JPH06197085A - 雑音抑圧のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音声通信装置に関し、アナログ音声信号の雑
音を抑圧するための方法と装置を提供することを目的と
する。 【構成】 音声信号の雑音を抑圧するための方法と装置
において、アナログ音声信号（１０）はＡ／Ｄ変換器
（１）によってサンプルされ、サンプルされたデジタル
信号（１１、１２）の雑音の抑圧は、デジタルスペクト
ルフィルタ（４）を使用して信号（１１、１２）から雑
音スペクトルを除去することによって行われ、実質的に
入力信号（１０）の周波数領域全体にわたって、入力信
号（１０）の雑音スペクトルをインバートする。雑音が
抑圧されたデジタル出力信号（１６）はＤ／Ａ変換器で
アナログ雑音が抑圧された音声信号（１７）に変換され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアナログ音声信号の雑音
を抑圧するための方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報通信路、特に自動車電話の接続等の
電気通信接続では、雑音がかなりのレベルになっている
ことがある。雑音は接続自体、および実際の信号源、例
えばスピーカのまわりの雑音の両方によって起きること
がある。例えば、車の暗騒音は音声信号の暗騒音として
無線電話信号に伝送される。

【０００３】音声通信装置、例えば無線電話装置では、
音響雑音を抑圧する一つの目的は周りの雑音を音声信号
を濾過して音声信号の質を向上することにある。雑音を
濾過して音声信号の質を向上することは、暗騒音が異常
な妨げとなる所、例えば空港の近くや車内や雑音の多い
工場では特に重要である。

【０００４】いくつかの方法を使用して、干渉や雑音を
抑圧することができる。例えば、広域フィルタを電話の
受話器の前において低周波雑音を抑圧することができ
る。交換機から自動車電話に伝達される信号において
は、雑音の周波数は音声信号と同じ周波数領域に入るの
で、このようなフィルタを使った場合、音声も雑音とと
もに抑圧されてしまうことになる。

【０００５】車内で話している場合、例えば別のマイク
ロフォンを使って暗騒音のインパクトを除去するように
努めてきた。この別のマイクロフォンは、暗騒音のみ受
信して、無線電話によって音声信号が転送される前に信
号全体の雑音を減らすように配置されている。しかしな
がら、この方法ではマイクロフォンを最適な場所に配置
するのが困難であるので、信号対雑音比（ＳＮＲ）を殆
ど上げていない。

【０００６】雑音を抑圧する別の先行技術の方法として
は、スペクトル除去法またはスペクトル利得修正法と呼
ばれるものがある。この方法では、帯域フィルタや全域
フィルタ等のフィルタのバンクによって音声入力信号を
個々のスペクトル帯域に分割して、スペクトル帯を雑音
エネルギーの含有量によって減衰する。スペクトル除去
法技術を応用した例としては、例えば米国特許第４、６
２８、５２９号や米国特許出願ＵＳ−Ａ−３４９、１６
０（特許ＦＩ ８０、１７３に該当する）に記載されて
いる。スペクトル除去技術を利用して雑音を抑圧するフ
ィルタは暗騒音の電力のスペクトル密度の概算を提供
し、これに基づいて各チャネルの音声の信号対雑音比
（ＳＮＲ）を算出する。この比は各チャネルの増幅係数
を計算するのに使われる。増幅係数に基づいて各チャネ
ルの減衰量を別々に計算し、これによってチャネルは減
衰され、最後に各チャネルが合わされて雑音が抑圧され
た出力信号が生成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】暗騒音が特に妨げとな
るような面倒な場合、雑音を抑圧する技術および装置の
ほとんどには限界がある。通常、スペクトル除去法に基
づいて暗騒音を除去する装置では、音声の質をひどく損
なわずに音声周波数で雑音を１０ｄＢも減少させること
ができる。しかしながら、雑音を２０ｄＢ抑圧する必要
がある場合、音声の質は落ちる。雑音フラッタはスペク
トル雑音除去法を利用する装置で発生する。その理由は
個々のチャネルの利得パラメータが暗騒音が変化すると
絶えず更新されるからである。スペクトル除去法によっ
て雑音を抑圧する装置では、さらに狭帯域の雑音の減衰
に問題がある。高エネルギーの狭帯域の雑音はいくつか
のチャネルにしか現われないので、狭帯域の雑音は暗騒
音を減衰するための装置を使って減衰することはできな
い。スペクトル雑音除去法は周波数帯域をいくつかの帯
域やチャネルに分割して、雑音を抑圧し、帯域やチャネ
ルを減衰した後それらを組み合わせて出力信号を生成す
るので、干渉は帯域の分割で現われ、前述の雑音フラッ
タは帯域境界に生成される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様によ
ると、アナログ音声信号がＡ／Ｄ変換器でサンプルさ
れ、サンプルされたデジタル信号を生成するアナログ音
声信号の雑音抑圧法において、サンプルされたデジタル
信号の雑音の抑圧が、デジタルスペクトルフィルタを使
ってその信号から雑音スペクトルが除去されることによ
って行われ、入力信号の周波数領域全体の殆どにわたっ
て入力信号の雑音スペクトルがインバートされることを
特徴とする前記方法が提供される。

