(57)【要約】  所望の信号とそれ以外の信号とが混合された信号に対して、所望の信号とそれ以外の信号とを異なった割合で増幅または減衰するための信号処理装置であって、第１信号(例えば音声）と第２信号(例えば雑音）が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を推定して推定第１信号と推定第２信号を求める分離部を備えている。また、前記推定第１信号と前記推定第２信号を受けて利得調整混在信号を求める利得調整部を備えたことを特徴とする。
2017119284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号と第２信号が混在した混在信号から、推定第１信号と推定第２信号を求める分離手段と、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて、利得調整混在信号を求める利得調整手段と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号に第１利得を作用させて利得調整推定第１信号を求める第１乗算手段と、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第２乗算手段と、
前記利得調整推定第１信号と前記利得調整推定第２信号とを加算して利得調整混在信号を求める第１加算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号と前記第１信号の目標値とを用いて第１利得を求める第１利得計算手段と、
前記推定第２信号と前記第２信号の目標値とを用いて第２利得を求める第２利得計算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記利得調整手段は、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第３乗算手段と、
前記推定第１信号と前記利得調整推定第２信号を加算して仮利得調整混在信号を求める第２加算手段と、
前記仮利得調整混在信号に第３利得を作用させて利得調整混在信号を求める第４乗算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記利得調整手段は、
前記第３利得の逆数を求めて前記第２利得とする第１逆数変換手段をさらに備えた請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記利得調整手段は、
前記仮利得調整混在信号と前記第１信号の目標値と前記利得調整混在信号を用いて前記第３利得を求める第３利得計算手段をさらに備えた請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記分離手段は、前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求める第１強調手段と、
前記混在信号と前記推定第１信号から推定第２信号を求める第１推定手段とを備えた請求項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強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第３推定手段と、
を備えた請求項７に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記第１強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて第４利得を求める第４利得計算手段と、
前記混在信号と前記第４利得を用いて前記推定第１信号を求める第４推定手段と、
を備えた請求項７に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記分離手段は、前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求め、前記第２信号を推定して前記推定第２信号を求める第２強調手段を備えた請求項１乃至６のいずれに記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記第２強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第３推定手段と、
を備え、
前記擬似第２信号を前記推定第２信号として出力する請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
前記第２強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて第４利得を求める第４利得計算手段と、
前記混在信号と前記第４利得を用いて前記推定第１信号を求める第４推定手段と、
を備え、
前記擬似第２信号を前記推定第２信号として出力する請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１３】
前記分離手段は、
複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求める第３強調手段と、
前記複数の混在信号と前記推定第１信号から前記推定第２信号を求める第５推定手段とを備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１４】
前記第３強調手段は、
前記複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して強調第１信号を求める第４強調手段と、
前記複数の混在信号と前記強調第１信号を受けて前記強調第１信号と相関のない複数の疑似第２信号を求める第６推定手段と、
前記強調第１信号と前記複数の疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第７推定手段と、
を備えた請求項１３に記載の信号処理装置。
【請求項１５】
前記分離手段は、
複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して推定第１信号を求め、
前記複数の混在信号から前記第１信号との相関を除去して推定第２信号を求める第５強調手段、
を備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１６】
前記第５強調手段は、
前記複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して強調第１信号を求める第４強調手段と、
前記複数の混在信号と前記強調第１信号を受けて前記強調第１信号と相関のない複数の疑似第２信号を求める第６推定手段と、
前記強調第１信号と前記複数の疑似第２信号を用いて推定第１信号を求める第７推定手段と、
前記複数の疑似第２信号を統合して前記推定第２信号を求める統合手段と、
を備えた請求項１５に記載の信号処理装置。
【請求項１７】
前記分離手段は、
前記第２信号と相関のある参照信号をさらに受けて、
前記混在信号と前記参照信号を用いて前記推定第１信号を求める第６強調手段と、
前記混在信号と前記推定第１信号から前記推定第２信号を求める第１推定手段とを備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１８】
前記第６強調手段は、
前記参照信号を用いて前記第２信号と相関のある疑似第２信号を求める第８推定手段と、
前記混在信号から前記疑似第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第９推定手段と、
を備えた請求項１７に記載の信号処理装置。
【請求項１９】
前記分離手段は、
前記第２信号と相関のある参照信号をさらに受けて、
前記参照信号に基づいて前記第２信号を推定して前記推定第２信号を求め、
前記混在信号から前記推定第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第７強調手段、
を備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項２０】
前記第７強調手段は、
前記参照信号を用いて前記第２信号と相関のある疑似第２信号を求める第８推定手段と、
前記混在信号から前記疑似第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第９推定手段と、
を備え、
前記疑似第２信号を前記推定第２信号として出力する請求項１９に記載の信号処理装置。
【請求項２１】
前記第１利得計算手段は、
前記推定第１信号の逆数を求める第２逆数変換手段と、
前記推定第１信号の逆数とステップサイズを乗算して正規化信号を求める第４乗算器と、
前記利得調整混在信号と第１信号目標値との差を求めて誤差とする減算器と、
前記正規化信号と前記誤差を乗算して利得調整信号を求める第５乗算器と、
前記利得調整信号と前記第１利得の過去の値を用いて前記第１利得の更新値を求める第３加算器と、
前記第１利得の更新値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１利得の更新値を遅延させて前記加算器に供給する遅延手段と、
を備えた請求項３乃至２０のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項２２】
前記第１利得計算手段は、
前記推定第２信号を受けて前記第１利得の更新値に制限を加えて前記記憶手段に供給する制限手段をさらに備えた請求項２１に記載の信号処理装置。
【請求項２３】
前記第１利得計算手段は、
前記推定第１信号を平均して前記逆数手段に供給する第１平均手段と、
前記利得調整混在信号を平均して前記減算器に供給する第２平均手段と、
をさらに備えた請求項２１または２２に記載の信号処理装置。
【請求項２４】
前記推定第１信号、前記推定第２信号、または前記仮利得調整混在信号の少なくとも一つが、複数の信号サンプルから構成されるフレームを単位としたフレーム信号として供給され、前記フレーム信号が供給される前記第１利得計算手段または前記第２利得計算手段がフレームごとに一つの利得を計算する請求項３乃至２３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項２５】
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号を受けて利得調整混在信号を求めるステップとを有する利得調整方法。
【請求項２６】
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号に対して異なる利得を作用させて利得調整混在信号を求めるステップと
を有する利得調整方法。
【請求項２７】
前記異なる利得は、一方の利得が他方の利得の逆数である請求項２６に記載の利得調整方法。
【請求項２８】
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号を受けて利得調整混在信号を求めるステップとをコンピュータに実行させる利得調整プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を増幅または減衰させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、発話者の声の大小の変動やマイクロホンとの距離の変動にかかわらず目的音声のみを適切な音量で歪なく受聴できる自動利得調整装置に関する記載がある。【０００３】
この技術は、入力信号に含まれる暗騒音を抑圧してから、雑音と判定されたフレームの残留雑音の実効値から圧縮と伸長境界である閾値を決定し、過去のフレームの実効値の平滑化を行う。平滑化された実効値から圧縮率を計算し、閾値と目標平均実効値から必要な利得を求める。求めた利得を暗騒音抑圧後の入力信号に作用させて、利得の自動調整を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１１６９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４１７５号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／０２６６９１号公報
【特許文献４】特開２００７−６８１２５号公報
【特許文献５】ＷＯ２０１５／０４９９２１号公報
【特許文献６】特開平９−１８２９１号公報
【特許文献７】ＷＯ２００５／０２４７８７号公報
【特許文献８】特開２０１１−１０００３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】1979年4月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、第27巻、第2号、(IEEE TRANSACTION ON ACOUSTIC, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL.27, No. 2, PP.113-120, APR 1979) 113〜120 ページ
【非特許文献２】1984年12月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、第32巻、第6号、(IEEE TRANSACTION ON ACOUSTIC, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL.32, No. 6, PP.1109-1121, DEC 1984) 1109〜1121ページ
【非特許文献３】2011年5月、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNNAL PROCESSING, PP.4640ー4643, MAY 2011) 4640〜4643ページ
【非特許文献４】1982年1月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、第30巻、第1号、(IEEE TRANSACTION ON ACOUSTIC, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL.30, No. 1, PP.27-34, JAN 1982) 27〜34 ページ
【非特許文献５】2008年、「ハンドブック・オブ・スピーチ・プロセシング」、シュプリンガー、ベルリン ハイデルベルグ ニューヨーク(HANDBOOK OF SPEECH PROCESSING, SPRINGER, BERLIN HEIDELBERG NEW YORK, 2008.)
