(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個（Ｍ＞１，Ｍは整数）の観測信号を入力するためのＭ個のチャンネルを有する入力部と、
前記入力部を介して入力された前記観測信号から雑音を除去する雑音除去部と、
該雑音除去部により雑音が除去された雑音除去信号を出力するためのＭ個のチャンネルを有する出力部とを備え、
前記雑音除去部は、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニットを有し、前記各段の特異値分解ユニットは、Ｍ個の観測信号を特異値分解法によって信号部分空間と雑音部分空間とに分離するとともに、
分離された信号部分空間に対してＭ個の観測信号を直交射影することにより、時間領域の信号であるＭ個の出力信号を抽出することを特徴とする雑音除去システムにおいて、
前記雑音除去部は、前記観測信号に対してＬ（Ｌは整数）サンプル分を１フレーム単位として、Ｌ×Ｍ個の観測信号に対して特異値分解法を適用してＬ×Ｍ個の出力信号を抽出し、離散時間ｋ（ｋ＝０，１，２，〜）が一つ増加するごとに、所定サンプル分特異値分解法を適用するフレームをずらすことを特徴とする雑音除去システム。
【請求項２】
前記雑音除去部は、少なくとも１つのチャンネルに複数の特異値分解ユニット間に少なくとも１つの遅延器または前進器を備え、
該遅延器または該前進器は、前記特異値分解ユニットから出力された出力信号を所定サンプル数だけずらすことを特徴とする、請求項１に記載の雑音除去システム。
【請求項３】
前記出力部から出力される前記複数の雑音除去信号の振幅を増減させる振幅調整部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の雑音除去システム。
【請求項４】
離散時間時間ｋが一つ増加するごとに所定サンプル分フレームをずらしたとき、離散時間の前後で、特異値分解法を適用するフレームが互いにオーバーラップしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雑音除去システム。
【請求項５】
前記雑音除去部は、離散時間ｋが一つ増加するごとに、１サンプル分フレームをずらすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の雑音除去システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の観測信号から雑音（ノイズ）を除去する雑音除去システムおよび雑音除去方法に係り、とりわけ、ステレオ音声信号などの狭帯域信号から広帯域雑音を除去するために好適に用いられる雑音除去システムおよび雑音除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などを利用した通信処理や、音声認識処理、レーダーから送られるデータの解析処理、脳波や心電図の測定処理、といった様々な信号処理の分野において、雑音の除去は欠かせないものである。
【０００３】
一般に、音声信号などの狭帯域信号から広帯域雑音を軽減する手法としては、非線形スペクトル減算法（ＮＳＳ：Nonlinear spectral subtraction）（文献１参照）が用いられている。この手法は、ある一定の時間内に、雑音が混在した観測信号に基づいて音声信号成分および雑音信号成分のそれぞれに対応するスペクトルを個別に推定し、推定された雑音スペクトルを観測信号から減算するものである。
【０００４】
しかしながら、このような非線形スペクトル減算法では、雑音除去後の信号を周波数領域から時間領域へ変換する際に、雑音スペクトルの推定誤差により、副次的な、ある種の楽器のような雑音が発生してしまい、このような雑音が、広帯域雑音が軽減される代わりに付加されてしまう、という問題がある。また、ＳＮ比が低いような場合には、広帯域雑音が除去されるのに伴って、音声信号の一部も除去されてしまう、という問題がある。さらに、良好な雑音軽減性能を得るためには、非常に多くのパラメーターを調整する必要があり、また、それらの最適な調整を異なった環境ごとに行う必要がある、という問題がある。
【０００５】
