(57)【要約】【課題】マルチパス評価装置によるマルチパスの評価結果と、マルチパスの発生時のノイズを人間が官能的に評価した結果とが相違することを抑制する。【解決手段】音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置２０は、音声信号における分析期間において、マルチパスが発生したマルチパス発生期間と、マルチパス発生期間の回数とを検出するマルチパス検出部２３と、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間の割合と、分析期間におけるマルチパス発生期間の回数とに基づいて、マルチパスノイズの評価指標を出力する指標出力部２４とを備えている。【選択図】図４
2015119405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置であって、
前記音声信号における分析期間において、前記マルチパスが発生したマルチパス発生期間と、前記マルチパス発生期間の回数とを検出するマルチパス検出部と、
前記分析期間における前記マルチパス発生期間の総時間の割合と、前記分析期間における前記マルチパス発生期間の回数とに基づいて、マルチパスノイズの評価指標を出力する指標出力部とを備えているマルチパス評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空間を伝播したラジオの電波などの信号（Ｒ／Ｆ信号）を検波することにより得られた音声信号（オーディオ信号）を用いて、Ｒ／Ｆ信号の伝播時に発生するマルチパスを検出する技術が知られている。例えば特許文献１には、車載用ラジオ受信機などに用いられる受信機が記載されている。この受信機では、音声信号または受信信号レベルの少なくともいずれか一方に基づいてマルチパスの発生を検知している。また、特許文献２には、マルチパスノイズの検出を確実化するために、所定パルス幅の制御信号を積分することによりマルチパスを検出する積分回路を具備する受信機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７９１０９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６４６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、Ｒ／Ｆ信号を検波する機器（ラジオのチューナなど）における、マルチパスノイズを抑制する部分の性能を評価するためには、Ｒ／Ｆ信号を検波する機器から出力された音声信号に含まれるマルチパスノイズの評価指標が必要である。従来の技術を用いてマルチパスを検出する場合、このような評価指標として、音声信号の評価期間におけるマルチパス発生期間の総時間が考えられる。しかし、マルチパス発生期間の総時間を用いて、マルチパスノイズを評価する場合、その評価結果は、マルチパスノイズの音を人間が官能的に評価した結果（以下、「官能的評価結果」という場合がある。）とは相違する場合がある。つまり、マルチパス発生期間が長い場合は官能的評価結果の点数は悪くなるはずであるのに官能的評価結果の点数が良くなる場合や、マルチパス発生期間が短い場合は官能的評価結果の点数は良くなるはずであるのに官能的評価結果の点数が悪くなる場合がある。
【０００５】
本発明は、マルチパス評価装置によるマルチパスノイズの評価結果と官能的評価結果とが相違することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置であって、音声信号における分析期間において、マルチパスが発生したマルチパス発生期間と、マルチパス発生期間の回数とを検出するマルチパス検出部と、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間の割合と、分析期間におけるマルチパス発生期間の回数とに基づいて、マルチパスノイズの評価指標を出力する指標出力部とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間の割合と、分析期間におけるマルチパス発生期間の回数（以下、「マルチパス発生回数」ともいう。）に基づいて、マルチパスノイズの評価指標が出力される。