(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を所定時間間隔（以下フレームという）ごとに、周波数領域信号に変換する周波数分析部と、
上記周波数分析部の出力信号中の各周波数成分について、各ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｔ）フレーム離れた２つのフレーム間の相関を、ｉフレーム前の上記周波数領域信号のパワーで正規化し、その正規化値を所定区間で累積し、上記累計を上記所定の区間で平均化した値を重み係数として求める重み係数計算部と、
上記周波数領域信号が入力され、上記重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム（Ｔは１以上の整数）分行った結果を残響成分パワーとする残響成分パワー推定部と、
上記残響パワーと上記周波数領域信号が入力され、周波数成分ごとの上記周波数領域信号のパワーから残響成分パワーを減算し、その結果に基づいてゲインを計算する残響抑圧ゲイン計算部と、
上記残響ゲイン計算部の計算結果と上記周波数領域信号との積を周波数成分ごとに計算するゲイン制御部と、
上記ゲイン制御部の出力信号を時間領域信号に変換する周波数合成部と、
を備える収音装置。
【請求項２】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を所定時間間隔（以下フレームという）ごとに、周波数領域信号に変換する周波数分析部と、
上記周波数領域信号が入力され、予め定数としてプリセットされている重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム（Ｔは１以上の整数）分行った結果を残響成分パワーとする残響成分パワー推定部と、
上記残響パワーと上記周波数領域信号が入力され、周波数成分ごとの上記周波数領域信号のパワーから残響成分パワーを減算し、その結果に基づいてゲインを計算する残響抑圧ゲイン計算部と、
上記残響ゲイン計算部の計算結果と上記周波数領域信号との積を周波数成分ごとに計算するゲイン制御部と、
上記ゲイン制御部の出力信号を時間領域信号に変換する周波数合成部と、
を備える収音装置。
【請求項３】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を所定時間間隔（以下フレームという）ごとに、周波数領域信号に変換する周波数分析部と、
上記周波数分析部の出力信号中の各周波数成分について、各ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｔ）フレーム離れた２つのフレーム間の相関を、ｉフレーム前の上記周波数領域信号のパワーで正規化し、その正規化値を所定区間で累積し、上記累計を上記所定の区間で平均化した値を重み係数として求める重み係数計算部と、
上記周波数領域信号が入力され、上記重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム（Ｔは１以上の整数）分行った結果を残響成分パワーとする残響成分パワー推定部と、
上記周波数領域信号と上記残響成分パワー信号が入力され、周波数成分ごとの周波数領域信号のパワーから上記残響成分パワーを引き算する減算部と、
上記減算部の各出力信号の平方根をそれぞれ求める開平演算部と、
上記開平演算部の周波数成分ごとの出力信号に上記周波数領域信号の位相を付加する位相付加部と、
上記位相付加部の出力信号を時間領域信号に変換する周波数合成部と、
を備える収音装置。
【請求項４】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を所定時間間隔（以下フレームという）ごとに、周波数領域信号に変換する周波数分析部と、
上記周波数領域信号が入力され、予め定数としてプリセットされている重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム（Ｔは１以上の整数）分行った結果を残響成分パワーとする残響成分パワー推定部と、
