JPS60140399A - 雑音除去装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば音声認識装置Ｋｂ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
応月」することができる列置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ィルタ
４を介して平均エネルギ計測手段ＳＶＣ力１１え、この
平均エネルギ計測手段６の結果に応じてアノ−ログ制御
ローパスフィルタ２をコントロールして出力Ａ１シ子３
よりノイズ成分を除去した信号を取りｕｌ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）が十分に品ければ、雑音はイハ号にマスクされ
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
力イバ号レベルが大きくなるにつれて平均エネルギ開側
手段６の出力信号、つまりアナログ制φ１１０−パス・
フィルタ２の制御信号が大きくなり、アナログ制御ロー
パス・フィルタ２の遮断周波数が筒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（−た雑音除去装置によシ低減される外音は限ら
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った。

発明の目的 本発明の目的は、肩１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った雑音であっても、それが準
定常的なものであれば、その々イ［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（これをチャンネルと呼ぶ）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
御系をイイしており、信号系では入力信号を帯域分割手
段によりｎチャ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１ｇ号
を得、一方、制御系では前記帯域分割手段によりイ：Ｉ
られだ各帯域信号の平均エネルギを平均エネルギ４１１
１１１手段により旧側し、１ｌｉｌＪ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ャンネル毎に音声
エネルギの推定値を算出］、２、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３０ｉ（ｉ＝−１，２，”ｎ）に
」：すｎチャンネルに・吊′域分割され、減尺手段４ｏ
ｉ（ｉ＝１．２、−ｎ）により減辰Ｆｌｆ、ｑ工に応じ
て減放され、帯域分割手段５ｏｉ（ｉ＝１．２、・・・
ｎ）によりフィルタリングを行ない減尺手段４０１で減
訳量ｑ工をフレート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９手段６００で全チャンネ
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チャンネルに・
１１ｙ域分割された人力（ｒｙｊ−弓の各帯域４ｊ号か
ら、平均エネルギ計測手段９ｏｉ（ｉ＝１．２゜・ｎ）
により各チャンネルの平均エネルギが得られ、マルチプ
レクサ１０００ｉ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）１１ＱＱで平均エネルギが
デジタル：１ｉに変換され、入出力インターフェース１
３００およびマイクロプロセッサ１４００を経てメモリ
１５００に記憶される。そしてマイクロプロセッサ１４
００ではメモリ１５００に記憶された情報をも左に減衰
量ｑｌをＨ１算１−１その減表量ｑ工は人出カインター
フェース１３００およびデマルチプレクサ１２００を経
て減衰手段４ｏｌのそれぞれに加えられる。

」二記マイクロプロセッサ１４００のフ”ロダラムのフ
ローチャート′ｆ：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３ｏｉ、６ｏ１は音声帯域をほ
ぼ含むように２００〜３００１１ｚから５〜６Ｋｌｌｚ
ｉでを÷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ィルタ群で構成（−１減衰手段４０
１にＩ′１３ｃｌＢステップ程度の分フリイ能で最大−
４０〜−６０ｄＢの減衰がイ！Ｉられるデジタル制御の
アッテネータを用い、平均エネルギｔ［ｌ測手段ｑｏｉ
には全波整流回路ｈｉｐ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４ｏｉに与える減良量ｑ工を決定
するためには各帯域のＹ−均エネルギからフレームｊσ
かつチャンネルＩＩ）にｉ３゛声エネルギの４１ｆｉ定
ｆ直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図すに示すように必ず
音声の発声されていない無音声区間がイｆ在する。その
３１：うな音ノ：Ｉに第２図ａＫ示すような’Ａ’ｌｌ
’７；’Ｉ１′白な卸１°？が中性：′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ｌｉｊ区間で、その区間−で
は雑音のみが存在１−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ｉｒｆの平均エネルギ
をめ、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）
ｆ！：無斤ノ１ｊ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帯域番号１−１，２．・・ｎ、には
フレームクσの全周波数帯域での平均エネルギを小さい
順に３１にべた時の順位に＝１．２．・・Ｍ）と、すで
に得られて△ いる雑音エネルギの推定値Ｎ１１との平均値を第６式に
示すように新しい雑音エネルギの推定値但ｆへｊｋｋｉ
１Ｗ工、ｋをそのむ剋１音エネルギの推定△ 値Ｎ工としても良いのであるが、第６式に示すように、
すてにイ！↑られている外音エネルギの推定値△ 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。

