(57)【要約】【課題】入力信号の音量が小さいときでも、有音無音の判定精度を向上させること。【解決手段】有音無音判定装置１ａは、フレーム音量算出部１１が計算したフレーム音量が閾値音量より小さいときに、フレーム音量を閾値音量に変更するフレーム音量選択部２２と、フレーム音量と、推定された前回までの雑音音量とをもとに、今回の雑音音量を推定する雑音音量推定部１２と、フレーム音量が今回の雑音音量をもとにした判定用閾値より大きいときに、前記フレーム音量の計算元となるフレームを有音フレームと判定する有音無音判定部１３と、を有する。【選択図】図１
2011070084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される音声信号に対して、所定期間のフレームごとに有音期間か否かを判定する有音無音判定装置であって、
前記フレームごとの音声信号の音量を示すフレーム音量を算出するフレーム音量算出部と、
前記フレーム音量算出部が計算したフレーム音量が閾値音量より小さいときに、前記フレーム音量を前記閾値音量に変更するフレーム音量選択部と、
前記フレーム音量と、推定された前回までの雑音音量とをもとに、今回の雑音音量を推定する雑音音量推定部と、
前記フレーム音量が今回の雑音音量をもとにした判定用閾値より大きいときに、前記フレーム音量の計算元となるフレームを有音期間のフレームと判定する有音無音判定部と、を有することを特徴とする
有音無音判定装置。
【請求項２】
前記有音無音判定装置は、さらに、低域通過フィルタを備え、
前記低域通過フィルタは、前記雑音音量推定部および前記有音無音判定部が計算に用いる前記フレーム音量の時系列データに対して、低周波成分を通過させ、その結果を前記フレーム音量として更新して前記雑音音量推定部および前記有音無音判定部に出力することを特徴とする
請求項１に記載の有音無音判定装置。
【請求項３】
前記有音無音判定装置は、さらに、帯域通過フィルタを備え、
前記帯域通過フィルタは、前記フレーム音量算出部が計算に用いる音声信号の時系列データに対して、所定帯域の周波数成分を通過させ、その結果を入力される音声信号として更新して前記フレーム音量算出部に出力することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の有音無音判定装置。
【請求項４】
前記帯域通過フィルタは、前記通過させる所定帯域の周波数成分を音声の第３フォルマント帯域とすることを特徴とする
請求項３に記載の有音無音判定装置。
【請求項５】
入力される音声信号に対して、所定期間のフレームごとに有音期間か否かを判定する有音無音判定装置による有音無音判定方法であって、
有音無音判定装置は、フレーム音量算出部と、フレーム音量選択部と、雑音音量推定部と、有音無音判定部と、を有し、
前記フレーム音量算出部は、前記フレームごとの音声信号の音量を示すフレーム音量を算出し、
前記フレーム音量選択部は、前記フレーム音量算出部が計算したフレーム音量が閾値音量より小さいときに、前記フレーム音量を前記閾値音量に変更し、
前記雑音音量推定部は、前記フレーム音量と、推定された前回までの雑音音量とをもとに、今回の雑音音量を推定し、
前記有音無音判定部は、前記フレーム音量が今回の雑音音量をもとにした判定用閾値より大きいときに、前記フレーム音量の計算元となるフレームを有音期間のフレームと判定することを特徴とする
有音無音判定方法。
【請求項６】
前記有音無音判定装置は、さらに、低域通過フィルタを備え、
前記低域通過フィルタは、前記雑音音量推定部および前記有音無音判定部が計算に用いる前記フレーム音量の時系列データに対して、低周波成分を通過させ、その結果を前記フレーム音量として更新して前記雑音音量推定部および前記有音無音判定部に出力することを特徴とする
請求項５に記載の有音無音判定方法。
【請求項７】
前記有音無音判定装置は、さらに、帯域通過フィルタを備え、
前記帯域通過フィルタは、前記フレーム音量算出部が計算に用いる音声信号の時系列データに対して、所定帯域の周波数成分を通過させ、その結果を入力される音声信号として更新して前記フレーム音量算出部に出力することを特徴とする
請求項５または請求項６に記載の有音無音判定方法。
【請求項８】
前記帯域通過フィルタは、前記通過させる所定帯域の周波数成分を音声の第３フォルマント帯域とすることを特徴とする
