(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３は、振動センサ２が取得した元の振動検出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ＢＰＦ４は、ピッチ分析部３が求めた移動修正平均及びその近傍の成分以外を元の振動検出信号から除去してピッチ成分を抽出する。絶対値検出部５がピッチ成分の絶対値を求め、帯域制御信号用ＬＰＦ６は得られた絶対値を表す信号をフィルタリングして、帯域制御信号を生成する。一方、振動検出信号と並行して音声入力部１により取得された元の音声信号は、遅延部７によりタイミングを調整された上、帯域制御信号の値により決まる通過帯域特性で、可変型ＬＰＦ８によりフィルタリングされ、出力される。【選択図】  図１
2004294602.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する音声信号取得手段と、
前記音声のピッチ成分を取得するピッチ成分取得手段と、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングするフィルタリング手段と、
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】
前記フィルタリング手段は、取得されたピッチ成分の強度が大きいほどカットオフ周波数が高くなるように通過帯域特性を決定する、
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】
前記ピッチ成分取得手段は、前記音声信号取得手段が取得した音声信号をフィルタリングすることによりピッチ成分を取得する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項４】
前記ピッチ成分取得手段は、
前記音声の話者の体の振動を検出し、検出した振動の波形を表す振動検出信号を生成する振動検出手段と、
前記振動検出信号よりピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項５】
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、前記振動検出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、
振動検出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４に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項６】
前記フィルタ特性決定部は、振動検出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５に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項７】
フィルタ特性決定部は、振動検出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５に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項８】
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７に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項９】
前記振動検出手段は、前記音声の話者の脊椎の振動を検出可能な位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項１０】
前記振動検出手段は、前記音声の話者が座る座席に配置されている、
ことを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項１１】
前記フィルタリング手段は、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いて前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の音声信号雑音除去装置。
【請求項１２】
音声の波形を表す音声信号を取得し、
前記音声のピッチ成分を取得し、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングする、
ことを特徴とする音声信号雑音除去方法。
【請求項１３】
コンピュータを、
音声の波形を表す音声信号を取得する音声信号取得手段と、
前記音声のピッチ成分を取得するピッチ成分取得手段と、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングするフィルタリング手段と、
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５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５（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５（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５（ｃ）は人の声の波形の一例を示すグラフであり、図５（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する音声信号取得手段と、
前記音声のピッチ成分を取得するピッチ成分取得手段と、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングするフィルタリング手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記フィルタリング手段は、取得されたピッチ成分の強度が大きいほどカットオフ周波数が高くなるように通過帯域特性を決定するものであってもよい。
【０００９】
前記ピッチ成分取得手段は、前記音声信号取得手段が取得した音声信号をフィルタリングすることによりピッチ成分を取得するものであってもよい。
【００１０】
前記ピッチ成分取得手段は、
前記音声の話者の体の振動を検出し、検出した振動の波形を表す振動検出信号を生成する振動検出手段と、
前記振動検出信号よりピッチ成分を抽出するピッチ成分抽出手段と、を備えるものであってもよい。
【００１１】
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、前記振動検出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、
振動検出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。
【００１２】
前記フィルタ特性決定部は、振動検出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。
【００１３】
フィルタ特性決定部は、振動検出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。
【００１４】
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。
【００１５】
前記振動検出手段は、例えば、前記音声の話者の脊椎の振動を検出可能な位置に配置されていればよい。
【００１６】
前記振動検出手段は、例えば、前記音声の話者が座る座席に配置されていてもよい。
【００１７】