ここで、本願発明者は、マルチパス発生回数がマルチパスノイズの音の官能的評価に対応していることに気が付いた。マルチパス発生回数が多い場合、例えば、「ザッザッザ」という雑音のように、マルチパスノイズの音の強さが大きく変化する回数が多く、官能的評価結果が悪くなる。本発明によれば、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間の割合に加えて、官能的評価結果の良否に対応するマルチパス発生回数に基づいて評価指標を出力する。そのため、マルチパス評価装置によるマルチパスの評価結果と官能的評価結果とが相違することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係るマルチパス評価装置を用いたラジオ評価系の概略構成図
【図２】音声信号の評価期間中における分析期間及びフレームの設定方法を説明するための図
【図３】音声信号のパワースペクトルを示す図表
【図４】マルチパス率をＸ座標で表してマルチパス発生回数をＹ座標で表すＸＹ座標系を用いた評価点数の決定方法を説明するための図表
【図５】マルチパス評価指標の算出方法を示すフローチャート
【図６】評価点数の高低を表す等高線を用いた評価点数の決定方法を説明するための図表
【図７】図６とは異なる等高線を記載した図表
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１−図７を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
［１．ラジオ評価系について］
まず、本実施の形態に係るマルチパス評価装置２０を用いたラジオ評価系１０について説明する。
【００１１】
ラジオ評価系１０は、図１に示すように、信号出力器１１と、ラジオ１２と、マルチパス評価装置２０とを備えている。信号出力器１１は、音声信号を含む試験信号を出力する。ラジオ１２は、信号出力器１１からの試験信号を受信して音声信号を検波する。ラジオ１２は、例えば、車両に搭載される車載ラジオであり、アンテナとチューナなどを備えている。マルチパス評価装置２０は、ラジオ１２から音声信号が入力されて、その音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのノイズ評価指標として、評価点数を出力する。この評価点数が高いほど、マルチパスノイズによる音質の劣化が少ない。なお、ラジオ評価系１０では、信号出力器１１の出力端子に接続されたケーブルが、疑似空中線（図示省略）を介して、ラジオ１２のアンテナ端子に接続されている。ラジオ１２では、試験信号がアンテナ端子からチューナへ入力される。
【００１２】
試験信号は、例えば、データ取得用のラジオ（ラジオ１２と同じであっても異なってもよい）がフィールドで受信したＲ／Ｆ信号である。つまり、試験信号は、データ取得用のラジオを搭載した車両の走行中に、そのラジオが実地で受信したＲ／Ｆ信号である。この試験信号は、検波をされてない状態の信号、つまりチューナに入力される前の信号である。典型的には、試験信号は、フィールドで例えば所定の期間に亘って取得され、メモリーに保存される。このメモリーは、信号出力器１１に装着され、信号出力器１１は、メモリーに保存された試験信号を出力する。試験信号は、データ取得用のラジオがフィールドで受信したＲ／Ｆ信号（電波）の伝播時に発生したマルチパスの影響を受けている。マルチパスが発生した場合、試験信号の検波により得られた音声信号には、マルチパスノイズが含まれる。
【００１３】
［２．マルチパス評価装置について］
続いて、本実施の形態に係るマルチパス評価装置２０について説明する。
マルチパス評価装置２０は、ラジオ１２から入力された音声信号の時系列データの全期間を評価期間に設定し、その音声信号の全体に対するノイズ評価指標として、評価点数を出力する。
【００１４】
ここで、実施の形態では、図２に示すように、評価期間の中に、複数の分析期間（図２ではｍ個の分析期間）が設定される。複数の分析期間は、何れの分析期間にも属さない空白期間が発生しないように、途切れることなく設定される。また、各分析期間の中には、複数のフレーム（図２ではｎ個のフレーム）が設定される。複数のフレームは、何れのフレームにも属さない空白期間が発生しないように、途切れることなく設定される。
