(57)【要約】【課題】音声に混入した雑音を確実に除去するための音声信号雑音除去装置等を提供することである。【解決手段】ピッチ分析部２は、音声入力部１が取得した元の音声信号が表す音声のピッチ成分の周波数の移動修正平均を求める。可変型フィルタ３は、ピッチ分析部２が求めた移動修正平均及びその近傍の成分以外を元の音声信号から除去してピッチ成分を抽出する。絶対値検出部４がピッチ成分の絶対値を求め、ローパスフィルタ５は得られた絶対値を表す信号をフィルタリングして、利得調整信号を生成する。そして、元の音声信号は、遅延部６によりタイミングを調整された上、利得調整信号の値により決まる利得で、利得調整部７により増幅あるいは減衰され、出力される。【選択図】  図１
2004297273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う利得決定手段と、
を備えることを特徴とする音声信号雑音除去装置。
【請求項２】
前記ピッチ成分抽出手段は、
制御に従って通過帯域を変化させ、前記音声信号をフィルタリングすることにより前記通過帯域内の成分を抽出する可変フィルタと、
前記音声信号に基づいて前記音声の基本周波数を特定し、特定した基本周波数及びその近傍の成分以外が遮断されるような通過帯域になるように前記可変フィルタを制御することによって前記可変フィルタに前記ピッチ成分を抽出させるフィルタ特性決定部と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項３】
前記フィルタ特性決定部は、前記音声信号のケプストラムが極大値をとる周波数を前記音声の基本周波数として特定するケプストラム分析部を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項４】
フィルタ特性決定部は、音声信号をフィルタリングして基本周波数成分が実質的に含まない帯域を除去し、除去されなかった成分が所定値に達するタイミングを特定して、特定したタイミングに基づいて前記基本周波数を特定するクロス検出部を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項５】
前記クロス検出部は、特定したタイミングに基づいて前記音声に基本周波数成分が一定量以上含まれているか否かを判別し、含まれていないと判別したときは、ピッチ成分が含まれていない旨を可変フィルタに通知し、
前記可変フィルタは、ピッチ成分が含まれていない旨の通知に応答して、前記音声信号を遮断する、
ことを特徴とする請求項４に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項６】
前記利得決定手段は、抽出されたピッチ成分のひとつの期間内の強度に基づいて、当該期間、及び、当該期間に先行する所定の期間における前記音声信号の利得を決定するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項７】
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出し、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う、
ことを特徴とする音声信号雑音除去方法。
【請求項８】
コンピュータを、
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う利得決定手段と、
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、音声信号雑音除去装置、音声信号雑音除去方法及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線受信機など、音声信号を取り扱う装置が雑音を除去する手法として、スケルチ回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５４３５４２号公報
【０００４】
スケルチ回路は、再生する対象の信号（例えば、変調波を検波して得られた検波信号）のレベルが所定値に達しているか否かを判別して、達しているときはこの信号を後段に送り、達していないときはこの信号を遮断する、という動作を行う回路である。スケルチ回路が動作することにより、信号のレベルが一定程度より低い状態では、信号対雑音比の小さな品質の悪い信号が再生されることが阻止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スケルチ回路は、検波信号などに既に多量の雑音が混入している場合は、信号のレベルと雑音のレベルとを区別できないため、正常に動作しない。
