(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定装置において、
前記入力音声を構成する所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得する入力パワー正規化手段と、
前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定する事後確率最大化手段と、
前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得する雑音パワー非正規化手段と、
前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力する推定結果出力手段と
を有することを特徴とする雑音推定装置。
【請求項２】
過去に前記非正規化雑音パワーが取得した複数の非正規化雑音パワーを平均化した平均雑音パワーを取得する雑音パワー平均手段をさらに有し、
前記入力パワー正規化手段は、前記平均雑音パワーを、前記所定の値として適用する
ことを特徴とする請求項１に記載の雑音推定装置。
【請求項３】
前記推定結果出力手段は、前記非正規化雑音パワーを推定結果として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の雑音推定装置。
【請求項４】
前記推定結果出力手段は、前記平均雑音パワーを推定結果として出力することを特徴とする請求項２に記載の雑音推定装置。
【請求項５】
前記事後確率最大化手段は、事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定する際に、確率変数の平均値に対応するパラメータを所定の定数に置き換えて計算することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の雑音推定装置。
【請求項６】
前記入力パワー正規化手段が過去に取得した複数の前記正規化雑音パワーを平均化した平均正規化雑音パワーを取得する平均正規化雑音パワー平均手段をさらに有し、
前記事後確率最大化手段は、事後確率が最大となる現在の前記正規化雑音パワーを推定する際に、確率変数の平均値に対応するパラメータを、前記平均正規化雑音パワーに置き換えて計算すること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の雑音推定装置。
【請求項７】
入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定装置に搭載されたコンピュータを、
前記入力音声を構成する所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得する入力パワー正規化手段と、
前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定する事後確率最大化手段と、
前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得する雑音パワー非正規化手段と、
前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力する推定結果出力手段と
して機能させることを特徴とする雑音推定プログラム。
【請求項８】
入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定方法において、
入力パワー正規化手段、事後確率最大化手段、雑音パワー非正規化手段、及び推定結果出力手段を有し、
前記入力パワー正規化手段は、前記入力音声を構成する所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得し、
前記事後確率最大化手段は、前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定し、
前記雑音パワー非正規化手段は、前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得し、
前記推定結果出力手段は、前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力する
ことを特徴とする雑音推定方法。
【請求項９】
入力音声に含まれる雑音を抑圧する音声処理装置において、
入力音声が帯域分割されたそれぞれの帯域入力音声に対して、雑音パワーを推定する雑音推定手段と、
それぞれの前記帯域入力音声に対して、前記雑音推定手段が推定した前記雑音パワーを用いて、雑音を抑制する雑音抑制手段とを有し、
それぞれの前記雑音推定手段として、請求項１〜６のいずれかに記載の雑音推定装置を適用したこと
を特徴とする音声処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置に関し、例えば、入力信号に含まれる雑音成分の推定結果を用いて、入力信号に重畳された雑音成分を抑圧する装置に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
自然環境において雑音はいたる所に存在するため、一般に実世界で観測される音声は種々の発信元からの雑音を含む。雑音を含んで観測された入力信号から音声だけを強調させるために、様々な雑音抑圧方法が開発されている。これらのうちのほとんどは、抑圧すべき雑音を推定する方法と、雑音を抑圧するフィルタを計算する方法とを有する。従来の入力信号から雑音を抑圧する音声処理装置では、周波数領域で雑音のパワーを推定するものがある。
【０００３】
