噪声抑制装置的制作方法

专利名称：噪声抑制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声抑制装置，该装置在各种噪声环境下使用的声音通信系统和声音识别系统等中，抑制目的信号以外的噪声。
作为抑制重叠在声音信号上的噪声等目的以外的信号的噪声抑制装置，已经在例如特开平9-212196号公报中公开。这是以根据文献(Steven F.Boll，‘Suppression of Acoustic noise in speechusing spectral subtraction’IEEE Trans.ASSP，Vol.ASSP-27，No.2，April 1979)所示的振幅谱提出的所谓减谱方法为基本内容的技术。
使用图11说明特开平9-212196号公报中公开的先有技术的构成。在图11中，200是先有的噪声抑制装置，201代表听觉增重侧，202代表损失控制侧。101是输入信号端，102是频谱分析电路，103是线性预测分析电路，104是自相关分析电路，105是最大值分析电路，106是声音/非声音分析电路，由其输出控制开关107A、107B的通断。108是噪声谱特性计算和存储电路，在这里进行听觉增重处理。109是减法运算装置，110是反频率分析电路，进行和频率分析电路102相反的动作。111平均噪声电平存储电路，112是损失控制系数电路，113是输出信号计算电路，114是运算装置，115是输出信号端。
其次，就该先有技术的动作进行说明。输入信号从信号输入端101输入，在频率分析电路102中使功率谱s(f)和相位谱p(f)分离。同时，在线性预测分析电路103中进行输入信号的线性预测分析，得到线性预测残差信号(误差信号)。利用自相关分析电路104从残差信号得到自相关系数。在最大值选择电路105中检索自相关系数最大值(设为Rmax)，在声音/非声音识别电路106中，根据该Rmax识别输入信号的种类。将Rmax大于某阈值的情况判定是声音信号，在此以下判定为噪声。
利用开关107A的操作将在声音/非声音识别电路106中判定是噪声的信号频谱s(f)作为噪声频谱Sns(f)存储在噪声谱特性计算和存储电路108中。噪声的更新如式(1)所示那样，通过使更新前的噪声谱Snsold和输入信号谱s(f)与加权系数β相乘进行。
Snsnew(f)＝Snsold(f)·β+s(f)·(1-β) (1)接下来，为了进行噪声抑制处理，对噪声谱Sns(f)使用加权系数w(f)进行听觉增重处理。w(f)例如由式(2)表示。
w(f)＝{B-(B/fc)f}+k f＝0、…fc(2)这里，fc是与输入信号的频带相当的值，B和k是加权系数，该值愈大抑制量愈大。该B和k可根据噪声的大小适当地变化。
运算装置109按照式(3)进行从输入信号频谱s(f)减去平均噪声谱Sns(f)的减法运算处理，得到噪声除去谱S’(f)。当噪声除去谱S’(f)为负时，附加0或低电平的噪声th(f)。
反频率分析电路110使用噪声除去谱S’(f)和相位谱p(f)，从频率域变换成时间域，得到信号波形。
接着，平均噪声电平存储电路111存储判定输入信号是噪声时的残留噪声电平。平均噪声电平Lns与刚才说的噪声谱sns(f)一样，只在使用式(4)判定输入信号是噪声时才被更新。这里，Lnsnew[t]是在时刻t更新的平均噪声电平，Lnsold[t]是更新前的帧内平均噪声电平，Lns[t]是在时刻t反频率分析电路110的输出信号的残留噪声电平，β是加权系数。
Lnsnew[t]＝Lnsold·β+Lns[t]·(1-β) (4)使用上式求出的Lns[t]和Lk[t]，根据式(5)计算损失控制系数A[t]。μ是所要的损失量。这里，Ls[t]是输出信号计算电路113接受反频率分析电路110的输出信号所输出的信号。
A[t]＝Ls[t]/μLns[t] (5)运算装置114使反频谱分析电路110的输出信号与上述求出的损失控制系数A[t]相乘，从输出信号端115输出。
以上说明的噪声抑制装置在对平均噪声谱进行听觉增重处理后进行频谱减法运算处理，进而，可以利用损失控制系数抑制残留噪声，所以，可以将目的信号的失真抑制到最小限度，能够从听觉上减轻残留噪声，但是，还存在以下问题。
因为对于用频谱减法运算处理不能除去的残留噪声不是在频谱上而是在时间轴上进行抑制处理，所以，不能进行振幅抑制来改善听感，而且不能做到在声音区间内在不抑制声音波形的情况下抑制残留噪声，存在声音音量小的问题。
