JP3619461B2 - 多チャネル雑音抑圧装置、その方法、そのプログラム及びその記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、音声会議装置、ＴＶ会議装置などの音声／音響装置、特に共通の音響空間において複数のマイクロホンにより集音された多チャネル入力信号から不要な雑音を抑圧する多チャネル雑音抑圧装置、その方法、そのプログラム及びその記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声会議、ＴＶ会議などの拡声話系では、マイクロホンで受音し、相手側に送られる送話信号に目的となる音声以外の周囲雑音が混入すると、音声の明瞭性が損なわれ、通話品質が著しく劣化する。このため、送話信号は含まれる目的音声以外の周囲雑音を抑圧することが求められている。
従来の雑音抑圧装置は例えば特開２０００−８２９９９号公報に示されている。この技術の詳細は同公報に示されているので、ここでは図２を参照して簡単に説明する。マイクロホン１１には、マイクロホンから離れた位置に居る人からの発声信号（目的信号）Ｓ（ｎ）と空調などの不要な周囲雑音Ｎ（ｎ）とが入力信号Ｘ（ｎ）＝Ｓ（ｎ）＋Ｎ（ｎ）として受音される。ここでｎは信号の時間表現を離散時間として表わす整数値である。
【０００３】
この入力信号Ｘ（ｎ）はＡ／Ｄ変換部２１でデジタル化された後、周波数帯域分割部２２でＭ個の周波数帯域の信号Ｘｋ（ｎ）（ｋ＝１，２，…，Ｍ）に分割される。この周波数帯域信号への分割は、短時間ごとに例えば離散フーリエ変換により周波数領域の信号に変換した後、Ｍ個の周波数帯域信号に分離する。入力信号パワー計算部２４で各周波数帯域信号Ｘｋ（ｎ）のパワーレベルＰｘ，ｋ（ｎ）が計算され、また各周波数帯域信号Ｘｋ（ｎ）は雑音パワー推定部５１でその帯域信号Ｘｋ（ｎ）内の雑音パワーＰａｖ_Ｎ，ｋ（ｎ）が推定される。瞬時ＳＮ比推定部２０１で入力信号パワーＰｘ，ｋ（ｎ）と雑音パワーＰａｖ_Ｎ，ｋ（ｎ）とから目的信号対雑音信号の比率ＳＮＲｋ（ｎ）′を求め、更にＳＮＲｋ（ｎ）′と１フレーム時刻前の推定値（雑音抑圧されたパワー）を用いて平均化したＳＮＲｋ（ｎ）を求める。
【０００４】
ゲインファクター計算部２７でこれらＳＮＲｋ（ｎ）′とＳＮＲｋ（ｎ）を用いて、ゲインファクターＧ（ＳＮＲｋ（ｎ））が決定され、このゲインファクターＧ（ＳＮＲｋ（ｎ））がゲインファクター挿入部２８において対応する周波数帯域信号Ｘｋ（ｎ）に対して乗算されて、雑音の抑圧が行われる。入力信号加算部５４において周波数帯域信号Ｘｋ（ｎ）のα倍と、ゲインファクター挿入部２８からの雑音抑圧された信号Ｙｋ （ｎ）′の（１−α）倍とが加算され、時間領域変換部２９でその加算された信号Ｙｋ（ｎ）の全帯域の信号が合成され、更に例えば逆離散的フーリエ変換により、時間領域の信号に変換され、更にＤ／Ａ変換部３０でアナログ信号に変換され、雑音抑圧された信号Ｙ（ｎ）として出力される。
【０００５】
加算率αは以下のようにして決定される。即ち、ＳＮＲｋ（ｎ）が長時間ＳＮ比計算部５２に入力されて、予め決められた時間の平均値ＳＮＲａｖｋ（ｎ）が計算され、このＳＮＲａｖｋ（ｎ）が最適入力信号加算率決定部５３に入力されて、ＳＮＲａｖｋ（ｎ）が大きい場合は例えばα＝０．０５、小さい場合はα＝０．５とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えばステレオ電話会議のように、一つの音響空間に複数のマイクロホンが設けられる多チャネル系において、各マイクロホンよりの各入力信号に対し、前記雑音抑圧装置をそれぞれ用いると、この多チャネルマイクロホンよりの入力信号を再生する側において、送話側の音源と対応した正しい音像が得られないことが判明した。