(57)【要約】    【課題】      少ない処理量で音声歪が少なくかつ十分に雑音を抑圧すること。    【解決手段】  帯域分割部１０１は入力音声信号を低域音声信号と高域音声信号とに分割する。低域音声信号は間引き処理部１０２にて間引き処理を受け、低域雑音抑圧部１０３にて雑音抑圧処理を受け、補間処理部１０４にて補間され、帯域合成部１０６に入力する。一方、高域音声信号は高域雑音抑圧部１０５にて雑音抑圧処理を受け、帯域合成部１０６に入力する。帯域合成部１０６は、雑音が抑圧された低域と高域の音声信号の帯域合成処理を行い、全帯域で雑音が抑圧された音声信号を出力する。  【選択図】      図１
2006201622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を低域周波数雑音成分が含まれる低域音声信号と高域周波数雑音成分が含まれる高域音声信号とに帯域分割する手段と、前記低域音声信号をダウンサンプリングして間引く処理を行う手段と、前記間引き処理を受けた低域音声信号に含まれる雑音を抑圧する低域雑音抑圧手段と、前記雑音が抑圧された低域音声信号をアップサンプリングして補間処理を行う手段と、前記高域音声信号に含まれる雑音を抑圧する高域雑音抑圧手段と、前記補間処理を受けた低域音声信号と前記雑音抑圧処理を受けた高域音声信号とを合成する手段と、を具備することを特徴とする帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項２】
前記低域雑音抑圧手段は、低域音声パワースペクトルから雑音成分のスペクトルであるノイズベースを推定する手段と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルから有音帯域と雑音帯域とを検出する手段と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルからピッチ調波パワースペクトルを抽出する手段と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルにおけるピッチ周波数を推定する手段と、抽出した前記ピッチ調波パワースペクトルを推定した前記ピッチ周波数を用いて修復する手段と、検出した前記有音帯域と雑音帯域とを修復した前記ピッチ調波パワースペクトルを用いて修正する手段と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて修正された有音帯域と雑音帯域に対して減算と減衰を行うための減算／減衰係数を計算する手段と、前記低域音声パワースペクトルに前記減算／減衰係数を乗算し雑音成分が抑圧された音声パワースペクトルを再構成する手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項３】
前記高域雑音抑圧手段は、所定の時間単位で雑音の抑圧度合いを示す抑圧係数を計算する手段と、計算された前記抑圧係数のパラメータを調整する手段と、調整された前記抑圧係数の平均処理を行う手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項４】
前記所定の時間単位において、前記高域音声信号のパワー加算値に基づいて雑音成分である高域ノイズベースを推定する手段を備え、前記抑圧係数を計算する手段は、前記高域音声信号パワーの加算値及び前記高域ノイズベース推定値に基づき抑圧係数を計算することを特徴とする請求項３記載の帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項５】
前記所定の時間単位において、音声信号パワーと雑音信号パワーの比率であるＳＮ比を推定する手段と、前記高域音声信号及び前記高域ノイズベースに基づき音声フレームと雑音フレームとを判定する手段とを備え、前記抑圧係数を調整する手段は、推定した前記ＳＮ比と判定した前記音声フレーム及び雑音フレームとに基づき抑圧係数のパラメータを調整することを特徴とする請求項３記載の帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項６】
前記抑圧係数の平均処理を行う手段は、求められた前記抑圧係数の平均処理を行い、その平均処理結果を用いて所定の時間単位で高域音声信号に対して雑音の抑圧処理を行うことを特徴とする請求項３記載の帯域分割型雑音抑圧装置。
【請求項７】
入力音声信号を低域周波数雑音成分が含まれる低域音声信号と高域周波数雑音成分が含まれる高域音声信号とに帯域分割する工程と、前記低域音声信号をダウンサンプリングして間引く処理を行う工程と、前記間引き処理を受けた低域音声信号に含まれる雑音を抑圧する低域雑音抑圧工程と、前記雑音が抑圧された低域音声信号をアップサンプリングして補間処理を行う工程と、前記高域音声信号に含まれる雑音を抑圧する高域雑音抑圧工程と、前記補間処理を受けた低域音声信号と前記雑音抑圧処理を受けた高域音声信号とを合成する工程と、を具備することを特徴とする帯域分割型雑音抑圧方法。
