(57)【要約】【課題】電磁ノイズによって発生した可聴ノイズを効果的に抑制する。【解決手段】センサ部２１１，２１２，２１３で電磁ノイズを検出して検出ノイズ信号を信号分離部２２１へ送信し、信号分離部２２１が検出ノイズ信号とノイズ混合音声信号を入力して独立成分分析法により分離信号を算出し、類似度判定部２２２がノイズ混合音声信号と分離信号それぞれとの類似度を算出し、信号出力部２３が分離信号の中からノイズ混合音声信号に最も近い分離信号を選択して出力する。これにより、外来の電磁ノイズによって電話機１に発生した可聴ノイズを効率的に抑制することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ノイズを検出する１つ以上のセンサと、
音声信号と前記センサが検知した検出信号を入力し、独立成分分析手法により２つ以上の分離信号を生成する信号分離手段と、
前記音声信号と前記分離信号それぞれとの類似度を判定する類似度判定手段と、
前記音声信号との類似度が最も高い前記分離信号を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする電磁ノイズ除去フィルタ。
【請求項２】
前記検出信号の任意の周波数成分を選択通過させて前記信号分離手段へ入力するフィルタ手段を有することを特徴とする請求項１記載の電磁ノイズ除去フィルタ。
【請求項３】
前記センサの周波数特性を事前に記録しておき、当該周波数特性に基づいて前記検出信号の周波数特性を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電磁ノイズ除去フィルタ。
【請求項４】
１つ以上のセンサにより、  電磁ノイズを検出するステップと、
音声信号と前記センサが検知した検出信号を入力し、独立成分分析手法により２つ以上の分離信号を生成するステップと、
前記音声信号と前記分離信号それぞれとの類似度を判定するステップと、
前記音声信号との類似度が最も高い前記分離信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする電磁ノイズ除去方法。
【請求項５】
前記検出信号の任意の周波数成分を選択通過させるステップを有することを特徴とする請求項４記載の電磁ノイズ除去方法。
【請求項６】
前記センサの周波数特性を事前に記録しておき、当該周波数特性に基づいて前記検出信号の周波数特性を補正するステップを有することを特徴とする請求項４又は５記載の電磁ノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ノイズによって可聴ノイズが混入した音声信号から可聴ノイズを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線電波やインバータ機器等から発生する不要電波（電磁ノイズ）が引き起こす各種の電磁障害が問題となっている。不要電波が通信線等に誘導した場合、通信機器に電磁障害が発生する可能性があることから、国際的にも各種妨害波の規制の動きがある（例えば、IEC/CISPR Pub.22）。こうした状況の中で、外来の電磁ノイズによって、電話機に可聴ノイズが発生する問題が深刻化しており、その対策が求められている（非特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図６，７にアナログ回線型とデジタル回線型の電話機の内部回路例を示す。アナログ回線型とデジタル回線型の分類によって基本回路構成は異なるが、いずれのタイプについても、音声信号が通信回線を介して電話機５，６へ送信され、極性一致回路５１，６１や通信回路５６，６６を介して受話器５７，６７に音声信号が出力される。また、送話器５８，６８から音声を入力して通信回線へ音声信号を送出する。電磁ノイズが通信回線を介して電話機５，６内部に侵入すると受話器５７，６７に可聴ノイズが発生することがある。通信回線を介するだけでなく、電話機５，６が外部電源を備えるタイプの場合、電源線を介して外来電磁ノイズが侵入することがあり、さらに、電話機５，６の内部回路に直接的に電磁ノイズが誘導することもある。
【０００４】
このような通信機器の電磁ノイズの対策法として、これまでに、通信線用コモンモードノイズフィルタを用いる方法（例えば、特許文献１）、通信回路の出力信号を検知してＳ／Ｎ比を改善する方法（例えば、特許文献２）、あるいは、フェライトコアを通信線に設置する方法等が提案されている。
【０００５】
ところで、複数の信号が混在して観測される環境下において、混合前の元信号変動を推定する手法として、独立成分分析手法（非特許文献２，３参照）があり、実環境への適用を目的とした装置やプログラムが提案されている（特許文献３，４，５，６，７，８参照）。
【０００６】
独立成分分析手法は、混合したＮ個の信号を同時に観測し、分離処理を施して、混合前のＮ個の信号を推定する手法であり、これまで、主として混在する音声信号や生体信号の分離実現を目的に検討が進められてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平０６−０２９２２６号公報
【特許文献２】特許第３２３１６４０号公報
【特許文献３】特許第３８８７２４７号公報
