(57)【要約】【課題】  入力される音声について該音声の入力対雑音比に対応付けられたゲインを設定することによって該音声の雑音を低減する雑音低減装置において、雑音低減効果と高品質な音声出力とを両立させる。【解決手段】  入力信号の入力対雑音比が所定値より低い場合には、周波数帯域毎に独立にゲインを設定する。高周波数帯域には低周波数帯域に作用させるよりもより小さいゲインを設定する。こうすることにより、相対的に高周波数帯域の成分が抑圧されることになり、主観上の雑音低減効果を強化できる。さらに低周波数帯域の成分の抑圧は相対的に小さいために、音声品質の劣化を軽減することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される音声から変換された周波数データに応じてゲインを設定し、この設定されたゲインに応じて前記周波数データを逆変換することによって前記音声の雑音を低減する雑音低減装置であって、前記音声と雑音との関係を示す入力対雑音比と、前記音声のスペクトルの周波数とに応じてゲインを算出するゲイン算出手段を含み、前記ゲイン算出手段によって算出されたゲインを設定して前記周波数データを逆変換することを特徴とする雑音低減装置。
【請求項２】
前記ゲイン算出手段は、同一の周波数帯に対して入力対雑音比が非減少関数となるようにゲインを算出することを特徴とする請求項１記載の雑音低減装置。
【請求項３】
前記ゲイン算出手段は、同一の入力対雑音比において、高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出することを特徴とする請求項１記載の雑音低減装置。
【請求項４】
前記ゲイン算出手段は、前記入力対雑音比が前記所定値以上の場合には全ての周波数帯域に対してゲインが等しくなり、かつ、前記入力対雑音比が前記所定値より小の場合には高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の雑音低減装置。
【請求項５】
前記ゲイン算出手段においてゲインを算出するためのパラメータが外部から自在に調節できることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の雑音低減装置。
【請求項６】
入力される音声を周波数データに変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段による変換後の周波数データから音声区間判定結果を算出する音声区間判定手段と、前記音声区間判定手段の音声区間判定結果と前記周波数データとに基づいて前記ゲイン算出手段によって算出されたゲインと前記周波数データとを乗じる乗算手段と、前記乗算手段によってゲインを乗ぜられた周波数データを音声出力時間データに変換する周波数逆変換手段とを更に含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の雑音低減装置。
【請求項７】
前記ゲイン算出手段は、周波数データのレベルを算出する手段と、前記音声区間判定結果に基づき非音声区間における前記周波数データのレベルの平均値を算出する手段と、この算出された平均値及び前記周波数データのレベルに基づいて入力対雑音比を算出する手段とを含み、この算出された入力対雑音比及び周波数データを基に前記ゲインを算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の雑音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雑音低減装置に関し、特に高性能な雑音低減を行う雑音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等を運転中に携帯電話機に着信があった場合、携帯電話機を操作するのは危険である。このため、自動車等の内部空間にマイクロフォン及びスピーカを設けてハンズフリー通話を実現することがある。このハンズフリー通話を実現する場合、通話相手から送信されてくる音声をスピーカから出力し、かつ、自動車内等の空間内の音声をマイクロフォンで拾って通話相手へ送信する処理が行われる。
【０００３】