【非特許文献６】2015年4月、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNNAL PROCESSING, PP.524-528, APR 2015) 524〜528ページ
【非特許文献７】1975年12月、プロシーディングス・オブ・アイ・イー・イー・イー、第63巻、第12号、(PROCEEDINGS OF IEEE, VOL.63, No. 12, PP.1692-1716, DEC 1975) 1692〜1716ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この技術は暗騒音抑圧後の信号に利得を作用させて出力信号を求めるので、入力信号に含まれる雑音（音声以外の成分）が抑圧され、出力は音声だけとなる。このため、この技術では、自然音の録音において環境音を保持したい場合や環境音を少しだけ抑圧したい場合などに対応できない。【０００７】
すなわち、所望の信号とそれ以外の信号が混合された信号に対して、所望の信号とそれ以外の信号を異なった割合で増幅または減衰することができない。【０００８】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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信号が混在した混在信号を入力して、推定第１信号と推定第２信号を求める手段と、
前記推定第１信号と前記推定第２信号に基づいて利得調整混在信号を求める手段と、
を備えた信号処理装置である。【００１０】
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信号が混在した混在信号を入力して、推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号に基づいて利得調整混在信号を求めるステップと、
を含む利得調整方法である。【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
第１信号と第２信号が混在した混在信号を入力して、推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号に基づいて利得調整混在信号を求めるステップと、
をコンピュータに実行させる利得調整プログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所望の信号とそれ以外の信号が混合された信号に対して、所望の信号とそれ以外の信号を異なった割合で増幅または減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る利得調整装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る利得調整部の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る利得調整部の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る利得調整部の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る利得調整部の構成を示す図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る利得調整部の構成を示す図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る分離部の構成を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第７実施形態に係る強調部の第１構成例を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第７実施形態に係る強調部の第２構成例を示す図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係る分離部の構成を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の第８実施形態に係る強調部の第１構成例を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第８実施形態に係る強調部の第２構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第９実施形態に係る分離部の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第９実施形態に係る強調部の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態に係る分離部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第１０実施形態に係る強調部の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第１１実施形態に係る分離部の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第１１実施形態に係る強調部の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１２実施形態に係る分離部の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第１２実施形態に係る強調部の構成を示す図である。
【図１９】本発明の第１３実施形態に係る利得計算部の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第１３実施形態に係る第１利得計算部における利得制限処理を示す図である。
【図２１】本発明の第１４実施形態に係る利得調整装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第１５実施形態に係る利得調整装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２３】本発明の第１５実施形態に係る利得調整装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。なお、以下の説明中における「音声信号」とは、音声その他の音響に従って生ずる直接的の電気的変化であって、音声その他の音響を伝送するためのものをいい、音声に限定されない。また、一部の実施形態で入力される混在信号の数が４のものについて説明しているが、これはあくまで例示であり、２以上の任意の信号数について同じ説明が成り立つ。
【００１５】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての利得調整装置１００について、図１を用いて説明する。利得調整装置１００は、第１信号(例えば音声）と第２信号(例えば雑音）が混在した混在信号をマイク１０１などのセンサや外部端子から入力して、第１信号と第２信号を異なった割合で増幅・減衰する装置である。図１に示すように、利得調整装置１００は、分離部１０２、および利得調整部１０３を含む。分離部１０２は、混在信号から第１信号の推定値である推定第１信号と第２信号の推定値である推定第２信号を求める。利得調整部１０３は、分離部１０２から入力した推定第１信号と推定第２信号に対して異なった利得が作用するように処理を行い、利得調整混在信号を求める。
【００１６】
このような構成により、利得調整装置１００は、混在信号に含まれる第１信号と第２信号とのそれぞれの利得を調整することができる。したがって、所望の信号とそれ以外の信号が混合された信号に対して、所望の信号とそれ以外の信号を異なった割合で増幅または減衰することができる。
【００１７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態としての利得調整装置について、図２を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整装置１００に含まれる利得調整部１０３を、図２の利得調整部２０３に置き換えた構成を有する。
【００１８】
図２に示すように、利得調整部２０３は、乗算器２３１、乗算器２３２、および加算器２３３を含む。乗算器２３１は、推定第１信号と第１利得を乗算して、利得調整推定第１信号を求め、加算器２３３に供給する。乗算器２３２は、推定第２信号と第２利得を乗算して、利得調整推定第２信号を求め、加算器２３３に供給する。加算器２３３は、利得調整推定第１信号と利得調整推定第２信号を加算して利得調整混在信号を求めて出力する。第１利得および第２利得は、外部から供給してもよいし、あらかじめメモリに記憶しておいてもよい。
【００１９】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて利得調整装置は、混在信号に含まれる第１信号と第２信号に対して異なった利得を作用させてから加算することで、利得調整混在信号を生成することができる。
【００２０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態としての利得調整装置について、図３を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整部１０３を、図３の利得調整部３０３に置き換えた構成を有する。
