(57)【要約】【課題】  調整必要な項目が少なく、かつ、入力音声の急な変化や変化に左右されずに雑音パワーを推定する。【解決手段】    本発明は、入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置に関する。そして、本発明の雑音推定装置は、入力パワーと過去の推定雑音パワーから入力パワーの定常確率を算出する手段と、入力パワーと定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて入力バッファの内容と、確率バッファの内容を更新する手段と、確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として入力バッファに保持されている入力パワーの加重平均をとることで推定雑音パワーを算出する手段とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2020046586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置において、
前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出する定常確率算出手段と、
過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新するバッファ更新手段と、
前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出する加重平均手段と
を備えることを特徴とする雑音推定装置。
【請求項２】
前記定常確率算出手段は、過去の前記入力パワーと過去の前記推定雑音パワーに基づく事後ＳＮＲに関する定常確率算出関数を用いて前記定常確率を算出することを特徴とする請求項１に記載の雑音推定装置。
【請求項３】
前記バッファ更新手段は、前記定常確率算出手段から与えられた前記定常確率が所定の値より大きい場合にのみ前記入力バッファと前記確率バッファを更新することを特徴とする、請求項１又は２に記載の雑音推定装置。
【請求項４】
音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置に搭載されたコンピュータを、
前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出する定常確率算出手段と、
過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新するバッファ更新手段と、
前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出する加重平均手段と
して機能することを特徴とする雑音推定プログラム。
【請求項５】
音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置が行う雑音推定方法において、
定常確率算出手段、バッファ更新手段、及び加重平均手段を有し、
前記定常確率算出手段は、前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出し、
前記バッファ更新手段は、過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新し、
前記加重平均手段は、前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出する
ことを特徴とする雑音推定方法。
【請求項６】
音声と雑音が混合された入力信号から前記音声を収音する収音装置において、
前記入力信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定部と、
前記雑音推定部の推定結果を用いて、前記入力信号から前記音声信号を抽出して収音する収音部とを備え、
前記雑音推定部として、請求項１〜３のいずれかに記載の雑音推定装置を適用したこと
を特徴とする収音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、雑音推定装置、雑音推定プログラム、雑音推定方法、及び収音装置に関し、例えば、入力信号に含まれる雑音成分の推定結果を用いて、入力信号に重畳された雑音成分を抑圧する装置に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
自然環境において雑音はいたる所に存在するため、一般に実世界で観測される音声は種々の発信元からの雑音を含む。雑音を含んで観測された入力信号から音声だけを強調させるために、様々な雑音抑圧方法が開発されている。これらのうちのほとんどは、抑圧すべき雑音を推定する方法と、雑音を抑圧するフィルタを計算する方法とを有する。従来の入力信号から雑音を抑圧する音声処理装置では、周波数領域で雑音のパワーを推定するものがある。
【０００３】
従来、最も単純な雑音推定方法の例として、入力スペクトルを音声が存在しない区間で平均する方法がある。しかし、このような従来の雑音推定方法は、事前に音声が存在しない区間を推定しなければならない。そのため、音声が存在する区間を推定する音声区間検出（Ｖｏｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ＶＡＤ）という技術も盛んに開発されているが、完全なＶＡＤは未だ達成されていない。雑音推定処理において、音声区間の推定を誤ると、推定雑音が目的音声を含んでしまうため、強調音声や残留雑音を歪ませるという問題が生じる。また、上述のような雑音推定方法では、雑音区間でしか雑音を推定しないため、長い音声区間があると雑音の変化に追従できないという欠点もある。