従来、最も単純な雑音推定方法の例として、入力スペクトルを音声が存在しない区間で平均する方法がある。しかし、このような従来の雑音推定方法は、事前に音声が存在しない区間を推定しなければならない。そのため、音声が存在する区間を推定する音声区間検出（Ｖｏｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ＶＡＤ）という技術も盛んに開発されているが、完全なＶＡＤは未だ達成されていない。雑音推定処理において、音声区間の推定を誤ると、推定雑音が目的音声を含んでしまうため、強調音声や残留雑音を歪ませるという問題が生じる。また、上述のような雑音推定方法では、雑音区間でしか雑音を推定しないため、長い音声区間があると雑音の変化に追従できないという欠点もある。
【０００４】
このような背景から、音声区間でも雑音の推定を継続する雑音推定方法として、従来非特許文献１、非特許文献２、及び特許文献１の記載技術がある。いずれの文献も雑音抑圧方法（音声強調方法とも言う）に関する。
【０００５】
非特許文献１に記載の従来の雑音推定方法は、入力パワーの時間方向のピークが目的音声の存在を表す一方で、谷が平滑化した雑音パワーの推定に使えるという発見に基づいている。具体的には、現在から所定時間（Ｔ秒）過去までの入力パワーの最小値を、第１の雑音パワー推定値とする。しかし、第１の雑音パワー推定値はバイアスを有しており、真の雑音パワーよりも小さくなる性質を持つ。このバイアスは、第１の雑音パワー推定値の期待値から推定され、得られたバイアス推定値を用いて第１の雑音パワー推定値を補正して、第２の雑音パワー推定値（最終的な推定値）を得る。
【０００６】
非特許文献２に記載の従来の雑音推定方法は、目的音声と雑音の複素スペクトルの分布がいずれも平均ゼロの複素正規分布に従うという仮説に基づいて、雑音の複素スペクトルの分散の最尤推定値を雑音パワー推定値とする。この仮説に基づくと、入力信号の複素スペクトルの分布は音声の複素スペクトルの分散と雑音の複素スペクトルの分散の和を分散とする平均ゼロの複素正規分布となる。ここに現在の入力が劣化音声と雑音のどちらであるかに関する隠れ変数を導入して、忘却係数を伴ったオンラインＥＭアルゴリズムを適用することで、雑音の複素スペクトルの最尤推定値を算出することができる。
【０００７】
特許文献１に記載の従来の雑音推定方法は、入力パワーに適切な重み係数を乗じて、得られた加重入力パワーを所定時間（Ｔ秒）分記憶しておき、記憶された加重入力パワーの平均値を雑音パワー推定値とする。適切な重み係数は、現在の入力パワーを直前の雑音パワー推定値で除した事後ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）によって算出される。具体的には、事後ＳＮＲが所定の値Ｇ１以下では重み係数を１とし、事後ＳＮＲがＧ１以上では事後ＳＮＲに反比例するように重み係数を設定し、事後ＳＮＲが所定の値Ｇ２以上では重み係数を０とする。また、重み係数が０の場合には、加重入力パワーは記憶しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２０４１７５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍａｒｔｉｎ，”Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，”ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９４，ｐｐ．１１８２−１１８５．
【非特許文献２】Ｍ．Ｓｏｕｄｅｎ，Ｍ．Ｄｅｌｃｒｏｉｘ，Ｋ．Ｋｉｎｓｏｓｈｉｔａ，Ｔ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｎａｋａｔａｎｉ，”Ｎｏｉｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ：Ａ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，”ＩＥＥＥ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．８，２０１２，ｐｐ．４９５−４９８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の雑音推定方法には以下に述べるような問題点が存在する。
【００１１】
非特許文献１の方法は、雑音が急に大きくなった場合に、後段の雑音抑圧方法によって不快に感じる雑音が残留するという問題を有している。具体的には、雑音が大きくなってから所定時間の間は、雑音パワー推定値は小さいままである。そして、雑音が大きくなってから所定時間後に、雑音パワー推定値は急激に増大する。そのような雑音パワー推定値を用いて雑音抑圧方法を動作させると、雑音が大きくなった瞬間に残留雑音も急に大きくなり、その所定時間後に残留雑音が急に小さくなる。残留雑音の急激な音量の変化は、聴取者に聴感上の不快感を与える。
【００１２】
非特許文献２の方法は、雑音レベルが変化すると雑音パワー推定値が過大になったり過小になったりするという問題を有している。この雑音推定方法で用いられているオンラインＥＭアルゴリズムは、次のような追従の速さと最尤推定の安定性とのトレードオフを有する：忘却係数を大きくすると安定性が増して追従が遅くなり、忘却係数を小さくすると追従が速くなって安定性が下がる。その結果、忘却係数を大きくしても小さくしても雑音パワー推定値は不正確となり、後段の雑音抑圧方法によって得られる強調音声の歪みを増大させたり残留雑音が大きくなったりする。
【００１３】
