(57)【要約】本発明は、高品質な強調信号を得ることができる。  第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御手段と、前記第１制御手段が施した回転による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、前記第１制御手段により回転された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、を備えたことを特徴とする。
2012070671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した回転による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により回転された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を含む信号処理装置。
【請求項２】
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を生成する回転量生成手段を含み、
前記第２制御手段は、前記回転量生成手段から提供された前記回転量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第２制御手段は、前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段と、をさらに含み、
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、
前記第２制御手段は、さらに、フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を制限する回転量制限手段を含む、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を含む信号処理方法。
【請求項１０】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラムを格納したプログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の位相成分を制御する信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号の位相成分を制御して信号処理を行なう技術の一例として、位相スペクトルに着目した雑音抑圧の技術について、特許文献１や非特許文献１に開示がある。特許文献１や非特許文献１に記載の技術は、雑音に関係する振幅スペクトルを抑圧すると同時に、位相スペクトルをπ／４までのランダム値だけシフトさせる。特許文献１や非特許文献１に記載の技術は、位相スペクトルをランダムにシフトさせることで、雑音スペクトルの減衰だけでは抑圧できない雑音の抑圧を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２００７／０２９５３６
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＡｋｉｈｉｋｏＳｕｇｉｙａｍａ，｀｀Ｓｉｎｇｌｅ−ＣｈａｎｎｅｌＩｍｐａｃｔ−ＮｏｉｓｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｗｉｔｈＮｏＡｕｘｉｌｉａｒｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒＩｔｓＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，″Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＡｐｐｌ．ｏｆＳｉｇ．Ｐｒｏｃ．ｔｏＡｕｄｉｏａｎｄＡｃｏｕｓｔｉｃｓ（ＷＡＳＰＡＡ），ｐｐ．１２７−１３０，Ｏｃｔ．２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の技術のように、位相スペクトルをランダムにシフトさせると、隣接するフレーム間で位相スペクトルの不一致が生じ、フレーム合成時に信号レベルが低下する。その結果、雑音抑圧区間と雑音非抑圧区間で出力信号レベルに差が生じ、出力信号の品質が低下する。
本発明は、上述の課題を解決する信号処理技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御手段と、前記第１制御手段が施した回転による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、前記第１制御手段により回転された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、を含む。
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、を含む。
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラム記録媒体に格納されるプログラムは、第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、出力信号の品質を低下させずに入力信号の位相成分を制御する信号処理技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態としての信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態としての雑音抑圧装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に含まれる変換部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に含まれる逆変換部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に含まれる雑音抑圧部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行わない場合の信号の流れを示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行う場合の信号の流れを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行わない場合のフレームのオーバーラップ加算を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行う場合のフレームのオーバーラップ加算を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行う場合の周波数領域信号をベクトルで示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態において周波数領域で位相回転を行わない場合の周波数領域信号をベクトルで示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る位相制御部と振幅制御部の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る位相制御部と振幅制御部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る位相制御部と振幅制御部の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６実施形態に係るに係る位相制御部と振幅制御部の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第７実施形態としての雑音抑圧装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る位相制御部と振幅制御部の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第８実施形態としての雑音抑圧装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第９実施形態としての雑音抑圧装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の他の実施形態としての雑音抑圧装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る信号処理装置１００の概略構成を示す図である。