一方、車両等は一般に、例えば図４に示すように、人の音声に比べ大きな雑音を発するので、車両の内部などから人が発する音声には、一般にこの音声より大きな雑音が混入してしまう。（なお、図４（ａ）は人の音声のスペクトルの一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は車両等が発する雑音のスペクトルの一例を示すグラフであり、図４（ｃ）は人の声の波形の一例を示すグラフであり、図４（ｄ）は車両等が発する雑音の波形の一例を示すグラフである。）
このため、例えば音声に応答するカーナビゲーションなどの車載用の装置に従来のスケルチ回路を用いても、誤動作する危険が高い。
【０００６】
この発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、音声に混入した雑音を確実に除去するための音声信号雑音除去装置、音声信号雑音除去方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、この発明の第１の観点にかかる音声信号雑音除去装置は、
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う利得決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記ピッチ成分抽出手段は、
制御に従って通過帯域を変化させ、前記音声信号をフィルタリングすることにより前記通過帯域内の成分を抽出する可変フィルタと、
前記音声信号に基づいて前記音声の基本周波数を特定し、特定した基本周波数及びその近傍の成分以外が遮断されるような通過帯域になるように前記可変フィルタを制御することによって前記可変フィルタに前記ピッチ成分を抽出させるフィルタ特性決定部と、を備えるものであってもよい。
【０００９】
前記フィルタ特性決定部は、前記音声信号のケプストラムが極大値をとる周波数を前記音声の基本周波数として特定するケプストラム分析部を備えるものであってもよい。
【００１０】
フィルタ特性決定部は、音声信号をフィルタリングして基本周波数成分が実質的に含まない帯域を除去し、除去されなかった成分が所定値に達するタイミングを特定して、特定したタイミングに基づいて前記基本周波数を特定するクロス検出部を備えるものであってもよい。
【００１１】
前記クロス検出部は、特定したタイミングに基づいて前記音声に基本周波数成分が一定量以上含まれているか否かを判別し、含まれていないと判別したときは、ピッチ成分が含まれていない旨を可変フィルタに通知するものであってもよく、
前記可変フィルタは、ピッチ成分が含まれていない旨の通知に応答して、前記音声信号を遮断するものであってもよい。
【００１２】
前記利得決定手段は、抽出されたピッチ成分のひとつの期間内の強度に基づいて、当該期間、及び、当該期間に先行する所定の期間における前記音声信号の利得を決定するものであってもよい。
【００１３】
また、この発明の第２の観点にかかる音声信号雑音除去方法は、
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出し、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う、
ことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明の第３の観点にかかるプログラムは、
コンピュータを、
音声の波形を表す音声信号を取得し、当該音声信号より当該音声のピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、
抽出されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号の利得を決定し、決定した利得で前記音声信号の増幅又は減衰を行う利得決定手段と、
して機能させるためのものであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る音声データ雑音除去器の構成を示す図である。図示するように、この音声データ雑音除去器は、音声入力部１と、ピッチ分析部２と、可変型フィルタ３と、絶対値検出部４と、ローパスフィルタ５と、遅延部６と、利得調整部７とより構成されている。
【００１６】
音声入力部１は、例えば、マイクロフォンやＡＦ（Ａｕｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器などより構成されている。音声入力部１は、話者が発声した音声を集音し、この音声の波形を表す音声信号を生成して増幅し、ピッチ分析部２の後述するピッチ波形検出用フィルタ２１と、可変型フィルタ３と、遅延部６とに同時に供給する。
【００１７】
ピッチ分析部２は、図１に示すように、ピッチ波形検出用フィルタ２１と、比較部２２と、ラッチ部２３と、計測用パルス発生部２４と、ゲート部２５と、ピッチ周波数計測部２６と、平均ピッチ計算部２７とより構成されている。
【００１８】