【０００４】
このような背景から、音声区間でも雑音の推定を継続する雑音推定方法として、非特許文献１、非特許文献２、及び特許文献１の記載技術がある。いずれの文献も雑音抑圧方法（音声強調方法とも言う）に関する。
【０００５】
非特許文献１に記載の従来の雑音推定方法は、入力パワーの時間方向のピークが目的音声の存在を表す一方で、谷が平滑化した雑音パワーの推定に使えるという発見に基づいている。具体的には、現在から所定時間過去までの入力パワーの最小値を、第１の推定雑音パワーとする。しかし、第１の推定雑音パワーはバイアスを有しており、真の雑音パワーよりも小さくなる性質を持つ。このバイアスは、第１の推定雑音パワーの期待値から推定され、得られたバイアス推定値を用いて第１の推定雑音パワーを補正して、第２の推定雑音パワー（最終的な推定値）を得る。
【０００６】
特許文献１に記載の従来の雑音推定方法は、入力パワーに適切な重み係数を乗じて、得られた加重入力パワーを所定時間分だけ記憶しておき、記憶した加重入力パワーの平均値を推定雑音パワーとする。適切な重み係数は、現在の入力パワーを直前の推定雑音パワーで除した事後ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）に基づいて算出される。具体的には、事後ＳＮＲが所定の値Ｇ１以下では重み係数を１とし、事後ＳＮＲがＧ１以上では事後ＳＮＲに反比例するように重み係数を設定し、事後ＳＮＲが所定の値Ｇ２以上では重み係数を０とする。また、重み係数が０の場合には、加重入力パワーは記憶しない。
【０００７】
非特許文献２に記載の従来の雑音推定方法は、目的音声と雑音の複素スペクトルの分布がいずれも平均ゼロの複素正規分布に従うという仮説に基づいて、雑音の複素スペクトルの分散の最尤推定値を推定雑音パワーとする。この仮説に基づくと、入力音声の複素スペクトルの分布は、音声の複素スペクトルの分散と雑音の複素スペクトルの分散の和を分散とする平均ゼロの複素正規分布となる。ここに現在の入力が劣化音声と雑音のどちらであるかに関する隠れ変数を導入して、忘却係数を伴ったオンラインＥＭ（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）アルゴリズムを適用することで、雑音の複素スペクトルの最尤推定値を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２０４１７５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍａｒｔｉｎ、“Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ”、ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９４、ｐｐ．１１８２−１１８５
【非特許文献２】Ｍ．Ｓｏｕｄｅｎ、Ｍ．Ｄｅ１ｃｒｏｉｘ、Ｋ．Ｋｉｎｓｏｓｈｉｔａ、Ｔ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ、ａｎｄ  Ｔ．Ｎａｋａｔａｎｉ、“Ｎｏｉｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ：Ａ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ”、ＩＥＥＥ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．８、２０１２、ｐｐ．４９５−４９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の雑音推定方法には以下に述べるような問題点が存在する。
【００１１】
非特許文献１の方法は、雑音が急に大きくなった場合に、推定雑音パワーが遅れて急激に大きくなるという課題を有している。具体的には、雑音が大きくなってから所定時間の間は、推定雑音パワーは小さいままである。そして、雑音が大きくなってから所定時間後に、推定雑音パワーは急激に増大する。
【００１２】
特許文献１の方法は、音声伝送におけるパケット損失やエコー対策のためのボイススイッチなどによって入力音声が一時的に小さくなる現象が起きると、入力音声が元に戻っても推定雑音パワーはしばらく小さいままとなる課題を有している。すなわち、小さい入力音声は事後ＳＮＲがＧ１より小さくなるので雑音パワーの推定に使われ続け、推定雑音パワーが小さくなる。その状態で入力音声が大きくなると、事後ＳＮＲがＧ２より大きくなるので雑音パワーの推定に使われなくなり、推定雑音パワーは更新されなくなる。
【００１３】
非特許文献２の方法は、この雑音推定方法で用いられているオンラインＥＭアルゴリズムには、忘却係数を大きくすると安定性が増して追従が遅くなり、忘却係数を小さくすると追従が速くなって安定性が下がるという、追従の速さと最尤推定の安定性とのトレードオフがあるという課題を有している。非特許文献２の記載技術において、忘却係数は観測環境の雑音レベルに合わせて設定する必要があるため、実用性に乏しい。
【００１４】
以上のように、従来の雑音推定方法は、入力音声が急に大きくなると推定雑音パワーが不適切なタイミングで急激に大きくなったり、入力音声が一時的に小さくなると推定雑音パワーが小さいままとなったり、推定パラメータを環境に合わせて調整が必要になったりする課題があった。
【００１５】