此外，还存在这样的问题，在高速行驶的汽车内等强噪声环境下，因噪声区间判定精度差而使平均噪声谱的推测精度降低，因过度除去等原因而产生减谱法所特有的音乐噪声，所以，只使用平均噪声谱的听觉增重的除去系数控制，在频谱噪声抑制处理上存在某种限制。
此外，对于噪声除去谱为负时处理(填补处理)，可以认为附加的低电平噪声是形成音乐噪声的主要原因之一，存在不能抑制频率轴上出现的孤立的尖锐频谱的问题。
本发明是为了解决有关的问题而提出的，其目的在于提供一种听感好、可进行噪声抑制而且在强噪声下声音质量下降小的噪声抑制装置。
本发明的噪声抑制装置包括对时间轴输入信号进行频谱分析并将其变换成振幅谱和相位谱的时间/频率变换装置；从上述输入信号求出噪声谱的装置；从上述振幅谱和上述噪声谱求出信号噪声比的装置；根据上述信号噪声比控制与频谱对应进行听觉增重的第1和第2听觉权重的听觉权重控制装置；从上述振幅谱减去由该听觉权重控制装置控制的第1听觉权重和上述噪声谱的乘积的频谱减法运算装置；使从该频谱减法运算装置得到的频谱与由上述听觉权重控制装置控制的第2听觉权重相乘的频谱振幅抑制装置；将该频谱抑制装置的输出变换成时间轴信号的频率/时间变换装置。
此外，听觉权重控制装置可以对信噪比大的频率增大上述第1和第2听觉权重，对信噪比小的频率减小上述第1和第2听觉权重。
此外，可以具有听觉权重变更装置，根据输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号谱和噪声谱的平均谱的高频段功率和低频段功率的比变更第1和第2听觉权重中至少一方。
此外，可以具有听觉权重变更装置，根据输入信号是声音还是噪声的判定结果改变第1和第2听觉权重。
此外，可以在频谱减法运算装置的运算结果为负时对规定的频谱乘第3听觉权重所得的频谱进行填补。
此外，上述规定的频谱可以是输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱。
此外，可以用输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱的高频段功率对低频段功率的比去变更第3听觉权重。
此外，可以用信号噪声比控制第3听觉权重。
此外，可以通过使第3听觉权重乘输入信号振幅谱和噪声谱的比来调整第3听觉权重的值。
此外，可以从外部控制或选择至少一个听觉权重。
图1是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态1的构成的方框图。
图2是表示本发明的一例第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)的图。
图3是本发明的噪声抑制装置的利用听觉权重控制装置控制第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)的一个例子。
图4是表示本发明的噪声抑制装置的另一个实施形态的构成的方框图。
图5是表示本发明的噪声抑制装置的另一个实施形态的构成的方框图。
图6是本发明的第3听觉权重γω(f)的一个例子。
图7是在本发明的噪声抑制装置的一实施形态中、当噪声除去后的频谱为负时、在(a)听觉权重不增加填补低电平噪声谱n(f)和(b)听觉权重增加填补低电平噪声谱n(f)的情况下的噪声除去后的频谱的一个例子。
图8是表示本发明的噪声抑制装置的另一个实施形态的构成的方框图。
图9是表示本发明的噪声抑制装置的另一个实施形态的构成的方框图。
图10是表示本发明的噪声抑制装置的另一个实施形态的构成的方框图。
图11是表示先有的噪声抑制装置的构成的方框图。
实施形态1在此，根据


本发明的噪声抑制装置。
图1是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态1的构成的方框图。大致划分为1输入信号端子；2时间/频率变换装置；3噪声近似度分析装置；4平均噪声谱更新和存储装置；5 SN比计算装置；6听觉权重计算装置；7听觉权重控制装置；8频谱减法运算装置；9频谱抑制装置；10频率/时间变换装置；11输出信号端子。下面，根据图1说明本发明的噪声抑制装置的工作原理。
以规定的采样频率采样(例如8KHz)并被分割成规定的帧单位(例如20ms)的输入信号从输入端子1输入。该输入信号可能是纯粹的背景噪声，也可能是混入了背景噪声的声音信号。
时间/频率变换装置2例如使用256点FFT(Fast FourierTransform快速付里叶变换)将输入信号变换成振幅谱s(f)和相位谱p(f)，再有，因FFT是众所周知的方法故省略其说明。
