法では第一信号の存在を検出する必要がある。第一信号が存在する区間（第一信号区間）は、例えば出力信号のパワー（大きさ）により検知される。

信号処理装置１００が理想的に動作する場合、出力信号は第一信号と一致する。また、第一信号や第二信号のレベル（大きさ）は、通常、隣接フレーム間において大きく変化しない。これらのことから、推定部１０３は、１フレーム分過去の出力信号レベルに基づき、第一信号区間であるか否かの判定を行う。推定部１０３は、１フレーム分過去の出力信号の大きさが閾値以上の場合、現在のフレームを第一信号区間と判定する。第二信号パワースペクトルは、第一信号区間と判定されなかったフレームにおける混在信号パワースペクトルを平均化することによって推定することができる。

また、非特許文献４には、推定第二信号パワースペクトルを、混在信号パワースペクトルの最小値（最小統計量）から求める方法が示されている。この方法では、推定部１０３は、一定時間内における混在信号パワースペクトルの最小値を保持し、その最小値に基づいて、第二信号パワースペクトルを推定する。混在信号パワースペクトルの最小値は、一般的に第二信号のスペクトル形状と類似するので、第二信号パワースペクトルの推定値として用いることができる。しかしながらこの場合、その最小値は、本来の第二信号の大きさより小さくなる。したがって、推定部１０３は、その最小値を適切に増幅させた値を、推定第二信号パワースペクトルとする。

これらの非特許文献に記載された方法の他、推定部１０３は、メジアンフィルタを用いて、推定第二信号パワースペクトルを求めてもよい。また、推定部１０３は、非特許文献２に記載されている通り、第二信号がゆっくり変動するという性質を利用することによって、推定第二信号パワースペクトルを求めてもよい。変動する第二信号に追従するこの方法では、先ず「第一信号」対「第二信号」の大きさの比の推定値を得るために、推定部１０３は、混在信号パワースペクトルを、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトルにより除算する。推定部１０３は、次に、得られた商が大きいほど小さな値をとる関数を用いることによって重みを計算し、混在信号パワースペクトルに重み付けする。そして、推定部１０３は、過去に同様の方法によって重み付けされた混在信号パワースペクトルを複数用いて平均化し、その平均値を推定第二信号パワースペクトルとする。この場合、第一信号成分が多く含まれた混在信号パワースペクトルに対しては小さな重みづけがなされるので、推定部１０３は、第一信号の影響をほとんど受けることなく、第二信号パワースペクトルの推定を継続的に行うことができる。

推定部１０３は、また、変換部１０１において得られる周波数成分を複数統合したのち、第二信号の推定を行うこともできる。この場合、統合後の周波数成分の数は、統合前の周波数成分の数よりも少なくなる。より具体的には、推定部１０３は、周波数成分の統合によって得られる統合周波数成分に対して、共通の推定第二信号を求め、その共通の推定第二信号を、同じ統合周波数成分に属する個々の周波数成分に対して共通に用いればよい。このように、推定部１０３は、複数の周波数成分を統合してから第二信号を推定した場合、適用する周波数成分の数が少なくなるので、推定処理に要する演算量を削減することができる。

（判定部１０２）
図４は、本実施形態に係る判定部１０２の構成を概念的に示すブロック図である。図４に示す通り、判定部１０２は、判定実行部１０２１を含む。

判定実行部１０２１は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルと、推定部１０３から入力された過去の推定第二信号パワースペクトルとを用いて、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たすか否か（過小か否か）を判定する。この判定結果は、推定部１０３が推定第二信号パワースペクトルを求める際に使用される。従って、この判定結果を求めるために用いられる推定第二信号パワースペクトルは、過去に推定された結果が利用される。本実施形態では、一例として、過去の推定第二信号パワースペクトルとして代表的な値である、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|Ｎ(k,n-1)|²を用いて判定する場合について説明する。

判定実行部１０２１は、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|Ｎ(k,n-1)|²と、混在信号振幅スペクトルを２乗した混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²を変数とする線形写像関数により算出した閾値とを比較する。本実施形態では、混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²を、代表的な線形写像関数である定数倍（すなわちα1(k,n)倍）することによって当該閾値を算出する場合について説明する。α1(k,n)は０以上の実数である。判定実行部１０２１は、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|Ｎ(k,n-1)|²がα1(k,n)|Ｘ(k,n)|²よりも小さい場合、推定第二信号パワースペクトルは基準を満たさない（過小推定である）と判定する。

１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|Ｎ(k,n-1)|²との比較に用いる閾値の計算方法は、混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²の線形写像関数を用いた方法に限定されない。例えば、α１(k,n)|X(k,n)|²+C(k,n)のような一次関数を採用することも可能である。その場合、α１(k,n)とC(k,n)の値を小さくすれば、基準を満たさないと判定される可能性が高くなるので、推定第二信号の大きさが基準を満たさない（過小推定である）状態にあることを見逃しにくくなる。その他にも、高次の多項式関数や非線形関数などを、上述した閾値の計算に用いることも可能である。

判定実行部１０２１が用いる過去の推定第二信号パワースペクトルは、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|N(k,n-1)|²に限定されない。例えば、判定実行部１０２１は、過去の推定第二信号パワースペクトルとして、過去数フレーム分の平均値を用いることも可能である。判定実行部１０２１は、このように平均化することによって、推定第二信号パワースペクトルの時間変動を抑えられるので、判定精度を向上できる。混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²についても同様であり、判定実行部１０２１は、過去数フレーム分の平均値を用いることによって、混在信号パワースペクトルの時間変動を抑えられるので、判定精度を向上できる。平均値を求める方法としては、上述した移動平均のほか、一次リーク積分も有効な方法である。また、判定実行部１０２１は、平均では無く、過去数フレーム分から最小値を選択する方法を用いることも可能である。

判定実行部１０２１は、判定精度を改善するために、上述した推定第二信号パワースペクトルと混在信号パワースペクトルとの関係を確認することに加えて、それぞれの値もふまえて判定することも有効である。判定実行部１０２１は、例えば、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|Ｎ(k,n-1)|²が所定の閾値よりも小さい場合、基準を満たさないと判定する。これにより、判定実行部１０２１は、推定第二信号パワースペクトルと混在信号パワースペクトルの両方の値が、偶然にも小さいことによって、相対的な関係だけでは基準を満たさないと判定できない場合にも、正しく判定することができる。