【特許文献４】特開２００４−１１０４０４号公報
【特許文献５】特開２００５−０９１５６０号公報
【特許文献６】特開２００５−２５８３６３号公報
【特許文献７】特開２００６−３３７８５１号公報
【特許文献８】特開２００６−２４３６６４号公報
【特許文献９】特開２００７−２０６０３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中村、馬杉、「階層型クラスタリングを用いた電話機可聴雑音分析法の検討」、電子情報通信学会論文誌、２００７年６月、Ｖｏｌ．Ｊ９０−Ｂ、Ｎｏ．６、ｐ．６１２−６１５
【非特許文献２】A. Hyvaerinen, "Survey on Independent Component Analysis", Neural Computing Surveys, 1999, 2, p.94-128
【非特許文献３】A. Hyvaerinen, and E. Oja, "Independent Component Analysis: Algorithms and Applications", Neural Networks, 2000, 13(4-5), p.411-430
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の電磁ノイズの対策法は、電磁誘導の要因となる不要電波・電磁妨害波源が明確である場合、あるいは特定の周波数帯における誘導信号を削除する場合に有効である。しかしながら、様々な電磁ノイズが存在するため、ノイズ種別に応じてフィルタの最適化を図り選択する必要があるという問題があった。例えば、従来のＬＣ型ノイズフィルタは、回路素子特有の共振周波数を有するため、所望の減衰量を一定の周波数帯域で得ることができない、とりわけ低い周波数帯域をカットするノイズフィルタの場合インダクタンス素子が大型化する、等の制約がある。また、電磁誘導の要因となる不要電波・電磁妨害波の周波数帯域が事前に特定できない事象への対応が容易ではないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部からの電磁ノイズや通信線間の相互干渉・誘導によって発生した可聴ノイズを効果的に抑制するフィルタを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の本発明に係る電磁ノイズ除去フィルタは、電磁ノイズを検出する１つ以上のセンサと、音声信号とセンサが検知した検出信号を入力し、独立成分分析手法により２つ以上の分離信号を生成する信号分離手段と、音声信号と分離信号それぞれとの類似度を判定する類似度判定手段と、音声信号との類似度が最も高い分離信号を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記電磁ノイズ除去フィルタにおいて、検出信号の任意の周波数成分を選択通過させて信号分離手段へ入力するフィルタ手段を有することを特徴とする。
【００１３】
上記電磁ノイズ除去フィルタにおいて、センサの周波数特性を事前に記録しておき、当該周波数特性に基づいて検出信号の周波数特性を補正する補正手段を有することを特徴とする。
【００１４】
第２の本発明に係る電磁ノイズ除去方法は、１つ以上のセンサにより、電磁ノイズを検出するステップと、音声信号とセンサが検知した検出信号を入力し、独立成分分析手法により２つ以上の分離信号を生成するステップと、音声信号と分離信号それぞれとの類似度を判定するステップと、音声信号との類似度が最も高い分離信号を出力するステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
上記電磁ノイズ除去方法において、検出信号の任意の周波数成分を選択通過させるステップを有することを特徴とする。
【００１６】
上記電磁ノイズ除去方法において、センサの周波数特性を事前に記録しておき、当該周波数特性に基づいて検出信号の周波数特性を補正するステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外部からの電磁ノイズや通信線間の相互干渉・誘導によって発生した可聴ノイズを効果的に抑制するフィルタを提案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態におけるノイズ除去フィルタの構成を示すブロック図である。
【図２】上記ノイズ除去フィルタの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】上記ノイズ除去フィルタを適用したときの効果を示す図である。
【図４】本実施の形態における別のノイズ除去フィルタの構成を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態におけるさらに別のノイズ除去フィルタの構成を示すブロック図である。
【図６】アナログ回線型電話機の構成を示すブロック図である。