【請求項８】
前記低域雑音抑圧工程は、低域音声パワースペクトルから雑音成分のスペクトルであるノイズベースを推定する工程と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルから有音帯域と雑音帯域とを検出する工程と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルからピッチ調波パワースペクトルを抽出する工程と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて前記音声パワースペクトルにおけるピッチ周波数を推定する工程と、抽出した前記ピッチ調波パワースペクトルを推定した前記ピッチ周波数を用いて修復する工程と、検出した前記有音帯域と雑音帯域とを修復した前記ピッチ調波パワースペクトルを用いて修正する工程と、前記音声パワースペクトル及び前記ノイズベースを用いて修正された有音帯域と雑音帯域に対して減算と減衰を行うための減算／減衰係数を計算する工程と、前記低域音声パワースペクトルに前記減算／減衰係数を乗算し雑音成分が抑圧された音声パワースペクトルを再構成する工程と、を具備することを特徴とする請求項７記載の帯域分割型雑音抑圧方法。
【請求項９】
前記高域雑音抑圧工程は、所定の時間単位において、前記高域音声信号のパワー加算値に基づいて雑音成分である高域ノイズベースを推定する工程と、音声信号パワーと雑音信号パワーの比率であるＳＮ比を推定する工程と、前記高域音声信号及び前記高域ノイズベースに基づき音声フレームと雑音フレームとを判定する工程と、前記高域音声信号パワーの加算値及び前記高域ノイズベース推定値に基づき雑音の抑圧度合いを示す抑圧係数を計算する工程と、計算された前記抑圧係数のパラメータを推定した前記ＳＮ比と判定した前記音声フレーム及び雑音フレームとに基づき調整する工程と、調整された前記抑圧係数の平均処理を行い、その平均処理結果を用いて所定の時間単位で高域音声信号に対して雑音の抑圧処理を行う工程と、を具備することを特徴とする請求項７記載の帯域分割型雑音抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背景雑音を高帯域成分と低帯域成分とに分けて抑圧する帯域分割型雑音抑圧装置及び帯域分割型雑音抑圧方法に関し、特に携帯端末装置に用いるのに好適な帯域分割型雑音抑圧装置及び帯域分割型雑音抑圧方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、低ビットレート音声符号化装置は、背景雑音の少ない音声に対しては低ビットレートの符号化でも高品質な通話を提供することができるが、背景雑音が含まれた音声に対しては低ビットレート符号化特有の耳障りな歪みが生じ、音質劣化を招来することがある。このような音質劣化に対処するために行われる雑音抑圧／音声強調技術は、時間領域での処理技術と周波数領域での処理技術とに分別される。
【０００３】
時間領域の雑音抑圧／音声強調技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。即ち、特許文献１では、入力音声信号の短区間パワーによって定まる抑圧係数を推定非音声区間パワーに応じて適応的に変化させることによって、音声区間と非音声区間とを区別して適切な雑音抑圧を行う技術が開示されている。
【０００４】
また、周波数領域の雑音抑圧／音声強調技術としては、例えば、特許文献２に開示された技術が知られている。即ち、特許文献２では、入力信号を帯域分割し、各帯域の信号に対して音声信号と雑音信号の比率を推定し、これに基づいて計算した雑音抑圧のためのゲインファクターを帯域毎の入力信号に掛け合わせて雑音を抑圧する。そして、その際生じる歪を、雑音のスペクトルに近い擬似背景雑音信号を音声信号と雑音信号との比率に応じて少量加算することでマスキングし、歪みの少ない効果的な雑音低減を可能にする技術が開示されている。この方法は、音声の大きい帯域（ＳＮ比は大きい）と雑音の大きい帯域（ＳＮ比は小さい）とを区別して適当な擬似背景雑音を加算するので、ミュジカルノイズが抑制されることになり、ＳＮ比の小さいときの音質が向上すると期待される。
【０００５】
また、特許文献３では、ピッチ調波パワースペクトルの抽出及び修復基準として生成される２種類のコムフィルタに基づいて欠落したピッチ調波パワースペクトルを修復する方法が提案されている。この方法では、積極的に音声信号の特徴（例えば、音声ピッチ調波パワースペクトル）を利用するので、音声帯域と雑音帯域とを高い精度で区別することが可能であり、音声の歪みを小さくしかつ雑音を十分に除去することができる。
【特許文献１】特許第３４３７２６４号公報