前記フィルタリング手段は、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いて前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定するものであってもよい。
【００１８】
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、
前記音声のピッチ成分を取得し、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングする、
ことを特徴とする。
【００１９】
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する音声信号取得手段と、
前記音声のピッチ成分を取得するピッチ成分取得手段と、
取得されたピッチ成分の強度に基づいて、前記音声信号をフィルタリングするための通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性で前記音声信号をフィルタリングするフィルタリング手段と、
して機能させるためのものであることを特徴とする。
【００２０】
【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、振動センサ２と、ピッチ分析部３と、可変型ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４と、絶対値検出部５と、帯域制御信号用ＬＰＦ（ローパスフィルタ）６と、遅延部７と、可変型ＬＰＦ８とより構成されている。
【００２１】
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、この音声を表す音声信号を生成して増幅し、遅延部７に供給する。
【００２２】
振動センサ２は、音声入力部１が集音する音声の話者が発声している時のこの話者の体の振動を、音声入力部１による集音と並行して検出する。そして、検出した振動の波形を表す振動検出信号を生成して、ピッチ分析部３の後述するピッチ波形検出用フィルタ３１と、可変型ＢＰＦ４とに供給する。
【００２３】
一般に、発声している話者の体の振動は、発声されている音声のピッチ成分（基本周波数を有する成分）を多く含んでいる。このため、同一の話者から音声信号と振動波形信号とを並行して取得した場合、振動波形信号からは、並行して取得された音声信号に含まれるピッチ成分を抽出することが可能である。
【００２４】
話者の体の振動を効率よく検出するためには、振動センサ２は、例えば図２に示すように、話者が座る座席Ｓの背もたれ部分に配置されていればよい。
なお、話者の体の振動からこの話者の声のピッチ成分を抽出したい場合は、この話者の脊椎の振動を検出するようにすると、ピッチ成分が多く含まれその他の成分が少ない良好な振動検出信号が得られる。このため、座席に振動センサ２を取り付ける場合は、振動センサ２が、座席に座る話者の脊椎の近くに位置するように（あるいはその他、脊椎の振動を十分明瞭に検出できるような位置に）取り付けられることが望ましい。
【００２５】
ピッチ分析部３は、図１に示すように、ピッチ波形検出用フィルタ３１と、比較部３２と、ラッチ部３３と、計測用パルス発生部３４と、ゲート部３５と、ピッチ周波数計測部３６と、平均ピッチ計算部３７とより構成されている。
【００２６】
ピッチ波形検出用フィルタ３１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３１は、振動センサ２より供給された振動検出信号のうち、人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、比較部３２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。
フィルタリングされた振動検出信号は、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元の振動検出信号から除去したものにあたり、元の振動検出信号にピッチ成分が十分多く含まれていれば、正弦波に近いものとなる。
【００２７】
比較部３２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３２は、ピッチ波形検出用フィルタ３１によりフィルタリングされた振動検出信号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３３へと供給する。
【００２８】
レベル検出信号は、具体的には、例えば、フィルタリングされた振動検出信号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。フィルタリングされた振動検出信号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。
【００２９】
ラッチ部３３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３３は、比較部３２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３５へと供給する。
【００３０】
レベル検出信号が上述のように、フィルタリングされた振動検出信号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。
【００３１】
振動検出信号のうち、ピッチ成分が十分多く含まれる母音等を人が発声しているときに得られた区間をフィルタリングしたものは、正弦波に近い波形を有する。このため、比較部３２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、振動検出信号の当該区間（及び、この区間に相当する元の音声信号の区間）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。
【００３２】
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）に相当する振動検出信号をフィルタリングしたものより生成されたレベル検出信号は、ピッチ成分の強度が、この音を表す区間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３２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。
【００３３】
計測用パルス発生部３４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３５へと連続的に供給する。
【００３４】
ゲート部３５は、例えばＡＮＤ回路等より構成されており、ラッチ部３３よりピッチ検出信号を供給され、計測用パルス発生部３４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３６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。
【００３５】
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、フィルタリングされた振動検出信号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３５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３６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。
【００３６】