ところで、近年、生物医療工学の分野においては、観測信号である生体信号に特異値分解法（ＳＶＤ：singular value decomposition）（例えば文献２参照）を適用し、生体信号から特定の要素のみを抽出する手法が提案されている（文献３および４参照）。これらの手法は、観測信号を特異値分解法によって信号部分空間（signal subspace）と雑音部分空間（noise subspace）とに分離するとともに、分離された信号部分空間に対して観測信号を直交射影（ＯＮＰ：orthonormal projection）することにより、時間領域の信号である複数の出力信号（雑音が除去された信号）を抽出するものである。なお、このような特異値分解法は、生体信号からの雑音の除去に応用されるだけでなく、音声信号からの雑音の除去にも応用されている（文献５〜１０参照）。
【０００６】
また、このような特異値分解法を用いた手法としては、特異値分解法を適用する前にウィナーフィルター処理（Wiener filtering）を行って、脳の誘発電位を抽出する手法も提案されている（文献１１）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような特異値分解法を用いた従来の手法では、ステレオ音声信号などのように互いに相関（correlation）のある複数の観測信号から雑音を除去するような場合については何ら考慮されておらず、このような場合には、入力された複数の観測信号から雑音を十分に除去することができない、という問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ステレオ音声信号などの狭帯域信号から広帯域雑音を効果的に除去することができる、雑音除去システムおよび雑音除去方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の解決手段として、Ｍ個（Ｍ＞１，Ｍは整数）の観測信号を入力するためのＭ個のチャンネルを有する入力部と、前記入力部を介して入力された前記観測信号から雑音を除去する雑音除去部と、該雑音除去部により雑音が除去された雑音除去信号を出力するためのＭ個のチャンネルを有する出力部とを備え、前記雑音除去部は、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニットを有し、前記各段の特異値分解ユニットは、Ｍ個の観測信号を特異値分解法によって信号部分空間と雑音部分空間とに分離するとともに、分離された信号部分空間に対してＭ個の観測信号を直交射影することにより、時間領域の信号であるＭ個の出力信号を抽出することを特徴とする雑音除去システムにおいて、前記雑音除去部は、前記観測信号に対してＬ（Ｌは整数）サンプル分を１フレーム単位として、Ｌ×Ｍ個の観測信号に対して特異値分解法を適用してＬ×Ｍ個の出力信号を抽出し、離散時間ｋ（ｋ＝０，１，２，〜）が一つ増加するごとに、所定サンプル分特異値分解法を適用するフレームをずらすことを特徴とする雑音除去システムを提供する。
【００１０】
なお、上述した第１の解決手段において、前記雑音除去部は、前記雑音除去部は、少なくとも１つのチャンネルに複数の特異値分解ユニット間に少なくとも１つの遅延器または前進器を備え、該遅延器または該前進器は、前記特異値分解ユニットから出力された出力信号を所定サンプル数だけずらすことを特徴とする。また、前記出力部から出力される前記複数の雑音除去信号の振幅を増減させる振幅調整部をさらに備えていることが好ましい。また、離散時間時間ｋが一つ増加するごとに所定サンプル分フレームをずらしたとき、離散時間の前後で、特異値分解法を適用するフレームが互いにオーバーラップしていることを特徴とする。また、前記雑音除去部は、離散時間ｋが一つ増加するごとに、１サンプル分フレームをずらすことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、第２の解決手段として、複数の観測信号を入力するステップと、前記複数の観測信号から雑音を除去する雑音除去ステップと、雑音が除去された複数の雑音除去信号を出力するステップとを含み、前記雑音除去ステップにおいて、前記複数の観測信号に対して特異値分解法を複数回適用することにより前記複数の観測信号から雑音を除去し、前記各回の特異値分解法は、前記複数の観測信号に対応する複数の入力信号を特異値分解法によって信号部分空間と雑音部分空間とに分離するとともに、分離された信号部分空間に対して前記複数の入力信号を直交射影することにより、時間領域の信号である複数の出力信号を抽出するものであることを特徴とする雑音除去方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニットなどにより、複数の観測信号に対して特異値分解法を複数回適用するようにしているので、ステレオ音声信号などのように互いに相関のある複数の観測信号から雑音を除去するような場合でも、入力された観測信号の波形を良好に保ったまま雑音のみを効果的に除去することができる。