(57)【要約】本発明は、マイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分を低減する方法であって、実質的に純粋な干渉ノイズ信号からの干渉ノイズ信号部分の推定に基づき、何れの付加的マイクロフォンを必要としない方法を提供する。本発明に従った方法の本質的な特徴は、対象のマイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分の推定に基づいて使用される信号が１つ又はそれ以上の逆に動作されるスピーカにより受信されることである。オーディオシステムの構成要素として１つ又はそれ以上のスピーカがある状態においては特に、マイクロフォンを更にインストールする必要はない。そのような状態は、例えば、オーディオシステムと適合された何れの自動車において得られる。
2006523058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発話信号源から発せられる発話信号部分と少なくとも１つの干渉ノイズ源から発せられる干渉ノイズ信号部分とを有するマイクロフォン信号において該干渉ノイズ信号部分を低減させる方法であって：
前記干渉ノイズ信号部分と前記発話信号部分とを有する前記マイクロフォン信号を受信する段階；
各々の場合に１つの逆に動作するスピーカにより少なくとも１つの干渉ノイズ基準信号を受信する段階であって、それぞれの干渉ノイズ基準信号における干渉ノイズ源から発せられる信号部分が、この干渉ノイズ基準信号における発話信号源から発せられる信号部分と少なくとも同じ大きさであるように、１つのスピーカ又は複数のスピーカが位置付けられている、段階；
１つの干渉ノイズ基準信号の場合、信号推定理論の方法を用いて、前記干渉ノイズ基準信号から前記干渉ノイズ信号部分の推定を決定する段階；
２つ以上の干渉ノイズ基準信号の場合、各々の場合に信号推定理論の方法を用いて前記干渉ノイズ基準信号の各々から前記干渉ノイズ信号部分の１つの暫定的推定を決定し、続いて、前記干渉ノイズ信号部分のそれらの暫定的推定を結合することにより前記マイクロフォン信号における前記干渉ノイズ信号部分の推定を決定する段階；並びに
前記マイクロフォン信号から前記干渉ノイズ信号部分の前記推定を推論することにより前記マイクロフォン信号における前記干渉ノイズ信号部分を低減させる段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの干渉ノイズ基準信号により前記干渉ノイズ信号部分の第１推定を前記決定する段階の他の、追加の段階において、前記干渉ノイズ信号部分の第２推定の決定が前記マイクロフォン信号自体により実行され、第３推定が、前記干渉ノイズ信号部分の第１及び第２推定の線形結合から決定され、前記マイクロフォン信号における前記干渉ノイズ信号部分の低減が前記マイクロフォン信号からこの推定を推論することにより実行される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、２つ以上の干渉ノイズ基準信号の場合に、前記干渉ノイズ信号部分の前記暫定的推定の前記結合は、各々の場合に１つの重み付け係数により前記干渉ノイズ信号部分の何れの暫定的推定の乗算と、そのようにして得られた前記干渉ノイズ信号部分の前記の重み付けされた暫定的推定の続く加算とを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れ一項に記載の方法であって、前記マイクロフォン信号からの前記干渉ノイズ信号部分の前記推定の推論は最適フィルタリング方法を用いて実行される、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れ一項に記載の方法であって、前記マイクロフォン信号からの前記干渉ノイズ信号部分の前記推定の推論はスペクトル減算方法を用いて実行される、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の方法であって、前記干渉ノイズ信号部分により低減された前記マイクロフォン信号は発話認