ピッチ周波数計測部３６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３６は、ゲート部３５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３５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３７に通知する。
【００３７】
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３５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３６へと通過させるものである場合、ピッチ周波数計測部３６は、計測用パルス信号の周波数に、ゲート部３５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３７に供給すればよい。
【００３８】
なお、ピッチ検出信号のうち、振動検出信号内の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３５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３６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。
【００３９】
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３５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３５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３５に供給されている間にゲート部３５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３６へと通過する。この結果、例えばピッチ周波数計測部３６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。
【００４０】
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３５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３５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３５に供給されている間にゲート部３５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。
【００４１】
平均ピッチ計算部３７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３７は、ピッチ周波数計測部３６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ＢＰＦ４へと通知する。
【００４２】
なお、平均ピッチ計算部３７が移動修正平均の値を可変型ＢＰＦ４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ＢＰＦ４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ＢＰＦ４へと供給してもよい。
【００４３】
ただし、平均ピッチ計算部３７は、移動修正平均を求めるたびに、ピッチ周波数計測部３６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。
【００４４】
更に例外として、平均ピッチ計算部３７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ＢＰＦ４に通知するものとする。
【００４５】
可変型ＢＰＦ４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。
【００４６】
可変型ＢＰＦ４は、自己の中心周波数を、平均ピッチ計算部３７より通知された値、つまり、ピッチ周波数計測部３６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、振動センサ２より供給される元の振動検出信号をフィルタリングして、このフィルタリングにより得られた信号（以下では、ピッチ信号と呼ぶ）を絶対値検出部５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、振動検出信号の全成分を遮断する。
【００４７】
ピッチ信号は、元の振動検出信号（及び、この振動検出信号が表す音声と同一の音声を表す元の音声信号）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ＢＰＦ４は、元の振動検出信号の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３７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ＢＰＦ４は、元の振動検出信号を遅延させるようにしてもよい。この場合、可変型ＢＰＦ４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ＢＰＦ４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。
【００４８】
絶対値検出部５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５は、可変型ＢＰＦ４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、この信号を帯域制御信号用ＬＰＦ６に供給する。
【００４９】
帯域制御信号用ＬＰＦ６は、絶対値検出部５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、帯域制御信号と呼ぶ）を可変型ＬＰＦ８へと供給する。なお、帯域制御信号用ＬＰＦ６の通過帯域特性は、例えば、可変型ＬＰＦ８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。
【００５０】
遅延部７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７は、音声入力部１より供給された音声信号を遅延させて、可変型ＬＰＦ８へと供給する。
【００５１】
遅延部７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７に供給された音声信号が表す音声と同一の音声を表す振動検出信号が生成されてから、この振動検出信号が可変型ＢＰＦ４、絶対値検出部５及び帯域制御信号用ＬＰＦ６を経て帯域制御信号として可変型ＬＰＦ８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。
【００５２】
可変型ＬＰＦ８は、自己のカットオフ周波数を、帯域制御信号ＬＰＦ６より供給された帯域制御信号のレベルにより決まる周波数に設定する。そして、遅延部７より供給される元の音声信号をフィルタリングして、出力音声信号として出力する。
【００５３】
帯域制御信号のレベルに対する可変型ＬＰＦ８のカットオフ周波数の特性は、例えば、帯域制御信号用ＬＰＦ６より供給された帯域制御信号のレベルが高いほど高くなるような特性であればよく、また、可変型ＬＰＦ８のカットオフ周波数は、例えば、帯域制御信号のレベルの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、可変型ＬＰＦ８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。ただし、カットオフ周波数がとり得る最低値は１００ヘルツ以下であることが望ましく、最高値は８キロヘルツ以上であることが望ましい。
