(57)【要約】【課題】雑音が重畳した音声信号のＳ／Ｎ比を改善する。【解決手段】  この発明では、入力信号に含まれる雑音を抑圧し、目的信号を強調する雑音抑圧処理と、入力信号の各区間毎における音声区間らしさを算出する音声区間度算出処理と、音声区間度算出処理で算出された音声区間らしさに基づき雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する率を決定する原音付加率決定処理と、原音付加率決定処理で決定した原音付加率に従って雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する原音付加処理とを含む収音方法を提案する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に含まれる雑音を抑圧し、目的信号を強調する雑音抑圧処理と、
入力信号の各区間毎における音声区間らしさを算出する音声区間度算出処理と、
前記音声区間度算出処理で算出された音声区間らしさに基づき前記雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する率を決定する原音付加率決定処理と、
前記原音付加率決定処理で決定した原音付加率に従って前記雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する原音付加処理と、
を含むことを特徴とする収音方法。
【請求項２】
請求項１記載の収音方法において、前記音声区間度算出処理は前記入力信号のパワーが所定値以上の区間を音声区間と決定し、所定値以下を雑音区間と決定することを特徴とする収音方法。
【請求項３】
請求項１記載の収音方法において、前記音声区間度算出処理は前記入力信号のパワーが第１設定値ＴＳ以上の区間を音声区間と決定し、前記入力信号のパワーが前記第１設定値より小さい第２設定値ＴＮ以下の区間を雑音区間と決定し、前記入力信号のパワーが前期第１設定値ＴＳと第２設定値ＴＮとの間にある場合には入力信号のパワーに応じて音声らしさを決定することを特徴とする収音方法。
【請求項４】
請求項１記載の収音方法において、前記音声区間度算出処理は、目的音源及び雑音源までの距離が互に異なる距離となる位置に設置された少なくとも一対の入力手段を具備し、これら一対の入力手段で捉えた雑音信号を含む目的信号をそれぞれチャネル別に帯域分割処理し、帯域分割された各チャネルの帯域成分を同一帯域成分毎にチャネル間でレベル比較し、このレベル比較結果に従って、前記入力手段と前記目的音源及び雑音源との距離差に対応付けして音声信号成分か雑音信号成分かを判定し、音声信号成分と判定された周波数帯域成分のパワーを積算し、このパワーの積算値により音声らしさを決定することを特徴とする収音方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の収音方法の何れかにおいて、前記原音付加率決定処理で決定した現時刻の原音付加率と前時刻に決定した原音付加率との差を算出し、差の値と極性に応じて目標とする現時刻の原音付加率に向って序々に原音付加率を変化させることを特徴とする収音方法。
【請求項６】
音声入力手段の出力信号に対して雑音を抑圧し目的信号を強調する機能を有する雑音抑圧手段と、
前記音声信号入力手段または前記雑音抑圧手段の出力信号のある時間における音声区間らしさを算出する音声区間度算出手段と、
前記音声区間度算出手段で算出された音声区間らしさに基づき原音付加率α（ｔ）（０＜α（ｔ）＜１）を決定する原音付加率決定手段と、
前記音声入力手段の出力信号を前記原音付加率決定手段で決定した原音付加率α（ｔ）倍（０＜α（ｔ）＜１）して前記雑音抑圧手段の出力信号に加算する原音付加手段と、
を有することを特徴とする収音装置。
【請求項７】
請求項６に記載した収音装置において、
前記音声入力手段として互に離して設けられた複数のマイクロホンを用い、前記音声区間度算出手段として、前記複数のマイクロホンが出力する複数のチャネル信号を帯域分割する帯域分割手段と、前記帯域分割手段で分割された各チャネル信号の各同一帯域ごとに、チャネル間の同一帯域成分毎のレベル差を算出する帯域別チャネル間レベル差算出手段と、
前記各帯域成分毎の帯域別チャネル間レベル差に基づき、その帯域の上記帯域分割された各チャネル信号のいずれかがいずれの音源から入力された信号であるかを判定する音源信号判定手段と、
前記音源信号判定手段の判定に基づき、上記帯域分割された各チャネル信号から、目的音源から入力された信号を選択する音源信号選択手段と、
