(57)【要約】【課題】変動の大きな騒音環境下における騒音レベルの推定，及び音声検出を実現する騒音レベル推定回路及びそれを用いた音声検出装置を提供する。【解決手段】マイクロホン等の入力装置からの入力信号のレベルを算出する入力信号レベル算出部と，前記入力信号レベルを基に時間平均レベルを算出する時間平均レベル算出部と，前記時間平均レベルを基に騒音レベルを推定する騒音レベル推定部とを有する音声検出装置である。この構成により，騒音レベルの推定を時間平均レベルを用いて行うため，変動の大きな騒音環境下における騒音レベルの過小推定を防止し、より正確な騒音レベルを推定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】
マイクロホン等の入力装置からの入力信号のレベルを算出する入力信号レベル算出部と，
前記入力信号レベルを基に時間平均レベルを算出する時間平均レベル算出部と，前記時間平均レベルを基に騒音レベルを推定する騒音レベル推定部と，
を備えることを特徴とする騒音レベル推定装置。
【請求項２】
前記騒音レベル推定部は，
現分析時間単位で算出した時間平均レベルと前分析時間単位で算出した騒音レベルを比較し，現分析時間単位で算出した時間平均レベルが前分析時間単位で算出した騒音レベルより小さい場合，現分析時間単位で算出した時間平均レベルを現分析時間単位の騒音レベルとして出力し，現分析時間単位で算出した時間平均レベルが前分析時間単位で算出した騒音レベルより大きい場合，前分析時間単位で算出した騒音レベルに予め設定された騒音レベル更新量を上乗せしたレベルを現分析時間単位の騒音レベルとして出力することを特徴とする請求項１記載の騒音レベル推定装置。
【請求項３】
前記入力信号算出部は，
マイクロホン等の入力装置からの入力信号を複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と，
前記帯域分割された複数の帯域分割信号それぞれについて帯域レベルを算出する帯域レベル算出部と，を備え，
各帯域について時間平均レベル，及び騒音レベルを推定することを特徴とする請求項１から２記載の騒音レベル推定装置。
【請求項４】
請求項１或いは２記載の騒音レベル推定装置と，
前記入力信号レベルと前記騒音レベルに基づいて音声／非音声の判定を行う音声判定部と，
を備えることを特徴とする音声検出装置。
【請求項５】
前記入力信号レベル算出部は，
マイクロホン等の入力装置からの入力信号を複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と，
前記帯域分割された複数の帯域分割信号それぞれについて帯域レベルを算出する帯域レベル算出部と，
前記帯域レベルのうち，一つ以上の帯域レベルを用いて平均値を算出する帯域平均レベル算出部と，を備えることを特徴とする請求項４記載の音声検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，補聴器，音響エコーキャンセラ等の音響機器における騒音抑圧装置，ボイススイッチ等で騒音レベルの推定，及び音声区間を検出するための騒音レベル推定装置及びそれを用いた音声検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，この種の騒音レベル推定装置及びそれを用いた音声検出装置としては，例えば特許第３１５１６２３号明細書に記載されているものがある。図９は従来の騒音レベル推定処理を用いたノイズ抑圧システムのフローチャートの例を示している。このフローチャートの中で，ステップＳ９０１からＳ９０４が従来の騒音レベル推定処理の例である（ステップＳ９１０）。
まず，このフローチャートの出発点は通常の初期化ステップを表し，このステップにおいて関連するマイクロプロセッサ（図示せず）がシステムがスタートする時に初期化される（ステップＳ９００）。
次に，初期化後，ノイズ抑圧システムは，システムに対しゆっくり変動する残留ノイズレベル成分と急速に変動するデータ成分をその中に有する複合入力信号レベルをサンプルするように指令する（ステップＳ９０１）。
次にノイズフロアレベルを増分する（ステップＳ９０２）。
次にノイズフロアレベルが複合入力信号レベルよりも大きいかどうか判定する（ステップＳ９０３）。
もしノイズフロアレベルが複合入力信号レベルよりも大きければ（ノイズフロアレベル＞複合入力信号レベル），ノイズフロアレベルは信号レベルと等しくなるように設定される（ステップＳ９０４）。
次に，複合信号レベルからノイズフロアレベルを減じた信号を出力信号として発生する（ステップＳ９０５）。
アルゴリズムは再びステップＳ９０１に戻り，ステップＳ９０１において複合入力信号レベルをサンプルし，そしてシステムが作動している間高いレートでＳ９０１〜Ｓ９０５を繰り返す。
【特許文献】特許第３１５１６２３号明細書
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の騒音レベル推定装置においては，騒音が大きくなったり，小さくなったりと騒音レベルの変動が大きな騒音環境下では，瞬間的にレベルの低い信号が入力された場合，その値がノイズフロアとなり，ステップＳ９０２において，ノイズフロアを増加しても真の騒音レベルの値近づくまでに時間を要してしまう。また，過小推定した際のノイズフロアにおいて騒音レベルが定常的に高くなった場合，騒音を音声として誤検出する場合がある。
