(57)【要約】      （修正有）【課題】オーディオ信号の急峻ノイズを抑制する。【解決手段】信号処理システムは、オーディオ信号に基づき、第１のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、オーディオ信号に基づき、第２のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分を決定する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分に対して、オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号を決定する段階と、ゲイン信号に基づき、オーディオ信号に基づいて決定された増幅器入力信号の急峻ノイズを抑制する段階とを含む。【選択図】図６
2017076113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号に基づき、第１のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、
前記オーディオ信号に基づき、第２のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号及び前記第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、前記オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分を決定する段階と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号及び前記第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、前記オーディオ信号の前記急峻ノイズに対応する前記部分に対して、前記オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有する前記ゲイン信号を決定する段階と、
前記ゲイン信号に基づき、前記オーディオ信号に基づいて決定された増幅器入力信号の前記急峻ノイズを抑制する段階と、
を備える、
方法。
【請求項２】
前記第１のフィルタ処理済みの信号を決定する前記段階は、
前記第１のフィルタ処理済みの信号の変動の大きさが閾値の大きさより小さい場合、第１遮断周波数を有する第１ローパスフィルタを前記オーディオ信号の前記大きさに対して用いる段階と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号が正の値の前記閾値を超えて増加する場合、前記第１のフィルタ処理済みの信号の増加を前記正の値の前記閾値に制限する段階と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号が負の値の前記閾値を超えて減少する場合、前記第１のフィルタ処理済みの信号の減少を前記負の値の前記閾値に制限する段階と、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記閾値の前記大きさと、前記オーディオ信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ）変動との比は、０．０００１％から０．０１％の範囲である、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のフィルタ処理済みの信号を決定する前記段階は、第２遮断周波数を有する第２ローパスフィルタを前記オーディオ信号の大きさに対して用いる段階を含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２遮断周波数は、前記第１遮断周波数より高い又は等しい、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記急峻ノイズと関連していると決定された前記オーディオ信号の前記部分は、前記第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が、前記第２のフィルタ処理済みの信号の値より小さい又は等しいときに対応し、
前記ゲイン信号を決定する前記段階は、
前記急峻ノイズと関連していると決定された前記オーディオ信号の前記部分に対して、前記ゲイン信号の値を、前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値と前記第２のフィルタ処理済みの信号の前記値との比に設定する段階と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値が前記第２のフィルタ処理済みの信号の前記値より大きいときに対応する前記オーディオ信号の前記残りの部分に対して、前記ゲイン信号の前記値を最大ゲイン値に設定する段階と、
を含む、
請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
１より大きいバイアス因子を用いて、前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値を決定する段階を備える、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バイアス因子は１．１から１０の範囲である、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数の入力オーディオ信号から前記オーディオ信号を決定する段階であって、前記複数の入力オーディオ信号はそれぞれの場合の前記急峻ノイズを含み、これにより、それぞれの前記場合の前記急峻ノイズは互いに対して遅延する、決定する段階と、
前記オーディオ信号を処理することで前記増幅器入力信号を決定する段階と、
増幅器を用いて前記増幅器入力信号を増幅することで増幅信号を決定する段階であって、前記増幅器入力信号の前記急峻ノイズを抑制する前記段階は、前記ゲイン信号を使って前記増幅器のゲインを制御することで実行される、決定する段階と、
前記急峻ノイズが抑制されている前記増幅信号を出力する段階と、
を備える、
請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
急峻ノイズを含むオーディオ信号を受信する入力ポートと、
前記オーディオ信号から第１のフィルタ処理済みの信号を決定する非線形フィルタと、
前記オーディオ信号から第２のフィルタ処理済みの信号を決定する線形フィルタと、
前記オーディオ信号に基づき形成された増幅器入力信号を増幅する増幅器と、
前記第１のフィルタ処理済みの信号及び前記第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、前記オーディオ信号の前記急峻ノイズに対応する部分を決定し、
前記第１のフィルタ処理済みの信号及び前記第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、前記オーディオ信号の前記急峻ノイズに対応する前記部分に対して、前記オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有する前記ゲイン信号を生成し、
前記ゲイン信号に基づき、前記増幅器のゲインを制御して前記増幅器入力信号の前記急峻ノイズを抑制する、ゲインサプレッサと、
を備える、
信号処理システム。
【請求項１１】
前記非線形フィルタは、
前記第１のフィルタ処理済みの信号の変動の大きさが閾値の大きさより小さい場合、前記オーディオ信号の前記大きさをフィルタ処理するための、第１遮断周波数を有する第１ローパスフィルタと、
（ｉ）前記第１のフィルタ処理済みの信号が正の値の前記閾値を超えて増加する場合、前記第１のフィルタ処理済みの信号の増加を前記正の値の前記閾値に制限し、
（ｉｉ）前記第１のフィルタ処理済みの信号が負の値の前記閾値を超えて減少する場合、前記第１のフィルタ処理済みの信号の減少を前記負の値の前記閾値に制限する、リミッタと、
を含む、
請求項１０に記載の信号処理システム。
【請求項１２】
前記閾値の前記大きさと、前記オーディオ信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ）変動との比は、０．０００１％から０．０１％の範囲である、
請求項１１に記載の信号処理システム。
【請求項１３】
線形フィルタは、前記オーディオ信号の前記大きさをフィルタ処理するための、第２遮断周波数を有する第２ローパスフィルタを含む、
請求項１１に記載の信号処理システム。
【請求項１４】
前記第２遮断周波数は、前記第１遮断周波数より高い又は等しい、
請求項１３に記載の信号処理システム。
【請求項１５】
前記急峻ノイズと関連した前記オーディオ信号の前記部分を決定すべく、前記ゲインサプレッサは、前記第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が前記第２のフィルタ処理済みの信号の値より小さい又は等しいときを決定し、