捷だ、Ｗ工ｋをめるためのＭフレームの観測区間の移與
Ｉのしかたであるが、これは第６図に示すようにＭフレ
ームずつ移動させる方法と、第６図に角（す」：うに１
フレートずつ移動させる方法とがある。第６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、重畳している卸
、音の変化が比１咬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Ｎ工が変
化するので、重畳している雑音の変化が比較的急原な場
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△ （１１ＣＮｉから）Ｉｆ）”エネルギの推定値Ｓｉをめ
ると、＃１＝Ｗｉ−／’ｉＷｉ）Ｎｉ−−−（６）とな
る。丑たｖＩｌ≦Ｎ工の、１易合には’ｔｌＩ”エネル
ギの推定値が負の値をとってしまい不合理であるので、
５ｉ＝ＯＷｉ≦ｍｌ・・・・け） とする。ただしＷｉは任意フレームで網側された各偶・
域ｆ＋ｊの゛１′均エネルギ４小ＩＩ”。

△ Ｗｌと音声エネルギの推定値Ｓｊ−により、減尺手段に
力える減反量ｑｌを とする。減衰量りｉは０から１の間の値をとり、）Ｉ４
１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ｋ”ｉｎ、減尺手段の出力
信号ｆＳｏｕｔとすると、この減衰ＭＬ”Ｊｉｋ減衣減
殺手段えることにより、 ５Ｏｕｔ＝ｃｒ４・Ｓｉｎ となり、５ｏｕｔのエネルギは音声エネルギの推定△ 値Ｓエと等しくなる。

このように各帯域イｇ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Ｓ１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、卸
ｆＫよってはｑ工をそのまま減尺手段に与えただけでは
聴感」二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（（Ｉよ）を減衰量ｑｉに
掛けて、ｑｌ’＝Ｋ（ｑｉ）・ｑ１−−−（−１０）こ
の新しい減挾量ｑ工′を減尺手段に与えれば雑音の抑圧
６性を変えることができる。さらにこのＥ（ｑ）を複数
用意し、雑音によってＥ（ｑ工）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（ｑ工）・ｑｉ０例４）ｕｓ７ＩＸＩＫ示ｆ。

特ｆ’ｌ：ＡはＥ（ｑ、）−１で非線形’ｌ’４＋性を
４．１だぜない場合で、それ以外の１１“ｊ性Ｂ。

４’４を性Ｃ１そして”ｌ’−：＋’ｌ’Ｊ：Ｄは非線
形船Ｉ１．ｌを持／（ぜた場合である。

壕だ入力信号に音声が存在する」場合と音ｙｌ（がイｒ
在１〜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朋とを同時に向上させることが
ｒリ−能、となる。これはたとえば、音〕Ｉｊ区間では
特性人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全向上させ、無音声区間では特性
Ｃを用いることに」：り男−線形性を持たせて雑音を太
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ｑよ（０≦ｑｉ≦１）の全チ
ャンネルでの平均値が閾値Ｔ９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。

ｋ、渋゛、ｑ、≦１°９ならば無１１声区間寸なわち、
ｉイ・声区間では無１°トノ川メ間に比べて相対的にＳ
／Ｎ比が高いために９．の全チャノ不ルでの平均値は大
きな値となる（１に近づく）ので、それを判断基帖に用
いている。音声区間［特性人：無音声区間に特性Ｏｆ：
月１いた倒台・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ｊｉｉ、”Ｊｊ−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８図へに
示すようなトーン・バースト状の波形になり、Ｊ駁幅の
不連続点で月−ぎわすな音がでるので、減尺手段の出力
信シシ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重度帯域分割する（これ奮すフ
ィルタリングと呼ぶ）ことにより、第８図ｂＫ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、入力信シ：ｉを
・１１１−域分割し、各’ｌ？域イＦ１’−”’Ｉを減
衰手段を介して加算合成【７て出力すると共に、−１−
証人力信号の帯域分割した各帯域信号の・ＩＬ均エネル
ギ全計測し、これら各帯域の平均エネルギからフレーム
毎かつチャンネル毎に算出した音声エネルギの推定値に
もとすいて決定した減衰量に応じて上記減秋手段をコン
トロールするように構成したので、雑音のｊ［畳Ｌ７て
いるざ−）１１人力情報での外音成分がどのような周波
数特性を持った雑音であってもそれが準ｉｉ４常的なも
のであノＬｌ′ｉ、リアルタイムでその肩１）：Ｓ成分
荀屑確ｖｃｕｙり除き、聞きゃすいき力、い７Ｉ：音声
全出力することができる利点をイ１゛する。