噪声近似度分析装置3由线性预测分析装置15、低通滤波器12、反向滤波器13、自相关分析装置14和更新速度系数决定装置16构成。首先，在低通滤波器12中进行输入信号的滤波处理并得到低通滤波信号。该滤波器的截止频率例如是2KHz。通过进行低通滤波处理可以去掉高频噪声的影响，能够进行稳定的分析。其次，在线性预测分析装置15中进行低通滤波信号的线性预测分析，得到线性预测分析系数(例如10次α参数)。反向滤波器13使用线性预测系数对低通滤波信号进行反向滤波处理并输出低通线性预测残差信号(以下简称为低通残差信号)。接着，在自相关分析装置14中，进行低通残差信号的自相关分析，求出正的峰值并将其作为RACmax。
更新速度系数决定装置16使用例如上述RACmax、低通残差信号的功率和帧功率，例如象表1所示那样将噪声近似度分为5级，并决定与各级对应的平均噪声谱更新速度系数r。
表1
听觉权重计算装置6输入指定的常数α、α’(例如α＝1.2，α’＝0.5)和β、β’(例如β＝0.8，β’＝0.1)，利用式(6)算出第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)。fc是奈奎斯特频率。
αω(f)＝(α’-α)·f/fc+α f＝0，…fcβω(f)＝(β’-β)·f/fc+β f＝0，…fc (6)再有，第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)可以根据输入信号电平和使用环境决定。图2是当例如将在高速行驶汽车内作为使用环境时的一个例子。
平均噪声谱更新和存储装置4象式(7)那样，根据噪声近似度分析装置3输出的平均噪声谱更新系数r和振幅谱s(f)进行平均噪声谱N(f)的更新。Nold(f)是更新前的平均噪声谱，Nnew(f)是更新后的平均噪声谱。
Nnew(f)＝(1-r)·Nold(f)+r·s(f) (7)SN比计算装置5根据输入信号振幅谱和平均噪声谱计算输入信号谱对平均噪声谱的比(SN比)。
听觉权重控制装置7根据SN比计算装置5的输出将图2的第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)控制在与当前帧的SN比相适应的值上。然后，作为SN比控制过的第1听觉权重αω(f)和SN比控制过的第2听觉权重βω(f)输出。图3是该控制的一个例子。当SN比高时，αω(0)和αω(fc)的差设定得大(即图2中的αω(f)的倾斜变大)，βω(f)则相反，βω(0)和βω(fc)的差设定得小(图2的1/βω(f)的倾斜变得平缓)，而且，随着SN比的变小，αω(0)和αω(fc)的差变小(αω(f)的倾斜变得平缓)，相反，βω(0)和βω(fc)的差变大(1/βω(f)的倾斜变大)。
频谱减法运算装置8使SN比控制的第1听觉权重αc(f)与平均噪声谱N(f)相乘，象式(8)那样进行振幅谱S(f)的减法运算，并输出噪声除去后的谱Ss(f)。此外，当噪声除去后的谱Ss(f)变成负时，进行填补处理，插入0或规定的低电平噪声n(f)，将其作为噪声除去后的谱。
频谱抑制装置9象式(9)那样，使SN比控制的第2听觉权重βc(f)与噪声除去后的谱Ss(f)相乘，并输出噪声振幅减少了的噪声抑制谱Sr(f)。Sr(f)＝βc(f)·Ss(f) (9)频率/时间变换装置10与时间/频率变换装置2的顺序相反，例如，进行反FFT变换，使用噪声抑制谱Sr(f)和相位谱P(f)变换成时间信号，进行与前一帧的信号成分的部分重叠，并从输出信号端子11输出噪声抑制信号。
虽然取决于噪声谱的形状，但通常声音的低频成分大，所以，一般，低频的SN比大。因此，如图2所示，让使用频谱减法运算的第1听觉权重αω(f)在低频区大并随着频率变高而变小，因此，SN比大的地方，噪声减去得多，SN比小的地方，噪声减去得少，所以，总的来说能得到较大的噪声抑制量，而且能防止过度地进行频谱减除，特别是能防止高频成分声音的失真。该方式对低频端有很大噪声成分的汽车行驶噪声的抑制特别有效。
此外，如图2所示，进行所谓增重处理，即使用频谱振幅抑制使第2听觉权重βω(f)在SN比大的低频区变大(＝减弱振幅抑制)，在SN比小的高频区变小(＝加强振幅抑制)，所以，通过对利用频谱减法运算处理尚未除去的高频区的残留噪声进行振幅抑制，对重叠了低频成分高的汽车行驶噪声的声音信号进行噪声抑制，能够有效地进行噪声抑制。