このようなハンズフリー通話を実現する場合、スピーカから出力される通話相手の音声がマイクロフォンに入力されることになるので、通話相手は自分自身の発した音声をわずかな遅延時間後に聞くことになる。このことは通話相手に不快をもたらすことになる。
また、ハンズフリー通話を実現する場合、マイクロフォンには、スピーカから出力される音声の他に、周囲の雑音が入力される。通話相手はこの雑音を聞くことになるので、通話相手に不快をもたらすことになる。
【０００４】
したがって、ハンズフリー通話において、通話音質を高めるには、エコーを低減する他、雑音を低減する必要がある。
従来、雑音が混入した入力信号の雑音成分を低減する方法としてはスペクトル減算法が知られている（例えば、特許文献１参照）。一般にスペクトル減算法では、入力データに含まれる加法性雑音成分の周波数スペクトルもしくはパワースペクトルを推定して、入力対雑音比を算出する。算出された入力対雑音比に応じたゲインが入力スペクトルに乗ぜられて、周波数領域で雑音成分に相当する量だけ抑圧される。この抑圧された周波数成分を周波数逆変換して、雑音が除去された出力データを得ることができる（例えば、非特許文献１参照）。ここで入力対雑音比とは、入力と雑音の振幅、振幅の自乗、またはそれに類する次元の比を示し、この値が大きいほど入力中に雑音の占める割合が小さいことを意味するものである。この入力対雑音比は、入力が音声の場合、音声と雑音との関係を示すものである。
【０００５】
図５はスペクトル減算法を用いた雑音低減装置の典型的な実現例を示すブロック図である。同図に示されているように、雑音低減装置は、一般的に用いられる周知の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；以下、ＦＦＴと略称する）処理により、入力信号を周波数のスペクトルに変換する周波数変換部１１０と、この周波数変換部１１０による変換後のデータを基に、入力信号について音声が含まれている時間帯を判定する音声区間判定部１１１と、この音声区間判定部１１１によって判定された時間帯において周波数変換部１１０による変換後のデータを基に、入力信号のゲインを算出するゲイン算出部１１２と、このゲイン算出部１１２によって算出されたゲインと周波数変換部１１０による変換後のデータとを乗算する乗算部１１３と、この乗算部１１３の乗算出力について周知の逆ＦＦＴ処理を行う周波数逆変換部１１４とを含んで構成されている。
【０００６】
ゲイン算出部１１２は、図６に示されているように、入力されるスペクトルのレベルを算出する入力信号スペクトルレベル算出部２１０と、音声区間判定結果に応じてオンオフ動作するスイッチ２１１と、雑音のスペクトルレベルを算出するブロック平均部２１２と、入力対雑音レベル比算出部２１３と、この入力対雑音レベル比算出部２１３によって算出された入力対雑音レベル比をゲインに変換するゲイン変換部２１４とを含んで構成されている。
【０００７】
次に、図５及び図６を参照して雑音低減装置の動作について説明する。
図５において入力信号ｘ（ｔ）は音声と雑音を含んだ時間領域の信号である。ｔは時間を表す。入力信号ｘ（ｔ）はある周期でサンプリングされた後にある数単位でまとめられて（すなわちフレーム処理されて）、周波数変換部１１０によって入力スペクトルＸ（ｆ）に変換される。ｆは周波数を表す。ここではＦＦＴ処理によって入力スペクトルＸ（ｆ）に変換している。
【０００８】
変換された入力スペクトルＸ（ｆ）は、音声区間判定部１１１、ゲイン算出部１１２、及び、乗算部１１３それぞれに入力される。
音声区間判定部１１１では、入力スペクトルＸ（ｆ）を基に、入力信号が音声区間であるか非音声区間であるかの判定が行われる。この音声区間判定部１１１の判定結果は、ゲイン算出部１１２内のスイッチ２１１に伝えられる。音声区間判定部１１１による音声区間の判定には周知の技術を用いる。例えば、音声信号に特有の周波数が多く含まれる場合や、音声信号に特徴的な波形パターンが現れる場合には音声区間であると判定できる。
【０００９】