ピッチ波形検出用フィルタ２１は、バンドバスフィルタなどより構成されている。ピッチ波形検出用フィルタ２１は、音声入力部１より供給された元の音声信号のうち、人の音声のピッチ成分（基本周波数を有する成分）が通常含まれうる帯域の成分を通過させ、比較部２２へと供給する。（この帯域は、具体的には、１００ヘルツ程度以上４００ヘルツ程度以下とすればよい。）一方、この帯域に含まれない成分は実質的に遮断する。（なお、以下では、ピッチ波形検出用フィルタ２１を通過する成分を低域成分と呼ぶ。）
低域成分は、人の音声のピッチ成分が通常含まれない帯域内の成分を音声信号から除去したものにあたるため、低域成分の波形は、元の音声信号に比べ正弦波に近いものとなる。
【００１９】
比較部２２は、例えば、コンパレータや、このコンパレータの複数の入力端のいずれかに所定の基準電圧を供給する基準電圧源などより構成されている。
比較部２２は、ピッチ波形検出用フィルタ２１より供給された低域成分の強度が所定の基準レベルを超えているか否かを判別し、判別結果を表す信号（以下、レベル検出信号と呼ぶ）を生成してラッチ部２３へと供給する。
【００２０】
レベル検出信号は、具体的には、例えば、低域成分の強度が基準レベルを超えている間は論理値“１”を表す所定のハイレベルを保ち、基準レベル以下である間は論理値“０”を表す所定のローレベルを保つようなパルス信号からなっていればよい。低域成分の強度が基準レベルを超えている間はローレベルを保ち、基準レベル以下である間はハイレベルを保つようなパルス信号からなっていてもよい。
【００２１】
ラッチ部２３は、例えば、フリップフロップ回路等より構成されている。ラッチ部２３は、比較部２２より供給されるレベル検出信号に基づいて、音声信号の１ピッチ分の長さを示す信号（以下、ピッチ検出信号と呼ぶ）を生成し、ゲート部２５へと供給する。
【００２２】
レベル検出信号が上述のように、低域成分の強度が基準レベルを超えている間ハイレベル（又はローレベル）を保ち、基準レベル以下である間ローレベル（又はハイレベル）を保つようなパルス信号からなる場合、ピッチ検出信号は、例えば、レベル検出信号が立ち上がるたびに、ハイレベルからローレベルへの遷移とローレベルからハイレベルへの遷移とを交互に繰り返す（すなわち、トグルする）ような信号であればよい。レベル検出信号が立ち下がるたびにトグルする信号であってもよい。
【００２３】
ピッチ成分が十分多く含まれる母音等より生成されたレベル検出信号は、正弦波に近い波形を有する低域成分を用いて生成されたものである。このため、比較部２２がレベル検出信号として上述のパルス信号を生成する場合、パルス信号の立ち上がり又は立ち下がりのいずれか一方に応答してトグルする上述のようなピッチ検出信号は、立ち上がってから立ち下がるまでの時間長、及び、立ち下がってから立ち上がるまでの時間長が、元の音声信号に含まれるピッチ成分の１周期分にあたるとみることができる。
【００２４】
一方、元の音声信号のうちピッチ成分が多く含まれない区間（例えば、無音の区間や、破裂音あるいは摩擦音等の子音にあたる区間）より得られる低域成分より生成されたレベル検出信号は、低域成分の強度が、この音を表す部分全体を通じて基準レベルに達していないことを示すものとなる。比較部２２がレベル検出信号として上述のパルス信号を生成する場合、このパルス信号は、この音を表す部分全域でローレベルとなる。このため、このパルス信号の立ち上がり又は立ち下がりのいずれか一方に応答してトグルする上述のようなピッチ検出信号は、当該部分全域でハイレベル又はローレベルとなる。
【００２５】
計測用パルス発生部２４は、水晶発振器などより構成されており、人の音声の基本周波数より十分高い一定の周波数の計測用パルス信号を生成して、ゲート部２５へと連続的に供給する。
【００２６】
ゲート部２５は、例えばＡＮＤ回路等より構成されており、ラッチ部２３よりピッチ検出信号を供給され、計測用パルス発生部２４より計測用パルス信号を供給されると、ピッチ検出信号がピッチ成分の１周期の始点を示してからこの１周期の終点を示すまでの間、供給された計測用パルス信号をピッチ周波数計測部２６へと通過させ、その他の期間は計測用パルス信号を遮断する。
【００２７】
具体的には、例えば、ピッチ検出信号がパルス信号の立ち上がり又は立ち下がりのいずれか一方に応答してトグルするものであって、このパルス信号が、低域成分の強度が基準レベルを超えている間はハイレベル（又はローレベル）を保ち、基準レベル以下である間はローレベル（又はハイレベル）を保つようなものである場合、ゲート部２５は、ピッチ検出信号が立ち上がってから立ち下がるまでの間、供給された計測用パルス信号をピッチ周波数計測部２６へと通過させ、その他の期間は計測用パルス信号を遮断するようにすればよい。あるいは、ピッチ検出信号が立ち下がってから立ち上がるまでの間は計測用パルス信号を通過させ、その他の期間は計測用パルス信号を遮断するようにしてもよい。