特許文献１の方法は、雑音パワー推定値が、誤って音声に追従してしまうことや、非定常雑音に追従して不安定になることが比較的少なく、それでいて雑音が変化した場合にも比較的速やかに追従することができる。しかし、重み係数が０とならないような音声区間が続いた後の雑音区間では、雑音区間に切り替わった約Ｔ秒後に雑音パワー推定値が急激に小さくなる現象が生じる。そのような雑音パワー推定値を用いて後段の雑音抑圧方法を動作させると、当該雑音区間で残留雑音が急激に大きくなるため、聴感上不自然な強調音声になってしまう。
【００１４】
さらに、上述した従来の雑音推定方法は、雑音推定に係るパラメータを入力信号に適応させる機能を有していないため、雑音の特性（雑音レベルや雑音の種類）が変化した場合に雑音推定の精度が劣化してしまう。
【００１５】
以上のように、従来の雑音推定方法には、雑音パワー推定値が不安定になる問題や、雑音パワー推定値が急激に変化する問題や、雑音の特性に適応できないといった問題が存在する。
【００１６】
以上のような問題点に鑑みて、入力音声について、雑音パワーを安定的かつ適応的に推定できる雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の本発明は、入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定装置において、（１）前記入力音声を構成する前記所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得する入力パワー正規化手段と、（２）前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定する事後確率最大化手段と、（３）前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得する雑音パワー非正規化手段と、（４）前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力する推定結果出力手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
第２の本発明の雑音抑制プログラムは、入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定装置に搭載されたコンピュータを、（１）前記入力音声を構成する前記所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得する入力パワー正規化手段と、（２）前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定する事後確率最大化手段と、（３）前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得する雑音パワー非正規化手段と、（４）前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力する推定結果出力手段として機能させることを特徴とする。
【００１９】
第３の本発明は、入力音声に含まれる所定の周波数帯域の雑音を推定する雑音推定方法において、（１）入力パワー正規化手段、事後確率最大化手段、雑音パワー非正規化手段、及び推定結果出力手段を有し、（２）前記入力パワー正規化手段は、前記入力音声を構成する前記所定の周波数帯域の帯域入力パワーを所定の値で正規化して正規化入力パワーを取得し、（３）前記事後確率最大化手段は、前記正規化入力パワーに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーを推定し、（４）前記雑音パワー非正規化手段は、前記正規化雑音パワーを非正規化して非正規化雑音パワーを取得し、（５）前記推定結果出力手段は、前記非正規化雑音パワーに基づく値を、前記入力音声に含まれる前記所定の周波数帯域の雑音パワーを推定した推定結果として出力することを特徴とする。
【００２０】
第４の本発明は、入力音声に含まれる雑音を抑圧する音声処理装置において、（１）入力音声に含まれる雑音を抑圧する音声処理装置において、（２）入力音声が帯域分割されたそれぞれの帯域入力音声に対して、雑音パワーを推定する雑音推定手段と、（３）それぞれの前記帯域入力音声に対して、前記雑音推定手段が推定した前記雑音パワーを用いて、雑音を抑制する雑音抑制手段とを有し、（３）それぞれの前記雑音推定手段として、第１の本発明の雑音推定装置を適用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、入力音声について、雑音パワーを安定的かつ適応的に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る雑音推定手段（雑音推定装置）の機能的構成について示したブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る音声処理装置の機能的構成について示したブロック図である。
【図３】第２の実施形態に係る雑音推定手段（雑音推定装置）の機能的構成について示したブロック図である。
【図４】第３の実施形態に係る雑音推定手段（雑音推定装置）の機能的構成について示したブロック図である。
【図５】第４の実施形態に係る雑音推定手段（雑音推定装置）の機能的構成について示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第１の実施形態では、本発明の雑音推定装置、プログラム及び方法を雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００２４】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の音声処理装置１００の全体構成について示したブロック図である。図２における括弧内の符号は、後述する第２〜第４の実施形態で用いられる符号である。
【００２５】