請求項７に記載の有音無音判定方法。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の有音無音判定方法を、コンピュータである前記有音無音判定装置に実行させるための有音無音判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有音無音判定装置、有音無音判定方法、および、有音無音判定プログラムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力された音声信号に対して、そのフレームパワーを元にして有音か無音かを判定する有音無音判定回路が、特許文献１などに開示されている。特許文献１の技術では、有音無音判定回路の判定結果を基にして、音声信号を廃棄するか否かを決定することで、伝送するデータ量を削減し、通信遅延を回復することを目的としている。
【０００３】
有音無音判定回路では、所定長の音声信号のフレームごとに、そのフレームパワーを求め、そのフレームパワーが所定閾値を上回るときに、そのフレームを有音と判定する。この判定用の所定閾値は、値が変化しない固定値を用いてもよいし、特許文献１に記載されているように、比較相手であるフレームパワーに連動して可変値としてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている可変値の判定閾値では、入力信号内の雑音の影響により、有音無音の判定精度が劣化してしまうケースがある。
【０００６】
例えば、フレームパワーが無音に近いほど非常に小さいときには、判定閾値も連動して過剰に小さくなってしまうので、そのフレームパワー（音量）に雑音が混じってしまうと、判定閾値を上回ってしまう。その結果、無音期間を有音期間と誤判定しやすい。
【０００７】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、入力信号の音量が小さいときでも、有音無音の判定精度を向上させることを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を解決するために、本発明は、入力される音声信号に対して、所定期間のフレームごとに有音期間か否かを判定する有音無音判定装置であって、
前記フレームごとの音声信号の音量を示すフレーム音量を算出するフレーム音量算出部と、
前記フレーム音量算出部が計算したフレーム音量が閾値音量より小さいときに、前記フレーム音量を前記閾値音量に変更するフレーム音量選択部と、
前記フレーム音量と、推定された前回までの雑音音量とをもとに、今回の雑音音量を推定する雑音音量推定部と、
前記フレーム音量が今回の雑音音量をもとにした判定用閾値より大きいときに、前記フレーム音量の計算元となるフレームを有音期間のフレームと判定する有音無音判定部と、を有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、入力信号の音量が小さいときでも、有音無音の判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に関する有音無音判定装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する図１の有音無音判定装置内の低域通過フィルタの詳細を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に関する有音無音判定装置を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に関する図３の有音無音判定装置内の帯域通過フィルタの周波数特性の一例を示すグラフである。
【図５】比較例に関する有音無音判定装置を示す構成図である。
【図６】有音無音判定部の判定閾値を、フレーム音量と対比させたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に関する有音無音判定装置１ａを示す構成図である。
有音無音判定装置１ａは、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭとを備えるコンピュータである。
ＣＰＵは、ＲＡＭ内のプログラムを実行することにより、有音無音判定装置１ａ全体の動作を制御する。
ＲＡＭは、ＲＯＭから読み込まれるプログラムおよびそのプログラムの処理対象であるデータを格納する。
ＲＯＭは、ＣＰＵにより実行されるプログラムが格納される。
そして、有音無音判定装置１ａは、プログラムが実行されることにより、フレーム音量算出部１１と、雑音音量推定部１２と、有音無音判定部１３と、低域通過フィルタ２１と、フレーム音量選択部２２として機能する。
【００１３】
フレーム音量算出部１１は、時系列の音響波形である入力信号を、所定長（例えば１０ｍｓ）のフレーム期間に区切り、そのフレーム期間ごとのフレーム音量Ｒを算出する。フレーム音量Ｒは、入力信号（またはその信号強度）を２乗積分したフレームパワーとして求めてもよいし、入力信号（またはその信号強度）の絶対値を積分した絶対値積分として求めてもよい。
