JP3778358B2 - Sound source separation method, apparatus and program thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空間的に異なる位置の複数の音源からの音響信号を、2個のマイクロホンを用いて受信し、これらマイクロホン出力信号を狭い複数の帯域に分割し、各帯域ごといずれの音源からの信号かを判別し、同一音源からの信号と判別された信号を合成して1つの音源信号を収音する音源分離方法、その装置及びプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のゾーン分離収音技術には、例えば、音が持つ次のような特徴を利用したものがある。音はいくつかの周波数成分の和として表現されることが知られている。そこで、複数の音源が同時に発音している場合、これを2個以上のマイクロホンで受音し、これら各マイクロホンの出力チャネル信号を、各音源信号の周波数成分が周波数軸上で重ならない程度の帯域に分割し、チャネル信号間の音響信号パラメータ値差つまり周波数成分の到達位相差や到達レベル差を基に、各周波数成分それぞれがどの音源からのものであるかを判定し、同一音源からの成分を集めて合成することにより、各音源毎の音を個別に収音する方法が用いられていた(例えば特許文献1参照)。
【0003】
この従来技術について図1を参照して簡単に説明する。例えば20cm程度の間隔で設けられたマイクロホン1と2からの出力チャネル信号はチャネル間パラメータ値差検出部3において、マイクロホン1,2の位置に起因して変化するマイクロホン1,2に到達する音響信号のパラメータ値の差、つまりマイクロホン1,2に到達した音響信号のレベル差や到達時間差がチャネル間パラメータ値差として検出される。またマイクロホン1,2の各出力チャネル信号は帯域分割部4によりそれぞれ例えば離散的フーリエ変換され、更に複数の周波数帯域の信号に分割される。この各帯域の幅は各音源信号の周波数特性の差から、ひとつの音源信号の成分のみが主として存在する程度、例えば20Hzとする。帯域分割された両チャネル信号は、帯域別チャネル間パラメータ値差検出部5において、互いに同一帯域信号ごとに音響信号のパラメータ値の差が、帯域別チャネル間パラメータ値差としてそれぞれ検出される。
【0004】
チャネル間パラメータ値差と、帯域別チャネル間パラメータ値差が音源信号判定部6Aに入力され、音源信号判定部6Aにおいて各帯域ごとにその帯域信号がいずれの音源からの信号であるかの判定がしきい値を用いて行われる(前記特許文献1の図9中のステップS34,S35)。その判定結果に基づき、各チャネル信号の帯域分割された信号中の同一音源信号と判定されたものが音源信号選択部6Bで選択され、これら同一音源信号と判定されたものが音源信号別に音源合成部7A,7Bで合成されて、それぞれ、音源8,9からの信号として出力される。
【0005】
音源信号判定部6Aで判定に用いるしきい値としては、特許文献1の段落番号[0033]及び[0034]に次のように示されている。マイクロホン1と2を結ぶ線の2等分線に対して音源8と9が対称に位置している場合は、0をしきい値とし、音源8と9がこのような関係にない場合は、音源8の信号がマイクロホン1,2に到達する帯域別チャネル間レベル差をΔLA 、到達する帯域別チャネル間時間差をΔτA 、音源9の信号がマイクロホン1,2に到達する帯域別チャネルレベル差をΔLB 、到達する帯域別チャネル間時間差をΔτB とすると、帯域別チャネル間レベル差のしきい値ΔLthは、
ΔLth=(ΔLA +ΔLB )/2
とし、帯域別チャネル間時間差のしきい値Δτthは
Δτth=(ΔτA +ΔτB )/2
とする。しかし、これは一方の音源のみ発音している理想的な場合であり、実際には、音源のマイクロホンに対する方向、距離はわかっていないため、しきい値ΔLth,Δτthを可変として、分離がよく行われるようにΔLth,Δτthを調整することが記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特許第3355598号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来においてはしきい値ΔLth,Δτthを自動で計測する技術がなく、従来においては試行錯誤の上、しきい値を決定する必要があった。