音声処理装置１００は、音声を含む音声信号（時間領域の音声信号）である入力信号ｘ（時間領域の入力信号）について雑音抑圧を行って、抑圧後信号ｙ（時間領域の出力信号）を生成するものである。
【００２６】
音声処理装置１００は、周波数解析手段１０１、Ｋ個の帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋ、及び波形復元手段１０３を有している。
【００２７】
帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋは、それぞれ異なる周波数帯域の帯域処理を行うものである。帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋに添えられた１〜Ｋの符号（添え字；番号）は、それぞれ周波数帯域に係る識別子（番号）を示している。
【００２８】
周波数解析手段１０１は、フーリエ変換に代表される任意の周波数解析手法、またはフィルタバンクに代表される任意の帯域分割手法によって、入力信号ｘ（入力音声）をＫ個の帯域に分割する。そして、周波数解析手段１０１は、得られたＫ個の帯域入力信号Ｘ１〜ＸＫは帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋにそれぞれ与えられる（以下、必要に応じて周波数帯域の番号を表す添え字を省略する）。
【００２９】
帯域処理手段１０２は、Ｋ個の帯域ごとに、共通の処理を行う。帯域処理手段１０２は、パワー算出手段１０４、雑音推定手段１０５および雑音抑圧手段１０６を有している。
【００３０】
パワー算出手段１０４は、帯域入力信号Ｘのパワー（帯域入力パワー）を算出し、得られた入力パワーＰｘを雑音推定手段１０５に与える。
【００３１】
雑音推定手段１０５は、帯域ごとに雑音のパワーを推定し、得られた雑音パワーＰｎを雑音抑圧手段１０６に与える。
【００３２】
雑音抑圧手段１０６は、帯域入力信号Ｘと雑音パワーＰｎを用いて、帯域入力信号Ｘ中の音声成分を強調し、得られた帯域抑圧後信号Ｙを波形復元手段１０３に与える。
【００３３】
以下では、帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋが生成する帯域抑圧後信号をＹ１〜ＹＫと表すものとする。
【００３４】
波形復元手段１０３は、周波数解析手段１０１で用いた周波数解析手法または帯域分割手法に対応する波形復元手法を用いて、帯域抑圧後信号Ｙ１〜ＹＫから時間波形を再構成し、得られた抑圧後信号ｙを出力する。
【００３５】
次に、雑音推定手段１０５が入力信号ｘの雑音パワーを安定的かつ適応的に推定する処理の概要について説明する。
【００３６】
雑音推定方法において最も注意しなければならない点は、雑音推定値が目的音声を含まないようにすることである。もし雑音推定値が目的音声を含むと、後段の雑音抑圧方法によって得られる強調音声が歪んだり小さくなったりしてしまい、強調音声の明瞭度や単語了解度を向上させるという雑音抑圧方法の目的を果たせなくなる。
【００３７】
一方、雑音推定方法には非定常な雑音も推定できる性能を求められることもある。しかし、非定常雑音と音声とを区別するのは難しいため、非定常雑音を推定する性能と雑音推定値が音声を含まない性能との間にはトレードオフが生じる。それゆえ、従来のような定常雑音と非定常雑音を同時に推定する方法では、雑音推定値が音声を含んでしまい、安定性が低下する課題があった。
【００３８】
そこで、第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、推定対象を定常雑音に限定することによって、より高い安定性を有する雑音推定方法を実現している。このために、第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、最大事後確率推定の枠組みを用いている。
【００３９】
定常性を利用して現在の雑音パワーＰｎを推定するために、直前の雑音パワーＰｎ’からＰｎを推定する問題を考える。ただし、集音環境やマイク感度による自由度をキャンセルするために、雑音パワーの平均値￣Ｐｎを導入し、正規化雑音パワーν（ニュー）＝Ｐｎ／￣Ｐｎを導入する。同様に、直前の正規化雑音パワーはν’＝Ｐｎ’／￣Ｐｎとする。そして、直前の正規化雑音パワーν’が観測された下での正規化雑音パワーνの事後確率ｐ（ν｜ν’）を最大化する問題を考える。当該事後確率を最大化することで、正規化雑音パワーνが得られる。
【００４０】
まず、事後確率ｐ（ν｜ν’）をベイズの定理に基づいて展開すると以下の（１）式が得られる。以下の（１）式において、ν’は観測済みで確定しているので、分母は省略できる。また、事後確率よりも対数事後確率を最大化する方が簡単な場合が多いので、最大化する評価関数Ｊ（ν）を以下の（２）式とする。
【数１】
0006536322.tif 000002
【００４１】
次に、評価関数の尤度関数ｐ（ν’｜ν）と事前確率ｐ（ν）を設計する。定常雑音が平均０の正規分布に従う場合、雑音を周波数解析して得られる雑音スペクトルの各要素の雑音振幅はレイリー分布に従うことが知られている。また、レイリー分布に従う確率変数の２乗は指数分布に従うから、当該雑音振幅を２乗して得られる雑音パワーも以下の（３）式に示す指数分布に従う。以下の（３）式において、μは確率変数（正規化雑音パワー）νの平均値である。事前確率ｐ（ν）は以下の（３）式により求めることができる。
【数２】
0006536322.tif 000003
【００４２】
尤度関数ｐ（ν’｜ν）は、ν’の立場で考えると、νが観測された下でν’が観測される確率である。そこで、ν’／νの確率密度関数をこの尤度関数とする。ν’もνも同じμとなる上記の（３）式に従うとすると、尤度関数ｐ（ν’｜ν）は以下の（４）式となる。