識装置に供給される、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の方法であって、前記干渉ノイズ信号部分により低減された前記マイクロフォン信号は電気通信装置に供給される、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れ一項に記載の方法であって、前記マイクロフォン信号及び前記の少なくとも１つの干渉ノイズ基準信号はトランスポート手段において受信され、用いられている１つのスピーカ又は複数のスピーカはトランスポート手段にあるスピーカシステムの一部を構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実行するための装置であって：
前記干渉ノイズ信号部分の前記推定を決定し、前記マイクロフォン信号からのこの推定を推論するための信号処理器；
前記信号処理器に結合され、前記マイクロフォン信号のための受信器として備えられる少なくとも１つのマイクロフォン；並びに
前記信号処理器に結合され、前記干渉ノイズ基準信号のための受信器として備えられる少なくとも１つのスピーカ；
の少なくとも１つを有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分を低減する方法に関する。本発明は、更に、マイクロフォン信号における干渉のイズ信号部分を低減するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、発話認識装置又は電子通信装置に供給される発話信号の品質を改善するために、特に、非常に重要である。電子通信セクタからの１つの重要なアプリケーションの例はハンズフリー装置であり、今日、法律により、自動車内で電話を掛けるためにそのようなハンズフリー装置を使用する必要がある。そのようなハンズフリー装置の支援により、手をステアリングホイールから離すことなく、それ故、眼を道路から外すことなく、運転者は遠くの会話のパートナーと通信することが可能である。
【０００３】
ハンズフリー装置の例は、主に区別される２種類の干渉ノイズを明瞭に示すことができ、遠くの会話のパートナーに送信される発話信号からのそれらのノイズの除去により、検討中の方法の対象物を形成することができる。
【０００４】
第１に、１つ又はそれ以上の既知の音源から発せられる干渉ノイズがある。自動車内のハンズフリー装置の場合、これは、例えば、音響システムのスピーカ又はハンズフリーのスピーカにより生成されたノイズである。例えば、ハンズフリー装置のスピーカにより生成される、遠くの会話のパートナーの発話信号がマイクロフォンに達し、マイクロフォン信号から除去されない場合、遠くの会話のパートナーは自分自身の声のエコーを聞き、これは非常に不快であるとして認識される。そのような干渉ノイズをマイクロフォン信号から除去するために用いられる方法は、干渉ノイズを生成する信号についての知識を必要とする。上記の例においては、これは、ハンズフリー装置のスピーカに供給される、遠くの会話のパートナーの発話信号である。そのような方法については、例えば、欧州特許第０９４８２３７Ａ２明細書及び独国特許第４１０６４０５Ａ１号明細書に記載されている。
【０００５】
第２種類の干渉ノイズは、正確に規定されることのない非常に多くのノイズ源により一般に発生され、ノイズの発生について正確に認識することができないノイズを有する。典型的な周囲のノイズはこの種類の干渉のイズに属す。自動車内のハンズフリー装置の例を又、考慮する場合、運転中の自動車のノイズはこの種類の干渉ノイズに属す。この種類の干渉ノイズを低減するための大きい方法の群は、マイクロフォン信号に基づく干渉ノイズ部分の推定に基づいている。マイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分は、この推定の支援であって、例えば、スペクトルサブトラクション方法を用いて低減される。この群からの一方法について、例えば、米国特許代６，３６３，３４５号明細書に記載されている。