(57)【要約】【課題】発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制する。【解決手段】話者信号をハイパスフィルタ１、２ａに通して、人間のホルマント周波数が主に分布する２０００Ｈｚ近辺に帯域制限してから、短時間音圧平均器４ａに入力するとともに、話者信号をハイパスフィルタ１およびローパスフィルタ２ｂに通して、低域雑音が分布する帯域に帯域制限してから、長短時間音圧平均器４ｂに入力する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号および雑音信号を含む話者信号を入力し、前記音声信号のレベルと予め設定された基準となるレベルとを比較して、その比較結果に基づいて発話状態か無発話状態かを判定する音声検出装置において、
前記音声信号が分布する周波数帯域に前記話者信号を帯域制限する音声帯域制限手段と、
前記音声帯域制限手段の出力信号のレベルを時間で平均する第１の時間平均手段と、
前記雑音信号が分布する周波数帯域に前記話者信号を帯域制限する雑音帯域制限手段と、
前記雑音帯域制限手段の出力信号のレベルを前記第１の時間平均手段の平均する時間よりも長い時間で平均する第２の時間平均手段と、
前記第１の時間平均手段の出力信号から前記第２の時間平均手段の出力信号を減算する減算手段と、
前記減算手段の出力信号のレベルと予め設定された基準となるレベルとを比較する比較器とを備えることを特徴とする音声検出装置。
【請求項２】
前記第２の時間平均手段の後段に、前記第２の時間平均手段の出力信号のレベルに対して重み付けを行い周波数特性の補正をする重み補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の音声検出装置。
【請求項３】
前記音声帯域制限手段および前記雑音帯域制限手段は、
前記話者信号を入力しフィルタリングする第１のハイパスフィルタと、
前記第１のハイパスフィルタの出力信号をフィルタリングする第２のハイパスフィルタおよびローパスフィルタとを備え、
前記話者信号は、前記第１のハイパスフィルタを経て前記第２のハイパスフィルタに入力され前記音声信号が分布する周波数帯域に帯域制限され、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号は、前記第１の時間平均手段に入力され、
前記話者信号は、前記第１のハイパスフィルタを経て前記ローパスフィルタに入力され前記雑音信号が分布する周波数帯域に帯域制限され、
前記ローパスフィルタの出力信号は、前記第２の時間平均手段に入力されることを特徴とする請求項１または２記載の音声検出装置。
【請求項４】
話者信号から音声信号を抽出する周波数帯域と、前記話者信号から雑音を抽出する周波数帯域とを異ならせることにより、前記話者信号に含まれる音声を検出することを特徴とする音声検出方法。
【請求項５】
音声信号が分布する第１の周波数帯域に話者信号を帯域制限するステップと、
雑音信号が分布する第２の周波数帯域に前記話者信号を帯域制限するステップと、
前記第１の周波数帯域に帯域制限された話者信号と、前記前記第２の周波数帯域に帯域制限された話者信号との比較結果に基づいて、前記話者信号に含まれる音声を検出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする音声検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音声検出装置、音声検出方法および音声検出プログラムに関し、特に、話者の発話の検出を精度よく行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音声検出装置では、話者の発話および無発話を判定するため、話者側から送られた話者信号の音圧を測り、予め設定したしきい値と比較する方法があった。
また、雑音環境下での話者の発話および無発話の判定精度を向上させるため、例えば、特許文献１に開示されているように、時定数の異なる時間平均器を設け、短時間の平均音圧より長時間の平均音圧を差し引いてから、予め設定したしきい値と比較する方法もあった。
【０００３】
図３は、従来の音声検出装置の概略構成を示すブロック図である。
図３において、従来の音声検出装置には、話者信号を絶対値化する絶対値化回路１１、短時間の平均音圧を算出する短時間音圧平均器１２ａ、長時間の平均音圧を算出する長時間音圧平均器１２ｂ、短時間音圧平均器１２ａの出力から長時間音圧平均器１２ｂの出力を減算する減算器１３、減算器１３からの出力をしきい値と比較する比較器１４が設けられている。
【０００４】
ここで、話者信号には、話者の発話による音声信号および雑音環境下での雑音信号が含まれている。
そして、話者信号が絶対値化回路１１に入力されると、絶対値化回路１１にて話者信号が絶対値化され、短時間音圧平均器１２ａおよび長時間音圧平均器１２ｂに出力される。