前記ゲイン信号を生成すべく、前記ゲインサプレッサは、（ｉ）前記急峻ノイズと関連していると決定された前記オーディオ信号の前記部分に対して、前記ゲイン信号の値を、前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値と前記第２のフィルタ処理済みの信号の前記値との比に設定し、（ｉｉ）前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値が前記第２のフィルタ処理済みの信号の前記値より大きいときに対応する前記オーディオ信号の前記残りの部分に対して、前記ゲイン信号の前記値を最大ゲイン値に設定する、
請求項１０から１４の何れか一項に記載の信号処理システム。
【請求項１６】
前記ゲインサプレッサは、１より大きいバイアス因子を用いて、前記第１のフィルタ処理済みの信号の前記バイアスされた値を決定する、
請求項１５に記載の信号処理システム。
【請求項１７】
前記バイアス因子は１．１から１０の範囲である、
請求項１６に記載の信号処理システム。
【請求項１８】
前記ゲインサプレッサは、実行時に重み値をさらに調整する、
請求項１６に記載の信号処理システム。
【請求項１９】
ハードウェアプロセッサと、
前記ハードウェアプロセッサにより実行される場合、前記信号処理システムに前記非線形フィルタ、前記線形フィルタ、及び前記ゲインサプレッサを使用させる命令を使って符号化された記憶媒体と、
を備える、
請求項１０から１８の何れか一項に記載の信号処理システム。
【請求項２０】
前記信号処理システムはシステム・オン・チップである、
請求項１０から１９の何れか一項に記載の信号処理システム。
【請求項２１】
複数の入力オーディオ信号から前記オーディオ信号を決定するアベレージャ、遅延器、及び第１減算器であって、前記複数の入力オーディオ信号はそれぞれの場合の前記急峻ノイズを含み、これにより、それぞれの前記場合の前記急峻ノイズは互いに対して遅延する、アベレージャ、遅延器、及び第１減算器と、
前記アベレージャと共に、前記オーディオ信号を処理することで前記増幅器入力信号を決定する減算器であって、前記増幅器は、前記急峻ノイズが抑制されている増幅信号を出力する、減算器と、
をさらに備える、
請求項１０から２０の何れか一項に記載の信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］本開示は、米国仮出願番号第６２／２２２，５２０号（出願日：２０１５年９月２３日）に対する優先権を主張し、その開示は、その全体を参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は概して、オーディオ信号の急峻ノイズを抑制するのに用いられる技術、より具体的には、前処理済みのオーディオ信号と関連した基準ノイズから決定された情報に基づき、前処理済みのオーディオ信号の急峻ノイズを抑制するのに用いられる技術に関する。
【０００３】
信号受信器は、予め定められた方向に沿って信号受信器に到達するターゲット信号、及び予め定められた方向と異なる１又は複数の方向に沿って信号受信器に到達する環境ノイズ信号（又は、単に環境ノイズ）を受信し得る。例えば、モバイルデバイスのオーディオ受信器は、（ｉ）モバイルデバイスのユーザが話をすると予期される場所からの、「音声方向」に沿ってオーディオ受信器に到達する音声信号（又は、単に音声）、及び（ｉｉ）音声方向と異なる他の複数の方向に沿った環境ノイズを受信する。
【０００４】
典型的な環境ノイズのレベルはターゲット信号のレベルより低いので、従来の技術が、ターゲット信号を歪ませることなく環境ノイズを抑制するのに用いられ得て、これにより、予め定められた方向に沿って信号受信器で受信されているように見えるターゲット信号の「ビーム」を形成する。しかしながら、そのような従来の技術が環境ノイズを抑制するのに用いられる場合、急峻ノイズのレベルが短時間の間にターゲット信号のレベルを超えることを特徴とする急峻ノイズの部分を環境ノイズが含むならば、急峻ノイズの部分は形成されたターゲット信号のビームに含まれるであろう。前述のオーディオ受信器の例では、典型的な環境ノイズのレベルが音声のレベルより低いので、従来技術が、音声を歪ませることなく環境ノイズを抑制するのに用いられ得て、これにより、音声方向に沿ってオーディオ受信器で受信されているように見える「音声ビーム」を形成する。しかしながら、従来技術が環境ノイズを抑制するのに用いられる場合、環境ノイズが急峻ノイズの部分、例えば、床にぶつかる皿、又はキーボードの打音によって引き起こされる急峻ノイズを含み、これにより、急峻ノイズのレベルが音声のレベルを超えるならば、急峻ノイズの部分は、形成された音声ビームに含まれるだろう。
【発明の概要】
【０００５】
本開示では、前処理済みの信号と関連したノイズ表示信号（基準ノイズとも称される）から決定された情報に基づき、前処理済みの信号の急峻ノイズ、例えば、ターゲット信号のビームの急峻ノイズを抑制するのに用いられ得る技術が説明される。例えば、開示される技術は、基準ノイズから決定された情報に基づき、音声ビームの急峻ノイズ、例えば、床にぶつかる皿、又はキーボードの打音により引き起こされる急峻ノイズを抑制するのに用いられ得る。基準ノイズは、音声ビームを形成する際の副産物である。
【０００６】
本開示の１つの態様は、オーディオ信号に基づき、第１のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、オーディオ信号に基づき、第２のフィルタ処理済みの信号を決定する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分を決定する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分に対して、オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号を決定する段階と、ゲイン信号に基づき、オーディオ信号に基づいて決定された増幅器入力信号の急峻ノイズを抑制する段階とを含む方法として実装され得る。
【０００７】
複数の実装は、下記の複数の特徴のうち１又は複数を含み得る。いくつかの実装において、第１のフィルタ処理済みの信号を決定する段階は、第１のフィルタ処理済みの信号の変動の大きさが閾値の大きさより小さい場合、第１遮断周波数を有する第１ローパスフィルタをオーディオ信号の大きさに対して用いる段階と、第１のフィルタ処理済みの信号が正の値の閾値を超えて増加する場合、第１のフィルタ処理済みの信号の増加を正の値の閾値に制限する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号が負の値の閾値を超えて減少する場合、第１のフィルタ処理済みの信号の減少を負の値の閾値に制限する段階とを含み得る。いくつかの場合において、閾値の大きさと、オーディオ信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ）変動との比は、０．０００１％から０．０１％の範囲であり得る。いくつかの場合において、第２のフィルタ処理済みの信号を決定する段階は、第２遮断周波数を有する第２ローパスフィルタをオーディオ信号の大きさに対して用いる段階を含み得る。例えば、第２遮断周波数は、第１遮断周波数より高い、又はそれと等しくなり得る。
【０００８】
いくつかの実装において、急峻ノイズと関連していると決定されたオーディオ信号の部分は、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が、第２のフィルタ処理済みの信号の値より小さい又は等しいときに対応し得る。ここで、ゲイン信号を決定する段階は、急峻ノイズに関連していると決定されたオーディオ信号の部分に対して、ゲイン信号の値を、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値と第２のフィルタ処理済みの信号の値との比に設定する段階と、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が第２のフィルタ処理済みの信号の値より大きいときに対応するオーディオ信号の残りの部分に対して、ゲイン信号の値を最大ゲイン値に設定する段階とを含み得る。いくつかの場合において、本方法は、１より大きいバイアス因子を用いて、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値を決定する段階を含み得る。例えば、バイアス因子は１．１から１０の範囲であり得る。
【０００９】
いくつかの実装において、本方法は、複数の入力オーディオ信号からオーディオ信号を決定する段階であって、複数の入力オーディオ信号はそれぞれの場合の急峻ノイズを含み、これにより、それぞれの場合の急峻ノイズは互いに対して遅延する、決定する段階と、オーディオ信号を処理することで増幅器入力信号を決定する段階と、増幅器を用いて増幅器入力信号を増幅することで増幅信号を決定する段階であって、増幅器入力信号の急峻ノイズを抑制する段階は、ゲイン信号を使って増幅器のゲインを制御することで実行される、決定する段階と、急峻ノイズが抑制されている増幅信号を出力する段階とを含み得る。
【００１０】