しかしながら、マイクロフォン信号からの干渉ノイズ部分の推定は、干渉ノイズ信号部分のみが存在し、有用な信号部分が存在しないノイズの区間をマイクロフォン信号において検出しなければならない問題をもたらす。自動車内のハンズフリー装置の場合、発話信号部分を有しない、このような信号区間はマイクロフォン信号にある。そのような信号区間が存在する限り、付加的信号処理段階であって、所謂、音声アクティビティ検出（ＶＡＤ）が、それらの信号区間を検出するために必要である。しかしながら、ＶＡＤは、しばしば、特に、マイクロフォン信号における悪い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の場合に、信頼性が低い結果のみを供給する。更に、発話信号のない区間において成される干渉ノイズ信号推定が又、後の時点で有効であるという仮定を行う必要がある。しかしながら、この仮定は、特に、長い発話信号区間と結合された時間に対して即座に変化する干渉ノイズの場合における不適切な近似のみを表す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それ故、本発明の目的は、マイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分を低減するための方法を指定することであり、その方法は、干渉ノイズ信号部分の良好な推定であって、それ故、低コストの信号処理により、マイクロフォン信号の干渉ノイズ信号部分における良好な低減を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明に従って、請求項１に記載の段階を有する方法により達成される。従属請求項は、請求項１に記載の方法の有利な改良点及び展開点を有する。
【０００８】
本発明の方法に従って、対象のマイクロフォン信号における干渉ノイズ信号部分を推定するためのベースとして用いられる干渉ノイズ基準信号は、逆に操作されるスピーカ、即ち、マイクロフォンとして操作されるスピーカにより決定される。
【０００９】
スピーカは、関連する干渉ノイズ基準信号における干渉ノイズ源から発せられる信号部分が発話信号源から発せられる信号部分と少なくとも同じ大きさであるように適切に位置付けられる。信号処理における単位ＳＮＲの慣習が用いられ、発話信号源から発せられる信号部分がこのコンテキストにおいて信号とされ、そして、干渉ノイズ源から発せられる信号部分がノイズとされる場合、これは、０に等しい又は０より小さいＳＮＲに対応する。関連する干渉ノイズ基準信号における干渉ノイズ源から発せられる信号部分は、好適には、発話信号源から発せられる信号部分の２倍の大きさであり、これは、約６のＳＮＲに等しい。このようにスピーカを位置付けることにより、スピーカ信号から得ることができる干渉ノイズ信号部分に関する情報は、発話信号部分により僅かに作り変えられる。本発明に従った方法においては、特に、音声システムの構成要素として１つ又はそれ以上のスピーカが既に存在している状況下で、追加のマイクロフォンをインストールする必要はない。
【００１０】
又、干渉ノイズ基準信号と呼ばれるスピーカ信号からの干渉ノイズ信号部分の推定は、１つ又は２つの段階においてまさに１つか又は多数のそのような信号が存在するかの関数として決定される。１つの利用可能な干渉ノイズ基準信号のみが存在する場合、例えば、再帰ノイズ推定法等の信号推定理論の方法が個の信号に適用され、それ故、干渉ノイズ信号部分の推定が、直接、なされる。２つ以上の干渉ノイズ基準信号の場合、第１段階において、信号推定理論の方法であって、例えば、再帰ノイズ推定がそれらの信号の各々に適用され、それ故、各々の場合に、干渉ノイズ信号部分の暫定的推定が決定される。第２段階においては、それらの干渉ノイズ信号部分の暫定的推定は、次いで、干渉ノイズ信号部分の望ましい推定が最終的に得られる結果として、線形重ね合わせにより結合される。線形重ね合わせは、好適には、先ず、干渉ノイズ信号部分の暫定的推定が各々の場合に重み付け係数により乗算され、次いで、そのようにして得られた、干渉ノイズ信号部分の重み付けされた暫定的推定が合計されるように、実行される。それらの重み付け係数は、対応するスピーカ信号の送信チャネル特性を反映する。定性的な観点から、スピーカが発話信号源から離れて遠くに位置付けられる程、このスピーカにおける発話信号の減衰は大きくなり、その結果、関連する重み付け因子は大きくなるということができる。