また、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニットなどにより、複数の観測信号に対して特異値分解法を複数回適用するようにしているので、複数の観測信号に対して適用される特異値分解法の回数を任意に設定することができ、センサーなどの数が少なく観測信号の個数が小さい場合でも、特異値分解ユニットの段数を増加させることにより容易に雑音軽減性能を向上させることができる。さらに、複数の観測信号に対して適用される雑音除去手法として特異値分解法を用いているので、雑音源の位置や数などがあらかじめ判明していない場合でも、信号成分と雑音成分とを容易に分離することができ、入力された観測信号から雑音を容易に除去することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
まず、図１により、本発明による雑音除去システムの一実施の形態の構成について説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係る雑音除去システム１０は、センサなどで検出されたＭ個の観測信号ｘｉ（ｋ）（ｉ＝１，２，…，Ｍ；ｋは離散時間）を入力するためのＭ個のチャンネル１１ａを有する入力部１１と、入力部１１のＭ個のチャンネル１１ａを介して入力されたＭ個の観測信号ｘｉ（ｋ）から雑音を除去する雑音除去部１２と、雑音除去部１２により雑音が除去されたＭ個の雑音除去信号ｙｉ（ｋ）（ｉ＝１，２，…，Ｍ；ｋは離散時間）を出力するためのＭ個のチャンネル１３ａを有する出力部１３とを備えている。
【００１６】
ここで、雑音除去部１２と出力部１３との間には、出力部１３から出力されるＭ個の雑音除去信号ｙｉ（ｋ）の振幅を増減させる振幅調整部１４が設けられている。なお、振幅調整部１４には、出力部１３の各チャンネル１３ａに対応してＭ個の振幅増減器１４ａが設けられている。ここで、各振幅増減器１４ａに付された符号ｃｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、雑音除去部１２から出力されるＭ個の信号のそれぞれに対して乗じられる係数を表しており、その係数の値は目的に応じて適宜調整される。具体的には例えば、出力部１３の後段に適応信号強調器（adaptive signal enhancer）などがさらに接続されるような場合には、特定の信号の強調などが良好に行われるように係数ｃｉの値が調整される。
【００１７】
また、雑音除去部１２は、入力部１１のＭ個のチャンネル１１ａを介して入力されたＭ個の観測信号ｘｉ（ｋ）を処理するものであり、互いにカスケード接続されたＮ段の特異値分解ユニット（ＳＶＤユニット）１２ａを有している。なお、各段の特異値分解ユニット１２ａは、Ｍ個のチャンネル１１ａのそれぞれに対応するＭ個の入力信号を特異値分解法によって信号部分空間と雑音部分空間とに分離するとともに、分離された信号部分空間に対してＭ個の入力信号を直交射影することにより、時間領域の信号であるＭ個の出力信号を抽出する。なお、各段の特異値分解ユニット１２ａで行われる特異値分解法の基本的な内容は、概略としては既存のもの（例えば文献１１および１２参照）と同様である。
【００１８】
以下、各段の特異値分解ユニット１２ａで行われる特異値分解法の詳細について説明する。
【００１９】
まず、入力信号データを、Ｌ×Ｍ行列の形式で行列Ｘ＝［ｘ１，ｘ２，…，ｘＭ］として表す。なお、行列Ｘの列ベクトルｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、ｘｉ＝［ｘ１ｉ，ｘ２ｉ，…，ｘＬｉ］Ｔ  （Ｔは転置ベクトルを表す）である。なお、本明細書中において、下線付きの英字はベクトルを表す。
【００２０】
このような行列Ｘは、Ｍ＜Ｌとすると、特異値分解法により次式（１）のように表される。
【００２１】
【数１】
0004228104.tif 000002
【００２２】