【００２８】
ピッチ周波数計測部２６は、例えば、リセット可能なカウンタ回路等より構成されている。ピッチ周波数計測部２６は、ゲート部２５が計測用パルス信号の通過を開始してから遮断を開始するまでの期間にゲート部２５を通過した計測用パルス信号に含まれるパルスの数を計測し、計測結果に基づいて元の音声信号のピッチ成分の周波数の実測値を求め、求めた実測値を平均ピッチ計算部２７に通知する。
【００２９】
具体的には、例えば、ピッチ検出信号が立ち上がってから立ち下がるまでの時間長（又は、立ち下がってから立ち上がるまでの時間長）が、元の音声信号に含まれるピッチ成分の１周期分にあたるとみなすことができる場合であって、ゲート部２５が、ピッチ検出信号がハイレベルである間（又は、ローレベルである間）、供給された計測用パルス信号をピッチ周波数計測部２６へと通過させるものである場合、ピッチ周波数計測部２６は、計測用パルス信号の周波数に、ゲート部２５が計測用パルス信号の通過を開始してから遮断を開始するまでの期間に計測したパルスの数の逆数を乗じた値を、元の音声信号のピッチ成分の周波数の実測値とし、この実測値を示すデータを生成して平均ピッチ計算部２７に供給すればよい。
【００３０】
なお、ピッチ検出信号のうち、元の音声信号内でピッチ成分が多く含まれない区間にあたる部分は、上述の通り、当該部分全域でハイレベル又はローレベルとなる。このため、ゲート部２５が、ピッチ検出信号が立ち上がってから立ち下がるまでの間（又は、立ち下がってから立ち上がるまでの間）、供給された計測用パルス信号をピッチ周波数計測部２６へと通過させるものである場合、周波数の実測値は、通常の人の音声の基本周波数に比べて十分大きな値となるか、あるいは通常の人の音声の基本周波数に比べて十分小さな値となる。
【００３１】
すなわち、例えば、ピッチ検出信号の当該部分全域がハイレベルの場合で、ゲート部２５が、ピッチ検出信号がハイレベルである間に計測用パルス信号を通過させる場合や、ピッチ検出信号の当該部分全域がローレベルの場合で、ゲート部２５が、ピッチ検出信号がローレベルである間に計測用パルス信号を通過させる場合は、ピッチ検出信号の当該部分がゲート部２５に供給されている間にゲート部２５に供給された計測用パルス信号はすべてピッチ周波数計測部２６へと通過する。この結果、例えばピッチ周波数計測部２６を構成するカウンタがオーバーフローするなどして、周波数の実測値が、通常の人の音声の基本周波数に比べて非常に小さな値となる。
【００３２】
一方、例えば、ピッチ検出信号の当該部分全域がローレベルの場合で、ゲート部２５が、ピッチ検出信号がハイレベルである間に計測用パルス信号を通過させる場合や、ピッチ検出信号の当該部分全域がハイレベルの場合で、ゲート部２５が、ピッチ検出信号がローレベルである間に計測用パルス信号を通過させる場合は、ピッチ検出信号の当該部分がゲート部２５に供給されている間にゲート部２５に供給された計測用パルス信号は実質上すべて遮断される。従って、周波数の実測値は実質上無限大となる。
【００３３】
平均ピッチ計算部２７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサや、プロセッサの作業領域となる記憶領域を有するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリなどより構成されている。平均ピッチ計算部２７は、ピッチ周波数計測部２６より新たに周波数の実測値を通知されるたびに、これまでに通知された実測値のうち最も新しく求められた方からｎ個（ｎは所定の正の整数）の算術平均（すなわち、移動修正平均）を求め、この移動修正平均の値を可変型フィルタ３へと通知する。
【００３４】
なお、平均ピッチ計算部２７が移動修正平均の値を可変型フィルタ３へと通知する手法は任意であり、例えば移動修正平均の値を示すデジタル信号を生成して可変型フィルタ３へと供給すればよい。あるいは、移動修正平均の値を示す物理量（例えば電圧、電流あるいは周波数など）を有する信号を生成して可変型フィルタ３へと供給してもよい。
【００３５】
ただし、平均ピッチ計算部２７は、移動修正平均を求めるたびに、ピッチ周波数計測部２６より通知された周波数の実測値が、通常の人の音声の基本周波数がとり得る値の範囲から一定量以上離れた値をとるか否かを判別し、一定量以上離れていると判別したものについては、移動修正平均を求めるために用いる対象から除外するものとする。
そして、例えば最も新しく求められた方から実測値ｎ個のうちｋ個（ｋは１以上ｎ未満の整数）が除外された場合は、例えば、残る（ｎ−ｋ）個の算術平均を求めたり、あるいは、（ｎ＋１）番目に新しく求められた実測値で除外されなかったもののうちから最も新しいｋ個の実測値を除外されたｋ個の実測値の代わりに用いて算術平均を求めたりすればよい。
【００３６】