【０００９】本発明の第二の態様によると、アナログ音
声信号をサンプルし、サンプルされたデジタル信号を生
成するためのＡ／Ｄ変換器を具備するアナログ音声信号
の雑音抑圧装置において、装置がデジタルスペクトルフ
ィルタを具備し、入力信号の周波数領域全体の殆どにわ
たって入力信号の雑音スペクトルをインバートして、サ
ンプルされたデジタル信号の雑音を抑圧することを特徴
とする前記装置が提供される。

【００１０】

【作用】本発明の一つの利点は、音声の質を本質的に害
せずに雑音が多い環境の中で雑音を抑圧し、狭帯域の雑
音バーストの発生を防ぎ、雑音変動の発生や暗騒音の急
激な増加を防ぐことができることにある。

【００１１】音声信号の雑音はスペクトルフィルタによ
って抑圧することができる。抑圧周波数帯域は音声周波
数であり、好ましくは５００Ｈｚから４ｋＨｚの音声周
波数である。フィルタは入力信号の周波数領域において
雑音スペクトルをインバートする。このインバートされ
た雑音スペクトルは音声が存在しないとき概算される。
フィルタが応答する周波数は絶えず更新される。コント
ロールされた間隔を置いてスペクトルフィルタのパラメ
ータを更新し、スムージングすれば（平均化すれば）、
低周波数で雑音フラッタの発生を防ぐことができる。

【００１２】

【実施例】図１には本発明の方法を利用することができ
る装置が示してある。この図面を参照しながら、本発明
の一実施例を、例示としてさらに詳しく説明する。

【００１３】図１は、音声の質をひどく損なわずに雑音
の多い環境において暗騒音を抑圧するための本発明によ
る雑音抑圧装置を示す。最初に、アナログ音声信号１０
がＡ／Ｄ変換器１でサンプルされる。サンプルされた信
号の周波数は入力信号の周波数帯域によって決まる。Ａ
／Ｄ変換器１によって生成されたデジタルサンプル１１
はセグメンテーションブロック２によってフレームに分
割される。ここで各フレームはＮ個のサンプル（Ｎは正
の整数）を含み、音声フレームを形成する。分割された
サンプル１２は出力として生成され、各フレームの係数
群を計算する分光分析ブロック５に供給される。分光分
析ブロック５の係数群１４は使用する分析の種類によっ
て決まる。分光分析は係数の数が多いとき高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）を使ったり、簡単な線形予測符号化（Ｌ
ＰＣ）を使ったりして行うことができる。

【００１４】計算された係数１４は分光分析から受け取
った係数１４をもとにスペクトルフィルタ４の係数を計
算する係数計算ブロック６に供給される。係数計算ブロ
ック６は分光分析ブロック５から受け取った係数１４が
正確になるように修正する、即ちスペクトルフィルタの
パラメータを定義する。

【００１５】この装置は、フレームが音声や暗騒音を含
んでいるかによって分割されたサンプル１２に基づいて
二進数字１３を生成する雑音作用検出器３を具備する。
フィルタの更新決定論理および係数スムージングブロッ
ク７は、雑音作用検出器３から受け取った二進数字１３
に基づいて係数計算ブロック６によって計算された新規
の係数にフィルタのパラメータ１５を更新するか更新し
ないかを決める。フィルタのパラメータは、例えば入力
信号１０が雑音を含んでいるときだけ更新される。