【００１５】
図２では、各分析期間が、直前の分析期間に対して、フレームの半分の期間だけ重なるように設定されている。なお、各分析期間を直前の分析期間とは重ならせずに、各分析期間の開始時点を直前の分析期間の終了時点に一致させてもよい。この場合、評価期間は、複数の分析期間に分割されることになる。また、図２では、各フレームが、直前のフレームに対して、当該フレームの半分の期間だけ重なるように設定されている。なお、各フレームを直前のフレームとは重ならせずに、各フレームの開始時点を直前のフレームの終了時点に一致させてもよい。この場合、各分析期間は、複数のフレームに分割されることになる。
【００１６】
マルチパス評価装置２０は、各分析期間について、フィールドにおけるＲ／Ｆ信号の伝播時にマルチパスが発生したマルチパス発生期間の回数（以下、「マルチパス発生回数」ともいう。）と、分析期間の長さに対するマルチパス発生期間の総時間の割合であるマルチパス率とを検出する。マルチパス率は、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間の長さを反映した値の一例である。マルチパス評価装置２０は、全ての分析期間の各々で検出したマルチパス発生回数及びマルチパス率に基づいて、音声信号の全体に対する評価点数を出力する。マルチパス評価装置２０は、図１に示すように、収音部２１、周波数解析部２２、マルチパス検出部２３、および指標出力部２４を備えている。
【００１７】
収音部２１は、ラジオ１２から出力された音声信号（時系列のデジタル信号）を記録する。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。周波数解析部２２は、各分析期間について、フレーム単位で音声信号に対して周波数解析を行う。この周波数解析により、各フレームについて、図３に示すように、音声信号のパワーの周波数特性を表すパワースペクトルが作成される。各フレームのパワースペクトルは、例えば人間の可聴域（例えば２０Ｈｚ以上１４ｋＨｚ以下の帯域）を対象範囲として作成される。
【００１８】
以下では、パワースペクトルの全対象範囲（人間の可聴域）を「全周波数帯域（Ｏｖｅｒａｌｌ）」という。また、パワースペクトルの全対象範囲（人間の可聴域）の高周波側の帯域（例えば、１０ｋＨｚ以上１４ｋＨｚ以下の帯域）を「高周波帯域（Ｂａｎｄ）」という。
【００１９】
マルチパス検出部２３は、全ての分析期間の各々において、各フレームを判定対象にして、Ｒ／Ｆ信号の伝播時にマルチパスが発生したマルチパスフレームであるか否かを判定するマルチパス判定を行う。そして、マルチパス検出部２３は、各フレームのマルチパス判定の結果に基づいて、分析期間の中から、時間軸に沿って連続する複数のマルチパスフレームの小集団、及び、単一のマルチパスフレーム（直前と直後のフレームがマルチパスフレームと判定されなかったマルチパスフレーム）を、マルチパス発生期間として検出する。マルチパス検出部２３は、各分析期間について、１つ又は複数のマルチパス発生期間を検出する。さらに、マルチパス検出部２３は、各分析期間について、マルチパス率及びマルチパス発生回数を検出する。
【００２０】
各分析期間で検出されたマルチパス率及びマルチパス発生回数は、図４に示すように、「マルチパス率」をＸ座標で表して「マルチパス発生回数」をＹ座標で表す直交座標系（ＸＹ座標系）上の点Ｐの座標値で表される。
【００２１】
指標出力部２４は、全ての分析期間の点Ｐを母集団３０とした統計処理を行い、マルチパス評価装置２０に入力された音声信号の全体に対する評価点数を算出する。例えば、指標出力部２４は、上記統計処理により、全ての点Ｐを代表する点の座標値を成分とするベクトルとして、図４に示すセントロイドベクトルＳを算出し、そのセントロイドベクトルＳの長さを評価点数として算出する。なお、マルチパス率の代わりに、分析期間におけるマルチパス発生期間の総時間又はマルチパスフレームの数をＸ座標で表した点Ｐに対して統計処理を行い、評価点数を算出してもよい。
【００２２】
［３．マルチパス評価指標の算出方法について］
続いて、図５のフローチャートを参照して、ラジオ評価系１０を用いたマルチパス評価指標の算出方法について説明する。