図１において、信号処理装置１００は、変換部１０１と第１制御部１０２と第２制御部１０３と合成部１０４とを含む。変換部１０１は、第１信号と第２信号とが混在した混在信号１１０を、周波数ごとの位相成分１２０及び振幅成分又はパワー成分１３０に変換する。また、第１制御部１０２は、所定周波数の位相成分１２０を回転させる。さらに、第２制御部１０３は、第１制御部１０２が施した回転による振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、所定周波数の振幅成分又はパワー成分を補正する。一方、合成部１０４は、第１制御部１０２により回転された位相成分１４０と、第２制御部１０３により補正された振幅成分又はパワー成分１５０と、を合成する。
以上の構成により、第１実施形態に係る信号処理装置１００は、出力信号の品質を低下させずに入力信号の位相成分を制御することができる。
（第２実施形態）
《全体構成》
本発明の第２実施形態としての雑音抑圧装置２００について図２乃至図１１を用いて説明する。図２は、雑音抑圧装置２００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の雑音抑圧装置２００は、たとえばデジタルカメラ、ノートパソコン、携帯電話などといった装置の一部としても機能するが、本発明はこれに限定されるものではない。雑音抑圧装置２００は、入力信号からのノイズ除去を要求されるあらゆる情報処理装置に適用可能である。
入力端子２０６には、劣化信号（所望信号と雑音の混在する信号）が、サンプル値系列として供給される。入力端子２０６に劣化信号が供給されると、変換部２０１は、供給された劣化信号にフーリエ変換などの変換を施して、複数の周波数成分に分割する。変換部２０１は、複数の周波数成分を各周波数で独立に処理する。ここでは、特定の周波数成分に注目して説明を続ける。変換部２０１は、複数の周波数成分のうち振幅スペクトル（振幅成分）２３０を雑音抑圧部２０５に供給する。変換部２０１は、複数の周波数成分のうち位相スペクトル（位相成分）２２０を位相制御部２０２に供給する。なお、ここでは、変換部２０１は、雑音抑圧部２０５に劣化信号振幅スペクトル２３０を供給しているが、本発明はこれに限定されるものではない。変換部２０１は、劣化信号振幅スペクトル２３０の二乗に相当するパワースペクトルを雑音抑圧部２０５に供給しても良い。
雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給される劣化信号振幅スペクトル２３０を用いて、雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。また、雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトル２３０と、生成した推定雑音スペクトルとを用いて雑音を抑圧する。雑音抑圧部２０５は、雑音抑圧結果としての強調信号振幅スペクトルを振幅制御部２０３に伝達する。位相制御部２０２は、変換部２０１から供給された劣化信号位相スペクトル２２０を回転（シフト）させ、強調信号位相スペクトル２４０として逆変換部２０４へ供給する。また、位相制御部２０２は、位相の回転量（シフト量）を、振幅制御部２０３へ伝達する。振幅制御部２０３は、位相制御部２０２から位相の回転量（シフト量）を受け取って振幅補正量を算出する。振幅制御部２０３は、その振幅補正量を用いて、強調信号振幅スペクトルを各周波数で補正し、補正振幅スペクトル２５０を生成する。振幅制御部２０３は、補正振幅スペクトル２５０を逆変換部２０４へ供給する。逆変換部２０４は、位相制御部２０２から供給された強調信号位相スペクトル２４０と、振幅制御部２０３から供給された補正振幅スペクトル２５０とを合成して逆変換を行い、強調信号として、出力端子２０７に供給する。
《変換部２０１の構成》
図３は、変換部２０１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、変換部２０１はフレーム分割部３０１、窓がけ処理部（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇｕｎｉｔ）３０２、及びフーリエ変換部３０３を含む。劣化信号サンプルは、フレーム分割部３０１に供給され、Ｋ／２サンプル毎のフレームに分割される。ここで、Ｋは偶数とする。フレームに分割された劣化信号サンプルは、窓がけ処理部３０２に供給され、窓関数（ｗｉｎｄｏｗｆｕｎｃｔｉｏｎ）であるｗ（ｔ）との乗算が行なわれる。第ｎフレームの入力信号ｙｎ（ｔ）（ｔ＝０，１，．．．，Ｋ／２−１）に対するｗ（ｔ）で窓がけ（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ）された信号は、次式（１）で与えられる。
【数１】
2012070671.tif 000003
また、窓がけ処理部３０２は、連続する２フレームの一部を重ね合わせ（オーバーラップ）して窓がけしてもよい。オーバーラップ長としてフレーム長の５０％を仮定すれば、ｔ＝０，１，．．．，Ｋ／２−１に対して、以下の式（２）で得られる左辺が、窓がけ処理部３０２の出力となる。
【数２】
2012070671.tif 000004
窓がけ処理部３０２は、実数信号に対しては、左右対称窓関数を用いても良い。また、窓関数は、ＭＭＳＥＳＴＳＡ法における抑圧係数を１に設定したとき、又はＳＳ法においてゼロを減算したときの入力信号と出力信号が計算誤差を除いて一致するように設計される。これは、ｗ（ｔ）＋ｗ（ｔ＋Ｋ／２）＝１となることを意味する。
以後、連続する２フレームの５０％をオーバーラップして窓がけする場合を例として説明を続ける。窓がけ処理部３０２は、ｗ（ｔ）として、たとえば、次式（３）に示すハニング窓を用いても良い。
【数３】
2012070671.tif 000005
このほかにも、ハミング窓、三角窓など、様々な窓関数が知られている。窓がけされた出力はフーリエ変換部３０３に供給され、劣化信号スペクトルＹｎ（ｋ）に変換される。劣化信号スペクトルＹｎ（ｋ）は位相と振幅に分離され、劣化信号位相スペクトルａｒｇＹｎ（ｋ）は、位相制御部２０２に、劣化信号振幅スペクトル｜Ｙｎ（ｋ）｜は、雑音抑圧部２０５に供給される。既に説明したように、振幅スペクトルの代わりにパワースペクトルが利用されても良い。
《逆変換部２０４の構成》
図４は、逆変換部２０４の構成を示すブロック図である。図４に示すように、逆変換部２０４は逆フーリエ変換部４０１、窓がけ処理部４０２及びフレーム合成部４０３を含む。逆フーリエ変換部４０１は、振幅制御部２０３から供給された補正振幅スペクトル２５０と位相制御部２０２から供給された強調信号位相スペクトルａｒｇＸｎ（ｋ）とを乗算して、強調信号（以下の式（４）の左辺）を求める。
【数４】
2012070671.tif 000006