本開示の別の態様が、急峻ノイズを含むオーディオ信号を受信する入力ポートと、オーディオ信号から第１のフィルタ処理済みの信号を決定する非線形フィルタと、オーディオ信号から第２のフィルタ処理済みの信号を決定する線形フィルタと、オーディオ信号に基づき形成された増幅器入力信号を増幅する増幅器と、（ｉ）第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分を決定し、（ｉｉ）第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分に対して、オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号を生成し、（ｉｉｉ）ゲイン信号に基づき、増幅器のゲインを制御して増幅器入力信号の急峻ノイズを抑制するゲインサプレッサとを含む信号処理システムとして実装され得る。
【００１１】
複数の実装は、下記の複数の特徴のうち１又は複数を含み得る。いくつかの実装において、非線形フィルタは、第１のフィルタ処理済みの信号の変動の大きさが閾値の大きさより小さい場合、オーディオ信号の大きさをフィルタ処理するための、第１遮断周波数を有する第１ローパスフィルタと、（ｉ）第１のフィルタ処理済みの信号が正の値の閾値を超えて増加する場合、第１のフィルタ処理済みの信号の増加を正の値の閾値に制限し、（ｉｉ）第１のフィルタ処理済みの信号が負の値の閾値を超えて減少する場合、第１のフィルタ処理済みの信号の減少を負の値の閾値に制限するリミッタとを含み得る。いくつかの場合において、閾値の大きさと、オーディオ信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ）変動との比は、０．０００１％から０．０１％の範囲であり得る。いくつかの場合において、線形フィルタは、オーディオ信号の大きさをフィルタ処理するための、第２遮断周波数を有する第２ローパスフィルタを含み得る。例えば、第２遮断周波数は、第１遮断周波数より高い、又はそれと等しくなり得る。
【００１２】
いくつかの実装において、急峻ノイズと関連したオーディオ信号の部分を決定すべくゲインサプレッサは、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が、第２のフィルタ処理済みの信号の値より小さい又は等しいときを決定し得る。ここで、ゲイン信号を生成すべく、ゲインサプレッサは、（ｉ）急峻ノイズと関連していると決定されたオーディオ信号の部分に対して、ゲイン信号の値を、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値と第２のフィルタ処理済みの信号の値との比に設定し、（ｉｉ）第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値が第２のフィルタ処理済みの信号の値より大きいときに対応するオーディオ信号の残りの部分に対して、ゲイン信号の値を最大ゲイン値に設定し得る。いくつかの場合において、ゲインサプレッサは、１より大きいバイアス因子を用いて、第１のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値を決定し得る。例えば、バイアス因子は１．１から１０の範囲であり得る。さらに、ゲインサプレッサは、実行時に重み値を調整し得る。
【００１３】
いくつかの実装において、信号処理システムは、ハードウェアプロセッサと、ハードウェアプロセッサにより実行される場合、信号処理システムに非線形フィルタ、線形フィルタ、及びゲインサプレッサを使用させる命令で符号化された記憶媒体とを含み得る。いくつかの実装において、本システムはシステム・オン・チップであり得る。
【００１４】
いくつかの実装において、信号処理システムは、複数の入力オーディオ信号からオーディオ信号を決定するアベレージャ、遅延器、及び第１減算器であって、複数の入力オーディオ信号はそれぞれの場合の急峻ノイズを含み、これにより、それぞれの場合の急峻ノイズは互いに対して遅延する、アベレージャ、遅延器、及び第１減算器と、アベレージャと共に、オーディオ信号を処理することで増幅器入力信号を決定する減算器とを含み得る。ここで、増幅器は、急峻ノイズが抑制されている増幅信号を出力し得る。
【００１５】
開示された技術は、下記の潜在的な複数の利点のうち１又は複数をもたらし得る。例えば、（ｉ）音声方向から受信された音声、及び（ｉｉ）音声方向と異なる他の複数の方向から受信された急峻ノイズを含むオーディオ信号が、開示された技術に従って処理され得る。オーディオ信号に含まれる急峻ノイズは、処理済みのオーディオ信号から抑制され得て、オーディオ信号に含まれる音声は、軽度の歪みを有して処理済みのオーディオ信号に保持され得る。これにより、ユーザが処理済みのオーディオ信号を聞いた場合、音声歪みはほとんどわからない。
【００１６】
開示される技術の１又は複数の実装に関する詳細が、複数の添付図面及び以下の説明で明らかにされる。その他の特徴、態様、説明、及び潜在的利点が、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】信号処理システムの一例を示す。
【００１８】
【図１Ｂ】図１Ａの信号処理システムに入力され、それにより処理され、及びそこからの出力される信号の態様を示す。
【図１Ｃ】図１Ａの信号処理システムに入力され、それにより処理され、及びそこからの出力される信号の態様を示す。
【図１Ｄ】図１Ａの信号処理システムに入力され、それにより処理され、及びそこからの出力される信号の態様を示す。
【図１Ｅ】図１Ａの信号処理システムに入力され、それにより処理され、及びそこからの出力される信号の態様を示す。
【００１９】
【図２】ゲインコントローラの一例を示す。
【００２０】
【図３Ａ】線形フィルタにより実行される処理のフローチャートの一例である。
【００２１】
【図３Ｂ】非線形フィルタにより実行される処理のフローチャートの一例である。
【００２２】
【図３Ｃ】図３Ａ〜図３Ｂのフィルタ処理により決定された信号の態様を示す。
【図３Ｄ】図３Ａ〜図３Ｂのフィルタ処理により決定された信号の態様を示す。
【図３Ｅ】図３Ａ〜図３Ｂのフィルタ処理により決定された信号の態様を示す。
【００２３】
【図４Ａ】ゲインサプレッサにより実行される処理のフローチャートの一例である。
【００２４】
【図４Ｂ】図４Ａのゲインサプレッサにより処理された信号の態様を示す。
【００２５】
【図４Ｃ】図４Ａのゲインサプレッサにより決定されたゲイン信号の態様を示す。
【００２６】
【図５】ゲインコントローラの実装の一例を示す。
【００２７】
【図６】図１Ａの信号処理システムにより実行される処理のフローチャートである。
【００２８】
【図７Ａ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【図７Ｂ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【図７Ｃ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【図８Ａ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【図８Ｂ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【図８Ｃ】図６の処理に入力され、それを用いて出力される信号の態様を示す。
【００２９】
【図９】図１Ａの信号処理システムのビームフォーミング段、及び急峻ノイズ抑制段の実装の一例を示す。
【００３０】
開示された技術によるシステム、装置、及び方法関する特定の例示的態様が、下記の説明及び複数の添付図面に関連して本明細書に説明される。しかしながら、これらの態様は、開示された技術の原則が使用され得る様々な方法を示すが、それらの一部であり、開示された技術は、そのような態様及びそれらの等価物を全て含むよう意図されている。開示された技術のその他の利点及び新規性のある特徴が、複数の図と共に考察されると、下記の詳細な説明から明らかになり得る。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１Ａは、ビームフォーミング段１０２及び急峻ノイズ抑制段１４０を含む信号処理システム１００の一例を示す。ビームフォーミング段１０２は２つの入力ポート１０５Ａ及び１０５Ｂを有し、これらは、それぞれの入力信号１０１Ａ及び１０１Ｂを受信するよう構成されている。入力信号１０１Ａ、１０１Ｂのそれぞれは、予め定められた方向に沿って入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂに到達するターゲット信号と、予め定められた方向と異なる１又は複数の方向に沿ってこれらの入力ポートに到達する環境ノイズとを含む。ここで、環境ノイズは、ターゲット信号のレベルと同等のレベルを有する短時間の急峻ノイズを含む。ビームフォーミング段１０２は、入力信号１０１Ａ、１０１Ｂの環境ノイズに対応する部分を抑制し、入力信号のターゲット信号に対応する部分を歪ませずに出力するよう構成される。したがって、ビームフォーミング段１０２は、入力信号１０１Ａ、１０１Ｂを指向的にフィルタ処理し、前処理済みの信号１４１を出力する。言い換えれば、ビームフォーミング段１０２は、ターゲット信号と関連した予め定められた方向に沿って入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂに到達するビームに対応する前処理済みの信号１４１を出力する。急峻ノイズ抑制段１４０は、（ｉ）前処理済みの信号１４１を受信し、（ｉｉ）前処理済みの信号の急峻ノイズに対応する部分を、前処理済みの信号と関連したノイズ表示信号（例えば、基準ノイズ１２５Ａ又は基準ノイズ１２５Ｂの場合）から決定された情報に基づきさらに抑制して、前処理済みの信号のターゲット信号に対応する部分を維持する。したがって、急峻ノイズ抑制段１４０は、急峻ノイズが抑制されている処理済みの信号１４９を出力する。