【００２１】
図３に示すように、利得調整部３０３は、第２実施形態における乗算器２３１、乗算器２３２、加算器２３３に加えて、利得計算部３３１および利得計算部３３２を含む。乗算器２３１は、推定第１信号Ｓｅと第１利得Ｇｓを乗算して、利得調整推定第１信号Ｓｏを求め、加算器２３３に供給する。乗算器２３２は、推定第２信号Ｄｅと第２利得Ｇｄを乗算して、利得調整推定第２信号Ｄｏを求め、加算器２３３に供給する。加算器２３３は、利得調整推定第１信号Ｓｏと利得調整推定第２信号Ｄｏを加算して利得調整混在信号を求めて出力する。
【００２２】
利得計算部３３２は、利得調整推定第２信号Ｄｏが第２信号の目標値Ｄｔとなるように、第２利得Ｇｄを決定する。すなわち、Ｇｄ＝｜Ｄｔ｜／｜Ｄｅ｜である。
【００２３】
利得計算部３３１は、利得調整推定第１信号Ｓｏが目標値Ｓｔとなるように、第１利得Ｇｓを決定する。しかし、例えば音声のような第１信号は一般的に、雑音のような第２信号と比較して非定常性が高く、利得の値も非定常性が高くなる。そのため、第１利得Ｇｓは、適切な制御による逐次処理で求めることがよい。利得計算部３３１は、推定第１信号Ｓｅ、利得調整推定第１信号Ｓｏ、第１信号の目標値Ｓｔ、およびステップサイズμを用いて、第１利得Ｇｓを逐次計算で求める。その際、推定第２信号Ｄｅを用いて、第１利得Ｇｓの上限値に対する最大値または最小値を制限してもよい。第１利得Ｇｓの上限値制限によって、第１信号が小さいときの過剰増幅による歪と不自然な信号の減衰を防止することができる。
【００２４】
なお、推定第２信号Ｄｅ、利得調整推定第２信号Ｄｏの目標値Ｄｔの絶対値を用いて第２利得を求めたが、パワーを用いて利得を求めてもよい。同様に、利得計算部３３１における第１利得の計算も、推定第１信号Ｓｅ、利得調整推定第１信号Ｓｏ、第１信号の目標値Ｓｔの絶対値を用いて行ってもよいし、パワーを用いて行ってもよい。さらに、利得計算部３３２の代わりに利得計算部３３１を用いて、第２利得Ｇｄを第１利得Ｇｓと同様の方法で求めてもよい。反対に、利得計算部３３１の代わりに利得計算部３３２を用いて、第１利得Ｇｓを第２利得Ｇｄと同様の方法で求めてもよい。
【００２５】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて、異なった利得を、第１信号の目標値と第２信号の目標値に応じて定めることができる。
【００２６】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態としての利得調整装置について、図４を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整部１０３を、図４の利得調整部４０３に置き換えた構成を有する。
【００２７】
図４に示すように、利得調整部４０３は、乗算器２３２、加算器４３１、および乗算器４３２を含む。乗算器２３２は、推定第２信号と第２利得Ｇｄを乗算して、利得調整推定第２信号を求め、加算器４３１に供給する。加算器４３１は、推定第１信号と利得調整推定第２信号を加算して仮利得調整混在信号を求めて乗算器４３２に供給する。乗算器４３２は、仮利得調整混在信号と第３利得Ｇｍを乗算して、利得調整混在信号を求めて出力する。第２利得および第３利得は、外部から供給してもよいし、あらかじめメモリに記憶しておいてもよい。
【００２８】
図２に示した第２実施形態と、図４に示した本実施形態は、以下の点で異なる。第２実施形態では、推定第１信号と推定第２信号のレベルをそれぞれ独立に制御した後、加算する構成となっている。一方、第４実施形態では、まず推定第２信号Ｄｅのレベルを制御して、推定第１信号Ｓｅと加算することで、仮利得調整混在信号を求める。すなわち、仮利得調整混在信号Ｘｐは、Ｘｐ＝Ｇｄ・Ｄｅ＋Ｓｅとなる。その後、仮利得調整混在信号Ｘｐに第３利得Ｇｍを作用させることで、利得調整混在信号Ｘｏは、Ｘｏ＝Ｇｍ・Ｇｄ・Ｄｅ＋Ｇｍ・Ｓｅとなる。すなわち、推定第１信号に対する等価利得がＧｍと、推定第２信号に対する等価利得がＧｍ・Ｇｄとなる。したがって、第３利得Ｇｍを推定第１信号Ｓｅに対して適切に定め、さらに第２利得ＧｄをＧｍ・Ｇｄを推定第２信号Ｄｅに対して適切に定めることで、所望の信号とそれ以外の信号を異なった割合で増幅または減衰することができる。
【００２９】
このような構成により、利得調整装置は、混在信号に含まれる第２信号に利得を作用させて第１信号との比を設定し、さらに第１信号の推定値と加算した後に別の利得を作用させることで、利得調整混在信号を生成することができる。
【００３０】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態としての利得調整装置について、図５を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整部１０３を、図５の利得調整部５０３に置き換えた構成を有する。
【００３１】
図５に示すように、利得調整部５０３は、乗算器２３２、加算器４３１、乗算器４３２、および逆数変換部５３１を含む。図５に示す本実施形態は、図４に示した第４実施形態に対して、逆数変換部５３１を追加したものである。逆数変換部５３１は、第３利得Ｇｍの逆数１／Ｇｍを求めて第２利得Ｇｄとして乗算器２３２に供給する。すなわち、Ｇｄ＝１／Ｇｍとなる。このとき利得調整混在信号Ｘｏは、Ｘｏ＝Ｄｅ＋Ｇｍ・Ｓｅとなる。
【００３２】
第４実施形態では、推定第１信号に対する等価利得がＧｍ、推定第２信号に対する等価利得がＧｍ・Ｇｄとなるが、本実施形態では、推定第１信号に対する等価利得がＧｍ、推定第２信号に対する等価利得が１となる。したがって、第３利得Ｇｍだけを適切に制御することで、所望の信号を任意の割合で増幅または減衰し、それ以外の信号レベルを不変とすることができる。
【００３３】
このような構成により、利得調整装置は、混在信号に含まれる第１信号に対する適切な利得を設定することで、第２信号のレベルを変えることなく、第１信号を適切に増幅または減衰することができる。また、制御する利得が一つだけなので、簡単な処理で実現できる。したがって、所望の信号とそれ以外の信号が混合された信号に対して、単一の利得を制御するだけで、所望の信号を任意の割合で増幅または減衰し、それ以外の信号レベルを不変とすることができる。
【００３４】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態としての利得調整装置について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整部１０３を、図６の利得調整部６０３に置き換えた構成を有する。
【００３５】
図６に示すように、利得調整部６０３は、乗算器２３２、加算器４３１、乗算器４３２、逆数変換部５３１、および利得計算部６３１を含む。図６に示す第６実施形態と図５に示した第５実施形態の違いは、利得計算部６３１にある。すなわち、第３利得Ｇｍが外部から供給されたり、メモリに記憶されたりする代わりに、利得計算部６３１によって仮利得調整混在信号Ｘｐ、利得調整混在信号Ｘｏ、および第１信号の目標値Ｓｔから計算される。利得計算部６３１は、第３実施形態における利得計算部３３１と全く同じ構成であり、動作も等しい。利得計算部３３１に関して説明した通りに、利得計算部６３１においても、推定第２信号Ｄｅを用いて、第３利得Ｇｍの上限値に対する最大値と最小値を制限してもよい。第３利得Ｇｍの上限値制限によって、第１信号が小さいときの過剰増幅による歪と不自然な信号の減衰を防止することができる。
【００３６】
このような構成により、利得調整装置は、混在信号に含まれる第１信号に対する目標値を設定することで、第２信号のレベルを変えることなく、第１信号が目標値に一致するように増幅または減衰することができる。また、制御する利得が一つだけなので、簡単な処理で実現できる。したがって、所望の信号とそれ以外の信号が混合された信号に対して、単一の利得を制御するだけで、所望の信号を目標値に合わせた割合で増幅または減衰し、それ以外の信号レベルを不変とすることができる。
【００３７】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態としての利得調整装置について、図７を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した利得調整部１０３を、図７の分離部７０２に置き換えた構成を有する。
【００３８】
図７に示すように、分離部７０２は、強調部７２１、および推定部７２２を含む。強調部７２１は、混在信号を受けて、第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。強調部７２１は、一般にノイズサプレッサと呼ばれる構成を有している。ノイズサプレッサの詳細は、特許文献２特許文献３、非特許文献１、非特許文献２などに開示されている。
【００３９】