４、図面のＩ；’ＩＩＩＩ′Ｉな説明 第１図は従来の雑音除去装置のブロック図、第２図は本
発明の雑音除去装置の一実施例を示すブロック図、第３
図は同装置のマイクロプロセッサのグログ２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
図は無ざＩＬ＋区間検出のためのＭフレームの観測区間
ｉＭ７レームずつ移動させた場合を示ＬｆＡ図、第６図
は無音ｒｉｉ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
線形性をもたぜた減衰ｉ１．ｉ：Ｅ（ｑ工）・ｑ工の例
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ｆｉｔＦｌｑ工）・ｑ工の例を示した図、
第９図はりフィ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、３ｏｉ、ｓｏｉ・・・・
・帯域分割手段、４０１・・・・・・減其手段、６００
・・・・加算手段、７００・・・・・出力ψＲａｆ’、
９ｏｉ・・・甲均エネルギｆｉｌ測手段、１ｏＯｏ・パ
マルチプレクザ、１１ｏＯ・・・・・アナログ・デジタ
ル変換器、１２００・・・・・・テマルチプレクザ、１
３００・・・・入出力インターノェース、１４００・・
°゛・マイクＩＪノｌ−Ｊセッザ、”１５０ｏ・・・・
メモリ。

代用１人の氏名弁理士中尾敏男ほか１名第１図 第３図 ｎ金÷イン序ツム朕 衝４図 Ｙ１〜潤 ＨＦｒ間 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）入力４ｊシｊ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
   −￥を任意１ｆ】、だけ減衰さぜる減衰手段と、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、この平均エネルギ副側手段により開側された
   各帯域の平均エネルギの割測値に基づいて前記減衰手段
   の減衰量の制御を行なうだ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。 （２）制御手段は、音声と雑音とが混在した入力信号か
   ら平均エネルギｔ−短時間毎およびそれぞれの帯域毎に
   計測し、得られた平均エネルギの値に基づいて音声エネ
   ルギの推定値および雑音エネルギの推定値を算出し、算
   出された音声エネルギの推定値おＪ：び）／４１音エネ
   ルギの推定値に基づいて減装手段の減衰量を決定するよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の雑音除去装置。 （３）制御手段での減衰ｊｉｉ、（、Ｊ：、入力４’ｆ
   ”；の全周波数帯域での短時間（これをフレームと呼ぶ
   ）毎の平均エネルギをめ、Ｍフレーム（ＭｉＪニー足）
   の観測において、この値が小さいものからＮフレームを
   音声の存在しない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工域番号ｌ＝１．２．・・
   ・ｎ、に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）と、すでに得られている
   雑音エネルギの推定値Ｈｉｌとの平均値を第１式に示す
   ように新しい雑音エネルギの推定値Ｎｉとして一方、任
   意フレームで計測された各帯域４Ｕの平均エネルギをＷ
   ｌとし、そのフレームにおける音声エネルギの推定１：
   ｆｆＳｉを第２式に示すようにめ、 ｑ、ｌ・・・・・・（３） Ｗｌ 第３式に示すように各チャンネルの平均エネルギＷｌと
   サノ４・エネルギの推定値心とからめるように構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２Ｊｆ−Ｊ、記載の
   雑音除去装置。 （４）制御ｉ手段での減衰」Ｊｉ、は、第（３）式に示
   す減挾量ｑ工に非線形特性ＥＣｑよ）を掛けることによ
   り得られる第４式に示す新しい減衰量をｑ工′としｑ工
   ’＝Ｅ（ｑ工）・ｑ工・・・・（４）このｑ工′を減に
   手段ｖｃ−７：ｉえることを特徴とする特π［；１ｉｌ
   ｔ求の範囲第３項記載の雑音除去装置。 （６）人力信号に音声が存在する（これを音声区間と呼
   ぶ）か音声が存在し々い（これを無音声［〆、間と呼ぶ
   ）かの判断を行ない１．非線形特性Ｅ（ｑ４）ｋ音ｊ！
   月ス間と無音１４月７間とで変えることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の列置除去装置。 （６）減衰手段により減衰させられた帯域信号を加算手
   段に入力する前に、それぞれの帯域信号を各帯域に対応
   した帯域分割手段と同等の特性をもつ新たな帯域分割手
   段で相変帯域分割し、この操作によって得られた新たな
   帯域信刊を前記加算手段に人力するように４Ｗｊ成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の雑音除去
   装置。