JPS62135019A - 雑音消去装置 - 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〕 本発明は雑音消去装置に関し、特に少なくとも１個の雑
音源から音声信号入力用の音響ピックアップに混入する
環境雑音としての雑音を除去する雑音除去装置の雑音消
去性能の改善に関する。

〔従来の技術〕

雑音源が存在する運用環境下に配置した音響ピックアッ
プを利用して入力した音声信号の出力には、同時に混入
する環境雑音の出力が含まれる。

この雑音を消去する一般的な手法としては、消去すべき
雑音を発生する雑音源の混入径路、つｔｂ雑音源から音
声信号入力用の音響ピックアップまでの雑音伝送路の周
波数伝送特性たとえば伝達関数やインパルス応答を推定
したうえ、この周波数伝送特性を介して雑音源雑音を出
力しこれを音声信号入力用の音蕃ピックアップの出力か
ら減するという形式で行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来のこの種の雑音消去装置に
は次の如き問題点がある。

すなわち、上述した従来のこの種の雑音消去装置では、
雑音伝送路の周波数伝送特性を推定し几うえ、その実現
手段として通常これをフィルタ、タトエばトランスバー
サルフィルタ等を利用し、主として雑音源の発する雑音
を捕音するように配置した音響ピックアップの出力を上
記トランスバーサルフィルタを介して出力、これを音声
信号入力用の音響ピックアップの出力から減するという
形式で雑音の消去を図っている。しかしながらこのよう
な手法で雑音の消去を図る場合、消去すべき雑音のみが
雑音捕音用の音響ピックアップに入力するならば問題な
いが雑音とともに音声信号が混入する運用環境も多く、
この場合は音声信号が混入した雑音をトランスバーサル
フィルタを介して出力しこれを音声信号入力用の音響ピ
ックアップの出力から減することになり、この際得られ
る音声信号出力は音声信号の伝送路のほかに雑音源から
音声信号、雑音捕音用両音響ピックアップまでの伝送路
および音声源から雑音捕音用音響ピックアップまでの伝
送路といり九他の伝送路の周波数伝送特性による出力歪
いわゆる空間変調歪を受は音質の劣化が避けられないと
いう欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、空間変調要素を
除去しうる周波数伝送特性を介して音声信号入力用の音
響ピックアップの出力を取出す手段を備えることによシ
、空間変調要素の発生を基本的に排除した雑音消去装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、主として音声信号を捕音する第１の音
響ピックアップと、主として雑音を捕音する少なくとも
１個の第２の音響ピックアップとを有し、前記第１の音
響ピックアップの出力から前記第２の音響ピックアップ
の出力を減することによって前記音声信号の雑音消去出
力を得る雑音消去装置において、 前記第２の音響ピックアップに雑音とともに混入する音
声信号にもとづき前記雑音消去出力に発生する出力歪を
除去する雑音消去出力歪除去手段を備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であシ加算
器１，２、通話スイッチ３、遅延回路４、加算器５、ト
ランスバーサルフィルタ６．７、相互相関係数算出器８
、自己相関係数算出器９、係数決定器ｌＯを備えて構成
され、このほかに音声源１００、雑音源２００、伝送路
３０１〜３０４を併記して示す。第１図に示す実施例は
雑音源が１個の場合を例として示している。

音声源１００から発する音声信号Ｓ■は通話スイッチ３
によって通話状態となっている時のみ伝送路３０１を介
して加算器１に供給される。

加算器１は音声信号５（２）を入力する第１の音響ピッ
クアップを代表するものである。加算器１には雑音源２
００の発する雑音Ｎ■も伝送路３０３を介して混入する
。伝送路３０１と３０３はそれぞれ伝達関数Ｈ１（２）
およびＨ３■の周波数伝送特性を有するものとすると加
算器１の出力Ａは次の（１）式％式％ また、雑音源２００の発する雑音Ｎ（２）は、これを主
として捕音する第２の音響ピックアップに捕音され、加
算器２はこれを代表するものである。雑音Ｎ■は伝送路
３０４の伝達関数Ｈ４■　を介して加算器２に入力する
。この加算器２にはまた伝達関数がＨ２（２）の伝送路
３０２を介して音声信号５（２）が混入し、従ってその
出力は次の（２）式に示すＢとなる。