ここで、行列ＵおよびＶはそれぞれ、Ｕ＝［ｕ１，ｕ２，…，ｕＭ］∈ＲＬ×Ｍ、Ｖ＝［ｖ１，ｖ２，…，ｖＭ］∈ＲＭ×Ｍであり、それぞれ、ＵＴＵ＝ＩＭ、およびＶＴＶ＝ＩＭを満足する直交行列であるものとする。また、行列Σは、Σ＝diag（σ１，σ２，…，σＭ）∈ＲＭ×Ｍであり、σ１≧σ２≧…≧σＭ≧０であるものとする。なお、行列ＵおよびＶに含まれる列ベクトルは、それぞれ、Ｘの左側特異値ベクトルおよび右側特異値ベクトルと呼ばれる。また、行列Σの対角の成分は特異値と呼ばれ、信号の数やエネルギー、雑音レベルなどに関する情報を含んでいる。
【００２３】
なお、ＳＮ比が十分に高い場合には、行列Ｘは次式（２）のように分解される。
【００２４】
【数２】
0004228104.tif 000003
【００２５】
ここで、行列Σｓはｓ個の信号源に関連する最大特異値、行列Σｎは雑音に関連する（Ｍ−ｓ）個の特異値を表している。また、行列ＵｓおよびＶｓはともに信号源に関連するｓ個の特異値ベクトルを有し、行列ＵｎおよびＶｎはともに雑音に関連する（Ｍ−ｓ）個の特異値ベクトルを有している。なお、行列Ｕｓの列ベクトルにより張られた部分空間は信号部分空間と呼ばれ、行列Ｕｎの列ベクトルにより張られた部分空間は雑音部分空間と呼ばれる。
【００２６】
なお、信号部分空間と雑音部分空間とは理論上互いに直交していることから、信号部分空間に対して観測信号である雑音付きのデータを直交射影することにより、最小二乗近似の原理を利用して雑音の除去を行うことができる。
【００２７】
すなわち、雑音の除去が行われた後の出力信号データを、行列Ｙ＝［ｙ１，ｙ２，…，ｙＭ］（列ベクトルｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）はｙｉ＝［ｙ１ｉ，ｙ２ｉ，…，ｙＬｉ］Ｔ ）と表すものとすると、上述した直交射影により、行列Ｙは次式（３）により与えられる。
【００２８】
【数３】
0004228104.tif 000004
【００２９】
そして、上式（３）は、信号部分空間を表すベクトルの特性（直交特性）により、簡単に次式（４）のように表される。
【００３０】
【数４】
0004228104.tif 000005
【００３１】
すなわち、図１に示す各段の特異値分解ユニット１２ａでは、Ｍ個のチャンネル１１ａから入力されたＭ個の入力信号のＬサンプル分を１フレームとし、このＬ×Ｍ個の入力信号を含む行列Ｘに対して、上式（４）に従って特異値分解法を適用する。
【００３２】
ここで、従来のフレーム演算式を用いる既存の方法（例えば文献１１および１２参照）では、図２(b)に示すように、互いにオーバーラップしないＬサンプル分のフレーム単位で行列Ｘに対応する行列Ｙを求め、Ｌ×Ｍ個の出力信号を抽出するが、このような方法ではなく、図２(a)に示すように、１サンプルだけずれるような形で互いにオーバーラップするＬサンプル分のフレーム単位で、行列Ｘに対応する行列Ｙを求めるようにしてもよい。
【００３３】
なお、図２(a)に示す方法では、特異値分解法による出力結果としての行列Ｙのうち一部の要素（図２(b)の符号３１参照）のみが最終的な出力信号として用いられ、残りの要素は、離散時間ｋが一つ増加する（時間が１サンプル分進む）度に全て更新される。これに対し、図２(b)に示す方法では、特異値分解法による出力結果としての行列Ｙの全ての要素（図２(b)の符号３２参照）が最終的な出力信号として用いられる。なお、図２(a)に示す方法によれば、各段の特異値分解ユニット１２ａにおいて、信号部分空間を表す行列Ｕｓの更新が離散時間ｋの各点で行われることとなり、入力信号に対してフィルターと同じように機能することが可能となる。このため、図２(a)に示す方法は、図１に示すような複数段の特異値分解ユニット１２ａがカスケード接続された構成において特に好適に用いられる。
【００３４】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３５】
図１に示す雑音除去システム１０において、センサなどで検出されたＭ個の観測信号ｘｉ（ｋ）は、入力部１１のＭ個のチャンネル１１ａを介して雑音除去部１２に時系列的に順次入力される。
【００３６】