【特許文献２】特許第３３０９８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１４９２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの従来技術においては、以下の問題点がある。即ち、特許文献１に開示された時間領域の雑音抑圧／音声強調技術では、処理方法は簡単で演算量も少ないが、音声と雑音の周波数特性を利用して各周波数成分に対して細かな抑圧係数の設定が行えないので、音声歪の少ない雑音抑圧性能には限界がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示された周波数領域の雑音抑圧／音声強調技術では、音声情報の一部（ＳＮ比）が利用されているものの、積極的に音声信号の特徴（例えば、音声ピッチ調波パワースペクトル）を用いていない。その結果、音声帯域と雑音帯域とを高い精度で区別することが困難になるので、音声の歪みが少なくかつ雑音を十分に除去することは困難であると考えられる。
【０００８】
また、特許文献３に開示された欠落したピッチ調波パワースペクトルを修復する方法では、ピッチ調波パワースペクトルを精度よく抽出するためには長い離散フーリエ変換長を必要とするので、演算量が多くなり、携帯端末装置における雑音抑圧装置に適用するには問題である。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、少ない処理量で音声歪が少なくかつ雑音抑圧量が大きい帯域分割型雑音抑圧装置及び帯域分割型雑音方法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】
【００１０】
かかる課題を解決するため、本発明に係る帯域分割型雑音抑圧装置は、入力音声信号を低域周波数雑音成分が含まれる低域音声信号と高域周波数雑音成分が含まれる高域音声信号とに帯域分割する手段と、前記低域音声信号をダウンサンプリングして間引く処理を行う手段と、前記間引き処理を受けた低域音声信号に含まれる雑音を抑圧する低域雑音抑圧手段と、前記雑音が抑圧された低域音声信号をアップサンプリングして補間処理を行う手段と、前記高域音声信号に含まれる雑音を抑圧する高域雑音抑圧手段と、前記補間処理を受けた低域音声信号と前記雑音抑圧処理を受けた高域音声信号とを合成する手段とを具備する構成を採る。
【００１１】
また、本発明に係る帯域分割型雑音抑圧方法は、入力音声信号を低域周波数雑音成分が含まれる低域音声信号と高域周波数雑音成分が含まれる高域音声信号とに帯域分割する工程と、前記低域音声信号をダウンサンプリングして間引く処理を行う工程と、前記間引き処理を受けた低域音声信号に含まれる雑音を抑圧する低域雑音抑圧工程と、前記雑音が抑圧された低域音声信号をアップサンプリングして補間処理を行う工程と、前記高域音声信号に含まれる雑音を抑圧する高域雑音抑圧工程と、前記補間処理を受けた低域音声信号と前記雑音抑圧処理を受けた高域音声信号とを合成する工程とを具備するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力音声信号を低域信号と高域信号とに分割し、低域信号に対しては間引き処理を行うので、ピッチ調波パワースペクトルの抽出精度を落とさずに低域雑音抑圧処理に用いられる離散フーリエ変換長を減少することができる。また、高域信号に対しては低域雑音抑圧処理よりも簡単な雑音抑圧処理手法を適用する。したがって、少ない処理量で音声歪が少なくかつ雑音抑圧量が大きい帯域分割型雑音抑圧装置及び帯域分割型雑音抑圧方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の骨子は、背景雑音を含む音声信号を高帯域成分と低帯域成分とに分け、低域音声信号に対しては間引き処理を行うことでピッチ調波パワースペクトルの抽出精度を落とさずに低域雑音抑圧処理に用いられる離散フーリエ変換長を減少できるようにする一方、高域音声信号に対しては低域雑音抑圧処理よりも簡単な雑音抑圧処理手法を適用することである。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態に係る帯域分割型雑音抑圧装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施の形態に係る帯域分割型雑音抑圧装置１００は、主に、帯域分割部１０１と間引き処理部１０２と低域雑音抑圧部１０３と補間処理部１０４と高域雑音抑圧部１０５と帯域合成部１０６とを備えている。
【００１６】
また、図２は、図１に示す低域雑音抑圧部１０３の構成例を示すブロック図である。図２に示す低域雑音抑圧部１０３は、窓掛け部２０１とＦＦＴ部２０２と低域ノイズベース推定部２０３と帯域別有音／雑音検出部２０４とピッチ調波構造抽出部２０５と有声性判定部２０６とピッチ周波数推定部２０７とピッチ調波構造修復部２０８と帯域別有音／雑音修正部２０９と減算／減衰係数計算部２１０と低域乗算部２１１とＩＦＦＴ部２１２とを備えている。