以下、ｆ番目のフレームにおけるフレーム音量Ｒを、Ｒ（ｆ）と表現する。つまり、「（ｆ）」は、ｆ番目のフレームにおけるパラメータ値を示す。
【００１４】
フレーム音量選択部２２は、フレーム音量Ｒと固定閾値Ｔｈとを入力し、ｍａｘ（Ｒ，Ｔｈ）を出力する。これにより、音声が無音で雑音も小さい時間帯におけるフレーム音量Ｒが小さくても、フレーム音量選択部２２から出力されるｍａｘ（Ｒ，Ｔｈ）は、固定閾値Ｔｈの値となる。
固定閾値Ｔｈ（閾値音量）は、例えば、１より大きい値（１６など）である。
ｍａｘ（ｘ，ｙ）は、ｘおよびｙのうちで値の大きいものを選択する関数である。
【００１５】
低域通過フィルタ２１は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）であり、フレーム音量選択部２２の出力ｍａｘ（Ｒ，Ｔｈ）を入力し、その周波数特性における低域成分を通過させた信号Ｒｄ（一次遅れ信号）を、雑音音量推定部１２および有音無音判定部１３に出力する。その信号Ｒｄは、雑音音量推定部１２および有音無音判定部１３に入力され、フレーム音量Ｒの代わりに使用される。
信号Ｒｄは、フレーム音量の変動の高周波成分を低減した信号であり、波形としては平滑化されている。信号Ｒｄは、雑音音量が比較的大きい時間帯では、雑音音量を平均化した値となる。
なお、低域通過フィルタ２１は、省略可能である。そのときには、雑音音量推定部１２および有音無音判定部１３は、Ｒｄの代わりにｍａｘ（Ｒ，Ｔｈ）を用いてそれぞれ計算する。
【００１６】
図２は、低域通過フィルタ２１の詳細を示す説明図である。ここで、ｚ−１＝ｅ−ｓτは、時間τの遅延要素である。
図２（ａ）は、低域通過フィルタ２１の内部構成を示し、図２（ｂ）は、低域通過フィルタ２１の周波数特性の一例を示す。低域通過フィルタ２１として、例えば、以下のパラメータ値を設定する。
ＬＰＦ（Ｆｓ：１００Ｈｚ、ＣＲ：３５ｍｓ）
ａ＝ｅｘｐ（−τ／ＣＲ）＝ｅｘｐ（−１０ｍｓ／３５ｍｓ）＝０．７５１５
τ＝１０ｍｓ（サンプリング周期、フレーム周期）
ＣＲ＝３５ｍｓ（時定数）
【００１７】
このような低域通過フィルタ２１を通過させることにより、信号のレベル変動幅が小さい雑音が高周波成分としてカットされつつ、レベル変動幅が大きい音声などの有音成分は低周波成分として通過する。これにより、有音無音判定部１３が判定する信号Ｒｄを構成する音量から雑音の音量が低減されるので、有音無音判定部１３の判定精度を向上させることができる。
【００１８】
図１に戻り、雑音音量推定部１２は、以下の式に従い、ｆ番目のフレームにおける雑音音量推定値Ｂｄ（ｆ）を算出することで、雑音音量推定値Ｂｄ（ｆ）を信号Ｒｄ（ｆ）に近づける。
Ｂｄ（ｆ）＝ｍｉｎ（Ｒｄ（ｆ），ｍａｘ（Ｂｄ（ｆ−１）×Ｄ，Ｂｄ（ｆ−１）＋１））
Ｂｄ（０）＝０
ｍｉｎ（ｘ，ｙ）は、ｘおよびｙのうちで値の小さいものを選択する関数である。
Ｄは、雑音音量推定係数であり、例えば、１．００２６である。
なお、前記した雑音音量推定部１２の計算方法は、今回のフレーム音量Ｒｄ（ｆ）と、推定された前回までの雑音音量Ｂｄ（ｆ−１）とをもとに、今回の雑音音量Ｂｄ（ｆ）を推定するためのあくまで一例であり、これに限定されるものではない。
【００１９】
有音無音判定部１３は、低域通過フィルタ２１の出力（信号Ｒｄ）と、雑音音量推定部１２の出力（雑音音量推定値Ｂｄ）とをもとに、１フレームごとにそのフレームが有音か無音かを判定する。
有音無音判定部１３は、判定式「Ｒｄ（ｆ）＞Ｂｄ（ｆ）×Ｔ」を満たすなら、ｆ番のフレームを有音フレームと判定し、その判定式を満たさないなら、ｆ番のフレームを無音フレームと判定する。
なお、前記した有音無音判定部１３の計算方法は、フレーム音量Ｒｄ（ｆ）が今回の雑音音量Ｂｄ（ｆ）をもとにした判定用閾値（Ｂｄ（ｆ）×Ｔ）より大きいときに、フレーム音量Ｒｄ（ｆ）の計算元となるフレーム（ｆ）を有音期間のフレームと判定するためのあくまで一例であり、これに限定されるものではない。
Ｔは、有音音量閾値であり、例えば、１６である。
なお、有音無音判定部１３の有音音量閾値Ｔを単に大きくするだけでは、雑音のフレームを無音として正しく判定するケースは確かに増加するものの、音声のフレームも無音として誤判定するケースも併せて増加してしまい、結局有音無音判定部１３の判定精度は向上しない。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態に関する有音無音判定装置１ｂを示す構成図である。この有音無音判定装置１ｂは、図１の有音無音判定装置１ａの構成に対して、フレーム音量算出部１１の前段部に帯域通過フィルタ２３を追加した構成である。帯域通過フィルタ２３は、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）である。これにより、有音無音判定装置１ｂのフレーム音量算出部１１は、入力信号のフレーム音量を算出する代わりに、入力信号から帯域通過フィルタ２３によって雑音が除去された信号のフレーム音量を算出する。
