JPH0239799B2 - - Google Patents

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JPH0239799B2
JPH0239799B2 JP58250848A JP25084883A JPH0239799B2 JP H0239799 B2 JPH0239799 B2 JP H0239799B2 JP 58250848 A JP58250848 A JP 58250848A JP 25084883 A JP25084883 A JP 25084883A JP H0239799 B2 JPH0239799 B2 JP H0239799B2
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JP
Japan
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band
noise
attenuation
energy
voice
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JP58250848A
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Ryoji Suzuki
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば音声認識装置における前処
理装置、補聴器の入力装置、受信器のビート妨害
除去装置などに応用することができる雑音除去装
置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 一般に、雑音除去装置は第1図に示すように入
力端子1からのノイズ成分を含む入力信号をバン
ドパスフイルタ4を介して平均エネルギ計測手段
5に加え、この平均エネルギ計測手段5の結果に
応じてアナログ制御ローパスフイルタ2をコント
ロールして出力端子3よりノイズ成分を除去した
信号を取り出すように構成していた。これは、ノ
イズ出力はシステムの周波数帯域幅に比例するこ
と、信号対雑音の比(以下これをSN比と呼ぶ)
が十分に高ければ、雑音は信号にマスクされてし
まい、聴感上雑音は聞こえない(これをマスキン
グ効果と呼ぶ)という2つの基本理論に基づいて
おり、入力信号レベルが大きくなるにつれて平均
エネルギ計測手段5の出力信号、つまりアナログ
制御ローパス・フイルタ2の制御信号が大きくな
り、アナログ制御ローパス・フイルタ2の遮断周
波数が高くなるというようにして雑音の低減を試
みているわけである。しかしながら、上述した雑
音除去装置により低減される雑音は限られてお
り、たとえば正弦波のように帯域の狭い音が雑音
として入力された場合には、それを除去すること
はできないという問題があつた。
発明の目的 本発明の目的は、雑音の重畳している音声にお
いてどのような周波数特性をもつた雑音であつて
も、それが準定常的なものであれば、その雑音成
分を適確に取り除き、聞きやすい、きれいな音声
を再生することができる雑音除去装置を提供する
ことにある。
発明の構成 本発明の雑音除去装置は、雑音の重畳した音声
信号を帯域分割することを主体とする信号系と、
各帯域信号をその帯域(これをチヤンネルと呼
ぶ)のSN比に相当する値で一定時間(フレーム)
毎に減衰量の制御を行なう制御系を有しており、
信号系では入力信号を帯域分割手段によりnチヤ
ンネルに帯域分割し、各帯域信号を減衰手段によ
り制御手段で求められる減衰量に基づいて減衰さ
せ、それらの信号を加算手段により加算して出力
信号を得、一方、制御系では前記帯域分割手段に
より得られた各帯域信号の平均エネルギを平均エ
ネルギ計測手段により計測し、制御手段では各帯
域の平均エネルギからフレーム毎かつチヤンネル
毎に音声エネルギの推定値を算出し、これに基づ
いて前記減衰手段に与える減衰量を決定するよう
に構成したものである。
実施例の説明 第2図に本発明の雑音除去装置の一実施例を示
す。第2図において、11は信号系、12は制御
系である。この信号系11において、入力信号は
入力端子100より印加され、帯域分割手段30
i(i=1,2,…n)によりnチヤンネルに帯
域分割され、減衰手段40i(i=1,2,…n)
により減衰量giに応じて減衰され、帯域分割手段
50i(i=1,2,…n)によりフイルタリン
グを行ない減衰手段40iで減衰量giをフレーム
周期毎に更新するために発生する振幅の不連続性
を減少させ、加算手段600で全チヤンネルの信
号を加算して出力端子700から出力信号を出力
する。一方、制御系12において、前記帯域分割
手段30i(i=1,2,…n)によりnチヤン
ネルに帯域分割された入力信号の各帯域信号か
ら、平均エネルギ計測手段90i(i=1,2,
…n)により各チヤンネルの平均エネルギが得ら