【００３２】
入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂは、それぞれのアンテナ、マイク、光検出器又は他の適した変換器を含み、ターゲット信号及び環境ノイズ（急峻ノイズを含む）を受信して、これらを入力信号１０１Ａ、１０１Ｂに変換する。いくつかの実装において、入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）をさらに含み、ビームフォーミング段１０２により処理される入力信号１０１Ａ、１０１Ｂは、デジタル信号である。
【００３３】
図１Ａに示される例において、入力信号１０１Ａ、１０１Ｂは、例えば、２０Ｈｚから２０ｋＨｚのオーディオ周波数範囲の周波数を有するオーディオ信号である。したがって、入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂはそれぞれのマイクを含む。ターゲット信号は、マイクを通過する方向と概して直交する音声方向に沿ってマイクにより広く受信される音声１３３であり、環境ノイズ１３７（急峻ノイズ１３９を含む）は、音声方向と異なる１又は複数の伝播方向に沿ってマイクにより受信される。ビームフォーミング段１０２により処理される入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂがデジタル信号である場合、入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂに含まれるＡＤＣのサンプリングレートｆＳは、例えば、８ｋＨｚ又は１６ｋＨｚであり得て、入力ポートにより受信される音声は、適切にサンプリングされ得る。
【００３４】
ビームフォーミング段１０２は、入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂに連結されたアベレージャ１１０と、アベレージャ１１０に連結された減算器１３４とを含む。ビームフォーミング段１０２は、減算器１２４Ａと、アベレージャ１１０及び減算器１２４Ａの両方に連結されたゲイン・位相ループ１２０Ａと、入力ポート１０５Ａ及び減算器１２４Ａの両方に連結された遅延器１２２Ａとをさらに含む。また、ビームフォーミング段１０２は、減算器１３４に連結された加算器１３２と、減算器１２４Ａ及び加算器１３２の両方に連結されたノイズ除去適応型（ＮＣＡ）フィルタ１３０Ａとを含む。更に、ビームフォーミング段１０２は、減算器１２４Ｂと、アベレージャ１１０及び減算器１２４Ｂの両方に連結されたゲイン・位相ループ１２０Ｂと、入力ポート１０５Ｂ及び減算器１２４Ｂの両方に連結された遅延器１２２Ｂと、減算器１２４Ｂ及び加算器１３２の両方に連結されたＮＣＡフィルタ１３０Ｂとを含む。いくつかの実施形態において、ビームフォーミング段１０２は、米国特許第９，２７６，６１８号（発行日：２０１６年３月１日）で説明されるシステム及び手法に従って実装される。この特許は、その全体を参照により本明細書に組み込まれる。
【００３５】
急峻ノイズ抑制段１４０は、ビームフォーミング段１０２の減算器１３４に連結される増幅器１４５を含む。増幅器１４５は、制御可能なゲインを有する。急峻ノイズ抑制段１４０は、入力ポート（ｉｎＰ）及び出力ポート（ｏｕｔＰ）を有するゲインコントローラ１５０をさらに含む。ゲインコントローラ１５０の出力ポートは、増幅器１４５に連結される。いくつかの実装において、ゲインコントローラ１５０の入力ポートは、ビームフォーミング段１０２の減算器１２４Ａの出力１４２Ａに連結される。いくつかの実装において、ゲインコントローラ１５０の入力ポートは、ビームフォーミング段１０２の減算器１２４Ｂの出力１４２Ｂに連結される。
【００３６】
音声方向に沿って入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂに到達する音声は、実質的に同時にこれらの入力ポートにより受信され得るが、音声方向と異なる複数の方向に沿ってこれらの入力ポートに到達する環境ノイズは、異なる時間にこれらの入力ポートにより受信される。このように、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの音声に対応する部分は互いに同相であるが、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの環境ノイズに対応する部分は互いに位相がずれる、又は互いに対して遅延する。図１Ｂは、音声１３３に対応する部分、及び急峻ノイズ１３９を含む環境ノイズ１３７に対応する部分を含む入力オーディオ信号１０１Ａの一例を示す。例えば、特定の時間間隔δＴの間、入力オーディオ信号１０１Ａは、音声１３３、（低レベル）環境ノイズ１３７、及び急峻ノイズ１３９の全てから関与を受ける。
【００３７】
再び図１Ａを参照すると、アベレージャ１１０は、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂを平均して、平均入力オーディオ信号１１５を取得する。ゲイン・位相ループ１２０Ａは、平均入力オーディオ信号１１５の振幅及び位相を調整して、第１段階の調整された平均入力オーディオ信号を取得する。これは、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの音声に対応する部分を表している。遅延器１２２Ａは、入力オーディオ信号１０１Ａの遅延を調整して、第１の調整された入力オーディオ信号を取得する。減算器１２４Ａは、第１の調整された入力オーディオ信号から、第１段階の調整された平均入力オーディオ信号を減じて、第１のノイズ表示信号１２５Ａ（これは第１段階の基準ノイズである）を取得する。図１Ｃは、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの環境ノイズに対応する部分を表す基準ノイズ１２５Ａの一例を示し、急峻ノイズ１３９に対応する部分も含む。特定の時間間隔δＴの間、基準ノイズ１２５Ａは、（低レベル）環境ノイズ１３７及び急峻ノイズ１３９から関与を受ける。
【００３８】
再び図１Ａを参照すると、ゲイン・位相ループ１２０Ｂは、平均入力オーディオ信号１１５の振幅及び位相を調整して、第２段階の調整された平均入力オーディオ信号を取得する。これは、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの音声に対応する部分を別の形で表している。遅延器１２２Ｂは、入力オーディオ信号１０１Ｂの遅延を調整して、第２の調整された入力オーディオ信号を取得する。減算器１２４Ｂは、第２の調整された入力オーディオ信号から、第２段階の調整された平均入力オーディオ信号を減じて、第２のノイズ表示信号１２５Ｂ（これは、第２段階の基準ノイズである）を取得する。これは、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの環境ノイズに対応する部分を別の形で表している。ＮＣＡフィルタ１３０Ａは、基準ノイズ１２５Ａをフィルタ処理して、第１段階のフィルタ処理済みの基準ノイズを取得し、ＮＣＡフィルタ１３０Ｂは、基準ノイズ１２５Ｂをフィルタ処理して、第２段階のフィルタ処理済みの基準ノイズを取得する。加算器１３２は、第１段階及び第２段階のフィルタ処理済みの基準ノイズを加えて、復元されたノイズ信号１３５を取得する。これは、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂの環境ノイズに対応する部分を復元したものである。減算器１３４は、平均入力オーディオ信号１１５から復元されたノイズ信号１３５を減じて、前処理済みの信号１４１を取得する。
【００３９】
図１Ｄは、前処理済みの信号１４１の一例を示す。これは、音声１３３に対応する部分が歪むことなく再現され、（低レベル）環境ノイズ１３７に対応する部分が抑制されている平均入力オーディオ信号１１５を表している。特定の時間間隔δＴの間、前処理済みの信号１４１は、音声１３３及び急峻ノイズ１３９から関与を受ける。この例において、特定の時間間隔δＴにわたる（低レベル）環境ノイズ１３７の関与は、ビームフォーミング段１０２の働きにより、前処理済みの信号１４１から抑制されている。急峻ノイズ１３９と関連した環境ノイズの一部が、音声１３３に対応するいくつかの部分と同等のレベル、又はそれより大きいレベルを有するとき、前処理済みの信号１４１のさらなる処理が、急峻ノイズ抑制段１４０により実行されるであろう。
【００４０】
再び図１Ａを参照すると、図２に関連して後述されるように、ゲインコントローラ１５０は、基準ノイズ１２５Ａ（又は基準ノイズ１２５Ｂ、又は１２５Ａと１２５Ｂとの組み合わせ）を利用し、利用した基準ノイズに基づき、ゲイン信号１５７を決定する。図６に関連して後述されるように、増幅器１４５は、前処理済みの信号１４１を増幅し、その間、増幅器のゲインは、ゲイン信号１５７に基づき、ゲインコントローラ１５０により制御されている。このように、増幅器１４５は、急峻ノイズが抑制されている処理済みの信号１４９を出力する。そのような処理済みの信号１４９の一例が、図１Ｅに示される。特定の時間間隔δＴの間、処理済みの信号１４９は音声１３３からしか関与を受けない。この例において、特定の時間間隔δＴにわたる急峻ノイズ１３９の関与は、急峻ノイズ抑制段１４０の働きにより、処理済みの信号１４９から抑制されている。