【００１７】
また、図３は、図１に示す高域雑音抑圧部１０５の構成例を示すブロック図である。図３に示す高域雑音抑圧部１０５は、高域ノイズベース推定部３０１とＳＮ比推定部３０２と音声／雑音フレーム判定部３０３と抑圧係数計算部３０４と抑圧係数調整部３０５と抑圧係数平均処理部３０６と高域乗算部３０７とを備えている。
【００１８】
次に、図１〜図４を参照して、以上のように構成される帯域分割型雑音抑圧装置１００にて行われる雑音抑圧動作について説明する。なお、図４は、図２に示す低域雑音抑圧部１０３における要部の動作を説明するスペクトル図である。
【００１９】
図１において、帯域分割部１０１は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）型またはＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型のローパスフィルタ及びハイパスフィルタを用いて、雑音を含む入力音声信号を、低域周波数雑音成分を含む音声信号（以降「低域音声信号」と記す）ＳＬと高域周波数雑音成分を含む音声信号（以降「高域音声信号」と記す）ＳＨとに分割する。
【００２０】
分割された低域音声信号ＳＬは、間引き処理部１０２、低域雑音抑圧部１０３及び補間処理部１０４の経路で雑音抑圧処理を受けて帯域合成部１０６に入力される。一方、分割された高域音声信号ＳＨは、高域雑音抑圧部１０５にて雑音抑圧処理を受けて帯域合成部１０６に入力される。帯域合成部１０６は、雑音が抑圧された低域と高域の各音声信号の帯域合成処理を行い、雑音成分を低く抑えた全域帯の音声信号を帯域分割型雑音抑圧装置１００の出力とする。
【００２１】
まず、間引き処理部１０２、低域雑音抑圧部１０３及び補間処理部１０４の経路で行われる低域音声信号ＳＬの雑音抑圧処理について説明する。
【００２２】
間引き処理部１０２は、入力する低域音声信号ＳＬに対してダウンサンプリングを行って間引きした低域音声信号ＳＤを生成し、それを低域雑音抑圧部１０３に与える。間引き処理部１０２では、例えば、次の式（１）を用いて、低域音声信号ＳＬ（ｉ）に対して１／２のダウンサンプリングを行って間引きした低域音声信号ＳＤ（ｉ）を生成する。
ＳＤ（ｉ）＝ＳＬ（２・ｉ）        …（１）
【００２３】
低域雑音抑圧部１０３は、間引きされた低域音声信号ＳＤについて雑音抑圧処理を行いその処理結果を補間処理部１０４に与える。低域雑音の抑圧処理方法には各種あるが、ここでは、一例として特許文献３に示された雑音抑圧方法を用いて説明する。図２は、特許文献３に示された雑音抑圧方法を実施するように構成したものである。図２と図４とを参照して説明する。
【００２４】
図２において、窓掛け部２０１は、間引き処理部１０２から入力する低域音声信号ＳＤを所定時間単位（フレーム）に区切り、ハニングウインドウ等を利用した窓掛け処理を行ってＦＦＴ部２０２に出力する。
【００２５】
ＦＦＴ部２０２は、窓掛け部２０１が入力されるフレーム単位の音声信号に対してＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform：高速フーリエ変換）処理を行い、時間軸上の音声信号を周波数軸上の信号（音声パワースペクトル）に変換する。このようにしてフレーム単位の音声信号は、所定の周波数帯域を有する音声パワースペクトルとなる。生成された音声パワースペクトルは、低域ノイズベース推定部２０３と、帯域別有音／雑音検出部２０４とピッチ調波構造抽出部２０５と有声性判定部２０６と減算／減衰係数計算部２１０と低域乗算部２１１とに入力される。
【００２６】
ＦＦＴ部２０２にて取得される周波数成分ｋにおける音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）は、次の式（２）で表される。
【数１】
2006201622.tif 000003
【００２７】
なお、式（２）において、ｋは周波数成分を特定する番号を示す。ＨＢは、ＦＦＴ変換長つまり高速フーリエ変換を行う対象のデータ数であり、例えばＨＢ＝２５６とする。また、Ｒｅ｛ＤＦ（ｋ）｝及びＩｍ｛ＤＦ（ｋ）｝は、それぞれＦＦＴ変換後の音声パワースペクトルＤＦ（ｋ）の実数部及び虚数部を示す。
【００２８】
まず、低域ノイズベース推定部２０３は、入力された音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）を次の式（３）に適用して雑音成分のみを含む信号の周波数振幅スペクトル、すなわちノイズベースＮＢ（ｎ，ｋ）を推定する。
【数２】
2006201622.tif 000004
【００２９】
なお、式（３）において、ｎは、フレーム番号を示す。ＮＢ（ｎ−１,ｋ）は、前フレームにおけるノイズベースの推定値である。αは、ノイズベースの移動平均係数である。また、ΘＢは、音声成分及び雑音成分を判別する閾値である。
【００３０】
