JPH02503256A - 雑音削減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ノイズリダクション 〔技術分野〕 本発明は信号中の雑音レベルを削減する方法およびこの方法を用いた雑音削減の ための装置に関する。特に、音声信号中の雑音を削減する方法および了解度＜ｉ ｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ）が高められた音声信号を生成する装置に関する が、これに限定されるわけではない。

〔背景技術〕

信号というものには広帯域の雑音が含まれることがあり、雑音ノ寸ワーの時間平 均が、雑音スペクトルの部分を横切って広がることがある。音声装置で雑音があ ると、聴者をひどく疲れさせたり、不快感を与えることがある。

雑音を削減することは重要な問題であり、そのための多数の方法が知られている が、音声装置の場合には、ある種の雑音については他の雑音に比較して知覚的に 許容できるという特性がある。特に必要とされているのは、既存の伝送装置で利 用できる方法である。特に、受信端で簡単に取り付けることが望ましい。

に雑音を削減する方法として、スペクトル減算（ｓｐｅｃｔｒａｌ　５ｕｂｔｒ ａｃ−ｔｉｏｎ）技術が知られている。この技術では、信号を周波数領域に変換 し、それぞれのスペクトル帯域における雑音パワーの推定値を減算し、再び時間 領域に変換する。しかし、この技術にはいくつかの欠点がある。第一に、それぞ れのスペクトルで雑音パワーを測定する必要がある。このためには「非音声」期 間を識別することが必要であるが、これは複雑で信頼性が低い。第二に、雑音１ 　（ワーを測定する時点の間の雑音スペクトルが一定であると仮定する必要があ る。

ただし、これは常に必要というわけではない。第三に、一つの非音声期間に推定 した雑音パワーを次の非音声期間で正しく利用できるのは、非音声期間における 背景雑音が全くない場合だけである。背景雑音による変調が生じると、聴者には 不快である。

〔発明の開示〕

本発明によると、時間とともに変化する信号からその信号のスペクトル成分の強 度（音量）を表す出力信号を生成する第一変換手段と、この第一変換手段の出力 を処理し、高強度入力よりも低強度入力を大きく減衰させ、高強度スペクトル成 分に対して線形で低強度スペクトル成分には非線形な伝達特性を示す処理手段と 、この処理手段の出力から時間とともに変化する信号を再構成する第二変換手段 とを備えた雑音削減装置が提供される。

伝達特性の線形領域と非線形領域との変化は緩やかであり、その傾斜には実質的 に不連続がないことが望ましい。これにより、低強度（雑音）スペクトル成分に 対して漸進的にロールオフすることができる。

レベル調整動作を行って、伝達特性に対してあらかじめ定められた関係となるよ うに信号を維持することが望ましい。これは、信号に対する一種の自動利得制御 動作である。

第一変換手段は信号フレーム毎に動作することが望ましく、−次元変換または複 素変換を用いて変換係数群を生成し、第二変換手段は逆変換を行って信号を再構 築することが望ましい。望ましくは、高速フーリエ変換を用いる。このような変 換を用いると、窓関数を用いてそれぞれのフレームを整形でき、フレーム変換時 の周波数の「漏れ（ｌｅａｋａｇｅ）　Ｊを削減できる利点がある。このような 窓関数を用いると、標本化されたデータ・フレームをうまく重ね合わせることが できる。

第二の態様として、信号処理に複数の異なる伝達特性を用い、あるスペクトル領 域についてはさらに減衰させる。信号が音声信号の場合には、平均話者に対する 音声フォルマント帯域のスペクトル位置に関する知識を用いることにより、減衰 させるスペクトル領域を一定の原理で指定できる。また、それぞれの話者に対し てフォルマント帯域の時間平均位置を初期測定しても、減衰させるスペクトル領 域を求めることができる。

第三の態様として、複数の異なる伝達特性を用い、信号のフォルマント帯域のス ペクトル位置を連続的に追跡し、目立った信号成分がないスペクトル領域を大き く減衰させことができる。これは、線スペクトル対（Ｌ　Ｓ　ＰＳＬｉｎｅ　５ ｐｅｃｒａｌ　Ｐａ１ｒ）技術を用い、音声信号のフォルマットを追跡するに適 したフィルタを用いることにより、容易に実現できる。