【００４１】
図２は、ゲインコントローラ２５０の一例を示す。ゲインコントローラ２５０は、オーディオ信号２２５を受信する入力ポート（ｉｎＰ）と、ゲイン信号２５７を出力する出力ポート（ｏｕｔＰ）とを有する。いくつかの実装において、ゲインコントローラ２５０は、図１Ａに関連して上述された信号処理システム１００の急峻ノイズ抑制段１４０のゲインコントローラ１５０として実装され得る。そのような場合において、ゲインコントローラ２５０の入力ポートで受信されたオーディオ信号２２５は、ビームフォーミング段１０２の減算器１２４Ａの出力において、ゲインコントローラ１５０により利用される基準ノイズ１２５Ａ（その波形が図１Ｃに示される）である。そして、出力ゲイン信号２５７は、ゲインコントローラ１５０により用いられるゲイン信号１５７であり、急峻ノイズ抑制段１４０の増幅器１４５のゲインを制御する。ゲインコントローラ２５０は、線形フィルタ２５２及び非線形フィルタ２５４を含み、それぞれは入力ポート（ｉｎＰ）に連結される。ゲインコントローラ２５０は、線形フィルタ２５２、非線形フィルタ２５４、及び出力ポート（ｏｕｔＰ）のそれぞれに連結されたゲインサプレッサ２５６をさらに含む。
【００４２】
線形フィルタ２５２は、（図３Ａに関連して後述されるように）オーディオ信号２２５をフィルタ処理して、第１のフィルタ処理済みの信号２５３を取得する。非線形フィルタ２５４は、（図３Ｂに関連して後述されるように）オーディオ信号２２５をフィルタ処理して、第２のフィルタ処理済みの信号２５５を取得する。ゲインサプレッサ２５６は、（図４Ａに関連して後述されるように）第１のフィルタ処理済みの信号２５３及び第２のフィルタ処理済みの信号２５５を用いて、（ｉ）オーディオ信号２２５の急峻ノイズに対応する部分を識別し、（ｉｉ）オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分に対して、オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号２５７を決定する。このように、オーディオ信号２２５が、前処理済みの信号１４１と関連した基準ノイズ１２５Ａである場合、ゲイン信号２５７は、増幅器１４５のゲインを制御して、前処理済みの信号の急峻ノイズを抑制するのに用いられ得る。
【００４３】
図３Ａは、オーディオ信号２２５をフィルタ処理すべく、線形フィルタ２５２により実行される処理３５２のフローチャートの一例である。図３Ｂは、オーディオ信号２２５をフィルタ処理すべく、非線形フィルタ２５４により実行される処理３５４のフローチャートの一例である。上述されたように、線形フィルタ２５２及び非線形フィルタ２５４を含むゲインコントローラ２５０が、急峻ノイズ抑制段１４０の一部であるゲインコントローラ１５０として実装される場合、オーディオ信号２２５は基準ノイズ１２５Ａ（又は１２５Ｂ）である。したがって、オーディオ信号２５５は、図３Ａ及び図３Ｂのフローチャートにおいて、記号ＮＲで示される。ここで、ＮＲ（ｋ）は、ｋ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲに対応し、ｋ＝０、…、Ｎである。サンプル総数（Ｎ＋１）は、総サンプリング時間ＴＳ及びサンプリング周波数ｆＳに基づいて決定されてよい。例えば、（Ｎ＋１）＝ＴＳｆＳである。例えば、図１Ｃに示されるように、ＴＳが４秒、ｆＳが８ｋＨｚの場合、基準ノイズ１２５Ａのサンプル総数は、３２，０００サンプルである。
【００４４】
ここで図３Ａを参照すると、処理３５２のフローチャートにおいて、第１のフィルタ処理済みの信号２５３は記号ＡＦで示される。したがって、ＡＦ（ｋ）は、ｋ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦに対応し、ｋ＝０、…、Ｎである。
【００４５】
３１０において、ゼロ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（０）が、初期値に初期化される。例えば、ＡＦ（０）の初期値は、例えばゼロに初期化され得る。別の例として、ＡＦ（０）の初期値は、ゼロ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲ（０）の大きさ、すなわち、ＡＦ（０）＝ａｂｓ（ＮＲ（０））に設定され得る。
【００４６】
ループ３１５Ａは、残りのサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦを決定するのに用いられる。各繰り返しは、下記の態様で、サンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（ｋ）を決定するのに用いられる。
【００４７】
３２０において、ｋ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（ｋ）が、ｋ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲ（ｋ）と、前のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（ｋ−１）との大きさの加重和として決定される。例えば、ｋ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（ｋ）は、下記の態様で決定される。
【数１】
2017076113.tif 000003
ｖは第１の重みであり、０≦ｖ≦１である。例えば、０．９≦ｖ≦０．９９である。数式（１）において、ｋ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲ（ｋ）の大きさは、関数ａｂｓ（ＮＲ（ｋ））を用いて決定される。
【００４８】
数式（１）に従って動作３２０を繰り返し実行することで、線形フィルタ２５２は、第１遮断周波数ｆＣ１を有する第１ローパスフィルタを用いて、オーディオ信号ＮＲの大きさをフィルタ処理する。第１遮断周波数ｆＣ１は第１の重みｖの値に依存する。低い値の第１の重みｖは、低速の第１ローパスフィルタと関連した低い値の第１遮断周波数ｆＣ１に対応し、高い値の第１の重みｖは、高速の第１ローパスフィルタと関連した高い値の第１遮断周波数ｆＣ１に対応する。
【００４９】
図３Ｃは、オーディオ信号ＮＲ（２２５とも表示される）と、処理３５２を用いて取得された第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（２５３とも表示される）とを示すグラフ３８０である。この例において、ＮＲは、図１Ｃに示される基準ノイズ１２５Ａのコピーである。すなわち、ＮＲは、信号処理システム１００の入力ポート１０５Ａ、１０５Ｂで受信された環境ノイズを示し、これは急峻ノイズを含む。図３Ｄは、長い時間間隔ΔＴにわたるグラフ３８０の一部分の拡大図であり、ΔＴは、総サンプリング時間ＴＳの最初の約９０％である。図３Ｅは、短い時間間隔δＴにわたるグラフ３８０の別の部分の拡大図であり、δＴは、総サンプリング時間ＴＳの最後の約１０％である。図３Ｃ、３Ｄ、及び３Ｅに示されるグラフ３８０の様々な図は、第１のフィルタ処理済みの信号２５３がオーディオ信号ＮＲにかなりうまく追従していることを示し、このことは、線形フィルタ２５２が高速フィルタであることを示唆している。
【００５０】
ここで図３Ｂを参照すると、処理３５４のフローチャートにおいて、第２のフィルタ処理済みの信号２５５は記号ＡＳで示される。したがって、記号ＡＳ（ｋ）は、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳに対応し、ｋ＝０、…、Ｎである。
【００５１】
３１０Ｂにおいて、ゼロ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（０）が、初期値に初期化される。例えば、ＡＳ（０）の初期値は、例えばゼロに初期化され得る。別の例として、ＡＳ（０）の初期値は、ゼロ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲ（０）の大きさ、すなわち、ＡＳ（０）＝ａｂｓ（ＮＲ（０））に設定され得る。
【００５２】
ループ３１５Ｂは、第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳの残りのサンプルを決定するのに用いられる。各繰り返しは、下記の態様で、サンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）を決定するのに用いられる。
【００５３】
３２０Ｂにおいて、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）が、ｋ番目のサンプルのオーディオ信号ＮＲ（ｋ）と、前のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ−１）との大きさの加重和として決定される。例えば、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）は、下記の態様で決定される。