これは各チャネルの抑圧ゲイン、つまりゲインファクターの推定誤差に基づくものと考えられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は各チャネルごとに入力信号を雑音抑圧部に入力し、その雑音抑圧部で推定した雑音比率を用いて入力信号中の雑音抑圧をして出力する多チャネル雑音抑圧装置であって、各チャネルの入力信号パワーの相対比が入力パワー比計算部で計算され、また各チャネルの雑音抑圧部の出力信号パワーの相対比が出力パワー比計算部で計算され、補正利得計算部により各チャネルごとに、入力信号パワーの相対比と出力信号パワーの相対比とを用いて、出力信号パワーの相対比を入力信号パワーの相対比とほぼ等しくする補正利得が計算され、その各補正利得により対応するチャネルの出力信号のレベルが各チャネルの利得補正部で補正される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の実施形態を示す。Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のマイクロホン１１−１，１１−２，…，１１−Ｍが同一音場空間に配されている。これらマイクロホン１１−１，…，１１−Ｍで受音された入力信号Ｘ１（ｎ），…，ＸＭ（ｎ）はそれぞれ、例えば図２に示した雑音抑圧部１６−１，…，１６−Ｍに入力されて、それぞれ雑音が抑圧されて信号Ｙ１（ｎ），…，ＹＭ（ｎ）として出力される。つまりＭチャネルの受音信号雑音抑圧系が構成されている。
【０００９】
この発明においては入力パワー比計算部６０において、各チャネルの雑音抑圧部１１−ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）に入力される入力信号Ｘｍ（ｎ）のパワーの相対比が計算される。この例では全チャネルの入力信号のパワーの和で規格化されたパワーの相対比を求めるようにした場合である。このため各入力信号Ｘｍ（ｎ）のパワーの全チャネル入力信号Ｘ１（ｎ）〜ＸＭ（ｎ）の各パワーの和に対する比が計算されて、入力信号のパワーの相対比とされる。この計算は短時間ごとに行われ、雑音抑圧部１６−ｍが図２に示したように短時間ごとに処理される場合は、その処理と合わせて各入力信号Ｘｍ（ｎ）の短時間ごとに行われる。つまり雑音抑圧部１６−ｍがＬ個の入力信号サンプル値Ｘｍ（ｎ−（Ｌ−１））〜Ｘｍ（ｎ）ごとに処理する場合は、各入力信号Ｘｍ（ｎ）の短時間パワーＰ_ｘｍは次式により計算される。
【００１０】
Ｐ_ｘｍ＝Σ｜Ｘｍ（ｎ−ｋ）｜^２ ，Σはｋ＝０からｋ＝Ｌ−１までの総和
更に全チャネルの入力信号のパワーの和Ｐ_ｘＡが次式で計算される。
Ｐ_ｘＡ＝Σ_ｍ＝１ ^ＭＰ_ｘｍ
各入力信号Ｘｍ（ｎ）のパワーの、全チャネルの入力信号パワーの和に対するパワー比Ｐ_ｘｍ／Ｐ_ｘＡが求められる。
また各チャネルの雑音抑圧部１６−ｍの出力信号Ｙｍ（ｎ）のパワーの相対比が、この例では全チャネルの出力信号のパワーの和で規格化されたものとして求められる。つまり各出力信号Ｙｍ（ｎ）のパワーの全チャネルの出力信号Ｙ１（ｎ）〜ＹＭ（ｎ）の各パワーの和に対するパワー比が出力パワー比計算部７０で計算される。この計算も入力パワー比計算部６０での計算と同様にして、各出力信号Ｙｍ（ｎ）の短時間パワーＰ_ｙｍが次式により計算される。
【００１１】
Ｐ_ym＝Σ｜Ｙm(ｎ−k)｜² ，Σはｋ＝０からｋ＝Ｌ−１までの総和
更に全チャネルの出力信号のパワーの和Ｐ_yA＝Σ_m=1 ^M Ｐ_ymが計算され、更に各出力信号Ｙｍ（ｎ）のパワーの全チャネルの出力信号パワーの和に対するパワー比Ｐ_ym／Ｐ_yAが求められる。
入力パワー比計算部６０で計算された各チャネルの入力信号パワーの相対比、この例ではパワー比Ｐ_xm／Ｐ_xAと、出力パワー比計算部７０で計算された各チャネルの出力信号パワーの相対比、この例ではパワー比Ｐ_ym／Ｐ_yAが補正利得計算部８０に入力され、各チャネルの出力信号パワーの相対比が、入力信号パワーの相対比とほぼ等しくなるように、この例では出力信号のパワー比Ｐ_ym／Ｐ_yAが対応する入力信号のパワー比Ｐ_xm／Ｐ_yAとほぼ等しくなるように各チャネルの出力信号Ｙｍ（ｎ）に対し利得制御するための補正利得Ｇｍが（Ｐ_xm／Ｐ_xA）／（Ｐ_ym／Ｐ_yA）の計算により求められる。