処理手段の前または後のいずれかに伝送チャネルを配置し、変換符号化伝送装置 として使用することもできる。この場合にはまた、処理手段を含む送信機を設け ることができ、また、処理手段を含む受信機を設けることができる（このような 装置では、一端だけに処理手段が必要である）。

本発明の他の観点によると、時間とともに変化する信号をその信号のスペクトル 成分の強さを表す複数の信号に変換するステップと、高強度スペクトル成分の関 係が歪まないように保ちながら、低強度スペクトル成分が高強度スペクトルに比 較して減衰するように、それぞれの信号を処理するステップと、この処理するス テップで得られた信号を変換して、雑音成分が減衰した時間とともに変化する信 号を再構築するステップとを含む雑音削減方法が提供される。

本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の方法および本発明の装置の動作を示す図。

第２ａ図および第２ｂ図は本発明で用いる伝達特性の概略を対数軸で示す図。

第３ａ図ないし第３ｅ図は雑音を含む三角波信号を本発明の種々の段階でどのよ うに処理されるかを示す図。

第４図は本発明第一実施例の雑音削減装置の概略を示す図。

第５図は本発明の実施例で用いる窓関数の形態を概略的に示す図。

第６ａ図および第６ｂ図は本発明の実施例におけるデータ・フレームの重ね合わ せの効果を示す図。

第７ａ図は本発明の第二実施例を概略的に示す図。

第７ｂ図は第二実施例の修正例を概略的に示す図。

第８図は本発明の第三実施例を概略的に示す図。

〔発明を実施するための最良の形態〕

第１図を参照すると、雑音を含む入力信号は、その信号に含まれる種々の成分の 強度（音量）を表す一連の信号に分解される。この第一の変換動作は、例えば複 数の並列帯域通過フィルタに通過させるだけでもよいが、−次元変換または複素 変換動作を実行することが望ましい。例えば、信号標本フレームの離散的フーリ エ変換（ＤＦＴ）または離散的余弦フーリエ変換（ＤＣＴ）を実行することが望 ましい。

変換動作は、適切にプログラムされた汎用コンビ二一夕で実行するか、または、 現在市販されている個別高速フーリエ変換チップ・パッケージのような個別の変 換手段で実行することができる。

変換結果は、上述したように並列信号として出力してもよいが、スペクトル成分 データを直列フレームに多重化して出力してもよい。

この後に、これらのデータに対して、高強度スペクトル成分に比較して低強度ス ペクトル成分が減衰するように処理する。

第一変換段階からの出力データがスペクトル成分をアナログ表現したフレームを 含む場合には、非線形伝達特性を有する素子を用いることにより、そのデータを 簡単に処理できる。第一変換の出力データが複数の並列アナログ表現を含む場合 には、そのような素子を並列に用いる。

第一変換段階からの出力がディジタル形式の場合には、非線形応答が得られるよ うにプログラムされた汎用または専用のディジタルデータ処理手段により、容易 に処理できる。非線形応答を得るには、例えば、与えられた入力に対する出力の ルックアップテーブルを用いるか、または所望の特性に近似させた多項式を用い る。

第２ａ図は処理段階で用いられる典型的な非線形特性を示すが、この図を参販す ると、特性の非線形部分の最上部（この場合にはＸｄＢで示した部分）より強度 が大きいスペクトル成分を表す信号が処理段階で線形に処理されることが明らか である。これは、両対数表示の特性の傾斜が「１」だからである（両対数軸の場 合には、非線形関数はその傾斜が「１」からずれていることにより表される。「 非線形」の用語は、対数軸ではなくノーマル軸に対する意味で用いる）。したが って、ＸｄＢより大きい強度をもつすべてのスペクトル成分の強度の関係は、処 理段階では妨害されない。これは、このようなすべての成分が、等しい倍率で増 幅または減衰するからである。