逆フーリエ変換部４０１は、得られた強調信号に逆フーリエ変換を施す。逆フーリエ変換された強調信号は、１フレームがＫサンプルを含む時間領域サンプル値系列ｘｎ（ｔ）（ｔ＝０，１，．．．，Ｋ−１）として、窓がけ処理部４０２に供給され、窓関数ｗ（ｔ）との乗算が行なわれる。第ｎフレームの入力信号ｘｎ（ｔ）（ｔ＝０，１，．．．，Ｋ／２−１）に対してｗ（ｔ）で窓がけされた信号は、次式（５）の左辺で与えられる。
【数５】
2012070671.tif 000007
また、窓がけ処理部３０２は、連続する２フレームの一部を重ね合わせ（オーバーラップ）して窓がけしてもよい。フレーム長の５０％をオーバーラップ長として仮定すれば、ｔ＝０，１，．．．，Ｋ／２−１に対して、以下の式の左辺が、窓がけ処理部４０２の出力となり、フレーム合成部４０３に伝達される。
【数６】
2012070671.tif 000008
フレーム合成部４０３は、窓がけ処理部４０２からの隣接する２フレームの出力を、Ｋ／２サンプルずつ取り出して重ね合わせ、以下の式（７）によって、ｔ＝０，１，．．．，Ｋ−１における出力信号（式（７）の左辺）を得る。得られた出力信号は、フレーム合成部４０３から出力端子２０７に伝達される。
【数７】
2012070671.tif 000009
なお、図３と図４において変換部２０１と逆変換部２０４における変換をフーリエ変換として説明したが、変換部２０１、逆変換部２０４は、フーリエ変換に代えて、アダマール変換、ハール変換、ウェーブレット変換など、他の変換を用いても良い。変換部２０１、逆変換部２０４がハール変換を用いた場合には、乗算が不要となり、ＬＳＩ化したときの面積を小さくすることができる。変換部２０１、逆変換部２０４がウェーブレット変換を用いた場合には、周波数によって時間解像度を異なったものに変更できるために、雑音抑圧効果の向上が期待できる。
また、変換部２０１において得られる周波数成分を複数統合してから、雑音抑圧部２０５で実際の抑圧を行っても良い。その際、聴覚特性の弁別能力が高い低周波領域から、能力が低い高周波領域に向かって、よりたくさんの周波数成分を統合して、高い音質を達成することができる。このように、複数の周波数成分を統合してから雑音抑圧を実行すると、雑音抑圧を適用する周波数成分の数が少なくなり、全体の演算量を削減することができる。
《雑音抑圧部２０５の構成》
雑音抑圧部２０５は、変換部２０１から供給される劣化信号振幅スペクトルを用いて雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。雑音抑圧部２０５は、変換部２０１からの劣化信号振幅スペクトルと生成した推定雑音スペクトルとを用いて抑圧係数を求める。雑音抑圧部２０５は、求めた抑圧係数を劣化信号振幅スペクトルに乗じ、強調信号振幅スペクトルとして、振幅制御部２０３へ供給する。
雑音の推定には、
Ｍ．Ｋａｔｏ，Ａ．Ｓｕｇｉｙａｍａ，ａｎｄＭ．Ｓｅｒｉｚａｗａ，″ＮｏｉｓｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐｅｅｃｈｑｕａｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｗｅｉｇｈｔｅｄｎｏｉｓｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄＭＭＳＥＳＴＳＡ，″ＩＥＩＣＥＴｒａｎｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ（ＪａｐａｎｅｓｅＥｄｉｔｉｏｎ），ｖｏｌ．Ｊ８７−Ａ，ｎｏ．７，ｐｐ．８５１−８６０，Ｊｕｌｙ２００４．（文献１）やＲ．Ｍａｒｔｉｎ，″Ｓｐｅｃｔｒａｌｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍｉｎｉｍｕｍｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，″ＥＵＳＰＩＣＯ−９４，ｐｐ．１１８２−１１８５，Ｓｅｐｔ．１９９４（文献２）に示されるように、様々な推定方法が利用できる。
たとえば、推定雑音スペクトルを、目的音が発生していないフレームの劣化信号振幅スペクトルの平均値とする方法（文献１）がある。この方法では目的音の発生を検出する必要がある。目的音の発生している区間は、強調信号のパワーで判断することができる。
理想的な動作状態として、強調信号は雑音以外の目的音となっている。また、目的音や雑音のレベルは、隣接フレーム間で大きく変化しない。これらのことから、１フレーム過去の強調信号レベルが雑音区間判定の指標とされる。１フレーム過去の強調信号パワーが一定値以下の時には、現フレームは雑音区間と判定される。雑音スペクトルは、雑音区間と判定されたフレームの劣化信号振幅スペクトルを平均化することで推定される。
また、推定雑音スペクトルを、劣化信号振幅スペクトルが供給され始めた推定初期の平均値とする方法（文献１）もある。この場合、推定が開始された直後には目的音が含まれないという条件を満たす必要がある。条件が満たされる場合、推定初期の劣化信号振幅スペクトルが推定雑音スペクトルとされる。
さらに、推定雑音スペクトルを、統計的な劣化信号振幅スペクトルの最小値から求める方法（文献２）もある。この方法では、統計的に一定時間における劣化信号振幅スペクトルの最小値を保持し、その最小値から雑音スペクトルを推定する。劣化信号振幅スペクトルの最小値は、雑音スペクトルのスペクトル形状と似ているため、雑音スペクトル形状の推定値として用いることができる。しかし、最小値では、本来の雑音レベルより小さくなる。そのため、最小値を適切に増幅させたものを推定雑音スペクトルとして用いる。
雑音抑圧部２０５は、様々な抑圧を行うことが可能である。抑圧方法には、代表的なものとして、ＳＳ（ＳｐｅｃｔｒｕｍＳｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ：スペクトル減算）法とＭＭＳＥＳＴＳＡ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎ−ＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒＳｈｏｒｔ−ＴｉｍｅＳｐｅｃｔｒａｌＡｍｐｌｉｔｕｄｅＥｓｔｉｍａｔｏｒ：最小二乗平均誤差短時間振幅スペクトル推定）法とがある。雑音抑圧部２０５がＳＳ法を用いる場合は、雑音抑圧部２０５は変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトルから推定雑音スペクトルを減算する。雑音抑圧部２０５がＭＭＳＥＳＴＳＡ法を用いる場合は、雑音抑圧部２０５は変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトルと生成した推定雑音スペクトルとを用いて、抑圧係数を計算し、この抑圧係数を劣化信号振幅スペクトルに乗算する。この抑圧係数は、強調信号の平均二乗パワーを最小化するように決定される。
雑音抑圧部２０５は、様々な雑音推定を行うことが可能である。推定方法には、たとえば目的音が発生していないフレームの劣化信号振幅スペクトルを利用し、その平均値を推定雑音スペクトルとする方法がある。また、劣化信号振幅スペクトルが供給され始めた初期段階の平均値を推定雑音スペクトルとする方法もある。さらには、統計的に劣化信号振幅スペクトルの最小値を観測し、その最小値を推定雑音スペクトルとする方法などもある。
《位相制御部２０２及び振幅制御部２０３の構成》
図５は位相制御部２０２及び振幅制御部２０３の構成を示すブロック図である。図５に示すように、位相制御部２０２は位相回転部５０１と回転量生成部５０２とを含む。振幅制御部２０３は、補正量算出部５０３と振幅補正部５０４とを含む。
回転量生成部５０２は、劣化信号位相スペクトルの回転量を生成し、位相回転部５０１と補正量算出部５０３に供給する。