【００４３】
上記の（３）式と以下の（４）式を上記の（２）式に代入すると、評価関数Ｊ（ν）は以下の（５）式となる。そして、Ｊ（ν）を最小化するνを得るために、Ｊ（ν）のνに関する導関数がゼロとなるような方程式を解くと、以下の（６）式となる。
【数３】
0006536322.tif 000004
【００４４】
上記の（６）式によると、０≦ν≦２μとなるから、雑音パワーの推定値は雑音パワーの平均値Ｐｎの２μ倍以下となることが保証されている。したがって、上記の（６）式を用いれば安定的に雑音パワーを推定することができる。例えば、入力パワーが目的音声や非定常雑音の成分を含んでいる場合、当該入力パワーは真の雑音パワーより大きくなるが、雑音パワーの推定値は雑音パワーの平均値￣Ｐｎの２μ倍以下となるので、目的音声や非定常雑音の成分を誤って雑音パワーとして推定してしまうことはない。
【００４５】
次に、雑音推定手段１０５の内部構成について図１を用いて説明する。
【００４６】
図１は、上述のような雑音推定方法を実現する機能的構成の一例について示したブロック図である。
【００４７】
図１に示すように、第１の実施形態の雑音推定手段１０５は、入力パワー記憶手段２０１と、入力パワー正規化手段２０２と、事後確率最大化手段２０３と、雑音パワー非正規化手段２０４と、雑音パワー平均手段２０５と、平均雑音パワー記憶手段２０６とを有する。
【００４８】
入力パワー記憶手段２０１は、入力パワーＰｘを記憶し、一単位時間後に入力パワー正規化手段２０２に与える。すなわち、入力パワー記憶手段２０１は遅延素子のような役割を果たす。
【００４９】
入力パワー正規化手段２０２は、一単位時間前の入力パワーＰｘ’を、後述する平均雑音パワー記憶手段２０６より与えられる一単位時間前の平均雑音パワー￣Ｐｎ’で除し、得られた正規化入力パワーξ’を事後確率最大化手段２０３に与える。
【００５０】
事後確率最大化手段２０３は、一単位時間前の正規化入力パワーξ’に基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーνを推定し、得られたνを雑音パワー非正規化手段２０４に与える。事後確率最大化手段２０３は、ξ’を一単位時間前の正規化雑音パワーν’と読み替えて、当該ν’を上記の（６）式に代入してνを推定する。前述したとおり、ξ’をν’と読み替えても、νは２μ以下の値となるので、推定対象の定常雑音以外（目的音声や非定常雑音）の成分を誤って雑音パワーとして推定してしまうことはない。なお、第１の実施形態において、パラメータμはμ＝１とするのが好適である。
【００５１】
雑音パワー非正規化手段２０４は、正規化雑音パワーνに一単位時間前の平均雑音パワー￣Ｐｎ’を乗じ、得られた雑音パワーＰｎ（非正規化後雑音パワー）を雑音パワー平均手段２０５に与えるとともに、雑音推定手段１０５の出力とする。第１の実施形態の周波数解析手段１０１は、雑音パワー非正規化手段２０４が取得した雑音パワーＰｎを推定結果として出力する。したがって、第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、雑音パワー非正規化手段２０４が雑音推定の推定結果を出力する推定結果出力手段として機能する。
【００５２】
雑音パワー平均手段２０５は、雑音パワーＰｎの平均値（過去の所定数の雑音パワーＰｎに基づく値）を算出し、得られた平均雑音パワー￣Ｐｎを平均雑音パワー記憶手段２０６に与える。なお、雑音パワー平均手段２０５は、単純に過去の所定数の雑音パワーＰｎを平均化して平均値を取得するようにしてもよいし、過去の所定数の雑音パワーＰｎの重みづけ平均を取得するようにしてもよい。具体的には、雑音パワー平均手段２０５は、例えば、時定数フィルタ（いわゆる「リーク積分」とも呼ばれる方式）や、移動平均法等を用いて、過去の所定数の雑音パワーＰｎに基づく平均値の算出を行うようにしてもよい。なお、雑音パワー平均手段２０５では、時定数フィルタを用いた平均値の算出処理が好適に用いられる。
【００５３】
平均雑音パワー記憶手段２０６は、平均雑音パワー￣Ｐｎを記憶し、一単位時間後に入力パワー正規化手段２０２および雑音パワー非正規化手段２０４に与える。すなわち、平均雑音パワー記憶手段２０６は遅延素子のような機能を果たす。
【００５４】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の音声処理装置１００の動作（実施形態に係る音声処理方法）を説明する。
【００５５】
まず、図１を用いて、音声処理装置１００の全体動作について説明する。
【００５６】
周波数解析手段１０１は、入力信号ｘから、例えばフーリエ変換等によりＫ個の帯域入力信号Ｘ１〜ＸＫを取得し、帯域入力信号Ｘ１〜ＸＫをそれぞれ帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋに供給する。
【００５７】
そして、帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋは、それぞれ帯域入力信号Ｘ１〜ＸＫについて雑音パワーを推定する。そして、帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋは、それぞれ雑音パワーの推定結果に基づいて帯域入力信号Ｘ１〜ＸＫに対して雑音抑制処理を行い、帯域抑圧後信号Ｙ１〜ＹＫを生成し、波形復元手段１０３に供給する。
【００５８】
そして、波形復元手段１０３は、帯域抑圧後信号Ｙ１〜ＹＫから時間波形を再構成し、得られた抑圧後信号ｙを出力する。
【００５９】
次に、各帯域処理手段１０２内部の動作について説明する。帯域処理手段１０２−１〜１０２−Ｋは、それぞれ処理する周波数成分が異なるだけで、共通の動作を行う。
【００６０】