此外，虽然在高速行驶的汽车内等强噪声环境下，因噪声区间判定精度差而使平均噪声谱的推测精度降低，因过度除去等原因而产生减谱法所特有的音乐噪声，但通过本发明的构成，因为进行了噪声抑制，在SN比比低频区差的高频区不进行减去而优先进行振幅抑制，所以，能够抑制音乐噪声的发生，同时，即使发生了音乐噪声也能将其抑制，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，即使SN比计算精度差，因听觉权重起限幅器的作用，故能够防止过度抑制，能够进行很少有音质变差的噪声抑制。
此外，按照本实施形态的构成，因在声音区间内不用抑制声音频谱就能够抑制残留噪声，故具有声音音量不变小的优点。
再有，即使用先有的噪声抑制装置所使用的声音/噪声判定电路(图11的电路103～106)去替换噪声近似度判定装置3，也不影响本发明的效果。
实施形态2作为与实施形态1不同的实施形态，也可以将当前帧的输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱分割成低频段和高频段，求出低频段功率和高频段功率，用该低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重。
图4是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态2的构成的方框图，对和实施形态1的图1相同或对应的部分用相同的符号表示。与图1不同的新的构成是听觉权重变更装置17。其余的构成因与图1相同故省略其说明。下面，根据图4说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。
听觉权重变更装置17输入从时间/频率变换装置输出的128个点的振幅谱和平均噪声谱以及从更新和存储装置4输出的平均噪声谱，求出振幅谱和平均噪声谱的平均谱，将该平均谱的例如低频段的0到63点作为低频段频谱，将64点到127点作为高频段频谱，根据它们分别计算低频段功率P0wl和高频段功率P0wh，并计算高频段/低频段功率比P0wh/P0wl＝P0wh/l。这里，当P0wh/l大于1.0时，被限制在1.0，当P0wh/l小于最小阈值P0wth时，被限制在最小阈值P0wth。
接着，进行听觉权重的变更，例如，当变更第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)时，按照式(10)分别使听觉权重αω(f)、βω(f)乘高频段/低频段功率比P0wh/l，将变更后的听觉权重αω(f)、βω(f)输出到听觉权重控制装置7。β^w(f)=βw(f)·((Powh/l-1)·f+fc)/fc,f=0,...fc]]>α^w(f)=αw(f)·((Powh/l-1)·f+fc)/fc,f=0,...fc---(10)]]>例如，当输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率的比小时，即，低频段功率较高频段功率大时，通过使第1听觉权重和第2听觉权重在低频段进一步上升，加大倾斜，能够实现与输入信号和平均噪声的频率特性对应的频谱相减和频谱振幅抑制的听觉增重。所以，例如，当因高噪声环境等而使声音/噪声区间难以区别时，可以根据输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱的概貌及其随时间的变化去选配权重系数，能够进行听感更佳的噪声抑制。
在本实施形态中，进行第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)的变更，但也可以变更第1听觉权重αω(f)或第2听觉权重βω(f)的任何一方。
实施形态3此外，作为与实施形态2不同的实施形态，也可以取代输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱，只将输入信号振幅谱分割成低频段和高频段，求出低频段功率和高频段功率，用该低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重。
用输入信号振幅谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重，由此，能够实现与输入声音谱的频率特性对应的频谱相减和频谱振幅抑制的听觉增重，所以，例如，可以根据输入信号振幅谱的概貌及其随时间的变化去选配权重系数，特别在有声音的区间能够加大噪声抑制量，因此，能够进行听感好的噪声抑制。
在本实施形态中，进行第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)的变更，但也可以变更第1听觉权重αω(f)或第2听觉权重βω(f)的任何一方。