以上のような問題に鑑みて、調整必要な項目（例えば、推定パラメータ）が少なく、かつ、入力音声の急な変化や変化に左右されずに雑音パワーを推定できる雑音推定装置、雑音推定プログラム、雑音推定方法、及び収音装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の本発明は、音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置において、（１）前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出する定常確率算出手段と、（２）過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新するバッファ更新手段と、（３）前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出する加重平均手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
第２の本発明の雑音推定プログラムは、音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置に搭載されたコンピュータを、（１）前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出する定常確率算出手段と、（２）過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新するバッファ更新手段と、（３）前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出する加重平均手段として機能することを特徴とする。
【００１８】
第３の本発明は、音声と雑音が混合された入力信号中に含まれる雑音成分を推定して推定雑音パワーを得る雑音推定装置が行う雑音推定方法において、（１）定常確率算出手段、バッファ更新手段、及び加重平均手段を有し、（２）前記定常確率算出手段は、前記入力信号の入力パワーと過去の前記推定雑音パワーから前記入力パワーの定常確率を算出し、（３）前記バッファ更新手段は、過去の前記入力パワーのデータをバッファリングする入力バッファと、過去に前記定常確率算出手段が算出した定常確率をバッファリングする確率バッファとを備え、前記入力パワーと前記定常確率算出手段で算出された定常確率に基づいて前記入力バッファの内容と、前記確率バッファの内容を更新し、（４）前記加重平均手段は、前記確率バッファに保持されている定常確率を重み係数として前記入力バッファに保持されている前記入力パワーの加重平均をとることで前記推定雑音パワーを算出することを特徴とする。
【００１９】
第４の本発明は、音声と雑音が混合された入力信号から前記音声を収音する収音装置において、（１）前記入力信号に含まれる雑音成分を推定する雑音推定部と、（２）前記雑音推定部の推定結果を用いて、前記入力信号から前記音声信号を抽出して収音する収音部とを備え、前記雑音推定部として、第１の本発明の雑音推定装置を適用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、調整必要な項目が少なく、かつ、入力音声の急な変化や変化に左右されずに雑音パワーを推定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１、第２の実施形態に係る雑音推定手段の機能的構成について示したブロック図である。
【図２】第１、第２の実施形態に係る収音装置の機能的構成について示したブロック図である。
【図３】第１、第２の実施形態に係る収音装置のハードウェア構成について示したブロック図である。
【図４】第１、第２の実施形態に係る雑音推定部（雑音推定装置）の機能的構成について示したブロック図である。
【図５】第１、第２の実施形態に係る定常確率算出関数の例について示した説明図（グラフ）である。
【図６】第１、第２の実施形態に係る定常確率算出関数を対数尺度で設計した場合の例について示した説明図（グラフ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、雑音推定プログラム、雑音推定方法、及び収音装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。この実施形態では、本発明の雑音推定装置、雑音推定プログラム、及び雑音推定方法を、雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００２３】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、この実施形態の収音装置１の機能的構成について示したブロック図である。なお、図２における括弧内の符号は後述する第２の実施形態でのみ用いられる符号である。
【００２４】
収音装置１は、マイクロホンＭにより捕捉される音響信号から、目的音を収音する収音処理を行う装置である。
【００２５】
この実施形態の例では、マイクロホンＭは図示しない電話端末の受話器に搭載されているものとする。この場合、マイクロホンＭにより捕捉される音響信号には、例えば、目的音としての音声（例えば、近端話者の音声）と非目的音としての雑音（例えば、背景雑音等）が含まれる。そして、この実施形態の例では、収音装置１は図示しない電話端末に搭載され、マイクロホンＭにより捕捉される音響信号から、非目的音（例えば、背景雑音等の雑音）を除去して目的音（例えば、近端話者の音声）を収音する処理を行う。
【００２６】
次に、収音装置１の内部構成について説明する。
【００２７】