図６に移り、入力信号スペクトルレベル算出部２１０では、入力スペクトルは振幅スペクトルまたはパワースペクトル等のある次元のスペクトル量に変換される。乗数ａ＝１の時は振幅スペクトル、乗数ａ＝２の時はパワースペクトルに対応する。音声区間判定部１１１による音声区間判定結果により、スイッチ２１１がオンオフ制御される。すなわち、音声区間判定結果が非音声区間であることを示している場合、スイッチ２１１はオン状態に制御され、入力スペクトルレベル信号が後続のブロック平均部２１２に渡される。ブロック平均部２１２では、スイッチ２１１を介して渡された入力スペクトルレベル信号の平均値が算出される。算出された平均値はブロック平均部２１２に保持される。入力スペクトルレベル信号が渡されるたびに平均値が算出されるので、ブロック平均部２１２の保持値は随時更新される。
【００１０】
一方、音声区間判定結果が音声区間であることを示している場合、スイッチ２１１はオフ状態となり、入力スペクトルレベル信号はブロック平均部２１２には伝わらない。したがって、この場合にはブロック平均部２１２の保持値は更新されない。
このようにスイッチ２１１をオンオフ制御して非音声区間の入力スペクトルレベルの平均値を求めることにより、雑音を含んだ入力スペクトルレベルから、雑音のみのスペクトルレベルを推定することができる。
【００１１】
入力対雑音レベル比算出部２１３は、入力スペクトルレベルと推定された雑音スペクトルレベルに基づき、入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）を算出する。ゲイン変換部２１４では、ゲイン変換関数Ｇにより、入力対雑音レベル比算出部２１３において算出された入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）に応じたゲインＧ（ｆ）を出力する。ここでゲインＧ（ｆ）は０以上１以下の範囲の値を取る。
【００１２】
図５に戻り、乗算部１１３で入力スペクトルＸ（ｆ）とゲインＧ（ｆ）とが乗ぜられて出力スペクトルＶ（ｆ）が出力される。出力スペクトルＶ（ｆ）は周波数逆変換部１１４に入力される。周波数逆変換部１１４では、出力スペクトルＶ（ｆ）が出力信号ｖ（ｔ）に変換される。変換後の出力信号ｖ（ｔ）は、入力信号ｘ（ｔ）に含まれる音声以外の雑音成分が低減されたものになっている。
【００１３】
しかし、上述したスペクトル減算法を用いた雑音低減処理は、その雑音低減性能自体は高いものの、音質が劣化する可能性のあることが知られている。例えば雑音スペクトルの推定誤差により、ミュージカルノイズという雑音の消し残りが発生しやすく、雑音低減処理後の音声品質が低下する。この音声品質の低下を緩和するために、入力対雑音比に応じたある割合で原音を付加するものもある（例えば、非特許文献２参照）。また、フレーム間でゲインを時間的に平滑化しているものもある（例えば、非特許文献３参照）。
【特許文献１】特表２００２−５１７０２１号公報（図２）
【非特許文献１】S. F. Boll「スペクトルサブ トラクションによる音声中の音響ノイズの抑圧（Suppression of Acoustic Noise in Speech using Spectral Subtraction）」（IEEE Trans. Acoust. Speech and Sig. Proc., 27:pp.113-120, 1979）
【非特許文献２】佐々木、中村「マスキング効果を用いた低歪み雑音低減方式の検討」（信学技法  EA98-106 pp.37-42）
【非特許文献３】H.Kim, D.Ruwisch「Speech Enhancement in Non-stationary Noise Environments」（ICSLP 2002, pp.1829-1832）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
スペクトル減算法を用いた従来の雑音低減装置では、雑音低減の効果を強めると音声品質の劣化は大きくなる等、雑音低減効果と音声品質とはトレードオフの関係にある。入力に混入した雑音レベルの推定には誤差が含まれるために、例えば雑音レベルを実際よりも高く評価して減ずると雑音低減の効果は高まるものの音声の一部をも削除してしまいがちである。これにより雑音低減後の音声はロボットが話しているような人工的な音であったり、水中で話しているような不自然な音になる。逆に雑音レベルを実際よりも低く評価して減ずると音声品質の劣化は軽減できるものの十分な雑音低減効果を得ることができない。