【００２１】
図４は、帯域通過フィルタ２３の周波数特性の一例を示すグラフである。帯域通過フィルタ２３の特性は、音声の第３フォルマントの周波数帯である３ｋＨｚ付近の信号を抽出するものである。これにより、音声信号よりも雑音の減衰量が大きくなる。
【００２２】
これにより、自動車騒音などの低域雑音が大きいケースにおいて、雑音音量の減衰量を大きくすることができる。一方、帯域通過フィルタ２３を用いない構成では、音声信号が雑音に埋もれてしまい、有音期間を無音と誤判定してしまうという場合もある。
【００２３】
以上説明した本実施形態によれば、有音無音判定処理の精度を高めることができる。
特に、フレーム音量選択部２２においてｍａｘ（Ｒ，Ｔｈ）を出力するようにしたので、フレーム音量Ｒが小さいときでも、雑音音量推定値Ｂｄが固定閾値Ｔｈに追従するため、フレーム音量Ｒに追従して小さい値になることを抑制する。よって、有音無音の判定閾値「Ｂｄ（ｆ）×Ｔ」が過剰に小さくならないので、無音期間を有音と誤判定することを抑制できる。以下、この効果を説明するために、比較例を用いて具体的に説明する。
【００２４】
図５は、比較例に関する有音無音判定装置１ｃを示す構成図である。この有音無音判定装置１ｃは、図１の有音無音判定装置１ａから、フレーム音量算出部１１と、雑音音量推定部１２と、有音無音判定部１３と、を抽出した構成である。
フレーム音量算出部１１は、ｆ番目のフレーム音量Ｒ（ｆ）を計算する。
雑音音量推定部１２は、Ｂ（ｆ）＝ｍｉｎ（Ｒ（ｆ），ｍａｘ（Ｂ（ｆ−１）×Ｄ，Ｂ（ｆ−１）＋１））により、雑音音量推定値Ｂ（ｆ）を計算する。
有音無音判定部１３は、判定式「Ｒ（ｆ）＞Ｂ（ｆ）×Ｔ」を満たすなら、ｆ番のフレームを有音フレームと判定し、その判定式を満たさないなら、ｆ番のフレームを無音フレームと判定する。
【００２５】
図６は、図１の有音無音判定装置１ａ、および図５の有音無音判定装置１ｃ、それぞれについての、有音無音判定部１３の判定閾値（判定式の右辺）を、フレーム音量Ｒ（ｆ）と対比させたグラフである。
有音無音判定装置１ｃの判定閾値Ａは、Ｂ（ｆ）×Ｔであり、フレーム音量Ｒ（ｆ）に追従している。
有音無音判定装置１ａの判定閾値Ｂは、Ｂｄ（ｆ）×Ｔであり、フレーム音量Ｒ（ｆ）に追従しつつ、フレーム音量Ｒ（ｆ）が小さいときには、固定閾値Ｔｈに追従する。
フレーム音量Ｒ（ｆ）が減少しつつ、０に近づく時間帯Ｔ１では、フレーム音量Ｒ（ｆ）が判定閾値Ａおよび判定閾値Ｂのそれぞれより小さいので、有音無音判定装置１ａでも有音無音判定装置１ｃでも「無音期間」と正しく判定される。
フレーム音量Ｒ（ｆ）が０から増加する時間帯Ｔ２では、まず、フレーム音量Ｒ（ｆ）が判定閾値Ａより大きいので、有音無音判定装置１ｃは「有音期間」と誤認識する。一方、フレーム音量Ｒ（ｆ）が判定閾値Ｂより小さいので、有音無音判定装置１ａは「無音期間」と正しく認識する。
【００２６】
以上説明した有音無音判定装置１ａ，１ｂが出力する有音無音の判定結果は、以下に例示するような様々な後段のシステムに応用することができる。
ボイスレコーダなどの有音期間の切り出しシステムは、録音された入力信号のうちの有音と判定された期間だけを切り出して、記憶手段に記憶する。
音声認識システムは、入力信号のうちの有音と判定された期間だけを対象として、音声認識を実施する。
ノイズ除去システムは、入力信号のうちの無音と判定された期間だけを対象として、ノイズ信号の特性を学習する。そして、学習されたノイズ信号の特性をもとに、将来の入力信号からノイズを除去する。
特許文献１などに記載される音声伝送システムは、入力信号である音声信号のうちの有音と判定された期間だけをパケット化して伝送することにより、パケットのデータ量を削減できるので、通信効率を向上させることができる。また、装置間のクロック偏差に伴いゆらぎ吸収バッファに音声データが蓄積された時、音声データの無音期間を間引くことにより遅延を回復し、伝送品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１ａ，１ｂ，１ｃ  有音無音判定装置
１１    フレーム音量算出部
１２    雑音音量推定部
１３    有音無音判定部
２１    低域通過フィルタ
２２    フレーム音量選択部
２３    帯域通過フィルタ
【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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