そして、低域ノイズベース推定部２０３は、音声パワースペクトルの周波数帯域の各周波数成分において、ＦＦＴ部２０２からの最新のフレームから生成された音声パワースペクトルと、その前のフレームから生成された音声パワースペクトルについて推定したノイズベースとを比較する。比較の結果、両者のパワーの差が予め設定された閾値を超過する場合は最新フレームには音声成分が含まれていると判定し、ノイズベースの推定を行わない。一方、その差が上記閾値を超過しない場合は最新フレームには音声信号が含まれていないと判定し、ノイズベースの更新を行う。
【００３１】
このように推定されたノイズベースは、帯域別有音／雑音検出部２０４とピッチ調波構造抽出部２０５と有声性判定部２０６とピッチ周波数推定部２０７と減算／減衰係数計算部２１０とに入力される。
【００３２】
次に、帯域別有音／雑音検出部２０４は、ＦＦＴ部２０２からの音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）と低域ノイズベース推定部２０３からのノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）とを次の式（４）に適用して音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）における有音帯域及び雑音帯域を検出する。検出結果ＳＮ（ｋ）は、帯域別有音／雑音修正部２０９に入力される。
【数３】
2006201622.tif 000005
【００３３】
式（４）に示すように、音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）と定数γ１を乗じたノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）との差を計算し、その結果がゼロ以上であれば、音声を含む有音帯域と判定され、それ以外の場合は、音声を含まない雑音帯域と判定される。図４（Ａ）は、式（４）を用いて判定検出した有音帯域及び雑音帯域の検出結果ＳＮ（ｋ）の一例である。
【００３４】
次に、ピッチ調波構造抽出部２０５は、ＦＦＴ部２０２から入力する音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）と低域ノイズベース推定部２０３から入力するノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）とを次の式（５）に適用してピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）を抽出し、抽出結果ＨＭ（ｋ）を有声性判定部２０６とピッチ調波構造修復部２０８とに出力する。
【数４】
2006201622.tif 000006
【００３５】
式（５）に示すように、音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）と定数γ２（γ２＞γ１）を乗じたノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）との差を計算し、その結果がゼロ以上であれば、ピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）を含む帯域と判定され、それ以外の場合はピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）を含まない帯域と判定される。図４（Ｂ）は、式（５）を用いて抽出したピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）の抽出結果の一例である。
【００３６】
次に、有声性判定部２０６は、低域ノイズベース推定部２０３から入力されるノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）とピッチ調波構造抽出部２０５から入力されるピッチ調波パワースペクトルの抽出結果とに基づいて音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）の有声性を判定し、判別結果をピッチ周波数推定部２０７とピッチ調波構造修復部２０８とに出力する。
【００３７】
具体的には、有声性判定部２０６では、例えば、式（６）を用いて所定周波数帯域におけるピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）の総和とノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）の総和との比を計算し、その結果に基づいて有声性度合いを判定する。判定結果を受けるピッチ周波数推定部２０７及びピッチ調波構造修復部２０８では、有声性の度合いが高いと判定された場合はピッチ周波数推定及びピッチ調波構造修復が行われ、有声性の度合いが低いと判定された場合はピッチ周波数推定及びピッチ調波構造修復は行われない。なお、式（６）において、ＨＰは、所定周波数帯域の上限周波数成分である。