（初期化部１０４）
図１に示す初期化部１０４は、判定部１０２によって推定第二信号パワースペクトルの大きさが基準を満たさないと判定された場合に、推定部１０３における混在信号の状態を示す情報を、推定部１０３が推定処理を開始した直後の状態に戻す（変更する）処理（以降、「初期化処理」と称する）を行う。例えば、推定部１０３が上述した非特許文献４に記載された方法により推定処理を行う場合、初期化部１０４は、初期化処理として、上述した最小値を予め設定された値に変更する。また、推定部１０３が上述した非特許文献２に記載された方法により推定処理を行う場合、初期化部１０４は、初期化処理として、推定部１０３が、過去の推定値を用いた更新を行わずに、入力された混在信号振幅スペクトルを２乗した値である混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²を推定値とするように制御する。

この初期化処理の方法としては、初期化が行われる直前の推定値を考慮した方法も有効である。例えば、初期化部１０４は、初期化処理として、初期化用に予め設定された値の代わりに、初期化用の設定値と初期化が行われる直前の推定値を混合した値に変更する。この場合、初期化部１０４は、初期化直後に推定値が急変することを回避できるので、第二信号を抑圧する度合いが急変することに伴い発生する音質低下を回避することができる。また、推定部１０３が、初期化される前の推定値を複数フレーム分記憶しておき、初期化部１０４は、初期化処理として、推定部１０３が、記憶したフレームの平均値や最小値などの統計量を初期値に用いるように制御してもよい。初期化部１０４は、これにより、信号処理装置１００の出力信号の品質が急変することを回避できる。尚、初期化部１０４は、推定部１０３に内包されてもよい。

（抑圧部１０５）
図５は、本実施形態に係る抑圧部１０５の構成を概念的に示すブロック図である。図５に示す通り、抑圧部１０５は、ゲイン計算部１０５１、及び、乗算部１０５２を含む。

ゲイン計算部１０５１は、既存の技術を用いて、第二信号を抑圧する際に使用する値であるゲインG(k,n)を求めることができる。ゲイン計算部１０５１は、例えば非特許文献５に記載されている通り、第一信号との平均２乗誤差を最小にする最適推定値をゲインとして求めてもよい。この場合、ゲイン計算部１０５１は、ゲインG(k,n)を、数７に示す通り算出する。

ゲイン計算部１０５１は、また、非特許文献６に記載された方法を用いて、ゲインG(k,n)を求めても良い。この場合、ゲイン計算部１０５１は、ゲインG(k,n)を、数８に示す通り算出する。数８において、α０、β０、γ１、γ２は、いずれも実数であり、α０とβ０は、それぞれα０＞１、０＜β０＜１を満たすこととする。

ゲイン計算部１０５１は、あるいは、非特許文献１や非特許文献７に記載された方法を用いて、ゲインG(k,n)を計算してもよい。

図５に示す乗算部１０５２は、ゲイン計算部１０５１によって求めたゲインG(k,n)を、混在信号振幅スペクトル|Ｘ(k,n)|と乗算したG(k,n)|Ｘ(k,n)|を、出力信号振幅スペクトルとして求める。乗算部１０５２は、求めた出力信号振幅スペクトルを逆変換部１０６へ入力する。

次に図６のフローチャートを参照して、本実施形態に係る信号処理装置１００の動作（処理）について詳細に説明する。

変換部１０１は、第一信号と第二信号とを含む混在信号から、混在信号の振幅スペクトル及び位相スペクトルを生成する（ステップＳ１０１）。推定部１０３は、変換部１０１により生成された混在信号の振幅スペクトルから第二信号を推定し、その推定結果として、推定第二信号を生成する（ステップＳ１０２）。判定部１０２は、混在信号の振幅スペクトルと推定第二信号とに基づき、推定第二信号の大きさが基準を満たすか否か（過小推定か否か）を判定する（ステップＳ１０３）。

推定第二信号の大きさが基準を満たす場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、抑圧部１０５は、推定第二信号を使用して第二信号を抑圧することにより、出力信号の振幅スペクトルを生成する（ステップＳ１０６）。推定第二信号の大きさが基準を満たさない場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、初期化部１０４は、推定部１０３における現在までに入力された混在信号の状態を示す情報を、第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行い（ステップＳ１０５）、処理はステップＳ１０６へ進む。

逆変換部１０６は、抑圧部１０５により生成された出力信号の振幅スペクトルと、変換部１０１により生成された混在信号の位相スペクトルとを使用して出力信号を生成して、生成した出力信号を外部に出力し（ステップＳ１０７）、処理はステップＳ１０１へ戻る。

本実施形態に係る信号処理装置１００は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定できる。その理由は、信号処理装置１００は、推定第二信号の大きさが基準を満たすか否かを判定し、基準を満たさない場合は、第二信号の推定に使用する混在信号の状態を示す情報を、推定処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行うからである。

以下に、本実施形態に係る信号処理装置１００によって実現される効果について、詳細に説明する。

携帯電話など様々な音声端末において使用されている第二信号推定技術は、一般的に、例えば雑音などの非所望信号である第二信号の大きさが突然大きくなることを想定していない。このため、混在信号に含まれる第二信号の大きさが突然大きくなった場合、第二信号の推定を正確に行うことができず、出力信号の品質が低下するという問題がある。

このような問題に対して、本実施形態に係る信号処理装置１００では、推定部１０３は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号における、第二信号を現在までに入力された混在信号の状態を示す情報に基づいて推定し、推定結果として、推定第二信号を生成する。判定部１０２は、混在信号及び推定第二信号に基づいて、推定第二信号の大きさが、基準を満たすか否か（過小か否か）を判定する。初期化部１０４は、判定部１０２によって、推定第二信号の大きさが基準を満たさないと判定された場合に、当該混在信号の状態を示す情報を、第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行う。抑圧部１０５は、混在信号に含まれる第二信号を、推定第二信号を使用して抑圧することによって出力信号を生成する。