【００１６】入力信号１０が雑音を含んでいるときだけ
フィルタのパラメータを更新するのは一つの方法であ
る。更新を行うと普通の電話会話のように音声にポーズ
があって、且つ一定の速度で車を運転しているとき当て
はまることであるが、音声が発せられている期間雑音ス
ペクトルがある程度一定であると仮定される。音声が発
せられているときにフィルタのパラメータが更新されな
い場合、フィルタが応答する周波数を変更することによ
って生じる妨げが起きないことは当然である。音声を伝
達したい状況の中で雑音スペクトルが急速に変動してい
る場合、音声が発せられている際パラメータを更新する
ことが便利である。

【００１７】ブロック７は、従って二進数字１３を利用
してフィルタ４のパラメータを修正することができる。
ブロック７は、個々の伝送についての雑音スペクトルを
覚え、望ましい場合音声間のポーズの際暗騒音をほとん
ど完全に減衰する。音声が発せられている際、音声のス
ペクトルと雑音のスペクトルを完全に分けることができ
るというわけではない。その理由は、ブロック５が音声
と雑音のスペクトルを一緒に概算するからである。とに
かくブロック７は音声が発せられた直前雑音スペクトル
がどのようであったか認識している。ブロック７はこの
情報とブロック５とブロック６が出力した音声と雑音の
スペクトルを組み合わせた情報を使って、明らかにフォ
ルマント音声フレームが存在している場合フォルマント
間の領域以下のフォルマント領域を減衰するようにす
る。ただし、雑音スペクトルの基本フォーマットは考慮
されている。

【００１８】従って、雑音スペクトルはフォルマントス
ペクトルによって正しく評価されるので音声信号のレベ
ルが雑音のレベルよりはるかに高いと仮定される。ここ
で非常に雑音の多い環境は考慮されていない。音声フレ
ームがフォルマントではないがスペクトルがより一様な
場合、概算された雑音スペクトルは直接使われる。しか
しながら、フィルタのバンクを使用する方法の利点は信
号を帯域に分割せず、周波数帯域全体において濾過を行
えることである。

【００１９】ブロック７は、暗騒音スペクトルが急速に
変動しているのでフィルタのパラメータ１５をスムージ
ング（平均化）する。パラメータの更新速度をスムージ
ングし制御することによって低周波数の雑音のフラッタ
は除去される。ブロック７を使うことによってスムージ
ングをどれくらい行うか制御することができる。背景ス
ペクトルが急速に変動している場合、雑音フラッタが発
生しないようにスペクトルフィルタ４のパラメータ１５
の更新周波数を低くしている。

【００２０】スペクトルフィルタのパラメータはスペク
トルフィルタ４に供給される。このスペクトルフィルタ
４は逆雑音フィルタとして機能する、即ち雑音スペクト
ルのインバートされた周波数に応答するフィルタとして
機能する。これによって暗騒音のスペクトルは入力信号
の雑音スペクトルと音声から効果的に取り除くことがで
きる。ほとんど雑音のない音声スペクトルであるフィル
タ４を通った出力信号１６はＤ／Ａ変換器８によってア
ナログ音声信号１７に変換される。

【００２１】

【発明の効果】本発明による方法および装置によって、
周波数領域において雑音が濾過され、濾過の深さを制御
することができる。従って、周波数のスペクトルを修正
して、フォルマントエネルギーを有していないスペクト
ルの部分を濾過することができる。雑音抑圧装置のスペ
クトルフィルタ４は一台以上のプロセッサの能力を借り
てＩＩＲやＦＩＲフィルタやこれらの組合せによって実
現することができる。デジタルフィルタがこのように実
現されることはこの分野の技術の専門家に知られている
ので、本発明の内容には含まれていない。雑音抑制の必
要条件によると、これらの条件を満たしているフィルタ
を実現することができる。雑音濾過の正確さは分光分析
ブロック５で制御することができ、この正確さは使われ
ている分析法によって左右される。

【００２２】本発明では周波数帯域が全体的に濾過され
るので帯域境界の干渉の発生を防ぐことができる。スペ
クトルがスムーズに濾過されるので従来の先行技術の音
声より音声が優れている。本発明を実現する際、デジタ
ル電話のコストはほとんど変わらない。その理由は、こ
の方法では雑音の抑圧に使用している音声のスペクトル
は線形予測コーディングによって入手され（これはいず
れにせよ行われる）且つ雑音スペクトルは雑音作用検出
器３によって入手され、これによってこれらのスペクト
ルを生成するのに数多くの論理を追加する必要がないか
らである。