第２ａ図に示した曲線状の非線形部分は、理論的には、傾斜が「１」の直線部分 と縦方向の直線との間であれば、どのような滑らかな白線であってもよい。しか し通常は、これらの両極端の中間の傾斜が用いられる。これは、第一に効果がな いこと、第二に（周波数領域におけるゲーティングにより）許容できない歪みが 導入されることが理由である。したがって、本発明により生成される処理された 信号は、雑音が削減されたレベルと、歪みが導入されたレベルとの中間となり、 この結果に対する許容性は、伝達特性の非線形部分の形状と、信号レベルに対す る折れ白かり領域（ｋｎｅｅ　ｒｅａｇｉｏｎ）の位置とに強く依存する。。

Ｘ６８点の下が滑らかな「折れ山かり（ｋｎｅｅ）Ｊ領域であり、この領域では 、特性の非線形部分が傾斜の不連続なしに線形部分に接続される。折れ曲がり領 域の下はすぐに非線形部分であり、第２ａ図の両対数プロットでは、その長さの ほとんどに対して、約２．２の平均傾斜となっている。非常に低入力レベルのと き、正の傾斜が続いているかぎり、非線形部の傾斜はそれほど問題とはならない 。全体として重要なのは、折れ曲がりの上の部分が線形でこのレベル以上の成分 の調波関係は妨害されず、折れ山かり領域以下では雑音を十分に減衰させる程度 に非線形部分が急勾配となり、スペクトル成分が時間とともに折れ曲がり領域を 通過しても聴者には大きな差異を知覚できないように折れ山かり部分自体が緩や かに曲がっていることである。

信号対雑音比が大きい場合には、信号歪みを最小にするために、非線形部分の線 形性からのずれを小さくすることが望ましい。これに対して信号対雑音比が小さ い場合には、線形性からのずれを大きくすることが必要である。第２ｂ図は本発 明による特性の極端な例を示す。この図では、折れ曲がり領域の下から可聴限度 （ｒ　ＯｄＢ」で示す）までの非線形部分の傾斜が、両対数軸上でほぼ１０であ る。

この特性により雑音が有効に削減されるが、音声信号の質が通常では許容できな い（了解はできるが）レベルまで歪んでしまう。このては、非線形部分が急峻で は用途が非常に制限される。

このような特性は、例えば反復技術を用いることにより導出することができる。

同様に、このような伝達関数をもつアナログ素子を製造することも、当業者には 容易である。

最後に、スペクトル成分を表す信号が実際のスペクトル成分そのものの場合（例 えば帯域通過フィルタを並列接続して用いた場合の出力）には、処理手段の伝達 関数は、瞬間的な値に対してではなく、それぞれの成分のピーク値または平均値 に対して非線形でなければならない。さもないと信号が歪んでしまう。したがっ て、処理手段は音響圧伸器に類似している。

処理の後、信号の主要部分は線形に増幅または減衰して処理手段から出力される が、信号の主要ではない部分のスペクトルの領域の雑音は、比較的大きく減衰す る（信号に含まれる弱い成分も減衰する）。雑音がすべて除去されるわけではな く、相対的に減衰するだけであるが、非音声期間には自然な音響が得られる。

第１図を再び参照すると、スペクトル成分を表す信号は、第二変換段階により、 了解可能な時間的に変化する信号に戻るように再変換される。第二変換手段は、 第一変換段階の逆変換を単純に実行する。例えば第一段階で離散的フーリエ変換 を用いる装置の場合には、第二変換では逆離散的フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を実 行する。

第３８図ないし第３ｅ図は、入力信号がランダム雑音により損なわれている場合 （第３ａ図）を示す。ここでは、単純化のために入力信号を三角波で表す。入力 信号はそのスペクトル成分に分解され、三角波信号の場合には、信号パワーが基 本周波数の奇数倍のスペクトル成分に集中する。

これに対して雑音信号は、どのような周波数間隔でも、（白色雑音の場合には） 雑音信号の強度が周波数間隔の幅に比例する。このこれを第３ｂ図に示す（ここ では、基本波の７倍の高調波がそのスペクトル領域の雑音レベルより低くなって いる）。

