噪音抑制装置制造方法
【专利摘要】具备：输入信号分析部（8），根据多个输入信号的功率谱，进行输入信号的谐波构造以及周期性的分析；功率谱合成部（9），根据输入信号分析部（8）的分析结果，合成多个输入信号的功率谱，生成合成功率谱；噪音抑制量计算部（10），基于功率谱合成部（9）所生成的合成功率谱以及根据输入信号推测出的推测噪音谱，计算噪音抑制量；以及功率谱抑制部（11），针对功率谱合成部（9）所生成的合成功率谱，使用噪音抑制量计算部（10）计算出的噪音抑制量来进行噪音抑制。
【专利说明】噪音抑制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及抑制混入到输入信号中的背景噪音的噪音抑制装置，用于导入了例如语音通信、语音储存、语音识别系统的车辆导航、便携电话、视频电话、内线电话(interphone)等语音通信系统、免提(handsfree)通话系统、TV会议系统、监视系统等的音质改善、语音识别系统的识别率的提高。
【背景技术】
[0002]伴随近年来的数字信号处理技术的发展，利用便携电话的室外的语音通话、汽车内的免提语音通话、利用语音识别的免提操作得到了广泛普及。由于在高噪音环境下使用这些装置的情况较多，所以背景噪音也与语音一起输入到麦克风，导致通话语音的劣化、语音识别率的降低等。因此，为了实现舒适的语音通话、高精度的语音识别，需要抑制混入到输入信号中的背景噪音的噪音抑制装置。
[0003]作为以往的噪音抑制方法，例如，有如下方法(参照非专利文献I):将时域的输入信号变换为作为频域的信号的功率谱，使用输入信号的功率谱、和根据输入信号另外推测出的推测噪音谱来计算用于噪音抑制的抑制量，使用所得到的抑制量来进行输入信号的功率谱的振幅抑制，将抑制了振幅的功率谱和输入信号的相位谱变换到时域而得到噪音抑制信号。
[0004]在该以往的噪音抑制方法中，根据语音的功率谱与推测噪音功率谱的比(以下称为SN比)而计算了抑制量，但如果其值为负(以分贝值表示时)，则无法正确地计算抑制量。例如，在低频部分重叠了具有大的功率的汽车行使噪音的语音信号中，语音的低频被噪音所埋没，所以SN比为负，其结果，存在语音信号的低频被过度地抑制而音质劣化这样的课题。
[0005]针对上述课题，作为通过利用多个麦克风(麦克风阵列)高效地抽出作为目标信号的语音信号、且即使在高噪音下也实现高质量的噪音抑制的方法，例如，在非专利文献2中公开了波束形成法，在专利文献I中公开了具有抽出目标信号的功能的集音装置。
[0006]在非专利文献2中，通过利用在来自音源的目标信号到达各麦克风时产生的相位差等空间信息，合成各麦克风的信号来强调目标信号，从而改善作为目标信号的语音信号与噪音的SN比，实现了良好的噪音抑制装置。
[0007]另外，在专利文献I中，作为在噪音下抽出目标信号的技术，公开了利用目标信号和噪音的音场分布差而抽出在频率轴上目标信号为支配性的频率分量的手法。在该专利文献I中，以在目标信号的音源附近设置主输入麦克风，在比主输入麦克风远离所述音源的位置设置辅助输入麦克风为条件，着眼于在这2个麦克风之间产生的电平差的特性在噪音和目标信号中不同，抽出目标信号为支配性的频率分量，从而改善了音质。
[0008]专利文献1:日本特开平11-259090号公报(第3页?5页、图1)
[0009]非专利文献1:Y.Ephraim, D.Malah,“Speech Enhancement Using a Minimum MeanSquare Error Short-Time Spectral Amplitude Estimator，，，IEEE Trans.ASSP, vol.ASSP-32, N0.6Dec.1984
[0010]非专利文献2:Υ.Kaneda, J.0hga, “Adaptive Microphone-Array System forNoise Reduction”, IEEE Trans.ASSP, vol.ASSP-34, N0.6, Dec.1986
【发明内容】
[0011]在非专利文献2公开的以往的技术中，以强调了的音源(目标信号)处于与其他音源(噪音)不同的位置为前提，在目标信号和噪音处于相同的方向的情况下，存在无法强调目标信号而性能降低这样的课题。另外，在专利文献公开的以往的技术中，在接近地配置主麦克风和辅助麦克风时等对主麦克风和辅助麦克风输入了目标信号的情况下，难以检测目标信号和噪音的电平差，所以存在无法改善音质这样的课题。