雑音除去部１２においては、まず、入力部１１のＭ個のチャンネル１１ａを介して入力されたＭ個の観測信号ｘｉ（ｋ）が第１段の特異値分解ユニット１２ａに入力される。第１段の特異値分解ユニット１２ａにおいては、上述した特異値分解法により、Ｍ個のチャンネル１１ａのそれぞれに対応するＭ個の入力信号を特異値分解法によって信号部分空間と雑音部分空間とに分離するとともに、分離された信号部分空間に対してＭ個の入力信号を直交射影することにより、時間領域の信号であるＭ個の出力信号を抽出し、その抽出されたＭ個の出力信号を次段（第２段）の特異値分解ユニット１２ａに送る。
【００３７】
その後、同様にして、第２段〜第Ｎ段の特異値分解ユニット１２ａにおいて、前段の特異値分解ユニット１２ａから出力されたＭ個の出力信号を入力信号として、第１段の特異値分解ユニット１２ａと同様の処理が行われる。
【００３８】
これにより、最終的に、第Ｎ段の特異値分解ユニット１２ａから、Ｍ個の観測信号ｘｉ（ｋ）から雑音が除去されたＭ個の信号が出力される。
【００３９】
ここで、このようにして出力されたＭ個の信号は、振幅調整部１４の各振幅増減器１４ａに入力され、各信号の振幅に対して係数ｃｉが乗じられる。
【００４０】
そして最終的に、振幅調整部１４の各振幅増減器１４ａにより振幅が増減された各信号は、雑音が除去されたＭ個の雑音除去信号ｙｉ（ｋ）として、出力部１３のＭ個のチャンネル１３ａを介して出力される。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニット１２ａにより、複数の観測信号ｘｉ（ｋ）に対して特異値分解法を複数回適用するようにしているので、ステレオ音声信号などのように互いに相関のある複数の観測信号ｘｉ（ｋ）から雑音を除去するような場合でも、入力された観測信号ｘｉ（ｋ）の波形を良好に保ったまま雑音のみを効果的に除去することができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、互いにカスケード接続された複数段の特異値分解ユニット１２ａにより、複数の観測信号ｘｉ（ｋ）に対して特異値分解法を複数回適用するようにしているので、複数の観測信号ｘｉ（ｋ）に対して適用される特異値分解法の回数を任意に設定することができ、センサーなどの数が少なく観測信号ｘｉ（ｋ）の個数（Ｍ）が小さい場合でも、特異値分解ユニット１２ａの段数（Ｎ）を増加させることにより容易に雑音軽減性能を向上させることができる。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、複数の観測信号ｘｉ（ｋ）に対して適用される雑音除去手法として特異値分解法を用いているので、信号源や雑音源の位置や数などがあらかじめ判明していない場合でも、信号成分と雑音成分とを容易に分離することができ、音声信号を検出するためのマイク（センサー）の位置や数にかかわらず入力された観測信号ｘｉ（ｋ）から雑音を容易に除去することができる。すなわち、既存の音声信号分離（speech separation）の手法（文献１３〜１７参照）などにおいては、例えば複数のマイク（センサー）が信号源の近くにそれぞれ設置されているときには有効であるが、信号源（例えば話者）の近くに全てのマイクが設置されていたり、雑音源からマイクが遠ざかっているときにはうまく機能しない、という問題があり、また、信号源の数がマイク（センサー）の数を上回っているときなども通常機能しない、という問題があるが、本実施の形態によれば、このような問題は生じない。また、音声信号などのように時間の経過に伴ってその振幅が急激に変化するような観測信号ｘｉ（ｋ）であっても、音声検出器（voice activity detector）などのメカニズムを用いることなく、観測信号ｘｉ（ｋ）から雑音を容易に除去することができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態においては、雑音除去部１２の各段の特異値分解ユニット１２ａ同士を直接接続するようにしているが、図３に示すように、雑音除去部１２の各段の特異値分解ユニット１２ａの間に遅延器（delay）１５，１６または前進器（advancer）１７，１８を挿入するようにしてもよい。
【００４５】