更に例外として、平均ピッチ計算部２７は、周波数の実測値のうち最も新しく求められた方からｎ個すべて（あるいは１個以上ｎ個未満の所定の個数）が移動修正平均を求めるために用いる対象から除外された場合、移動修正平均を求めず、代わりに、移動修正平均の値を求めなかったことを示す所定の値（例えば、０）を可変型フィルタ３に通知するものとする。
【００３７】
可変型フィルタ３は、中心周波数が可変なバンドパスフィルタの機能を行うものであり、例えば、プロセッサやメモリなどより構成されている。あるいは、素子定数が可変な受動素子（例えば、抵抗器やコンデンサやコイルなど）や演算増幅器などより構成されていてもよい。
【００３８】
可変型フィルタ３は、自己の中心周波数を、平均ピッチ計算部２７より通知された値、つまり、ピッチ周波数計測部２６が最も新しく求めた所定個数分の実測値の移動修正平均にあたる周波数に設定する。そして、音声入力部１より供給される元の音声信号をフィルタリングして、フィルタリングされた音声信号の波形を表す信号（以下では、ピッチ信号と呼ぶ）を生成し、このピッチ信号を絶対値検出部４へと供給する。ただし、移動修正平均を求めなかったことを示す値を通知されたときは、元の音声信号の全成分を遮断する。
【００３９】
ピッチ信号は、元の音声信号の基本周波数近傍の成分からなる信号であり、従ってピッチ成分の強度を表すものと見ることができる。
ただし、可変型フィルタ３は、元の音声信号の１つの区間をフィルタリングするとき、当該区間の周波数の値を最新の実測値として平均ピッチ計算部２７が求めた移動修正平均を中心周波数として、この中心周波数及びその近傍の周波数以外の成分を実質的に除去する、というタイミングになるようにフィルタリングを行うことが望ましい。このようなタイミングでフィルタリングを行うため、例えば可変型フィルタ３は、元の音声信号を遅延させるようにしてもよい。この場合、可変型フィルタ３は、この遅延を行うため、例えばディレイライン、積分回路あるいはシフトレジスタ等からなる遅延回路を備えるようにすればよい。
また、ピッチ信号に高調波成分が混入しないようにするため、可変型フィルタ３の通過帯域幅は、中心周波数の２倍未満とされることが望ましい。
【００４０】
絶対値検出部４は、絶対値回路や対数増幅器などより構成されている。絶対値検出部４は、可変型フィルタ３より供給されたピッチ信号の絶対値にあたる値を有する信号を生成して、この信号をローパスフィルタ５に供給する。
【００４１】
ローパスフィルタ５は、絶対値検出部４より供給された信号をフィルタリングして得られた信号（以下、利得調整信号と呼ぶ）を利得調整部７へと供給する。なお、ローパスフィルタ５の通過帯域特性は、例えば、利得調整部７が出力する出力音声信号の信号対雑音比が所望の値より高くなるような特性であればよく、実験を行って経験的に決定するなどすればよい。
【００４２】
遅延部６は、例えば、ディレイライン、積分回路あるいはシフトレジスタ等からなる遅延回路などより構成されている。遅延部６は、音声入力部１より供給された音声信号を遅延させて、利得調整部７へと供給する。
【００４３】
遅延部６が音声信号を遅延させる時間長は、以下（１）及び（２）として示す時間長の和、すなわち、
（１）  遅延部６と可変型フィルタ３とに音声信号が同時に供給されてから、この音声信号が可変型フィルタ３、絶対値検出部４及びローパスフィルタ５を経て利得調整信号として利得調整部７に供給されるまでに要する時間、及び、
（２）  母音の直前の子音が通常占める最大の時間長、
の和にほぼ等しい時間長とする。
【００４４】
利得調整部７は、例えば、可変利得増幅器などより構成されている。利得調整部７は、遅延部６より供給される元の音声信号を、ローパスフィルタ５より供給された利得調整信号のレベルが高いほど大きな利得で増幅（あるいは、利得調整信号のレベルが低いほど大きな減衰率で減衰）して、出力する。
【００４５】
遅延部６が元の音声信号を上述の（１）及び（２）の時間長の和にあたる分遅延させる結果、元の音声信号内で１個の母音を表す部分の基本周波数の移動修正平均に基づいて生成された利得調整信号により決まる利得（あるいは減衰率）で、この母音と、この母音の直前の子音とが、利得調整部７により増幅（あるいは減衰）される。つまり、遅延部６が元の音声信号を遅延させることにより、音声信号の一部分の基本周波数成分の強度に基づいて決定された利得が、当該一部分の先頭より一定時間遡った時点から、利得調整部７の利得として適用される。
【００４６】
上述のように、子音（特に、破裂音や摩擦音）には、ピッチ成分が多く含まれない、という特徴がある。一方、元の音声信号のうち、ピッチ成分が多く含まれない部分は、ピッチ成分を多く含む部分に先行する一定時間長の部分を除いて、最も小さな利得で増幅（あるいは減衰）される。従って、元の音声信号のうち、母音等に先行する子音を表す部分は除去されない一方、ピッチ成分を多く含まないその他の部分は相対的に大きく減衰される。