第３Ｃ図に示した処理段階の特性では、折れ曲がり領域が雑音レベルの上の点に 配置される（この伝達特性は、便利のため、第２ａ図および第２ｂ図とは異なり 、対数目盛りではなく線形目盛りの軸を用いている）。例えば、同一線形傾斜軸 上の特性の線形部分が４５度の場合には、折れ白かり領域より上のどのような信 号も減衰なしに通過し、折れ白かり領域より下の信号は減衰する。この場合に、 三角波信号の最初の三本のスペクトル線（ｎ＝１．３および５）は減衰すること がなく、雑音スペクトルが（高次の信号スペクトル線と共に）大きく減衰する（ 第３ｄ図）。

第二変換段階では時間領域の信号を再構築する。再構築された信号は、ｉ３ｅ図 に示すように、雑音レベルが大きく減衰し、信号の高次高調波が減衰したことに よる信号の小さな歪みが生じている。

第４図を参照して本発明の詳細な説明するが、この実施例では、それぞれの段階 を個別の手段で実行する。第一変換段階は、変換手段１により行われる。この変 換手段１は、公知のタイプの高速フーリエ変換素子を含む。このような素子では 、標本化された値のフレームがデータとして入力される。音声信号の場合には、 どのような速度の場合でも、フレームの長さが音声の長さより短くなければなら ず、精度を保つためには可能な限り短いことが望ましいくさらに別の要因として 、長いフレームでは許容できない遅延が導入される可能性がある）。この一方で 、妥当な変換を行うには多数の標本点が必要となり、このためには長いフレーム が必要となる。実際には、１２８ないし１０２４点のフレームが実用的であるこ とがわかっている。

短いフレームを使用し、標本の数が限られている場合には、フレームの形状およ び大きさにより、変換時に、信号のスペクトル成分に周波数「漏れ」が生じる。

標本化されたフレームは、実効的に、入力信号に矩形窓関数を乗算した積となる 。矩形窓関数は、標本化周期の間が「１」、その前後が「０」の値をもつ関数で ある。

したがって当業者には明らかなように、変換により得られるスペクトルは、真の 信号スペクトルと矩形窓関数の変換結果とのコンボリューションである。このた め、余分な不要の周波数成分が導入される（これについては、例えば、ボグナー 、コンスタナイヅ編、ジョン・ワイリイ・アンド・サンズ社刊、「イントロダク ション・ツー・ディジタル・フィルタリング」、第１３４頁（Ｉｎｔｒｏｄｕｃ ｔＩｏｎ　ｔ。

Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ’　ｅｄｉｔｅｄ　ｂｙ　Ｒ，Ｅ、Ｂｏｇ ｎｅｒ　ａｎｄ　Ａ、Ｇ、Ｃｏｎ５ｔａｎｉｄｅｓ。

ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、　ｐ、１３ ４）に説明されている）。非矩形窓関数を使用して標本化データに重み付けする ことにより、この間のをいくらか解消できる。このような関数として、多数のも のが公知である。

したがって、変換手段１は窓関数手段１ａを備え、この窓関数手段１ａは、入力 データ点にフレーム毎に窓係数を乗算する。望ましくは、ハニング関数を用いる 。第５図はこのような関数の一般的形状を表す。

窓関数が乗算された個々のフレームは変換手段に入力される。変換手段は、入力 されたデータに対して公知の方法により高速フーリエ変換を実行し、多数のスペ クトル成分信号（フーリエ係数）を生成する。この信号の数は、それぞれのフレ ームに含まれる標本データの数により決定される。

スペクトル成分は、通常はディジタル標本のフレームを構成し、非線形処理手段 ２に供給される。この非線形処理手段２は、例えばルックアップ・テーブルを用 いることにより提供され、上述したように、入力されたスペクトル成分を線形に 透過させるか（特性上の折れ曲がり領域の上のとき）、または比較的大きく減衰 させる（特性上の折れ曲がり領域の下のとき）。