【００５４】
なお、遅延部７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帯域制御信号により決まる通過帯域特性で、この母音と、この母音の直前の子音とが、可変型ＬＰＦ８によりフィルタリングされる。つまり、遅延部７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通過帯域特性が、当該一部分の先頭より一定時間遡った時点から、可変型ＬＰＦ８の通過帯域特性として適用される。
【００５５】
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、最もカットオフ周波数が低く狭帯域な通過帯域特性でフィルタリングされる。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大きく減衰されない一方、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。
【００５６】
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高い周波数まで通過させるような所望の通過帯域特性で、元の音声信号をフィルタリングする。
【００５７】
一般に、人の音声が含むピッチ成分及びその高調波成分は、周波数が高いものほど強度が小さい。このため、例えば元の音声信号に混入している雑音の各スペクトル成分の強度が互いにほぼ等しい一定量であるとすれば、ピッチ成分の強度が大きいほど、より高い周波数の高調波成分がこの一定量以上の強度を有するようになる。一方、自動車等の車両や電車が発する雑音の周波数は、一般に、人の音声のスペクトルが占める周波数より高い。
従って、検出されたピッチ成分の強度が大きいほど高い周波数まで通過させるような通過帯域特性で元の音声信号をフィルタリングすることにより、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ことができる。また、特に、車両や電車が発する雑音が良好に除去される。
【００５８】
また、この音声データ雑音除去器では、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通過帯域特性を、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振動検出信号が振動センサ２により得られれば、この振動検出信号と並行して取得された音声信号は、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通過帯域特性で確実にフィルタリングされる。
【００５９】
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３、可変型ＢＰＦ４、絶対値検出部５、帯域制御信号用ＬＰＦ６、遅延部７及び可変型ＬＰＦ８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３１、比較部３２、ラッチ部３３、計測用パルス発生部３４、ゲート部３５、ピッチ周波数計測部３６及び平均ピッチ計算部３７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３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３６が計測した実測値を直接に可変型ＢＰＦ４に供給するようにしてもよい。
また、絶対値検出部５は、自ら生成した信号を、帯域制御信号用ＬＰＦ６を介さずそのまま帯域制御信号として可変型ＬＰＦ８に供給してもよい。
【００６０】
また、この音声データ雑音除去器が扱う音声信号及び振動検出信号や、帯域制御信号あるいは帯域制御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遅延部７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。
また、振動センサ２は、得られたアナログ形式の振動検出信号をデジタル形式に変換してピッチ分析部３や可変型ＢＰＦ４に供給するためのＡ／Ｄ変換器等を備えていればよい。
また、可変型ＬＰＦ８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。
【００６１】
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３１は、元の振動検出信号のうち、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３７は、ピッチ周波数計測部３６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。
【００６２】
また、この音声データ雑音除去器は、振動センサ２を用いて振動検出信号を取得する代わりに、音声入力部１が取得した元の音声信号をフィルタリングすることにより、人の音声のピッチ成分が通常含まれうる帯域内の成分を抽出するフィルタを備えていてもよい。そして、このフィルタにより抽出された成分を、振動検出信号に代えて用いるものとしてもよい。
もっとも上述の通り、一般に、発声している話者の体の振動は、発声されている音声のピッチ成分を多く含んでおり、特に話者の脊椎の振動を検出するようにすると、ピッチ成分が多く含まれその他の成分が少ない良好な振動検出信号が得られる。また、同一話者から並行して取得されるこの話者の音声と体の振動とでは、一般的には体の振動の方が、混入する雑音が少ない。
従って、元の音声信号をフィルタリングしてピッチ成分を抽出するより、話者の体の振動を検出して得られる振動検出信号からピッチ成分を抽出するようにした方が、元の音声信号に混入する雑音の影響を受けにくく、ピッチ成分の強度に応じた通過帯域特性での確実なフィルタリングを行える。
【００６３】
また、ピッチ分析部３は、上述の構成を有する代わりに、図３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３８を備えていてもよい。
ケプストラム解析部３８は、元の振動検出信号を振動センサ２より取得し、当該元の振動検出信号の強度を、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、値が変換された振動検出信号のスペクトル（すなわち、振動センサ２が検出した振動のケプストラム）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ＢＰＦ４へと通知する。
【００６４】
また、ピッチ周波数計測部３６は、振動検出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３７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３７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ＢＰＦ４へと通知するようにしてもよい。
【００６５】
また、平均ピッチ計算部３７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３６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７に通知してもよい。この場合、遅延部７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３７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。