位相回転部５０１は、変換部２０１から劣化信号位相スペクトル２２０が供給され、回転量生成部５０２から回転量が供給される。位相回転部５０１は、劣化信号位相スペクトル２２０を供給された回転量だけ回転（シフト）させ、強調信号位相スペクトル２４０として逆変換部２０４へ供給する。
補正量算出部５０３は、回転量生成部５０２から供給される回転量に基づいて、振幅の補正係数を決定し、振幅補正部５０４に供給する。
回転量生成部５０２は、たとえば乱数によって回転量を生成する。位相回転部５０１は、回転量生成部５０２が乱数により生成した回転量を用いて劣化信号位相スペクトルを各周波数で回転させる。位相回転部５０１が行う回転により、劣化信号位相スペクトル２２０の形状が変化する。この形状の変化により、雑音の特徴を弱めることができる。
乱数には、その発生確率が一様な一様乱数や、発生確率が正規分布を示す正規乱数などがある。ここでは一様乱数による回転量の生成法を説明する。一様乱数は線形合同法などで発生する。ここでは、線形合同法での一様乱数を例に挙げ、説明を続ける。線形合同法で発生させた一様乱数は、０〜（２＾Ｍ）−１の範囲に一様に分布する。
ここで、Ｍは任意の整数であり、＾はべき乗を表している。位相の回転量φは、０〜２πの範囲に分布させる必要がある。そこで、発生させた一様乱数は、０〜２πの範囲に分布されるように変換される。変換は、以下の式（８）で行う。ここで、Ｒは一様乱数である。Ｒｍａｘはその一様乱数が発生しうる最大の値である。前述した線形合同法で発生させる場合には、Ｒｍａｘ＝（２＾Ｍ）−１となる。
【数８】
2012070671.tif 000010
計算の簡単化のために、Ｒの値は、そのまま回転量とされても良い。回転量であるので２πはちょうど一回転を表す。位相を２π回転させた場合は回転させていない場合と同一である。よって、２π＋αという回転量は、回転量がαの場合と同じになる。ここでは、線形合同法により一様乱数を発生させた場合を説明したが、それ以外の方法で一様乱数を発生させた場合でも、式（８）により回転量φを求めればよい。
位相回転部５０１は、回転量生成部５０２から回転量を受け取り、劣化信号位相スペクトルを回転させる。もし、劣化信号位相スペクトルが角度で表現されている場合には、位相回転部５０１は、その角度に回転量φの値を加算することで回転させる。劣化信号位相スペクトルが複素数の正規ベクトルで表現されている場合には、位相回転部５０１は、回転量φの正規ベクトルを求め、劣化信号位相スペクトルに乗算することで回転させる。
回転量φの正規ベクトルは、式（９）で求められる。ここで、Φは回転ベクトルである。ｊはｓｑｒｔ（−１）を示す。なお、ｓｑｒｔは二乗根を表す。
【数９】
2012070671.tif 000011
補正量算出部５０３による、補正係数算出方法について説明する。まず、位相の回転により出力レベルの低下が生じることを、図６及び図７を用いて説明する。
図６及び図７は、劣化信号が図２に示すブロック図で処理された場合の信号を示している。図６と図７の違いは位相回転の有無である。図６は位相回転を行わない場合の信号を、図７は位相回転をフレーム３から行った場合の信号を示している。
まず、位相を回転しない場合の信号について図６を用いて説明する。図６の最上部に描かれているのは、劣化信号である。劣化信号はフレーム分割部３０１においてフレーム分割される。点線で区切られた、上から２番目の信号が、フレーム分割後の信号である。図６では、連続した４フレーム分の信号を図示した。また、フレームのオーバーラップ率は５０％としている。
窓掛け処理部３０２は、フレームに分割された信号に窓掛けを行う。点線で区切られた、上から３番目の信号が窓掛け処理後の信号である。図６では位相回転による影響を明確に示すため、矩形窓による重み付けをしている。
次に、フーリエ変換部３０３によって、周波数領域の信号に変換されるが、図６では周波数領域での信号は省略した。位相回転の点線より下部は、逆変換部２０４の逆フーリエ変換部４０１により、時間領域へ変換された信号を図示している。点線で区切られた、上から４番目の信号が位相回転後の信号である。ただし、図６では位相回転を行っていないため、窓掛け処理後の信号から変化していない。
逆変換部２０４の逆フーリエ変換部４０１から出力された強調信号は、窓掛け処理を再度実施される。図６では、矩形窓による重み付けを実施した場合を示している。窓掛け処理された信号は、フレーム合成部４０３において、合成される。この時、フレーム間の時間を揃える必要がある。フレームのオーバーラップ率が５０％であるので、ちょうど半分ずつフレームが重なる。位相の回転を実施していない場合、図６のように入力信号と出力信号は一致する。
一方、位相を回転する場合の信号について図７を用いて説明する。図７に示したのは位相回転をフレーム３から実施した場合の信号である。最上部に描かれているのは、図６と同じ劣化信号である。フレーム分割後及び窓掛け処理後の信号も図６と同様である。
図７では、フレーム３から一定の位相回転を実施した場合を描いている。位相回転処理の点線下部に示した右向き三角形の区間に注目する。位相回転処理により、フレーム３及び４の信号が時間方向にシフトしている。位相回転を施した信号は、再度窓掛け処理が行われ、フレーム合成される。このとき、フレーム２とフレーム３が重なるｉｉの区間で、フレーム２とフレーム３の信号に違いが生じる。これにより、フレーム合成後の出力信号レベルがｉｉの区間において小さくなる。つまり、位相の回転を実施する場合、図７のｉｉの区間で出力信号レベルが低下する。
この位相回転による出力信号レベルの低下は、時間領域における加算を周波数領域の加算に置き換え、周波数領域のベクトル合成でも説明できる。
図８に、フレーム分割及び窓掛け処理後の連続した２フレームの劣化信号を、ｘ１［ｎ］及びｘ２［ｍ］として示す。なお、オーバーラップ率は５０％としている。ここで、ｎはｘ１の離散時間を表す。ｍはｘ２の離散時間を表す。オーバーラップ率が５０％の場合には、以下の式（１０）が成立する。
【数１０】
2012070671.tif 000012
また、ｘ１とｘ２の関係は、以下の式（１１）のようになる。
【数１１】
2012070671.tif 000013
まず、時間領域信号から周波数領域信号への変換及び逆変換の式を示す。周波数領域信号Ｘ［ｋ］は、時間領域信号ｘ［ｎ］のフーリエ変換によって、以下の式（１２）のように表現される。ここで、ｋは離散周波数を表し、Ｌはフレーム長である。
【数１２】
2012070671.tif 000014
また、周波数領域信号Ｘ［ｋ］を逆変換により、時間領域信号ｘ［ｎ］に戻すと、以下の式（１３）のように表現される。
【数１３】
2012070671.tif 000015
これに基づいて、時間領域信号ｘ１［ｎ］，ｘ２［ｍ］を、周波数領域信号Ｘ１［ｋ］，Ｘ２［ｋ］に変換すると、以下の式（１４）、式（１５）のように表現される。
【数１４】
2012070671.tif 000016
【数１５】
2012070671.tif 000017
周波数領域信号Ｘ１［ｋ］，Ｘ２［ｋ］を、逆変換によってそれぞれ時間領域信号ｘ１［ｎ］，ｘ２［ｍ］に戻すと、式（１３）より、以下の式（１６）、式（１７）のように表現される。
【数１６】
2012070671.tif 000018
【数１７】
2012070671.tif 000019
逆変換部は、逆フーリエ変換により周波数領域信号を時間領域信号に変換する。その後、フレーム合成部４０３は、前フレームと現フレームの強調音声をオーバーラップ加算する。
たとえば、図示した例のオーバーラップ率５０％では、フレーム合成部４０３は、離散時間ｍ＝Ｌ／２〜Ｌ−１の区間で隣接フレームの加算を行う。この加算区間ｍ＝Ｌ／２〜Ｌ−１を考える。
時間領域の加算に、式（１６）及び式（１７）を代入すると、以下の式（１８）のように表現される。
【数１８】
2012070671.tif 000020