図３に示す雑音除去システム１０′は、図１に示す雑音除去システム１０において、雑音除去部１２の各段の特異値分解ユニット１２ａの間に遅延器１５，１６および前進器１７，１８を挿入したものである。なお、図３に示す雑音除去システム１０′は、ステレオ音声信号などのような強相関（strongly correlated）の２チャンネルの観測信号ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ）から雑音を除去する場合に好適に用いられるものであるが、基本的な構成については、図１に示す雑音除去システム１０と略同一である。図３に示す雑音除去システム１０′において、図１に示す雑音除去システム１０と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図３に示すように、雑音除去部１２は、各段の特異値分解ユニット１２ａから出力された２チャンネルの出力信号を互いにｐサンプルだけずらす遅延器１５，１６および前進器１７，１８を有している。具体的には、図３に示すように、第１段〜第（Ｎ／４）段のそれぞれの特異値分解ユニット１２ａの後段には第１チャンネル（観測信号ｘ１（ｋ）に対応するチャンネル）上に遅延器１５が設けられ、第（Ｎ／４＋１）段〜第（Ｎ／２）段のそれぞれの特異値分解ユニット１２ａの後段には第２チャンネル（観測信号ｘ２（ｋ）に対応するチャンネル）上に遅延器１６が設けられている。また、第（Ｎ／２＋１）段〜第（３Ｎ／４）段のそれぞれの特異値分解ユニット１２ａの後段には第１チャンネル上に前進器１７が設けられ、第（３Ｎ／４＋１）段〜第Ｎ段のそれぞれの特異値分解ユニット１２ａの後段には第２チャンネル上に前進器１８が設けられている。
【００４７】
このように、図３に示す雑音除去システム１０′によれば、一方のチャンネルの信号を他方のチャンネルの信号に対して遅延器１５，１６または前進器１７，１８によってｐサンプルだけずらすようにしているので、相関のない信号成分のみを効果的に弱めることができる。すなわち、ステレオ音声信号などのような強相関の２チャンネルの観測信号では、音声信号成分が時間軸において互いに強い相関がある一方で、除去されるべき雑音信号成分は白色雑音（white noise）などのように相関がない場合が多いので、図３に示すような雑音除去システム１０′により、音声信号成分の相関はある程度保ったまま、白色雑音である雑音信号成分の相関のみを弱めることができ、特異値分解法による観測信号からの雑音の除去をより効率的に行うことができる。このとき、サンプリング周波数（sampling rate/interval）が十分に高ければ、特異値分解法による信号部分空間の推定誤差はそれほど問題にならないので、このような観点でサンプリング周波数を設定することにより、最終的に出力される２チャンネルの雑音除去信号ｙ１（ｋ），ｙ２（ｋ）が、入力された観測信号ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ）の波形を良好に保つようにすることができる。
【００４８】
なお、図３に示す雑音除去システム１０′において、遅延器１５，１６および前進器１７，１８を各段の特異値ユニット１２ａの間へ挿入する態様は任意であるが、最終的に出力される雑音除去信号ｙ１（ｋ），ｙ２（ｋ）の時間の整合性を考慮して、各チャンネルには同数の遅延器および前進器を挿入することが好ましい。
【００４９】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００５０】
図１に示すような雑音除去システムを用いて、２チャンネルのステレオ音声信号から雑音を除去する実験を行った。なおここでは、ステレオ音声信号としては、無響室で３人の話者（男性２人、女性１人）によりそれぞれ録音（４８ｋＨｚでサンプリング）された３種類のステレオ音声信号を準備し、この３種類のステレオ音声信号のそれぞれに対して、次のような３種類の雑音（２チャンネル分の雑音）を加えた。
【００５１】
(1)  相関のない雑音
(2)  １つの白色雑音源から、無響室のインパルス応答（impulse response）を仮定して得られた固定のフィルターによって、ある程度の共相関（cross-correlation）を持たせた雑音
(3)  車のエンジン音をモデル化した周期的かつ広帯域の雑音
【００５２】
そして、図１に示すような構成の雑音除去システムを用いて、上述した９種類の雑音付きのステレオ音声信号から雑音を除去する実験を行った。なおここでは、特異値分解ユニットの段数Ｎは４、各段の特異値分解ユニットで用いられる解析用行列の長さＬは３２、係数ｃｉの値は０．１とした。
【００５３】