【０００４】
本発明は，上記従来技術の課題を解決するものであり，騒音レベルの変動が大きな場合でも定常的な騒音レベルを推定し，比較的良好に音声を検出する騒音レベル推定装置及びそれを用いた音声検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の騒音レベル推定装置は，マイクロホン等の入力装置からの入力信号のレベルを算出する入力信号レベル算出部と，前記入力信号レベルを基に時間平均レベルを算出する時間平均レベル算出部と，前記時間平均レベルを基に騒音レベルを推定する騒音レベル推定部とを備えることを特徴とする騒音レベル推定装置である。
【０００６】
この構成により，騒音レベルの推定を時間平均レベルを用い行うため，変動の大きな騒音環境下における騒音レベルの過小推定を防止することが可能となる。
【０００７】
また、上記課題を解決するために本発明の請求項２記載の騒音レベル推定装置は，前記騒音レベル推定部は，現分析時間単位で算出した時間平均レベルと前分析時間単位で算出した騒音レベルを比較し，現分析時間単位で算出した時間平均レベルが前分析時間単位で算出した騒音レベルより小さい場合，現分析時間単位で算出した時間平均レベルを現分析時間単位の騒音レベルとして出力し，現分析時間単位で算出した時間平均レベルが前分析時間単位で算出した騒音レベルより大きい場合，前分析時間単位で算出した騒音レベルに予め設定された騒音レベル更新量を上乗せしたレベルを現分析時間単位の騒音レベルとして出力することを特徴とする請求項１記載の騒音レベル推定装置である。この構成により，非定常騒音環境下における騒音レベルの推定が可能となる。
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の請求項３記載の騒音レベル推定装置は，
前記入力信号算出部は，マイクロホン等の入力装置からの入力信号を複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と，前記帯域分割された複数の帯域分割信号それぞれについて帯域レベルを算出する帯域レベル算出部と，を備え，各帯域について時間平均レベル，及び騒音レベルを推定することを特徴とする請求項１から２記載の騒音レベル推定装置である。
【０００９】
この構成により，各周波数帯域において騒音レベルの推定を各周波数帯域で算出した時間平均レベルを用いて行うため，騒音の周波数特性を考慮した騒音レベルを推定が可能となる。
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の請求項４記載の音声検出装置は，
請求項１或いは２記載の騒音レベル推定装置と，前記入力信号レベルと前記騒音レベルに基づいて音声／非音声の判定を行う音声判定部と，を備えることを特徴とする音声検出装置
である。
【００１１】
この構成により，分析時間単位で算出する入力信号レベルと，時間平均化を行って算出する騒音レベルを用いて音声の検出を行うため，音声の立ち上がりの検出精度の向上と，また，変動の大きな騒音環境下における音声信号の検出精度の向上が可能となる。
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の請求項５記載の音声検出装置は，前記入力信号レベル算出部は，マイクロホン等の入力装置からの入力信号を複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と，前記帯域分割された複数の帯域分割信号それぞれについて帯域レベルを算出する帯域レベル算出部と，前記帯域レベルのうち，一つ以上の帯域レベルを用いて平均値を算出する帯域平均レベル算出部と，を備えることを特徴とする請求項４記載の音声検出装置である。
【００１３】
この構成により，音声成分が多く含まれる周波数帯域のみで音声の検出を行うため，音声信号の検出精度を向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１から３は，本発明の第１の実施の形態に係る騒音レベル推定装置を示すものである。
【００１６】
まず，ここでは分析時間単位をフレーム（フレーム長：１０〜１００［ｍｓ］程度）として説明する。
【００１７】
図１に示すように，本実施の形態の騒音レベル推定装置は，入力端子１１０と，入力信号レベル算出部１０１と，時間平均レベル算出部１０２と，騒音レベル推定部１０３と，出力端子１１１と，を備えている。入力端子１１０は，マイクロホンアンプやＡＤ変換器等に接続されている。入力信号レベル算出部１０１は，入力端子１１０に入力された信号ｓ（ｋ）（ｋはサンプル番号）を，１フレーム分バッファリングし，例えば式（１），或いは式（２）にしたがって入力信号のパワーレベルＬｐ（ｊ），或いは振幅レベルＬａ（ｊ）（ｊはフレーム番号）を算出する。
【数１】
2004304721.tif 000003
2004304721.tif 000004
【数２】