前記音源信号選択手段の出力信号のパワーを積算するパワー積算手段と、
前記パワー積算手段で積算したパワー値により原音付加率を決定する原音付加率決定手段と、
前記原音付加率決定手段が決定した原音付加率に従って前記雑音抑圧手段が出力する目的信号に前記音声入力手段が出力する原音信号を付加する原音付加手段と、
を有することを特徴とする収音装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の収音装置の何れかにおいて、前記原音付加率決定手段が決定した現時刻の原音付加率と、前時刻に決定した原音付加率との差を求め、その差の値と極性に応じて目標となる現時刻の原音付加率に向って徐々に原音付加率を変化させる原音付加率平滑化手段を設けたことを特徴とする収音装置。
【請求項９】
コンピュータが解読可能なプログラム言語によって記述され、コンピュータに前記請求項１乃至５記載の収音方法を実行させる収音プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音抑圧処理した信号に対して、各時間Δｔにおける音声区間らしさを算出し、その音声区間らしさに応じて原音付加率を自動的に設定することで、音声品質を保持しながら雑音抑圧を行う収音方法及び収音装置、収音プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
雑音抑圧処理した信号に対し、原音を付加することで処理音の歪を低減させ、聴感上の品質を上げる技術は従来から提案されている（非特許文献１）。
この非特許文献１に開示された原音付加方法は原音付加率を全区間（時間軸方向の全区間）にわたって一定に保つ処理がなされている。
【非特許文献１】佐々木潤子、羽田陽一、“マスキング効果を考慮した低歪み一入力系雑音低減方法の検討，”音講論，2−3−11，pp．525−526，（1997．3）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、例えば雑音が極端に大きな環境（目的音声よりも雑音の方が大きい環境）においては、音声品質を改善するのに十分な原音付加率を常に一定の値で付加すると、雑音も大きく残留してしまい、品質を保ちながらＳ／Ｎ比を改善させることが難しい、という課題があった。
この発明の目的は音声区間の品質を保ちながら時間軸方向の全区間にわたってＳ／Ｎ比を改善することができる収音方法、収音装置、収音プログラムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、従来、全区間で一定の原音付加率を用いていた方法に対し、雑音抑圧処理後の信号に対して音声区間らしさを算出し、音声（らしい）区間においては音声品質をなるべく保ちながら、全区間全体でのＳ／Ｎ比改善量を従来に比べて改善させようとするものである。
その具体的な手法として、この発明の第１実施形態として入力信号に含まれる雑音を抑圧し、目的信号を強調する雑音抑圧処理と、入力信号の各区間毎における音声区間らしさを算出する音声区間度算出処理と、音声区間度算出処理で算出された音声区間らしさに基づき雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する率を決定する原音付加率決定処理と、原音付加率決定処理で決定した原音付加率に従って雑音抑圧処理された目的信号に原音を付加する原音付加処理とを含む収音方法を提案する。
【０００５】
この第１実施形態において、音声区間度算出処理は入力信号のパワーが所定値以上の区間を音声区間と決定し、所定値以下を雑音区間と決定する収音方法を提案する。
更に、第１実施形態において、音声区間度算出処理は入力信号のパワーが第１設定値ＴＳ以上の区間を音声区間と決定し、入力信号のパワーが前記第１設定値より小さい第２設定値ＴＮ以下の区間を雑音区間と決定し、入力信号のパワーが前期第１設定値ＴＳと第２設定値ＴＮとの間にある場合には入力信号のパワーに応じて音声らしさを決定する収音方法を提案する。
【０００６】
更に、この発明の第２実施形態では音声区間度算出処理は、目的音源及び雑音源までの距離が互に異なる距離となる位置に設置された少なくとも一対の音声入力手段を具備し、これら一対の音声入力手段で捉えた雑音信号を含む目的信号をそれぞれチャネル別に帯域分割処理し、帯域分割された各チャネルの帯域成分を同一帯域成分毎にチャネル間でレベル比較し、このレベル比較結果に従って、入力手段と目的音源及び雑音源との距離差に対応付けして音声信号成分か雑音信号成分かを判定し、音声信号成分と判定された周波数帯域成分のパワーを積算し、このパワーの積算値により音声らしさを決定する収音方法を提案する。