实施形态4此外，作为与实施形态1不同的实施形态，在听觉权重变更装置17中，也可以取代输入信号振幅谱，将平均噪声谱分割成低频段和高频段，求出该低频段功率和高频段功率，用该低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重。
用平均噪声谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重，由此，能够实现与平均噪声谱的频率特性对应的频谱相减和频谱振幅抑制的听觉增重，所以，例如，即使在强噪声下也可以根据平均噪声谱的概貌及其随时间的变化去选配权重系数，特别在噪声区间能够加大噪声抑制量，因此，能够进行听感好的噪声抑制。
在本实施形态中，进行第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)的变更，但也可以变更第1听觉权重αω(f)或第2听觉权重βω(f)的任何一方。
实施形态5作为与实施形态1不同的实施形态，在听觉权重变更装置17中，也可以使用噪声近似度判定装置3输出的噪声判定结果，例如，当判定是噪声区间时，使第1听觉权重增大而且使倾斜变得缓慢一些，改变权重，使其与噪声谱相符合，另一方面，在声音区间，使其与声音谱的倾斜相符合。此外，对于第2听觉权重，也可以在噪声区间使权重和倾斜加大，在声音区间使权重和倾斜变小。
用噪声近似度判定装置的输出去变更第1听觉权重和第2听觉权重，由此，能够实现与噪声水平对应的频谱相减和频谱振幅抑制的听觉增重，所以，例如，可以根据噪声区间和声音区间去变更权重，能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态6在频谱减法运算装置8中，当相减后的谱为负时，可以对使用填补处理的规定的低电平噪声进行频率方向的听觉增重。
图5是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态6的构成的方框图，与实施形态1的图1相同，将对应的部分用相同的符合表示，因构成与图1相同故省略其说明。下面，根据图5说明本实施形态的噪声抑制的工作原理。
听觉权重计算装置6输入规定的常数γ、γ’(例如，γ＝0.25，γ’＝0.4)，根据式(11)算出第3听觉权重rω(f)。fc＝是奈奎斯特频率。
γω(f)＝(γ’-γ)·f/fc+γ f＝0、…fc(11)频谱减法运算装置8使SN比控制的第1听觉权重αc(f)乘平均噪声谱N(f)，象式(12)那样进行振幅谱s(f)的减法运算，并输出噪声相减后的频谱ss(f)。此外，当噪声相减后的频谱ss(f)为负时，进行填补处理，插入将第3听觉权重γω(f) 与低电平噪声n(f)相乘后的频谱成分。
与第1听觉权重αω(f)和第2听觉权重βω(f)一样，第3听觉权重γω(f)也可以由使用环境等决定。图6是第3听觉权重γω的一例。图7是在听觉权重不增加低电平噪声谱n(f)(图a)和听觉权重增加填补低电平噪声谱n(f)(图b)的情况下相减后的频谱的一个例子。如图7所示，随着频率进入高频段，使填补低电平噪声的振幅电平变大，因此，在高频段相减所残留的频谱成分与填补频谱成分的电平差变小，所以，能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生。
如图6所示，通过对填补处理用的规定的频谱进行听觉增重，能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
实施形态7作为与实施形态6不同的实施形态，在频谱减法运算装置8中，也可以使用输入信号振幅谱和平均噪声普的平均谱去代替填补处理用的规定的低电平噪声。
通过对输入信号振幅谱和平均噪声普的平均谱进行听觉增重，能够能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生，同时，例如，在因高噪声环境等而不能区别声音/噪声区间的情况下，能够使残留噪声谱类似于输入信号振幅谱和平均噪声普的平均谱成分，所以，能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态8作为与实施形态7不同的实施形态，在频谱减法运算装置8中，也可以使用输入信号振幅谱去代替填补处理用的规定的低电平噪声。