【０００５】
そして、絶対値化された話者信号の短時間の平均音圧が短時間音圧平均器１２ａにて算出されるとともに、絶対値化された話者信号の長時間の平均音圧が長時間音圧平均器１２ｂにて算出され、これらの平均音圧が減算器１３にて互いに減算される。
ここで、雑音はほぼ定常的に発生するのに対し、話者の発話は間欠的に行われる。
【０００６】
このため、雑音の平均音圧は、平均時間に依存することなくほぼ一定値を維持し、短時間音圧平均器１２ａおよび長時間音圧平均器１２ｂで捉えられる雑音の平均音圧はほぼ一致するため、短時間音圧平均器１２ａの出力値から長時間音圧平均器１２ｂの出力値を減算することで、雑音の影響を打ち消すことができる。一方、音声信号の平均音圧は、平均時間が長いと、発話時のレベルと無発話時のレベルが平均化されるが、平均時間が短いと、話者の発話または無発話に応じて変動するようになり、話者の発話時または無発話時のレベルを抽出することが可能となる。
【０００７】
この結果、短時間音圧平均器１２ａでは、発話時と無発話時とで平均音圧を大きく異ならせることが可能となり、話者の発話時または無発話時のレベルを抽出することが可能となるとともに、長時間音圧平均器１２ｂでは、発話または無発話にかかわらず、平均音圧をほぼ一定に維持することが可能となり、雑音の平均音圧を抽出することが可能となる。
【０００８】
そして、減算器１３からの出力は比較器１４に入力され、減算器１３からの出力がしきい値と比較される。
そして、減算器１３からの出力がしきい値より大きい時は発話状態と判定することが可能となるとともに、減算器１３からの出力がしきい値より小さい時は無発話状態と判定することが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１−１２７２８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３の短時間音圧平均器１２ａおよび長時間音圧平均器１２ｂでは、話者信号の平均音圧を算出するための平均時間こそ異なるが、話者信号の平均音圧を算出するための周波数帯域は同一である。
このため、発話が長時間に及ぶ場合、長時間音圧平均器１２ｂで算出される定常音圧が音声の影響をより強く受けて、正しい値を維持できなくなり、発話検出の精度が劣化するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制することが可能な音声検出装置、音声検出方法および音声検出プログラムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の音声検出装置によれば、音声信号および雑音信号を含む話者信号を入力し、前記音声信号のレベルと予め設定された基準となるレベルとを比較して、その比較結果に基づいて発話状態か無発話状態かを判定する音声検出装置において、前記音声信号が分布する周波数帯域に前記話者信号を帯域制限する音声帯域制限手段と、前記音声帯域制限手段の出力信号のレベルを時間で平均する第１の時間平均手段と、前記雑音信号が分布する周波数帯域に前記話者信号を帯域制限する雑音帯域制限手段と、前記雑音帯域制限手段の出力信号のレベルを前記第１の時間平均手段の平均する時間よりも長い時間で平均する第２の時間平均手段と、前記第１の時間平均手段の出力信号から前記第２の時間平均手段の出力信号を減算する減算手段と、前記減算手段の出力信号のレベルと予め設定された基準となるレベルとを比較する比較器とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、第１の時間平均手段に入力される雑音信号を抑圧して、音声信号を効率よく抽出することが可能となるとともに、第２の時間平均手段に入力される音声信号を抑圧して、雑音信号を効率よく抽出することが可能となる。
このため、発話が長時間に及んだ場合においても、雑音レベル検出時の音声信号の影響を抑圧することが可能となり、第２の時間平均手段で算出される雑音レベルの精度を向上させることが可能となることから、発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制することが可能となる。
【００１４】
また、請求項２記載の音声検出装置によれば、前記第２の時間平均手段の後段に、前記第２の時間平均手段の出力信号のレベルに対して重み付けを行い周波数特性の補正をする重み補正手段をさらに備えたことを特徴とする。
これにより、第２の時間平均手段の出力信号のレベルが第１の時間平均手段に入力される信号の帯域に合致するように、第２の時間平均手段の出力信号のレベルを補正することが可能となる。
【００１５】