[0012]本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种即使在高噪音环境下也实现高质量的噪音抑制的噪音抑制装置。
[0013]本发明的噪音抑制装置，具备:傅立叶变换部，将所输入的多个输入信号从时域的信号变换为作为频域的信号的谱分量；功率谱计算部，根据傅立叶变换部变换了的谱分量计算功率谱；输入信号分析部，根据功率谱计算部计算出的功率谱，进行输入信号的谐波构造以及周期性的分析；功率谱合成部，根据输入信号分析部的分析结果，合成多个输入信号的功率谱，生成合成功率谱；噪音抑制量计算部，基于功率谱合成部所生成的合成功率谱以及根据输入信号推测的推测噪音谱，计算噪音抑制量；功率谱抑制部，针对功率谱合成部所生成的合成功率谱，使用噪音抑制量计算部计算出的噪音抑制量进行噪音抑制；以及逆傅立叶变换部，将在功率谱抑制部中抑制了噪音的合成功率谱变换为时域的信号，作为语音信号输出。
[0014]根据本发明，能够提供防止语音的过度的抑制，实现高质量的噪音抑制的噪音抑制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是示出实施方式I的噪音抑制装置的结构的框图。
[0016]图2是示出实施方式I的噪音抑制装置的噪音抑制量计算部的结构的框图。
[0017]图3是示出实施方式I的噪音抑制装置的谐波构造的分析的说明图。
[0018]图4是示出实施方式I的噪音抑制装置的谱峰值的推测的说明图。
[0019]图5是示意地示出实施方式I的噪音抑制装置的动作的流程的图。
[0020]图6是示出实施方式I的噪音抑制装置的输出结果的一个例子的说明图。
[0021]图7是示出实施方式2的噪音抑制装置的加权平均化处理的说明图。
[0022]图8是示出实施方式4的噪音抑制装置的结构的框图。
[0023]图9是示出实施方式5的噪音抑制装置的结构的框图。
[0024]图10是示出实施方式6的噪音抑制装置的结构的框图。
[0025]图11是示出实施方式6的噪音抑制装置的应用例的说明图。
[0026]图12是示出实施方式9的噪音抑制系统的结构的框图。
[0027]符号说明
[0028]1:第一麦克风；2:第二麦克风；3:第一傅立叶变换部；4:第二傅立叶变换部；5:第一功率谱计算部；6:第二功率谱计算部；7:功率谱选择部；8:输入信号分析部；9:功率谱合成部；10:噪音抑制量计算部；11:功率谱抑制部；12:逆傅立叶变换部；13:输出端子；20:语音/噪音区间判定部；21:噪音谱推测部；22:SN比计算部；23:抑制量计算部；31:第一波束形成处理部；32:第二波束形成处理部；40:第一计算机装置；41:网络装置；42:第二计算机装置；43:服务器装置；100、100':噪音抑制装置；200:移动体；201:驾驶席；201a:直接波；201b:反射/衍射波；202:助手席；203:反射面；204:噪音。
【具体实施方式】
[0029]以下，为了更详细地说明本发明，按照附图，说明用于实施本发明的方式。
[0030]实施方式1.
[0031]图1是示出实施方式I的噪音抑制装置的结构的框图。
[0032]连接了作为输入端子的第一麦克风I以及第二麦克风2的噪音抑制装置100由第一傅立叶变换部3、第二傅立叶变换部4、第一功率谱计算部5、第二功率谱计算部6、功率谱选择部7、输入信号分析部8、功率谱合成部9、噪音抑制量计算部10、功率谱抑制部11以及逆傅立叶变换部12构成。在逆傅立叶变换部12的后级连接有输出端子13。
[0033]图2是示出实施方式I的噪音抑制装置的噪音抑制量计算部的结构的框图。如图2所示，噪音抑制量计算部10由语音/噪音区间判定部20、噪音谱推测部21、SN比计算部22以及抑制量计算部23构成。
[0034]接下来，根据图1以及图2说明噪音抑制装置100的动作原理。另外，在该实施方式I中，为了简化说明，以作为输入端子使用2个麦克风的情况为例子进行说明。
[0035]首先，在对通过第一麦克风I及第二麦克风2取入的语音、音乐等进行了 A/D (模拟/数字)变换之后，以规定的采样频率(例如，8kHz)进行采样，并且分割为帧单位(例如IOms),输入到噪音抑制装置100。此处,第一麦克风I作为距离目标信号的音源最近的麦克风(主麦克风)连接到第一傅立叶变换部3，输入第一输入信号X1 (t)作为主麦克风信号。另外，第二麦克风2作为其以外的麦克风(副麦克风)连接到第二傅立叶变换部4，输入第二输入信号x2 (t)作为副麦克风的信号。此处，t是采样点编号。