2004304721.tif 000005
2004304721.tif 000006
【００１８】
ここで，Ｎは１フレームのサンプル数を示し，例えば，サンプリング周波数４８［ｋＨｚ］，フレーム長２０［ｍｓ］の場合，Ｎ＝９６０となる。
【００１９】
時間平均レベル算出部１０２は，入力信号レベル算出部１０１で算出された入力信号レベルＬ（ｊ）（Ｌｐ（ｊ），Ｌａ（ｊ）を総じてＬ（ｊ）とする）をＭ個バッファリングし，時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）を例えば式（３）にしたがって算出する。
【数３】
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2004304721.tif 000008
【００２０】
ここで，Ｍは時間平均レベルを算出するためのフレーム数を示し，例えば，Ｍ＝２０は，フレーム長２０［ｍｓ］（Ｎ＝９６０）の場合，４００［ｍｓ］に相当する。
或いは，時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）を例えば式（３−ａ）にしたがって算出する。
【数４】
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2004304721.tif 000010
【００２１】
ここで，Ｔｓは平均レベル更新量であり，０．０１〜１．０程度の値に設定する。
騒音レベル推定部１０３は，時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）と前フレームで算出した騒音レベル推定値Ｎ（ｊ−１）とから騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）を算出する。騒音レベル推定部１０３のフローチャートの一例を図２に示す。
【００２２】
まず，時間平均レベル算出部１０２で算出された現フレームで算出された時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）と前フレームで算出した騒音レベル推定値Ｎ（ｊ−１）とを比較する（Ｓ２０１）。
比較の結果，Ｌａｖｅ（ｊ）＜Ｎ（ｊ−１）の場合，現フレームの時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）を現フレームの騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）とする（Ｓ２０２）。
【００２３】
一方，Ｌａｖｅ（ｊ）≧Ｎ（ｊ−１）の場合，前フレームで算出した騒音レベル推定値Ｎ（ｊ−１）に騒音レベル更新量Ｌｕｐを乗じ，騒音レベル推定値を少しずつ更新する。騒音レベル更新量Ｌｕｐは１より大きな値であり，例えば０．０１〜３［ｄＢ］程度の値となるように設定する（振幅レベルの場合，１．００１１５…〜１．４１２５３…，パワーレベルの場合，１．００２３０…〜２．０）。フレーム長を４０ｍｓ以下に設定すれば，音節間の非音声区間における騒音レベルも推定可能となる。また，Ｌａｖｅ（ｊ）≧Ｎ（ｊ−１）の時にＮ（ｊ）＝Ｎ（ｊ−１）＊Ｌｕｐとすることは，騒音レベルが上昇しているときに騒音推定レベルを少しずつ上昇させていることになり，非定常騒音の推定も可能となる（Ｓ２０３）。
【００２４】
出力端子１１０は，騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）を出力する。
【００２５】
なお，本実施の形態では，分析時間単位をフレームとして説明したが，以下に分析時間単位をサンプルとした場合の例を示す。
【００２６】
入力信号レベル算出部１０１は，絶対値算出部３０１と，ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ部３０２と，を備えている。入力信号レベル算出部の構成の一例を図３に示す。
絶対値算出部３０１は，入力端子１１０に入力された信号ｓ（ｋ）（ｋはサンプル番号）の絶対値｜ｓ（ｋ）｜を算出する。
【００２７】
ＩＩＲフィルタ部３０２は，入力信号の絶対値｜ｓ（ｋ）｜を低域通過フィルタを通すことにより入力信号レベルＬ（ｋ）を算出する。ここではフィルタ次数を１次としている。式で表現すると，式（４）のようになり，この式にしたがって入力信号レベルＬ（ｋ）を算出する。
【数５】
2004304721.tif 000011
2004304721.tif 000012
【００２８】
時間平均レベル算出部１０２は，ＩＩＲフィルタ部３０２で算出された入力信号レベルＬ（ｋ）をＭ’個バッファリングし，時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）を例えば式（５）にしたがって算出する。
【数６】
2004304721.tif 000013
2004304721.tif 000014
【００２９】
ここで，Ｍ’は時間平均レベルを算出するためのサンプル数を示し，例えば，サンプリング周波数４８［ｋＨｚ］，４００［ｍｓ］の時間平均レベルを算出する場合，Ｍ’＝１９２００となる。