れ、マルチプレクサ1000を経て、アナログ・
デジタル変換器(以下これをAD変換器と呼ぶ)
1100で平均エネルギがデジタル量に変換さ
れ、入出力インターフエース1300およびマイ
クロプロセツサ1400を経てメモリ1500に
記憶される。そしてマイクロプロセツサ1400
ではメモリ1500に記憶された情報をもとに減
衰量giを計算し、その減衰量giは入出力インター
フエース1300およびデマルチプレクサ120
0を経て減衰手段40iのそれぞれに加えられ
る。上記マイクロプロセツサ1400のプログラ
ムのフローチヤートを第3図に示す。
本実施例では、例えば次に示す具体的特性と回
路とで実現される。帯域分割手段30i,50i
は音声帯域をほぼ含むように200〜300Hzから5〜
6KHzまでを1/3オクターブ毎に中心周波数を設定 した15チヤンネルの帯域通過フイルタ群で構成
し、減衰手段40iには3dBステツプ程度の分解
能で最大−40〜−50dBの減衰が得られるデジタ
ル制御のアツテネータを用い、平均エネルギ計測
手段90iには全波整流回路群および平滑回路群
を用いる。また1フレームの時間長を5〜
20msecとし、無音声区間を検出するための観測
区間を0.5〜2秒とするために観測フレーム数M
を25〜400とし、無音声区間とみなすフレーム数
Nを1〜10とする。
そして、上記減衰手段40iに与える減衰量gi
を決定するためには各帯域の平均エネルギからフ
レーム毎かつチヤンネル毎に音声エネルギの推定
値を算出しなければならない。
次に、雑音エネルギの推定値の求め方について
説明する。通常の会話における音声には第4図b
に示すように必ず音声の発声されていない無音声
区間が存在する。そのような音声に第2図aに示
すような定常的な雑音が重畳すると、そのエネル
ギを観測すれば第4図cに示すようになり、エネ
ルギの最も小さい区間が無音声区間で、その区間
では雑音のみが存在すると見なすことができる。
このようにして雑音区間が検出できればその区間
を分析して雑音の特性を知ることができる。具体
的には、入力信号の全周波数帯域でのフレーム毎
の平均エネルギを求め、Mフレーム(Mは一定)
の期間の観測で、この値が最も小さいものからN
フレーム(Nは一定、N<M)を無音声区間とみ
なし、このN個のフレームにおける各帯域毎の平
均エネルギWi,kの平均1/NNK=1 Wi,k(ただしiは帯域 番号i=1,2,…n、kはフレーム毎の全周波
数帯域での平均エネルギを小さい順に並べた時の
順位k=1,2,…M)と、すでに得られている
雑音エネルギの推定値Niとの平均値を第5式に
示すように新しい雑音エネルギの推定値Niとす
る。
尚1/NNK=1 Wi,kをそのまま雑音エネルギの推定値 Niとしても良いのであるが、第5式に示すよう
に、すでに得られている雑音エネルギの推定値
Niとの平均をとることにより、雑音エネルギの
推定値が急激に変化することにより生じる出力信
号の不連続性を減少させることができる。
また、Wi,kを求めるためのMフレームの観測区
間の移動のしかたであるが、これは第5図に示す
ようにMフレームずつ移動させる方法と、第6図
に示すように1フレームずつ移動させる方法とが
ある。第5図の方法では、Mフレームの間は雑音
エネルギの推定値Niが一定であり、重畳してい
る雑音の変化が比較的ゆるやかな場合に適し、第
6図の方法では1フレーム毎に雑音エネルギの推
定値Niが変化するので、重畳している雑音の変
化が比較的急激な場合に適する。
以上のようにして得られた雑音エネルギの推定
値Niから音声エネルギの推定値Siを求めると、 Si=Wi−Ni Wi>Ni …(6) となる。またWi≦Niの場合には音声エネルギの
推定値が負の値をとつてしまい不合理であるの
で、 Si=0 Wi≦Ni …(7) とする。ただしWiは任意フレームで計測された
各帯域毎の平均エネルギを示す。
Wiと音声エネルギの推定値Siにより、減衰手段
に与える減衰量giとする。減衰量giは0から1の間の値をとり、雑
音エネルギが大きくなるほど0に近づいていく。
つまり減衰手段への入力信号をSio、減衰手段の
出力信号をSoutとすると、この減衰量giを減衰手
段に与えることにより、 Sout=gi・Sio となり、Soutのエネルギは音声エネルギの推定
値Siと等しくなる。
このように各帯域信号のエネルギを減衰手段を
用いて音声エネルギの推定値Siと等しくすること
により音声に重畳した雑音の抑圧を行なうことが
できる。一方、雑音によつてはgiをそのまま減衰
手段に与えただけでは聴感上雑音の抑圧感が少な
い場合があるので、第10式に示すように非線形特
性E(gi)を減衰量giに掛けて、 gi′=E(gi)・gi …(10) この新しい減衰量gi′を減衰手段に与えれば雑
音の抑圧特性を変えることができる。さらにこの
E(gi)を複数用意し、雑音によつてE(gi)を選
択できるようにすれば、聴感上最適な雑音抑圧特