[0036]第一傅立叶变换部3和第二傅立叶变换部4进行同样的动作。在针对从第一麦克风I或第二麦克风2输入的输入信号，例如加上汉宁窗并根据需要进行了零填充处理之后，进行例如以下的式(I)所示的256点的高速傅立叶变换，将作为时域的信号的第一输入信号X1 (t)以及第二输入信号X2 (t)变换为作为频域的信号的第一谱分量X1 ( λ，k)以及第二谱分量X2 (λ，10。所得到的第一谱分量X1 ( λ，k)被输出到第一功率谱计算部5，第二谱分量X2 ( λ，k)被输出到第二功率谱计算部6。
[0037]Xm ( λ , k) =FT [xM (t) ] ；M=1, 2...(I)
[0038]此处，λ表示对输入信号进行了帧分割时的帧编号、k表示指定谱的频率频带的频率分量的编号(以下称为谱编号)、M表示指定麦克风的编号、FT [.]表示傅立叶变换处理。另外，傅立叶变换是公知的手法，所以说明省略。
[0039]第一功率谱计算部5和第二功率谱计算部6进行同样的动作。使用以下所示的式
(2)，根据各输入信号的谱分量Xm ( λ，k)得到第一功率谱^ ( λ，k)和第二功率谱Y2 ( λ，k)。所得到的第一功率谱Y1 ( λ，k)被输出到功率谱选择部7、输入信号分析部8以及功率谱合成部9。第二功率谱Y2 ( λ，k)被输出到功率谱选择部7和输入信号分析部8。
[0040]另外，第一功率谱计算部5使用以下所示的式(3)根据第一谱分量X1 (λ，k)计算作为其相位分量的相位谱Q1 ( λ，k)，输出到后述的逆傅立叶变换部12。
[0041]
【权利要求】
1.一种噪音抑制装置，具备: 傅立叶变换部，将输入的多个输入信号从时域的信号变换为作为频域的信号的谱分量; 功率谱计算部，根据所述傅立叶变换部变换后的谱分量计算功率谱； 输入信号分析部，根据所述功率谱计算部计算出的功率谱，进行所述输入信号的谐波构造以及周期性的分析； 功率谱合成部，根据所述输入信号分析部的分析结果，合成所述多个输入信号的功率谱，生成合成功率谱； 噪音抑制量计算部，基于所述功率谱合成部所生成的合成功率谱以及根据所述输入信号推测的推测噪音谱，计算噪音抑制量； 功率谱抑制部，针对所述功率谱合成部所生成的合成功率谱，使用所述噪音抑制量计算部计算出的噪音抑制量进行噪音抑制；以及 逆傅立叶变换部，将在所述功率谱抑制部中抑制了噪音的合成功率谱变换为时域的信号，并作为语音信号而输出。
2.根据权利要求1所述的噪音抑制装置，其特征在于， 具备功率谱选择部，该功率谱选择部关于所述多个输入信号，比较所述功率谱计算部计算出的功率谱的谱分量，生成针对每个频率选择具有最大的值的谱分量而构成的功率谱，作为合成功率谱候选， 所述功率谱合成部将所述多个输入信号中的一个输入信号的功率谱作为代表功率谱，根据所述输入信号分析部的分析结果，对所述代表功率谱和所述功率谱选择部所生成的合成功率谱候选进行合成而生成合成功率谱。
3.根据权利要求2所述的噪音抑制装置，其特征在于， 所述输入信号分析部根据所述功率谱计算部计算出的功率谱，计算所述输入信号的周期性信息以及自相关系数， 所述功率谱合成部根据所述输入信号分析部计算出的输入信号的周期性信息以及自相关系数，对所述代表功率谱和所述功率谱选择部所生成的合成功率谱候选进行合成而生成合成功率谱。
4.根据权利要求2所述的噪音抑制装置，其特征在于， 所述功率谱合成部根据各所述输入信号的子带SN比的平均值是否为规定的阈值以上，对所述代表功率谱和所述功率谱选择部所选择的合成功率谱候选进行合成而生成合成功率谱。
5.根据权利要求4所述的噪音抑制装置，其特征在于， 所述功率谱合成部使用用各所述输入信号的子带SN比的平均值或者输入信号的相关性表示的语音类似度的指标，进行具有连续性的变化的功率谱的合成处理。
6.根据权利要求5所述的噪音抑制装置，其特征在于， 所述功率谱合成部在各所述输入信号中的从语音区间向噪音区间转移的区间以及从噪音区间向语音区间转移的区间中，进行所述代表功率谱和所述合成功率谱候选的加权平均化处理,生成合成功率谱。
【文档编号】G10L21/02GK103718241SQ201180072451
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2011年11月2日 优先权日:2011年11月2日
【发明者】古田训 申请人:三菱电机株式会社