また手間を掛てしきい値を決定しても、そのしきい値を長い時間用いると、音源の変動により、性能が劣化する問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法によれば互いに離して配置された2個のマイクロホンの各出力チャネル信号を、複数の周波数帯域に分割し、これら分割された各出力チャネル信号の各同一帯域毎に、上記複数のマイクロホンの位置に起因して変化する、マイクロホンに到達する音響信号のパラメータの値の差を、帯域別チャネル間パラメータ値差として検出し、これら各帯域の帯域別チャネル間パラメータ値差に基づき、その帯域の上記帯域分割された各出力チャネル信号のいずれがいずれの音源から入力された信号であるかをしきい値を用いて判定し、この判定に基づき、上記帯域分割された各出力チャネル信号から、同一音源から入力された信号を少なくとも一つ選択し、この同一音源からの信号として選択された複数の帯域信号を音源信号として合成する音源分離方法において、
目的音源信号と雑音信号が混ざった混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差を検出し、また、雑音信号のチャネル間音響信号パラメータ値差を検出し、これら混合信号のチャネル間パラメータ値差と、雑音信号のチャネル間パラメータ値差の値に基づき、上記しきい値を求めることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態の機能構成例を図1に示す。図1から理解されるように、従来の音源分離装置に対し新たに機能が付け加えられる。
この発明では目的音源信号と雑音信号が混ざった混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差と、雑音信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差とをそれぞれ検出する。このためマイクロホン1,2の各出力チャネル信号が、目的音源信号と雑音信号が混ざった混合信号であるか、雑音信号であるかを有音判定部11で判定する。この例ではマイクロホン1と2の各出力チャネル信号が有音判定部11に入力され、有音判定部11は両チャネル信号のパワーが所定レベルを所定時間継続して超えたら両チャネル信号が混合信号であり、これより所定レベル以下になれば、混合信号の状態にないと判定し、また両チャネル信号のパワーが前記所定レベルより小さい所定レベル以下で継続していれば両チャネル信号は雑音信号であると判定する。あるいは音源が例えば人間がスイッチを操作して発話するようなものである場合は、そのスイッチ操作に基づく信号を有音判定部11に入力して、音源が発音状態、つまりその時の両チャネル信号は混合信号であり、スイッチ操作が停止されている状態の両チャネル信号は雑音信号と判定するようにしてもよい。
【0010】
またこの例では帯域分割されたチャネル信号について帯域別チャネル間パラメータ値差を検出した場合である。つまり帯域別チャネル間パラメータ値差検出部5で検出された各帯域別チャネル間パラメータ値差は各帯域ごとに切替えることができる切替部12へ供給され、切替部12は有音判定部11よりの混合信号と判定した出力により制御され、入力された各帯域別チャネル間パラメータ値差が信号用パラメータ値差保持部13Sに更新格納保持される。有音判定部11よりの出力が混合信号と判定していなければ、入力された各帯域別チャネル間パラメータ値差が雑音用パラメータ値差保持部13Nに更新格納保持される。この場合、有音判定部11が雑音信号と判定した出力により、帯域別チャネル間パラメータ値差を雑音用パラメータ値差保持部13Nに更新格納保持させ、混合信号とも雑音信号とも判定していない場合は、雑音用パラメータ値差保持部13Nに対する更新格納保持は行なわないようにすることが好ましい。
【0011】
信号用パラメータ値差保持部13Sに保持されている混合信号の帯域別チャネル間パラメータ値差と、雑音用パラメータ値差保持部13Nに保持されている雑音信号の帯域別パラメータ値差とに基づいてしきい値決定部14でしきい値が決定される。
例えば音源8が目的音源とし、目的音源信号をs(t)、雑音信号をn(t)とする。tは離散的時刻である。マイクロホン1の出力混合信号を(s+n)1M(t)、マイクロホン2の出力混合信号を(s+n)2M(t)、マイクロホン1の出力雑音信号をn1N(t)、マイクロホン2の出力雑音信号をn2N(t)とし、チャネルパラメータとしてレベルを用いる場合を例とし、各混合信号(s+n)1M(t)、(s+n)2M(t)の帯域分割された各帯域fi(i=1,2,…,I:Iは帯域分割数)の帯域信号レベルをL1M[fi],L2M[fi]とし、各雑音信号n1N(t),n2N(t)の帯域分割された各帯域fiの帯域信号レベルをL1N[fi],L2N[fi]とする。この時、混合信号の帯域別チャネル間レベル差ΔLM[fi]は次式で与えられる。