このためスペクトル減算法を用いた従来の雑音低減装置では、最適な雑音低減の仕様を決定することは容易ではなかった。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、雑音低減効果と高品質な音声出力との両立を容易にする高性能な雑音低減装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、前記課題を解決するため、音質劣化は音声入力に対して雑音成分入力が大きい場合に顕著であること、さらに人間の聴覚特性は高周波数帯域の音声劣化に比べて低周波数帯域の音声劣化により敏感であることを見出し、本発明をなすに至った。
本発明の請求項１による雑音低減装置は、入力される音声から変換された周波数データに応じてゲインを設定し、この設定されたゲインに応じて前記周波数データを逆変換することによって前記音声の雑音を低減する雑音低減装置であって、前記音声と雑音との関係を示す入力対雑音比と、前記音声のスペクトルの周波数とに応じてゲインを算出するゲイン算出手段を含み、前記ゲイン算出手段によって算出されたゲインを設定して前記周波数データを逆変換することを特徴とする。こうすることにより、周波数帯と入力対雑音比とに応じて独立にゲインを設定することができる。例えば、図７に示されているように、周波数帯と入力対雑音比とに応じてゲインを設定できる。ここでゲイン変換関数とは、ゲイン算出部の出力ゲインを定義する周波数帯と入力対雑音比の関数である。この関数は、周波数帯及び入力対雑音比と出力ゲインとの間の関係を定義するものであり、数式もしくは対応関係を表すテーブルにより実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項２による雑音低減装置は、請求項１において、前記ゲイン算出手段は、同一の周波数帯に対して入力対雑音比が非減少関数となるようにゲインを算出することを特徴とする。例えば、図８に示されているように同一の周波数帯に対して入力対雑音比が非減少関数となるようにゲインを算出する。こうすることにより、相対的に大きい入力対雑音比に対しては大きいゲインが算出されることになり、雑音低減の効果を上げることができる。
【００１７】
本発明の請求項３による雑音低減装置は、請求項１において、前記ゲイン算出手段は、同一の入力対雑音比において、高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出することを特徴とする。例えば、図９に示されているように、高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出する。こうすることにより、相対的に高周波数帯域の成分が抑圧されることになり、主観上の雑音低減効果を強化できる。さらに低周波数帯域の成分の抑圧は相対的に小さいために、音声品質の劣化を軽減することができる。
【００１８】
本発明の請求項４による雑音低減装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記ゲイン算出手段は、前記入力対雑音比が前記所定値以上の場合には全ての周波数帯域に対してゲインが等しくなり、かつ、前記入力対雑音比が前記所定値より小の場合には高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出することを特徴とする。例えば、図１０に示されているように、所定値Ｒ以上の場合には全ての周波数帯域に対してゲインが等しくなり、かつ、所定値Ｒより小の場合には高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを算出する。これにより、主観上の性能改善を簡単な装置で実現できる。
【００１９】
本発明の請求項５による雑音低減装置は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記ゲイン算出手段においてゲインを算出するためのパラメータが外部から自在に調節できることを特徴とする。ゲイン変換関数のパラメータを調節することにより、雑音低減の効果を容易に変えることができる。これにより、所望の雑音低減特性を持つ雑音低減装置が容易に実現できる。
【００２０】