通过对填补处理用的输入信号振幅谱进行听觉增重，能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生，同时，例如，在声音区间，能够使残留噪声谱类似于输入信号谱，所以，能够防止频谱的变形，进而能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态9作为与实施形态8不同的实施形态，也可以使用平均噪声谱去代替填补处理用的规定的低电平噪声。
通过对填补处理用的平均噪声谱进行听觉增重，能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生，同时，例如，在噪声区间，能够使残留噪声谱类似于平均噪声谱，所以，能够防止频谱的变形，进而能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态10作为与实施形态2不同的实施形态，也可以与第1听觉权重和第2听觉权重一样，将输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱分割成低频段和高频段，求出低频段功率和高频段功率，用低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重。
图8是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态10的构成的方框图，对和实施形态2的图4相同或对应的部分用相同的符号表示。因构成与图4相同故省略其说明。下面，根据图8说明本实施形态。
听觉权重变更装置17输入从时间/频率变换装置2输出的128个点的振幅谱和平均噪声谱即从更新和存储装置4输出的平均噪声谱，求出振幅谱和平均噪声谱的平均谱，将该平均谱的例如低频段的0到63点作为低频段频谱，将64点到127点作为高频段频谱，根据它们分别计算低频段功率P0wl和高频段功率P0wh，并计算高频段/低频段功率比P0wh/P0wl＝P0wh/l。这里，当P0wh/l大于1.0时，被限制在1.0，当P0wh/l小于最小阈值P0wth时，被限制在最小阈值P0wth。
接着，象式(13)那样，使第3听觉权重γω(f)乘高频段/低频段功率比P0wh/l，变更第3听觉权重γω(f)，将变更后的第3听觉权重γω(f)输出到频谱减法运算装置。γ^w(f)=γw(f)·((Powh/l-1)·f+fc)/fc,f=0,...fc---(13)]]>用输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重，因此，能够对填补处理用的规定的频谱进行听觉增重，以便追踪输入信号谱和平均噪声谱的频率特性的变动，例如，在不能区别声音/噪声区间的情况下，可以使残留噪声谱与输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱的概貌及其随时间的变化相符合，所以，能够抑制音乐噪声的发生，能够进行听感更佳的噪声抑制。
实施形态11作为与实施形态10不同的实施形态，也可以取代输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱，将输入信号振幅谱分割成低频段和高频段，求出低频段功率和高频段功率，用低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重。
用输入信号振幅谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重，因此，能够对填补处理用的规定的频谱进行听觉增重，以便追踪输入声音信号的频率特性的变动，例如，在声音区间，可以使残留噪声谱与输入信号谱的概貌及其随时间的变化相符合，所以，能够抑制音乐噪声的发生，能够进行听感更佳的噪声抑制。
实施形态12作为与实施形态11不同的实施形态，也可以取代输入信号振幅谱，将平均噪声谱分割成低频段和高频段，求出低频段功率和高频段功率，用低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重。
用平均噪声谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重，因此，能够对填补处理用的规定的频谱进行听觉增重，以便追踪平均噪声信号的频率特性的变动，例如，在噪声区间，可以使残留噪声谱与平均噪声谱的概貌及其随时间的变化相符合，所以，能够抑制音乐噪声的发生，能够进行听感更佳的噪声抑制。
实施形态13作为与实施形态6不同的实施形态，也可以与第1听觉权重和第2听觉权重一样，用SN比计算装置5输出的SN比去控制第3听觉权重。