この実施形態において、収音装置１は、信号入力部１０、雑音抑圧部２０、信号出力部３０、及び雑音推定部４０を備える。
【００２８】
収音装置１は、全てハードウェア（例えば、専用チップ等）により構成するようにしてもよいし一部又は全部についてソフトウェア（プログラム）として構成するようにしてもよい。収音装置１は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータにプログラム（実施形態の雑音推定プログラムを含む収音プログラム）をインストールすることにより構成するようにしてもよい。
【００２９】
信号入力部１０は、マイクロホンＭから供給されるアナログの音響信号をデジタル信号に変換してコンピュータ２００に供給する機能を担っている。以下では、マイクロホンＭにより捕捉され、信号入力部１０によりデジタル変換された音響信号を入力信号ｘと呼ぶものとする。
【００３０】
雑音推定部４０は、入力信号ｘに含まれる雑音（非目的音）を推定する機能を担っている。以下では、雑音推定部４０が推定した雑音（推定した雑音の信号）を「推定雑音」と呼ぶものとする。
【００３１】
雑音抑圧部２０は、雑音推定部４０が推定した推定雑音を用いて、入力信号ｘに含まれる雑音成分を抑圧した信号（以下、「雑音抑圧済信号」と呼ぶ）を出力する機能を担っている。
【００３２】
信号出力部３０は、当該収音装置１の収音結果（この実施形態では、雑音抑圧部２０が出力する雑音抑圧済信号を出力する機能を担っている。
【００３３】
図３は、収音装置１のハードウェア構成の例について示したブロック図である。なお、図３における括弧内の符号は後述する第２の実施形態で用いられる符号である。
【００３４】
図３では、収音装置１をソフトウェア（コンピュータ）を用いて構成する際の構成について示している。
【００３５】
図３に示す収音装置１は、ハードウェア的な構成要素として、少なくとも信号入力部１０と、プログラム（実施形態の雑音推定プログラムを含む収音プログラム）がインストールされたコンピュータ２００を有している。
【００３６】
信号入力部１０は、例えば、Ｄ／Ａコンバータを用いて構成することができる。なお、コンピュータ２００自体にＤ／Ａコンバータが搭載されていれば、信号入力部１０を別途設ける必要はない。
【００３７】
コンピュータ２００は、信号入力部１０から供給される音響信号（デジタル音響信号）に所定の処理を施して出力する処理を行う。この実施形態では、コンピュータ２００には、少なくとも雑音抑圧部２０、信号出力部３０、及び雑音推定部４０に相当するプログラム（この実施形態の収音プログラム）がインストールされているものとする。なお、この実施形態の収音プログラムには、雑音推定部４０に相当する雑音推定プログラムが含まれている。
【００３８】
なお、コンピュータ２００は、収音プログラム専用のコンピュータとしてもよいし、他の機能（例えば、電話端末が受信した遠端信号（受話信号）を図示しないスピーカから出力する機能）のプログラムと共用される構成としてもよい。
【００３９】
図３に示すコンピュータ２００は、プロセッサ２０１、一次記憶部２０２、及び二次記憶部２０３を有している。一次記憶部２０２は、プロセッサ２０１の作業用メモリ（ワークメモリ）として機能する記憶手段であり、例えば、ＤＲＡＭ等の高速動作するメモリが適用される。二次記憶部２０３は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やプログラムデータ（実施形態に係る収音プログラムのデータを含む）等の種々のデータを記録する記憶手段であり、例えば、ＦＬＡＳＨメモリやＨＤＤ等の不揮発性メモリが適用される。この実施形態のコンピュータ２００では、プロセッサ２０１が起動する際、二次記憶部２０３に記録されたＯＳやプログラム（実施形態に係る収音プログラムを含む）を読み込み、一次記憶部２０２上に展開して実行する。
【００４０】
なお、コンピュータ２００の具体的な構成は図３の構成に限定されないものであり、種々の構成を適用することができる。例えば、一次記憶部２０２が不揮発メモリ（例えば、ＦＬＡＳＨメモリ等）であれば、二次メモリについては除外した構成としてもよい。
【００４１】
次に、雑音推定部４０の内部構成について図４を用いて説明する。
【００４２】
図４は、雑音推定部４０の機能的構成について示したブロック図である。なお、図４における括弧内の符号は後述する第２の実施形態で用いられる符号である。
【００４３】
雑音推定部４０は、帯域分割手段４１と、Ｋ個のパワー算出手段４２（４２−１〜４２−Ｋ）と、Ｋ個の雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）とを有している。
【００４４】
そして、図１は、それぞれの雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）の内部構成について示した説明図である。この実施形態では、雑音推定手段４３−１〜４３−Ｋの内部は全て図１を用いて示すことができる構成となっているものとする。なお、図１における括弧内の符号は後述する第２の実施形態で用いられる符号である。
【００４５】
図１に示すように、それぞれの雑音推定手段４３は、定常確率算出手段１０１、バッファ更新手段１０２、加重平均手段１０３、及び記憶手段１０４を有している。
【００４６】
雑音推定部４０を構成する各要素（雑音推定手段４３を構成する各要素を含む）の詳細な機能（動作）については後述する。
【００４７】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する収音装置１（雑音推定部４０）の動作を説明する。