パワー算出手段１０４は、帯域入力信号Ｘのパワーを算出し、得られた入力パワーＰｘを雑音推定手段１０５に与える。
【００６１】
雑音推定手段１０５は、帯域ごとに雑音のパワーを推定し、得られた雑音パワーＰｎを雑音抑圧手段１０６に与える。
【００６２】
雑音抑圧手段１０６は、帯域入力信号Ｘと雑音パワーＰｎを用いて、帯域入力信号Ｘ中の音声成分を強調し、得られた帯域抑圧後信号Ｙを波形復元手段１０３に与える。
【００６３】
次に、図１を用いて、第１の実施形態の雑音推定手段１０５内部の動作について説明する。
【００６４】
入力パワー記憶手段２０１は、入力パワーＰｘを記憶し、一単位時間後に入力パワー正規化手段２０２に与える。
【００６５】
入力パワー正規化手段２０２は、一単位時間前の入力パワーＰｘ’を、一単位時間前の平均雑音パワー￣Ｐｎ’で除し、得られた正規化入力パワーξ’を事後確率最大化手段２０３に与える。
【００６６】
事後確率最大化手段２０３は、一単位時間前の正規化入力パワーξ’に基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーνを推定し、得られたνを雑音パワー非正規化手段２０４に与える。
【００６７】
雑音パワー非正規化手段２０４は、正規化雑音パワーνに一単位時間前の平均雑音パワー￣Ｐｎ’を乗じ、得られた雑音パワーＰｎを雑音パワー平均手段２０５に与えるとともに、雑音推定手段１０５の出力とする。
【００６８】
雑音パワー平均手段２０５は、雑音パワーＰｎの平均値を算出し、得られた平均雑音パワー￣Ｐｎを平均雑音パワー記憶手段２０６に与える。
【００６９】
平均雑音パワー記憶手段２０６は、平均雑音パワー￣Ｐｎを記憶し、一単位時間後に入力パワー正規化手段２０２および雑音パワー非正規化手段２０４に与える。
【００７０】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７１】
第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、事後確率最大化手段２０３が、入力パワーＰｘを平均雑音パワー￣Ｐｎ’で正規化した正規化入力パワーξ’に基づいて、事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーνを推定している。そして、第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、雑音パワー非正規化手段２０４が、正規化雑音パワーνを非正規化して推定結果としての雑音パワーＰｎを取得している。そして、第１の実施形態では、事後確率最大化手段２０３は、上記の（６）式を用いて、正規化雑音パワーνを推定している。そして、上述の通り、上記の（６）式によれば、０≦ν≦２μとなるから、雑音パワーの推定値は雑音パワーの平均値Ｐｎの２μ倍以下となることが保証されているので、雑音推定手段１０５（事後確率最大化手段２０３）は、安定的に雑音パワーを推定することができる。
【００７２】
また、事後確率最大化手段２０３では、正規化入力パワーξ’に基づいて、事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーνを推定するため、近似する処理を行わずに、正規化雑音パワーνを取得することが可能なる。これは、上記の（６）式を求める過程（上記の（１）式〜（６）式の過程）で、近似式を用いた計算を行っていないことからも明らかである。これにより、雑音推定手段１０５（事後確率最大化手段２０３）では、精度よく（推定誤差の少ない）雑音パワーを推定することができる。
【００７３】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第２の実施形態では、本発明の雑音推定装置、プログラム及び方法を雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００７４】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
第２の実施形態の音声処理装置１００Ａの全体構成についても図２を用いて示すことができる。
【００７５】
以下では、第２の実施形態の音声処理装置１００Ａについて第１の実施形態との差異を説明する。
【００７６】
第２の実施形態の音声処理装置１００Ａでは、雑音推定手段１０５が雑音推定手段１０５Ａに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００７７】
第１の実施形態の雑音推定手段１０５では、瞬時的な雑音パワーの推定値を、雑音パワーとして出力していたが、推定された雑音パワーは少なからず推定誤差を含んでいる。そこで、第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、当該推定誤差の影響を軽減するために、平滑化された雑音パワー、すなわち雑音パワーの平均値を、雑音パワーとして出力する。
【００７８】
図３は、第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａの内部構成例について示したブロック図であり、同一部分及び対応部分には同一符号又は対応符号を付している。
【００７９】
第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、雑音パワー非正規化手段２０４、雑音パワー平均手段２０５が、雑音パワー非正規化手段２０４Ａ、雑音パワー平均手段２０５Ａに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００８０】
雑音パワー非正規化手段２０４Ａは、正規化雑音パワーνに一単位時間前の平均雑音パワー￣Ｐｎ’を乗じ、得られた雑音パワーＰｎを雑音パワー平均手段２０５Ａに供給する。