さらに、式（１８）中の周波数領域信号Ｘ１［ｋ］，Ｘ２［ｋ］に式（１４），式（１５）を代入すると、以下の式（１９）のように表現される。
【数１９】
2012070671.tif 000021
2012070671.tif 000022
さらに、式（１９）を展開すると、以下の式（２０）のように表現される。
【数２０】
2012070671.tif 000023
ここで、式（２０）の各項に含まれる総和演算を考える。任意の整数ｇを導入し、以下の式（２１）が成立する。
【数２１】
2012070671.tif 000024
デルタ関数δ［ｇ］のフーリエ逆変換式は、式（２２）で示される。
【数２２】
2012070671.tif 000025
ここで、デルタ関数δ［ｇ］は、以下の式（２３）で示される。
【数２３】
2012070671.tif 000026
式（２２）より、式（２１）は、以下の式（２４）に変形できる。
【数２４】
2012070671.tif 000027
式（２４）の関係から、式（２０）は、以下の式（２５）で表わされる。
【数２５】
2012070671.tif 000028
よって、式（２０）は、以下の式（２６）となる。
【数２６】
2012070671.tif 000029
さて、ここで周波数領域信号Ｘ２［ｋ］に対し、位相回転を行った場合を考える。このときの時間領域信号は、図９のようになる。
Ｘ２［ｋ］の位相スペクトルを、φ［ｋ］回転させたとき、その逆変換は以下の式（２７）となる。
【数２７】
2012070671.tif 000030
これを、式（１８）に代入すると、以下の式（２８）が成立する。
【数２８】
2012070671.tif 000031
これを展開すると、以下の式（２９）が成立する。
【数２９】
2012070671.tif 000032
ここで、オーバーラップ率５０％と仮定し、オーバーラップ区間のｎ＝Ｌ／２〜Ｌ−１について考える。オーバーラップ区間では、式（１１）より、以下の式（３０）のように展開できる。
【数３０】
2012070671.tif 000033
ここで、それぞれの項にある括弧内の項（式（３１）に示す）は、ベクトル合成であるから、特定の周波数ｋに注目すると、図１０のように描ける。
【数３１】
2012070671.tif 000034
もし、位相回転が行われていないとき、つまりφ［ｋ］＝０の場合は、図１１のようになる。
式（３１）の絶対値を求めると、以下の式（３２）となる。
【数３２】
2012070671.tif 000035
よって、式（３１）の絶対値が最大になる条件は、φ［ｋ］＝０の場合であり、その値は２である。つまり、位相回転が行われると、出力信号の大きさが小さくなることがわかる。
この出力信号レベルの低下量を補正するように、補正量算出部５０３は、強調信号振幅スペクトルの振幅補正量を決定する。
ここでは、位相回転量が一様乱数によって決定されると仮定し、補正量の算出方法を具体的に説明する。ここでは、問題簡単化のため、位相の回転による大きさの変動に着目し、それぞれの周波数成分が単位ベクトルに正規化されているものとする。
まず、位相回転を行わない場合を考える。連続するフレーム間で位相が同じ場合の合成ベクトルは、図１１に示されるベクトルＳのようになり、そのベクトルの大きさ｜Ｓ｜は、以下の式（３３）で表わされる。
【数３３】
2012070671.tif 000036
一方、一様乱数により位相回転を行う場合、連続するフレーム間位相差φは、−πから＋πまでの範囲に一様に分布する。この連続するフレーム間で位相が異なる場合の合成ベクトルは、図１０に示されるベクトルＳ′のようになる。そのベクトルの大きさ｜Ｓ′｜は、以下の式（３４）で表わされる。
【数３４】
2012070671.tif 000037
さて、ここで、期待値Ｅ（｜Ｓ′｜＾２）を求めると、以下の式（３５）のようになる。
【数３５】
2012070671.tif 000038
ここで、φが−πから＋πまで一様分布することから、以下の式（３６）のようになる。
【数３６】
2012070671.tif 000039
このため、｜Ｓ′｜＾２の期待値は、以下の式（３７）で表わされる。
【数３７】
2012070671.tif 000040
さて、位相の回転をしない場合の、期待値Ｅ（｜Ｓ｜＾２）は、式（３３）より以下の式（３８）で表わされる。
【数３８】
2012070671.tif 000041
式（３７）と式（３８）の比を取ると、以下の式（３９）が成立する。
【数３９】
2012070671.tif 000042
つまり、位相を一様乱数で回転させる場合、出力信号のパワー平均値は入力と比較して、１／２だけ小さくなる。振幅補正部５０４は振幅値に対し補正を行う。そのため、補正量算出部５０３は補正係数をｓｑｒｔ（２）とし、振幅補正部５０４に伝達する。
ここでは、一様乱数による回転量生成の場合を例に挙げて説明したが、正規乱数などでもその分散と平均値が決まれば、補正係数は一意に定められる。正規乱数を使う場合の補正係数の導出を以下に説明する。
正規乱数の場合φの発生確率が正規分布により決定される。そのため、正規乱数による位相回転を実施した場合のパワー期待値を求めるには、φの発生確率に基づいた重み付けが行われる必要がある。
具体的には、φの発生確率に基づいた、重み関数ｆ（φ）を導入する。その重み関数ｆ（φ）により、ｃｏｓ（φ）は、重みづけされる。さらに、重み付け関数ｆ（φ）の積分値で正規化することにより、パワー期待値を求めることができる。
正規乱数による位相回転を行った場合の出力パワー期待値Ｅ（Ｓ′′＾２）は、一様乱数の出力パワー期待値である式（３５）に、重み付け関数ｆ（φ）及びその積分値を導入することで、以下の式（４０）のように表現される。
【数４０】
2012070671.tif 000043
重み関数ｆ（φ）は、正規分布により表現できるので、以下の式（４１）が成立する。
【数４１】
2012070671.tif 000044
ここで、σは分散をμは平均を表している。
たとえば、平均値μ＝０，分散σ＝１の標準正規分布では、以下の式（４２）となるので、となるので、これを式（４０）に代入すると、式（４３）のようになる。
【数４２】
2012070671.tif 000045
【数４３】
2012070671.tif 000046
ここで、式（４３）の右辺、第２項を数値計算すると、式（４４）が成立するので、位相の回転をしない場合の、Ｅ（｜Ｓ＾２｜）との比は、式（４５）で表わされる。
【数４４】
2012070671.tif 000047
【数４５】
2012070671.tif 000048
補正量算出部５０３は、位相を標準正規分布の正規乱数で回転させる場合、振幅補正部５０４に補正係数をｓｑｒｔ（１／０．８０５）として、伝達する。位相制御部２０２は、位相回転をすべての周波数に対して行っても良いし、一部の周波数に対して行っても良い。振幅制御部２０３は、振幅補正を、位相回転が行われた周波数に対してのみ行う。よって、位相回転を行わない周波数の補正係数は、１．０とする。位相回転を行った周波数の補正係数のみ導出した値とする。
《振幅補正部５０４の説明》
振幅制御部２０３は、位相制御部２０２から伝達された位相の回転量を用いて振幅補正係数を算出する。振幅制御部２０３は、算出した振幅補正係数を雑音抑圧部２０５から供給された強調信号振幅スペクトルに乗じ、逆変換部２０４に供給する。強調信号振幅スペクトルに振幅補正係数を乗じることにより、雑音抑圧装置２００は、劣化信号位相スペクトルを回転させ、強調信号位相スペクトルを得た場合の出力レベル低下を解消することができる。
以上のように、本実施形態に係る雑音抑圧装置２００は、位相スペクトルを回転操作することによる出力信号レベルへの影響を振幅制御部２０３により取り除くことができる。そのため、雑音抑圧装置２００は、高品質な強調信号を得ることができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態では、位相の回転量の上限を制限する点で第２実施形態と異なる。それ以外の構成及び動作については第２実施形態と同様であるためここでは詳しい説明を省略する。