このため、第１の時間平均手段に入力される信号の帯域と、第２の時間平均手段に入力される信号の帯域とが異なる場合においても、第１の時間平均手段の出力信号から第２の時間平均手段の出力信号を減算することで、第１の時間平均手段の出力信号に残存する雑音成分を除去することができ、音声検出の精度を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、請求項３記載の音声検出装置によれば、前記音声帯域制限手段および前記雑音帯域制限手段は、前記話者信号を入力しフィルタリングする第１のハイパスフィルタと、前記第１のハイパスフィルタの出力信号をフィルタリングする第２のハイパスフィルタおよびローパスフィルタとを備え、前記話者信号は、前記第１のハイパスフィルタを経て前記第２のハイパスフィルタに入力され前記音声信号が分布する周波数帯域に帯域制限され、前記第２のハイパスフィルタの出力信号は、前記第１の時間平均手段に入力され、前記話者信号は、前記第１のハイパスフィルタを経て前記ローパスフィルタに入力され前記雑音信号が分布する周波数帯域に帯域制限され、前記ローパスフィルタの出力信号は、前記第２の時間平均手段に入力されることを特徴とする。
【００１７】
これにより、自動車の車室内などに分布する低域雑音帯域と、音声のホルマント周波数の中心が集中する音声帯域とを分離することが可能となり、自動車の車室内などの特定環境下における音声検出の精度を容易に向上させることが可能となる。
また、請求項４記載の音声検出方法によれば、話者信号から音声信号を抽出する周波数帯域と、前記話者信号から雑音を抽出する周波数帯域とを異ならせることにより、前記話者信号に含まれる音声を検出することを特徴とする。
【００１８】
これにより、話者信号に含まれる音声信号と雑音信号とを効率よく分離することが可能となり、音声信号に雑音信号が重畳されている場合においても、音声レベル検出時の雑音レベルの影響を軽減することが可能となることから、音声検出の精度を向上させることが可能となる。
また、請求項５記載の音声検出プログラムによれば、音声信号が分布する第１の周波数帯域に話者信号を帯域制限するステップと、雑音信号が分布する第２の周波数帯域に前記話者信号を帯域制限するステップと、前記第１の周波数帯域に帯域制限された話者信号と、前記前記第２の周波数帯域に帯域制限された話者信号との比較結果に基づいて、前記話者信号に含まれる音声を検出するステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、話者信号に含まれる音声信号と雑音信号とを分離して、音声信号に雑音信号が重畳されている場合においても、音声信号および雑音信号を効率よく抽出することが可能となる。
このため、発話が長時間に及んだ場合においても、雑音レベル検出時の音声信号の影響を抑圧することが可能となり、発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る音声検出装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る音声検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、音声検出装置には、ハイパスフィルタ１、２ａ、ローパスフィルタ２ｂ、ハイパスフィルタ１およびローパスフィルタ２ａで帯域制限された話者信号を絶対値化する絶対値化回路３ａ、ハイパスフィルタ１およびローパスフィルタ２ｂで帯域制限された話者信号を絶対値化する絶対値化回路３ｂ、短時間の平均音圧を算出する短時間音圧平均器４ａ、長時間の平均音圧を算出する長時間音圧平均器４ｂ、長時間音圧平均器４ｂから出力される信号レベルを補正する重み調整アンプ５、短時間音圧平均器４ａの出力から重み調整アンプ５の出力を減算する減算器６および減算器６からの出力をしきい値と比較する比較器７が設けられている。
【００２２】
ここで、話者信号には、話者の発話による音声信号および雑音環境下での雑音信号が含まれている。
また、ハイパスフィルタ１は、電話回線で伝送されない帯域の信号を遮断するためのもので、電話回線の帯域は通常３００Ｈｚ以上になっているため、ハイパスフィルタ１の通過帯域は、この電話回線の帯域に対応して設定することができる。
【００２３】
また、ハイパスフィルタ２ａは、人間のホルマント周波数が主に分布する帯域の信号を抽出するとともに、自動車の車内などで発生する低域雑音を遮断するためのもので、人間のホルマント周波数の中心は２０００Ｈｚ近辺に集中するため、ハイパスフィルタ２ａの遮断周波数を２０００Ｈｚ近辺に設定することにより、低域雑音の影響を低減させつつ、人間の音声を精度よく抽出することができる。
【００２４】
また、ローパスフィルタ２ｂは、ハイパスフィルタ２ａで帯域制限された信号と相関の弱い帯域の信号を抽出するもので、例えば、自動車の車内などで発生する低域雑音を抽出するとともに、人間のホルマント周波数が主に分布する帯域の信号を遮断する。
すなわち、人間のホルマント周波数の中心は２０００Ｈｚ近辺に集中し、自動車の車内などで発生する雑音はそれよりも低域に集中するため、ローパスフィルタ２ｂの遮断周波数を２０００Ｈｚ近辺に設定することにより、人間の音声の影響を低減させつつ、雑音音圧を精度よく抽出することができる。