【００２３】
まず、ステップＳ２０１で、信号出力器１１が、試験信号の出力を開始する。次に、ステップＳ２０２で、ラジオ１２が、信号出力器１１から出力された試験信号を受信して、チューナによって音声信号を検波する。ラジオ１２により、試験信号から音声信号が取り出される。次に、ステップＳ２０３で、収音部２１が、ラジオ１２から出力された音声信号の記録を開始する。なお、信号出力器１１は、試験信号の全期間に亘って試験信号を出力する。ラジオ１２は、試験信号の全期間に亘って音声信号を検波する。収音部２１は、音声信号の全期間に亘って音声信号を記録する。
【００２４】
ステップＳ２０４では、１つの分析期間分の音声信号が収音部２１に記録される度に、周波数解析部２２が、その分析期間を処理対象期間として、その処理対象期間の中に、時間軸に沿って、図２に示すように、第１フレームから第ｎフレームまでのｎ個のフレームを設定する。そして、周波数解析部２２は、処理対象期間の各フレームの音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。この周波数解析により、各フレームについて、図３に示すように、音声信号のパワーの周波数特性を表すパワースペクトルが得られる。
【００２５】
ステップＳ２０５では、マルチパス検出部２３が、処理対象期間の各フレームのマルチパス判定に用いる判定用閾値として、第１の閾値Ｔ１及び第２の閾値Ｔ２を設定する。
【００２６】
例えば、第１の閾値Ｔ１は、数式１を用いて、処理対象期間の全てのフレームのパワースペクトルの全周波数帯域におけるパワーの最大値（ＭＡＸ＿Ｏｖｅｒａｌｌ）とパワーの平均値（Ａｖｅ＿Ｏｖｅｒａｌｌ）の間を所定の割合で按分した値に設定される。数式１において、Ａは、所定の設定値（例えば７０％）であり、例えばマルチパス評価装置２０に予め設定されている。最大値（ＭＡＸ＿Ｏｖｅｒａｌｌ）と平均値（Ａｖｅ＿Ｏｖｅｒａｌｌ）は、処理対象期間の全てのフレームに対する周波数解析結果から取得される。
【数１】
2015119405.tif 000003
【００２７】
例えば、第２の閾値Ｔ２は、数式２を用いて、処理対象期間の全てのフレームのパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの最大値（ＭＡＸ＿Ｂａｎｄ）とパワーの平均値（Ａｖｅ＿Ｂａｎｄ）の間を所定の割合で按分した値に設定される。数式２において、Ｂは、所定の設定値（例えば９０％）であり、例えばマルチパス評価装置２０に予め設定されている。最大値（ＭＡＸ＿Ｂａｎｄ）と平均値（Ａｖｅ＿Ｂａｎｄ）は、処理対象期間の全てのフレームに対する周波数解析結果から取得される。なお、第２の閾値Ｔ２は、処理対象期間の全てのマルチパス候補フレーム（後述）のパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの最大値（ＭＡＸ＿Ｂａｎｄ）とパワーの平均値（Ａｖｅ＿Ｂａｎｄ）の間を所定の割合で按分した値に設定してもよい。
【数２】
2015119405.tif 000004
【００２８】
ステップＳ２０６では、マルチパス検出部２３が、処理対象期間の各フレームを判定対象としてマルチパス判定を行う。マルチパス判定では、処理対象期間の全フレームの中からマルチパス候補フレームを抽出する第１抽出動作が行われ、次に、第１抽出動作によって抽出された全てのマルチパス候補フレームの中から、マルチパスフレームを抽出する第２抽出動作が行われる。
【００２９】
第１抽出動作では、マルチパス検出部２３が、処理対象期間の各フレームについて、パワースペクトルからその全周波数帯域におけるパワーの平均値を取得し、そのパワーの平均値が第１の閾値Ｔ１を超えるという第１条件が成立するか否かを判定する。マルチパス検出部２３は、第１条件が成立するフレームを、マルチパス候補フレームとして抽出する。第１抽出動作では、処理対象期間の全フレームの中で全周波数帯域におけるパワーの平均値が相対的に高いフレームが、マルチパス候補フレームとして抽出される。
【００３０】