【数２】
2017076113.tif 000004
ｗは第２の重みであり、０≦ｗ≦１である。例えば、０．９≦ｗ≦０．９９である。
【００５４】
３３０において、第２のフィルタ処理済みの信号の変動ΔＡＳが、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）と、前の（ｋ−１）番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ−１）とに基づき決定される。１つの例において、変動ΔＡＳは、次式に基づき決定されてよい。
【数３】
2017076113.tif 000005
【００５５】
３４０において、第２のフィルタ処理済みの信号が、正の値の閾値を超えて増加するかどうかが判定される。例えば、３４０において、ΔＡＳ＞＋Ｔｈであるかどうかが判定される。ここで、閾値の大きさはＴｈである。３４０において実行された判定の結果が真の場合には、３５０において、第２のフィルタ処理済みの信号の変動ΔＡＳは正の値の閾値に制限される。例えば、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）は、次のように決定される。
【数４】
2017076113.tif 000006
ｋの値が増えてＮと等しくなるまで、ループ３１５Ｂの次の繰り返しが行われて、次のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ＋１）を決定する。
【００５６】
しかしながら、３４０において実行された判定の結果が偽の場合には、３６０において、第２のフィルタ処理済みの信号が負の値の閾値を超えて減少するかどうか、つまりΔＡＳ＜−Ｔｈであるかどうかが判定される。３６０において実行された判定の結果が真の場合には、３７０において、第２のフィルタ処理済みの信号の変動ΔＡＳは負の値の閾値に制限される。例えば、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ）は、次のように決定される。
【数５】
2017076113.tif 000007
ｋの値が増えてＮと等しくなるまで、ループ３１５Ｂの次の繰り返しが行われて、次のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ＋１）を決定する。さらに、３６０において実行された判定の結果が偽の場合には、ｋの値が増えてＮと等しくなるまで、ループ３１５Ｂの次の繰り返しがまだ行われて、次のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（ｋ＋１）を決定する。
【００５７】
３４０において実行された判定、及び３６０において実行された判定の両方の結果が偽の場合、第２のフィルタ処理済みの信号の変動ＡＳの大きさは、閾値の大きさより小さい、すなわち、ａｂｓ（ΔＡＳ）≦Ｔｈである。前述の不等式が満たされている場合のみ、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号の値ＡＳ（ｋ）が、３２０Ｂで数式（２）に従って決定されたままとなる。図３Ａに関連して上述されたように、数式（２）に従って３２０Ｂを実行することは、第２遮断周波数ｆＣ２を有する第２ローパスフィルタを用いて、オーディオ信号ＮＲの大きさをフィルタ処理することに対応する。第２遮断周波数ｆＣ２の値は、第２の重みｗの値に依存する。さらに、ａｂｓ（ΔＡＳ）≦Ｔｈの条件が満たされる場合、非線形フィルタ２５４により用いられる第２ローパスフィルタの第２の重みｗの値が、線形フィルタ２５２により用いられる第１ローパスフィルタの第１の重みｖの値より小さい、又は高くともそれと等しくなるよう選択される。これにより、第２ローパスフィルタは、第１ローパスフィルタより低速、又は高くともそれと同じくらい高速になる。
【００５８】
図３Ｃのグラフ３８０は、オーディオ信号ＮＲ（２２５とも表示される）及び第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（２５３とも表示される）に重ねられているが、非線形フィルタ２５４を用いてオーディオ信号ＮＲをフィルタ処理するための処理３５４を用いて取得された第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳ（２５５とも表示される）を示す。図３Ｃ、３Ｄ、及び３Ｅに示されるグラフ３８０の様々な図は、第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳがオーディオ信号ＮＲにかなり不十分に追従していることを示し、このことは、非線形フィルタ２５４が低速フィルタであることを示唆している。
【００５９】
処理３５４のフローチャートは、疑似コードの下記の部分を用いて要約され得る。
【表１】
2017076113.tif 000008
ここで、閾値の大きさＴｈは２×１０−６であり、第２の重みｗは０．９８である。図３Ｄに示されるように、前述の閾値の大きさの値は、時間間隔ΔＴにわたるオーディオ信号ＮＲのｒｍｓ変動の約１０−３％である。１０−４％から１０−２％の範囲内の他の閾値の大きさＴｈの値が、第２のフィルタ処理済みの信号２５５を決定する非線形フィルタ２５４により用いられ得る。
【００６０】
図４Ａは、ゲインサプレッサ２５６により実行される処理４５６のフローチャートの一例であり、（ｉ）オーディオ信号２２５の急峻ノイズに対応する部分を識別し、（ｉｉ）オーディオ信号の急峻ノイズに対応する部分に対して、オーディオ信号の残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号２５７を決定する。処理４５６のフローチャートにおいて、ゲイン信号２５７は記号Ｇで示され、第１のフィルタ処理済みの信号２５３は記号ＡＦで示され、第２のフィルタ処理済みの信号２５５は記号ＡＳで示される。したがって、Ｇ（ｋ）、ＡＦ（ｋ）、及びＡＳ（ｋ）は、ｋ番目のサンプルのゲイン信号Ｇ、第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ、及び第２のフィルタ処理済みの信号ＡＳとそれぞれ対応し、ｋ＝０、…、Ｎである。ループ４０５は、少なくともサンプルのゲイン信号Ｇを決定するのに用いられる。各繰り返しは、下記の態様で、少なくともサンプルのゲイン信号Ｇ（ｋ）を決定するのに用いられる。
【００６１】
４１０において、ｋ番目のサンプルのゲイン信号Ｇ（ｋ）に関連したサンプリング時間が、オーディオ信号ＮＲ（２２５とも表示される）の急峻ノイズ１３９に対応する部分に属するかどうかが判定される。この判定を行うべく、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値ｕＡＳ（ｋ）が、ｋ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号の値ＡＦ（ｋ）より小さい又は等しいかどうかが検証される。例えば、４１０において、ｕＡＳ（ｋ）≦ＡＦ（ｋ）かどうかが判定されてよい。ここで、ｕは１より大きいバイアス因子である。例えば、バイアス因子ｕは、１．１から１０の範囲内の値を有し得る。図４Ｂは、オーディオ信号ＮＲ、第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ、及びバイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号ｕＡＳを重ねて示しているグラフ４５０であり、バイアス因子ｕは４である。４１０において実行される検証がグラフ４５０に示される複数の信号に適用される場合、オーディオ信号ＮＲは急峻ノイズ１３９に対応する複数の部分を含むことが判定され得る。グラフ４５０において、オーディオ信号ＮＲの急峻ノイズ１３９に対応するこれらの部分は、第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦのピークが、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号ｕＡＳより上に立ち上がるサンプリング時間に対応する。
【００６２】
再び図４Ａを参照すると、４１０において実行される検証の結果が真の場合には、ゲイン信号Ｇ（ｋ）に関連したサンプリング時間が、オーディオ信号ＮＲの急峻ノイズ１３９に対応する部分に属することが決定される。したがって、４２０において、ｋ番目のサンプルのゲイン信号の値Ｇ（ｋ）が、ｋ番目のサンプルの第２のフィルタ処理済みの信号のバイアスされた値ｕＡＳ（ｋ）と、ｋ番目のサンプルの第１のフィルタ処理済みの信号の値ＡＦ（ｋ）との比に設定される。例えば、ゲイン信号Ｇ（ｋ）は以下のように決定される。
【数６】
2017076113.tif 000009
ｕＡＳ（ｋ）＜ＡＦ（ｋ）が満たされることが４１０において判定されているので、数式（６）により、ｋ番目のサンプルのゲイン信号の値Ｇ（ｋ）は確実に１より小さくなる。このように、前処理済みの信号１４１の急峻ノイズに対応する部分が抑制される。
【００６３】