図１２は、本実施形態に係る位相制御部１２０２及び振幅制御部２０３の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、本実施形態における位相制御部１２０２は、第２実施形態で説明した回転量生成部５０２と位相回転部５０１に加え、回転量制限部１２２１を含む。回転量生成部５０２は、回転量制限部１２２１からの制限を受けつつ、劣化信号位相スペクトルの回転量を生成し、位相回転部５０１に供給する。
回転量制限部１２２１は、回転量生成部５０２によって生成される回転量を一定範囲内に制限する。つまり、回転量制限部１２２１は、φの分布を、０〜２πから任意の範囲に制限する。たとえば、回転量制限部１２２１は、φの分布を、０〜π／２のように制限する。これにより、強調信号位相スペクトルに劣化信号位相スペクトルの特徴がある程度残ることになる。完全に位相をランダムに回転させる場合に比較し、劣化信号の特徴がある程度保持されるため、目的音への影響が少なくなる。そのため、目的音の歪が軽減される。
本実施形態に係る本発明は、第２実施形態の効果に加えて、位相の回転量を制限することにより、目的音の劣化を低減させることができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図１３を用いて説明する。本実施形態に係る本発明は、位相成分を遅延させ、フレーム間での位相成分の差分を求めた上でそこから補正量を算出する点で第２実施形態と異なる。つまり、位相制御部１３０２と振幅制御部１３０３の内部構成において第２実施形態と異なる。他の構成及び動作は第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
図１３は、本実施形態における位相制御部１３０２及び振幅制御部１３０３の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、第４実施形態における位相制御部１３０２は、第２実施形態に含まれる回転量生成部５０２と位相回転部５０１を含む。位相制御部１３０２は、回転後の位相を振幅制御部１３０３に供給する。また振幅制御部１３０３は、位相成分遅延部１３３１、補正量算出部１３３３及び振幅補正部５０４を含む。
位相成分遅延部１３３１は、位相回転部５０１から供給された強調信号位相スペクトルを１フレーム分保持し、補正量算出部１３３３に供給する。
補正量算出部１３３３は位相成分遅延部１３３１からの１フレーム前の強調信号位相スペクトルと位相回転部５０１からの現在の強調信号位相スペクトルから振幅補正量を算出し、振幅補正部５０４に伝達する。
位相成分遅延部１３３１は、強調信号位相スペクトルを１フレーム保持し、１フレーム分遅延させ、補正量算出部１３３３に供給する。位相成分遅延部１３３１は、単純に１フレーム分強調信号位相スペクトルを遅延することで実現される。
本実施形態に係る本発明は、第２実施形態の効果に加えて、位相回転量を数学的に出力レベルの期待値を導出できない場合でも出力レベルを補正することができる。たとえば、乱数テーブルによる乱数ではその発生確率に偏りがあるが、本実施形態に係る本発明は出力レベルを問題なく補正できる。
補正量算出部１３３３は、前フレームと現フレームの強調信号位相スペクトルから各周波数で合成ベクトルの大きさを求め、その大きさから補正係数を決定する。前フレームの位相をα，現フレームの位相をβとすると、その合成ベクトルの大きさ｜Ｓ′｜は、以下の式（４６）で表わされる。
【数４６】
2012070671.tif 000049
連続するフレームで位相が一致する場合の合成ベクトルの大きさ｜Ｓ｜は、式（３３）において既に導出しているように｜Ｓ｜＝２である。よって、振幅補正量は、以下の式（４７）で表わされる。
【数４７】
2012070671.tif 000050
本実施形態における本発明は、この値を、振幅制御部２０３に供給し、強調信号振幅スペクトルを補正することで、出力レベルの低下を解消することができる。本実施形態において、位相回転部以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１４０３の構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る本発明は、入出力比算出部１４３１を含む点で、第２実施形態と異なる。入出力比算出部１４３１は、入力端子２０６からの劣化信号及び逆変換部２０４からの強調信号を受け取り、その入出力レベル比を算出する。入出力比算出部１４３１は、入出力レベル比を補正量算出部１４３３に供給する。補正量算出部１４３３は、強調信号のレベルが劣化信号と同等になるように、補正量を算出する。振幅補正部５０４は、算出された補正量により強調信号振幅スペクトルを補正する。
入出力比算出部１４３１は、劣化信号と強調信号の時間領域信号から、そのレベルの比を求める。
第ｎフレームの劣化信号ｙｎ（ｔ）と第ｎフレームの強調信号ｘｎ（ｔ）のレベル比Ｒは、以下の式（４８）で表わされる。ここで、ｔはサンプル時間を示す。Ｌはフーリエ変換のフレーム長を示す。
【数４８】
2012070671.tif 000051
補正量算出部１４３３は、この比の値Ｒと位相回転を行った周波数成分の数により、振幅補正量Ｇを求める。時間領域信号が変換部によりＮ個の周波数成分に分割され、そのうちＭ個の位相スペクトルに対し、位相回転を行った場合、振幅補正量Ｇは、以下の式（４９）のように求められる。
【数４９】
2012070671.tif 000052
また、振幅制御部１４０３は、位相制御部２０２から伝達された位相回転の有無の情報より、位相回転が行われた周波数のみで振幅補正を行う。本実施形態において、入出力比算出部１４３１及び補正量算出部１４３３以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態に係る本発明は、時間領域の信号から補正係数を求めているため、位相回転量がいかなる方法で決定されても、出力レベルを補正できる。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１５０３の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施形態における振幅制御部１５０３は、第５実施形態に含まれる入出力比算出部１４３１に加え、平均化処理部１５３１を含む。平均化処理部１５３１以外の構成及び動作については、第５実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
平均化処理部１５３１は、入力端子２０６から劣化信号を受け取り、平均化処理を施した上で、その平均値を入出力比算出部１４３１に供給する。また、平均化処理部１５３１は逆変換部２０４から強調信号を受け取り、平均化処理を施した上で、その平均値を入出力比算出部１４３１に供給する。入出力比算出部１４３１は平均化処理部１５３１から劣化信号及び強調信号の平均値を受け取り、そのレベル比を算出する。
平均化処理部１５３１は、任意の時間長で劣化信号及び強調信号のレベルを平均化する。具体的には、平均化処理部１５３１は、移動平均や漏れ積分などを用いて劣化信号及び強調信号のレベルを平均化する。
本実施形態に係る本発明は、第５実施形態の効果に加えて、平均化されたレベルを使用するため、補正量の変動が抑制され、出力信号の品質向上が実現できる。