Ｂ＝Ｓ■Ｈ２■＋Ｎ■Ｈ４■　　　　　・・・・・・（
２）雑音消去処理は（１）式に示す囚から雑音源２００
による影響分Ｎ（２）Ｈ４■を何等かの手段によって消
去することに１りｂ、通常は意識的に捕音した雑音Ｎ■
を混入伝送路の周波数伝送特性を介して出力して音声信
号入力用の音響ピックアップに混入する雑音とほぼ等価
な雑音を生成し、これを同音響ピックアップの出力から
減することによって雑音を消去するという手段を利用し
、この場合、伝送路の周波数伝送特性はトランスバーサ
ルフィルタによって実現し、その伝達関数やインパルス
応答等が利用されるのが通常の一般的な処理方法となっ
ている。

第２図は雑音伝送路の伝達関数推定の基本的手法を説明
するための伝達関数推定説明図である。

第１の音響ピックアップを代表する加算器１１には音声
信号が入力され、またこれとともに雑音源１００から伝
送路３０５を介して雑音も混入し音声信号に重畳加算さ
れて出力する。加算器１１の出力は減算器１２に供給さ
れる。一方、トランスパーサルフィルタとして構成され
る等価雑音生成フィルタ１３は第２の音響ピックアップ
で意識的に捕音した雑音を出力し、これを減算器１２に
供給し加算器１１の出力から減する。この場合、減算器
１２の出力する雑音消去残留波形の電力が最小となるよ
うに等価雑音生成フィルタ１３のフィルタ係数を設定す
ると、その伝達関数Ｈｑ■はほぼＨＰ■と等価なものと
なる。つまシこうして求められるＨＱ■が雑音の伝送路
３０５の推定伝達関数であり、これを求めることが雑音
消去の要点である。通常、このような伝達関数の推定は
、構成すべき等価雑音生成フィルタ１３のタップ数にも
とづいて決る行１列数の逆行列方程式を解くとか、ある
いは最大傾斜法的アプローチで探索する第１の求解手法
、もしくは雑音消去残留波形の電力を最小化するような
何等かの自動制御ループによる適応制御を利用する第２
の求解手法がその基本処理手法となっている。

このような基本処理手法の処理効率の改善を図ったもの
として次のようなものがある。

第３図は雑音伝送路の効率的な伝達関数推定の手法を説
明するための効率的伝達関数推定説明図である。

音声信号が無音時の第１の音響ピックアップの出力、す
なわち無音時雑音をＳμ（りとしこれを相互相関係数算
出器１４と減算器１８とに供給する。

一方、第２の音響ピックアップで意識的に捕音した雑音
源雑音を５ｎ（ｔｌとし、これは相互相関係数算出器１
４．自己相関係数算世器１５および等価雑音生成フィル
タ１６に供給する。この場合、無音時雑音Ｓμ（１）は
雑音源雑音５ｎ（ｔｌの線形結合と見做しうるのでこれ
ら２つの雑音間の差引相殺によるノイズキャンセルは可
能である。

いマ、トランスバーサルフィルタとして構成する等価雑
音生成フィルタ１６のフィルタ係数が１個だけ遅れての
タップ位置に設定され他の係数はすべて零であるとする
。この場合、減算器１８の出力として得られる雑音消去
残差波形Ｕ（ｔｌは次の（３）式で示される。

Ｕ（ｔ）＝　８μ（ｔ）　−ａｓｎ　（ｔ　−Ｔ　）　
　　　−−（３）観測区間数をＮとしく１）式のＵ（ｔ
）の電力なＥとすＥを最小化する係数ａは次の（５）式
を零とするａとして求められる。

（５）式の右辺の分子はＳμとＳｎ　とのタップτにお
ける相互相関係数φ（τ）であり、また分母はＳｎのタ
ップ零における自己相関係数Ｒ（０）である。従ってこ
れら係数を利用すると（５）式は次の（６）式の如く表
現することができる。