【００２５】
そして、ハイパスフィルタ１で３００Ｈｚ以下の低域成分がカットされた話者信号は、ハイパスフィルタ２ａおよびローパスフィルタ２ｂにそれぞれ入力される。
そして、ハイパスフィルタ２ａでは、人間のホルマント周波数が主に分布する２０００Ｈｚ近辺の帯域の信号が抽出されるとともに、自動車の車内などで発生する低域雑音がカットされ、絶対値化回路３ａに入力される。
【００２６】
そして、ハイパスフィルタ２ａで抽出された信号が絶対値化回路３ａに入力されると、その信号が絶対値化された後、短時間音圧平均器４ａに出力される。
そして、絶対値化回路３ａで絶対値化された信号の短時間の平均音圧が算出され、減算器６に出力される。
一方、ローパスフィルタ２ｂでは、自動車の車内などで発生する低域雑音が抽出されるとともに、人間のホルマント周波数が主に分布する２０００Ｈｚ近辺の帯域の信号がカットされ、絶対値化回路３ｂに入力される。
【００２７】
そして、ローパスフィルタ２ｂで抽出された信号が絶対値化回路３ｂに入力されると、その信号が絶対値化された後、長時間音圧平均器４ｂに出力される。
そして、絶対値化回路３ｂで絶対値化された信号の長時間の平均音圧が算出され、重み調整アンプ５に出力される。
ここで、長時間音圧平均器４ｂが重み調整アンプ５に入力されると、重み調整アンプ５は、長時間音圧平均器４ｂから出力される帯域の平均音圧が短時間音圧平均器４ａから出力される信号の帯域に合致するように、長時間音圧平均器４ｂから出力される平均音圧を補正する。
【００２８】
そして、短時間音圧平均器４ａで算出された平均音圧が減算器６に入力されるとともに、長時間音圧平均器４ｂで算出された平均音圧が重み調整アンプ５を介して減算器６に入力されると、これらの値が減算されて、比較器７に入力される。
ここで、重み調整アンプ５にて長時間音圧平均器４ｂから出力される平均音圧の周波数特性を補正することにより、異なる帯域に帯域制限された信号同士を減算することで、ハイパスフィルタ２ａで除去しきれずに残存する雑音成分を短時間音圧平均器４ａの出力信号から除去することができ、音声検出の精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
そして、減算器６からの出力が比較器７に入力されると、減算器６からの出力がしきい値と比較される。
そして、減算器６からの出力がしきい値より大きい時は発話状態と判定することが可能となるとともに、減算器６からの出力がしきい値より小さい時は無発話状態と判定することが可能となる。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態に係る自動車内での音声および雑音の周波数分布を示す図である。
図２において、人間の音声のスペクトル分布Ａ１は通常３００〜３５００Ｈｚに分布し、人間の音声Ａ３のホルマント周波数の中心は２０００Ｈｚ近辺に存在する。
【００３１】
一方、車内雑音のスペクトル分布Ｂ１のピークは、人間の音声のスペクトル分布Ａ１のピークよりも低域に存在し、音声Ａ３のホルマント周波数の中心が集中する２０００Ｈｚ近辺では、車内雑音のスペクトル分布Ｂ１の裾に対応する。
このため、人間の音声のスペクトル分布Ｂ１が２０００Ｈｚ近辺以上に帯域制限されるように、フィルタ特性Ｃ１を設定するとともに、車内雑音のスペクトル分布Ｂ１が２０００Ｈｚ近辺以下に帯域制限されるように、フィルタ特性Ｃ２を設定する。
【００３２】
そして、ハイパスフィルタ１、２ａを組み合わせてフィルタ特性Ｃ１を実現するとともに、ハイパスフィルタ１とローパスフィルタ２ｂを組み合わせてフィルタ特性Ｃ２を実現することにより、帯域制限された人間の音声スペクトル分布Ａ２の平均音圧を短時間音圧平均器４ａで算出することが可能となるとともに、帯域制限された車内雑音のスペクトル分布Ｂ２の平均音圧を長時間音圧平均器４ｂで算出することが可能となる。
【００３３】
このため、話者信号に含まれる音声信号と雑音信号とを分離して、音声信号に雑音信号が重畳されている場合においても、音声信号および雑音信号を効率よく抽出することが可能となる。
このため、発話が長時間に及んだ場合においても、雑音レベル検出時の音声信号の影響を抑圧することが可能となり、発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制することが可能となる。
【００３４】
ここで、短時間音圧平均器４ａに入力される信号と長時間音圧平均器４ｂに入力される信号とを異なる帯域に帯域制限し、短時間音圧平均器４ａから出力される信号に残存する雑音を除去するために、短時間音圧平均器４ａで算出される平均音圧から長時間音圧平均器４ｂで算出される平均音圧を差し引くと、差し引かれる雑音の帯域が異なるようになる。
【００３５】
一方、自動車内の定常雑音は、雑音のレベルの大小にかかわらず、スペクトルパターンはほぼ一定の形状を維持する。