推定部７２２は、混在信号と推定第１信号とに基づいて、第２信号の推定値である推定第２信号を求める。混在信号は第１信号と第２信号の和であり、第１信号と第２信号が無相関であると仮定すれば、混在信号のパワーは第１信号のパワーと第２信号のパワーの和である。したがって、推定部７２２では、混在信号のパワーと推定第１信号のパワーを求め、前者から後者を差し引くことで、推定第２信号のパワーを求める。推定部７２２は、得られた減算結果に混在信号の位相を組み合わせて、推定第２信号を求める。推定部７２２の処理は、時間領域で行ってもよいし、フーリエ変換などを用いて信号を周波数領域に変換してから周波数領域で行ってもよい。周波数領域で処理を実行した際には、パワーと位相を組み合わせた後に、時間領域信号に変換する。
【００４０】
図８Ａは、強調部の第１構成例７２１を示すブロック図である。図８Ｂは、強調部の第２構成例８２１を示すブロック図である。図８Ａに示すように、強調部７２１の第１構成例では、推定部８０１、および減算器８０２を含む。推定部８０１は、混在信号を受けてその中に含まれる第２信号のパワーを推定して、第２信号の推定値として減算器８０２に供給する。このような雑音推定の数々の方法については、非特許文献３に開示されているので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
減算器８０２は、供給されている混在信号のパワーを求めて、第２信号のパワーを減算して、減算信号を求める。減算器８０２は、減算信号のパワーと混在信号の位相を組み合わせて、推定第１信号として出力する。すなわち、減算器８０２によって推定第１信号を求めるので、減算器８０２は推定部とみなすこともできる。推定部８０１と減算器８０２における処理は、パワーの代わりに絶対値に関して行ってもよい。強調部７２１の処理は、時間領域で行ってもよいし、フーリエ変換などを用いて信号を周波数領域に変換してから周波数領域で行ってもよい。周波数領域で処理を実行した際には、パワーと位相を組み合わせた後に、時間領域信号に変換する。
【００４２】
図８Ｂに示すように、強調部の第２構成例８２１では、推定部８１１、利得計算部８１３、および乗算器８１４を含む。推定部８１１は混在信号を受けて、第２信号のパワーを推定し、利得計算部８１３に供給する。利得計算部８１３は、供給されている混在信号のパワーを求めて、混在信号のパワーと第２信号のパワーを用いて第４利得を計算し、乗算器８１４に伝達する。乗算器８１４は、混在信号に第４利得を乗算して、その積を推定第１信号として出力する。すなわち、乗算器８１４によって推定第１信号を求めるので、乗算器８１４は推定部とみなすこともできる。推定部８１１、利得計算部８１３、および減算器８１４における処理は、パワーの代わりに絶対値に関して行ってもよい。強調部７２１の処理は、時間領域で行ってもよいし、フーリエ変換などを用いて信号を周波数領域に変換してから周波数領域で行ってもよい。周波数領域で処理を実行した際には、パワーと位相を組み合わせた後に、時間領域信号に変換する。
【００４３】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて、分離部を簡単な構成で実現できるので、安価で高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００４４】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態としての利得調整装置について、図９を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した分離部１０２を、図９の分離部９０２に置き換えた構成を有する。
【００４５】
図９に示すように、分離部９０２は、強調部９２１を含む。強調部９２１は、混在信号を受けて、第２信号を推定し、第２信号の推定値である推定第２信号として出力する。また、強調部９２１は、混在信号を受けて、第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。
【００４６】
図１０Ａは、強調部の第１構成例９２１を示すブロック図であり、図１０Ｂは、強調部の第２構成例１０２１を示すブロック図である。図１０Ａを参照すると、強調部９２１は、推定部１０１１、および減算器１０１２を含む。強調部９２１は、図８Ａに示した強調部７２１と異なり、推定部１０１１が第２信号の推定値に混在信号の位相を組み合わせて、推定第２信号を出力することである。
【００４７】
図１０Ｂにおいて、強調部１０２１は、推定部１０２２、利得計算部１０２３、および乗算器１０２４を含む。強調部１０２１は、図８Ｂに示した強調部８２１と比較すると、推定部１０２２が第２信号の推定値に混在信号の位相を組み合わせて、第２信号の推定値である推定第２信号として出力する点で異なる。
【００４８】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて、分離部をさらに簡単な構成で実現できるので、安価で高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００４９】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態としての利得調整装置について、図１１を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した分離部１０２を、図１１の分離部１１０２に置き換えた構成を有する。
【００５０】
図１１に示すように、分離部１１０２は、強調部１１２１、および推定部１１２２を含む。強調部１１２１は、複数の混在信号を複数の入力端子から構成される入力端子群１１０３から受けて、指向性に基づいて第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。複数の混在信号は、直線上に等間隔に配置された複数のセンサで取得されたもので、各々のセンサの位置関係に従って、位相と振幅が異なる。なお、直線の代わりに円状や円弧状に配置されたり、センサ間隔がそれぞれ異なる場合には、円や円弧を直線に変換したり、センサ間隔を補正したりする追加の処理を行う事で、取得した信号を利用することができる。強調部１１２１は、一般にビームフォーマと呼ばれる構成を有している。ビームフォーマの詳細は、特許文献４、特許文献５、非特許文献４などに開示されている。
【００５１】
推定部１１２２は、複数の混在信号と推定第１信号を受けて、第２信号の推定値である推定第２信号を求める。推定部１１２２を推定部７２２と比較すると、推定部１１２２は複数の混在信号を受けて、まずこれを単一の混在信号に統合する点で異なる。
【００５２】
単一の混在信号としては、複数の混在信号のうち、いずれか任意のものを選択して用いることができる。あるいは、これらの信号に関する統計値を用いてもよい。統計値としては、平均値、最大値、最小値、中央値などをあげることができる。平均値と中央値は、複数のセンサの中央に存在する仮想センサにおける信号を与える。最大値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最短であるセンサにおける信号を与える。最小値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最長であるセンサにおける信号を与える。さらに、これらの信号の単純加算を用いることもできる。あるいは、非特許文献５に示されるアレイ信号処理のいずれかを適用してもよい。アレイ信号処理としては、遅延和ビームフォーマ、フィルタ和ビームフォーマ、ＭＳＮＲ（Maximum Signal-to-Noise Ratio）ビームフォーマ、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）ビームフォーマ、ＬＣＭＶ（Linearlly Constrained Minimum Variance）ビームフォーマ、入れ子（Nested）ビームフォーマなどを含むが、これらに限定されない。このようにして計算された値を、単一の混在信号とする。
【００５３】
推定部１１２２は、統合によって得られた単一の混在信号と推定第１信号を受けて、推定部７２２と同じ方法で、第２信号の推定値である推定第２信号を求める。推定部１１２２の処理は、時間領域で行ってもよいし、フーリエ変換などを用いて信号を周波数領域に変換してから周波数領域で行ってもよい。周波数領域で処理を実行した際には、パワーと位相を組み合わせた後に、時間領域信号に変換する。
【００５４】
図１２は、強調部１１２１の構成例を示すブロック図である。図１２を参照すると、強調部１１２１は、固定ビームフォーマ１２０１、ブロッキング行列１２０２、および多入力キャンセラ１２０３を含む。
【００５５】
固定ビームフォーマ１２０１は、第１信号の到来方向に対して感度の高いビームを形成し、第１信号を強調して強調第１信号を求める。すなわち、固定ビームフォーマ１２０１は、第１信号に対する強調部として機能する。強調第１信号は、ブロッキング行列１２０２と多入力キャンセラ１２０３に供給される。固定ビームフォーマの動作は、非特許文献５に示されるアレイ信号処理のいずれかを適用することができる。
【００５６】
ブロッキング行列１２０２は、複数の混在信号と強調第１信号を受けて、それぞれの混在信号から強調第１信号と相関のある成分を除去することで、複数の擬似第２信号を求める。すなわち、ブロッキング行列１２０２は、第２信号の推定部とみなすことができる。複数の擬似第２信号は、多入力キャンセラ１２０３に供給される。
【００５７】
