(57)【要約】【課題】目的音に混入した周期性ノイズを抑圧し、目的音の品質を改善する。【解決手段】  目的信号と雑音信号とが混ざった第１信号と、騒音信号が主となる第２信号のそれぞれを複数の周波数帯域に分割する帯域分割処理と、第２信号の各周波数成分毎のレベルを求めるレベル算出処理と、レベル算出処理で算出した各周波数帯域毎のレベル値に基づき、ピーク値を持つ最も低い周波数帯域を検出し、周期性ノイズの基本波成分を検出する基本波成分検出処理と、基本波成分検出処理で検出された基本波成分の尖鋭度が所定値以上であるかを検出する尖鋭度検出処理と、尖鋭度検出処理で所定値以上の尖鋭度を検出すると第１信号に含まれる基本波成分とその整数倍の周波数帯域の信号を抑圧するピーク抑圧処理とを含む周期性ノイズ抑圧方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的信号と騒音信号とが混ざった第１信号と、騒音信号が主となる第２信号のそれぞれを複数の周波数帯域に分割する帯域分割処理と、
前記第２信号の各周波数成分毎のレベルを求めるレベル算出処理と、
前記レベル算出処理で算出した各周波数帯域毎のレベル値に基づき、ピーク値を持つ最も低い周波数帯域を検出し、周期ノイズの基本波成分を検出する基本波成分検出処理と、
前記基本波成分検出処理で検出された基本波成分の尖鋭度が所定値以上であるかを検出するピーク尖鋭度検出処理と、
前記ピーク尖鋭度検出処理で所定値以上の尖鋭度を検出すると前記第１信号に含まれる前記基本波成分とその整数倍の周波数帯域の信号を抑圧するピーク抑圧処理と、
を含むことを特徴とする周期性ノイズ抑圧方法。
【請求項２】
請求項１記載の周期性ノイズ抑圧方法において、
前記基本波成分のピークパワーを算出する処理を含み、基本波成分のピークパワーが所定値以上の場合に前記基本波成分とその整数倍の周波数領域を抑圧処理することを特徴とする周期性ノイズ抑圧方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の周期性ノイズ抑圧方法の何れかにおいて、
前記ピーク抑圧処理は抑圧量を任意に設定可能であることを特徴とする周期性ノイズ抑圧方法。
【請求項４】
目的音と騒音とが混ざった第１信号を出力するマイクロホンと、
騒音を主とする第２信号を出力するマイクロホンと、
前記複数のマイクロホンの出力信号のそれぞれを複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
前記第２信号が前記帯域分割手段で帯域分割された後、各周波数成分毎にそのレベルを算出するレベル算出手段と、
前記レベル算出手段で算出した各周波数帯域毎のレベル値に基づき、前記騒音に含まれる基本波成分を検出する基本波成分検出手段と、
前記基本波成分検出手段で検出された基本波成分のピークの尖鋭度が所定値以上であることを検出するピーク尖鋭度検出手段と、
前記ピーク尖鋭度検出手段で所定値以上の尖鋭度を検出すると、前記第１信号に含まれる前記基本波成分とその整数倍の周波数帯域の信号を抑圧するピーク抑圧手段と、
を備えることを特徴とする周期性ノイズ抑圧装置。
【請求項５】
請求項４記載の周期性ノイズ抑圧装置において、
前記基本波成分のパワーを算出し、算出したパワーが所定値以上であるかを判定するピークパワー算出手段を設け、このピークパワー算出手段は基本波成分のパワーが所定値以上であると判定すると前記ピーク抑圧手段を動作させることを特徴とする周期性ノイズ抑圧装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の周期性ノイズ抑圧装置の何れかにおいて、
前記ピーク抑圧手段は抑圧量を任意に設定できる設定手段を備えることを特徴とする周期性ノイズ抑圧装置。
【請求項７】
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３記載の周期性ノイズ抑圧方法の何れかを実行させる周期性ノイズ抑圧プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的信号に周期性ノイズが重畳した信号に対し、雑音信号が主に観測されるマイクロホンの信号を利用し、雑音の周期性を観測してその周期性成分を抑圧する周期性ノイズ抑圧方法及び装置、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周期性雑音の周期を観測し、その周期性成分を抑圧する技術は提案されている（非特許文献１）。従来技術も、まず周期性ノイズの一番下のピーク周波数（以下、基本周波数）を検出し、その整数倍の周波数帯域を抑圧する方法であった。