【数５】
2006201622.tif 000007
【００３８】
次に、ピッチ周波数推定部２０７は、ＦＦＴ部２０２から入力される音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）、ノイズベース推定部２０３から入力されるノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）及び有声性判定部２０６から入力される有声性判定結果に基づいてピッチ周波数を推定する。このとき、有声性判定部２０６による判定の結果、音声パワースペクトルの有声性が所定レベル以下の場合はピッチ周波数の推定を回避する。推定結果は、ピッチ調波構造修復部２０８に入力される。ピッチ周波数の推定方法には各種あるが、例えば、音声波形の自己相関関数による自己相関法やＬＰＣ分析の残差信号の自己相関関数による変形相関法などを用いることができる。
【００３９】
次に、ピッチ調波構造修復部２０８は、ピッチ調波構造抽出部２０５から入力されるピッチ調波パワースペクトルの抽出結果、有声性判定部２０６から入力される有声性判定結果及びピッチ周波数推定部２０７から入力されるピッチ周波数推定値に基づいてピッチ調波パワースペクトルの修復を行う。このとき、有声性判定部２０６による判定の結果、音声パワースペクトルの有声性が所定レベル以下の場合はピッチ調波パワースペクトルの修復を回避する。修復されたピッチ調波パワースペクトルは、帯域別有音／雑音修正部２０９に入力される。
【００４０】
ピッチ調波構造修復部２０８では、有声性判定部２０６において、音声パワースペクトルの有声性の度合いが高いと判定された場合、ピッチ調波パワースペクトルの修復を例えば次の手順で行う。
【００４１】
即ち、ピッチ調波構造修復部２０８では、最初に、ピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）におけるピッチ調波のピークを抽出する。例えば、図４（Ｃ）に示すように、ピークＰ１〜Ｐ５、Ｐ９〜Ｐ１２がそれぞれ抽出される。
【００４２】
その次に、ピッチ調波構造修復部２０８では、抽出されたピークの間隔を計算する。計算された間隔が、所定の閾値（例えば、ピッチ周波数の１．５倍）を超過した場合、ピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）において欠落しているピーク（図４（Ｄ）に示すピークＰ６、Ｐ７、Ｐ８）を推定されたピッチ周波数ｍに基づいて挿入する。このようにしてピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）が修復される。
【００４３】
次に、帯域別有音／雑音修正部２０９は、ピッチ調波構造修復部２０８から入力された修復結果と帯域別有音／雑音検出部２０４から入力された検出結果とを組合せて帯域別有音／雑音検出結果の修正を行い、修正結果を減算／減衰係数計算部２１０に出力する。
【００４４】
具体的には、帯域別有音／雑音修正部２０９は、図４（Ｄ）に示すピッチ調波構造修復結果と図４(Ａ)に示す帯域別有音／雑音検出結果ＳＮ（ｋ）とを比較し、ピッチ調波構造修復結果と重複している帯域を有音帯域とし、それ以外の部分を雑音帯域として帯域別有音／雑音検出部２０４での帯域別有音／雑音検出結果ＳＮ（ｋ）を修正する。図４（Ｅ）は、図４(Ａ)に示す帯域別有音／雑音検出結果を修正した結果の一例である。
【００４５】
図４（Ｅ）に示すように、帯域別有音／雑音修正部２０９では、検出結果ＳＮ（ｋ）において、修復後のピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）と重複している部分を有音帯域とし、修復後のピッチ調波パワースペクトルＨＭ（ｋ）と重複していない部分を雑音帯域とする。このようにして検出結果ＳＮ（ｋ）の修正が行われる。
【００４６】
次に、減算／減衰係数計算部２１０は、ＦＦＴ部２０２から入力される音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）、低域ノイズベース推定部２０３から入力されるノイズベース推定値ＮＢ（ｎ，ｋ）及び帯域別有音／雑音修正部２０９から入力された修正結果に基づいて減算／減衰係数を計算し、その結果を乗算部２１１に出力する。
【００４７】
具体的には、減算／減衰係数計算部２１０は、次の式（７）を用いて、修正された検出結果ＳＮ（ｋ）内の有音帯域及び雑音帯域のそれぞれに対し、音声パワースペクトルＳＦ（ｋ）及びノイズベースＮＢ（ｎ,ｋ）に基づいて減算／減衰係数ＧＣ（ｋ）を計算する。なお、式（７）において、μは定数である。また、ｇＣは、ゼロよりも大きく１よりも小さい所定の定数である。
【数６】
2006201622.tif 000008
【００４８】