ａ＝φ（τ）／Ｒ（０）　　　　　　　　　　　・・・
・・・（６）（６）式によってａが決定されたとすると
（３）式からＵ（ｔｌが得られる。こうして得られるＵ
（ｔ）を５ｎ（ｔｌに見立てて同様にして雑音消去残留
波形の電力を最小化するフィルタ係数を１個推定しその
あとはＥが所定のレベル以下となるまでこの操作を繰返
しつつフィルタ係数の決定を行なっていくことができる
。

さて、いまＵ（ｔ）と５ｎ（ｔ）との相互相関係数をφ
１（Ｖ）とすると、φ１（ｖ）は次の（７）式で示され
る。

（７）式の意味するところは、タップＶにおける相互相
関係数φ（Ｖ）を一旦決定すればφ１（ｖ）はφＭをａ
Ｒ（τ−■）で補正しつつ相互相関係数列の極大値ごと
のφ１（ｖ）が求められるということである。

こうして得られるφ１（ｖｌをＲ（０）で除して正規化
したものが雑音消去残留波形の電力を最小とするフィル
タ係数となる。このようにしてＵ（ｔｌと５ｎ（ｔ）と
の相互相関係数を求め、まずその最大値としてのφ（τ
）を検索したのちこれを自己相関係数Ｒ（０）で除して
ａを決定、このあとはＵ（ｔ）と５ｎ（ｔｌの相互相関
係数を（７）式によって求めつつ得られるφ１（ｖ）を
ａで除して正規化する手順を繰返しつつフィルタ係数を
効率的に決定するものである。第３図において、係数決
定器１７は相互相関係数算出器１４と自己相関係数算出
器１５からそれぞれ係数データを入力しつつ、またＵ（
ｔ）データも利用し効率的フィルタ係数決定を行ないこ
れを等価雑音生成フィルタ１６に提供し、かくして雑音
伝送路の効率的伝達関数の推定が完了する。

ふたたび第１図の実施例に戻って実施例の説明を続行す
る。

第１図に示す実施例も基本的には第３図に示す効率的な
伝達関数の推定手段を利用しており、その詳細は次のと
おりである。

加算器１の出力Ａは遅延回路４に供給される。

遅延回路４は、加算器１によって代表される第１の音響
ピックアップと加算器２によって代表される第２の音響
ピックアップとの位置関係にもとづく入力相互間の位相
ずれを補正するもので、補正すべき位相差に対応する遅
延量をＬ段の縦列単位遅延素子によって加算器１の出力
Ａに付与したうえこれを加算器５および相互相関係数算
出器に供給する。

一方、第２の音響ピックアップを代表する加算器２の出
力Ｂはトランスバーサルフィルタ６、相互相関係数算出
器８、自己相関係数器９、係数決定器１０等に供給され
る。

トランスバーサルフィルタ６はＨ３／　Ｈ４の値の伝達
関数を有するようにその係数が設定され、これを介して
出力せしめる出力Ｃを遅延回路４の出力から減すること
によって出力Ａに含まれる雑音源２００による雑音Ｎ■
の存在を排除することを目的とするフィルタであシ、こ
れによって得られる出力Ｃは次の（８）式で示される。

つｔｂ出力Ａに含まれる雑音成分Ｎ■Ｈ３■を発生する
ことがトランスバーサルフィルタ６０目的であり本実施
例では加算器２の出力Ｂに対しＨａ　／　Ｈ４の値をも
つ伝達関数を提供するのがこのトランスバーサルフィル
タである。ところでＨ３もＨ４もいずれも未知数である
ためＨ３／Ｈ４なる伝達関数は何等かの手段で推定しな
ければならない。本実施例ではこれを第３図によって説
明した従来方法にもとづいて次のようにして推定してい
る。