上記周波数領域信号と上記残響成分パワー信号が入力され、周波数成分ごとの周波数領域信号のパワーから上記残響成分パワーを引き算する減算部と、
上記減算部の各出力信号の平方根をそれぞれ求める開平演算部と、
上記開平演算部の周波数成分ごとの出力信号に上記周波数領域信号の位相を付加する位相付加部と、
上記位相付加部の出力信号を時間領域信号に変換する周波数合成部と、
を備える収音装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の収音装置において、
上記残響抑圧ゲイン計算部は、上記残響成分パワー推定部で計算された残響成分パワーの推定値Ｐ（ω，ｍ）と、上記周波数分析部で計算した周波数成分Ｙ（ω，ｍ）の振幅｜Ｙ（ω，ｍ）｜とから各周波数成分のゲインＧ（ω，ｍ）を次式で計算することを特徴とし、０.５≦γ≦１であることを特徴とする収音装置。ωは周波数、ｍはフレーム時刻である。
【数１】
0004568193.tif 000014
【請求項６】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を周波数分析して周波数領域信号を得る周波数分析過程と、
上記周波数分析過程で得た周波数領域信号の各周波数成分について、各ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｔ）フレーム離れた２つのフレーム間の相関を、ｉフレーム前の上記周波数領域信号のパワーで正規化し、その正規化値を所定区間で累積し、上記累計を上記所定の区間で平均化した値を重み係数として求める過程と、
上記周波数領域信号が入力され、上記重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム分行った結果を残響成分のパワーとする過程と、
周波数成分ごとに上記周波数領域信号のパワーから上記残響成分のパワーを減算して
ゲインを計算する残響抑圧ゲイン計算過程と、
上記計算されたゲインを各周波数における上記周波数領域信号のパワーに乗算するゲイン制御過程と、
上記乗算された結果の各周波数成分を時間領域信号に変換する周波数合成過程と、
を有することを特徴とする収音方法。
【請求項７】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を周波数分析して周波数領域信号を得る周波数分析過程と、
上記周波数領域信号が入力され、予め定数としてプリセットされた重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム分行った結果を残響成分のパワーとする過程と、
周波数成分ごとに上記周波数領域信号のパワーから上記残響成分のパワーを減算して
ゲインを計算する残響抑圧ゲイン計算過程と、
上記計算されたゲインを各周波数における上記周波数領域信号のパワーに乗算するゲイン制御過程と、
上記乗算された結果の各周波数成分を時間領域信号に変換する周波数合成過程と、
を有することを特徴とする収音方法。
【請求項８】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を周波数分析して周波数領域信号を得る周波数分析過程と、
上記周波数分析過程で得た周波数領域信号の各周波数成分について、各ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｔ）フレーム離れた２つのフレーム間の相関を、ｉフレーム前の上記周波数領域信号のパワーで正規化し、その正規化値を所定区間で累積し、上記累計を上記所定の区間で平均化した値を重み係数として求める過程と、
上記周波数領域信号が入力され、上記重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム分行った結果を残響成分のパワーとする過程と、
上記周波数分析過程の結果得られた各周波数成分の信号パワーから上記消し残り残響成分のパワーを推定する過程で得られた残響成分パワーを引き算する減算過程と、
上記残響成分パワーを引き算した各周波数成分の信号の平方根を演算する開平演算過程と、
上記平方根を演算する過程で得られた各周波数成分の結果に、上記周波数分析過程で得られた位相を付加する位相付加過程と、