通过用SN比计算装置5输出的SN比去控制第3听觉权重，能够进行与噪声电平相应的填补处理，所以，例如，在汽车行驶噪声等向低频段倾斜的噪声的情况下，因低频段SN比大故使低频段填补量小，因进入高频段后SN比变小故使填补量变大，因此，能够防止作为音乐噪声发生的主要原因之一的孤立频谱的发生，而且能够增大噪声抑制量，能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态14作为与实施形态6不同的实施形态，对于第3听觉权重，也可以使其与输入振幅谱和平均噪声谱的比相乘，从而调整该值。
图9是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态14的构成的方框图，对和实施形态6的图5相同或对应的部分用相同的符号表示。与图5不同的新的构成是听觉权重调整装置18。其余的构成因与图5相同故省略其说明。下面，根据图9说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。
听觉权重调整装置18象式(14)那样，使第3听觉权重γω与输入振幅谱S(f)和平均噪声谱N(f)的比相乘，将其作为调整后的第3听觉权重γa输出到频谱减法运算装置8。 使第3听觉权重与输入振幅谱和平均噪声谱的比相乘，从而调整该值，因此，能够使填补处理用频谱成分在频率方向上平滑，所以，能够抑制被认为孤立尖锐频谱成分的存在是其发生的主要原因之一的音乐噪声的发生，能够进行听感更好的噪声抑制。
实施形态15此外，作为与实施形态1不同的实施形态，可以从外部控制或选择至少一个听觉权重。
图10是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态15的构成的方框图。图10中的新的构成是噪声抑制装置19、存储器20和声音编码装置21。下面，根据图10说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。
例如，将多个第1听觉权重αω1(f)、…αωn(f)存储在存储器20中，根据声音编码装置21输出的权重变更信号，利用噪声抑制装置的外部开关22选择所要的第1听觉权重αω(f)。例如，在声音编码装置21的编码方式是根据声音状态改变传送速率的可变速率编码方式、或者内部装有多个声音编码装置的情况下，该权重变更信号与传送速率变更信号或编码装置变更信号连动。
例如，在图10的编码装置21是可变速率编码的情况下，当传送速率变低时，一般，因声音编码时的噪声表现能力低，故噪声抑制量增加的优点与频谱变形的缺点比起来要占优势。因此，当传送速率低时，选择存储器20中的αω(f)权重大(频谱相减量大)的第1听觉权重。另一方面，当传送速率高时，因噪声表现能力较高，故为了兼顾防止频谱变形和噪声抑制而使噪声抑制量减小，即，选择存储器20中的αω(f)权重小(频谱相减量小)的第1听觉权重。
通过从外部控制或选择第1听觉权重，例如，由于能够进行与接在本发明的噪声抑制装置之后的声音编码装置的编码特性相符合的频谱相减听觉增重，又例如，由于当选择了噪声表现能力差的声音编码方式时能够与其对应增大噪声抑制量，所以，能够进行听感更好的噪声抑制。
本发明的噪声抑制装置将时间轴输入信号变更为频率域中的信号，得到振幅谱和相位谱，根据第1和第2听觉权重对噪声的比进行控制，通过从上述振幅谱中减去这样被控制的第1听觉权重和噪声谱的乘积，进行频谱相减，将利用频谱相减得到的噪声消去谱与经信号噪声比控制了的第2听觉权重相乘，进行频谱振幅抑制，再将经频谱振幅抑制处理过的信号变换成时间轴上的信号，所以，能够抑制因频谱相减处理而产生的音乐噪声，而且，能够在频率轴上对经频谱相减处理而没有除去干净的残留噪声进行听感好的振幅抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置在信号噪声比大的频率域增大第1和第2听觉权重，在信号噪声比小的频率域减小第1和第2听觉权重，这样来控制听觉权重，在频谱相减处理中，在信号噪声比大的区域噪声减去得多，在信号噪声比小的区域噪声减去得少，所以，能够防止频谱的过度相减，在频谱振幅抑制中，因在低频段减弱振幅抑制，进入高频段则加强振幅抑制，所以，能够对重叠了具有很大低频成分的汽车行驶噪声的声音信号的高频段残留噪声进行有效的振幅抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置用输入信号振幅谱、噪声谱或输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率之比去变更第1和第2听觉权重中