第２抽出動作では、マルチパス検出部２３が、第１抽出動作で抽出された各マルチパス候補フレームについて、パワースペクトルからその高周波帯域におけるパワーの平均値を取得し、そのパワーの平均値が第２の閾値Ｔ２を超えるという第２条件が成立するか否かを判定する。マルチパス検出部２３は、第２条件が成立するフレームを、マルチパスフレームとして抽出する。第２抽出動作では、処理対象期間の全てのマルチパス候補フレームの中で高周波帯域におけるパワーの平均値が相対的に高いフレームが、マルチパスフレームとして抽出される。
【００３１】
なお、本願発明者は、マルチパスが発生する場合は、音声信号のパワースペクトルにおいて高周波帯域にマルチパスノイズのパワーが存在していることを見つけ出した。従って、第２抽出動作を行うことで、マルチパスフレームを精度よく検出することができる。本実施の形態では、第１抽出動作及び第２抽出動作を行っているが、第２抽出動作だけによってマルチパスフレームを検出してもよい。
【００３２】
さらに、マルチパス検出部２３は、処理対象期間の中から、時間軸に沿って連続する複数のマルチパスフレームの小集団、及び、単一のマルチパスフレームを、マルチパス発生期間として検出する。マルチパスフレームの小集団では、最初のマルチパスフレームの開始時点から、最後のマルチパスフレームの終了時点までが、マルチパス発生期間となる。単一のマルチパスフレームでは、そのマルチパスフレーム開始時点から終了時点までが、マルチパス発生期間となる。
【００３３】
ステップＳ２０７では、マルチパス検出部２３が、評価用の第１パラメータとして、ステップ２０６で検出されたマルチパス発生期間の回数を検出する。また、マルチパス検出部２３は、評価用の第２パラメータとして、処理対象期間のフレーム数ｎによってマルチパスフレーム数を除することによりマルチパス率を算出する。
【００３４】
ステップＳ２０４からＳ２０７までの処理により、１つの分析期間について、マルチパス発生回数及びマルチパス率の検出処理は終了する。
【００３５】
ステップＳ２０８では、マルチパス検出部２３が、全評価期間について上記検出処理が終了したか否かを判定する。マルチパス検出部２３は、検出処理が終了していないと判定した場合は、ステップＳ２０４へ戻り、次の分析期間を処理対象期間として、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７までの処理を行い、その次の分析期間についてマルチパス発生回数及びマルチパス率を検出する。一方、マルチパス検出部２３は、検出処理が終了したと判定した場合は、ステップＳ２０９へ進み、全ての分析期間のマルチパス発生回数及びマルチパス率を指標出力部２４へ出力する。
【００３６】
ステップＳ２１０では、指標出力部２４が、図４に示すように、全ての分析期間の点Ｐ（マルチパス率，マルチパス発生回数）を母集団３０にして統計処理を行い、セントロイドベクトルＳのＸ成分及びＹ成分を算出する。次に、ステップＳ２１１では、指標出力部２４が、セントロイドベクトルＳのＸ成分及びＹ成分に基づいて、セントロイドベクトルＳの長さを評価点数として算出する。例えば、指標出力部２４は、全ての分析期間の点ＰのＸ座標の平均値をＸ成分として、全ての分析期間の点ＰのＹ座標の平均値をＹ成分として算出した後に、Ｘ成分及びＹ成分で表される座標値から原点までの距離を評価点数として算出する。
【００３７】
ステップＳ２１１で評価点数が算出されると、マルチパス評価装置２０は、評価点数を画面に表示することにより、評価点数を使用者に提示する。マルチパス評価装置２０は、ラジオ１２とは別のラジオが同じ試験信号を検波した結果得られた音声信号に対しても、評価点数を算出して画面に表示する。使用者は、複数のラジオの間で、各ラジオから出力された音声信号に対する評価点数を比較することで、各ラジオにおけるマルチパスノイズを抑制する部分の性能を相対的に評価することができる。
【００３８】
図４には、評価対象の第１ラジオの音声信号から得られた全ての点Ｐの集合である母集団３０ａと、評価対象の第２ラジオの音声信号から得られた全ての点Ｐの集合である母集団３０ｂとが示されている。図４の場合は、セントロイドベクトルＳが短い第１ラジオの方が、第２ラジオよりも評価点数が高い。
【００３９】