上記位相付加過程で得られた各周波数成分の信号を時間領域信号に変換する周波数合成過程と、
を有することを特徴とする収音方法。
【請求項９】
音声信号を逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号が入力され、その入力信号を周波数分析して周波数領域信号を得る周波数分析過程と、
上記周波数領域信号が入力され、予め定数としてプリセットされた重み係数を用いて上記周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム分行った結果を残響成分のパワーとする過程と、
上記周波数分析過程の結果得られた各周波数成分の信号パワーから上記消し残り残響成分のパワーを推定する過程で得られた残響成分パワーを引き算する減算過程と、
上記残響成分パワーを引き算した各周波数成分の信号の平方根を演算する開平演算過程と、
上記平方根を演算する過程で得られた各周波数成分の結果に、上記周波数分析過程で得られた位相を付加する位相付加過程と、
上記位相付加過程で得られた各周波数成分の信号を時間領域信号に変換する周波数合成過程と、
を有することを特徴とする収音方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５に記載した何れかの収音装置としてコンピュータを機能させるための収音装置プログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載した何れかのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、雑音や残響音のある環境で音声の信号処理を行い、雑音抑圧、残響抑圧を行い目的音だけを抽出する収音装置及び、その方法、そのプログラムとその記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディア技術の進歩に伴い、マイクロホンとスピーカを用いた拡声通話形態によるテレビ会議などの通信会議が普及してきている。その場合、複数のマイクロホンと複数のスピーカを用いた信号処理により、音声品質を劣化させる騒音や残響音を抑圧し、目的とする音声のみを収音する装置などが開発されている。
従来、雑音抑圧、残響抑圧する技術としては、特許文献１に示すような技術が開示されている。図９に特許文献１の構成を示しその動作を以下に説明する。特許文献１に示された技術は、残響のある部屋に目的音源７０と複数の雑音源７１、７２、７３からなる音源があり、Ｎ個のマイクロホンを用いて目的音源７０からの音声信号のみを収音するものである。
【０００３】
前提条件として、雑音源の数はＮ-２個以下とし、マイクロホン１が目的音源７０に最も近い位置にあるとする。Ｎチャネルの各マイクロホン１〜Ｎの出力端は、それぞれディジタルフィルタ７４１〜７４Ｎに接続されると共に、相関係数計算部７５に接続される。相関係数計算部７５は、Ｎチャネルの各マイクロホン１〜Ｎ出力信号の自己相関及び相互相関係数を計算し、これら相関係数値をブラインド逆フィルタ計算部７６に伝達する。ブラインド逆フィルタ計算部７６は、所定周期で雑音源７１〜７３よりの各雑音及び目的音源７０の残響音を抑圧するフィルタ係数を計算してディジタルフィルタ７４１〜７４Ｎに設定する。ディジタルフィルタ７４１〜７４Ｎの各出力端は、加算部７７で全て加算され、収音部９０の出力信号となる。
【０００４】
ここで、Ｎチャネルの各マイクロホンのＮ個の入力信号をＸｊ（ｎ）（ｊ＝1，2，3，…，Ｎ）とし、各チャネルの信号に畳み込むＮ個のタップ長Ｌのディジタルフィルタ７４１〜７４Ｎのフィルタ係数をＣｉ（ｎ）（ｉ＝1，2，3，…，Ｎ）とし、ディジタルフルタで畳み込まれたＮ個の信号を加算部７７で加算した出力信号をｙ（ｎ）とする。ｎは離散的時刻を表す。つまり入力信号ｘｊ（ｎ）は時刻ｎごとにマイクロホンｊの出力信号の時刻ｎごとのサンプルのディジタル値を表す。
まず、相関関数計算部７５において各マイクロホンのＮ個の入力信号Ｘｊ（ｎ）をある区間ｎ＝０，…，Ｍ-１から相関関数を式１で計算する。
【０００５】