【００４７】
なお、利得調整信号のレベルに対する利得調整部７の利得の特性は、例えば、利得調整部７の利得が、実質的に利得調整信号のレベルの１次関数となるような関係であればよい。この１次関数の係数（１次の係数）や切片（０次の係数）の値は、利得調整部７が出力する音声信号が所望の基準を満たすように（例えば信号対雑音比が所定値以上となるように）、実験を行うなどして決定すればよい。
【００４８】
以上説明した動作を行うことにより、この音声データ雑音除去器は、元の音声信号が表す音声のピッチ成分の強度を検出し、検出したピッチ成分の強度が大きいほど増幅率が大きくなる（あるいはピッチ成分の強度が小さいほど減衰率が大きくなる）ような所定の応答特性で元の音声信号を減衰させる。
このため、音声の劣化を所望の範囲内に抑えながら信号対雑音比を効率よく上昇させるような増幅率（あるいは減衰率）を、音声の強度に応じて設定することができる。そして、ピッチ成分がある強度を有するような音声信号が音声入力部１により得られれば、この音声信号は、雑音のレベルが様々であっても、ピッチ成分が当該強度をとる場合につき設定されている増幅率（あるいは減衰率）で、確実に増幅（あるいは減衰）される。
【００４９】
なお、この音声データ雑音除去器の構成は上述のものに限られない。
例えば、ピッチ分析部２、可変型フィルタ３、絶対値検出部４、ローパスフィルタ５、遅延部６及び利得調整部７の一部又は全部の機能を１個又は複数のプロセッサとメモリとが行うようにしてもよい。
また、１個のプロセッサが、ピッチ波形検出用フィルタ２１、比較部２２、ラッチ部２３、計測用パルス発生部２４、ゲート部２５、ピッチ周波数計測部２６及び平均ピッチ計算部２７の一部又は全部の機能を行うようにしてもよい。
また、ピッチ分析部２は必ずしもピッチ成分の周波数の実測値について移動修正平均を求めなくてもよく、ピッチ周波数計測部２６が計測した実測値を直接に可変型フィルタ３に供給するようにしてもよい。
また、絶対値検出部４は、自ら生成した信号を、ローパスフィルタ５を介さずそのまま利得調整信号として利得調整部７に供給してもよい。
【００５０】
また、この音声データ雑音除去器が扱う音声信号や、利得調整信号あるいは利得調整信号を生成する過程で生成される信号はデジタル形式の信号からなっていてもよい。この場合、音声入力部１は、例えば、マイクロフォン等により集音された音声信号の形式をデジタル形式に変換してピッチ分析部２や可変型フィルタ３や遅延部６に供給するためのＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器等を備えていればよい。あるいは、音声入力部１に、予めデジタル形式に変換された音声信号を供給し、音声入力部１がこの音声信号を取得するものとしてもよい。また、利得調整部７は、例えば、デジタル形式の音声信号をアナログ形式に変換して出力するためのＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ）変換器等を備えていてもよい。
【００５１】
また、予め話者の音声の特徴が特定されている場合、ピッチ波形検出用フィルタ２１は、元の音声信号のうち、当該話者の音声のピッチ成分が通常含まれうる帯域の成分を通過させ、この帯域に含まれない成分を実質的に遮断するようにしてもよい。またこの場合、平均ピッチ計算部２７は、ピッチ周波数計測部２６より通知された周波数の実測値が、当該話者の音声の基本周波数がとり得る値の範囲から一定量以上離れた値をとるか否かを判別し、一定量以上離れていると判別したものについては、移動修正平均を求めるために用いる対象から除外するものとしてもよい。
【００５２】
また、ピッチ分析部２は、上述の構成を有する代わりに、図２に示すように、プロセッサやメモリなどより構成されるケプストラム解析部２８を備えていてもよい。
ケプストラム解析部２８は、元の音声信号を音声入力部１より取得し、当該元の音声信号の強度を、元の値の対数（対数の底は任意）に実質的に等しい値へと変換し、値が変換された音声信号のスペクトル（すなわち、ケプストラム）を、高速フーリエ変換の手法（あるいは、離散的変数をフーリエ変換した結果を表すデータを生成する他の任意の手法）により求める。そして、このケプストラムの極大値を与える周波数のうちの最小値を基本周波数として特定し、特定した基本周波数を、可変型フィルタ３へと通知する。
【００５３】
また、ピッチ周波数計測部２６は、元の音声信号のピッチ成分の周期の実測値を求めて平均ピッチ計算部２７に通知するようにしてもよい。この場合、平均ピッチ計算部２７は、周期の実測値を通知されるたびに、最も新しく求められたｎ個の周期の移動修正平均を求め、この移動修正平均の値に基づいてピッチ成分の周波数を求め、求めた周波数を可変型フィルタ３へと通知するようにしてもよい。
【００５４】