【図７】デジタル回線型電話機の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】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態におけるノイズ除去フィルタを備えた電話機の構成を示すブロック図である。同図では、アナログ回線型の電話機１の内部にノイズ除去フィルタ２を設置した実施例を示している。ノイズ除去フィルタ２は、センサ部２１１，２１２，２１３、信号解析部２２、及び信号出力部２３を備える。同図では３つのセンサ部２１１，２１２，２１３を図示しているが、ノイズ除去フィルタ２はＮ−１個（Ｎは２以上の整数）のセンサ部を備えるものとする。信号解析部２２は、信号分離部２２１と類似度判定部２２２を備える。電話機１は、通信回線を介して通話を行うための、極性一致回路５１、電源回路５２、トーンリンガ回路５３、ダイヤル発振回路５４、ダイヤルスイッチ５５、通話回路５６、受話器５７、および送話器５８を備える。通話回路５６の音声信号出力部５６１は、ノイズ除去フィルタ２の信号分離部２２１に接続され、ノイズ除去フィルタ２の信号出力部２３は、受話器５７に接続される。
【００２１】
図１では、電磁ノイズ源１００から発生した電磁ノイズが、空間あるいは通信回線等を経由して電話機１の内部へ侵入した条件下で、受話器５７から聞こえる可聴ノイズを除去する構成に対応している。
【００２２】
センサ部２１１，２１２，２１３は、空間を伝播する電磁ノイズ、通信回線へ誘導した電磁ノイズ、および電話機１の内部回路へ誘導した電磁ノイズを検出し、検出信号（以下、「検出ノイズ信号」と称する）を信号解析部２２へ送信する。また、この処理と平行して、通話回路５６の音声信号出力部５６１から受話器５７へ送られる可聴ノイズを含んだノイズ混合音声信号も、順次、信号解析部２２へ送られる。
【００２３】
信号分離部２２１は、Ｎ−１個の検出ノイズ信号とノイズ混合音声信号を入力し、独立成分分析手法により、Ｎ個の分離信号の算出（元信号の推定）を行う。導出されるＮ個の分離信号は、検出ノイズ信号と可聴ノイズ混入前の音声信号推定値に相当する。このとき利用する独立成分分析手法としては、非ガウス性の最大化に基づく手法、最尤推定に基づく手法、相互情報量に基づく手法、非線形関数無相関に基づく手法、テンソルに基づく手法などのうち１つ以上が選択可能である。
【００２４】
類似度判定部２２２は、ノイズ混合音声信号と、信号分離部２２１において算出されたＮ個の分離信号を入力し、ノイズ混合音声信号と分離信号それぞれの類似度を算出する。相互データ間の類似度の算出方法としては、ノイズ混合音声信号と分離信号間の相互相関係数が利用可能である。ノイズ混合音声信号（サンプル数ｍのデータ）をｘ＝｛ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｍ｝とし、Ｎ個の分離信号（サンプル数ｍのデータ）をｙ１＝｛ｙ１−１，ｙ１−２，・・・，ｙ１−ｍ｝，ｙ２＝｛ｙ２−１，ｙ２−２，・・・，ｙ２−ｍ｝，・・・，ｙＮ＝｛ｙＮ−１，ｙＮ−２，・・・，ｙＮ−ｍ｝とすると、相互相関係数ρは次式で定義される。
【００２５】
ρ(x,y)=Ｅ[(x-Ｅ[x])(yi-Ｅ[yi])]/σxσyi  (i=1,2,・・・,N)
ここで、Ｅ［］，σは各標本データの平均値と標準偏差を示す。
【００２６】
なお、類似度判定部２２２において算出する標本データ間の相関度としては、上式の相互相関係数を対象とするのではなく、相互相関係数の加工値（２乗値、逆数など）、対象データ間の距離（ユークリッド距離、ミンコフスキー距離、マハラノビス距離など）、クラスター型分析手法（階層的クラスタリング、ｃ平均法、ｋ平均法、ファジィｃ平均法など、特許文献９参照）により算出される相互データ間の類似度（データ間の距離）、などを１つ以上利用する方法も考えられる。
【００２７】
信号出力部２３は、類似度判定部２２２において算出した類似度に基づいて、Ｎ個の分離信号の中から、ノイズ混合音声信号に最も近い分離信号を選択し、受話器５７へ出力する。具体的には、センサ部２１１，２１２，２１３においてノイズ信号が検出された条件下では、通話回路５６から受話器５７への音声信号（ノイズ混合音声信号）の出力を停止して、ノイズ除去フィルタ２がノイズ混合音声信号から分離したノイズ混合音声信号に最も近い分離信号を受話器５７へ出力する。あるいは、ノイズ信号の検出の有無にかかわらず、通話回路５６から受話器５７へ直接音声信号を出力せず、ノイズ除去フィルタ２からの分離信号を受話器５７へ出力する。信号出力部２３では、元のノイズ混合音声信号のレベルを考慮して、選択した分離信号のレベルの調整が可能である。
【００２８】
図１に示す実施例では、電話機１の内部にノイズ除去フィルタ２を配置したが、電話機１の外部に設置するものでもよい。もちろん、図７に示したデジタル回線型の電話機に対しても同様に適用可能であり、その他の機器にも適用可能である。
【００２９】
次に、ノイズ除去フィルタ２の処理の流れについて説明する。
【００３０】
図２は、ノイズ除去フィルタ２の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
信号分離部２２１は、センサ部２１１，２１２，２１３が検出した検出ノイズ信号と、通話回路５６から受話器５７へ送られるノイズ混合音声信号を入力する（ステップＳ１１）。
【００３２】
続いて、信号分離部２２１は、入力した検出ノイズ信号とノイズ混合音声信号に基づいて、独立成分分析手法により、分離信号を算出する（ステップＳ１２）。