【非特許文献１】J．S．Lim and A．V.Oppenheim，“Enhancement and bandwidth compression of noisy speech，”Proc．IEEE，Vol．67，No.12，pp.1586−1604，1979．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし従来は、基本波成分の検出方法が、パワーが最も大きな周波数帯域を検出するという方法であったため、周期性ノイズが途絶えて定常ノイズが鳴っている瞬間においてもなんらかのピーク値を検出してしまい、それが誤ったピーク（実際は検出する必要のないピーク）であるにもかかわらず、それを検出して抑圧するために、過大抑圧となって信号に歪が生じ、音質劣化を招いていた（課題１）。
さらに、ピークの検出は雑音信号がある程度の大きさを持つ場合にしか意味をなさない（騒音信号が小さい場合にピークを検出して抑圧すると過大抑圧となって音質劣化を招く）のに対し、従来の方法では信号の大きさを無視してピーク値を常に検出していたため、小さい信号に対しても抑圧するので過大抑圧となり、音質劣化が生じるという問題があった（課題２）。
【０００４】
この発明の目的はこれらの課題を一掃し、安定に周期性ノイズを抑圧することができる周期性ノイズ抑圧方法、装置、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】
【０００５】
この発明の第１実施形態では目的信号と騒音信号とが混ざった第１信号と、騒音信号が主となる第２信号のそれぞれを複数の周波数帯域に分割する帯域分割処理と、第２信号の各周波数成分毎のレベルを求めるレベル算出処理と、レベル算出処理で算出した各周波数帯域毎のレベル値に基づき、ピーク値を持つ最も低い周波数帯域を検出し、周期性ノイズの基本波成分を検出する基本波成分検出処理と、基本波成分検出処理で検出された基本波成分の尖鋭度が所定値以上であるかを検出するピーク尖鋭度検出処理と、
ピーク尖鋭度検出処理で所定値以上の尖鋭度を検出すると第１信号に含まれる基本周波数成分とその整数倍の周波数帯域の信号を抑圧するピーク抑圧処理とを含む周期性ノイズ抑圧方法を提案する。
【０００６】
更に、この発明の第２実施形態では上記した周期性ノイズ抑圧方法に加えて、基本波成分のパワーを算出し、基本波成分のパワーが所定値以上の場合に基本波成分と、その整数倍の周波数領域を抑圧処理する周期性ノイズ抑圧方法を提案する。
この発明の第３実施形態では上記したピーク抑圧処理は抑圧量を任意に設定可能である点を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の第１実施形態で提案する周期性ノイズ抑圧方法によれば基本波成分を検出する方法としてピークの大きさだけでなくピークの尖鋭度が所定値以上であることを条件としたから、定常的なノイズを周期性ノイズとして検出することはなく、定常ノイズを誤って周期性ノイズとして検出し、抑圧動作を行なうことがないため、過大抑圧を防ぐことができる。
また、この発明の第２実施形態によれば基本波成分のパワーが或る値以上であることを抑圧動作の条件としたから、騒音が小さい場合は抑圧動作を実施しない。従って過大抑圧を防ぐことができ、音質の劣化を回避することができる。
【０００８】
また、この発明の第３実施形態によればピーク抑圧処理において、ピークを抑圧する抑圧量を０から任意値に設定し、変更することができ、この結果音質を重視する場合は抑圧量を少なくし、ＳＮ比を重視する場合は抑圧量を大きく、例えばゼロに変えることでその目的に応じた適正な目的信号、例えば音声信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を用いて本発明の第１実施形態を説明する。この第１実施形態はこの発明の請求項１で提案する周期性ノイズ除去方法と、この周期性ノイズ抑圧方法を用いて動作する請求項４で提案する周期性ノイズ除去装置に対応する。
図１に示す周期性ノイズ抑圧装置１０は目的音源Ｓの目的音と雑音源Ｎが発生する騒音とを混ぜて受音し、第１信号Ｘ１（ｋ）を出力するマイクロホンｌＡと、雑音源Ｎが発生する雑音を主に受音し、第２信号Ｘ２（ｋ）を出力するマイクロホン１Ｂと、これら第１信号Ｘ１（ｋ）と第２信号Ｘ２（ｋ）をそれぞれ帯域分割する帯域分割手段２と、帯域分割手段２で帯域分割された第２信号Ｘ２（ｋ）の各周波数成分のパワーレベルを算出するレベル算出手段３と、レベル算出手段３で算出したパワーレベルの中で最低周波数でピークを持つ基本成分を検出する基本波成分検出手段４と、ピーク尖鋭度検出手段５と、ピーク抑圧手段６とによって構成した場合を示す。