本発明の請求項６による雑音低減装置は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、入力される音声を周波数データに変換する周波数変換手段（図５中の周波数変換部１１０に対応）と、前記周波数変換手段による変換後の周波数データから音声区間判定結果を算出する音声区間判定手段（図５中の音声区間判定部１１１に対応）と、前記音声区間判定手段の音声区間判定結果と前記周波数データとに基づいて前記ゲイン算出手段によって算出されたゲインと前記周波数データとを乗じる乗算手段（図５中の乗算部１１３に対応）と、前記乗算手段によってゲインを乗ぜられた周波数データを音声出力時間データに変換する周波数逆変換手段（図５中の周波数逆変換部１１４に対応）とを更に含むことを特徴とする。こうすることにより、本発明を一般的な雑音低減装置に適用することができる。
【００２１】
本発明の請求項７による雑音低減装置は、請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記ゲイン算出手段は、周波数データのレベルを算出する手段（図３中の入力信号スペクトルレベル算出部２１０に対応）と、前記音声区間判定結果に基づき非音声区間における前記周波数データのレベルの平均値を算出する手段（図３中のスイッチ２１１及びブロック平均部２１２に対応）と、この算出された平均値及び前記周波数データのレベルに基づいて入力対雑音比を算出する手段（図３中の入力対雑音レベル比算出部２１３に対応）とを含み、この算出された入力対雑音比及び周波数データを基に前記ゲインを算出することを特徴とする。入力対雑音比及び周波数データを基にゲインを算出するので、周波数帯と入力対雑音比とに応じて独立にゲインを設定することができ、所望の雑音低減特性を持つ雑音低減装置が容易に実現できる。
要するに、スペクトル減算法を利用した従来の雑音低減装置の技術では、周波数帯域に依存せずに入力対雑音比のみによってゲイン変換関数を決定していたのに対し、本発明では周波数帯域を考慮しているので人間の聴覚特性に最適化した雑音低減仕様を、簡単な装置によって実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の雑音低減装置は、従来のスペクトル減算法を利用した雑音低減装置では実現が困難であった高品質な音声と強力な雑音低減効果とを両立することができる。実際、課題で挙げた人工的な音や水中での不自然な音が減少したことを確認した。また上述したような雑音低減装置を雑音低減の仕様を定めるゲイン変換関数の変更により容易に実現することができる。
【００２３】
入力に混入する雑音は、雑音低減装置が設置、使用される場所や状況に依存する。このため雑音低減装置の仕様も前記の状況に合わせて調節する必要がある。従って従来装置ではある特定の状況で最良の雑音低減仕様を見出したとしても、別の状況では異なった雑音低減の仕様を検討、評価することが必要でありコストがかかっていた。これに対して本発明による雑音低減装置では良好な品質を得ることのできる雑音低減仕様の範囲が広い。従って雑音低減装置の使用される状況に応じて雑音低減の仕様を調節することが容易であり、コストを抑えることができる。
【００２４】
例えば自動車内でハンズフリー通話を行う状況では、自動車の種類や車速、路面の状況や天候等の要因で混入雑音の仕様が変わる。そこで雑音低減の効果を適応的に調節することでより良好な通話を実現できると考えられる。このような応用に対してもそれぞれの混入雑音の仕様を決定する要因を感知する仕組みと組み合わせることで、雑音低減の仕様を定めるゲイン変換関数を要因に合わせたものを選択し、適応的に良好な雑音低減装置を実現することができる。例えば、車種の登録、速度計、位置（地図）情報、加速度センサーを使用した車体振動の検出、天候モニター等のセンサー機能を持った装置を組み合わせることが考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明による雑音低減装置の全体構成は、図５を参照して既に説明した通りである。すなわち、図５に示されているように、雑音低減装置は、周波数変換部１１０と、音声区間判定部１１１と、ゲイン算出部１１２と、乗算部１１３と、周波数逆変換部１１４とを含んで構成されている。本発明による雑音低減装置が従来の雑音低減装置と異なるのは、ゲイン算出部１１２の内部構成である。