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態に係る雑音抑圧装置１６００の構成を示す図である。本実施形態に係る雑音抑圧装置１６００は、第２実施形態の図２の構成に加え、振幅成分遅延部１６１１、位相成分遅延部１６１２及び逆変換部１６１３を含む。また、振幅制御部１６０３の内部構成にも差異がある。本実施形態において、振幅成分遅延部１６１１、位相成分遅延部１６１２及び振幅制御部１６０３以外の動作については、第６実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
入力端子２０６に供給された劣化信号は、変換部２０１と振幅制御部１６０３に供給される。変換部２０１は、劣化信号振幅スペクトル２３０を振幅成分遅延部１６１１及び逆変換部１６１３に供給する。また、変換部２０１は、劣化信号位相スペクトル２２０を位相制御部２０２に供給する。位相制御部２０２は、変換部２０１から供給された劣化信号位相スペクトル２２０を回転させ、強調信号位相スペクトルとして逆変換部１６１３及び位相成分遅延部１６１２に供給する。また、位相制御部２０２は、各周波数における位相回転の有無を、振幅制御部１６０３へ伝達する。
逆変換部１６１３は、変換部２０１から供給された劣化信号振幅スペクトル２３０と位相制御部２０２から供給される劣化信号位相スペクトルを用いて、位相回転によるレベル低下の生じた信号を振幅制御部１６０３に伝達する。
振幅成分遅延部１６１１は、変換部２０１からの劣化信号振幅スペクトル２３０を遅延させ、雑音抑圧部２０５に供給する。
位相成分遅延部１６１２は、位相制御部２０２からの強調信号位相スペクトルを遅延させ、逆変換部２０４に供給する。雑音抑圧部２０５は、振幅成分遅延部１６１１から供給される劣化信号振幅スペクトルを用いて、雑音を推定し、推定雑音スペクトルを生成する。
逆変換部２０４は、位相制御部２０２から位相成分遅延部１６１２を介して供給された、強調信号位相スペクトル２４０と、振幅制御部１６０３から供給された補正振幅スペクトル２５０とを合成して逆変換を行い、強調信号として、出力端子２０７に供給する。
劣化信号位相スペクトル２２０は、位相制御部２０２で制御され、逆変換部１６１３において時間領域の信号に変換される。振幅制御部１６０３は、その信号と劣化信号２１０とを用いて、位相回転によるレベルの変動量を求める。
この変動量は位相回転部５０１による回転処理のみの変動である。そのため、振幅制御部１６０３は、位相の回転によるレベル変動を正確に捉えることができる。振幅制御部１６０３は、このレベル比を用いて振幅補正を行うが、求まるレベル比は１フレーム前のものである。
そこで、振幅成分遅延部１６１１と位相成分遅延部１６１２を導入し、１フレーム前の周波数成分に対して、振幅制御部１６０３において振幅補正を行う。
図１７は、本実施形態に係る位相制御部２０２及び振幅制御部１６０３の内部構成を説明するためのブロック図である。入出力比算出部１７３１は、入力端子２０６から供給される劣化信号と逆変換部１６１３から供給される、位相回転によるレベル低下分を含んだ信号から、レベル比を算出し、補正量算出部１２３３に供給する。
補正量算出部１２３３は、位相制御部２０２から各周波数における位相回転の有無の情報を受け取り、振幅補正量を算出する。振幅補正部５０４は、その振幅補正量に基づいて、強調信号位相スペクトルを各周波数で補正し、逆変換部２０４へ供給する。なお、振幅成分遅延部１６１１は、雑音抑圧部２０５と振幅制御部１６０３の間に導入しても構わない。
本実施形態に係る雑音抑圧装置１６００は、第５実施形態の効果に加え、第５実施形態及び第６実施形態では不可避だった入出力比の遅延を回避でき、より正確な出力レベルの補正を実現できる。
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８に示すように、本実施形態に係る雑音抑圧装置１８００は、第２実施形態の構成に加え、フレームオーバーラップ制御部１８０８を含む。フレームオーバーラップ制御部１８０８は、変換部２０１及び逆変換部２０４において、フレーム分割、合成されるときのオーバーラップ率の制御を行う。フレームオーバーラップ制御部１８０８は、そのオーバーラップ率を振幅制御部２０３に供給する。既に説明したとおり、位相回転によるレベル低下はオーバーラップによって生じる。このレベル低下量はオーバーラップ率により変化し、オーバーラップ率が大きくなるほど、低下量も大きくなる。よって、オーバーラップ率が変化した場合には、振幅補正量を制御する必要がある。
具体的には、オーバーラップ率５０％の場合の振幅補正量Ｇを基準に補正量を求める。
オーバーラップ率が０％のとき振幅補正は必要無い。また、オーバーラップ率５０％のとき振幅補正量はＧである。そこで、フレーム長Ｌとオーバーラップ長Ｑの比を用いて、以下の式（５０）のようになる。ここで、Ｇ′はオーバーラップ率による補正を行った振幅補正量である。
【数５０】
2012070671.tif 000053
たとえば、オーバーラップ率５０％の場合は、Ｑ＝Ｌ／２であるので、以下の式（５１）が成立する。オーバーラップ率２５％の場合には、Ｑ＝Ｌ／４より以下の式（５２）が成立する。
【数５１】
2012070671.tif 000054
【数５２】
2012070671.tif 000055
振幅制御部２０３は、式（５０）に基づき、位相制御部２０２から伝達された補正係数を補正し、強調信号振幅スペクトルを補正する。本実施形態において、フレームオーバーラップ制御部１８０８以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態に係る雑音抑圧装置１８００は、第２実施形態の効果に加えて、フレームのオーバーラップ率を自由に設定できる。
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について、図１９を用いて説明する。図１９では、雑音抑圧部２０５に雑音記憶部１９０９が接続されている。本実施形態に係る雑音抑圧装置１９００は、既知の雑音スペクトルを用いて雑音を抑圧する。雑音記憶部１９０９は、抑圧すべき雑音のスペクトルを記憶する。その記憶された雑音スペクトルに基づき、雑音抑圧部２０５が雑音抑圧を行うことで、雑音抑圧装置１９００は、抑圧対象の雑音のみを抑圧することができる。
ここで、雑音記憶部１９０９は、雑音のスペクトルとして、その雑音の平均スペクトルや最大スペクトル、最小スペクトルなどを記憶していても良い。あるいは、雑音記憶部１９０９は、それらを組み合わせを記憶していても良い。本実施形態において、雑音記憶部１９０９以外の構成及び動作については、第２実施形態と同様であるためここではその説明を省略する。
本実施形態に係る雑音抑圧装置１９００は、第２実施形態の効果を、特定の雑音にのみ適用することができ、抑圧したい雑音が明確な場合には、より高品質な強調信号を得ることができる。
（他の実施形態）
以上説明してきた第１乃至第９実施形態では、それぞれ別々の特徴を持つ雑音抑圧装置について説明したが、それらの特徴を如何様に組み合わせた雑音抑圧装置も、本発明の範疇に含まれる。
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、単体の装置に適用しても良い。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアの信号処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の範疇に含まれる。
図２０は、第１実施形態を信号処理プログラムにより構成する場合に、その信号処理プログラムを実行するコンピュータ２０００の構成図である。コンピュータ２０００は、入力部２００１と、ＣＰＵ２００２と、出力部２００３と、メモリ２００４とを含む。