すなわち、加算器２の出力Ｂと遅延回路４の出力Ａとを
相互相関係数演算器８に、また加算器２の出力Ｂを相互
相関係数算出器９に供給し、それぞれ無音状態における
相互相関係数列と自己相関係数列とを算出しこれを係数
決定器１０に供給する。無音状態の設定は通話スイッチ
３が非通話状態のとき発生する、あらかじめ特定する形
式の無音表示信号、本実施例では２値の符号＠１＃レベ
ルによって行なわれる。無音状態の出力ＢＦｉＮ■Ｈ４
■、出力ＡはＮ■Ｈ３■である。トランスバーサルフィ
ルタ６は無音時の出力Ｂを無音時の出力ＡＫ変換する伝
達関数Ｈ３■／Ｈ４■を提供するものである。このよう
な伝達関数を従来の推定手法にもとづいて設定すること
は、無音時の出力Ａからトランスバーサルフィルタ６の
出力を減じ之雑音消去残留波形を最小とするトランスバ
ーサルフィルタ６のフィルタ係数を求める推定処理を行
なうことに帰着し、これは相互相関係数算出器８による
出力Ａ、Ｂ間の相互相関係数出力と、自己相関係数算出
器９による出力Ｂの自己相関係数出力とを利用し係数決
定器１０において（３）〜（７）式の演算にもとづいて
決定することができる。係数決定器１０は加算器５の出
力とトランスバーサルフィルタ６の出力とを受けつつこ
れら出力の差として得られる雑音消去残留波形を所定の
レベル以下とするまで（３）〜（７）式の演算を巡回的
に実施しトランスパーサルフィルタ６のフィルタ係数を
決定する。トランスパーサルフィルタ６は、こうして決
定される伝達関数Ｈ３／Ｈ４を介して無音時出力Ｂを出
力して（８）式による出力Ｃを得、これを加算器５に符
号反転して加算し、共通項としてのＮ（２）Ｈ３■はキ
ャンセルし次の（？）式に示す出力りを得る。

Ｄ＝Ｓ■Ｈ１（２）＋Ｎ■Ｈ３（２） （の式の出力からは雑音Ｎ■に関する成分が除去されて
いる。つまシ雑音Ｎ■の混入は排除したものとなってい
るが、Ｓ■に対する伝達関数は伝送路３０１によるＨ１
■のほか括弧内の第２項Ｈ２（２）・Ｈ３■／Ｈ４（２
）が関与している。この第２項分が、加算器２に対し雑
音Ｎ■のほかに音声信号５（２）も混入したことにもと
づく伝達関数Ｈ１■の実効的変化、いわゆる空間変調要
素であシこの分伝送音質の劣化をもたらす歪となって影
響する。

いま（７）式に示す出力りがら空間変調要素分を除去し
比出力Ｅ＝Ｓ■Ｈ１（２）に変換する伝達関数Ｈｘ（２
）ヲモったトランスパーサルフィルタ７を考えてみる。

このよう表トランスバーサルフィルタは基本的には明ら
かに構成可能なものであり、しかも次のように第３図に
よって説明したものと同様な手法で処理できる。

加算器５の入、出力を比較すると音声信号に関しては強
い相関を有し雑音については当然無相関である。この観
点から眺めると出力りから出力Ｅを得る伝達関数ＨＸ■
をもつトランスパーサルフィルタの構築は、出力りの波
形の線形結合として出力ＡのＳ■に関する部分のみを合
成することに帰着し、これは出力りとＡ間の相互相関係
数の最大値を検索しこれを出力りの自己相関係数で正規
化して第１のフィルタ係数を求め次あと、雑音消去残留
波形の電力を最小とするフィルタ係数を巡回的に実施し
つつフィルタ係数を次次に推定してい＜（３）〜（７）
式の手法を利用し容易に実施できる。

相互相関係数算出器８は出力ＡとＤとを入力して相互相
関係数を算出し、また自己相関係数算出器９は出力りの
自己相関係数を算出、これら係数はいずれも係数決定器
１０に供給される。

係数決定器１０はこうして受ける相互、自己両相関係数
を利用し、トランスパーサルフィルタ７の出力と出力り
との差の雑音消去残留波形電力の最小化を図シつつ（３
）〜（７）式を利用して巡回的にフィルタ係数を決定し
ながら上記電力が所定のレベル以下となるまでこの操作
を繰返しＨ，（２）を推定する。このようにして推定さ
れるＨｘ■を介して出力した出力りはは１１８■Ｈ１（
２）のみが得られることとなり空間変調歪がほぼ除去さ
れる。