多入力キャンセラ１２０３は、強調第１信号と複数の擬似第２信号を受けて、強調第１信号から複数の擬似第２信号と相関のある成分を除去することで、推定第１信号を求める。すなわち、多入力キャンセラ１２０３は、第１信号に対する推定部とみなすことができる。
【００５８】
強調部１１０１としては、非特許文献６に示される位相差に基づくフィルタリングを適用してもよい。
【００５９】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて、分離部が指向性を利用して第１信号を強調した後で第２信号を分離するので、特に特定方向から到来する信号を含む混在信号に対して高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００６０】
［第１０実施形態］
本発明の第１０実施形態としての利得調整装置について、図１３を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した分離部１０２を、図１３の分離部１３０２に置き換えた構成を有する。
【００６１】
図１３に示すように、分離部１３０２は、強調部１３２１を含む。強調部１３２１は、複数の混在信号を複数の入力端子から構成される入力端子群１１０３から受けて、指向性に基づいて第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。また、強調部１３２１は、複数の混在信号を受けて、第２信号を推定し、第２信号の推定値である推定第２信号として出力する。
【００６２】
図１４は、強調部１３２１の構成例を示すブロック図である。図１４を参照すると、強調部１３２１は、図１２の構成に加えて、統合部１４０１を含む。
【００６３】
統合部１４０１は、ブロッキング行列１２０２の出力である複数の擬似第２信号を統合して、第２信号の推定値である推定第２信号として出力する。
【００６４】
推定第２信号としては、複数の擬似第２信号のうち、いずれか任意のものを選択して用いることができる。あるいは、これらの信号に関する統計値を用いてもよい。統計値としては、平均値、最大値、最小値、中央値などをあげることができる。平均値と中央値は、複数のセンサの中央に存在する仮想センサにおける信号を与える。最大値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最短であるセンサにおける信号を与える。最小値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最長であるセンサにおける信号を与える。さらに、これらの信号の単純加算を用いることもできる。あるいは、非特許文献５に示されるアレイ信号処理のいずれかを適用してもよい。アレイ信号処理としては、遅延和ビームフォーマ、フィルタ和ビームフォーマ、ＭＳＮＲ（Maximum Signal-to-Noise Ratio）ビームフォーマ、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）ビームフォーマ、ＬＣＭＶ（Linearly Constrained Minimum Variance）ビームフォーマ、入れ子（Nested）ビームフォーマなどを含むが、これらに限定されない。このようにして計算された値を、推定第２信号とする。
【００６５】
このような構成により、本実施形態によれば、分離部が指向性を利用して第１信号と第２信号を分離するので、特に特定方向から到来する信号を含む混在信号に対して構成が簡単で高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００６６】
［第１１実施形態］
本発明の第１１実施形態としての利得調整装置について、図１５を用いて説明する。第１１実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した分離部１０２を、図１５の分離部１５０２に置き換えた構成を有する。
【００６７】
図１５に示すように、分離部１５０２は、強調部１５２１、および推定部７２２を含む。強調部１５２１は、混在信号と、第２信号と相関のある参照信号を受けて、第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。強調部１５２１は、一般にノイズキャンセラと呼ばれる構成を有している。ノイズキャンセラの詳細は、特許文献６、特許文献７、非特許文献７などに開示されている。推定部７２２は、既に説明した通り、混在信号と推定第１信号を受けて、第２信号の推定値である推定第２信号を求める。
【００６８】
図１６は、強調部１５２１の構成例を示すブロック図である。図１６を参照すると、強調部１５２１は、適応フィルタ１６０１、および減算器１６０２を含む。適応フィルタ１６０１は、参照信号を受けて、フィルタ係数との畳込演算を行い、第２信号と相関のある擬似第２信号を出力する。すなわち、適応フィルタ１６０１は、第２信号に対する推定部として機能する。擬似第２信号は、減算器１６０２に供給される。
【００６９】
減算器１６０２には混在信号も供給されている。減算器１６０２は、混在信号から擬似第２信号を減算し、減算結果を推定第１信号として出力する。すなわち、減算器１６０２は、第１信号に対する推定部として機能する。フィルタ係数は、減算結果のパワーの期待値が最小になるように更新される。係数更新アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（最小平均二乗）アルゴリズムや正規化ＬＭＳアルゴリズムが最も多く使われている。これらのアルゴリズムに関しては、特許文献６、特許文献７、非特許文献７に記載があるので、詳細は省略する。また、ＬＳ（最小二乗）アルゴリズムなど、その他の係数更新アルゴリズムを使用することもできる。強調部１５２１の処理は、時間領域で行ってもよいし、フーリエ変換などを用いて信号を周波数領域に変換してから周波数領域で行ってもよい。周波数領域で処理を実行した際には、強調処理後に、時間領域信号に変換する。
【００７０】
このような構成により、本実施形態によれば、参照信号を利用して第１信号を強調した後で第２信号を分離するので、特に拡散性信号を含む混在信号に対して高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００７１】
［第１２実施形態］
本発明の第１２実施形態としての利得調整装置について、図１７を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図１に示した分離部１０２を、図１７の分離部１７０２に置き換えた構成を有する。
【００７２】
図１７に示すように、分離部１７０２は、強調部１７２１を含む。強調部１７２１は、混在信号と、第２信号と相関のある参照信号を受けて、第１信号を強調し、第１信号の推定値である推定第１信号として出力する。また、強調部１７２１は、参照信号に基づいて、第２信号の推定値である推定第２信号を求める。強調部１７２１は、一般にノイズキャンセラと呼ばれる構成を有している。ノイズキャンセラの詳細は、特許文献６、特許文献７、非特許文献７などに開示されている。
【００７３】
図１８は、強調部１７２１の構成例を示すブロック図である。図１８を参照すると、強調部１７２１は、適応フィルタ１６０１、および減算器１６０２を含む。
図１８に示す強調部１７２１は、図１６の強調部１５２１と比べると、適応フィルタ１６０１の出力を、第２信号の推定値である推定第２信号として出力する点で異なる。それ以外の動作は図１６と等しいので、詳細な説明を省略する。
【００７４】
このような構成により、第１実施形態の効果に加えて、参照信号を利用して第１信号と第２信号を分離するので、特に拡散性信号を含む混在信号に対して高性能な利得調整装置を提供することができる。
【００７５】
［第１３実施形態］
本発明の第１３実施形態としての利得調整装置について、図１９を用いて説明する。本実施形態に係る利得調整装置は、図３に示した利得計算部３３１または図６に示した利得計算部６３１を、図１９の利得計算部１９０１に置き換えた構成を有する。
【００７６】
利得計算部１９０１は、平均部１９１１、逆数変換部１９１２、乗算器１９１３、減算器１９１４、乗算器１９１５、加算器１９１６、平均部１９１７、制限部１９１８、記憶部１９１９、および遅延部１９２０、を含む。逆数変換部１９１２は、推定第１信号（または仮利得調整混在信号Ｓｐ）Ｓｅを受けて逆数１／Ｓｅ（または１／Ｓｐ）を求め、乗算器１９１３に伝達する。乗算器１９１３は、ステップサイズμと推定第１信号（または仮利得調整混在信号Ｓｐ）の逆数１／Ｓｅ（または１／Ｓｐ）を受けて正規化ステップサイズとして積μ／Ｓｅ（またはμ／Ｓｐ）を計算し、乗算器１９１５に伝達する。
【００７７】
減算器１９１４は、利得調整混在信号Ｘｏと第１信号の目標値Ｓｔを受けて、誤差Ｘｏ―Ｓｔを求め、乗算器１９１５に伝達する。乗算器１９１５は、正規化ステップサイズμ／Ｓｅ（またはμ／Ｓｐ）と誤差Ｘｏ―Ｓｔを受けて、利得調整信号として積μ（Ｘｏ―Ｓｔ）／Ｓｅ（またはμ（Ｘｏ―Ｓｔ）／Ｓｐ）を求め、加算器１９１６に伝達する。
【００７８】
第１利得Ｇｓは、逐次更新される都度、新たな値Ｇｓｎとして記憶部１９１９に記憶される。記憶部１９１９から読みだされた第１利得Ｇｓの新たな値Ｇｓｎは、遅延部１９２０に伝達される。遅延部１９２０は、第１利得Ｇｓの新たな値Ｇｓｎを遅延させて第１利得Ｇｓの現在値Ｇｓｃとして、加算器１９１６に伝達する。