また、平均ピッチ計算部２７は、基本周波数成分を多く含まない期間（つまり、ピッチ周波数計測部２６より通知された周波数の実測値が通常の人の音声の基本周波数がとり得る値の範囲から一定量以上離れた値をとる連続した期間）の時間長を、当該期間内に生成された上述の計測用パルス信号の数を計測するなどの手法により計測し、計測結果を遅延部６に通知してもよい。この場合、遅延部６は、この期間に後続する、基本周波数成分が多く含まれる期間を遅延させる時間長を特定する際に、平均ピッチ計算部２７が計測したこの時間長を上述の（２）の時間長として扱うようにしてもよい。
【００５５】
また、絶対値検出部４や利得調整部７の特性は、必ずしもそれぞれが上述した特性を有している必要はない。従って、例えば、絶対値検出部４が生成する信号は、ピッチ信号のレベルの絶対値を所定の非線形な関数に代入して得られる値を有するものであってもよい。また、利得調整部７の利得がピッチ信号の強度あるいは利得調整信号のレベルの非線形な関数となっていてもよい。また、利得調整部７の利得が、元の音声信号を非線形に増幅あるいは減衰するような特性を有していてもよい。
【００５６】
人間の聴覚は、音声を、この音声の現実のレベルに比例しないレベルで認識するという非線形な性質を有しており、より具体的には、音声を、音声の現実のレベルの対数にほぼ比例したレベルで認識するという性質を有している。
従って、絶対値検出部４及び利得調整部７の特性を、人間の聴覚の性質を考慮して決定することにより、利得調整部７が出力した音声信号が表す音声が元の音声に比べて不自然に聞こえるという状態を防ぎながら、音声信号の信号対雑音比などを所望の基準によりよく合致させたり大音量時の振幅を抑えたりしてもよい。
【００５７】
また、利得調整部７は、元の音声信号を、ローパスフィルタ５より供給された利得調整信号のレベルが低いほど大きな利得で増幅（あるいは、利得調整信号のレベルが高いほど大きな減衰率で減衰）するようにしてもよい。
【００５８】
また、この音声データ雑音除去器は、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、音声信号を取得しプログラムに従って処理する機能を有するパーソナルコンピュータに、上述の音声入力部１、ピッチ分析部２、可変型フィルタ３、絶対値検出部４、ローパスフィルタ５、遅延部６及び利得調整部７の動作を実行するためのプログラム（以下、雑音除去プログラムと呼ぶ）を格納した媒体（磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ等）から雑音除去プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する音声データ雑音除去器を構成することができる。
【００５９】
具体的には、雑音除去プログラムをインストールされたコンピュータは、雑音除去プログラムを起動することにより、例えば図３に示す処理を実行すればよい。
【００６０】
すなわち、雑音除去プログラムを起動すると、まずコンピュータは、話者が発声した音声の波形を表す音声データを取得する（図３、ステップＳ１）。音声データの取得は、外部から当該音声データの供給を受けることにより行ってもよいし、また、コンピュータが音声を集音して音声データへと変換する機能を有していれば、当該音声を集音して当該音声を表す音声データを生成するようにしてもよい。
【００６１】
次に、このコンピュータは、ステップＳ１で取得した元の音声データのうち、人の音声のピッチ成分が通常含まれうる帯域に含まれない成分を実質的に除去したデータを生成する（ステップＳ２）。なお、以下では、ステップＳ２で生成されたデータを低域成分データと呼ぶ。
【００６２】
次に、このコンピュータは、低域成分データが表すピッチ成分の最新ｎ周期分（ｎは所定の正の整数）の周波数の移動修正平均を、低域成分データの先頭から順次特定する（ステップＳ３）。
【００６３】
具体的には、ステップＳ３でこのコンピュータは、低域成分データを解析して、低域成分データが表す成分の強度が所定の基準レベルを超えてから、いったんこの基準レベル以下となり、再びこの基準レベルを超えるまでの期間（及び／又は、低域成分データの強度が所定の基準レベルを下回ってから、いったんこの基準レベル以上となり、再びこの基準レベルを下回るまでの期間）を、低域成分データの先頭から順次特定し、特定した期間の時間長の逆数を、当該期間内でのピッチ成分の周波数の実測値として特定する。そして、最も新しく特定した方からｎ個の期間における周波数の実測値ｎ個の算術平均を、周波数の移動修正平均の値として特定する。
【００６４】