【００１１】
一旦、干渉ノイズ信号部分の推定が決定されると、これは、例えば、最適なフィルタリングを用いてきれいなマイクロフォン信号、即ち、干渉ノイズ信号部分を低減されたマイクロフォン信号が最終的に得られる結果として、マイクロフォン信号から推論される。最適なフィルタリング方法においては、最適フィルタ又はウィーナフィルタとして知られているフィルタの周波数応答が、干渉ノイズ信号部分の推定及びマイクロフォン信号に基づいて算出され、干渉ノイズ信号部分が、マイクロフォン信号にこのフィルタを適用することによりマイクロフォン信号から推論される。これは、時間ドメイン及び周波数ドメインの両方においてなされることが可能である。マイクロフォン信号から干渉ノイズ信号部分を推論するための方法としては、例えば、スペクトル減算法及び非線形スペクトル減算法がある。
【００１２】
本発明に従った方法の他の改良においては、第１推定として下で言及する、結果として得られる干渉ノイズ信号部分の推定及びスピーカにより受信される干渉ノイズ基準信号以外に、マイクロフォン信号それ自体が又、干渉ノイズ信号部分の第２推定を決定するために用いられる。更なる段階においては、それらの第１及び第２推定は、次いで、多くの干渉ノイズ基準信号が存在するときのまさに暫定的推定のように、線形重ね合わせにより結合され、それ故、干渉ノイズ信号部分の望ましい推定が決定される。
【００１３】
最も変化に富む使用について、本発明に従った方法を用いて得られるきれいなマイクロフォン信号に対して想定することができる。例えば、それは電気通信装置に供給されることが可能であり、それ故、前記の会話のパートナーのために受信される発話信号の品質が向上する結果として、遠くの会話のパートナーに送信されることが可能である。他の使用においては、このシステムの認識能力が向上する結果として、きれいなマイクロフォン信号が発話認識装置に供給されることが可能である。
【００１４】
本発明に従った方法の他の改良においては、マイクロフォン信号及び少なくとも１つの干渉ノイズ基準信号は、トランスポート手段であって、例えば、自動車において受信され、用いられるスピーカは既に存在するスピーカシステムの一部を構成する。それにより受信された信号における干渉ノイズ信号部分が運転者のシートに座っている話者から発せられる発話信号部分と少なくとも同じ大きさであるように、その場合のスピーカは一般に位置付けられるため、これは、特に自動車において優位性がある。
【００１５】
本発明は、更に、請求項１に記載の方法を実行するための装置に関する。その装置は、マイクロフォン信号からの推定の推論及び干渉ノイズ信号部分の推定の決定が実行される信号処理器を有する。その装置は、更に、信号処理器に結合された少なくとも１つのマイクロフォンを有する。この結合は、例えば、配線により又は無線方式で達成されることが可能であり、マイクロフォン信号のアナログ／ディジタル変換に対する、所謂、コーデックは、通常、それらの間に接続される。その装置は、同様に、マイクロフォンとして動作する少なくとも１つのスピーカを有し、同様に、信号処理器に結合される。この場合、その結合は、例えば、配線により又は無線方式で達成されることが可能であり、マイクロフォン信号のアナログ／ディジタル変換に対する、所謂、コーデックは、通常、それらの間に接続される。本発明に従った方法に属す処理段階以外に、更なるデータ処理段階が又、信号処理気において実行されることが可能である。信号処理器は又、特に、既に存在しているデータ処理装置の一部を構成することが可能であり、更に、本発明に従った方法のために使用されることが可能である。
【００１６】