【００１２】
雑音抑圧部１６−１，…，１６−Ｍの各出力側に利得補正部９０−１，…，９０−Ｍが直列に挿入され、利得補正部９０−１，…，９０−Ｍで各出力信号Ｙ１（ｎ），…，ＹＭ（ｎ）に対し、補正利得Ｇ１，…，ＧＭがそれぞれ乗算されて、利得補正が行われる。従って雑音抑圧部１６−１，…，１６−Ｍにおける、目的信号に対する雑音比率、つまり例えば図２の場合におけるゲインファクターの推定誤差に基づき、出力信号のチャネルパワーの相対比が入力信号のチャネル内パワーの相対比と異っても、この利得補正部９０−１，…，９０−Ｍよりの利得補正された各チャネルの出力信号パワーの、全チャネルの出力信号パワーの和に対するパワー比が、対応するチャネルの入力信号Ｘｍ（ｎ）のパワーの全チャネルの入力信号パワーの和に対するパワー比と等しくなり、つまり出力信号パワーの相対比が入力信号パワーの相対比とほぼ等しくなる。従って、この利得補正された出力信号をマイクロホン１１−１，…，１１−Ｍの配置と同一の関係で配置したＭ′個のスピーカにより再生すれば、各チャネルの出力信号パワーの相対比が各チャネルの入力信号パワーの相対比と等しいため、発話音源と同一関係位置の音像が受話者に得られる。
【００１３】
上述においては、各入力信号パワーを全チャネルの入力信号パワーの和で規格化して入力信号パワーの相対比を求め、出力信号についても、同様に規格化してパワーの相対比を求めたが、任意の１つのチャネルの入力信号パワーにより各チャネルの入力信号パワーを規格化して入力信号パワーの相対比を求めてもよい、この場合は、出力信号についても、前記任意の１つのチャネルと同一チャネルの出力信号パワーにより各チャネルの出力信号パワーを規格化して、出力信号パワーの相対比を求める。このように１チャネルの信号により規格化する場合は、その基準となるチャネルのパワーの推定を誤ると、誤差が大きくなるが、全チャネルの信号パワーの和で規格化した方がそのような誤りは小さくなる。なお規格化することなく、単に入力信号パワーの相対比つまりＰ_ｘ１：Ｐ_ｘ２：Ｐ_ｘ３：…：Ｐ_ｘＭを求め、出力信号パワーも同様に求めてもよい。
【００１４】
雑音抑圧部１６−ｍとしては図２に示したものに限らず、入力信号中の雑音比率を推定し、その雑音比率を用いて入力信号中の雑音比率を抑圧する雑音抑圧部を用いてもよい。要は、多チャネルの場合に雑音抑圧部の入力信号レベルと、出力信号レベルの関係が同様にならないおそれがある雑音抑圧部を用いる場合にこの発明は適用できる。雑音抑圧部としては図２に示すものや前記公開公報中の従来技術として示しているもののように、特に、入力信号を周波数帯域に分割し、各周波数帯域ごとにその帯域の入力信号と推定雑音を用いて目的信号に対する雑音の比率を推定し、その比率に基づき、入力信号の対応周波数帯域信号の雑音を抑圧し、その雑音抑圧された周波数帯域信号を合成することを短時間ごとに行うものが好ましい。ここで短時間とは、例えば周波数帯域信号への変換を、８ｋＨｚサンプリング入力信号Ｘｍ（ｎ）列の５１２点（時刻）づつ行う場合は６４ｍｓとなり、入力パワーの相対比計算、出力パワーの相対比計算もこの時間ごとに行う。
【００１５】
入力パワー比計算部６０、出力パワー比計算部７０、補正利得計算部８０、利得補正部９０−１〜９０−Ｍはコンピュータによりプログラムを実行させることにより機能させてもよい。この場合は、そのプログラムはＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、磁気ディスクなどに記録されたものを、コンピュータ内のプログラム用メモリに取込んで行うことになる。このプログラム用メモリには、通信によりプログラムをダウンロードさせてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、従来の雑音抑圧技術を多チャネルに適用した場合に、音像の変位が生じる問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す機能構成図。