次に、低域乗算部２１１は、ＦＦＴ部２０２から入力される音声パワースペクトルの有音帯域及び雑音帯域に対して減算／減衰係数計算部２１０から入力される減算／減衰係数を乗算する。これによって、低域音声信号における雑音成分が抑圧された音声パワースペクトルが得られる。この乗算結果は、ＩＦＦＴ部２１２に入力される。
【００４９】
ＩＦＦＴ部２１２は、低域乗算部２１１から入力される雑音抑圧後の音声パワースペクトルにＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform：逆高速フーリエ変換）処理を行う。これによって、雑音成分が抑圧された音声パワースペクトルから時間軸上の低域音声信号ＳＥが生成される。生成された低域音声信号ＳＥは、補間処理部１０４に入力される。
【００５０】
補間処理部１０４は、次の式（８）を用いて、雑音の抑圧された低域音声信号ＳＥ（ｉ）に例えば２のアップサンプリングによる補間処理を施して雑音の抑圧された低域音声信号ＳＩ（ｉ）を生成し、それを帯域合成部１０６の一方の入力端に与える。
【数７】
2006201622.tif 000009
【００５１】
次に、図３を参照して、分割された高域音声信号ＳＨに対して雑音抑圧処理を行う高域雑音抑圧部１０５の動作について説明する。図３において、分割された高域音声信号ＳＨは、高域ノイズベース推定部３０１とＳＮ比推定部３０２と音声／雑音フレーム判定部３０３と抑圧係数計算部３０４と高域乗算部３０７とに入力される。
【００５２】
高域ノイズベース推定部３０１は、次の式（９）（１０）を用いて、入力される高域音声信号ＳＨに含まれる雑音信号のパワーを推定し、その推定結果を高域音声信号ＳＨと共にＳＮ比推定部３０２と音声／雑音フレーム判定部３０３と抑圧係数計算部３０４とに出力する。
【００５３】
即ち、高域ノイズベース推定部３０１では、まず、次の式（９）を用いて高域音声信号パワーの加算値Ｓ（ｎ）を計算する。
【数８】
2006201622.tif 000010
なお、式（９）において、ｎはフレーム番号であり、ＦＬはフレーム長である。
【００５４】
そして、高域ノイズベース推定部３０１では、次の式（１０）を用いて高域ノイズベースＮ（ｎ）を推定する。
【数９】
2006201622.tif 000011
なお、式（１０）において、βは平均移動係数であり、Θは音声と雑音とを判別する閾値である。
【００５５】
次に、ＳＮ比推定部３０２は、高域音声信号ＳＨ及び高域ノイズベース推定値Ｎ（ｎ）を次の式（１１）に適用して高域における音声信号パワーと雑音信号パワーとの比率ＳＮ（ｎ）を推定し、その推定した比率ＳＮ（ｎ）を抑圧係数調整部３０５に出力する。
【数１０】
2006201622.tif 000012
なお、式（１１）において、ρは平均移動係数である。
【００５６】
次に、音声／雑音フレーム判定部３０３は、高域音声信号ＳＨ及び高域ノイズベース推定値Ｎ（ｎ）を次の式（１２）に適用して音声／雑音フレームＳＮＦ（ｎ）を判定し、その判定した音声／雑音フレームＳＮＦ（ｎ）を抑圧係数調整部３０５に出力する。
【数１１】
2006201622.tif 000013
【００５７】
なお、式（１２）において、Ｍはハングオーバーフレーム数である。式（１２）に示すように、Ｓ（ｎ）＞Θ・Ｎ（ｎ−１）では無条件にＳＮＦ（ｎ）＝１（音声フレーム）と判定する。一方、Ｓ（ｎ）≦Θ・Ｎ（ｎ−１）では、そのＳ（ｎ）≦Θ・Ｎ（ｎ−１）が、Ｍフレーム連続した場合にＳＮＦ（ｎ）＝０（雑音フレーム）と判定し、Ｍフレーム連続しない場合にはＳＮＦ（ｎ）＝１（音声フレーム）と判定する。
【００５８】
次に、抑圧係数計算部３０４は、高域音声信号ＳＨ及び高域ノイズベース推定値Ｎ（ｎ）を次の式（１３）に適用してフレーム毎の抑圧係数ＧＨ（ｎ）を計算し、求めたフレーム毎の抑圧係数ＧＨ（ｎ）を抑圧係数調整部３０５に出力する。
【数１２】
2006201622.tif 000014
なお、式（１３）において、パラメータλはλ≦１であり、パラメータκはκ≧１であり、それぞれ調整可能である。
【００５９】
次に、抑圧係数調整部３０５は、ＳＮ比推定部３０２、音声／雑音フレーム判定部３０３及び抑圧係数計算部３０４から入力される各結果に基づいて抑圧係数ＧＨ（ｎ）のパラメータλ，κを調整し、調整結果を抑圧係数平均処理部３０６に出力する。
【００６０】
次に、抑圧係数調整部３０５は、具体的には、式（１３）に示すパラメータκの調整をＳＮ比の推定値に基づいて行う。例えば、ＳＮ比が大きいときにκの値を大きくし、逆にＳＮ比が小さいときにκの値を小さくする。また、式（１３）に示すパラメータλの調整を音声／雑音フレームの判定結果に基づいて行う。例えば、音声フレームにおいてλの値を１とし、雑音フレームにおいてλの値を１より小さい値とする。
【００６１】
次に、抑圧係数平均処理部３０６は、次の式（１４）を用いて抑圧係数調整部３０５から入力される抑圧係数の平均処理を行い、求めた抑圧係数の平均値を高域乗算部３０７に出力する。