本発明については、図面に示す実施形態の例を参照して更に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に従った方法を実行するための構成についてのブロック図を示している。本発明に従った方法を用いて、干渉ノイズ信号部分から開放されたマイクロフォン信号は、マイクロフォン１０１を用いて記録され、マイクロフォン信号から干渉ノイズ信号部分の推定を実行する推論部５０１に供給される。スピーカ２０１、２０２及び２０３は、既知の方式でマイクロフォンとして用いられ、干渉ノイズ基準信号ｘ１、ｘ２及びｘ３を記録するために用いられる。例としての、３つのスピーカの、従って、３つの干渉ノイズ基準信号の選択は決して必須ではない。むしろ、少なくとも１つのスピーカに従って、１つの干渉ノイズ基準信号に基づく場合、その数は要望通りであり、たかだか、発せられる信号処理の費用により制限される。３つの干渉ノイズ基準信号ｘ１、ｘ２及びｘ３は、それぞれ、推定部３０１、３０２及び３０３に供給される。それらの推定部において、各々の場合に、干渉ノイズ信号部分の暫定的推定がなされる。図１においてＮ１、Ｎ２及びＮ３で表されている干渉ノイズ信号部分のそれら暫定的推定は、続いて、結合部４０１に供給される。この結合部４０１は干渉ノイズ信号部分のそれら暫定的推定を結合し、それ故、図１においてＮで表されている干渉ノイズ信号部分の推定がなされる。この干渉ノイズ信号部分の推定は、続いて、マイクロフォン信号と共に、第２入力信号として推論部５０１に供給される。この推論部５０１において、干渉ノイズ信号部分の推定がマイクロフォン信号から推論され、それ故、きれいな信号ｘ´が得られる。
【００１８】
図２は、推定部３０１の動作モードを表すフローチャートを示している。推定部３０１においては、干渉ノイズ信号部分Ｎ１の暫定的推定が、スピーカ２０１により受信された信号ｘ１から算出される。推定部３０２及び３０３の動作モードは、それ故、同一である。先ず、信号ｘ１が、８ｋＨｚのサンプリングレートでアナログ／ディジタル変換３１０によりディジタル化される。その後、信号ｘ１のＭ個のディジタルサンプル値のブロックが、所謂、フレーミング３１１により形成される。このブロックは、前のブロックの最後のＭ−Ｂ個のサンプル値と、信号ｘ１の最後のＢ個の現在のサンプル値とを有する。信号処理は、それ故、Ｍ−Ｂ個のサンプル値により重畳されるＭ個のサンプル値を有する連続ブロックにおいてなされ、各々の場合、Ｂ個の現在のサンプル値が処理される。Ｍ＝２５６及びＢ＝１２８が選択される場合、８ｋＨｚのサンプリングレートにおいて、ブロックは３２ｍｓｅｃの持続時間に対応し、連続ブロックは１６ｍｓｅｃ、即ち、５０％だけ重畳する。続くウィンドウイング３１２において、ブロックのＭ個のサンプル値は、周波数ドメインへの次の遷移においてフレーミングのための破壊的影響を低減させるために、ウィンドウ関数であって、例えば、ハミルトニアン関数の関数値により乗算される。このようにして決定された“ウィンドウイングされた”サンプル値は、次いで、離散的フーリエ変換３１３により周波数ドメインに変換される。次の処理段階３１４において、Ｍ個の複素フーリエ係数の絶対値二乗が得られ、パワースペクトルＰ１（ｆ，ｉ）を与える。ここで、ｆは周波数であり、ｉは、サンプリングレート及びブロック長により時間に関連する現在のブロックのインデックスである。このパワースペクトルは、次いで、周波数ドメインＮ１（ｆ，ｉ）における干渉ノイズ信号部分の暫定的推定を与える次式
Ｎ１（ｆ，ｉ）＝α・Ｎ１（ｆ，ｉ−１）＋（１−α）・Ｐ１（ｆ，ｉ）
に従って再帰スムージング３１５によりスムージングされる。スムージングフィルタ係数αは最適化される必要がある、この方法のパラメータである。αについての代表的な値は、例えば、０．９９である。この時点で、干渉ノイズ信号部分の暫定的推定の決定が周波数ドメインにおいて起こらなければならない必要性は必ずしもない。むしろ、時間ドメインにおける実施が又、想定される。
【００１９】