【図２】従来の雑音抑圧装置を示す機能構成図。

Claims (8)

1. 各チャネルごとにその入力信号を雑音抑圧部に入力し、その雑音抑圧部で推定した雑音比率を用いて入力信号中の雑音を抑圧して出力する多チャネル雑音抑圧装置において、
   上記各チャネルの入力信号が入力され、各チャネルの入力信号パワーの相対比を求める入力パワー比計算部と、
   上記各チャネルの雑音抑圧部からの出力信号について各チャネルの出力信号パワーの相対比を求める出力パワー比計算部と、
   上記入力信号パワーの相対比と上記出力信号パワーの相対比が入力され、各チャネルの出力信号パワーの相対比を、上記各チャネルの入力信号パワーの相対比と等しくするチャネルごとの補正利得を計算する補正利得計算部と、
   各チャネルごとに設けられ、そのチャネルの雑音抑圧部の出力信号と、そのチャネルの上記補正利得によりその出力信号のレベルを補正して出力する利得補正部と
   を具備することを特徴とする多チャネル雑音抑圧装置。
2. 上記入力パワー比計算部は全チャネルの入力信号パワーの和又は１つのチャネルの入力信号パワーにより規格化された入力信号パワーの相対比を求める計算部であり、
   上記出力パワー比計算部は全チャネルの出力信号パワーの和又は上記１つのチャネルの出力信号パワーにより規格化された出力信号パワーの相対比を求める計算部であることを特徴とする請求項１記載の多チャネル雑音抑圧装置。
3. 上記各雑音抑圧部は短時間ごとに、入力信号を複数の周波数帯域の信号に分割し、各周波数帯域ごとにその周波数帯域の入力信号と推定雑音を用いて目的信号に対する雑音比率を推定し、その比率に基づき対応周波数帯域の信号中の雑音を抑圧し、これら雑音抑圧された周波数帯域信号を合成する雑音抑圧部であり、
   上記入力パワー比計算部及び上記出力パワー比計算部は、それぞれ上記短時間ごとのパワーを求めて信号パワーの相対比を求めるものであることを特徴とする請求項１記載の多チャネル雑音抑圧装置。
4. 各チャネルごとに入力信号中の雑音比率を推定し、その雑音比率を用いて入力信号に対し雑音抑圧処理して出力する多チャネル雑音抑圧方法であって、
   各チャネルの入力信号パワーの相対比を計算し、
   上記各チャネルの雑音抑圧処理された出力信号のパワーの相対比を計算し、
   上記入力信号パワーの相対比と上記出力信号パワーの相対比を用いて、各チャネルの出力信号パワーの相対比を、上記各チャネルの入力信号パワーの相対比と等しくするチャネルごとの補正利得を計算し、
   これら各補正利得により対応するチャネルの雑音抑圧処理された出力信号のレベルを補正することを特徴とする多チャネル雑音抑圧方法。
5. 上記入力信号のパワーの相対比は、全チャネルの入力信号のパワーの和又は１つのチャネルの入力信号のパワーにより規格化し、
   上記出力信号のパワーの相対比は、全チャネルの出力信号のパワーの和又は上記１つのチャネルの出力信号のパワーにより規格化することを特徴とする請求項４記載の多チャネル雑音抑圧方法。
6. 上記各チャネルごとの雑音抑圧処理は、短時間ごとに、そのチャネルの入力信号を複数の周波数帯域の信号に分割し、各周波数帯域ごとにその周波数帯域の入力信号と推定雑音を用いて目的信号に対する雑音比率を推定し、その比率に基づき、対応周波数帯域の信号中の雑音を抑圧し、これら雑音抑圧された周波数帯域信号を合成して出力する処理であり、
   上記入力信号パワーの相対比の計算、上記出力信号パワーの相対比の計算、上記補正利得の計算、上記出力信号のレベル補正は上記短時間ごとに行うことを特徴とする請求項４又は５記載の多チャネル雑音抑圧方法。
7. 請求項４乃至６の何れかに記載の多チャネル雑音抑圧方法をコンピュータにより実行させるプログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムが記録されたコンピュータにより読み出し可能な記録媒体。

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