すなわち、本実施形態に係る信号処理装置１００は、大きさが突然大きくなった第二信号に追随できるように、第二信号を推定する際に使用する混在信号の状態を示す情報を、第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に戻す（変更する）。これにより、本実施形態に係る信号処理装置１００は、混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することによって、雑音抑圧処理後の出力信号の品質を向上することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本願発明の第２の実施形態に係る信号処理装置１００Ａについて説明する。本実施形態に係る信号処理装置１００Ａは、図１に示す通り、変換部１０１、判定部２０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。本実施形態に係る信号処理装置１００Ａは、判定部２０２を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る判定部２０２の構成を概念的に示すブロック図である。図７に示す通り、判定部１０２は、判定実行部２０２１と、相対関係計算部２０２２と、を含む。

本実施形態に係る判定部２０２は、第１実施形態に係る判定部１０２と同様に、推定部１０３によって過去に推定された推定第二信号パワースペクトルを、判定処理を行う際に用いる。したがって、本実施形態においても、第１実施形態に係る判定部１０２につて説明したときと同様に、判定部２０２が、１フレーム分過去の推定第二信号パワースペクトル|N(k,n-1)|²を用いて判定する場合について説明する。

相対関係計算部２０２２は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルの２乗に相当する混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²と、推定部１０３から入力された推定第二信号パワースペクトル|N(k,n-1)|²との相対関係を示す値を算出する。ここで相対関係とは、単純な大小関係のほか、両者の差分あるいは比のことである。例えば、相対関係を大小関係により示す場合、相対関係計算部２０２２は、相対関係D(k,n)を、数９に示す通り算出する。

数９において、ａ及びｂは実数である。また、相対関係を差分により示す場合、相対関係計算部２０２２は、相対関係D(k,n)を、数１０に示す通り算出する。

相対関係計算部２０２２は、また、相対関係D(k,n)を、数１１に示す通り、対数の差分として算出してもよい。この場合、相対関係計算部２０２２により算出される値は、混在信号パワースペクトルと推定第二信号パワースペクトルとの比に相当する。

相対関係計算部２０２２は、混在信号パワースペクトルの瞬時的な急変に伴う誤判定を回避するために、混在信号パワースペクトル及び推定第二信号パワースペクトルを平滑化したのちに、相対関係を算出してもよい。この平滑化の方法の代表例としては、例えば、移動平均と一次リーク積分とが挙げられる。相対関係計算部２０２２は、平滑化の方法として、時間方向の移動平均を採用した場合、平滑化した混在信号パワースペクトル|X(k,n)|² _barを、数１２に示す通り算出する。数１２において、Ｍ１は１以上の整数である。

相対関係計算部２０２２は、平滑化の方法として、一次リーク積分を採用した場合、平滑化した混在信号パワースペクトル|X(k,n)|² _barを、数１３に示す通り算出する。数１３において、α１は０＜α１＜１を満足する実数である。

相対関係計算部２０２２は、また、ローパスフィルタ、あるいはメジアンフィルタ、あるいはεフィルタを用いて、混在信号パワースペクトル及び推定第二信号パワースペクトルを平滑化してもよい。相対関係計算部２０２２は、また、平滑化したのちに相対関係を算出するのではなく、相対関係を算出したのちに平滑化してもよい。この場合、相対関係計算部２０２２は、平滑化の回数を削減できるので、計算量を削減することができる。

判定実行部２０２１は、相対関係計算部２０２２により算出された相対関係を示す値を用いて、推定第二信号が基準を満たすか否かを判定する。判定実行部２０２１は、例えば、第１の実施形態に係る判定部１０２と同様に、推定第二信号パワースペクトルが混在信号パワースペクトルよりも小さい場合に、推定第二信号が基準を満たさないと判定する。したがって、例えば、相対関係計算部２０２２により算出される相対関係が、数９に示す通り単なる大小関係により示される場合、判定実行部２０２１は、相対関係を示す値が「ａ」となるときに、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たさないと判定する。判定実行部２０２１は、相対関係が数１０あるいは数１１に示す通りである場合、相対関係D(k,n)が予め定められた閾値を上回っているときに、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たさないと判定する。

本実施形態に係る信号処理装置１００Ａは、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。

また、本実施形態に係る判定部２０２は、混在信号パワースペクトルと推定第二信号パワースペクトルとの相対関係を用いて判定する。すなわち、本実施形態に係る判定部２０２は、推定第二信号パワースペクトルの状態を参照するので、混在信号パワースペクトルのみをベースに判定を行う第１の実施形態よりも、判定精度を改善する。これにより、本実施形態に係る信号処理装置１００Ａは、出力信号の品質をさらに向上することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本願発明の第３の実施形態に係る信号処理装置１００Ｂについて説明する。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｂは、図１に示す通り、変換部１０１、判定部３０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｂは、判定部３０２を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る判定部３０２の構成を概念的に示すブロック図である。図８に示す通り、判定部３０２は、判定実行部３０２１と、相対関係計算部２０２２と、存在確率計算部３０２３と、を含む。相対関係計算部２０２２の動作については、第２の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

存在確率計算部３０２３は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルの２乗に相当する混在信号パワースペクトルを用いて、第一信号の存在確率（第一信号存在確率：第一の確率）を算出する。第一信号と第二信号とを含む混在信号において、第一信号が存在する確率を示す代表的な例として、混在信号パワースペクトルの分散を強調信号存在確率とする方法について説明する。

混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²の期待値をE[|X(k,n)|²]とすると、存在確率計算部３０２３は、分散の定義に従い、第一信号存在確率p(k,n)を、数１４に示す通り算出する。

期待値は平均値により近似できる。したがって本実施形態に係る存在確率計算部３０２３は、第２の実施形態に係る判定部２０２が行う平滑化において用いられた、移動平均あるいは一次リーク積分により平均値を算出する。存在確率計算部３０２３は、例えば、移動平均を用いる場合は、期待値E[|X(k,n)|²]を、数１５に示す通り算出する。数１５において、Ｍ２は１以上の整数である。