更に、この発明の第３実施形態では原音付加率が変化する再に、その変化を序々に変化させる平滑化処理を付加し、これにより原音付加率が急変することを阻止し、音声に歪みを与えることのない収音方法を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は目的信号と雑音信号が混ざって収音された受音信号に対し、音声区間らしさを表す物理量を算出し、その音声区間らしさに応じて原音付加率を自動的に調整することで、音声区間では歪が少ない音声を、雑音区間ではＳ／Ｎ比改善量が大きい（残留雑音が少ない）信号を出力できる。その結果、従来の全区間一律に原音付加率を定める方法に比べて聞きやすく、雑音の少ない音声信号を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下にこの発明を実施するための最良の形態となる各実施形態について詳細に説明する。
図１はこの発明の第１実施形態を示す。この第１実施形態はこの発明の請求項１で提案する収音方法を利用して動作する収音装置であり、これは請求項６で提案する収音装置に対応する。
この発明の第１実施形態で提案する収音装置１００はマイクロホンで構成される音声入力手段１と、雑音抑圧手段２と、音声区間度算出手段３と、原音付加率決定手段４と、原音付加手段５によって構成される。
【０００９】
音声入力手段１は目的音源Ｓと雑音源Ｎとから目的信号Ｓ１（ｔ）と雑音信号Ｓ２（ｔ）とを受音する。尚、ここでは説明を簡略化するために雑音源Ｎを一つとして説明するが、一般に雑音源Ｎの個数は複数あってもよい。音声入力手段１の出力には目的信号に雑音信号が重畳した信号ｘ（ｔ）（以下原音信号と称す）が出力される。
音声入力手段１が出力する原音信号ｘ（ｔ）は雑音抑圧手段２に入力される。雑音抑圧手段２は一般的な手法、例えばスペクトルサブトラクション等を利用して雑音を抑圧する。雑音抑圧処理された信号をＳ１′（ｔ）として示す。
雑音抑圧処理された信号Ｓ１′（ｔ）は音声区間度算出手段３に供給され、この音声区間度算出手段３で音声区間らしさを表わす「音声区間度」を算出する。
【００１０】
音声区間らしさの算出方法としてこの発明の請求項２で提案する収音方法では雑音抑圧された信号Ｓ１′（ｔ）のパワー（Ｐｏｗ）を算出し、パワーがある値ＴＳを超えたら音声区間らしい、と判定して音声区間であると決定する。逆に、パワーがＴＳ以下ならば騒音区間であると決定する。
この発明の請求項３で提案する収音方法では、例えば、ある値ＴＳとＴＮを設定し（ＴＳ＞ＴＮ）、Ｐｏｗ＞ＴＳを満たす場合には音声区間らしさが１００％であると判定する。ＴＮ＜Ｐｏｗ＜ＴＳの場合には、Ｐｏｗの値がＴＳに近いほど音声区間らしさも高い、と判定する。例えば（Ｐｏｗ−ＴＮ）／（ＴＳ−ＴＮ）を音声区間らしさを表す量（音声区間度）とする。
【００１１】
図２に示したように、音声区間度を算出するために信号のパワーＰｏｗを算出する際、雑音抑圧された信号Ｓ１′（ｔ）のかわりに原信号ｘ（ｔ）を用いても良い。図２の構成のメリットは、例えば、騒音が目的信号に対してそれほど大きくない（例えばＳ／Ｎ比が１０ｄＢ程度）の信号に対し、雑音抑圧処理した後に音声区間度を算出すると、処理遅延が長くなってしまい、例えば通信に不適切、といった環境において発揮される。このような環境下では、受音信号を音声区間度算出に用いることで、（音声区間度算出精度は多少劣化するものの、その代わりに、）雑音抑圧処理と音声区間度算出を並列で行えるために処理遅延を短くすることが出来る。
原音付加率決定手段４においては、音声区間度算出手段３で算出した音声区間度に応じて原音付加率を動的に決定する。具体的な方法を二つ挙げる。まず、音声区間度算出手段３で各区間を音声区間か騒音区間かの２種類に類別した場合について述べる。
この場合は、音声区間であると判定された区間（Ｐｏｗ＞ＴＳ）については、音声品質を重視する目的で原音付加率α（ｔ）を高め（例えば０．３）に設定する。雑音区間であると判定された区間（Ｐｏｗ＜ＴＮ）については、Ｓ／Ｎ比改善量を優先する目的で原音付加率α（ｔ）を低め（例えば０．０５）に設定する。
【００１２】
次に、音声区間度算出手段３で、ある値ＴＳとＴＮを設定し（ＴＳ＞ＴＮ）、音声区間らしさを（Ｐｏｗ−ＴＮ）／（ＴＳ−ＴＮ）として表した場合の原音付加率決定手段４の動作例を記載する。