的至少一个，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置根据输入信号是噪声还是声音的判定结果去变更第1和第2听觉权重，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置在频谱减法运算装置的相减结果为负的情况下填补第3听觉权重和规定的频谱的乘积谱，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置使用输入信号振幅谱、噪声谱或输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱作为频谱填补处理用的规定的频谱，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置用输入信号振幅谱或输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率之比去变更第3听觉权重中，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置用信号噪声比去控制第3听觉权重，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置使第3听觉权重与输入信号振幅谱和平均噪声的比相乘来调整第3听觉权重的值，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
此外，本发明的噪声抑制装置从外部控制或选择至少一个听觉权重，所以，能够进行听感好的噪声抑制。
权利要求
1.一种噪声抑制装置，其特征在于，包括对时间轴输入信号进行频谱分析并将其变换成振幅谱和相位谱的时间/频率变换装置；从上述输入信号求出噪声谱的装置；从上述振幅谱和上述噪声谱求出信号噪声比的装置；根据上述信号噪声比控制与频谱对应进行听觉增重的第1和第2听觉权重的听觉权重控制装置；从上述振幅谱减去由该听觉权重控制装置控制的第1听觉权重和上述噪声谱的乘积的频谱减法运算装置；使从该频谱减法运算装置得到的频谱与由上述听觉权重控制装置控制的第2听觉权重相乘的频谱振幅抑制装置；将该频谱抑制装置的输出变换成时间轴信号的频率/时间变换装置。
2.权利要求1记载的噪声抑制装置，其特征在于听觉权重控制装置可以对信噪比大的频率增大上述第1和第2听觉权重，对信噪比小的频率减小上述第1和第2听觉权重。
3.权利要求1记载的噪声抑制装置，其特征在于具有听觉权重变更装置，根据输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号谱和噪声谱的平均谱的高频段功率和低频段功率的比变更第1和第2听觉权重中的至少一方。
4.权利要求1记载的噪声抑制装置，其特征在于具有听觉权重变更装置，根据输入信号是声音还是噪声的判定结果改变第1和第2听觉权重。
5.权利要求1～4任一项记载的噪声抑制装置，其特征在于在频谱减法运算装置的运算结果为负时对规定的频谱乘第3听觉权重所得的频谱进行填补。
6.权利要求5记载的噪声抑制装置，其特征在于上述规定的频谱可以是输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱。
7.权利要求5或6记载的噪声抑制装置，其特征在于用输入信号振幅谱、噪声谱或者输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱的高频段功率对低频段功率的比去变更第3听觉权重。
8.权利要求5或6记载的噪声抑制装置，其特征在于用信号噪声比控制第3听觉权重。
9.权利要求5～7中任何一项记载的噪声抑制装置，其特征在于通过使第3听觉权重乘输入信号振幅谱和平均噪声谱的比来调整第3听觉权重的值。
10.权利要求1～8中任何一项记载的噪声抑制装置，其特征在于从外部控制或选择至少一个听觉权重。
全文摘要
对于在各种噪声环境下使用的声音通信系统或声音识别系统等,提供一种听感好、可进行噪声抑制而且在强噪声下声音质量下降小的噪声抑制装置。包括:时间/频率变换装置2;噪声近似度分析装置3;平均噪声谱更新和存储装置4;听觉权重计算装置6;SN比计算装置5;听觉权重控制装置7;频谱减法运算装置8;频谱抑制装置9;信号的频率/时间变换装置10。
文档编号G10L15/20GK1277500SQ0011830
公开日2000年12月20日 申请日期2000年6月8日 优先权日1999年6月9日
发明者古田训 申请人:三菱电机株式会社