処理されたスペクトル成分のフレームは、この後に、第二変換手段３に供給され る。この第二変換手段３は逆高速フーリエ変換を実行し、時間領域の信号を再構 築する。

入力データを変換する前に窓関数を用いると、それぞれのフレームの両端に向か ってレベルが低下するので、変換素子の入力レベルが時間とともに変動する。第 二変換手段３により逆変換を実行するときも同じてあり、再構築された時間領域 の信号は、実効的に、窓関数によりフレーム周波数で振幅変調されることになる 。このような振幅変化を削減して出力信号の質を改善するため、連続する出力フ レームのデータを「重ね合わせる（オーバラップさせる）」必要がある（一般に 知られている方法で）。これにより、信号の包絡線を良好な近似値に戻すことが できる。

このため第二変換手段３は、一対の重ね合わせデータバッファ３ｂ、３Ｃおよび 加算器３ｄを含む重ね合わせ手段３ａを備え、いくらか重なり合った出力データ のフレームを生成する。どの程度の重ね合わせが必要かについては、窓関数の形 態に依存して変化する。矩形窓の場合は「０」であり、その他の場合にはそれよ り大きな値となる。ハニング関数の場合には、５０％の重ね合わせが特に有効で あることが知られている。

第６図はフレームの５０％を重ね合わせた場合の効果を示す。第６ａ図では、バ ッファ３ｂにより生成された出力フレーム１．２．３の振幅にはそれぞれ窓関数 が乗算され、フレーム周波数の可聴変調が存在する。バッファ３Ｃもまた出力フ レーム１．２．３を生成するが、その出力はバッファ３ｂの出力に対してｎ標本 （それぞれのフレームの長さの５０％）だけ遅延している。加算器３ｄはバッフ ァ３ｂ、３Ｃの出力を互いに加算する。すなわち、バッファ３ｂにより生成され た個々の標本ｉｋに、バッファ３Ｃにより生成された対応する標本１ｍ−１を加 算し、重なり合った出力フレーム１１■、■を生成する。

このような窓機能および重ね合わせ機能を実行する手段は、アナログ手段とディ ジタル手段のどちらを用いてもよい。また、窓関数手段１ａおよび重ね合わせ手 段３ａは、変換手段１および３内にそれぞれ単一チップ素子の一部として設ける こともできる。

多くの装置では、信号レベルが時間とともに非常にゆっくり変化しく例えば無線 信号のフェージングの場合）、これと独立ではあるが、雑音レベルも時間ととも に変化する。ある場合には、二つが一緒に変化する（例えば、既に雑音を含む信 号がフェージングを受けた場合）。本発明が有効に動作するためには、はとんど の信号が特性の折れ曲がり領域の上にあること（および折れ白かり領域が雑音レ ベルの上にあること）が必要である。このため、折れ曲がり領域に対する信号の 位置を決めるだめの何らかの手段が必要である（実際には、信号の位置を変化さ せるのではなく、特性自体を変化させる）。

そこで、レベル調整手段４およびレベル復元手段４ａを備え（第４図）、これに より、信号を非線形処理手段２の伝達特性の上に正しく配置する。レベル調整手 段４は、信号の総パワーにおける緩やかな変化を検出し、雑音スペクトルが折れ 曲がり領域の下になり、はとんどの信号が折れ曲がり領域の上になるように、信 号を増幅または減衰させる。これと同時にレベル調整手段４は、処理された信号 を元のレベルに復元できるように、レベル復元手段４ａに制御信号を送出する。

信号レベルと雑音レベルとが一緒に変化し、信号対雑音比が特に変化しないよう な単純な場合には、レベル調整手段４は自動利得制御回路として動作し、そのレ ベル制御信号は、レベル復元手段４ａが利得を制御するための値として用いられ る（応答は緩やかであり、例えば発話された単語の間の休止により生じるレベル 変動を平滑化できる）。本発明は一般に、信号対雑音比が＋１０ｄＢを越えると き、望ましくは＋１８ｄＢを越えるごときに最も有効であり、信号レベルに対し て自動利得制御（信号十雑音のレベルに対する応答）が有効に動作する。