【数２】
0004568193.tif 000002
この相関関数を用いて相関関数行列Ｒを構成する（式２）。
【０００６】
【数３】
0004568193.tif 000003
Ｒ11がチャネル１のマイクロホン出力信号の自己相関を表し、Ｒ12がチャネル１と２の両マイクロホン出力信号間の相関関数であり、マイクロホンの本数Ｎを例えば４本、ディジタルフィルタのタップ数Ｌを４０００とすると１６０００×１６０００の行列になる。この相関関数行列Ｒが部屋の雑音残響特性を表している。
そこで、ブラインド逆フィルタ計算部７６においてＢ＝ＲＣ（式３）の方程式をＣについて解き、ディジタルフィルタのフィルタ係数ｃｉ（ｎ）を求める。
ここでＣは、フィルタ係数ベクトルで式４に示すようにＮ個のタップ長Ｌのフィルタ係数ｃｉ（ｎ）から構成されるＮＬ元の列ベクトルである。
【０００７】
【数４】
0004568193.tif 000004
そしてＢは目標ベクトルでＮＬ元の列ベクトルであり、式５に示すように１行目が１であとが０であるとする。式（４）のＣと式（５）のＢを用いて式（３）のＣについて解くことでフィルタ係数ｃｉ（ｎ）が得られる。フィルタ係数ｃｉ（ｎ）は、部屋の雑音残響特性を示す相関関数行列Ｒをキャンセルする係数となる。
【０００８】
【数５】
0004568193.tif 000005
このように部屋の雑音残響特性をキャンセルするフィルタ係数ｃｉ（ｎ）を設定されたディジタルフィルタ７４を設定し、マイクロホンｉの出力信号にフィルタ係数ｃｉ（ｎ）を畳み込み、これら畳み込まれた信号を加算部７７で全て加算することで、式（６）に示す処理結果ｙ（ｎ）が得られ、このｙ（ｎ）は、雑音や残響音を抑圧した目的音源７０だけの音声信号を抽出したものとなる。
【０００９】
【数６】
0004568193.tif 000006
【特許文献１】特許第３５８３９８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記したような従来の技術では、フィルタ係数ｃｉ（ｎ）を求める為の観測時間が有限であり、その有限時間で推定した相関関数行列Ｒには推定誤差が生じるので、それを用いて計算したフィルタ係数ｃｉ（ｎ）にも誤差が生じ、完全に雑音や残響を除去することが難しかった。その観測時間は、例えば、ディジタルフィルタのタップ長Ｌを４０００タップとすると、その例えば８倍程度のデータ数が得られる時間に設定され、音声信号をディジタル化するサンプリング周波数を例えば１６３８４Ｈｚとすると約２秒（４０００×８/１６３８４≒１．９５秒）程度の時間に設定される。
【００１１】
観測時間を長くすれば得られる目的音声信号の誤差は小さくなり、精度も上がるが、観測時間を長くするには限度があり、しかも長く観測していると実際の利用場面では話者が動いたり、気温が変わったりすることで環境が変化して相関関数Ｒの真値そのものが変動する。したがって、長時間に渡って平均化する意味が無くなってくる。つまり、実質的に相関関数行列Ｒには推定誤差が含まれ、そこから計算される逆フィルタ係数も誤差を含むので、逆フィルタにより残響抑圧したとしても、残響の消し残りが発生してしまう。
そもそも従来においてはマイクロホンの出力信号を逆フィルタ処理しているが、逆フィルタのフィルタ係数を常に十分精度よく推定できなかった問題がある。
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、逆処理フィルタを用いる問題を解決した収音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】
【００１２】
この発明による収音装置の一面によれば、入力信号を所定時間間隔（以下フレームという）ごとに周波数領域の信号に変換し、その周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム（Ｔは１以上の整数）分行って残響成分パワーを推定し、周波数成分ごとに周波数領域信号のパワーから推定残響パワーを減算してゲインを計算し、各周波数領域信号に対応するゲインを乗算し、これらゲインが乗算された周波数領域信号を時間領域の信号に変換する。