【００８１】
雑音パワー平均手段２０５Ａは、雑音パワーＰｎの平均値を算出し、得られた平均雑音パワー￣Ｐｎを平均雑音パワー記憶手段２０６に与えるとともに、雑音推定手段１０５Ａの出力とする。すなわち、第１の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、雑音パワー平均手段２０５Ａの出力（平均雑音パワー￣Ｐｎ）を、推定結果として出力する構成となっている。したがって、第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、雑音パワー平均手段２０５Ａが雑音推定の推定結果を出力する推定結果出力手段として機能する。
【００８２】
（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して以下のような効果を奏することができる。
【００８３】
第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、雑音パワー平均手段２０５Ａの出力（平均雑音パワー￣Ｐｎ）を、推定結果として出力している。これにより、第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａでは、推定誤差の影響を軽減しながら、より安定的に雑音パワーを推定することができる。
【００８４】
（Ｃ）第３の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置の第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第３の実施形態では、本発明の雑音推定装置、プログラム及び方法を雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００８５】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成及び動作
第３の実施形態の音声処理装置１００Ｂの全体構成についても図２を用いて示すことができる。
【００８６】
以下では、第３の実施形態の音声処理装置１００Ｂについて第１の実施形態との差異を説明する。
【００８７】
第３の実施形態の音声処理装置１００Ｂでは、雑音推定手段１０５が雑音推定手段１０５Ｂに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００８８】
第１の実施形態の音声処理装置１００では、μの値は一定値であったため、途中で雑音の特性が変化した場合には対応できない。そこで、第３の実施形態の音声処理装置１００Ｂでは、μの値を更新するものとする。従来の雑音推定手段では、多くの場合、分布パラメータの推定には莫大なサンプル数か複雑な推定処理を必要とするが、本発明の雑音推定手段では、μは平均値（一次の統計量）であるため、少ないサンプル数かつ簡単な平均処理で精度良く推定できる。
【００８９】
図４は、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂの内部構成例について示したブロック図であり、同一部分及び対応部分には同一符号又は対応符号を付している。
【００９０】
第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂでは、第１の実施形態の雑音推定手段１０５と比較して、正規化雑音パワー平均手段２０８と平均正規化雑音パワー記憶手段２０９が追加されている。また、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂでは、事後確率最大化手段２０３が事後確率最大化手段２０３Ｂに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【００９１】
事後確率最大化手段２０３Ｂは、一単位時間前の正規化入力パワーξ’と一単位時間前の平均正規化雑音パワー￣ν’とに基づいて事後確率が最大となる現在の正規化雑音パワーνを推定し、得られたνを雑音パワー非正規化手段２０４および正規化雑音パワー平均手段２０８に与える。事後確率最大化手段２０３Ｂは、ξ’を一単位時間前の正規化雑音パワーν’と読み替えて、さらに￣ν’をパラメータμと読み替えて、当該ν’およびμを（６）式に代入してνを推定する。
【００９２】
正規化雑音パワー平均手段２０８は、正規化雑音パワーνの平均値（過去の所定数の正規化雑音パワーνに基づく値）を算出し、得られた平均正規化雑音パワー￣νを平均正規化雑音パワー記憶手段２０９に与える。なお、正規化雑音パワー平均手段２０８は、単純に過去の所定数の正規化雑音パワーνを平均化して平均値を取得するようにしてもよいし、過去の所定数の正規化雑音パワーνの重みづけ平均を取得するようにしてもよい。具体的には、正規化雑音パワー平均手段２０８は、例えば、時定数フィルタ（いわゆる「リーク積分」とも呼ばれる方式）や、移動平均法等を用いて、過去の所定数の正規化雑音パワーνに基づく平均値の算出を行うようにしてもよい。正規化雑音パワー平均手段２０８では、時定数フィルタを用いた平均値の算出処理が好適に用いられる。
【００９３】
平均正規化雑音パワー記憶手段２０９は、平均正規化雑音パワー￣νを記憶し、一単位時間後に事後確率最大化手段２０３Ｂに与える。すなわち、平均正規化雑音パワー記憶手段２０９は遅延素子のような機能を果たす。
【００９４】
（Ｃ−２）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。
【００９５】