しかし、信号対雑音比が非常に小さい応用では、レベル調整手段４が一方または 他方を別々に交互に測定するが、この分離は技術的に困難である。

レベル調整手段４を変換手段１と処理手段２との間に配置し、周波数領域で動作 させても同等である。同様に、レベル復元手段４ａを処理手段２と逆変換手段３ との間に配置してもよい。この場合には、最も大きな変換係数（通常は信号の項 を表す）の強度から、上述の場合と同様に信号レベルを推定できる。

このような構成を用いると、ある状況の下では、雑音データを表すであろう最も 小さい変換係数の強度から雑音レベルを求め、これを信号レベルと比較すること により、信号対雑音比の近似値を求めることができる。これは、特性に対する信 号の位置を決めるために利用できる。

出力信号のレベルが一定の場合には、レベル復元手段４ａを省略する。

本発明の第二実施例では、信号データのスペクトル位置に関する知識がある場合 に、これを用いて、本発明の雑音削減性能を改善する。人間の音声には、声門の 動作の有無により生じる「有声音」と「無声音」とが混ざっている。多くの場合 、これらの波形は管状の声道により処理され、ある周波数帯域のスペクトルが増 加する。

この増加は「フォルマント」と呼ばれる。

個々のフォルマントのスペクトル位置は人によって異なり、さらに、同じ人でも 発話の時々で変化する。

しかし、信号情報があるスペクトル帯域内に分布する傾向があることを統計的に 予測できる場合がある。そこで第二実施例では、信号が存在する傾向のあるスペ クトル帯域に対して、雑音が存在する傾向のある帯域とは異なる非線形処理を行 う。「信号」帯域よりも「雑音」帯域に対して非線形性を強くする。折れ曲がり 領域が異なるもの、非線形領域の形状が異なるもの、またはその双方の異なる非 線形性を示す要素列が、スペクトル帯域の間の遷移が滑らかになるように構成さ れる。

このような方法の一例をｉ７ａ図に示す。音声信号はレベル調整され、上述した ように窓処理および変換処理が行われる。この後、スペクトル成分信号が処理手 段２に供給される。処理手段２は、異なる成分信号を異なる特性をもつ処理要素 ２ａｓ　２ｂｓ・・−に割り付ける。

上述したように、スペクトル成分信号が空間的に分離された信号列を形成する場 合には、その信号を処理要素２ａｓ　２ｂｓ・・・に物理的に直接接続する。非 常に非線形な特性をもつ要素２ａは、音声成分が統計的にまれ（雑音帯域）な帯 域の信号を処理するために用いられる。

また、非線形の小さい特性をもつ要素２ｂは、フォルマントが普通に見つかる帯 域（音声帯域）の信号を処理するために用いられる。

スペクトル成分信号が時間的に分割されたフレームとして供給される場合には、 それぞれのスペクトル成分信号に対して必要な所定の特性を得るために、処理手 段２に、スペクトル成分信号を個々の要素２ａ、　２ｂ・・・に割り付けるため のデマルチプレクサ（図示せず）を備えてもよく、また、信号処理要素を用いて 、その特性を処理手段２内の制御手段（図示せず）により制御してもよい。処理 された信号は、上述したように、第二変換手段３により変換および重ね合わせの 処理が行われ、そのレベルがレベル復元手段４ａにより復元される。

第７ｂ図に示す方法では、それぞれの呼について信号の初期部分（例えば電話呼 の最初の数秒間）にわたり信号帯域と非信号帯域との時間平均位置を検出する手 段が設けられる。この手段の出力は、呼の間のスペクトル成分を上述の実施例と 同様に処理要素に割り当てるために使用される。したがってこの実施例は、異な る呼者に対して適応可能である。第７ｂ図を参照すると、大信号は、上述のよう に窓処理および変換処理される。これにより得られたスペクトル成分信号は、処 理手段２に供給される。処理手段２は、異なる特性をもつ処理要素’ｌａ、　２ ｂ・・・に成分信号を割り付ける。この処理要素２ａ。