存在確率計算部３０２３は、また、一次リーク積分を用いる場合は、期待値E[|X(k,n)|²]を、数１６に示す通り算出する。数１６において、α２は０＜α２＜１を満足する実数である。

存在確率計算部３０２３は、上述した分散の代わりに、分散の平方根である標準偏差を用いて第一信号存在確率を算出してもよい。

存在確率計算部３０２３は、あるいは、第一信号存在確率として、非特許文献８に記載されている「Speech Presence Likelihood」を用いることもできる。存在確率計算部３０２３は、この場合、１フレーム分の混在信号パワースペクトルに基づいて、第一信号存在確率を算出する。存在確率計算部３０２３は、これにより、算出に複数フレームのパワースペクトルが必要な分散を用いる方法と比べて、短時間で第一信号存在確率を求めることができる。

判定実行部３０２１は、相対関係計算部２０２２により算出された相対関係を示す値と、存在確率計算部３０２３により算出された第一信号存在確率とを用いて、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たすか否かを判定する。本実施形態に係る判定実行部３０２１は、第一信号存在確率も使用して判定を行うという構成において、第２の実施形態に係る判定実行部２０２１と異なる。判定実行部３０２１は、相対関係D(k,n)が閾値Th_Dよりも大きく、かつ、第一信号存在確率p(k,n)が閾値Th_pよりも小さい場合に、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たさない（過小推定である）と判定する。

また、判定実行部３０２１は、相対関係D(k,n)と第一信号存在確率p(k,n)とを変数とする線型写像関数を使用して算出した値を、閾値と比較することにより判定してもよい。その一例として、判定実行部３０２１が、代表的な線形写像関数である重み付き和を使用する場合について説明する。この場合、相対関係D(k,n)に対する重みをβ１(k,n)、第一信号存在確率p(k,n)に対する重みをβ２(k,n)とした場合、判定実行部３０２１は、「β１(k,n)D(k,n)−β２(k,n)p(k,n)」が示す値が閾値よりも大きければ、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たさない（過小推定である）と判定する。尚、β１(k,n)及びβ２(k,n)は、正の実数である。「β１(k,n)D(k,n)−β２(k,n)p(k,n)」が示す値は、D(k,n)が大きいほど、かつp(k,n)が小さいほど、大きくなる。

判定実行部３０２１は、相対関係を示す値及び第一信号存在確率の両方を変数とする関数を使用して算出した値に基づいて判定するので、相対関係を示す値及び第一信号存在確率に関して、別々に判定した結果を統合して判定する場合と比べて、過小推定を見逃しにくくなる。判定実行部３０２１は、また、高次の多項式関数や非線形関数など、他の形により表される関数を、上述した重み付き和の代わりに用いてもよい。

本実施形態に係る信号処理装置１００Ｂは、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。

また、本実施形態に係る判定部３０２は、混在信号パワースペクトルと推定第二信号パワースペクトルの相対関係だけでなく、第一信号存在確率も併せて用いることにより判定する。判定実行部３０２１が第一信号存在確率を参照することにより、推定第二信号パワースペクトルと混在信号パワースペクトルとの関係が明確になる。例えば、第一信号存在確率が高ければ第一信号のパワー（大きさ）は大きいので、判定部３０２は、推定第二信号パワースペクトルが混在信号パワースペクトルよりも小さい場合に、それが過小推定では無いと判定する。従って、本実施形態に係る判定部３０２は、第一信号が大きい場合も含めて、推定第二信号パワースペクトルが混在信号パワースペクトルよりも小さければ過小推定と判定する第２の実施形態に係る判定部２０２よりも、より正確な判定を行うことができる。これにより、本実施形態に係る信号処理装置１００Ｂは、出力信号の品質をさらに向上することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本願発明の第４の実施形態に係る信号処理装置１００Ｃについて説明する。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｃは、図１に示す通り、変換部１０１、判定部４０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｃは、判定部４０２を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る判定部４０２の構成を概念的に示すブロック図である。図９に示す通り、判定部４０２は、判定実行部３０２１と、相対関係計算部２０２２と、存在確率計算部４０２３と、を含む。相対関係計算部２０２２の動作については、第２の実施形態と同様であり、判定実行部３０２１の動作については、第３の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

存在確率計算部４０２３は、相対関係計算部２０２２から入力された相対関係を示す値を用いて、第一信号存在確率（第二の確率）を算出する。存在確率計算部４０２３は、混在信号パワースペクトルでは無く、相対関係を示す値を用いて、第一信号存在確率を算出するという構成において、第３の実施形態に係る存在確率計算部３０２３と異なる。存在確率計算部４０２３は、算出に用いる情報については、第３の実施形態に係る存在確率計算部３０２３と異なるが、計算式などの算出方法については、存在確率計算部３０２３と同様な方法を用いることが可能である。存在確率計算部４０２３は、第一信号存在確率p(k,n)を、数１７に示す通り算出する。数１７において、E[D(k,n)]は、相対関係D(k,n)の期待値である。

期待値E[D(k,n)]は、第３実施形態と同様に、移動平均あるいは一次リーク積分により近似される。存在確率計算部４０２３は、例えば移動平均を用いて期待値E[D(k,n)]を近似する場合、期待値E[D(k,n)]を数１８に示す通り算出する。数１８において、Ｍ３は１以上の整数である。

存在確率計算部４０２３は、例えば一次リーク積分を用いて期待値E[D(k,n)]を近似する場合、期待値E[D(k,n)]を数１９に示す通り算出する。数１９において、α３は０＜α３＜１を満足する実数である。

存在確率計算部４０２３は、上述した分散の代わりに、分散の平方根である標準偏差を用いて第一信号存在確率を算出してもよい。

本実施形態に係る判定実行部３０２１は、相対関係計算部２０２２により算出された相対関係を示す値と、存在確率計算部４０２３により算出された第一信号存在確率とを用いて、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たすか否かを判定する。

本実施形態に係る信号処理装置１００Ｃは、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号が突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。