この発明による収音装置の他面によれば、上記周波数領域信号のパワーから推定残響成分パワーを減算してゲインを計算することに代えて、上記周波数領域信号のパワーから推定残響成分パワーを引き算した結果に対し開平演算を行い、その開平演算結果に対し、対応する周波数領域信号の位相を付加する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明による収音装置によれば、周波数領域信号のパワーから推定残響パワーを減算することにより、マイクロホンが１個の場合は逆フィルタ処理を必要とせず、複数のマイクロホンの出力信号をそれぞれ逆フィルタ処理して得た雑音残響抑圧信号を上記入力信号として処理することにより消し残り残響成分を抑圧し、逆フィルタ処理を用いる問題を解決している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
この発明の実施例１を図１に示す。図１は、この発明の一つの実施例として背景技術で説明した図７に示す従来のブラインド収音装置による収音部９０の出力端にこの発明の主要部１０を接続したものである。以下この主要部１０を振幅スペクトル制御部１０という。図７で説明したものと同一なものには、同じ参照符号を付け説明を省略する。
振幅スペクトル制御部１０の構成を図２に示す。収音部（ブラインド収音装置）９０において、ある程度残響が抑圧された音声信号が入力信号ｙ（ｎ）として周波数分析部２０に入力される。音声入力信号ｙ（ｎ）は、周波数分析部２０で例えば短時間離散フーリエ変換されて周波数領域の信号に変換される。周波数分析部２０よりの周波数領域信号は、残響成分パワー推定部２１と、残響抑圧ゲイン計算部２２と、ゲイン制御部２３に入力される。ゲイン制御部２３の出力信号が周波数合成部２４において例えば逆短時間離散フーリエ変換されて時間領域の信号に変換され、振幅スペクトル制御部１０の出力信号ｚ（ｎ）となる。
振幅スペクトル制御部１０を構成する各部の動作を順に説明する。
【００１６】
〔周波数分析部〕
周波数分析部２０では、入力信号ｙ（ｎ）に窓関数、例えばハニング窓関数ｗ（ｎ）を掛けてフレームに分け、フレーム時刻ｍ（フレーム番号）で入力信号ｙ（ｎ）を離散フーリエ変換し、周波数領域信号の各周波数成分Ｙ（ω，ｍ）を求める。ここでωは周波数である。フレームの長さは、周波数分析部２０内に設けられるアナログ信号をディジタル信号に変換する図示しないＡ/Ｄ変換器のサンプリング周波数とデータのサンプル数によって決定される。
例えば、サンプリング周波数は１２ＫＨｚや１６ＫＨｚ、サンプル数は１２８〜１０２４個程度が想定される。今、例えばサンプリング周波数を１６３８４Ｈｚでサンプル数を１０２４個の条件とするとフレームの幅は６２.５ｍｓとなる。このフレームの時間間隔で、音声入力信号ｙ（ｎ）を周波数成分に分解したＹ（ω，ｍ）が求められる。更に周波数分析部２０では、振幅の絶対値｜Ｙ（ω，ｍ）｜を絶対値変換部２０ａで、また位相∠Ｙ（ω，ｍ）を位相計算部２０ｂでそれぞれ計算する。振幅｜Ｙ（ω，ｍ）｜と位相∠Ｙ（ω，ｍ）は、残響成分パワー推定部２１と残響抑圧ゲイン計算部２２とゲイン制御部２３に出力される。
【００１７】
〔残響成分パワー推定部〕
残響パワー推定部２１では、残響成分パワーの推定値Ｐ（ω，ｍ）を、Ｔフレーム前からの振幅｜Ｙ（ω，ｍ）｜と重み係数αｉとを用いて式（７）で計算する。
【００１８】
【数７】
0004568193.tif 000007
式（７）は、Ｔフレーム前からの重み付けパワー加算和を求めるものである。Ｔは部屋の残響特性などによって変化するものであり、つまり残響が長い程大とされ、例えば５〜２０程度が想定される。
重み係数αｉは、事前に実験などにより決めた値を初期設定しておいてもよい。この例では重み係数αｉは残響成分パワー推定部２１内の重み係数計算部２１ａにおいて、式（８）で計算される。
【００１９】
【数８】
0004568193.tif 000008