その結果、いずれの雑音付きのステレオ音声信号についても、雑音が十分に除去され、元の音声波形に近いものが得られた。
【００５４】
なお、比較実験として、各段の特異値分解ユニットの間に遅延器および前進器（サンプル数ｐ＝１または６）を挿入して、上述した９種類の雑音付きのステレオ音声信号から雑音を除去する実験を行ったところ、いずれの雑音付きのステレオ音声信号についても、遅延器および前進器を挿入した場合の方が、挿入しない場合に比べて雑音軽減性能が向上した。
【００５５】
また、比較実験として、従来の非線形スペクトル減算法（ＮＳＳ）を用いて、上述した９種類の雑音付きのステレオ音声信号から雑音を除去する実験を行ったところ、いずれの雑音付きのステレオ音声信号についても、音声波形が大きく変形され、しかも、副次的な、ある種の楽器のような雑音が付加された。
【００５６】
以下、上述した９種類の雑音付きのステレオ音声信号のうちの１つのステレオ音声信号を例にとり、実験結果を詳細に説明する。
【００５７】
図４は、上述した９種類の雑音付きのステレオ音声信号のうち、１つのステレオ音声信号（一人の男性により録音されたステレオ音声信号に、相関のない雑音を加えたもの）を用いた実験結果を示す図である。なお、図４(a)は雑音が加えられる前のステレオ音声信号の波形、図４(b)はステレオ音声信号に加えられた雑音信号の波形、図４(c)は非線形スペクトル減算法（ＮＳＳ）により雑音が除去された後のステレオ音声信号の波形、図４(d)は１段の特異値分解ユニットにより雑音が除去された後のステレオ音声信号の波形、図４(e)は４段の特異値分解ユニットにより雑音が除去された後のステレオ音声信号の波形である。
【００５８】
図４(d)(e)を比較すると分かるように、図４(e)に示す音声波形の方が図４(d)に示す音声波形よりも図４(a)に示す元の音声波形に近く、この結果は、実際に雑音除去後の信号を視聴した結果とも合致していた。なお、図４(c)に示す音声波形は、図４(e)に示す音声波形に比べて、図４(a)に示す元の音声波形と類似しているように見えるが、実際に雑音除去後の信号を視聴すると、副次的な、ある種の楽器のような雑音が付加されていた。
【００５９】
一方、上述した図４に示す実験で用いられたものと同じ雑音付きのステレオ音声データについて、特異値分解ユニットの段数を１から１０まで変化させながら利得（segmental gain）およびケプストラル距離（cepstral distance）（例えば文献１８および１９参照）を測定した。
【００６０】
図５(a)(b)はそれぞれ利得およびケプストラル距離の測定結果を示す図である。図５(a)(b)に示すように、カスケード接続されている特異値分解ユニットの段数Ｎを増加させることにより利得およびケプストラル距離ともその性能がほぼ直線的に向上することが分かる。
【００６１】
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【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ステレオ音声信号などの狭帯域信号から広帯域雑音を効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雑音除去システムの一実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明による雑音除去システムで用いられる特異値分解法の概要を説明するための図。
【図３】本発明による雑音除去システムの他の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明の具体的実施例に係る雑音除去システムを用いた実験結果を示す図。
【図５】本発明の具体的実施例に係る雑音除去システムにおいて特異値分解ユニットの段数を変化させた場合の利得およびケプストラル距離の測定結果を示す図。
【符号の説明】
１０，１０′  雑音除去システム
１１  入力部
１１ａ  チャンネル
１２  雑音除去部
１２ａ  特異値分解ユニット
１３  出力部
１３ａ  チャンネル
１４  振幅調整部
１４ａ  振幅増減器
１５，１６  遅延器
１７，１８  前進器
【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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