さらに、第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦ（ｋ）のピークが、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号ｕＡＳ（ｋ）より上に高く立ち上がるほど（図４Ｂに示されるように）、対応するゲイン信号の値Ｇ（ｋ）は小さくなり（図４Ｃに示されるように）、したがって、対応する前処理済みの信号１４１の急峻ノイズ１３９のピークは抑制される。この時点では、ｋの値が増えてＮと等しくなるまで、ループ４０５の次の繰り返しが行われて、次のサンプルのゲイン信号の値Ｇ（ｋ＋１）を決定する。
【００６４】
しかしながら、４１０において実行される検証の結果が偽の場合、ゲイン信号Ｇ（ｋ）に関連したサンプリング時間が、オーディオ信号ＮＲの急峻ノイズ１３９に対応する部分に属さないことが決定される。したがって、４３０において、ｋ番目のサンプルのゲイン信号の値Ｇ（ｋ）が、例えば、最大ゲイン値ＧＭＡＸに設定され得る。図４Ａに示される例では、ＧＭＡＸは１である。このように、前処理済みの信号１４１の急峻ノイズに対応しない部分は抑制されない。この時点では、ｋの値が増えてＮと等しくなるまで、ループ４０５の次の繰り返しが行われて、次のサンプルのゲイン信号の値Ｇ（ｋ＋１）を決定する。
【００６５】
図４Ｃは、処理４５６を用いてゲインサプレッサ２５６により決定されるゲイン信号Ｇ（２５７とも表示される）を示す。上述されたように、ゲイン信号の値Ｇは、急峻ノイズ１３９に対応するサンプリング時間の間のみ抑制され（すなわち、Ｇは１より小さい）、抑制の大きさは、急峻ノイズの大きさに直接比例する。第１のフィルタ処理済みの信号ＡＦのいくつかのピークが、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号ｕＡＳより上に少しだけ立ち上がる（図４Ｂに破線の矢印で示される）場合、ゲイン信号Ｇの好ましくない抑制（図４Ｃに破線の矢印で示される）をいくらか引き起こす可能性がある。そのようなゲイン信号Ｇの好ましくない抑制は、前処理済みの信号１４１の音声に対応する部分の歪みを引き起こし得る。バイアス因子ｕはゲインサプレッサ２５６の調整パラメータを表し、（ｉ）オーディオ信号ＮＲ及びゲイン信号Ｇの、急峻ノイズ１３９に対応する部分、並びに（ｉｉ）それぞれのゲイン信号Ｇの抑制値、を決定するのに用いられる。数式（６）に従い、バイアス因子ｕの値がより大きい場合、ゲイン信号Ｇの好ましくない抑制がより少なくなり、これにより、前処理済みの信号１４１の音声に対応する部分の歪みがより少なくなる。しかしながら、前処理済みの信号１４１の急峻ノイズ１３９に対応する部分の抑制がより少なくなる。逆に、数式（６）に従い、バイアス因子ｕの値がより小さい場合、ゲイン信号Ｇの好ましくない抑制がより多くなり、これにより、前処理済みの信号１４１の音声に対応する部分の歪みがより多くなる。しかしながら、前処理済みの信号１４１の急峻ノイズに対応する部分の抑制がより多くなる。
【００６６】
いくつかの実装において、バイアス因子ｕの調整は、ゲインコントローラ２５０の製造前の設計時において行われる。いくつかの実装において、バイアス因子ｕの調整は、ゲインコントローラ２５０の出荷前の製造時において行われる（例えば、信号処理システム１００自体により、又はその一部として）。いくつかの実装において、バイアス因子ｕの調整は、実行時に（すなわち、現場で）、ゲインコントローラ２５０のユーザインタフェースを通じてユーザにより、又はアプリケーション・プログラミング・インタフェース（ＡＰＩ）を通じてゲインコントローラと情報交換する別の処理により行われる。
【００６７】
いくつかの実装において、ゲインコントローラ２５０は、図５に示されるように、ソフトウェアに実装され得る。ここで、コンピューティング装置５６０は、デジタル信号プロセッサ５６２と、記憶媒体５６４（例えば、メモリ、ハードドライブなど）とを含み、デジタル信号プロセッサにより実行された場合、処理３５２、３５４、及び４５６の一部としてゲインコントローラ２５０により実行される少なくともいくつかの動作をコンピューティング装置に行わせるゲインコントローラ命令２５０ｉをエンコードする。いくつかの実装において、コンピューティング装置５６０は、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）実装など、１又は複数の集積回路デバイスを用いて実装される。
【００６８】
図６は、１又は複数のオーディオ信号の急峻ノイズを抑制するための処理６００のフローチャートの一例である。処理６００は、ゲインコントローラ１５０を含む信号処理システム１００を用いて実行され得る。いくつかの実装において、信号処理システム１００のゲインコントローラ１５０は、ゲインコントローラ２５０のように構成され得る。さらに、いくつかの実装において、処理６００の部分６００Ａが、ビームフォーミング段１０２により実行され得て、処理６００の別の部分６００Ｂが、ゲインコントローラ１５０により実行され得る。
【００６９】
６１０において、信号処理システム１００のビームフォーミング段１０２は、入力オーディオ信号１０１Ａ、１０１Ｂを受信する。これらの信号は、音声と急峻ノイズを有する環境ノイズとを含み、これにより、急峻ノイズを有する環境ノイズの場合は、入力オーディオ信号上で互いに対して遅延する。急峻ノイズは、例えば、地面とぶつかる皿により引き起こされ得る、又はキーボードの打音により引き起こされ得る。
【００７０】
６２０において、ビームフォーミング段１０２は、入力オーディオ信号１０１Ａ及び１０１Ｂに基づき、平均入力オーディオ信号１１５及び少なくとも１つの基準ノイズ１２５（例えば、１２５Ａ又は１２５Ｂ、あるいは両方）を決定する。平均入力オーディオ信号１１５及び基準ノイズ１２５のそれぞれは、急峻ノイズを有する環境ノイズを含む。平均入力オーディオ信号１１５の決定、及び基準ノイズ１２５の決定の詳細は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述されている。
【００７１】
６２５において、ビームフォーミング段１０２は、少なくとも１つの基準ノイズ１２５と共に平均入力オーディオ信号１１５を処理して、前処理済みの信号１４１を決定する（後者は、増幅器入力信号１４１とも称される）。前処理済みの信号１４１は、無歪音声、及び環境ノイズの急峻ノイズを含む。ここで、急峻ノイズを除く環境ノイズの大部分は、前処理済みの信号１４１から抑制されている。平均入力オーディオ信号１１５を少なくとも１つの基準ノイズ１２５と共に処理して前処理済みの信号１４１を決定することの詳細は、図１Ａ〜図１Ｄに関連して上述されている。図７Ｃは、ビームフォーミング段１０２により決定された前処理済みの信号１４１'の一例を示すグラフ７６０であり、音声とキーボードの打音により引き起こされた急峻ノイズとを含む。図８Ｃは、ビームフォーミング段１０２により決定された前処理済みの信号１４１''の別の例を示すグラフ８６０であり、別の音声とキーボードの打音により引き起こされた別の急峻ノイズとを含む。
【００７２】
６２５と関連する動作を実行するビームフォーミング段１０２と並列に、又はそれに続いて、急峻ノイズ抑制段１４０は、下記の態様で一連の動作６３０〜６６０を実行する。
【００７３】
６３０において、急峻ノイズ抑制段１４０は、基準ノイズ１２５に対して線形フィルタを用いて、第１のフィルタ処理済みの信号を決定する。６３０を実行すべく、急峻ノイズ抑制段１４０はゲインコントローラ１５０を用い、図２に示されるように線形フィルタ２５２を含むゲインコントローラ２５０として実装される。線形フィルタ２５２は、図３Ａ、図３Ｃ〜図３Ｅに関連して上述された処理３５２を用いて、第１のフィルタ処理済みの信号２５３を決定する。
【００７４】
６４０において、急峻ノイズ抑制段１４０は、基準ノイズ１２５に対して非線形フィルタを用いて、第２のフィルタ処理済みの信号を決定する。６４０を実行すべく、急峻ノイズ抑制段１４０はゲインコントローラ１５０を用い、図２に示されるように非線形フィルタ２５４を含むゲインコントローラ２５０として実装される。非線形フィルタ２５４は、図３Ｂ〜図３Ｅに関連して上述された処理３５４を用いて、第２のフィルタ処理済みの信号２５５を決定する。
【００７５】
６５０において、急峻ノイズ抑制段１４０は、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、基準ノイズ１２５の急峻ノイズに対応する部分を決定する。６５０を実行すべく、急峻ノイズ抑制段１４０はゲインコントローラ１５０を用い、図２に示されるようにゲインサプレッサ２５６を含むゲインコントローラ２５０として実装される。ゲインサプレッサ２５６は、図４Ａ〜図４Ｂに関連して上述された処理４５６の４１０を用いて、基準ノイズ１２５の急峻ノイズに対応する部分を決定する。図７Ａは、基準ノイズ１２５'（６２０においてビームフォーミング段１０２により決定される）、対応する第１のフィルタ処理済みの信号２５３'（６３０において、急峻ノイズ抑制段１４０により決定される）、及び対応する第２のフィルタ処理済みの信号をバイアスしたもの２５５'（６４０において、急峻ノイズ抑制段１４０により決定された対応する第２のフィルタ処理済みの信号２５５'）の一例を重ねて示しているグラフ７５０である。ここで、基準ノイズ１２５'の急峻ノイズに対応する部分（１３９'と表示される）は、第１のフィルタ処理済みの信号２５３'のピークが、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号２５５'を超えるサンプリング時間に対応する。図８Ａは、基準ノイズ１２５''（６２０において、ビームフォーミング段１０２により決定される）、対応する第１のフィルタ処理済みの信号２５３''（６３０において、急峻ノイズ抑制段１４０により決定される）、及び対応する第２のフィルタ処理済みの信号をバイアスしたもの２５５''（６４０において、急峻ノイズ抑制段１４０により決定された対応する第２のフィルタ処理済みの信号２５５''）の別の例を重ねて示しているグラフ８５０である。ここで、基準ノイズ１２５''の急峻ノイズに対応する部分（１３９''と表示される）は、第１のフィルタ処理済みの信号２５３''のピークが、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号２５５''を超えるサンプリング時間に対応する。図７Ａの第２のフィルタ処理済みの信号２５５'、及び図８Ａの第２のフィルタ処理済みの信号２５５''をバイアスするのに用いられるバイアス因子に、４の値が設定された。