Ｙ＊は、Ｙの複素共役である。式（８）による処理を図３を用いて説明する。上記したようなサンプリング周波数とサンプル数とすると、フレームの幅は６２.５ｍｓの幅であり、時間の経過と共に左から右に向けてフレームが発生する。例えば１/２シフトで分析すると左から６番目のｍ６のフレーム番号をＭ１とし、例えば１１番目のｍ１１のフレーム番号をＭ２とする。そして例えばｉ＝１とすると、ｍ５３０、ｍ６３１、ｍ７３２、ｍ８３３、ｍ９３４、ｍ１０３５、の各信号間相関を出力信号のパワーで正規化したものをＭ１からＭ２の区間で累計し、その区間で平均化した値がα１である。ｉ＝２とすると、ｍ４とｍ６、ｍ５とｍ７、ｍ６とｍ８、ｍ７とｍ９、ｍ８とｍ１０の各信号間相関を出力信号のパワーで正規化したものをＭ１からＭ２の区間で加算平均した値がα２となる。
式（７）に示したように、さらに周波数成分ごとに更に複数フレーム過去の周波数領域信号からの影響を重み付け加算和したものを残響パワーの推定値としている。
【００２０】
〔残響パワー推定の原理〕
式（９）に示すように残響成分パワー推定部２１の入力信号Ｙ（ω，ｍ）には、残響が重畳される前の直接音信号Ｓ（ω，ｍ）と残響成分ΣＲ（ω，ｍ−ｉ）が重なっている。
【００２１】
【数９】
0004568193.tif 000009
ここで、Ｒ（ω，ｍ−ｉ）はｉフレーム前の信号Ｓ（ω，ｍ−ｉ）による残響成分であり、Ｒ（ω，ｍ−ｉ）＝αｉＳ（ω，ｍ−ｉ）である。このとき、フレーム間で直接音信号Ｓ（ω，ｍ）が互いに無相関だとすると、信号Ｙ（ω，ｍ）のパワーは、式（１０）で書ける。
【００２２】
【数１０】
0004568193.tif 000010
したがって、残響成分のパワーは、式（１１）で書き表せる。
【００２３】
【数１１】
0004568193.tif 000011
ここで、例えば収音部（ブラインド収音装置）９０の逆フィルタ処理によって直接音信号Ｓ（ω，ｍ）のパワーが残響成分ΣＲ（ω，ｍ−ｉ）に対して十分大きければ、近似的にＹ（ω，ｍ）≒Ｓ（ω，ｍ）である。つまり、逆フィルタ処理により残響はある程度抑えられるので、消し残り成分は直接音に対して十分小さいと仮定できる。したがって、残響成分パワーの推定値Ｐは式（７）で表せる。
また、重み係数αｉは式（１２）のような変形が可能である。
【００２４】
【数１２】
0004568193.tif 000012
このように、消し残りに関して波形レベルでの正確な推定は出来ないが、消し残り成分のパワーの推定は可能である。なお（１２）中の２行目においてＳ（ω，ｍ）とＳ＊（ω，ｍ−ｉ）との積はこれら間には相関がないという前提であるからゼロとなる。
この重み係数αｉは、式（８）の計算結果の絶対値をとった値としてもよい。
【００２５】
〔残響抑圧ゲイン計算部〕
残響抑圧ゲイン計算部２２は、残響成分パワー推定部２１からの残響成分パワーの推定値Ｐ（ω，ｍ）とを、対応する周波数成分の周波数領域信号のパワーから減算して、これに基づきゲインＧ（ω，ｍ）を求める。例えば式（１３）で計算する。
【数１３】
0004568193.tif 000013
ここでＧ（ω，ｍ）＜０のとき、Ｇ（ω，ｍ）＝０とする。
式（１３）から明らかなように、残響抑圧ゲイン計算部２２で計算されるゲインは、残響成分パワーの推定値Ｐ（ω，ｍ）が現在の信号成分｜Ｙ（ω，ｍ）｜２に対する割合を表す。例えばＰ（ω，ｍ）＝｜Ｙ（ω，ｍ）｜２、つまり現在の信号が残響成分パワーのみからなる場合は、全て残響成分であるからゲインＧ（ω，ｍ）は０となる。逆にＰ（ω，ｍ）＝０、つまり残響成分がない場合、ゲインＧ（ω，ｍ）は１となる。
指数γは、このゲインＧを強調するパラメータであり、γを大にする程強調される。聴感による実験では、０.５≦γ≦１の範囲が好ましい。
【００２６】
〔ゲイン制御部〕
ゲイン制御部２３では、式（１４）に示すように周波数分析部２０の出力信号の各周波数成分Ｙ（ω，ｍ）にゲインＧ（ω，ｍ）を掛けて、各周波数成分の出力信号Ｚ（ω，ｍ）を求める。
Ｚ（ω，ｍ）＝Ｙ（ω，ｍ）Ｇ（ω，ｍ）        式（１４）
周波数領域の出力信号であるゲイン制御部２３の出力は、周波数合成部２４に伝達される。
【００２７】
〔周波数合成部〕
周波数合成部では、ゲイン制御部２３の出力信号Ｚ（ω，ｍ）をフレームごとに逆短時間離散フーリエ変換して、時間領域の信号に戻し出力信号ｚ（ｎ）を得る。