図３は、結合部４０１の動作モードを表すフローチャートを示している。上記の方法で推定部３０１、３０２及び３０３において決定された干渉ノイズ信号部分Ｎ１、Ｎ２及びＮ３の暫定的推定は、先ず、重み付け因子β１、β２及びβ３を各々の場合に乗算される。それらの重み付け因子は又、最適化される必要がある本発明に従った方法のパラメータであり、それらは、対応するスピーカ信号の送信チャネル特性を反映している。定性的な観点から、スピーカが発話信号源から離れて遠くに位置付けられる程、このスピーカにおける発話信号の減衰は大きくなり、その結果、関連する重み付け因子βは大きくなる。一旦、干渉ノイズ信号部分の暫定的推定がそれぞれの重み付け因子で乗算されると、その干渉ノイズ信号部分Ｎの推定は、次式のような、それらの積の合計として与えられる。
【００２０】
【数１】
2006523058.tif 000003
まさに１つのスピーカ及びまさに１つの干渉ノイズ基準信号の場合に、推定部４０１における処理段階は省略され、干渉ノイズ信号部分Ｎ１（ｆ，ｉ）の暫定的推定の推論は干渉ノイズ信号部分Ｎ（ｆ，ｉ）の推定と同一であることに留意する必要がある。
【００２１】
図４は、本発明に従った方法の最後の段階、即ち、マイクロフォン信号から干渉ノイズ信号部分の推定についての推論が実行される推論部５０１の動作モードを表すフローチャートを示している。先ず、図２におけるスピーカ信号に類似するマイクロフォン信号ｘは、アナログ／ディジタル変換５１０、フレーミング５１１、ウィンドウイング５１２、周波数ドメインへの変換５１３及び複素フーリエ係数の絶対値二乗としてのパワースペクトルＰ（ｆ，ｉ）の算出５１４に従う。パワースペクトルの他に、処理段階５１５においては、複素フーリエ係数Ｘの位相φ（ｆ，ｉ）が又、次いで算出される。きれいなパワースペクトルＰ´（ｆ，ｉ）が、次いで、結合部４０１において決定される干渉ノイズ信号部分Ｎ（ｆ，ｉ）の推定とマイクロフォン信号Ｐ（ｆ，ｉ）のパワースペクトルとから、次式に従った非線形スペクトル減算５１６により算出される。
Ｐ´（ｆ，ｉ）＝ｍａｘ｛Ｐ（ｆ，ｉ）−ａ（ｆ，ｉ）・Ｎ（ｆ，ｉ），ｂ・Ｎ（ｆ，ｉ）｝
ここで、所謂、過大評価因数ａ（ｆ，ｉ）及び、所謂、フロア因数ｂは、最適化されれう必要がある本発明に従った方法のパラメータである。非線形スペクトル減算については、文献、Ｂｏｕｑｕｉｎ  Ｒ．Ｌ．，“Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｎｏｉｓｙ  ｓｐｅｅｃｈ  ｓｉｇｎａｌｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｍｏｂｉｌｅ  ｒａｄｉｏ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｓｐｅｅｃｕ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１８，１９９６を参照する必要がある。処理段階５１７においては、きれいな複素フーリエ係数Ｘ´（ｆ，ｉ）のスペクトルは、次いで、きれいなパワースペクトル及び予め算出された非変化位相φ（ｆ，ｉ）から、次式に従って算出される。
Ｘ´（ｆ，ｉ）＝（√Ｐ´（ｆ，ｉ））・ｅｉ・φ（ｆ，ｉ）
最後に、きれいなマイクロフォン信号ｘ´が、所謂、重複加算方法に従って、フレーミングの逆である方法５１９と逆フーリエ変換５１８とに従ってこのきれいなスペクトルから得られる。この時点で、周波数ドメインにおける減算方法は必ずしも選択される必要はないが、むしろ、時間ドメインにおける方法が又、想定される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従った方法を示すブロック図である。
【図２】干渉ノイズ信号部分の暫定的推定の決定を示すフローチャートである。
【図３】干渉ノイズ信号部分の暫定的推定を決定するための干渉ノイズ信号部分の結合を示すフローチャートである。
【図４】マイクロフォン信号から干渉ノイズ信号部分の推定の推論を示すフローチャートである。
【図１】
2006523058.tif 000004
【図２】
2006523058.tif 000005
【図３】
2006523058.tif 000006
【図４】
2006523058.tif 000007
【国際調査報告】
2006523058.tif 000008
2006523058.tif 000009
2006523058.tif 000010