【００３３】
続いて、類似度判定部２２２は、信号分離部２２１が算出した分離信号それぞれとノイズ混合音声信号との類似度を算出する（ステップＳ１３）。
【００３４】
そして、信号出力部２３は、類似度判定部２２２が算出した類似度に基づいて、ノイズ混合音声信号に最も近い分離信号を選択し、受話器５７へ出力する（ステップＳ１４）。
【００３５】
このように、以上の一連の処理によって、センサ部２１１，２１２，２１３が検出した検出ノイズ信号と可聴ノイズ成分を含むノイズ混合音声信号を元に、可聴ノイズ混合前の音声信号を生成することが可能となる。
【００３６】
次に、本実施の形態におけるノイズ除去フィルタの効果について説明する。
【００３７】
図３は、通信回線に電磁ノイズを印加して可聴ノイズを発生させた環境下でのノイズ除去フィルタ２適用時の効果例を示す図であり、同図（ａ）は、電磁ノイズ印加前の音声信号の波形を示し、同図（ｂ）は、電磁ノイズ印加後のノイズ混合音声信号の波形を示し、同図（ｃ）は、ノイズ混合音声信号をノイズ除去フィルタ２で分離処理した音声信号の波形を示し、同図（ｄ）は、センサ部２１１，２１２，２１３で検出した検出ノイズ信号の波形を示す。図３（ｃ）に示すように、ノイズ除去フィルタ２でノイズ混合音声信号を分離処理した後は、ノイズ成分が除去され、元の音声信号に近い波形になっていることが確認できる。このように、本実施の形態におけるノイズ除去フィルタの処理が極めて有効であることがわかる。
【００３８】
次に、本実施の形態における別のノイズ除去フィルタについて説明する。
【００３９】
図４は、本実施の形態における別のノイズ除去フィルタの構成を示すブロック図である。同図に示すノイズ除去フィルタ２は、図１に示したノイズ除去フィルタと比べてフィルタ部２４を備える点で異なる。
【００４０】
フィルタ部２４は、センサ部２１１，２１２，２１３からの検出ノイズ信号の任意の周波数成分を選択的に通過させる機能を有する帯域選択フィルタである。フィルタ部２４を備えることにより、例えば、可聴帯以下の電磁ノイズ成分のみを信号分離部２２１へ出力させることで、ノイズ混合音声信号から可聴ノイズ成分わ分離処理する際の精度を改善することができる。なお、図４では、複数のセンサ部２１１，２１２，２１３に対してフィルタ部２４を１つだけ設置したが、各センサ部２１１，２１２，２１３毎に設定するものでもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態におけるさらに別のノイズ除去フィルタについて説明する。
【００４２】
図５は、本実施の形態におけるさらに別のノイズ除去フィルタの構成を示すブロック図である。同図に示すノイズ除去フィルタ２は、図１に示したノイズ除去フィルタと比べて補正部２５を備える点で異なる。
【００４３】
電磁波などを検出するセンサ部２１１，２１２，２１３は、一定の周波数特性を有する場合がある。その結果、センサ部２１１，２１２，２１３の周波数特性により、検出ノイズ信号には、一定の波形応答歪が含まれるケースがある。こうした課題を解決する手段として、図５に示す実施例では、センサ部２１１，２１２，２１３の周波数特性を事前に記録し、記録された周波数特性に応じて、検出ノイズ信号を補正する補正部２５を備えた。補正部２５は、時間領域で検出した検出ノイズ信号を周波数領域へ変換し、変換された周波数領域データに対して、任意の周波数分解能により、事前に把握しているセンサ部２１１，２１２，２１３の周波数特性を用いて検出ノイズ信号を補正する。例えば、任意の周波数区間において、センサ部２１１，２１２，２１３の感度が低下する場合には、その周波数領域データのレベルを上げるなどの処理を施す。
【００４４】
このように、センサ部２１１，２１２，２１３の周波数特性の変動幅が大きく、検出ノイズ信号に歪みが含まれる場合でも、その歪みを効率的に補正し、元信号を精度良く推定することが可能となる。なお、図４に示したフィルタ部２４と併用する方法により、分離処理の精度のさらなる改善も期待できる。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、センサ部２１１，２１２，２１３で電磁ノイズを検出して検出ノイズ信号を信号分離部２２１へ送信し、信号分離部２２１が検出ノイズ信号とノイズ混合音声信号を入力して独立成分分析法により分離信号を算出し、類似度判定部２２２がノイズ混合音声信号と分離信号それぞれとの類似度を算出し、信号出力部２３が分離信号の中からノイズ混合音声信号に最も近い分離信号を選択して出力することで、外来の電磁ノイズによって電話機１に発生した可聴ノイズを効率的に抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１…電話機
２…ノイズ除去フィルタ
２１１，２１２，２１３…センサ部
２２…信号解析部
２２１…信号分離部
２２２…類似度判定部
２３…信号出力部
２４…フィルタ部
２５…補正部
１００…電磁ノイズ源
【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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