【００７９】
加算器１９１６は、遅延部１９２０から供給される第１利得Ｇｓの現在値Ｇｓｃと乗算器１９１５から供給される利得調整信号μ（Ｘｏ―Ｓｔ）／Ｓｅを加算して第１利得の新たな値Ｇｓｎを求め、記憶部１９１９に記憶する。すなわち、第１利得の更新は、次式で表すことができる。
【００８０】
Ｇｓｎ＝Ｇｓｃ＋μ（Ｘｏ―Ｓｔ）／Ｓｅ
＝Ｇｓｃ＋μ（Ｘｏ―Ｓｔ）Ｓｅ／Ｓｅ２この式は、１タップ適応フィルタに対する正規化ＬＭＳアルゴリズムに他ならない。したがって、第１利得の更新には、ＬＭＳアルゴリズムやＬＳアルゴリズムなど、その他の適応フィルタの係数更新アルゴリズムを使用することができる。
【００８１】
平均部１９１１は、推定第１信号Ｓｅを受けて平均化し、平均化された推定第１信号を逆数変換部１９１２に供給する。また、平均部１９１７は、利得調整混在信号Ｘｏを受けて平均化し、平均化された利得調整混在信号を減算器１９１４に供給する。これらの平均部は、供給される信号の過大な変動を平均化によって低減し、瞬間的に発生する過大なまたは過小な値による不安定性を含む望ましくない動作を回避することに貢献する。
【００８２】
上記の利得計算部１９０１を利得計算部６３１に置き換える場合、上記推定第１信号Ｓｅを仮利得調整混在信号Ｓｐと置き換えることで説明できる。
【００８３】
第１利得が過大になると、特に第１信号が第２信号に比べて十分に大きくないときに、利得調整混在信号に歪が生じる。これは、次の理由による。第１信号をＳ、第２信号をＮとすれば、第１信号が第２信号に比べて十分に大きくないときはＳＮ比（ＳＮＲ）が十分に高くない状態を表す。その際、第１信号の成分は第２信号の成分にマスクされて、混在信号から分離することは困難である。その状態で混在信号から分離した第１信号の推定値、すなわち推定第１信号は、大きな誤差を含み、歪んで知覚される。この歪は、特に第１信号が小さいときに問題となる。第１信号が小さいときは第１利得が大きな値をとり、前記歪が利得調整によってより知覚されやすくなる。これを防ぐためには、第１信号が第２信号に比べて十分に大きくないときに、第１利得が過大にならないように制限することが有効である。
【００８４】
図１９にある制限部１９１８は、第１利得の値の最大値を制限することで、前記歪の知覚を防止する。制限部１９１８は、推定第２信号を受けて第１利得の更新値Ｇｓｎに制限を加えて記憶部１９１９に供給する。
【００８５】
第１利得の上限値Ｇｓｍａｘの決定法の一例を、図２０を用いて説明する。図２０の横軸は第２信号のパワー推定値、縦軸は第１利得の上限値Ｇｓｍａｘである。線分ＰＱは、利得調整混在信号のＳＮＲが一定となる第１利得を表す。ＳＮＲの一定値はＱの位置で定まる。すなわち、ＱはＧｓｍａｘ＝１の線上にあり、その時の第２信号のパワー推定値がδ２である。
【００８６】
また、Ｇｓｍａｘ＝１であることから、第１信号レベルはＳｔに等しく、ＳＮＲはＳｔ／δ２となる。例えば、δ２を第１信号の目標値Ｓｔに対して半分になるように、すなわち、δ２＝０．５Ｓｔに設定するとＱにおけるＳＮＲは３ｄＢとなる。Ｐにおける第２信号のパワー推定値をδ１とすれば、対応するＧｓｍａｘ＝Ｇ０は、ＳＮＲ一定の条件から、Ｇ０＝（δ１／δ２）・Ｓｔ＝２δ１となる。
【００８７】
ＰとＱでＳＮＲは等しいが、Ｐにおける第２信号がＱにおける第２信号よりも小さいので、Ｐにおける第１信号はＱにおける第１信号よりも小さく、固定小数点表現のＬＳＢ側しか使用していないことになる。すなわち、第１信号に対する分解能は、ＱよりもＰで低いことになる。この状態で、ＰとＱで同じ第１利得を適用すると、Ｐにおいて第１利得が過大となり、利得調整混在信号の歪が知覚される。
【００８８】
この歪の知覚を避けるために、第１利得に上限値Ｇｓｍａｘ＝Ｇ０を導入とする。第１利得の上限値は第１信号の最小値に依存するので、第１信号の最小値を推定して、これに基づいて決定する。第１信号の最小値は、例えば、推定第１信号の値を仮最小値と逐次比較して、小さい方を新たな仮最小値とすることで、求めることができる。仮最小値の初期値は、推定第１信号の最初の値とする。また、第１利得の上限値は、第１信号の最小値として、適当な固定値を事前に割り当て、記憶装置から読み出す構成としてもよい。
【００８９】
第１利得の上限値Ｇｓｍａｘには、最小値を設けることもできる。例えば、図２０において、推定第２信号レベルがδ２よりも大きいときに、第１利得の上限値Ｇｓｍａｘは１よりも小さい値となる。これは、入力される混在信号を減衰させていることになり、通常は生じない状況である。このため、第１利得の上限値Ｇｓｍａｘの最小値を１とするで、不自然な信号の減衰を回避することができる。この最小値の適用も、制限部１９１８が実行する。
【００９０】
図２０を用いて、第１利得の上限値Ｇｓｍａｘに対する最大値と最小値の設定について説明したが、この説明は一例であり、実際には応用に応じて適切に最大値と最小値を設定してよい。
【００９１】
このような構成により、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、利得を計算する際にその上限値を一定の範囲内に制限するので、所望の信号のパワーが特別小さいときに過度に増幅することで生じる歪と不自然な信号の減衰を回避することができる。
【００９２】
［第１４実施形態］
本発明の第１４実施形態としての利得調整装置について、図２１を用いて説明する。
【００９３】
本発明の第６実施形態との違いは、変換部２１０１によって周波数領域に変換された混在信号が分離部１０２に供給されることと、加算器４３１の出力である仮利得調整混在信号が逆変換部２１３２によって時間領域に変換された後に、乗算器４３２と利得計算部６３１に供給されることである。変換部２１０１と逆変換部２１３２の構成および動作に関しては、特許文献７に記載があるので、ここでは省略する。
【００９４】
周波数領域で分離処理を実行することにより、入力される混在信号、分離対象となる第１信号、および第２信号の周波数成分の分布状態（パワースペクトルまたは振幅スペクトラム）に応じて、周波数ごとに異なる処理を適用することができ、第１信号と第２信号の分離精度を高くすることが可能となる。
【００９５】
なお、逆変換部は利得計算部の前に配置されなければいけない。これは、周波数ごとに異なった利得を求めると、利得を作用させる信号のパワースペクトルまたは振幅スペクトラムの形を壊す可能性があるからである。
【００９６】
さらに、変換部２１０１と逆変換部２１３２は、単にフレーム分割とフレーム合成だけを行う構成とすることもできる。フレームを構成する複数の信号サンプルに対して共通の一つの利得を計算するので、平均化の効果が働き、非定常性の高い信号に対して、安定した利得の値を求めることができる。そのため、安定した利得制御が可能な利得調整を行うことができる。
【００９７】
このような構成により、本実施形態によれば、所望の信号とそれ以外の信号を分離する際に周波数領域で処理を行うので、分離精度が高く、非定常性の高い信号に対して安定した利得制御が可能な利得調整装置を提供することができる。
【００９８】
［第１５実施形態］
本発明の第１５実施形態としての利得調整装置について、図２２および図２３を用いて説明する。図２２は、本実施形態にかかる利得調整装置２２００をソフトウェアを用いて実現する場合のハードウェア構成について説明する図である。
【００９９】
利得調整装置２２００は、プロセッサ２２１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２４０、ストレージ２２５０、入出力インタフェース２２６０、操作部２２６１、入力部２２６２、および出力部２２６３を備えている。プロセッサ２２１０は中央処理部であって、様々なプログラムを実行することにより利得調整装置２２００全体を制御する。
【０１００】
ＲＯＭ２２２０は、プロセッサ２２１０が最初に実行すべきブートプログラムの他、各種パラメータ等を記憶している。ＲＡＭ２２４０は、不図示のプログラムロード領域の他に、混在信号２２４０ａ（入力信号）、推定第１信号２２４０ｂ、推定第２信号２２４０ｃ、利得２２４０ｄ、利得調整混在信号２２４０ｅ（出力信号）等を記憶する領域を有している。
【０１０１】
また、ストレージ２２５０は、利得調整プログラム２２５１を格納している。利得調整プログラム２２５１は、信号分離モジュール２２５１ａ、利得計算モジュール２２５１ｂ、および乗算モジュール２２５１ｃを含んでいる。利得調整プログラム２２５１に含まれる各モジュールをプロセッサ２２１０が実行することにより、図１の分離部１０２、図３の利得計算部３３１ならびに３３２、乗算器２３１ならびに２３２、および加算器２３３の各機能を実現できる。
【０１０２】
プロセッサ２２１０が実行した利得調整プログラム２２５１に関する出力である利得調整混在信号２２４０ｅは、入出力インタフェース２２６０を介して出力部２２６３から出力される。これにより、例えば、入力部２２６２から入力した混在信号２２４０ａに含まれる所望信号とそれ以外の信号に対して、独立に利得調整することができる。
【０１０３】
図２３は、利得調整プログラム２２５１による、所望信号とそれ以外の信号に対して、独立に利得調整する処理の流れを説明するためのフローチャートである。ステップＳ２３０１では、第１信号と第２信号を含む混在信号２２４０ａが分離部１０２に供給される。ステップＳ２３０３では、第１信号と第２信号とを分離する。