ΔLM[fi]=L2M[fi]−L1M[fi]
レベルの単位はdB表示である。
【0012】
雑音信号の帯域別チャネル間レベル差ΔLN[fi]は次式で与えられる。
ΔLN[fi]=L2N[fi]−L1N[fi]
これら帯域別チャネル間レベル差ΔLM[fi]とΔLN[fi]が信号用パラメータ値差保持部13S、雑音用パラメータ値差保持部13Nにそれぞれ保持される。しきい値決定部14ではこれら帯域別チャネル間レベル差ΔLM[fi]とΔLN[fi]を用いて帯域別しきい値Lth[fi]が例えば次式に示すように平均値として決定される。
Lth[fi]=(ΔLM[fi]+ΔLN[fi])/2
最初から分離性能を良くする点からはしきい値Lth[fi]としては平均値がよいが、ΔLM[fi]とΔLN[fi]との間の値、予め決めた比率でΔLM[fi]よりもΔLN[fi]に近い値をしきい値Lth[fi]としてもよい。
【0013】
このように決定された帯域別しきい値Lth[fi]はしきい値部15に設定され、音源信号判定部6Aにおいて、帯域fiの帯域信号がいずれの音源から入力された信号であるかの判定のためのしきい値として用いられる。このしきい値としては帯域別しきい値Lth[fi]の代表値Lthを代表決定部16で決定して、各帯域fiに共通のしきい値Lthを用いていずれの音源から入力された信号であるかの判定を行ってもよい。代表値Lthの決定は例えばLth[fi]の平均値あるいは最大のLth[fi]などによる。
【0014】
この音源分離装置を最初に用いる場合は、図2に示すように混合信号(s+n)1M(t),(s+n)2M(t),雑音信号n1N(t),n2N(t)を例えば3〜5秒の定めた時間、バッファ(図1中には特に示していない)に格納し(S1)、これら信号の安定したものが得られた状態で混合信号の帯域別チャネル間パラメータ値差を検出し(S2)、また雑音信号の帯域別チャネル間パラメータ値差を検出する(S3)。これらの検出は帯域分割部4及び帯域別チャネル間パラメータ値差検出部5により行う。前記バッファを省略してパラメータ値差保持部13をバッファとして作用させても、安定した信号の帯域別チャネル間パラメータ値差がパラメータ値差保持部13に更新保持されることになる。次にこれら混合信号の帯域別チャネル間パラメータ値差と雑音信号の帯域別チャネル間パラメータ値差に基づき、帯域別しきい値を決定しこれをしきい値設定部15に設定する(S4)。この初期設定の後、音源分離処理を開始する。なおしきい値としては帯域別しきい値からその代表値を決定し(S5)、これを音源信号判定に用いてもよい。
【0015】
以上のように決定したしきい値Lth[fi]又はLthをそのまま採用した場合に以下に記す不具合がおきるおそれがある。すなわち、しきい値Lth[fi]を最も精度よく求めるためには、混合信号の帯域別チャネル間レベル差ΔLM[fi]は、なるべく雑音n(t)が入らず、目的信号s(t)だけが発音している信号を使うのが望ましい。しかし、実際の環境においては、雑音が全て発生しておらず、目的音源だけが発音している状態を得ることが難しい。よって、ΔLM[fi]つまり、従来技術の項で述べた帯域別チャネル間レベル差ΔLA は目的音源信号と雑音信号が混在した信号から近似的に算出することになる。よって、必ずしも最適なしきい値Lth[fi]になっているとは限らない。
【0016】
そこで、前述のようにして決定したしきい値Lth[fi]を初期値とし、初期値を用いた場合の分離結果を評価し、つまり分離前の信号と分離後の信号とを用いて例えば分離性能を表わす評価値を分離評価部21で計算し、その評価が所定の範囲に入るようにしきい値Lth[fi]を修正部22により修正する。
【0017】
まず、初期しきい値Lth[fi]を用いて、あらかじめバッファ24に記憶してある目的音源信号と雑音信号の混合信号を分離処理する。即ち図3Aに示すように、目的音源8が発音している状態において雑音源9も発音しているから、先に述べたようにマイクロホン1,2からの混合信号(s+n)1M(t),(s+n)2M(t)がこの発明による音源分離装置10により分離処理されて、目的音源信号(s+n)′1M(t)が分離出力される。あるいは図3Bに示すように目的音源8が発音していない状態においてはマイクロホン1,2からの雑音信号n1N(t),n2N(t)が音源分離装置10により分離処理されて雑音信号n′1N(t)が分離出力される。