また、本実施形態に係る判定部４０２は、混在信号パワースペクトルと推定第二信号パワースペクトルとの相対関係を用いて第一信号存在確率を算出する。本実施形態に係る判定部４０２は、混在信号パワースペクトルだけなく、推定第二信号パワースペクトルも用いて第一信号存在確率を算出するので、混在信号パワースペクトルにより第一信号存在確率を算出する第３の実施形態に係る判定部３０２よりも、さらに正確に第一信号存在確率を算出できる。例えば、判定部４０２は、混在信号パワースペクトルが大きくなったときに、推定第二信号パワースペクトルを参照することにより、第一信号と第二信号のどちらが大きくなったのかを判定できる。従って、本実施形態に係る判定部４０２は、より正確な判定を行うことができる。これにより、本実施形態にかかる信号処理装置１００Ｃは、出力信号の品質をさらに向上することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本願発明の第５の実施形態に係る信号処理装置１００Ｄについて説明する。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｄは、図１に示す通り、変換部１０１、判定部５０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｄは、判定部５０２を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る判定部５０２の構成を概念的に示すブロック図である。図１０に示す通り、判定部５０２は、判定実行部３０２１と、相対関係計算部２０２２と、存在確率計算部５０２３及び５０２４と、を含む。相対関係計算部２０２２の動作については、第２の実施形態と同様であり、判定実行部３０２１の動作については、第３の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施形態にかかる存在確率計算部５０２４は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルを２乗した値である混在信号パワースペクトルを用いて、第１の第一信号存在確率（第一の確率）を算出する。存在確率計算部５０２４は、第１の第一信号存在確率の算出において、第３の実施形態に係る存在確率計算部３０２４と同様の方法を用いる。存在確率計算部５０２４は、第１の第一信号存在確率p1(k,n)を、数２０に示す通り算出する。

数２０において、混在信号パワースペクトルの期待値E[|X(k,n)|²]は、第３の実施形態と同様に、移動平均あるいは一次リーク積分により近似される。

存在確率計算部５０２３は、相対関係計算部２０２２から入力された相対関係を示す値と、存在確率計算部５０２４から入力された第１の第一信号存在確率とを用いて、第２の第一信号存在確率（第三の確率）を算出する。本実施形態に係る存在確率計算部５０２３は、相対関係を示す値に加えて、第１の第一信号存在確率を用いるという構成において、第４の実施形態に係る存在確率計算部４０２３と異なる。

本実施形態でも、第２及び第３の実施形態と同様に、混在信号パワースペクトルの分散を強調信号存在確率とする場合について説明する。存在確率計算部５０２３は、第２の第一信号存在確率p2(k,n)を、数２１に示す通り算出する。

数２１において、期待値は平均値により近似される。存在確率計算部５０２３は、第１の第一信号存在確率p1(k,n)を用いて、移動平均あるいは一次リーク積分により、平均値を算出する。存在確率計算部５０２３は、例えば移動平均を用いる場合、期待値E[D(k,n)]を、数２２に示す通り算出する。数２２において、Ｍ４は０以上の整数である。

存在確率計算部５０２３は、例えば一次リーク積分を用いる場合、期待値E[D(k,n)]を、数２３に示す通り算出する。数２３において、α４は０＜α４＜１を満足する実数である。

本実施形態に係る判定実行部３０２１は、相対関係計算部２０２２により算出された相対関係を示す値と、存在確率計算部５０２３により算出された第２の第一信号存在確率とを用いて、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たすか否かを判定する。

本実施形態に係る信号処理装置１００Ｄは、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。

また、本実施形態に係る判定部５０２は、相対関係を示す値を、第１の第一信号存在確率p1(k,n)によって重みづけすることにより、第一信号が含まれている確率が低いときの相対関係を、期待値算出において優先して用いる。これにより、本実施形態に係る判定部５０２は、第一信号区間において、第一信号成分の影響を受けて相対関係の期待値が大きくなり、第一信号区間の直後において、分散、すなわち、第一信号存在確率が誤って高くなる問題を回避できる。

すなわち、本実施形態に係る判定部５０２は、過小推定の判定に用いる第２の第一信号存在確率を算出する際に、相対関係を示す値に加えて、第１の第一信号存在確率も利用することにより、第一信号存在確率の精度を改善することを実現する。したがって、本実施形態に係る判定部５０２は、第一信号区間の直後に、第一信号存在確率をより正確に求めることができる。これにより、本実施形態に係る信号処理装置１００Ｄは、出力信号の品質をさらに向上することができる。

＜第６の実施形態＞
次に、本願発明の第６の実施形態に係る信号処理装置１００Ｅについて説明する。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅは、図１に示す通り、変換部１０１、判定部６０２、推定部１０３、初期化部１０４、抑圧部１０５、及び、逆変換部１０６を備えている。本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅは、判定部６０２を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態に係る判定部６０２の構成を概念的に示すブロック図である。図１１に示す通り、判定部６０２は、判定実行部３０２１と、相対関係計算部２０２２と、存在確率計算部６０２３及び６０２４と、抑圧部６０２５とを含む。相対関係計算部２０２２の動作については、第２の実施形態と同様であり、判定実行部３０２１の動作については、第３の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施形態に係る抑圧部６０２５は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルと、推定部１０３から入力された推定第二信号パワースペクトルとを用いて、混在信号振幅スペクトルに含まれる第二信号成分を抑圧する。抑圧部６０２５は、抑圧した結果である出力信号振幅スペクトルを、存在確率計算部６０２４へ入力する。抑圧部６０２５は、抑圧部１０５と同様に、混在信号振幅スペクトルと推定第二信号パワースペクトルとを入力とすることから、抑圧部１０５と同様な方法を用いて、第二信号成分を抑圧することができる。従って、本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅは、抑圧部１０５から出力された信号を、存在確率計算部６０２４に入力する構成であってもよい。この場合、本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅが行う抑圧処理が減るので、信号処理装置１００Ｅが行う計算量を削減できる。

本実施形態に係る存在確率計算部６０２４は、抑圧部６０２５から入力された出力信号振幅スペクトルを２乗した値である出力信号パワースペクトルを用いて、第１の第一信号存在確率（第四の確率）を計算する。本実施形態に係る存在確率計算部６０２４は、第５の実施形態に係る存在確率計算部５０２４と比較して、入力される信号は異なるものの、存在確率の算出方法については、同様の方法を用いることができる。