【００４８】
以下では、収音装置１のうち、本発明の特徴に係る雑音推定部４０の動作を中心に説明する。
【００４９】
帯域分割手段４１は、入力信号ｘを周波数解析して周波数スペクトル（以下、「入力スペクトル」とも呼ぶ）を算出する。そして、帯域分割手段４１は、得られた入力スペクトルをＫ個に分割（Ｋ個の周波数帯域に分割）して、分割した入力スペクトル（以下、「周波数帯域信号」と呼ぶ）を、各パワー算出手段４２（４２−１〜４２−Ｋ）に与える。
【００５０】
帯域分割手段４１が行う周波数解析処理の手法は限定されないものであるが、例えば、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）やウェーブレット変換やフィルタバンクなどを適用することができる。なお、この実施形態の帯域分割手段４１では、ＦＦＴを適用することが好適である。
【００５１】
パワー算出手段４２（４２−１〜４２−Ｋ）は、入力された周波数帯域信号に基づく入力パワーを算出し、対応する雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）に与える。パワー算出手段４２−１〜４２−Ｋは、それぞれ算出した入力パワーを、雑音推定手段４３−１〜４３−Ｋに与える。
【００５２】
各パワー算出手段４２では、パワーの算出方法として、種々の算出方法を適用することができる。パワー算出手段４２は、例えば、入力された周波数帯域信号を構成する各周波数のパワーの絶対値を取得し、「取得した絶対値の２乗和」又は「取得した絶対値の和」を入力パワーとして算出するようにしても良い。以下では、各パワー算出手段４２（４２−１〜４２−Ｋ）が出力するパワー（以下、「入力パワー」とも呼ぶ）をＰＸ（ＰＸ＿１〜ＰＸ＿Ｋ）と表すものとする。
【００５３】
各雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）は、それぞれパワー算出手段４２（４２−１〜４２−Ｋ）から供給される入力パワーＰＸ（ＰＸ＿１〜ＰＸ＿Ｋ）に含まれる雑音成分のパワーを推定し、その結果（以下、「推定雑音パワー」とも呼ぶ）を出力する。以下では、各雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）が出力する推定雑音パワーを、ＰＮ（ＰＮ＿１〜ＰＮ＿Ｋ）と表すものとする。雑音推定パワーＰＮ＿１〜ＰＮ＿Ｋは、推定雑音の各成分のパワーをあらわしているため、雑音推定パワーＰＮ＿１〜ＰＮ＿Ｋの集合体は、推定雑音の信号を表しているといえる。そして、この実施形態では、各雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）が出力するＰＮ（ＰＮ＿１〜ＰＮ＿Ｋ）は、雑音抑圧部２０に供給される。
【００５４】
次に、各雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）内部の動作について説明する。
【００５５】
雑音推定手段４３−１〜４３−Ｋでは処理する入力パワーＰＸの周波数帯が異なるだけで処理自体は同様であるため、以下では、雑音推定手段４３−１〜４３−Ｋを総称した雑音推定手段４３の動作を説明する。
【００５６】
雑音推定手段４３では、入力された入力パワーＰＸが、定常確率算出手段１０１とバッファ更新手段１０２に供給される。
【００５７】
まず、定常確率算出手段１０１の動作について説明する。
【００５８】
定常確率算出手段１０１は、入力パワーＰＸと後述するＤ個のサンプル分過去の推定雑音パワー（以下、「ＰＮＤ」と表す）とに基づいて入力パワーＰＸに関する定常確率（以下、「ＳＰ」と表す）を算出する。そして、定常確率算出手段１０１は、得られた定常確率ＳＰをバッファ更新手段１０２に与える。なお、Ｄの具体的な数値については後述する。
【００５９】
定常確率ＳＰは、事後ＳＮＲ（以下、この事後ＳＮＲの値を「Ｇ」とも表す）に基づいて算出される。事後ＳＮＲ（Ｇ）は、（１）式で算出することができる。なお、定常確率ＳＰは、後述する定常確率算出関数によって算出することができる。
【数１】
2020046586.tif 000003
【００６０】
この実施形態の定常確率算出関数は、事後ＳＮＲ（Ｇ）に対する定常確率ＳＰの関数である。定常確率算出手段１０１では、予め設計された定常確率算出関数が設定されているものとする。
【００６１】
次に、定常確率算出手段１０１に設定する定常確率算出関数の設計について説明する。
【００６２】
この実施形態において、定常確率算出関数の定義域（Ｇ）は０．０以上の実数であり、値域（ＳＰ）は０．０以上１．０以下の実数であるものとする。この実施形態における定常確率算出関数の形状（定常確率算出関数をグラフで表した場合における曲線の形状；Ｇの値を横軸、定常確率ＳＰを縦軸とした場合のグラフにおける曲線の形状）は、Ｇを所定の値（以下、「Ｇ０」と表す）としたとき（すなわちＧ＝Ｇ０としたとき）をピークとする山形であるものとする。すなわち、この実施形態における定常確率算出関数は、０．０≦Ｇ≦Ｇ０の区間で定常確率ＳＰが広義単調増加し、Ｇ０≦Ｇの区間で定常確率ＳＰの値が広義単調減少する特性に設計されたものであるものとする。
【００６３】
Ｇ０は、特に限定されるものではなく、Ｇの定義域の範囲で任意の値を取ることができる。ただし、定常確率算出関数は定常であるほど高い確率を出力する関数であるから、Ｇ０＝１．０（すなわち、ＰＸ＝ＰＮＤ）とするのが最も好適である。
【００６４】
図５、図６は、定常確率算出関数の例について示した説明図（グラフ）である。
【００６５】
図５に示す定常確率算出関数は、Ｇに対して滑らかに定義した関数となっている。