【００７６】
６６０において、急峻ノイズ抑制段１４０は、第１のフィルタ処理済みの信号及び第２のフィルタ処理済みの信号に基づき、基準ノイズ１２５の急峻ノイズに対応する部分に対して、基準ノイズの残りの部分に対するゲイン信号の値より小さい値を有するゲイン信号１５７を決定する。６６０を実行すべく、急峻ノイズ抑制段１４０はゲインコントローラ１５０を用い、図２に示されるように、ゲインサプレッサ２５６を含むゲインコントローラ２５０として実装される。ゲインサプレッサ２５６は、図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述された処理４５６の分岐４２０及び４３０を用いてゲイン信号１５７を決定する。図７Ｂは、基準ノイズ１２５'の例（６２０においてビームフォーミング段１０２により決定され、グラフ７５０に示される）に関連するゲイン信号１５７'を示す。ここで、基準ノイズ１２５'の急峻ノイズに対応する部分（１３９'と表示される）に対応するサンプリング時間に対して、ゲイン信号１５７'の１の値が抑制される。抑制の大きさは、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号２５５'を超えて立ち上がる第１のフィルタ処理済みの信号２５３'のピークの高さに比例する。図８Ｂは、基準ノイズ１２５''の例（６２０においてビームフォーミング段１０２により決定され、グラフ８５０に示される）に関連するゲイン信号１５７''を示す。ここで、基準ノイズ１２５''の急峻ノイズに対応する部分（１３９''と表示される）に対応するサンプリング時間に対して、ゲイン信号１５７''の１の値が抑制される。抑制の大きさは、バイアスされた第２のフィルタ処理済みの信号２５５''を超えて立ち上がる第１のフィルタ処理済みの信号２５３''のピークの高さに比例する。
【００７７】
６７０において、急峻ノイズ抑制段１４０は、ゲイン信号１５７（６６０において、急峻ノイズ抑制段１４０により決定される）に基づき、前処理済みの信号１４１の急峻ノイズ（６２５において、ビームフォーミング段１０２により決定される）を抑制することにより、処理済みの信号１４９（増幅器出力信号１４９とも称される）を決定する。６７０を実行すべく、図１Ａ〜図１Ｅに関連して上述されたように、急峻ノイズ抑制段１４０はゲインコントローラ１５０を用いて、ゲイン信号１５７に基づき増幅器１４５のゲインを制御する。図７Ｃにおいて、グラフ７６０は、（ｉ）音声とキーボードの打音により引き起こされた急峻ノイズとを含む前処理済みの信号１４１'の一例、及び（ｉｉ）前処理済みの信号１４１'に対応する処理済みの信号１４９'を重ねて示している。グラフ７６０に示されるように、急峻ノイズは、処理済みの信号１４９'から抑制されている。ゲイン信号１５７'（図７Ｂに示される）は、前処理済みの信号１４１'の急峻ノイズに対応する部分のみを増幅器１４５に抑制させるので、処理済みの信号１４９'は、グラフ７６０に示されるように無歪音声を含む。図８Ｃにおいて、グラフ８６０は、（ｉ）別の音声とキーボードの打音により引き起こされた急峻ノイズとを含む前処理済みの信号１４１''の別の例、及び（ｉｉ）前処理済みの信号１４１''に対応する処理済みの信号１４９''を重ねて示している。グラフ８６０に示されるように、急峻ノイズは処理済みの信号１４９''から抑制されている。ゲイン信号１５７''（図８Ｂに示される）は、前処理済みの信号１４１''の急峻ノイズに対応する部分のみを増幅器１４５に抑制させるので、処理済みの信号１４９''は、グラフ８６０に示されるように無歪音声を含む。
【００７８】
いくつかの実装において、ビームフォーミング段１０２及び急峻ノイズ抑制段１４０は、図９に示されるように、ソフトウェアに実装され得る。ここで、コンピューティング装置９６０は、デジタル信号プロセッサ９６２と、記憶媒体９６４（例えば、メモリ、ハードドライブなど）とを含み、デジタル信号プロセッサにより実行された場合、処理６００の一部として、ビームフォーミング段１０２及び急峻ノイズ抑制段１４０により実行される少なくともいくつかの動作をコンピューティング装置に行わせるビームフォーミング段命令１０２ｉ及び急峻ノイズサプレッサ命令１４０ｉをエンコードする。いくつかの実装において、コンピューティング装置９６０は、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）実装など、１又は複数の集積回路デバイスを用いて実装される。
【００７９】
いくつかの実施形態が上記に詳細に説明されており、様々な変更形態が可能である。本明細書で説明された機能動作を含む開示された主題は、電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせに実装され得て、本明細書に開示された構造的手段及びその構造的等価物などは、１又は複数のコントローラ及び組み込みコードを含み得るシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）実装を含む。
【００８０】
本明細書は多数の詳細を含むが、これらは、特許請求され得るものの範囲に対する限定ではなく、むしろ、特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別個の複数の実施形態の文脈において本明細書で説明される特定の複数の特徴は、単一の実施形態に組み合わせて実装されることもできる。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される様々な特徴は、複数の実施形態で別個に、又は任意の好適なサブコンビネーションで実装されることもできる。さらに、複数の特徴は、特定の組み合わせで動作するものとして上述され、さらに最初にそのようなものとして特許請求され得るが、特許請求される組み合わせの１又は複数の特徴は、いくつかの場合において、組み合わせから削除されることができ、特許請求される組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形形態を対象としてよい。
【００８１】
同様に、複数の動作が特定の順序で図面に示されるが、これは、所望の結果を実現すべく、そのような複数の動作が示される特定の順序で又は連続的な順序で実行される必要がある、又は全ての示される動作が実行される必要があると理解されるべきでない。特定の状況において、マルチタスク及び並列処理が有利であり得る。さらに、上述された実施形態の様々なシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態において、そのような分離が必要とされると理解されるべきではない。
【００８２】
他の実施形態は、下記の特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【図１Ａ】
2017076113.tif 000010
【図１Ｂ】
2017076113.tif 000011
【図１Ｃ】
2017076113.tif 000012
【図１Ｄ】
2017076113.tif 000013
【図１Ｅ】
2017076113.tif 000014
【図２】
2017076113.tif 000015
【図３Ａ】
2017076113.tif 000016
【図３Ｂ】
2017076113.tif 000017
【図３Ｃ】
2017076113.tif 000018
【図３Ｄ】
2017076113.tif 000019
【図３Ｅ】
2017076113.tif 000020
【図４Ａ】
2017076113.tif 000021
【図４Ｂ】
2017076113.tif 000022
【図４Ｃ】
2017076113.tif 000023
【図５】
2017076113.tif 000024
【図６】
2017076113.tif 000025
【図７Ａ】
2017076113.tif 000026
【図７Ｂ】
2017076113.tif 000027
【図７Ｃ】
2017076113.tif 000028
【図８Ａ】
2017076113.tif 000029
【図８Ｂ】
2017076113.tif 000030
【図８Ｃ】
2017076113.tif 000031
【図９】
2017076113.tif 000032
【外国語明細書】
2017076113000001.pdf