【００６６】
また、絶対値検出部５や可変型ＬＰＦ８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５が生成する信号は、ピッチ信号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、可変型ＬＰＦ８のカットオフ周波数が、ピッチ信号の強度あるいは帯域制御信号のレベルの非線形な関数となっていてもよい。
【００６７】
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５及び可変型ＬＰＦ８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、可変型ＬＰＦ８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。
【００６８】
また、可変型ＬＰＦ８のカットオフ周波数の特性は、帯域制御信号用ＬＰＦ６より供給された帯域制御信号のレベルが高いほど低くなるような特性であってもよい。また、雑音除去に有効であれば、この音声データ雑音除去器は、可変型ＬＰＦ８に代えて、帯域制御信号により決まる通過帯域特性で元の音声信号のフィルタリングを行うハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ（あるいはその他適切な特性を有するフィルタ）を備えるようにしてもよい。
【００６９】
また、この音声データ雑音除去器は、可変型ＬＰＦ８（又は可変型ＬＰＦ８に代えて用いられるフィルタ）が出力した出力音声信号が表す音素や、この出力音声信号が表す音声の話者や、あるいはこの音声が表す文章などを識別する装置を更に備えていてもよい。
出力音声信号からは雑音が効率的に除去されているので、出力音声信号を用いれば、音素や話者などの同定が確実に行える。
【００７０】
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、例えば、マイクロホンや振動センサに接続され、これらのマイクロホンや振動センサが供給する信号を取得してＡ／Ｄ変換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３、可変型ＢＰＦ４、絶対値検出部５、帯域制御信号用ＬＰＦ６、遅延部７及び可変型ＬＰＦ８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。
【００７１】
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４に示す処理を実行すればよい。
【００７２】
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し、また、音声データの取得と並行して、この話者の体の振動の波形を表す振動検出データを取得する（図４、ステップＳ１）。なお、音声データの取得は、例えばコンピュータに接続されたマイクロホンが集音して生成した音声信号を取得してデジタル形式のデータへと変換することにより行えばよい。また、振動検出データの取得は、例えばコンピュータに接続された振動センサが振動を検出して生成した振動検出信号を取得してデジタル形式のデータへと変換することにより行えばよい。
【００７３】
次に、このコンピュータは、ステップＳ１で取得した元の振動検出データのうち、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フィルタリングされた振動検出データと呼ぶ。
【００７４】
次に、このコンピュータは、フィルタリングされた振動検出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、フィルタリングされた振動検出データの先頭から順次特定する（ステップＳ３）。
【００７５】
具体的には、ステップＳ３でこのコンピュータは、フィルタリングされた振動検出データを解析して、フィルタリングされた振動検出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、フィルタリングされた振動検出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、フィルタリングされた振動検出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。
【００７６】
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。
【００７７】
一方、このコンピュータは、元の振動検出データの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、元の振動検出データの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、元の振動検出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。
【００７８】
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（又はこの絶対値を所定の関数に代入した値）をフィルタリングして得られる値を表すデータ（以下、帯域制御データと呼ぶ）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。
【００７９】
次に、このコンピュータは、元の音声データを、ステップＳ５で得られた帯域制御データの値が大きいほど高いカットオフ周波数となるような通過帯域特性でフィルタリングし、出力音声データとして出力する（ステップＳ６）。
ただし、カットオフ周波数がとり得る最低値は１００ヘルツ以下であることが望ましく、最高値は８キロヘルツ以上であることが望ましい。また、ステップＳ６では、元の振動検出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カットオフ周波数を、当該一部分が表す音声と同一の音声を表している元の音声データの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、元の音声データのフィルタリングを行うものとする。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
【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】振動センサの配置を説明するための図である。
【図３】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４】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５】（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      振動センサ
３      ピッチ分析部
３１      ピッチ波形検出用フィルタ
３２      比較部
３３      ラッチ部
３４      計測用パルス発生部
３５      ゲート部
３６      ピッチ周波数計測部
３７      平均ピッチ計算部
３８      ケプストラム解析部
４      可変型ＢＰＦ
５      絶対値検出部
６      帯域制御信号用ＬＰＦ
７      遅延部
８      可変型ＬＰＦ
Ｓ      座席
【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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