２ｂ・・・により別々に処理された成分は、変換手段３により、上述したように 、再結合、再変換および重ね合わせ処理される。

処理手段２は割り当て手段を備え、上述した割り当て制御信号にしたがって、ス ペクトル成分信号を異なる処理要素２ａ、　２ｂ・・・に導く構成とすることが できる。また、これとは別に、処理手段２が−または複数の処理要素を備え、こ の処理要素の特性が割り当て制御信号にしたがって可変である構成とすることも できる。割り当て制御信号はここでは、平均手段５により与えられる。平均手段 は、呼の最初の部分について、変換手段１の出力からフォルマント帯域の位置に 関する時間平均情報を求め、割り当て制御信号を処理手段２に送出する。これに より処理手段２は、呼の残りの部分について、それぞれのスペクトル成分に対し て行う処理を固定する。

以上説明した二種類の第二実施例では、集団平均または時間平均された音声フォ ルマント帯域のもっともらしい位置を表すデータを使用して、呼の間または比較 的長い再適応周期に行うスペクトル成分に対する処理を固定している。

これに対して本発明の第三実施例では、第８図に示すように、呼の間のフォルマ ント帯域の位置を連続的に追跡する手段が設けられる。これは、処理要素をより 正確かつ高速に７オルマント帯域に整合させることができ、これにより、より有 効に雑音を削減できる。

これは、フォルマント帯域の外側の雑音を仮想的に無視できるからである。処理 要素の特性は、フォルマント領域と非フォルマント領域との間で徐々に変化し、 滑らかな遷移が得られる。フォルマント帯域の形で得られるデータが多くなるほ ど、処理手段が有効に整合していることになる。このためには、ｒ線スペクトル 対（Ｌ　Ｓ　Ｐ。

Ｌｉｎｅ　５ｐｅｃｔｒａｌ　ｐａｉｒ）　」の手法を用いることができる。こ の手法では、適当な次数のフィルタを用いるなら、フォルマント周波数とフォル マント幅の双方の情報を推定できる。

本実施例の動作は第７ｂ図の実施例と同等とであるが、信号に対する処理を一度 だけ割り当てるのではなく、処理の再割り当てを連続的に行うことが異なる。処 理の再割り当ては、トラッキング手段６からの割り当て制御データにしたがって 行われる。トラッキング手段６は、信号のＬＳＰ解析を実行し、そのフォルマン トのスペクトル位置およびスペクトル幅を決定する。

以上の説明では音声信号の例について説明したが、同様のスペクトル内容をもつ どのような種類の信号でも同様に利用できる。また、本発明は音声帯域のデータ 信号にも利用できる。

多くの実施形態では、信号（例えば音声信号）を送信機でスペクトル成分に分解 し、スペクトル成分を表す信号を受信機に送り、受信機で元の１言号を再構築す る。上述した本発明は、このような場合の符号化にも利用でき、入力信号に含ま れる広帯域雑音（例えば音声システム内の広帯域背景雑音）を除去または削減す ることができる。このような実施形態では、非線形処理段と一方の変換段とを接 続する伝送線の位置を決定するだけである。このような例の第一のものとして、 入力信号を変換符号化し、゛そのときに生成された変換係数を送信機で上述の方 法により処理し、処理された係数を従来のタイプの受信機に送信し、この送信機 が逆変換を行って信号を再構築する構成のものがある。第二の例としては、送信 機の変換符号器は従来タイプのものを使用し、受信機では、受信した変換係数を 逆変換動作の前に非線形処理段で上述したように処理し、元の信号を再構築する 構成が考えられる。

それぞれの機能を実行するための個別の手段を説明したが、本発明は、単一の集 積回路として実現することが便利である。このような集積回路としては、適当に プログラムされたディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）チップパッケージを用ｔ することかできる。また、その方法のそれぞれのステップは、適当にプログラム されたディジタルデータ処理手段により実行できる。