【００６６】
この実施形態で用いられる定常確率算出関数において、ＳＰ＝１．０となるＧ（Ｇ０）は、特に限定されるものではない。この実施形態の例では、ＳＰ＝１．０となるＧ（Ｇ０）を１．０（すなわちＧ０＝１．０）とする。また、この実施形態で用いられる定常確率算出関数は、Ｇを＋∞に向かって増加（Ｇ→＋∞）させたとき、定常確率ＳＰが０．０に向かって漸近収束（ＳＰ→０．０）する特性（滑らかに収束する特性）となることが好適である。
【００６７】
図６は、定常確率算出関数を対数尺度上で設計した場合の関数について示した説明図（グラフ）である。
【００６８】
図６（ａ）は、定常確率算出関数の縦横の両軸を対数尺度で表したグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）のように対数尺度上で設計した定常確率算出関数を線形尺度で表示した場合のグラフを示している。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、定常確率算出関数を、縦横の両軸とも対数尺度上で設計することで、ＰＸ＜ＰＮＤのときとＰＸ＞ＰＮＤのときの関係が、フェア（対称）になるとともに、Ｇの全定義域上で定常確率算出関数を容易に定義できる。
【００６９】
次に、バッファ更新手段１０２の動作（機能）について説明する。
【００７０】
バッファ更新手段１０２は、供給された入力パワーＰＸ（サンプル；データ）を保留するバッファ（以下、「入力バッファＢＸ」と呼ぶ）と、供給された定常確率ＳＰ（サンプル；データ）を保留するバッファ（以下、「確率バッファＢＰ」と呼ぶ）を備え、入力バッファＢＸと確率バッファＢＰの内容を加重平均手段１０３に供給する。すなわち、バッファ更新手段１０２は、入力パワーＰＸと定常確率ＳＰに基づいて入力バッファＢＸと確率バッファＢＰを更新し、得られた入力バッファＢＸと確率バッファＢＰの内容を加重平均手段１０３に与える。
【００７１】
入力バッファＢＸは、入力パワーＰＸのサンプル（データ）を過去から現在までＴ個（Ｔは１以上の任意の整数）分保持するバッファである。
【００７２】
バッファ長Ｔは、任意の値としてよいが、雑音推定手段４３の用途に応じて１００ミリ秒〜数秒に相当する長さ（１００ミリ秒〜数秒に相当するサンプル数）とするようにしてもよい。雑音推定手段４３において、バッファ更新手段１０２のバッファ長Ｔを短くしすぎると（例えば、バッファ長Ｔを１００ミリ秒相当分とした場合）、推定対象の雑音の変化への追従が速くなるが、入力パワーＰＸ（入力信号ｘ）の内容によっては、雑音推定精度が劣化する場合がある。例えば、雑音推定手段４３において、バッファ更新手段１０２のバッファ長Ｔを短くしすぎると、入力パワーＰＸ（入力信号ｘ）にゆっくり発話された音声の成分が含まれる場合、その音声の成分が雑音として誤って推定されるおそれがある。また、雑音推定手段４３において、バッファ更新手段１０２のバッファ長Ｔを長くしすぎると（例えば、バッファ長Ｔを８秒相当分とした場合）、入力信号中の定常成分を正確に推定できるが、雑音環境が急に変化した場合（例えば、静かな部屋から騒々しい戸外に出た場合や、空調を一斉にＯＮ／ＯＦＦした場合など）にすぐに追従できない。したがって、雑音推定手段４３において、バッファ更新手段１０２のバッファ長Ｔは、短すぎず且つ長すぎない範囲（例えば、２００ミリ秒〜１秒）に相当する長さとするのが好適である。例えば、上記のような雑音推定手段４３の特性を考慮して、実験等により予め好適なバッファ長Ｔを求めて雑音推定手段４３に設定しておくようにしてもよい。
【００７３】
確率バッファＢＰは、定常確率ＳＰのサンプル（データ）を過去から現在までＴ個分保持するバッファである。すなわち、確率バッファＢＰのバッファ長Ｔは、入力バッファＢＸのバッファ長Ｔと同じである。
【００７４】
バッファ更新手段１０２は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ、Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔ）でバッファ（ＢＸ及びＢＰ）を更新する。すなわち、一番古い入力パワーＰＸが入力バッファＢＸから削除され、新たに与えられた入力パワーＰＸが入力バッファＢＸに格納される。同様に、一番古い定常確率ＳＰが確率バッファＢＰから削除され、新たに与えられた定常確率ＳＰが確率バッファＢＰに格納される。
【００７５】
加重平均手段１０３は、入力バッファＢＸと確率バッファＢＰに保持されているサンプル（データ）に基づいて推定雑音パワーＰＮを算出し、得られた推定雑音パワーＰＮを出力すると共に、記憶手段１０４に与えて記憶させる。
【００７６】
加重平均手段１０３は、確率バッファＢＰに保持されている定常確率ＳＰを重み係数として、入力バッファＢＸに保持されている入力パワーＰＸの加重平均を計算することで、推定雑音パワーＰＮを算出する。すなわち、入力バッファＢＸと確率バッファＢＰのｉ番目（ｉは１〜Ｔのいずれかの整数）の値をそれぞれ入力パワーＰＸｉと定常確率ＳＰｉとすると、加重平均手段１０３は、以下の（２）式を用いて推定雑音パワーＰＮを算出することができる。
【数２】
2020046586.tif 000004
【００７７】