以上述べたように、残響成分パワーを推定して抑圧するゲインを計算し、そのゲインを周波数領域信号に掛けることで、消し残りの残響成分を抑圧することが可能となった。
以上述べてきたように、この実施例によれば振幅スペクトル制御部１０において消し残り残響成分のパワーを推定し、パワー推定値から残響を抑圧するゲインを計算し、そのゲインを入力信号の各周波数成分に掛けることで、消し残り成分を抑圧することが可能となった。更に、ディジタルフィルタのフィルタ長を短くして演算量を減らした場合に生じる残響抑圧性能の劣化を、振幅スペクトル制御部１０でカバーできるので、収音装置全体として演算量を減らす効果もある。
【００２８】
以上述べた実施例１の動作をフローチャートに整理して図４に示す。動作を開始するとまず音声入力信号を周波数分析して周波数領域信号に変換する周波数分析過程（ステップＳ１）が行われる。次にステップ１で得られた周波数領域信号のパワーの重み付け加算を過去Ｔフレーム分行って消し残り残響成分のパワーを推定する残響パワー推定過程がおこなわれる（ステップＳ２）。次に周波数成分ごとに周波数領域信号のパワーからステップ２で推定した残響パワーの推定値を減算し、その結果に基づきゲインを計算する残響抑圧ゲイン計算過程が行われる（ステップＳ３）。次にステップ３で求められた周波数成分ごとのゲインを周波数領域信号に乗算するゲイン制御過程が行なわれる（ステップＳ４）。最後にゲインが乗算された各周波数の周波数領域信号を時間領域信号に変換する周波数合成過程が行われる（ステップＳ５）。
【実施例２】
【００２９】
この発明の実施例２を図6に示す。図6は、この発明の実施例１として図２に示した振幅スペクトル制御部（主要部）１０と異なる他の構成例を示したものである。図２で説明したものと同一なものには、同じ参照符号を付けて説明を省略する。
周波数分析部２０と残響成分パワー推定部２１の動作は、実施例１と全く同じである。減算部４０において、周波数分析部２０からの振幅｜Ｙ（ω，ｍ）｜と、残響成分パワー推定部２１で推定した残響成分パワーの推定値Ｐ（ω，ｍ）との２つの値を用いて式（１５）に示す演算を行う。
【００３０】
Ｙ０＝｜Ｙ（ω，ｍ）｜２−Ｐ（ω，ｍ）        式（１５）
減算部４０において、各周波数成分の信号の振幅のパワーから夫々の周波数成分における残響パワーの推定値を引き算する。
次にこの減算部４０の出力信号Ｙ０は、開平演算部４１において開平演算され、各周波数成分の振幅データ√（Ｙ０）に変換される。各周波数成分の振幅データ√（Ｙ０）に、周波数分析部２０からの各周波数成分の位相データ∠Ｙ（ω，ｍ）を、位相付加部４２で付加し、残響成分が抑圧された周波数領域の信号Ｚ（ω，ｍ）を得る。例えば∠Ｙ（ω，ｍ）をθ（ω，ｍ）とすると、√（Ｙ０）ｅｘｐ（ｊθ（ω，ｍ））の計算により位相付けを行う。
【００３１】
周波数領域の信号Ｚ（ω，ｍ）は、実施例１と同様に周波数合成部２４によって時間領域の信号ｚ（ｎ）に変換される。
以上述べた実施例２の動作をフローチャートに整理して図５に示す。図４で説明済みの動作と同じ動作ステップには同一の参照符号を付け説明を繰り返さない。ステップ２において求められた周波数成分ごとの残響パワーの推定値を、周波数領域のパワーから引き算する減算過程が行われる（ステップＳ６０）。次に各周波数のパワーを振幅データに変換するために、ステップ６０で求められた結果の平方根を演算する開平演算過程が行われる（ステップＳ６１）。ステップ６１で求められた結果は、残響成分の推定値が差し引かれた周波数領域の振幅データであるので、それぞれ対応した周波数の位相データをこの振幅データの付加する位相付加工程が行われる（ステップＳ６２）。最後に残響パワーの推定値分が差し引かれた各周波数の周波数領域信号を時間領域信号に変換する周波数合成過程が行われる（ステップＳ５）。
【００３２】
以上述べたように、この発明による収音装置は実施例１に限定されず実施例２に示すような変形ができる。実施例１及び２の作用は、ＲＯＭ、ＲＡＭ，ＣＰＵから構成される一般的なコンピュータで実現することが可能である。コンピュータを実施例１又は２に示した収音装置として機能させるためには、ＲＯＭにその機能を実現させるプログラムが書き込まれる。そのプログラムはＣＤ-ＲＯＭ等の記憶媒体に記録可能なものである。