なお、図４の代わりに図６に示す等高線（評価点数の高低を表す等高線）を用いて、評価点数を決定してもよい。評価点数は、等高線の位置と、セントロイドベクトルＳのＸ成分及びＹ成分に基づいて算出される。図６の場合、第１ラジオも第２ラジオも評価点数が２．５点となり、第１ラジオと第２ラジオの評価点数は同じである。この場合であっても、マルチパス発生回数が多いラジオを嫌う傾向がある人を考慮して、マルチパス発生回数だけに基づいて２次的に、第１ラジオと第２ラジオを比較してもよい。なお、マルチパス発生回数とマルチパス率の片方を重視した評価点数を得ることができるように、片方のパラメータが大きくなるほど評価点数が、もう片方のパラメータに比べて悪くなるように等高線を作成してもよい。
【００４０】
また、図４の代わりに図７に示す等高線を用いて、評価点数を決定してもよい。等高線は、例えば、蓄積したマルチパスノイズの評価結果（マルチパス発生回数及びマルチパス率）を用いて重回帰分析を行い、その重回帰分析により得られた予測式（関数）から決定することができる。
【００４１】
［４．実施の形態の効果］
本実施の形態では、複数の分析期間の各々におけるマルチパス発生回数及びマルチパス率に基づいて、マルチパスノイズの評価指標が出力される。ここで、上述したよう、マルチパス発生回数が多い場合、例えば、「ザッザッザ」という雑音のように、マルチパスノイズの音の強さが大きく変化する回数が多く、官能的評価結果が悪くなる。本実施の形態によれば、各分析期間のマルチパス率に加えて、官能的評価結果の良否に対応する各分析期間のマルチパス発生回数に基づいて評価指標を出力する。そのため、マルチパス評価装置によるマルチパスの評価結果と官能的評価結果とが相違することを抑制することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、複数の分析期間から得られたマルチパス発生回数及びマルチパス率を統計処理しているため、１つの分析期間のマルチパス発生回数及びマルチパス率を用いる場合に比べて、さらに官能的評価結果との相違を抑制することができる。
【００４３】
［５．その他の実施の形態］
上記実施の形態について、各分析期間の評価用の第２パラメータについて、マルチパス率をそのまま用いずに、マルチパスフレームのパワー情報を重み係数としてマルチパス率に反映した値（重み付けマルチパス率）を用いてもよい。例えば、各マルチパスフレームについてパワースペクトルの所定の周波数帯域におけるパワーの平均値（例えば高周波成分におけるパワーの平均値）を重み係数として、その重み係数を各マルチパスフレームの長さに乗じた値の合計値を、分析期間の長さで除することによって、重み付けマルチパス率を算出してもよい。この場合、重み付けマルチパス率は、マルチパス率が大きいほど大きくなり、パワーの平均値が大きいほど、大きな値となる。また、マルチパスフレームの所定の周波数帯域におけるパワーの平均値の代わりに、所定の周波数成分（例えば高周波成分）のパワーの時間変化率を重み係数として用いて、重み付けマルチパス率を算出してもよい。この場合、重み付けマルチパス率は、マルチパス率が大きいほど大きくなり、パワーの時間変化率が大きいほど、大きな値となる。
【００４４】
また、上記実施の形態について、マルチパスフレームを検出するために、ケプストラム（Ｃｅｐｓｔｒｕｍ）分析を行ってもよい。ケプストラム分析では、ケプストラム（人間の声の信号を表す特徴ベクトル）の存在の有無が判定される。例えば、「ケプストラム無し」という第３条件が成立するか否かを判定し、第１条件、第２条件、及び第３条件の全てが成立するフレームをマルチパスフレームとして検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、マルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置などに適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ラジオ評価系
１１  信号出力器
１２  ラジオ
２０  マルチパス評価装置
２３  マルチパス検出部
２４  指標出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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