上述した内容は音声信号Ｓ■と雑音Ｓ■が互いに無相関
であることを前提とするが、この条件は通常の運用状態
においては容易に期待できるものである。

なお、第１図の実施例は雑音源が１個の場合を例として
説明したが、雑音源が複数個存在する場合でも同様な処
理手法を拡大利用しつつ容易に実施しうろことは明らか
である。

また第１図の実施例では音声信号は混入する雑音の除去
、および空間変調歪の除去にはいずれも（３）〜（７）
式にもとづく相互、自己相関係数の利用を前提とする手
段によるトランスバーサルフィルタ係数の推定を利用し
ているが、これは他のフィルタ係数推定手段、たとえば
前述した逆行列式を利用する求解、あるいは最大傾斜法
を利用する探索等で実現することも勿論可能であシ、上
述した実施例の変形例はいずれも本発明の主旨を損なう
ことなく容易に実施しうるものである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、主として音声信号を
捕音する第１の音響ピックアップと、主として雑音を捕
音する第２の音響ピックアップとを有し、第２の音響ピ
ックアップの出方を第１の音響ピックアップの出力から
減するととＫよって音声信号の雑音消去出方を得る雑音
消去装置において、第２の音響ピックアップに雑音とと
もに音声信号が望まざる状態で混入する場合に音声信号
の雑音消去出力に発生する空間変調歪を除去する手段を
備えて雑音を消去することによシ、空間変調歪による音
声信号の音質の劣化を著しく改善できる雑音消去装置が
実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
雑音伝送路の伝達関数の基本的手法を説明するための伝
達関数推定説明図、第３図は雑音伝送路の効率的な伝達
関数推定の手法を説明するための効率的伝達関数推定説
明図である。 １．２・・・・・・加算器、３・・・・・・無音検出器
、４・・・・・・遅延回路、５・・・・・・加算器、６
，７・・・・・・トランスバーサルフィルタ、８・・・
・・・相互相関係数算出器、９・・・・・・自己相関係
数算出器、１０・・・・・・係数決定器、１１・・・・
・・加算器、１２・・・・・・減算器、１３・・・・・
・等価雑音生成フィルタ、１４・・・・・・相互相関係
数算出器、１５・・・・・・自己相関係数算出器、１６
・・・・・・等価雑音生成フィルタ、１７・・・・・・
係数決定器、１８・・・・・・減算器、１００・・・・
・・音声源、２００・・・・・・雑音源、３０１〜３０
５・・・・・・伝送路。 代理人　弁理士　　内　原　　　皿 ゝ１５２・ ３　　　−−−　　　−−一連Ｓ合スイッケ４　−−−
　　−−一遍辷８訃 ６．７　　　　−−−　　　　−−一　トラシスノく゛
−サ＋１７（ｆＬり３θ／〜　３θ４−−−−−−　イ
ｉｒぎＬ８暑ら一／シ５ど２−ノーＮｔ（Ｚ］７　／プ
５（（Ｚ〕　−一舅云蓮Ｔ９Ｃ丁牧Ａ−，−Ｅ　　−−
一　町−出　　か 第　１　面 ／１−−−−−−　オロ肩」界 ｆ２−−−−−一琲（奪泰 １３−−−−一一等暫粗音 主入フイルク ３θＳ　　　　　−−−−−−イ云デ芝し給１２とＺ）
Ｉン’、（Ｚ）　　　　　−−−１ヨミＡｍゴ財に第　
２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主として音声信号を捕音する第１の音響ピックアップと
   、主として雑音を捕音する少なくとも１個の第２の音響
   ピックアップとを有し、前記第１の音響ピックアップの
   出力から前記第２の音響ピックアップの出力を減ずるこ
   とによって前記音声信号の雑音消去出力を得る雑音消去
   装置において、前記第２の音響ピックアップに雑音とと
   もに混入する音声信号にもとづき前記雑音消去出力に発
   生する出力歪を除去する雑音消去出力歪除去手段を備え
   て成ることを特徴とする雑音消去装置。