本実施形態に係る存在確率計算部６０２３は、相対関係計算部２０２２から入力された相対関係を示す値と、存在確率計算部６０２４から入力された第１の第一信号存在確率とを用いて、第２の第一信号存在確率（第五の確率）を算出する。本実施形態に係る存在確率計算部６０２３は、第５の実施形態に係る存在確率計算部５０２３と比較して、入力される信号は異なるものの、存在確率の算出方法については、同様の方法を用いることができる。

本実施形態に係る判定実行部３０２１は、相対関係計算部２０２２により算出された相対関係を示す値と、存在確率計算部６０２３により算出された第２の第一信号存在確率とを用いて、推定第二信号パワースペクトルが基準を満たすか否かを判定する。

本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅは、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。

また、本実施形態に係る判定部６０２は、存在確率計算部６０２４において、混在信号パワースペクトルよりも、第二信号の成分が少ない出力信号パワースペクトルを用いて、第一信号存在確率を算出する。したがって、判定部６０２は、第二信号による影響を小さくすることにより、第一信号存在確率をより正確に算出し、正確な判定を行うことができる。これにより、本実施形態に係る信号処理装置１００Ｅは、出力信号の品質をさらに向上することができる。

＜第７の実施形態＞
図１２は、本願発明の第７の実施形態に係る信号処理装置７００の構成を概念的に示すブロック図である。信号処理装置７００は、第一信号（注目すべき所望の音声信号）と第二信号（雑音（ノイズ））とを含む混在信号から、第二信号を推定することによって、第一信号が存在するか否かを判定する装置である。

本実施形態に係る信号処理装置７００は、変換部１０１、判定部１０２、推定部１０３、初期化部１０４、及び、第二判定部７０７を備えている。本実施形態に係る信号処理装置７００は、第二判定部７０７を除く構成については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図１３は、本実施形態に係る第二判定部７０７の構成を概念的に示すブロック図である。第二判定部７０７は、相対関係計算部７０７１と、判定実行部７０７２と、を含む。

相対関係計算部７０７１は、変換部１０１から入力された混在信号振幅スペクトルの２乗に相当する混在信号パワースペクトル|X(k,n)|²と、推定部１０３から入力された推定第二信号パワースペクトル|N(k,n)|²との相対関係を示す値を算出する。ここで相対関係とは、単純な大小関係のほか、両者の差分あるいは比のことである。例えば、相対関係を大小関係により示す場合、相対関係計算部７０７１は、相対関係D2(n)を、数２４に示す通り算出する。

数２４において、ａ2及びｂ2は実数である。また、相対関係を差分により示す場合、相対関係計算部７０７１は、相対関係D2(n)を、数２５に示す通り算出する。

相対関係計算部７０７１は、また、相対関係D2(n)を、数２６に示す通り、対数の差分として算出してもよい。この場合、相対関係計算部７０７１により算出される値は、混在信号パワースペクトルと推定第二信号パワースペクトルとの比に相当する。

判定実行部７０７２は、相対関係計算部７０７１により算出された相対関係を示す値を用いて、第一信号が存在するか否かを判定し、その判定結果を出力する。判定実行部７０７２は、例えば、混在信号パワースペクトルが推定第二信号パワースペクトルよりも大きい場合に、第一信号が存在すると判定する。したがって、例えば、相対関係計算部７０７１により算出される相対関係が、数２４に示す通り大小関係により示される場合、判定実行部７０７２は、相対関係を示す値が「a2」となるときに、第一信号が存在すると判定する。判定実行部７０７２は、相対関係が数２５あるいは数２６に示す通りである場合、相対関係D(k,n)が予め定められた閾値を上回っているときに、第一信号が存在すると判定する。

本実施形態に係る信号処理装置７００は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、第１の実施形態について説明した通りである。そして、本実施形態に係る信号処理装置７００は、第二判定部７０７を備えることによって、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第一信号が存在するか否かを正確に判定できる。

以下に、本実施形態に係る信号処理装置７００によって実現される効果について、詳細に説明する。

携帯電話など様々な音声端末において使用されている音声検出技術は、一般的に、雑音成分である第二信号の大きさが突然大きくなることを想定していない。このため、混在信号に含まれる第二信号の大きさが突然大きくなった場合、第二信号を正しく推定できず、判定結果を誤るという問題がある。その結果、音声符号化のビットレートが誤って高くなる、あるいは、音声認識結果が誤るといった問題が発生する。

このような問題に対して、本実施形態に係る信号処理装置７００では、推定部１０３は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号における、第二信号を現在までに入力された混在信号の状態を示す情報に基づいて推定し、推定結果として、推定第二信号を生成する。判定部１０２は、混在信号及び推定第二信号に基づいて、推定第二信号の大きさが、基準を満たすか否か（過小か否か）を判定する。初期化部１０４は、判定部１０２によって、推定第二信号の大きさが基準を満たさないと判定された場合に、当該混在信号の状態を示す情報を、第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行う。そして、第二判定部７０７は、推定第二信号を用いて、混在信号に第一信号が含まれるか否かを判定する。

すなわち、本実施形態に係る信号処理装置７００は、大きさが突然大きくなった第二信号に追随できるように、第二信号を推定する際に使用する混在信号の状態を示す情報を、第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に戻す（変更する）。これにより、本実施形態に係る信号処理装置７００は、混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第一信号が含まれているか否かを正確に判定することができる。

＜第８の実施形態＞
図１４は、本願発明の第８の実施形態に係る信号処理装置８００の構成を概念的に示すブロック図である。

本実施形態に係る信号処理装置８００は、判定部８０２、及び、推定部８０３を備えている。

推定部８０３は、第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、その混在信号に混在する第二信号を推定し（推定処理）、推定第二信号として提供する。