Ｐｏｗ＞ＴＳを満たす場合には音声区間らしさが１００％であるとして原音付加率の最大値αｍａｘ（例えばαｍａｘ＝０．５）を付加率α（ｔ）として設定する。また、Ｐｏｗ＜ＴＮを満たす場合には雑音区間らしさが１００％であるとして原音付加率の最小値αｍｉｎ（例えばαｍｉｎ＝０．１）を付加率α（ｔ）として設定する。ＴＮ＜Ｐｏｗ＜ＴＳの場合には、図３に示す方法で原音付加率α（ｔ）を決定する。すなわち、横軸にＰｏｗを、縦軸に原音付加率α（ｔ）をとったグラフ上において、（ＴＮ，αｍｉｎ），（ＴＳ，αｍａｘ）の２点を通る直線を求めることにより、各Ｐｏｗに応じた原音付加率α（ｔ）を算出する。以上の動作をプログラム言語を使って式（１）に示す。
【数１】
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原音付加手段５においては、原音付加率決定手段４で決定された原音付加率α（ｔ）の値を原信号ｘ（ｔ）に乗算し、その信号と雑音抑圧された信号Ｓ１′（ｔ）を加算して出力信号ｙ（ｔ）として出力する。
【００１３】
次にこの発明の第２実施形態を説明する。この発明の第２実施形態は請求項４で提案する収音方法と、請求項７で提案する収音装置に対応する。
ここでは音声区間度算出手段３の一例について説明する。実施形態１では、音声区間度算出に用いる信号は、既存の雑音抑圧手段２により雑音抑圧された信号Ｓ１′（ｔ）、または原信号ｘ（ｔ）を用いた。信号Ｓ１′（ｔ）を使う場合、例えば既存の雑音抑圧手段２の雑音抑圧処理がうまく働かない場合、音声区間度算出手段３の算出精度にも悪影響を及ぼす可能性があった。また、原信号ｘ（ｔ）を用いた場合、受音信号のＳ／Ｎ比が著しく悪い（例えばＳ／Ｎ比が０ｄＢまたは負の値となる）場合には、音声区間度の算出が困難であった。
【００１４】
この実施形態２では、これら雑音抑圧手段２の影響や原信号ｘ（ｔ）のＳ／Ｎ比の影響を受けずに、なるべく精度の高い音声区間度を算出する方法の一例を図４に示す。音声区間度算出手段３の入力手段１Ａ、１Ｂは例えば、２本以上のマイクロホンで構成される。帯域分割手段６では入力手段１Ａ、１Ｂからの信号を周波数分析する。周波数分析には例えばフーリエ変換が用いられる。チャネル間レベル差算出手段７では各周波数成分におけるチャネル間（入力手段１Ａ側と１Ｂ側をチャネル間と称す）のレベル差ΔＡ（ω）が算出される。ΔＡ（ω）は式（２）で定義される。
ΔＡ（ω）＝２０ｌｏｇ１０［｜Ｘ１（ω）｜／｜Ｘ２（ω）｜］              （２）
音源信号判定手段８においてはチャネル間レベル差ΔＡ（ω）の値に基づき、各周波数成分が目的信号の成分か、雑音信号の成分かを判定する。例えば図４のように、目的音源３が入力手段１Ｂに比べて入力手段１Ａのほうに近く配置され、逆に、雑音源Ｎが入力手段１Ａに比べて入力手段１Ｂのほうに近く配置されている場合には、ΔＡ（ω）≦０を満たす周波数成分は雑音信号成分である、と判定される。
【００１５】
音源信号選択手段９においては、音源信号判定手段８の判定結果に基づき、目的信号成分にはあるゲイン値ｇＳが、雑音信号成分にはあるゲイン値ｇＮが乗算される。音源信号選択手段８における制御式をプログラム言語を用いて式（３）に示す。
if          ΔＡ（ω）≧０  ｔｈｅｎ  Ｓ＾１（ω）＝ｇＳ・Ｘ１（ω）
elseif      ΔＡ（ω）≦０  ｔｈｅｎ  Ｓ＾１（ω）＝ｇＮ・Ｘ１（ω）  （３）
ゲイン値の例として例えば、ｇＳ＝１．０，ｇＮ＝０．０を与える。
【００１６】
パワー積算手段１０においては、音源信号選択手段９において重み付けされた信号Ｓ＾１（ω）のパワーを全周波数帯域に渡り積算する。積算したパワーＰｏｗ値を原音付加率決定手段４へ送る。原音付加率決定手段４においては、この積算されたパワーＰｏｗ値を用いて、実施形態１で述べたのと同様の制御で付加率を決定する。図４に示した音声区間度算出手段３は、原信号に対して、音源の方向情報を利用し、各周波数成分が音声信号、雑音信号どちらのものであるか判定し、音声スペクトルと判定された帯域はゲイン１．０を乗算することで強調し、雑音スペクトルと判定された帯域はゲイン値０を乗算することで抑圧するため、実質的には原信号ｘ（ｔ）のＳ／Ｎ比を改善したのと等価となり、Ｓ／Ｎ比を改善した後に音声区間度を算出することになる。このため、Ｓ／Ｎ比が悪い信号に対して、原信号をそのまま使う方法よりも音声区間度の算出精度が向上することができる。また、既存の雑音抑圧処理と独立して音声区間度を算出できるため、仮に既存の雑音抑圧処理の性能が悪い場合にもその影響を受けずに音声区間度を算出することができる。