【００１０】
帯域分割手段２は例えばフーリエ変換手段で構成することができ、主に雑音信号を周波数分析し、複数の周波数帯域に分割する。周波数分割された各帯域成分はＸ２（ω１）〜Ｘ２（ωＮ）と表わすことができる。
レベル算出手段３は帯域分割された各帯域成分Ｘ２（ω１）〜Ｘ２（ωＮ）のパワーレベルを算出する。基本波成分検出手段４はレベル算出手段３が算出したパワーレベルの中でピークを持つ最も低い周波数帯域を基本波成分として検出する。
ピーク尖鋭度検出手段５においては基本波成分検出手段４で検出された基本周波数に対し、そのピークがどのくらい鋭いかを算出する。尖鋭度算出方法の一例を図２及び図３に示す。図２は周期性ノイズの場合のピークの配列の例を示す。また、図３は定常性ノイズの場合のピーク配列の例を示す。つまり、周期性ノイズの場合はピークの尖鋭度が高く、定常性ノイズの場合は尖鋭度が低い。この尖鋭度が高い、低いを算出する方法として検出した基本周波数のピーク値と、探索幅全体の平均パワーの差分を算出する。図２の例ではその差分はｄ１、図３の場合はｄ２となる。
【００１１】
差分ｄ１又は差分ｄ２が或る値Ｔを超えたら鋭いピークであると判定し、検出すべきピーク（基本波）としてピーク抑圧手段６にそのピーク周波数を伝える。
図２に示す周期性ノイズの場合にはピークが鋭いためにピーク値と平均値の差分ｄ１が或る値を超える。つまり、ｄ１＞Ｔが成立する。図３に示す定常性ノイズの場合には、ピークが鈍いためにピーク値と平均値の差分ｄ２が或る値を超えず、ｄ２＜Ｔが成立する。このような動作原理によりピーク値の鋭さを検出することができる。鋭いピークを持つ場合のみ（すなわち、ｄ１＞Ｔが成立する場合のみ）、後段のピーク抑圧手段６へそのピーク周波数ωＰが周期性ノイズの基本周波数として伝えられる。
【００１２】
ピーク抑圧手段６においては、時々刻々に変化するピーク周波数ωＰに対し、ピークを持つ周波数ωＰを基本周波数としその整数倍の周波数（ωＰ、２ωＰ、３ωＰ…ｎωＰ）に極小値を持つ櫛型フィルタをディジタルフィルタで構成し、この櫛型フィルタで目的信号と雑音信号とが混ざって入ったマイクロホン１Ａの入力信号Ｘ１（ω１）…Ｘ１（ωＮ）に対してフィルタリングすることで、この入力信号Ｘ１（ω１）…Ｘ１（ωＮ）に混ざった周期性ノイズを抑圧する。図４に櫛型フィルタの周波数特性の一例を示す。雑音が例えば自動車のエンジン音のような場合には周期性ノイズの基本波は時間的に変動するため、櫛型フィルタの極小値を持つ周波数も時間的に変動させる必要がある。この様な場合は時変動型櫛型フィルタ（フィルタ関数式に応じて周波数特性を任意に変化させることができるディジタルフィルタ）を用い、周期性ノイズの基本波の周波数ωＰに追従させて極小値を持つ周波数を変化させればよい。
【００１３】
図５はこの発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は本発明の請求項２で提案する周期性ノイズ抑圧方法を用いて動作する請求項５で提案する周期性ノイズ抑圧装置の実施例に対応する。
請求項２と請求項１との違いは、周期性ノイズの基本波であるピーク周波数ωＰを検出するための制御をより精密に行なうために、ピーク周波数ωＰのパワーを算出するピークパワー算出手段７を加えた点にある。ピークパワー算出手段７では、検出されたピーク周波数ωＰが或る値Ｚ以上のパワーを持つか否かを検出し、パワーが閾値Ｚを超える場合にのみ、その検出されたピーク周波数ωＰを抑圧すべきピーク周波数としてピーク抑圧手段６に伝える。
【００１４】
ピークパワー算出手段７を設けたことによる作用効果は以下のところにある。例えば検出されたピーク周波数が仮に鋭さを持っていたとしても、非常に小さいノイズであった場合、そのピークを検出して抑圧してしまうと、抑圧が過大となり、目的信号に歪を生じさせてしまう不都合が生じる。この点でピークパワー算出手段７を挿入することで、ノイズが或る程度の大きさである場合にのみ抑圧が働くため、過大抑圧が起こらず、目的信号（音声）に歪が生じにくい作用効果が得られる。
次に、この発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態はこの発明の請求項３で提案する周期性ノイズ抑圧方法を用いて動作する請求項６で提案する周期性ノイズ抑圧装置の実施例に対応する。
【００１５】