判定部８０２は、混在信号と前記推定第二信号とを用いて、推定第二信号が過小であるか否かを判定する。

そして、推定部８０３は、判定部８０２での判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する。

本実施形態に係る信号処理装置８００は、第一信号と第二信号とが含まれる混在信号において、第二信号の大きさが突然大きくなった場合であっても、第二信号を正確に推定することができる。その理由は、信号処理装置８００は、推定第二信号が過小であるか否かを判定し、その判定の結果に基づいて、推定処理を初期化するからである。

＜ハードウェア構成例＞
上述した各実施形態において図１乃至図５、及び、図７乃至図１４に示した信号処理装置における各部は、専用のＨＷ（ＨａｒｄＷａｒｅ）（電子回路）によって実現することができる。また、図１乃至図５、及び、図７乃至図１４において、少なくとも、下記構成は、ソフトウェアプログラムの機能（処理）単位（ソフトウェアモジュール）と捉えることができる。
・判定部１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、及び、８０２、
・推定部１０３及び８０３、
・初期化部１０４、
・第二判定部７０７
・抑圧部１０５。

但し、これらの図面に示した各部の区分けは、説明の便宜上の構成であり、実装に際しては、様々な構成が想定され得る。この場合のハードウェア環境の一例を、図１５を参照して説明する。

図１５は、本願発明の各実施形態に係る信号処理装置を実行可能な情報処理装置９００（コンピュータ）の構成を例示的に説明する図である。即ち、図１５は、図１乃至図５、及び、図７乃至図１４に示した信号処理装置を実現可能なコンピュータ（情報処理装置）の構成であって、上述した実施形態における各機能を実現可能なハードウェア環境を表す。

図１５に示した情報処理装置９００は、構成要素として下記を備えている。
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿Ｕｎｉｔ）９０１、
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ＿Ａｃｃｅｓｓ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、
・ハードディスク（記憶装置）９０４、
・外部装置との通信インタフェース９０５、
・バス９０６（通信線）、
・ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ＿Ｄｉｓｃ＿Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体９０７に格納されたデータを読み書き可能なリーダライタ９０８、
・入出力インタフェース９０９。

即ち、上記構成要素を備える情報処理装置９００は、これらの構成がバス９０６を介して接続された一般的なコンピュータである。情報処理装置９００は、ＣＰＵ９０１を複数備える場合もあれば、マルチコアにより構成されたＣＰＵ９０１を備える場合もある。

そして、上述した実施形態を例に説明した本願発明は、図１５に示した情報処理装置９００に対して、次の機能を実現可能なコンピュータプログラムを供給する。その機能とは、その実施形態の説明において参照したブロック構成図（図１乃至図５、及び、図７乃至図１４）における上述した構成、或いはフローチャート（図６）の機能である。本願発明は、その後、そのコンピュータプログラムを、当該ハードウェアのＣＰＵ９０１に読み出して解釈し実行することによって達成される。また、当該装置内に供給されたコンピュータプログラムは、読み書き可能な揮発性のメモリ（ＲＡＭ９０３）、または、ＲＯＭ９０２やハードディスク９０４等の不揮発性の記憶デバイスに格納すれば良い。入出力インタフェース９０９は，Ａ(Analog)／Ｄ(Digital)変換機能やＤ／Ａ変換機能を備えてもよい。

また、前記の場合において、当該ハードウェア内へのコンピュータプログラムの供給方法は、現在では一般的な手順を採用することができる。その手順としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種記録媒体９０７を介して当該装置内にインストールする方法や、インターネット等の通信回線を介して外部よりダウンロードする方法等がある。そして、このような場合において、本願発明は、係るコンピュータプログラムを構成するコード或いは、そのコードが格納された記録媒体９０７によって構成されると捉えることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本願発明を説明した。しかしながら、本願発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本願発明は、本願発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