また、実施例１及び２では、複数のマイクロホンからの収音信号を逆フィルタにより処理して残響抑圧をしたブラインド収音装置による収音部９０の出力端に振幅スペクトル制御部１０を接続した例で説明を行ったが、この発明はこの実施例に限定されない。収音部９０としては例えば独立成分分析による分離フィルタで構成したものでもよい。また、例えばアレーマイクロホンに線形フィルタにより比較的鋭い指向性を持たせ、その指向方向を目的音源方向とする収音部を構成し、その収音部の出力端に振幅スペクトル制御部１０を接続した収音装置としてもよい。要はフィルタ処理を伴う収音装置にこの発明は適用することができる。
〔実施例３〕
元の信号に雑音や残響が少ない場合、実施例１及び２に示した振幅スペクトル制御部１０を単独で用いて残響抑圧することもできる。図７に示すように収音装置を構成する振幅スペクトル制御部１０の入力端に直接マイクロホン１を接続し、そのマイクロホンの入力をｙ（ｎ）とする方法である。
【００３３】
元の信号に雑音や残響が少ない場合は、この方法でも十分実用に耐える残響抑圧が行える。この実施例３によれば、マイクロホンが一つで構成できるので経済的である。また、上記したような逆フィルタ処理が必要ないので逆フィルタに基づく問題が生じなく、かつ演算量が少なくて済み低演算量化が図れる効果がある。
〔実験結果〕
この発明の収音装置を用いた残響抑圧の実験結果を図８に示す。図８の実験結果は、図１に示したブラインド収音装置の出力端にこの発明の収音装置１０を接続した収音装置で採取したデータである。図８（ａ）は目的音源７０が発する源音声の音声波形、図８（ｂ）は源音声に残響音声が重なった音声波形、図８（ｃ）はブラインド収音装置による収音部９０の出力波形、図８（ｄ）が収音装置１０の出力信号Ｚ（ｎ）の音声波形である。横軸は時間（ｍｓ）であり、縦軸は図８（ａ）を基準にした相対的な振幅であり無次元数である。
【００３４】
実験した部屋の大きさは、６.６ｍ×４.６ｍ×３.１ｍで部屋の残響時間約０.５秒、原音を男性音声で「そんな」と発声、音源からマイクロホンまでの距離は３.８ｍで収録して行った。残響抑圧条件としては、マイクロホンの数を４本、サンプリング周波数を１２ＫＨｚ、相関行列Ｒの平均時間を１０秒、ディジタルフィルタのタップ長を２０４８タップである。相関行列の平均時間を１０秒と、実施例の説明の約２秒よりも長く設定している。
図８（ｂ）の源音声と残響音声が合成された音声波形に対して、図８（ｃ）のブラインド収音装置による収音部の出力音声波形の残響は、図８（ｂ）に対して横軸の約２００ｍｓ付近の約±１にも及ぶ残響が約０.１以下、また、約５８０ｍｓ付近では約０.３の振幅が約０.１以下に残響が抑圧されている。
【００３５】
しかし、図８（ｃ）の約５４０〜７５０ｍｓにかけて０.１程度の振幅の残響が尾を引いている。この残響がこの発明の収音装置の出力信号である音声波形を示す図８（ｄ）においては、０.０５以下の振幅に抑えられている。
このようにこの発明の収音装置によれば、効果的に残響を抑圧することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施例１の構成を示すブロック図である。
【図２】振幅スペクトル制御部１０の構成を示すブロック図である。
【図３】式（８）を説明するための図である。
【図４】この発明の実施例１の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施例２の動作を示すフローチャートである。
【図６】振幅スペクトル制御部１０の他の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施例３を示すブロック図である。
【図８】実験結果を示す音声波形を示す図である。
【図９】特許文献１の構成を示すブロック図である。
【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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