或いは，時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）を例えば式（５−ａ）にしたがって算出する。
【数７】
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2004304721.tif 000016
【００３０】
ここで，Ｔｓは平均レベル更新量であり，０．００１〜１．０程度の値に設定する。
時間平均レベルＬａｖｅ（ｊ）は，前記同様，騒音レベル推定部１０３に入力される。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図４は，本発明の第２の実施の形態の騒音レベル推定装置を示すものである。
図４に示すように，本実施の形態の騒音レベル推定装置は，入力端子１１０と，周波数分割部４０１と，帯域レベル算出部４０２と，時間平均レベル算出部４０３と，騒音レベル推定部４０４と，出力端子１１１と，を備えている。
【００３２】
入力端子１１０は，マイクロホンアンプやＡＤ変換器等に接続されている。
周波数分割部４０１は，高速フーリエ変換，フィルタバンク，或いはバンドパスフィルタ等の方法により予め設定されたＢａｎｄ個（Ｂａｎｄは正数）の周波数帯域の信号（帯域分割信号）ｓｉ（ｋ）（ｉ＝０〜Ｂａｎｄ−１，ｉを帯域番号と呼ぶ）に分割する。
【００３３】
帯域レベル算出部４０２は，第１の実施の形態に記載した入力信号レベル算出部１１０と同様の処理により，式（６）〜（８）のいずれかにしたがって帯域毎に帯域分割信号ｓｉ（ｋ）から帯域レベルＬｉ（ｊ）を算出する。
【数８】
2004304721.tif 000017
2004304721.tif 000018
【数９】
2004304721.tif 000019
2004304721.tif 000020
【数１０】
2004304721.tif 000021
2004304721.tif 000022
【００３４】
帯域時間平均レベル算出部４０３は，帯域レベル算出部４０２で算出された帯域レベルＬｉ（ｊ）をＭ個バッファリングし，帯域毎に時間平均レベルＬａｖｅ−ｉ（ｊ）を例えば式（３）にしたがって算出する。
帯域騒音レベル推定部４０４は，帯域毎に帯域時間平均レベルＬａｖｅ−ｉ（ｊ）と前分析時間単位で算出した帯域騒音レベル推定値Ｎｉ（ｊ−１）とを用いて，第１の実施の形態記載の騒音レベル推定部と同様の方法により帯域騒音レベル推定値Ｎｉ（ｊ）を算出する。
出力端子１１１は，帯域騒音レベル推定値Ｎｉ（ｊ）を出力する。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図５から７は本発明の第３の実施の形態の音声検出装置を示すものである。
入力レベル・騒音レベル算出部５０１は，第１の実施の形態の騒音レベル推定装置であり，入力信号レベルＬ（ｊ）及び騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）を算出する。
【００３６】
音声判定部５０２は，入力信号レベルＬ（ｊ）及び騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）から音声／非音声を判定する。音声判定部５０２のフローチャートの一例を図６に示す。
まず，騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）に判定係数Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）を乗じ，入力信号レベルＬ（ｊ）と比較する（Ｓ６０１）。
比較の結果，Ｌ（ｊ）＞Ｎ（ｊ）＊Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）の場合は音声と判定する（Ｓ６０２）。
一方，Ｌ（ｊ）≦Ｎ（ｊ）＊Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）の場合は非音声と判定する（Ｓ６０３）。
【００３７】
ここで，判定係数Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）を算出するフローチャートを図７に示す。
まず，騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）に閾値αを乗じ，入力信号レベルＬ（ｊ）と比較し，音声が入力されたか否かを検出する（Ｓ７０１）。音声が入力されはじめたとき，すなわち，入力信号が騒音のみの信号から音声を含む信号に移行したとき，入力信号レベルＬ（ｊ）は，突発的に大きな信号になる。よって，入力信号レベルＬ（ｊ）と騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）との間には，大きな差が生じることになり，騒音レベル推定値Ｎ（ｊ）に定数αを乗じ，音声区間の開始点を検出する。定数αは，例えば６〜１０ｄＢ相当の値に設定する。
【００３８】
比較の結果，Ｌ（ｊ）＞Ｎ（ｊ）＊αの場合，すなわち音声が入力されたと判断されたとき，Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）＝β（＜α）に設定する。定数β＜α）は，例えば１．０程度に設定する（Ｓ７０２）。