第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂでは、μの値を更新する。具体的には、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂでは、上記の（６）式を用いてνを推定する際に、ξ’を一単位時間前の正規化雑音パワーν’と読み替え、さらに￣ν’をパラメータμと読み替えて（６）式に代入するものとする。パラメータμは正規化雑音パワーνの平均値であるから、理論上はμ＝１である。しかし、定常雑音が正規分布以外の確率分布に従って生じる場合、雑音パワーの事前確率が指数分布とは若干異なる分布となる可能性があるが、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂのように正規化雑音パワーνを平均してパラメータμを更新することで、当該事前確率を真の分布に近付けることができ、適切に雑音パワーを推定することができる。したがって、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂでは、入力信号の雑音特性に適応しながら、より安定的に雑音パワーを推定することができる。
【００９６】
（Ｄ）第４の実施形態
以下、本発明による雑音推定装置、プログラム及び方法、並びに、音声処理装置の第４の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第４の実施形態では、本発明の雑音推定装置、プログラム及び方法を雑音推定手段に適用した例について説明する。
【００９７】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
第４の実施形態の音声処理装置１００Ｃの全体構成についても図２を用いて示すことができる。
【００９８】
以下では、第４の実施形態の音声処理装置１００Ｃについて第１の実施形態との差異を説明する。
【００９９】
第４の実施形態の音声処理装置１００Ｃでは、雑音推定手段１０５が雑音推定手段１０５Ｃに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【０１００】
図５は、第４の実施形態の雑音推定手段１０５Ｃの内部構成例について示したブロック図であり、同一部分及び対応部分には同一符号又は対応符号を付している。
【０１０１】
第４の実施形態の雑音推定手段１０５Ｃでは、第１の実施形態の雑音推定手段１０５と比較して、入力パワー記憶手段２０１が除外されている点で異なっている。また、第４の実施形態の雑音推定手段１０５Ｃでは、第１の実施形態の雑音推定手段１０５と比較して、入力パワー正規化手段２０２が入力パワー正規化手段２０２Ｃに置き換わっている。
【０１０２】
第１の実施形態において入力パワー正規化手段２０２が一単位時間前の入力パワーＰｘ’を与えられていた。これに対して、第４の実施形態では、入力パワー正規化手段２０２Ｃに、直接入力パワーＰｘが供給される。
【０１０３】
（Ｄ−２）第４の実施形態の効果
第４の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。
【０１０４】
第４の実施形態の雑音推定手段１０５Ｃでは、入力パワー正規化手段２０２Ｃに、直接入力パワーＰｘが供給される。これにより、第４の実施形態の雑音推定手段１０５Ｃでは、雑音パワーを安定的に、かつより高い即応性を持って推定することができる。
【０１０５】
（Ｅ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【０１０６】
（Ｅ−１）上記の各実施形態では、雑音推定装置としての雑音推定手段を、音声処理装置の一部として構築する例について示したが、雑音推定装置を単体の装置として構築するようにしてもよい。また、上記の各実施形態において、１つの雑音推定装置（雑音推定手段）で１つの周波数帯の雑音パワーを推定するものとして説明したが、本発明の雑音推定装置は、複数の周波数帯の雑音パワーを推定する装置として構築するようにしてもよい。すなわち、上記の各実施形態に示す雑音推定手段を複数備える装置を、本発明の雑音推定装置として構築するようにしてもよい。
【０１０７】
（Ｅ−２）第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａにおいて、第３の実施形態と同様に、正規化雑音パワー平均手段２０８及び平均正規化雑音パワー記憶手段２０９を追加してμを動的に更新する構成としてもよい。また、第２の実施形態の雑音推定手段１０５Ａにおいて、第４の実施形態と同様に、入力パワー記憶手段２０１を省略する構成としてもよい。
【０１０８】
（Ｅ−３）第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂにおいて、第２の実施形態と同様に、正規化雑音パワー平均手段２０８で取得された平均雑音パワー￣Ｐｎを出力するようにしてもよい。また、第３の実施形態の雑音推定手段１０５Ｂにおいて、第４の実施形態と同様に、入力パワー記憶手段２０１を省略する構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１００…音声処理装置、１０１…周波数解析手段、１０２−１〜１０２−Ｋ、１０２…帯域処理手段、１０３…波形復元手段、１０４…パワー算出手段、１０５…雑音推定手段、１０６…雑音抑圧手段、２０１…入力パワー記憶手段、２０２…入力パワー正規化手段、２０３…事後確率最大化手段、２０４…雑音パワー非正規化手段、２０５…雑音パワー平均手段、２０６…平均雑音パワー記憶手段。
【図１】
0006536322.tif 000005
【図２】
0006536322.tif 000006
【図３】
0006536322.tif 000007
【図４】
0006536322.tif 000008
【図５】
0006536322.tif 000009