【０１０４】
次にステップＳ２３０５において、第１信号と第２信号に対し独立な利得を計算する。次にステップＳ２３０７において、計算した利得をそれぞれ作用させて、利得調整第１信号と利得調整第２信号を計算する。ステップＳ２３０９において、利得調整第１信号に利得調整第２信号を加算して、利得調整混在信号を生成する。
【０１０５】
最終的には、ステップＳ２３１１で、利得調整第１信号と利得調整第２信号の和を、所望信号とそれ以外の信号に対して独立に利得調整が実施された利得調整混合信号として出力させる。
【０１０６】
図２３では、本実施形態にかかる利得調整装置において利得調整部１０３を第３実施形態とした構成をソフトウェアで実現する場合の処理の流れの一例を説明した。しかし、第１乃至第１４実施形態のいずれの実施形態に関しても、各々のブロック図における違いを適宜省略および追加することで、同様にソフトウェアで各実施形態を実現できる。
【０１０７】
以上の構成により、本実施形態によれば、混在信号に含まれる第１信号と第２信号に対して異なった利得を作用させて、利得調整混在信号を生成することをソフトウェアで実現できる。
【０１０８】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記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当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【０１０９】
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されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、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（World Wide Web）サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（nonーtransitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【０１１０】
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部または全部は、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信号が混在した混在信号から、推定第１信号と推定第２信号を求める分離手段と、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて、利得調整混在信号を求める利得調整手段と、
を備えた信号処理装置。
（付記２）
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号に第１利得を作用させて利得調整推定第１信号を求める第１乗算手段と、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第２乗算手段と、
前記利得調整推定第１信号と前記利得調整推定第２信号とを加算して利得調整混在信号を求める第１加算手段と、
を備えた付記２に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号と前記第１信号の目標値とを用いて第１利得を求める第１利得計算手段と、
前記推定第２信号と前記第２信号の目標値とを用いて第２利得を求める第２利得計算手段と、
を備えた付記１に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記利得調整手段は、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第３乗算手段と、
前記推定第１信号と前記利得調整推定第２信号を加算して仮利得調整混在信号を求める第２加算手段と、
前記仮利得調整混在信号に第３利得を作用させて利得調整混在信号を求める第４乗算手段と、
を備えた付記１に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記利得調整手段は、
前記第３利得の逆数を求めて前記第２利得とする第１逆数変換手段をさらに備えた付記４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記利得調整手段は、
前記仮利得調整混在信号と前記第１信号の目標値と前記利得調整混在信号を用いて前記第３利得を求める第３利得計算手段をさらに備えた付記５に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記分離手段は、前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求める第１強調手段と、
前記混在信号と前記推定第１信号から推定第２信号を求める第１推定手段とを備えた付記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強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第３推定手段と、
を備えた付記７に記載の信号処理装置。
（付記９）
前記第１強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて第４利得を求める第４利得計算手段と、
前記混在信号と前記第４利得を用いて前記推定第１信号を求める第４推定手段と、
を備えた付記７に記載の信号処理装置。
（付記１０）
前記分離手段は、前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求め、前記第２信号を推定して前記推定第２信号を求める第２強調手段を備えた付記１乃至６のいずれに記載の信号処理装置。
（付記１１）
前記第２強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第３推定手段と、
を備え、
前記擬似第２信号を前記推定第２信号として出力する付記１０に記載の信号処理装置。
（付記１２）
前記第２強調手段は、
前記第２信号を推定して疑似第２信号を求める第２推定手段と、
前記混在信号と前記疑似第２信号を用いて第４利得を求める第４利得計算手段と、
前記混在信号と前記第４利得を用いて前記推定第１信号を求める第４推定手段と、
を備え、
前記擬似第２信号を前記推定第２信号として出力する付記１０に記載の信号処理装置。
（付記１３）
前記分離手段は、
複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して前記推定第１信号を求める第３強調手段と、
前記複数の混在信号と前記推定第１信号から前記推定第２信号を求める第５推定手段とを備えた付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１４）
前記第３強調手段は、
前記複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して強調第１信号を求める第４強調手段と、
前記複数の混在信号と前記強調第１信号を受けて前記強調第１信号と相関のない複数の疑似第２信号を求める第６推定手段と、
前記強調第１信号と前記複数の疑似第２信号を用いて前記推定第１信号を求める第７推定手段と、
を備えた付記１３に記載の信号処理装置。
（付記１５）
前記分離手段は、
複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して推定第１信号を求め、
前記複数の混在信号から前記第１信号との相関を除去して推定第２信号を求める第５強調手段、
を備えた付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１６）
前記第５強調手段は、
前記複数の混在信号を受けて前記第１信号を強調して強調第１信号を求める第４強調手段と、
前記複数の混在信号と前記強調第１信号を受けて前記強調第１信号と相関のない複数の疑似第２信号を求める第６推定手段と、
前記強調第１信号と前記複数の疑似第２信号を用いて推定第１信号を求める第７推定手段と、
前記複数の疑似第２信号を統合して前記推定第２信号を求める統合手段と、
を備えた付記１５に記載の信号処理装置。
（付記１７）
前記分離手段は、
前記第２信号と相関のある参照信号をさらに受けて、
前記混在信号と前記参照信号を用いて前記推定第１信号を求める第６強調手段と、
前記混在信号と前記推定第１信号から前記推定第２信号を求める第１推定手段とを備えた付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１８）
前記第６強調手段は、
前記参照信号を用いて前記第２信号と相関のある疑似第２信号を求める第８推定手段と、
前記混在信号から前記疑似第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第９推定手段と、
を備えた付記１７に記載の信号処理装置。
（付記１９）
前記分離手段は、
前記第２信号と相関のある参照信号をさらに受けて、
前記参照信号に基づいて前記第２信号を推定して前記推定第２信号を求め、