【００３９】
一方，Ｌ（ｊ）≦Ｎ（ｊ）＊αの場合，すなわち，音声入力後，或いは音声未入力の時，判定係数Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）に更新量Ｌｔを乗じ，判定係数Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）を少しずつ上昇させていく（Ｓ７０３）。更新量は，例えば，０．０１〜１．０ｄＢ相当の値に設定する。これにより音声信号が入力された後，比較的小さい音声信号を騒音信号と判定しないようになっている。
【００４０】
ここで判定係数Ｔｈ＃Ｌ（ｊ）が大きくなり過ぎて，音声の入力の検出ができなくなるのを防止するため，閾値γ（＞β）を設けている（Ｓ７０４，Ｓ７０５）。閾値γは，例えば２〜１０ｄＢ相当の値に設定する。
【００４１】
（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態の音声検出装置を示すものである。
【００４２】
なお，本実施の形態は，第３の実施の形態の音声検出装置において，入力信号レベル算出部１０１が周波数分割部４０１と，帯域レベル算出部４０３と，帯域平均レベル算出部８０１とから構成されている点に特徴がある。入力信号レベル算出部１０１において周波数分割部４０１及び帯域レベル算出部４０３は。第２の実施の形態と同じであり，また，この他の構成は，第３の実施の形態と同じであるため，同一番号を付して説明を省略する。
【００４３】
帯域平均レベル算出部８０３は，帯域レベル算出部４０２で算出された帯域レベルＬｉ（ｊ）を用いて，式（９）にしたがって，帯域平均レベルＬ（ｊ）を算出する。
【数１１】
2004304721.tif 000023
2004304721.tif 000024
【００４４】
ここで，ｂ０，及びｂ１は帯域平均レベルを算出するための帯域番号であり，０≦ｂ０＜ｂ１＜Ｍである。ｂ０，及びｂ１の値としては，音声パワーの大きな周波数を含むような帯域に設定し，例えば，サンプリング周波数４８［ｋＨｚ］，帯域分割の方法として，６４分割のＤＦＴフィルタバンクとした場合，ｂ０＝１，ｂ１＝４等の値に設定する。この場合，Ｌ（ｊ）は，３７５〜３，３７５［Ｈｚ］の帯域のレベルを算出することとなる。
また，全帯域のレベルを求める場合は，ｂ０＝０，ｂ１＝Ｍ−１に設定する。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，レベル変動の大きな騒音環境下における騒音レベルの推定と音声検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の騒音レベル推定装置の構成を示すブロック図
【図２】騒音レベル推定部の動作を示すフローチャート
【図３】入力信号レベル算出部の構成の一例を示すブロック図
【図４】本発明の第２の実施の形態の騒音レベル推定装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第３の実施の形態の音声検出装置の構成を示すブロック図
【図６】音声判定部の動作を示すフローチャート
【図７】判定係数を算出方法を示すフローチャート
【図８】本発明の第４の実施の形態の音声検出装置の構成を示すブロック図
【図９】従来の騒音レベル推定処理を用いたノイズ抑圧システムを示すフローチャート
【符号の説明】
１０１…入力信号レベル算出部
１０２…時間平均レベル算出部
１０３…騒音レベル推定部
１１０…入力端子
１１１…出力端子
Ｓ２０１…入力レベル判定ステップ
Ｓ２０２…騒音レベル設定ステップ
Ｓ２０３…騒音レベル更新ステップ
３０１…絶対値演算部
３０２…ＩＩＲフィルタ部
３０２−１３０２−２３０２−３…乗算器
３０２−４３０２−５…遅延器
３０３−６…加算器
４０１…周波数分割部
４０２…帯域レベル算出部
４０３…帯域時間平均レベル算出部
４０４…帯域騒音レベル算出部
５０１…入力レベル・騒音レベル算出部
５０２…音声判定部
Ｓ６０１…音声／非音声判定ステップ
Ｓ６０２…音声判定ステップ
Ｓ６０３…非音声判定ステップ
Ｓ７０１…音声入力判定ステップ
Ｓ７０２…判定係数設定ステップ
Ｓ７０３…判定係数更新ステップ
Ｓ７０４…判定係数最大値判定ステップ
Ｓ７０５…判定係数最大値設定ステップ
Ｓ９００…初期化ステップ
Ｓ９０１…入力信号レベル算出ステップ
Ｓ９０２…ノイズフロア更新ステップ
Ｓ９０３…ノイズフロア判定ステップ
Ｓ９０４…ノイズフロア設定ステップ
Ｓ９０５…信号出力算出ステップ
Ｓ９１０…騒音レベル推定ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004304721.tif 000028
【図５】
2004304721.tif 000029
【図６】
2004304721.tif 000030
【図７】
2004304721.tif 000031
【図８】
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【図９】
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