例えば、低速走行の場合、自動車のエンジン音は小さくなり、そのエンジン音に比例してタイヤと路面間で生じるロードノイズや風切り音なども小さくなる。逆に、高速走行の場合、自動車のエンジン音は大きくなり、そのエンジン音に比例してタイヤと路面間で生じるロードノイズや風切り音なども大きくなる。
【００３６】
この結果、長時間音圧平均器４ｂで算出された平均音圧に重み補正値を乗じることにより、長時間音圧平均器４ｂで捉えられた帯域の雑音を短時間音圧平均器４ａで捉えられる帯域の雑音に変換することができる。
このため、短時間音圧平均器４ａの平均音圧から、重み補正値が乗じられた長時間音圧平均器４ｂの平均音圧を差し引くことにより、短時間音圧平均器４ａに入力される信号と長時間音圧平均器４ｂに入力される信号とが異なる帯域に帯域制限された場合においても、短時間音圧平均器４ａの平均音圧に残存する雑音を除去することが可能となる。
【００３７】
すなわち、雑音のレベルの大小にかかわらず、スペクトルパターンはほぼ一定の形状を維持する場合、図２（ｂ）に示すように、長時間音圧平均器４ｂで捉えることができる音圧の積分量Ｄと音声検出を正確に行うために得なければならない音圧量Ｅとの比はほぼ一定になる。
ここで、話者信号に含まれる音声信号から雑音を正確に除去した値を比較器７に入力するためには、以下の（１）式を減算器６で算出する必要がある。
【００３８】
（減算器出力）＝（短時間音圧平均器４ａの平均音圧）−Ｅ　　・・・（１）
ただし、Ｅは、図２（ｂ）の音声検出を正確に行うために得なければならない音圧量である。
一方、雑音のレベルの大小にかかわらず、スペクトルパターンはほぼ一定の形状を維持する場合、音声検出を正確に行うために得なければならない音圧量Ｅは、長時間音圧平均器４ｂで捉えることができる音圧の積分量Ｄを用いて以下の（２）式で算出することができる。
【００３９】
Ｅ＝（重み補正値）×Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
従って、（２）式を（１）式に代入することにより、減算器出力は、以下の（３）式を用いて算出することができる。
（減算器出力）＝（短時間音圧平均器４ａの平均音圧）−（重み補正値）×（長時間音圧平均器４ｂの平均音圧）・・・（３）
よって、短時間音圧平均器４ａの平均音圧を減算器６に入力するとともに、重み調整アンプ５を介し長時間音圧平均器４ｂの平均音圧を減算器６に入力することにより、話者信号に含まれる音声信号から雑音を正確に除去した値を算出することができ、話者信号に含まれる音声信号と雑音とが異なる帯域に帯域制限された場合においても、話者信号に含まれる音声信号から雑音を正確に除去した値を比較器７に入力することが可能となる。
【００４０】
なお、重み補正値は適当な値に設定することができ、例えば、無音時または雑音だけが入力された時は、減算器６からの出力がしきい値を越えないような値に設定してもよいし、音声＋雑音が入力された時に音声がある場合は、減算器６からの出力がしきい値を越えるような値に設定してもよい。
また、エンジン音やロードノイズなどは車種によってそれぞれ固有のものであるため、スペクトルパターンは車種によってそれぞれ固有のもとなるが、車種が変わった場合には、重み調整アンプ５で設定される重み補正を変更することができるので、どんな形状のスペクトルパターンであっても対応することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、話者信号の帯域制限を行うことにより、話者信号に含まれる音声信号と雑音信号とを分離することができ、雑音レベル検出時の音声信号の影響を抑圧することが可能となるため、発話時間の影響による発話検出の精度の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る音声検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る自動車内での音声および雑音の周波数分布を示す図である。
【図３】従来の音声検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２ａ　ハイパスフィルタ
２ｂ　ローパスフィルタ
３ａ、３ｂ　絶対値化回路
４ａ　短時間音圧平均器
４ｂ　長時間音圧平均器
５　重み調整アンプ
６　減算器
７　比較器
Ａ１　人間の音声のスペクトル分布
Ａ２　帯域制限後の人間の音声スペクトル分布
Ａ３　人間の音声
Ｂ１　車内雑音のスペクトル分布
Ｂ２　帯域制限後の車内雑音のスペクトル分布
Ｃ１、Ｃ２　フィルタ特性
Ｄ　長時間音圧平均器で捉えることができる音圧の積分量
Ｅ　音声検出を正確に行うために得なければならない音圧量
【図１】
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【図２】
2004102161.tif 000004
【図３】
2004102161.tif 000005