【００２３】この分野の技術の専門家にとっては、以上
の説明から、本発明の範囲を逸脱することなく変形が可
能であることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による雑音抑圧システムを示したブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…Ａ／Ｄ変換器 ４…スペクトル・フィルタ ７…フィルタ更新デシジョン論理および係数スムージン
グブロック １０…アナログ音声信号 １１，１２…サンプルされたデジタル信号 １３…二進数字 １４…係数群 １５…パラメータ １６…デジタル雑音が抑圧された出力信号 １７…アナログ雑音が抑圧された出力信号

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ可聴信号（１０）をＡ／Ｄ変換
   器（１）でサンプルし、サンプルされたデジタル信号
   （１１、１２）を生成するアナログ可聴信号（１０）の
   雑音抑圧方法において、実質的に入力信号（１０）の全
   周波数領域において入力信号（１０）の逆雑音スペクト
   ルを実現するデジタルスペクトルフィルタ（４）を用い
   て雑音スペクトルを前記サンプルされたデジタル信号
   （１１，１２）から減じることにより、雑音がサンプル
   されたデジタル信号（１１，１２）において抑圧される
   ことを特徴とするアナログ可聴信号の雑音抑圧方法。
2. 【請求項２】 雑音が抑圧される前にＡ／Ｄ変換器
   （１）によって生成されたデジタルサンプル（１１）が
   Ｎ個のサンプル（ここでＮは正の整数）を含むフレーム
   に分割される請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 係数群（１４）は分光分析の技術を使っ
   てサンプル（１１、１２）から計算され、これらの係数
   （１４）に基づいてペクトルフイルタ（４）のパラメー
   タ（１５）が形成され、そして前記パラメータ（１５）
   に基づいてスペクトルフィルタ（４）のスペクトルが決
   定される請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記分光分析は、高速フーリエ変換（Ｆ
   ＦＴ）によって行われる請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記分光分析は、線形予測符号化（ＬＰ
   Ｃ）によって行われる請求項３に記載の方法。
6. 【請求項６】 決定は、サンプル（１１、１２）に音声
   や雑音が含まれているかによる請求項１から５のいずれ
   か１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 判断は、フィルタのパラメータが新しい
   パラメータに更新されたかに基づいて行われる請求項６
   に記載の方法。
8. 【請求項８】 音声や雑音が含まれているか調べた結
   果、入力信号（１０）の殆どが雑音しか含まれていない
   ことが確認された上でフィルタのパラメータが更新され
   る請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 フィルタのパラメータ（４）が本質的に
   絶えず更新される請求項１又は５のいずれかに記載の方
   法。
10. 【請求項１０】 雑音スペクトルが急速に変動している
    ときフィルタのパラメータをスムージングする請求項１
    から９のいずれか１つに記載の方法。
11. 【請求項１１】 アナログ可聴信号をサンプルして、サ
    ンプルされたデジタル信号（１１、１２）を生成するた
    めのＡ／Ｄ変換器（１）を具備するアナログ可聴信号の
    雑音抑圧用装置において、装置は、デジタルスペクトル
    フィルタ（４）を具備し、入力信号（１０）の周波数領
    域の殆どにわたって入力信号（１０）の雑音スペクトル
    をインバートして、サンプルされたデジタル信号（１
    １、１２）からの雑音を抑圧することを特徴とする雑音
    抑圧用装置。
12. 【請求項１２】 検出器（３）から受信した二進数字に
    基づいてフィルタのパラメータ（１５）を更新するかを
    決め、雑音スペクトルが高速で変動しているときパラメ
    ータ（１５）をスムージングし、且つパラメータをフィ
    ルタ（４）に転送するためのデシジョン・スムージング
    手段（７）を備える請求項１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 デジタル雑音が抑圧された出力信号
    （１６）をアナログ雑音が抑圧された音声信号（１７）
    に変換するためのデジタルからアナログ信号に変換する
    ための変換器（８）を具備する請求項１１又は１２に記
    載の装置。