性が得られるようになる。このE(gi)・giの例を
第7図に示す。特性AはE(gi)=1で非線形特性
を持たせない場合で、それ以外の特性B、特性
C、そして特性Dは非線形特性を持たせた場合で
ある。
また入力信号に音声が存在する場合と音声が存
在しない場合とで非線形特性を変えることによ
り、音声の明瞭度と雑音の抑圧度とを同時に向上
させることが可能となる。これはたとえば、音声
区間では特性Aを用いて非線形性を持たせないこ
とにより歪をなるべく減らして明瞭度を向上さ
せ、無音声区間では特性Cを用いることにより非
線形性を持たせて雑音を大きく抑圧するという具
合にして実現できる。音声区間と無音声区間の区
別は減衰量gi(0≦gi≦1)の全チヤンネルでの平
均値が閾値Tgよりも大きい時には音声区間とみ
なし、閾値Tgよりも小さい時には無音声区間と
みなして行なう。
1/Noi=1 gi>Tgならば音声区間 1/Noi=1 gi≦Tgならば無音声区間 すなわち、音声区間では無音声区間に比べて相
対的にS/N比が高いためにgiの全チヤンネルで
の平均値は大きな値となる(1に近づく)ので、
それを判断基準に用いている。音声区間に特性
A、無音声区間に特性Cを用いた例を第8図に示
す。
減衰手段と加算手段との間に設けた帯域分割手
段の役割であるが、これは減衰量giがフレーム周
期毎に変化するために、減衰手段の出力信号は第
9図aに示すようなトーン・バースト状の波形に
なり、振幅の不連続点で耳ざわりな音がでるの
で、減衰手段の出力信号を各帯域に対応した帯域
分割手段と同じ特性をもつ新たな帯域分割手段で
再度帯域分割する(これをリフイルタリングと呼
ぶ)ことにより、第9図bに示すようにフレーム
毎に生じる振幅の不連続性を減少させ、耳ざわり
な音を小さくすることができる。
発明の効果 以上、詳述したように本発明によれば、入力信
号を帯域分割し、各帯域信号を減衰手段を介して
加算合成して出力すると共に、上記入力信号の帯
域分割した各帯域信号の平均エネルギを計測し、
これら各帯域の平均エネルギからフレーム毎かつ
チヤンネル毎に算出した音声エネルギの推定値に
もとずいて決定した減衰量に応じて上記減衰手段
をコントロールするように構成したので、雑音の
重畳している音声入力情報での雑音成分がどのよ
うな周波数特性を持つた雑音であつてもそれが準
定常的なものであれば、リアルタイムでその雑音
成分を適確に取り除き、聞きやすいきれいな音声
を出力することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の雑音除去装置のブロツク図、第
2図は本発明の雑音除去装置の一実施例を示すブ
ロツク図、第3図は同装置のマイクロプロセツサ
のプログラムフローチヤート、第4図は雑音のエ
ネルギ、音声のエネルギそして音声+雑音のエネ
ルギの時間的変化を示した図、第5図は無音声区
間検出のためのMフレームの観測区間をMフレー
ムずつ移動させた場合を示した図、第6図は無音
声区間検出のためのMフレームの観測区間を1フ
レームずつ移動させた場合を示した図、第7図は
非線形性をもたせた減衰量E(gi)・giの例を示し
た図、第8図は音声区間と無音声区間で非線形性
を変えた減衰量E(gi)・giの例を示した図、第9
図はリフイルタリングによる減衰手段の出力信号
の変化を示した図である。 100……入力端子、30i,50i……帯域
分割手段、40i……減衰手段、600……加算
手段、700……出力端子、90i……平均エネ
ルギ計測手段、1000……マルチプレクサ、1
100……アナログ・デジタル変換器、1200
……デマルチプレクサ、1300……入出力イン
ターフエース、1400……マイクロプロセツ
サ、1500……メモリ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力信号を複数の周波数帯域に分割する帯域
    分割手段と、この帯域分割手段により得られた各
    帯域信号を任意量だけ減衰させる減衰手段と、こ
    の減衰手段により減衰させられた各帯域信号を加
    算して最終出力とする加算手段と、前記帯域分割
    手段により得られた各帯域信号の平均エネルギを
    計測する平均エネルギ計測手段と、前記入力信号
    が音声か無音声かの判定を行う音声/無音声判定
    手段と、前記平均エネルギ計測手段により計測さ
    れた各帯域の平均エネルギの計測値および前記音
    声/無音声判定手段の結果に基づいて前記減衰手
    段の減衰量の制御を行なうための制御手段とを備
    えて成ることを特徴とする雑音除去装置。
JP58250848A 1983-12-28 1983-12-28 雑音除去装置 Granted JPS60140399A (ja)

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