前記混在信号から前記推定第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第７強調手段、
を備えた付記１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記２０）
前記第７強調手段は、
前記参照信号を用いて前記第２信号と相関のある疑似第２信号を求める第８推定手段と、
前記混在信号から前記疑似第２信号を除去して前記推定第１信号を求める第９推定手段と、
を備え、
前記疑似第２信号を前記推定第２信号として出力する付記１９に記載の信号処理装置。
（付記２１）
前記第１利得計算手段は、
前記推定第１信号の逆数を求める第２逆数変換手段と、
前記推定第１信号の逆数とステップサイズを乗算して正規化信号を求める第４乗算器と、
前記利得調整混在信号と第１信号目標値との差を求めて誤差とする減算器と、
前記正規化信号と前記誤差を乗算して利得調整信号を求める第５乗算器と、
前記利得調整信号と前記第１利得の過去の値を用いて前記第１利得の更新値を求める第３加算器と、
前記第１利得の更新値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１利得の更新値を遅延させて前記加算器に供給する遅延手段と、
を備えた付記３乃至２０のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記２２）
前記第１利得計算手段は、
前記推定第２信号を受けて前記第１利得の更新値に制限を加えて前記記憶手段に供給する制限手段をさらに備えた付記２１に記載の信号処理装置。
（付記２３）
前記第１利得計算手段は、
前記推定第１信号を平均して前記逆数手段に供給する第１平均手段と、
前記利得調整混在信号を平均して前記減算器に供給する第２平均手段と、
をさらに備えた付記２１または２２に記載の信号処理装置。
（付記２４）
前記推定第１信号、前記推定第２信号、または前記仮利得調整混在信号の少なくとも一つが、複数の信号サンプルから構成されるフレームを単位としたフレーム信号として供給され、前記フレーム信号が供給される前記第１利得計算手段または前記第２利得計算手段がフレームごとに一つの利得を計算する付記３乃至２３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記２５）
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号を受けて利得調整混在信号を求めるステップとを有する利得調整方法。
（付記２６）
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号に対して異なる利得を作用させて利得調整混在信号を求めるステップと
を有する利得調整方法。
（付記２７）
前記異なる利得は、一方の利得が他方の利得の逆数である付記２６に記載の利得調整方法。
（付記２８）
第１信号と第２信号が混在した混在信号を受けて、第１信号と第２信号を分離して推定第１信号と推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号を受けて利得調整混在信号を求めるステップとをコンピュータに実行させる利得調整プログラム。
【０１１１】
この出願は、２０１６年１月８日に出願された日本出願特願２０１６−００３０７６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】
2017119284.tif 000003
【図２】
2017119284.tif 000004
【図３】
2017119284.tif 000005
【図４】
2017119284.tif 000006
【図５】
2017119284.tif 000007
【図６】
2017119284.tif 000008
【図７】
2017119284.tif 000009
【図８Ａ】
2017119284.tif 000010
【図８Ｂ】
2017119284.tif 000011
【図９】
2017119284.tif 000012
【図１０Ａ】
2017119284.tif 000013
【図１０Ｂ】
2017119284.tif 000014
【図１１】
2017119284.tif 000015
【図１２】
2017119284.tif 000016
【図１３】
2017119284.tif 000017
【図１４】
2017119284.tif 000018
【図１５】
2017119284.tif 000019
【図１６】
2017119284.tif 000020
【図１７】
2017119284.tif 000021
【図１８】
2017119284.tif 000022
【図１９】
2017119284.tif 000023
【図２０】
2017119284.tif 000024
【図２１】
2017119284.tif 000025
【図２２】
2017119284.tif 000026
【図２３】
2017119284.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月7日(2018.6.7)
【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信号が混在した混在信号から、前記第１信号を強調して推定第１信号を求める第１強調手段と、
前記混在信号と前記推定第１信号から推定第２信号を求める第１推定手段と、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて利得調整混在信号を求める利得調整手段と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号に第１利得を作用させて利得調整推定第１信号を求める第１乗算手段と、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第２乗算手段と、
前記利得調整推定第１信号と前記利得調整推定第２信号とを加算して利得調整混在信号を求める第１加算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記利得調整手段は、
前記推定第１信号と前記第１信号の目標値とを用いて第１利得を求める第１利得計算手段と、
前記推定第２信号と前記第２信号の目標値とを用いて第２利得を求める第２利得計算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記利得調整手段は、
前記推定第２信号に第２利得を作用させて利得調整推定第２信号を求める第２乗算手段と、
前記推定第１信号と前記利得調整推定第２信号を加算して仮利得調整混在信号を求める第２加算手段と、
前記仮利得調整混在信号に第３利得を作用させて利得調整混在信号を求める第３乗算手段と、
を備えた請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記利得調整手段は、
前記第３利得の逆数を求めて前記第２利得とする第１逆数変換手段をさらに備えた請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記利得調整手段は、
前記仮利得調整混在信号と前記第１信号の目標値と前記利得調整混在信号とを用いて前記第３利得を求める第３利得計算手段をさらに備えた請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
第１信号と第２信号が混在した混在信号から、前記第１信号を強調して推定第１信号を求める第1強調手段と、
前記混在信号から、前記第２信号を強調して推定第２信号を求める第２強調手段と、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて、利得調整混在信号を求める利得調整手段と、
を備えた信号処理装置。
【請求項８】
第１信号と第２信号が混在した混在信号から、前記第１信号を強調して推定第１信号を求めるステップと、
前記混在信号と前記推定第１信号から推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて利得調整混在信号を求めるステップと、
を備えた信号処理方法。
【請求項９】
第１信号と第２信号が混在した混在信号から、前記第１信号を強調して推定第１信号を求めるステップと、
前記混在信号から前記第２信号を推定して推定第２信号を求めるステップと
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて利得調整混在信号を求めるステップと、
を備えた信号処理方法。
【請求項１０】
第１信号と第２信号が混在した混在信号から、前記第１信号を強調して推定第１信号を求めるステップと、
前記混在信号と前記推定第１信号から推定第２信号を求めるステップと、
前記推定第１信号と前記推定第２信号とを用いて利得調整混在信号を求めるステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【国際調査報告】
2017119284.tif 000028
2017119284.tif 000029
2017119284.tif 000030
2017119284.tif 000031