ゲイン算出部１１２の内部構成例が図３に示されている。同図において、ゲイン算出部１１２は、入力信号スペクトルレベル算出部２１０と、スイッチ２１１と、ブロック平均部２１２と、入力対雑音レベル比算出部２１３とを含んで構成されており、これらの構成は従来のものと同様である。
【００２６】
ゲイン算出部１１２の構成が従来のものと異なるのは、ゲイン変換部２１４ａである。具体的には、ゲイン変換部２１４ａにおいて、入力対雑音レベル比をゲインに変換する際、周波数ｆをも参照する点が従来のものと異なる。すなわち、音声区間判定部１１１によって非音声区間と判定された区間について、ブロック平均部２１２において入力スペクトルレベルの平均値が求められ、雑音を含んだ入力スペクトルレベルから雑音のみのスペクトルレベルが推定される。推定された雑音スペクトルレベルから、入力対雑音レベル比算出部２１３によって周波数帯域毎に入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）が算出される。
【００２７】
ゲイン変換部２１４ａでは、ゲイン変換関数Ｇにより、入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）及び周波数帯域ｆに応じたゲインＧ（ｆ）を出力する。ここでゲインＧ（ｆ）は０以上１以下の範囲を取る。
本例のゲイン変換部２１４ａでは、ＳＮＲ（ｆ）と周波数とに応じて、例えば以下のように、ゲインＧ（ｆ）を設定する。すなわち、図７に示されているように、互いに異なる周波数（ｆ１，ｆ２，ｆ３）と入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）とに応じてゲインを設定すれば良い。こうすることにより、周波数又は周波数帯と、入力対雑音比とに応じて独立にゲインを設定することができる。
【００２８】
また、図８に示されているように、同一の周波数帯ｆ（任意のｆ）に対して入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）が非減少関数となるようにゲインを設定しても良い。こうすることにより、相対的に大きい入力対雑音比に対しては大きいゲインが算出されることになり、雑音低減の効果を上げることができる。
さらに、図９に示されているように、周波数ｆ０＜周波数ｆ１＜周波数ｆ２の関係において、高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを設定しても良い。こうすることにより、相対的に高周波数帯域の成分が抑圧されることになり、主観上の雑音低減効果を強化できる。さらに低周波数帯域の成分の抑圧は相対的に小さいために、音声品質の劣化を軽減することができる。
【００２９】
そして、図１０に示されているように、周波数ｆ０＜周波数ｆ１＜周波数ｆ２の関係において、ｆが所定値Ｒ以上の場合には全ての周波数帯域に対してゲインが等しくなり、かつ、所定値Ｒより小の場合には高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となるようにゲインを設定しても良い。これにより、主観上の性能改善を簡単な装置で実現できる。
【００３０】
後述する実施例のように、周波数帯域に対応するまとまりごとに、入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）とゲインＧ（ｆ）とを対応付けても良い。
以上のようなゲインＧ（ｆ）を出力するためには、入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）及び周波数帯域ｆと、ゲインＧ（ｆ）とを対応付けるテーブルを用意し、これを用いてゲイン変換部２１４ａを構成すれば良い。また、入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）及び周波数帯域に対して上記の各図に示されているようなゲインＧ（ｆ）を生成する波形発生回路を用意し、これを用いてゲイン変換部２１４ａを構成しても良い。
【００３１】