国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．時間とともに変化する信号からその信号のスペクトル成分の強度を表す出力 信号を生成する第一変換手段と、高強度入力よりも低強度入力を大きく減衰させ 、高強度スペクトル成分に対して実質的に線形で低強度スペクトル成分には非線 形な伝達特性を示し、上記第一変換手段の出力を処理する処理手段と、この処理 手段の出力から時間とともに変化する信号を再構成する第二変換手段と を備えた雑音削減装置。
2. ２．処理手段は、その伝達特性の線形領域と非線形領域との変化は緩やかであり 、その傾斜には実質的に不連続がない構成である請求項１記載の雑音削減装置。
3. ３．処理手段は、検出可能な信号レベルにおいて、伝達特性の両対数軸上の非線 形領域の平均傾斜が１０以下である請求項１または請求項２記載の雑音削減装置 。
4. ４．第一変換手段は、時間とともに変化するフレーム単位の信号を入力とし、こ のフレームに一次元変換または複素変換を施す手段と、変換係数を出力する手段 とを含み、第二変換手段は、処理された変換係数に逆変換を施す手段を含む請求 項１記載の雑音削減装置。
5. ５．変換は高速フーリエ変換である請求項４記載の雑音削減装置。
6. ６．第一変換手段はそれぞれのフレームに変換を施す前にそのフレームに窓関数 を乗算する手段を含む請求項４または請求項５記載の雑音削減装置。
7. ７．第二変換手段は連続するフレームを重ね合わせる手段を含む請求項６記載の 雑音削減装置。
8. ８．処理手段は、異なる伝達特性を示す複数の要素と、周波数スペクトルの異な る位置に対応して前記複数の要素にスペクトル成分信号を割り当てる手段とを含 む請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の雑音削減装置。
9. ９．上記異なる伝達特性の周波数割り当てはあらかじめ定められた請求項８記載 の雑音削減装置。
10. １０．信号に含まれる成分について時間平均されたスペクトル分布を求める手段 と、この手段の出力にしたがって異なる伝達特性に対する周波数割り当てを周期 的に決定する手段とを備えた請求項９記載の雑音削減装置。
11. １１．信号の成分のスペクトル位置を検出する手段と、この手段の出力にしたが って異なる伝達特性に対する周波数割り当てを変化させる手段とを備えた請求項 ８記載の雑音削減装置。
12. １２．線スペクトル解析を実行するトラッキング手段を備えた請求項１１記載の 雑音削減装置。
13. １３．処理手段から入力された信号のレベルを調整し、少なくともいくつかのス ペクトル成分のレベルを上記処理手段のそれぞれの伝達特性に対してあらかじめ 定められた関係に保つレベル調整手段を傭えた請求項１ないし請求項１２のいず れかに記載の雑音削減装置。
14. １４．レベル調整手段は、時間とともに変化する信号の平均レベルに応答する自 動利得制御回路を含む請求項１３記載の雑音削減装置。
15. １５．処理手段の特性の大きさに適応して、少なくともいくつかのスペクトル成 分のレベルをそれぞれの伝達特性に対してあらかじめ定められた関係に保つ手段 を備えた請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の雑音削減装置。
16. １６．請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の雑音削減装置を備えた加入 者電話装置。
17. １７．時間とともに変化する信号の雑音を削減する方法において、前記信号をそ の信号のスペクトル成分の強さを表す複数の信号に変換するステップと、 高強度スペクトル成分の関係が歪まないように保ちながら、低強度スペクトル成 分が高強度スペクトルに比較して減衰するように、それぞれの信号を処理するス テップと、この処理するステップで得られた信号を変換して、雑音成分が減衰し た時間とともに変化する信号を再構築するステップとを含むことを特徴とする雑 音削減方法。
18. １８．線形処理と非線形処理との間の遷移はなだらかであり、その傾斜には実質 的に不連続がない請求項１７記載の雑音削減方法。
19. １９．異なるスペクトル成分を表す信号は別々に処理される請求項１７または請 求項１８記載の雑音削減方法。
20. ２０．変換係数を伝達関数に供給し、あらかじめ定められたしきい値より大きな 強度の伝達係数のスペクトル関係が影響を与えないようにしながら、低強度の係 数をその強度が低下するほど大きく減衰させることにより復号化された信号の雑 音を削減する変換符号化装置。
21. ２１．このような処理手段を備えた請求項２０に記載の変換符号化装置のための 送信機。
22. ２２．このような処理手段を備えた請求項２０に記載の変換符号化装置のための 受信機。