雑音推定手段４３において、加重平均によって推定雑音パワーＰＮを算出する方法には、以下のようなメリットがある。例えば、雑音推定手段４３では、定常確率ＳＰが高い入力パワーＰＸには大きな重みがかけられるので、推定雑音パワーＰＮの算出に大きな影響力を持つ。また、雑音推定手段４３では、定常確率ＳＰが低い入力パワーＰＸには小さな重みがかけられるので、推定雑音パワーＰＮの算出への影響力は小さく、ほとんど無視される。ここで、雑音推定手段４３において、定常確率ＳＰが小さい入力パワーＰＸを完全に無視してしまうと（例えば、特許文献１は、事後ＳＮＲが所定の値より大きいと無視する）、パケットロスやボイススイッチによって入力信号が一時的に小さくなった後で戻った際に追従できない問題が生じる。そこで、この実施形態の雑音推定手段４３では、定常確率ＳＰが小さい入力パワーＰＸを小さな影響力で考慮することで、安定した推定を継続することが可能となる。
【００７８】
記憶手段１０４は、推定雑音パワーＰＮのサンプル（データ）をＤ個分の期間だけ保持し、Ｄ個前のサンプル（Ｄ個分過去の推定雑音パワーＰＮＤ）を定常確率算出手段１０１に与える。遅延サンプル数Ｄは、Ｄ＝１とするのが好適であるが、Ｄ＞１としても良い。
【００７９】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８０】
第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、山形の定常確率算出関数に基づいて算出した定常確率を重み係数とする加重平均を用いて雑音パワーを推定する。例えば、第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、入力信号ｘに含まれる雑音が急に大きくなった場合にも、定常確率を重み係数とする加重平均を用いるので、確率的に変化する雑音パワーのうち低頻度で出現する小さい雑音パワーを使って少しずつ追従するので、推定雑音パワーが急激に大きくなることがない。すなわち、第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、雑音が急激に変化しても、推定雑音パワーは急激に変化せず、さらに推定雑音パワーが小さいままや大きいままとどまることなく、安定して推定可能な雑音推定方法を提供することができる。
【００８１】
また、第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、定常確率算出関数の形状が山形であることから、入力信号ｘに含まれる入力音声が急に小さくなった場合は非定常とみなすので、一時的に小さくなった入力音声に過剰追従することがなく、推定雑音パワーが小さいままとなる課題は生じない。
【００８２】
さらに、第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、設定必要なパラメータはバッファ長Ｔと遅延サンプル数Ｄだけなので、推定パラメータの調整が不要な雑音推定処理を実現できる。
【００８３】
以上のように、第１の実施形態の収音装置１に搭載された雑音推定部４０では、推定パラメータの調整なしに、入力音声の急な変化や変化に左右されずに雑音パワーを推定することができる。
【００８４】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、雑音推定プログラム、雑音推定方法、及び収音装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。この実施形態では、本発明の雑音推定装置、雑音推定プログラム、及び雑音推定方法を、雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００８５】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の収音装置１Ａ（雑音推定部４０Ａを含む）の構成についても上述の図１〜図４を用いて示すことができる。なお、図１〜図４における括弧内の符号は第２の実施形態でのみ用いられる符号である。
【００８６】
以下では、第２の実施形態について第１の実施形態との差異を説明する。
【００８７】
図２に示すように、第２の実施形態の収音装置１Ａでは、雑音推定部４０が雑音推定部４０Ａに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００８８】
また、図３に示すように、第２の実施形態の雑音推定部４０Ａでは、雑音推定手段４３（４３−１〜４３−Ｋ）が、雑音推定手段４３Ａ（４３Ａ−１〜４３Ａ−Ｋ）に置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００８９】
さらに、図１に示すように、第２の実施形態の雑音推定手段４３Ａ（４３Ａ−１〜４３Ａ−Ｋ）では、バッファ更新手段１０２がバッファ更新手段１０２Ａに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００９０】
次に、第２の実施形態におけるバッファ更新手段１０２Ａについて、第１の実施形態との差異を説明する。
【００９１】
第１の実施形態のバッファ更新手段１０２は必ず、入力バッファＢＸと確率バッファＢＰを更新する。しかし、第１の実施形態におけるバッファ更新手段１０２の動作では、大きな入力（入力信号ｘのパワーが大きい状態）や小さな入力（入力信号ｘのパワーが小さい状態）がバッファ長Ｔに相当する期間よりも長く続いた場合に、確率バッファＢＰに格納されている定常確率ＳＰの絶対値が小さいにもかかわらず、すべての定常確率ＳＰが小さいためにそれぞれが大きな影響力を持ってしまう。そのため、第１の実施形態におけるバッファ更新手段１０２の動作では、結果として大きな入力や小さな入力に急激に追従する恐れを否定できない。
【００９２】