以上のようなゲイン変換部２１４ａに対して、上述した従来技術によるゲイン変換部２１４（図６参照）では入力対雑音比のみでゲインＧ（ｆ）が決まり、周波数帯域情報は使用していない。このため、従来技術によると、周波数帯域に適したゲインを算出することはできない。
ゲイン変換部２１４ａによって設定されるゲインＧ（ｆ）は、乗算部１１３（図５参照）において入力スペクトルＸ（ｆ）と乗ぜられる。これによって得られた出力スペクトルＶ（ｆ）は、周波数逆変換部１１４において出力信号ｖ（ｔ）に変換される。この変換後の出力信号ｖ（ｔ）は、入力信号ｘ（ｔ）に含まれる音声以外の雑音成分を効果的に低減したものになっている。
【００３２】
なお、以上は、ゲイン算出部のゲイン算出において音声の入力対雑音比を周波数帯と共に用いる場合について説明したが、それ自体を用いなくても、周波数帯と共に、各周波数帯域の入力対雑音比を平滑化したものを扱えば、上記と同様の効果が得られる。
ところで、入力に混入する雑音は、雑音低減装置が設置、使用される場所や状況に依存する。このため雑音低減装置の仕様も前記の状況に合わせて調節する必要がある。従って従来装置ではある特定の状況で最良の雑音低減仕様を見出したとしても、別の状況では異なった雑音低減の仕様を検討、評価することが必要でありコストがかかっていた。これに対して本発明による雑音低減装置では良好な品質を得ることのできる雑音低減仕様の範囲が広い。従って雑音低減装置の使用される状況に応じて雑音低減の仕様を調節することが容易であり、コストを抑えることができる。
【００３３】
例えば自動車でハンズフリー通話を行う状況では、自動車の種類や車速、路面の状況や天候等の要因で混入雑音の仕様が変わる。そこで雑音低減の効果を適応的に調節することでより良好な通話を実現できると考えられる。このような応用に対してもそれぞれの混入雑音の仕様を決定する要因を感知する仕組みと組み合わせることで、雑音低減の仕様を定めるゲイン変換関数を要因に合わせたものを選択し、適応的に良好な雑音低減装置を実現することができる。例えば、車種の登録、速度計、位置（地図）情報、加速度センサーを使用した車体振動の検出、天候モニター等のセンサー機能を持った装置を組み合わせることが考えられる。
【実施例１】
【００３４】
発明者は、上記のような雑音低減装置を計算機上で実現して、評価を行ったところ以下の仕様において、共に最高の性能を発揮することを確認した。
入力サンプリング周波数：８０００Ｈｚ（実効有効周波数帯域  ０〜４０００Ｈｚ）
フレーム処理：１２８個
ＦＦＴ処理単位：２５６個（１２８個ずつ重ね合わせ）
入力対雑音比：ＳＮＲ（ｆ）  ＝  ｐｏｗｅｒ（Ｘ（ｆ））／ｐｏｗｅｒ（Ｎ（ｆ））
ここでｐｏｗｅｒ（ｘ）はｘの２乗を表す。Ｘ（ｆ）は入力スペクトル、Ｎ（ｆ）は推定された雑音のスペクトルを表す。
【００３５】
また、ゲイン変換関数Ｇ（ＳＮＲ（ｆ）,ｆ）が図１に示されている。同図には、周波数ｆ（音声のスペクトルの周波数）が３４３．７５Ｈｚ以下の場合が実線で、周波数ｆが３４３．７５Ｈｚより大きく４６８．７５Ｈｚ以下の場合が破線で、周波数ｆが４６８．７５Ｈｚより大きい場合が一点鎖線で、それぞれ示されている。同図中の横軸は入力対雑音比ＳＮＲ（ｆ）で、縦軸はゲインである。
【００３６】
同図において、ゲイン変換関数Ｇは、入力対雑音比が零から所定値までの間すなわち少なくとも低周波数帯域において、周波数帯と入力対雑音比とに応じて独立にゲインを設定できるようになっている。そして、音声の同一の周波数帯に対して入力対雑音比の非減少関数になっている。また、同一の入力対雑音比では高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となっている。さらに、入力対雑音比が所定値以上の場合には全ての周波数帯域に対してゲインが等しいが、入力対雑音比がその値より小の場合には高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインより小となっている。
【００３７】
すなわち、図１中の周波数の低い部分を拡大した図である図２を参照すると、入力対雑音比が約５以下である場合には、周波数ｆが３４３．７５Ｈｚ以下の場合が実線で、周波数ｆが３４３．７５Ｈｚより大きく４６８．７５Ｈｚ以下の場合が破線で、周波数ｆが４６８．７５Ｈｚより大きい場合が一点鎖線で、それぞれ示されており、入力対雑音比が小である領域においては、高周波数帯域に対するゲインが低周波数帯域に対するゲインが小となっている。