【００１７】
次に、この発明の実施形態３を説明する。この実施形態３は請求項５で提案する収音方法と請求項８で提案する収音装置に対応する。
構成例を図５に示す。この実施形態３では実施形態１で述べた原音付加率決定手段４において、原音付加率α（ｔ）を変化させる際、原音付加率α（ｔ）の時間変化を滑らかにする原音付加率平滑化手段１１を加えた構成を特徴とするものである。
原音付加率α（ｔ）の時間変化を滑らかにするために、一つ前の時刻における原音付加率αｐｒｅ（ｔ）と現時刻の原音付加率α（ｔ）の差分を算出し、その差分の極性（＋，−）に応じて現時刻の原音付加率α（ｔ）を決定する。決定法の一例をプログラム言語を用いて式（４）に示す。
if  (αpre(ｔ)＜α(ｔ)) then  αsmooth(ｔ)＝αpre(ｔ)＋atk（α(ｔ)−αpre(ｔ)）
else                    then  α(ｔ)smooth＝αpre(ｔ)＋rls（α(ｔ)−αpre(ｔ)）
（４）
ここで、ａｔｋとｒｌｓは０＜ａｔｋ＜１と０＜ｒｌｓ＜１を満たす値である。上記動作により、原音付加率α（ｔ）は毎時刻に大幅に変化することは無く、一つ前の時刻からの微増、または微減にとどまるため時間変化が滑らかとなり、処理後の音質歪が小さくなる。微増、微減どちらの方向へ推移するかは、現時刻の原音付加率α（ｔ）と前時刻の付加率の差分値により決定され、現時刻の原音付加率α（ｔ）が前時刻に比べて増加している場合には微増の方向へ、減少している場合には微減の方向へ推移する。この第３実施形態の発明はもちろん、第２実施形態と合わせて使うことも出来る。
【００１８】
このように、上記手段を用いることで、雑音が混ざった信号から音声区間らしさを表す物理量を算出し、その値を元に音声区間らしさに応じて原音付加率を自動で調整することが可能となり、従来の全区間一律に原音付加率を定める方法に比べて、音声区間においては歪低減が実現し、雑音区間においてはＳ／Ｎ比改善量が確保され、全区間トータルで聞きやすく、なおかつ残留雑音の少ない信号を抽出し、収音することができる。
上述したこの発明の収音方法はこの発明による収音プログラムをコンピュータに実行させることによって実現される。この発明による収音プログラムはコンピュータが解読可能なプログラム言語によって記述され，磁気ディスク或はＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録され、これらの記録媒体からコンピュータインストールされるか、又は通信回線を通じてインストールされる。インストールされた収音プログラムはコンピュータに備えられた中央演算処理装置ＣＰＵに解読されて実行される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明による収音方法及び収音装置は例えば音声認識装置の収音装置に適用することができ、収音する音声信号の品質を改善することにより、音声認識装置の認識率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第１実施形態を説明するためのブロック図。
【図２】図１に示した第１実施形態の変形例を説明するためのブロック図。
【図３】図１に示した第１実施形態の動作を説明するためのグラフ。
【図４】この発明の第２実施形態を説明するためのブロック図。
【図５】この発明の第３実施形態を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
【００２１】
１、１Ａ、１Ｂ    音声入力手段                  ７    チャネル間レベル差算出手段
２    雑音抑圧手段                  ８    音源信号判定手段
３    音声区間度算出手段            ９    音源信号選択手段
４    原音付加率決定手段          １０    パワー積算手段
５    原音付加手段                １１    原音付加率平滑化手段
６    帯域分割手段              １００    収音装置
【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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