【数１３】
2006201622.tif 000015
なお、式（１４）において、ηＦ、ηＳは、それぞれ移動平均係数であり、０＜ηＳ≦ηＦ＜１なる関係がある。
【００６２】
そして、高域乗算部３０７は、高域音声信号ＳＨに抑圧係数の平均値を乗算して雑音抑圧された高域音声信号ＳＪを生成し、それを帯域合成部１０６の他方の入力端に与える。
【００６３】
斯くして、帯域合成部１０６では、低域雑音抑圧された音声信号ＳＩと高域雑音抑圧された音声信号ＳＪとを合成し、帯域分割型雑音抑圧装置１００の出力を得る。例えば、帯域合成部１０６では、まず、イメージング成分を除去するために、低域雑音抑圧された音声信号ＳＩ及び高域雑音抑圧された音声信号ＳＪに対してそれぞれ帯域分割時と同じローパスフィルタ及びハイパスフィルタを用いてフィルタリングを行う。次に、フィルタリング結果をフレーム毎に加算して帯域分割型雑音抑圧装置１００の出力とする。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、入力音声信号を低域周波数成分が含まれる音声信号と高域周波数成分が含まれる音声信号とに分割し、入力音声信号のパワーが大きい低域周波数の信号に対して間引き処理を行うので、少ない演算量でより高度な雑音抑圧処理を行うことができる。また、入力音声信号のパワーが小さい高域周波数の信号に対して低域雑音抑圧処理よりも簡単な雑音抑圧処理手法を適用するので、より少ない演算量で音声歪を少なくしかつ雑音を十分に除去することができる。
【００６５】
このとき、低域雑音の抑圧処理では、まず、有音帯域及び雑音帯域を検出し、推定されたピッチ周波数に基づいて雑音に埋もれて欠落した音声ピッチ調波パワースペクトルを修復する。次に、ピッチ調波パワースペクトルと有音帯域及び雑音帯域の検出結果とを組合せて有音帯域及び雑音帯域の判定結果を修正するので、より精度の高い有音帯域及び雑音帯域の判定を行うことができる。その結果、有音帯域及び雑音帯域の各々に対して減衰度合いの弱い減算処理と強い減衰処理とが行えるので、減衰量を大きくしても音声歪の少ない雑音抑圧を行うことができる。
【００６６】
また、高域雑音の抑圧処理では、高域周波数の信号成分に対して雑音抑圧係数及びその平均値を計算し、雑音抑圧処理を時間領域において行うようにしたので、演算量やメモリ量を大幅に減少することができる。
【００６７】
また、高域雑音の抑圧処理では、抑圧係数の計算を高域周波数の音声信号パワーの加算値及び高域ノイズベースの推定値に基づいて行うので、少ない処理量で抑圧係数を計算することができる。
【００６８】
また、高域雑音の抑圧処理では、高域のＳＮ比推定結果を利用して高域の雑音抑圧を行うので、ＳＮ比の変化による高域の雑音抑圧量を調整することができ、低域と高域の間での雑音抑圧性能を改善することができる。また、高域の音声／雑音フレームの判定結果を利用して高域の雑音抑圧を行うので、雑音フレームにおいて更なる雑音の低減を行うことができ、聴感上では聞き取られやすい高域の雑音をより大きく抑圧することができる。
【００６９】
また、高域雑音の抑圧処理では、抑圧係数の平均処理を行うので、フレーム間の連続性を向上することができ、音質の良い雑音抑圧性能を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、少ない処理量で音声歪を小さくしてかつ雑音を十分に除去できる雑音抑圧装置として有用であり、特に携帯電話機に用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る帯域分割型雑音抑圧装置の構成を示すブロック図
【図２】図１に示す低域雑音抑圧部の構成例を示すブロック図
【図３】図１に示す高域雑音抑圧部の構成例を示すブロック図
【図４】図２に示す低域雑音抑圧部における要部の動作を説明するスペクトル図
【符号の説明】
【００７２】
１００  帯域分割型雑音抑圧装置
１０１  帯域分割部
１０２  間引き処理部
１０３  低域雑音抑圧部
１０４  補間処理部
１０５  高域雑音抑圧部
１０６  帯域合成部
２０１  窓掛け部
２０２  ＦＦＴ部
２０３  低域ノイズベース推定部
２０４  帯域別有音／雑音検出部
２０５  ピッチ調波構造抽出部
２０６  有声性判定部
２０７  ピッチ周波数推定部
２０８  ピッチ調波構造修復部
２０９  帯域別有音／雑音修正部
２１０  減算／減衰係数計算部
２１１  低域乗算部
２１２  ＩＦＦＴ部
３０１  高域ノイズベース推定部
３０２  ＳＮ比推定部
３０３  音声／雑音フレーム判定部
３０４  抑圧係数計算部
３０５  抑圧係数調整部
３０６  抑圧係数平均処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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