【００３８】
図１及び図２において、ゲイン変換関数Ｇ（ＳＮＲ（ｆ），ｆ）は、以下である。
Ｇ（ＳＮＲ（ｆ），ｆ）
＝  ＭｉｎＧ（ｆ）        （ＳＮＲ（ｆ）≦ＭｉｎＴＨ（ｆ））
＝  １−Ｋ／ＳＮＲ（ｆ）  （ＭｉｎＴＨ（ｆ）＜ＳＮＲ（ｆ）＜ＭａｘＴＨ）
＝  ＭａｘＧ              （ＳＮＲ（ｆ）≧ＭａｘＴＨ）
ただし、Ｋは一般的にＫ＞１（オーバーサブトラクション）とすることで公知のスペクトル減算法において雑音低減の効果を発揮することが知られているパラメータである。ＭｉｎＧ（ｆ）は後述するゲイン算出部においてゲインを算出するためのパラメータ、すなわちゲイン変換関数の雑音低減効果を調節することのできるパラメータである。
【００３９】
ここで、ＭｉｎＧ（ｆ）を図４に示されているように設定した。同図においては、横軸が周波数ｆ[Ｈｚ]で、縦軸がＭｉｎＧ（ｆ）である。同図を参照すると、周波数ｆが約５００Ｈｚより大である領域についてはＭｉｎＧ（ｆ）の値は約０．１２５のまま一定である。これに対し、周波数ｆが約５００Ｈｚより小である領域についてはＭｉｎＧ（ｆ）の値は０．１２５よりも大なる値になっている。このように本例では、ＳＮＲ（ｆ）が所定値より小さい場合、周波数帯域を数個のまとまりに分割し、まとまりごとにゲインＧ（ｆ）を設定している。そして、図４に示されているように、より高い周波数帯域に対応するまとまりに対しては小さいゲインを割り当て、低い周波数帯域に対応するまとまりに対しては大きいゲインを割り当てている。ただし、このＭｉｎＧ（ｆ）は、必ずしも同図に示されているものと全く同じ形状である必要はなく、ほぼ同じ形状であれば同等な効果が得られる。すなわち、このＭｉｎＧ（ｆ）を外部から自在に変更できるようにしておけば、雑音低減の効果を容易に変更できる。
【００４０】
本例では、
ＭｉｎＧ（ｆ）
＝０．２２５    （ｆ≦３４３．７５Ｈｚ）
＝０．１７５    （３４３．７５Ｈｚ＜ｆ≦４６８．７５Ｈｚ）
＝０．１２５    （４６８．７５Ｈｚ＜ｆ）
である。また、
ＭｉｎＴＨ（ｆ）  ＝  Ｋ／（１−ＭｉｎＧ（ｆ））
ＭａｘＴＨ        ＝  Ｋ／（１−ＭａｘＧ）  （定数）
ＭａｘＧ          ＝  ０．９６０（定数）
とした。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の雑音低減装置は、ハンズフリー通話装置、録音装置、更に音声認識装置の分野で好適に利用できる。特に前記装置の設置、使用場所が、自動車内や展示場等の雑音が大きい環境、または会議場等音声の品質が重要とされる環境である時に、好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】最良の実施形態におけるゲイン変換関数を示す図である。
【図２】図１中の低周波数帯域部分を示す図である。
【図３】本発明による雑音低減装置のゲイン算出部の構成例を示す図である。
【図４】ゲイン変換関数のパラメータの設定例を示す図である。
【図５】雑音低減装置の全体構成を示す図である。
【図６】従来の雑音低減装置のゲイン算出部の構成例を示す図である。
【図７】周波数帯及び入力対雑音比と、ゲインとの対応関係を示す図である。
【図８】周波数帯及び入力対雑音比と、ゲインとの対応関係を示す図である。
【図９】周波数帯及び入力対雑音比と、ゲインとの対応関係を示す図である。
【図１０】周波数帯及び入力対雑音比と、ゲインとの対応関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１０  周波数変換部
１１１  音声区間判定部
１１２  ゲイン算出部
１１３  乗算部
１１４  周波数逆変換部
２１０  スペクトルレベル算出部
２１１  スイッチ
２１２  ブロック平均部
２１３  入力対雑音レベル比算出部
２１４、２１４ａ  ゲイン変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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