この第３実施形態の特徴とする点はピーク抑圧手段６において、抑圧するピーク周波数ωＰ（と、その倍数にあたる周波数）の抑圧量を制御する機能を加えたところにある。図６Ａに、実施形態１と２で述べた櫛型フィルタの特性を、図６Ｂに実施形態３で述べる櫛型フィルタの特性を示す。実施形態１と２ではピーク周波数（とその整数倍周波数）において、０にまで信号が抑圧されている（以下、抑圧ゲイン値０と記す）。しかし実施形態３では、抑圧されるピーク周波数（とその整数倍周波数）の抑圧ゲイン値を、例えば０．３３や０．５といったように変更する（以下、抑圧ゲイン値０．３３または０．５）。この制御により、抑圧量を加減することができ、音質重視の場合には抑圧ゲイン値を０．３３や０．５など控えめに設定し、ＳＮ比改善量を優先させたい場合には抑圧ゲイン値を０に設定することができる。
【００１６】
抑圧ゲイン値の変更は櫛型フィルタを形成する式を変えることによって実現する。抑圧ゲイン値０の場合のフィルタ関数例を式（１）に、抑圧ゲイン値０．３３の場合のフィルタ関数例を式（２）に示す。
【数１】
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ただしここで、ａｂｓは絶対値を、ｐｉは円周率を表す。
以上説明した実施形態１、２及び３では説明を簡素化するために目的音と雑音とが混ざった音を受音するマイクロホン１Ａと、主に雑音を受音するマイクロホン１Ｂを各１本づつとした場合を説明したが、マイクロホンを複数設ける場合もある。この場合には、例えば、各マイクロホンの受音信号のレベルを測定し、そのレベルが最も大きなマイクロホンへの受音信号が最もＳＮ比が良い信号であるとして、その信号を処理に用いる。騒音信号が受音されるマイクロホンが複数ある場合も同様に、各マイクロホンへの受音信号のレベルを測定し、そのレベルが最も大きなマイクロホンへの受音信号を処理に用いる。
【００１７】
この発明による周期性ノイズ抑圧方法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た周期性ノイズ抑圧プログラムをコンピュータに実行させて実現させることができる。周期性ノイズ抑圧プログラムはコンピュータが読み取り可能な磁気ディスク或はＣＤ−ＲＯＭのような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にインストールされ、コンピュータに備えられているＣＰＵ（中央演算処理装置）によって解読されて実行される。コンピュータにインストールする方法の他の例としては通信回線を通じてインストールする場合もある。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明による周期性ノイズ抑圧方法及び装置は例えば音声認識装置を搭載し、音声入力を可能としたカーナビゲーションシステムに組み込まれ、カーナビゲーションシステムに入力する音声に混入するエンジン音を抑圧し、音声認識率の向上に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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に示した実施形態に用いたピーク尖鋭度検出手段の動作を説明するための特性曲線図。
【図３】図２と同様に図１に示した実施形態に用いたピーク尖鋭度検出手段の動作を説明するための特性曲線図。
【図４】図１に示した実施形態に用いたピーク抑圧手段の特性を説明するための特性曲線図。
【図５】この発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図。
【図６】この発明の第３の実施形態と第１及び第２の実施形態とを比較するための特性曲線を図示し、図６Ａは第１及び第２実施形態で用いるピーク抑圧手段の周波数特性、図６Ｂは第３実施形態で用いるピーク抑圧手段の周波数特性を示す。
【符号の説明】
【００２０】
Ｓ    目的音源                                  ５    ピーク尖鋭度検出手段
Ｎ    雑音源                                    ６    ピーク抑圧手段
１Ａ    目的音と雑音とを受音するマイクロホン      ７    ピークパワー算出手段
１Ｂ    主に雑音を受音するマイクロホン          １０    周期性ノイズ抑圧装置
２    帯域分割手段
３    レベル算出手段
４    基本波成分検出手段
【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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【図６】
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