ただし、ステップＳ３では、特定した実測値が、通常の人の音声の基本周波数がとり得る値の範囲から一定量以上離れた値をとるか否かを判別し、一定量以上離れていると判別したものについては、移動修正平均を求めるために用いる対象から除外するものとする。そして、例えば最も新しく特定した実測値ｎ個のうちｋ個（ｋは１以上ｎ未満の整数）が除外された場合は、例えば、残る（ｎ−ｋ）個の算術平均を求めたり、あるいは、（ｎ＋１）番目に新しく特定した実測値の値で除外されなかったもののうちから最も新しいｋ個を除外されたｋ個の代わりに用いて算術平均を求めたりするものとする。また、最も新しく特定した実測値ｎ個すべて（あるいは１個以上ｎ個未満の所定の個数）が移動修正平均を求めるために用いる対象から除外された場合、移動修正平均を求めないものとする。
【００６５】
一方、このコンピュータは、元の音声データの１周期分の区間をそれぞれフィルタリングすることにより、ピッチデータを生成する（ステップＳ４）。
ただし、ステップＳ４では、元の音声データの１つの区間をフィルタリングするとき、当該区間の周波数の値を最新の実測値としてステップＳ３で求めた移動修正平均を中心周波数として、この中心周波数及びその近傍の周波数以外の成分を実質的に除去するようにタイミングを調整して、フィルタリングを行うことが望ましい。ただし、ステップＳ４では、元のデータの１つの区間の周波数の値を最新の実測値とした移動修正平均を求めなかったときは、元の音声データの当該区間の全成分を遮断するものとする。また、ステップＳ４でのフィルタリングの通過帯域幅は、中心周波数の２倍未満とされることが望ましい。
【００６６】
次に、このコンピュータは、ステップＳ４で得られたピッチデータの絶対値を１次関数（又は所定の非線形な関数）に代入した値をフィルタリングして得られる値を表すデータ（以下、利得調整データと呼ぶ）を生成する（ステップＳ５）。ステップＳ５におけるフィルタリングの特性は、例えば、後述のステップＳ６で出力する出力音声データの信号対雑音比が所望の値より高くなるような特性であればよく、実験を行って経験的に決定するなどすればよい。
【００６７】
次に、このコンピュータは、元の音声データを、ステップＳ５で得られた利得調整データの値に比例した利得で増幅（あるいは減衰）し、出力する（ステップＳ６）。ただし、ステップＳ６では、元の音声データの一部分の基本周波数成分の強度に基づいて決定された利得を、当該一部分の先頭より一定時間（具体的には、例えば、母音の直前の子音が通常占める最大の時間長）遡った時点から適用するようにして、元の音声データの増幅あるいは減衰を行うものとする。
【００６８】
なお、雑音除去プログラムは、ネットワーク上の掲示板（ＢＢＳ）にアップロードし、これを通信回線を介して配信するようにしてもよい。また、雑音除去プログラムを表す信号により搬送波を変調し、得られた変調波を伝送し、この変調波を受信した装置が変調波を復調して雑音除去プログラムを復元するようにしてもよい。
【００６９】
また、雑音除去プログラムは、ＯＳの制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に起動してコンピュータに実行させることにより、上述の処理を実行することができる。なお、ＯＳが上述の処理の一部を分担する場合、雑音除去プログラムは、当該処理を制御する部分を除いたものであってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、音声に混入した雑音を確実に除去するための音声データ雑音除去装置、音声データ雑音除去方法及びプログラムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る音声データ雑音除去器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の音声データ雑音除去器の変形例の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の音声データ雑音除去器の変形例の動作の流れを示す図である。
【図４】（ａ）は、人の音声のスペクトルの一例を示すグラフであり、（ｂ）は車両等が発する雑音のスペクトルの一例を示すグラフであり、（ｃ）は人の声の波形の一例を示すグラフであり、（ｄ）は車両等が発する雑音の波形の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１      音声入力部
２      ピッチ分析部
２１      ピッチ波形検出用フィルタ
２２      比較部
２３      ラッチ部
２４      計測用パルス発生部
２５      ゲート部
２６      ピッチ周波数計測部
２７      平均ピッチ計算部
２８      ケプストラム解析部
３      可変型フィルタ
４      絶対値検出部
５      ローパスフィルタ
６      遅延部
７      利得調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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