そこで、第２の実施形態のバッファ更新手段１０２Ａでは、定常確率ＳＰが非常に小さい場合（所定の値より小さい場合）には入力バッファＢＸと確率バッファＢＰを更新しない点で第１の実施形態と異なっている。これにより、第２の実施形態の雑音推定部４０Ａ（雑音推定手段４３Ａ）では、第１の実施形態以上に安定的に雑音パワーを推定することができる。
【００９３】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する収音装置１Ａ（雑音推定部４０Ａ）の動作を説明する。
【００９４】
以下では、第２の実施形態について第１の実施形態との差異を中心に説明する。上述の通り、第１の実施形態と第２の実施形態では、主にバッファ更新手段１０２がバッファ更新手段１０２Ａに置き換わっている点で異なる。そこで、以下では、バッファ更新手段１０２Ａの動作を中心に説明する。
【００９５】
バッファ更新手段１０２Ａは、入力パワーＰＸと定常確率ＳＰに基づいて入力バッファＢＸと確率バッファＢＰを更新し、得られた入力バッファＢＸと確率バッファＢＰの内容を加重平均手段１０３に与える。
【００９６】
バッファ更新手段１０２Ａは、定常確率算出手段１０１から与えられた定常確率ＳＰが所定の値（以下、「ＳＰ０」と表す）より大きい場合にのみ、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ、Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔ）で各バッファ（入力バッファＢＸと確率バッファＢＰ）を更新する。バッファ更新手段１０２Ａにおける各バッファ（入力バッファＢＸと確率バッファＢＰ）更新動作は、第１の実施形態のバッファ更新手段１０２と同様である。
【００９７】
ＳＰ０の値が大きすぎると、第１の実施形態の加重平均手段１０３の説明で記載した加重平均のメリットを損なうため、ＳＰ０は小さい値（大きすぎない値）であることが望ましい。例えば、ＳＰ０としては、０．００１〜０．０５の範囲の値とするのが好適である。
【００９８】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を奏することができる。
【００９９】
第２の実施形態の収音装置１Ａに搭載された雑音推定部４０Ａ（バッファ更新手段１０２Ａ）では、定常確率ＳＰが非常に小さい場合（所定の値より小さい場合）には入力バッファＢＸと確率バッファＢＰを更新しない点で第１の実施形態と異なっている。これにより、第２の実施形態の収音装置１Ａに搭載された雑音推定部４０Ａでは、長時間入力信号ｘのパワーが大きい状態又は小さい状態が続いた場合でも、安定的に雑音パワーを推定できるという効果を奏する。
【０１００】
（Ｃ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【０１０１】
（Ｃ−１）上記の各実施形態では、説明を簡易とするため設置するマイクロホンは１つであるものとして説明するが、複数のマイクロホンを配置する構成としてもよいし、複数のマイクロホンＭを用いたマイクロホンアレイを配置する構成としても良い。その場合、雑音推定部４０、４０Ａは、複数のマイクロホンからの各入力信号について雑音推定の処理を行うことになる。
【０１０２】
（Ｃ−２）上記の各実施形態では、雑音推定部４０、４０Ａを収音装置１、１Ａに搭載する例について説明したが、雑音推定部４０、４０Ａが搭載される装置は限定されないものである。また、雑音推定部４０、４０Ａを単独の装置として構成するようにしてもよい。
【０１０３】
したがって、上記の各実施形態において、雑音推定部４０、４０Ａが取得した推定雑音パワーＰＮ（ＰＮ＿１〜ＰＮ＿Ｋ）の出力先や出力方式（例えば、データ形式や出力インタフェース）については限定されないものであり、雑音推定部４０、４０Ａの用途に応じた出力方式で、雑音推定部４０、４０Ａの用途に応じた出力先に出力するようにしてもよい。例えば、雑音推定部４０、４０Ａは、コンピュータ２００が備えるインタフェース（例えば、回路上の信号線やシリアルインタフェース等）を用いて出力するようにしてもよいし、有線又は無線による通信インタフェース（例えば、有線／無線ＬＡＮインタフェースや、種々のシリアルインタフェース等）を用いて出力するようにしてもよい。
【０１０４】
（Ｃ−３）収音装置１、信号入力部１０、雑音抑圧部２０、及び雑音推定部４０又は４０Ａにおいて、雑音抑圧部２０の処理を周波数領域で行う場合には帯域分割手段を雑音抑圧部２０の内部に有する必要があるが、雑音推定部４０における帯域分割手段４１の構成または帯域分割手段４１の出力を共有するようにしても良い。例えば、信号入力部１０の内部に帯域分割手段を含め、当該帯域分割手段の出力を信号入力部１０の出力として雑音抑圧部２０および雑音推定部４０に供給するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１…収音装置、Ｍ…マイクロホン、１０…信号入力部、２０…雑音抑圧処理部、３０…信号出力部、４０…雑音推定部、４１…帯域分割手段、４２、４２−１〜４２−Ｋ…パワー算出手段、４３、４３−１〜４３−Ｋ…雑音推定手段、１０１…定常確率算出手段、１０２…バッファ更新手段、１０３…加重平均手段、１０４…記憶手段、２００…コンピュータ、２０１…プロセッサ、２０２…一次記憶部、２０３…二次記憶部。
【図１】
2020046586.tif 000005
【図２】
2020046586.tif 000006
【図３】
2020046586.tif 000007
【図４】
2020046586.tif 000008
【図５】
2020046586.tif 000009
【図６】
2020046586.tif 000010