尚、上述した各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。しかしながら、上述した各実施形態により例示的に説明した本発明は、以下には限られない。すなわち、
（付記１）
第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定手段と、
前記混在信号と前記推定第二信号とを用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する第一の判定手段と、
を備え、
前記推定手段は、前記第一の判定手段での判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する
ことを特徴とする信号処理装置。
（付記２）
前記第一の判定手段は、前記第一信号と前記第二信号との相対関係を求めることによって、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記第一の判定手段は、
前記混在信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第一の確率を算出し、
前記第一の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
付記２に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記第一の判定手段は、
前記相対関係に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第二の確率を算出し、
前記第二の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
付記２に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記第一の判定手段は、
前記相対関係と、前記第一の確率とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第三の確率を算出し、
前記第三の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
付記３に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記第一の判定手段は、
前記混在信号と前記推定第二信号とを使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧することによって抑圧信号を生成し、
前記抑圧信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第四の確率を算出し、
算出した前記第四の確率と前記相対関係とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第五の確率を算出し、
前記第五の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
付記２に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧する抑圧手段を更に備える、
付記１乃至６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に前記第一信号が含まれているか否かを判定する第二の判定手段を更に備える、
付記１乃至６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記９）
情報処理装置によって、
第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供し、
前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定し、
その判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する
信号処理方法。
（付記１０）
第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定処理と、
前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する判定処理と、
をコンピュータに実行させ、
前記推定処理は、前記第一の判定手段での判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する
ことを特徴とする信号処理プログラム。
（付記１１）
第一信号と第二信号とが含まれる混在信号における前記第二信号を、現在までに入力された前記混在信号の状態を示す情報に基づいて推定し、推定結果を表す推定第二信号を生成する推定手段と、
前記混在信号及び前記推定第二信号に基づいて、前記推定第二信号の大きさが基準を満たすか否かを判定する第一の判定手段と、
前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たさないと前記第一の判定手段によって判定された場合に、前記混在信号の状態を示す情報を、前記推定手段が前記第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行う初期化手段と、
を備える信号処理装置。
（付記１２）
前記第一の判定手段は、前記第一信号の大きさと前記第二信号の大きさとの相対関係を示す値を求めることによって、前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たすか否かを判定する、
付記１１に記載の信号処理装置。
（付記１３）
前記第一の判定手段は、
前記混在信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第一の確率を算出し、
前記第一の確率が閾値以下である場合に、前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たすか否かを判定する、
付記１２に記載の信号処理装置。
（付記１４）
前記第一の判定手段は、
前記相対関係を示す値に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第二の確率を算出し、
前記第二の確率が閾値以下である場合に、前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たすか否かを判定する、
付記１２に記載の信号処理装置。
（付記１５）
前記第一の判定手段は、
前記相対関係を示す値と、前記第一の確率とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第三の確率を算出し、
前記第三の確率が閾値以下である場合に、前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たすか否かを判定する、
付記１３に記載の信号処理装置。
（付記１６）
前記第一の判定手段は、
前記混在信号と前記推定第二信号とを使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧することによって抑圧結果信号を生成し、
生成した前記抑圧結果信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第四の確率を算出し、
算出した前記第四の確率と前記相対関係を示す値とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第五の確率を算出し、
前記第五の確率が閾値以下である場合に、前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たすか否かを判定する、
付記１２に記載の信号処理装置。
（付記１７）
前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧する抑圧手段を更に備える、
付記１１乃至１６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記１８）
前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に前記第一信号が含まれているか否かを判定する第二の判定手段を更に備える、
を特徴とする付記１１乃至１６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記１９）
前記判定手段は、現在までの所定の期間において生成された前記推定第二信号の大きさの平均値あるいは最小値が、現在の前記混在信号の大きさを示す値を所定の写像関数に入力することによって求めた値以上であるか否かを判定する、
付記１１乃至１８のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記２０）
前記初期化手段は、初期化用の設定値と、初期化を行うまでの所定の期間において前記推定手段により生成された前記推定第二信号の状態を示す値との少なくともいずれかに基づいて、前記混在信号の状態を示す情報を初期化する、
付記１１乃至１９のいずれか一項に記載の信号処理装置。
（付記２１）
情報処理装置によって、
第一信号と第二信号とが含まれる混在信号における前記第二信号を、現在までに入力された前記混在信号の状態を示す情報に基づいて推定し、推定結果を表す推定第二信号を生成し、
前記混在信号及び前記推定第二信号に基づいて、前記推定第二信号の大きさが基準を満たすか否かを判定し、
前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たさないと判定した場合に、前記混在信号の状態を示す情報を、前記第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理を行う、
信号処理方法。
（付記２２）
第一信号と第二信号とが含まれる混在信号における前記第二信号を、現在までに入力された前記混在信号の状態を示す情報に基づいて推定し、推定結果を表す推定第二信号を生成する推定処理と、
前記混在信号及び前記推定第二信号に基づいて、前記推定第二信号の大きさが基準を満たすか否かを判定する判定処理と、
前記推定第二信号の大きさが前記基準を満たさないと前記判定処理によって判定された場合に、前記混在信号の状態を示す情報を、前記推定処理が前記第二信号を推定する処理を開始するときの状態あるいはその状態に関連する状態に変更する初期化処理と、
をコンピュータに実行させるための信号処理プログラム。

１００ 信号処理装置
１０１ 変換部
１０１１ フレーム分割部
１０１２ 窓関数乗算部
１０１３ フーリエ変換部
１０２ 判定部
１０２１ 判定実行部
１０３ 推定部
１０４ 初期化部
１０５ 抑圧部
１０５１ ゲイン計算部
１０５２ 乗算部
１０６ 逆変換部
１０６１ 逆フーリエ変換部
１０６２ 窓関数乗算部
１０６３ フレーム合成部
２０２ 判定部
２０２１ 判定実行部
２０２２ 相対関係計算部
３０２ 判定部
３０２１ 判定実行部
３０２３ 存在確率計算部
４０２ 判定部
４０２３ 存在確率計算部
５０２ 判定部
５０２３ 存在確率計算部
５０２４ 存在確率計算部
６０２ 判定部
６０２３ 存在確率計算部
６０２４ 存在確率計算部
６０２５ 抑圧部
７００ 信号処理装置
７０７ 第二判定部
８００ 信号処理装置
８０２ 判定部
８０３ 推定部
９００ 情報処理装置
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＯＭ
９０３ ＲＡＭ
９０４ ハードディスク（記憶装置）
９０５ 通信インタフェース
９０６ バス
９０７ 記録媒体
９０８ リーダライタ
９０９ 入出力インタフェース

Claims (10)

1. 第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定手段と、
   前記混在信号と前記推定第二信号とを用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する第一の判定手段と、
   を備え、
   前記推定手段は、前記第一の判定手段での判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記第一の判定手段は、前記第一信号と前記第二信号との相対関係を求めることによって、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
   請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記第一の判定手段は、
   前記混在信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第一の確率を算出し、
   前記第一の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
   請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記第一の判定手段は、
   前記相対関係に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第二の確率を算出し、
   前記第二の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
   請求項２に記載の信号処理装置。
5. 前記第一の判定手段は、
   前記相対関係と、前記第一の確率とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第三の確率を算出し、
   前記第三の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
   請求項３に記載の信号処理装置。
6. 前記第一の判定手段は、
   前記混在信号と前記推定第二信号とを使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧することによって抑圧信号を生成し、
   前記抑圧信号に基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第四の確率を算出し、
   算出した前記第四の確率と前記相対関係とに基づいて、前記混在信号に前記第一信号が存在する第五の確率を算出し、
   前記第五の確率に基づいて、前記推定第二信号が過小か否かを判定する、
   請求項２に記載の信号処理装置。
7. 前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に含まれる前記第二信号を抑圧する抑圧手段を更に備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
8. 前記推定第二信号を使用して、前記混在信号に前記第一信号が含まれているか否かを判定する第二の判定手段を更に備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
9. 情報処理装置によって、
   第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供し、
   前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定し、
   その判定の結果に基づいて、推定処理を初期化する
   信号処理方法。
10. 第一信号と第二信号とが混在した混在信号を用いて、前記混在信号に混在する第二信号を推定し、推定第二信号として提供する推定処理と、
    前記混在信号と前記推定第二信号を用いて、前記推定第二信号が過小であるか否かを判定する判定処理と、
    をコンピュータに実行させ、
    前記推定処理は、前記判定処理での判定の結果に基づいて、前記第二信号を推定する処理を初期化する
    ことを特徴とする信号処理プログラム。

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