ＣＰＵ２００２は、信号処理プログラムを読み込むことにより、コンピュータ２０００の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ２００２は、メモリ２００４に格納された信号処理プログラムを実行し、第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する（Ｓ２０１１）。次に、ＣＰＵ２００２は、所定周波数の位相成分を回転させる（Ｓ２０１２）。位相成分の回転によって生じる、出力信号における振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、ＣＰＵ２００２は、所定周波数の振幅成分又はパワー成分を補正する（Ｓ２０１３）。ＣＰＵ２００２は、ステップＳ２０１２により回転された位相成分と、ステップＳ２０１３により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する（Ｓ２０１４）。
これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御手段と、前記第１制御手段が施した回転による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、前記第１制御手段により回転された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、を備えたことを特徴とする信号処理装置。
（付記２）
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を生成する回転量生成手段を含み、前記第２制御手段は、前記回転量生成手段から提供された前記回転量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記第２制御手段は、前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段と、をさらに有し、前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、前記第２制御手段は、さらに、フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を制限する回転量制限手段を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記９）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、を備えたことを特徴とする信号処理方法。
（付記１０）
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする信号処理プログラムを格納したプログラム記録媒体。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は以上の実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で同業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１０年１１月２４日に出願された日本出願特願２０１０−２６１８３１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2012070671.tif 000070
【図１６】
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【図１７】
2012070671.tif 000072
【図１８】
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【図１９】
2012070671.tif 000074
【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月17日(2013.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換手段と、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御手段と、
前記第１制御手段が施した回転による前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御手段と、
前記第１制御手段により回転された位相成分と、前記第２制御手段により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成手段と、
を含む信号処理装置。
【請求項２】
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を生成する回転量生成手段を含み、
前記第２制御手段は、前記回転量生成手段から提供された前記回転量に基づいて前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第２制御手段は、前記位相成分を遅延させる位相成分遅延手段を含み、遅延前後の前記位相成分を比較することにより、前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力の平均値と前記混在信号の平均値とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記振幅成分又はパワー成分を遅延させる振幅成分遅延手段と、をさらに含み、
前記第２制御手段は、前記合成手段からの出力と前記混在信号とを比較することにより前記変化量を算出し、算出した前記変化量に応じて、前記振幅成分遅延手段により遅延した前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記変換手段は、前記混在信号を、互いに一部オーバーラップした複数フレームに分割する分割手段を含み、
前記第２制御手段は、さらに、フレームのオーバーラップ率に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第１制御手段は、前記位相成分の回転量を制限する回転量制限手段を含む、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換ステップと、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御ステップと、
前記第１制御ステップにおける回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御ステップと、
前記第１制御ステップにより回転された位相成分と、前記第２制御ステップにより補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成ステップと、
を含む信号処理方法。
【請求項１０】
第１信号と第２信号とが混在した混在信号を、周波数ごとの位相成分及び振幅成分又はパワー成分に変換する変換処理と、
所定周波数の前記位相成分を回転させる第１制御処理と、
前記第１制御処理における回転によって生じた前記振幅成分又はパワー成分の変化量に応じて、前記所定周波数の前記振幅成分又はパワー成分を補正する第２制御処理と、
前記第１制御処理により回転された位相成分と、前記第２制御処理により補正された振幅成分又はパワー成分と、を合成する合成処理と、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【国際調査報告】
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2012070671.tif 000077
2012070671.tif 000078
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