【0018】
これら分離前の信号(s+n)1M(t),n1N(t)と分離処理後の信号(s+n)′1M(t),n′1N(t)とのいくつかを用いて分離性能を表わす評価値を分離評価部21で計算する(S1、図4)。分離性能を表わす評価値としては例えば次に示す各種の信号対雑音比(SNR)の何れかを用いることができる。
【数1】
演算子・は相関関数を表す。0≦SNR4 ≦1である。
【0019】
評価値SNR1 〜SNR4 の何れかを計算し、その評価値が所定の範囲x1<SNR<x2dBに入るようにしきい値Lth[fi]を修正する。例えば修正判定部23において評価値SNRが上限値x2を超えているかを調べ(S2)、超えていればしきい値設定部15内のしきい値Lth[fi]を所定値Δthだけ、しきい値修正部22により減少させる(S3)。
修正判定部23ではステップS2で評価値SNRが上限値x2を超えていなければ下限値x1より小さいかを調べ(S4)、小さければしきい値設定部15内のしきい値Lth[fi]を所定値Δthだけ、しきい値修正部22により増加させる(S5)。ステップS3及びS5の後、ステップS1に戻り、修正したしきい値Lth[fi]により再び分離処理を行って評価値SNRを求める。以下同様にして、ステップS4で評価値SNRが下限値より小さくなければ、修正処理を終了する。
【0020】
例えばx1=15dB、x2=20dB程度とする。しかし雑音が大きい場合は、大きなSNRが得られないため、同一音源からの帯域信号と判定される帯域が少なくなり、分離信号の歪みが大きくなる。そのような場合はx1=10dB、x2=15dB程度がよい。修正量Δthは例えば0.1〜0.2dB程度がよい。
評価値SNR2 〜SNR4 は目的音源信号成分と、雑音信号成分との両者を用いている点で実際の環境にあっている点で分離性能との対応がよいが、SNR2 とSNR3 はSNR4 より演算量が少ない点がよい。
【0021】
評価値としては信号対歪比SDRを用いてもよい。SDRは例えば次の何れかにより求める。
【数2】
演算子・は相関関数を表す。
【0022】
SDR1 とSDR2 は分離性能との対応では同一程度であるが、SDR1 はSDR2 より計算量が少ない点がよい。この評価値SDRを用いた場合も、これが下限値y1と上限値y2との間に入るように、例えば図4に括弧書で示す手順でしきい値Lth[fi]を修正する。SDRがy1より小であれば、同一音源からの帯域信号と判定される帯域が少なくなり歪が大きくなるのでしきい値Lth[fi]を小さくし、SDRがy2より大であれば雑音の混入が多くなるのでしきい値Lth[fi]を大とする。例えば下限値y1=8dB、上限値y2=10dB程度とし、雑音が多い場合はy1=5,y2=8程度とした方が、雑音成分も除去され易い。しきい値修正量Δthは0.1〜0.2dB程度がよい。
【0023】
目的音源の位置、方向が変化したり、雑音環境が変化したりする点で設定したしきい値は適当な周期で更新するようにするとよい。また更新するようにすれば初期値として例えば0を設定させて、分離処理と、しきい値更新処理とを並列的に行わせることもできる。
例えば図5に示すように、まずしきい値の初期値としきい値設定部15に設定する(S1)。この初期値は前述したようにして求めてもよいし、適当な値を設定してもよい。
その後一定時間経過するのを待つ(S2)。この一定時間は例えば10〜30秒とするが、使用環境や目的に応じ、速く適したしきい値に追従させる必要があれば、それに応じて短時間にする。帯域分割部4において例えば離散的フーリエ変換を行うが、その変換フレーム単位でしきい値を更新してもよい。
【0024】
一定時間が経過すると、しきい値の更新処理を行う(S3)。この更新処理は図2に示した処理を行うことになる。この際、ステップS2で待っている間においても音源分離処理と併行して、有音判定部11の出力によりパラメータ値差保持部13に対する更新格納保持を行うようにすれば、更新処理が始まると、その時のパラメータ値差保持部13に保持されている帯域別チャネル間パラメータ値差を用いてしきい値を決定し、このしきい値でしきい値設定部15のしきい値を更新することにより、短時間で更新処理を行うことができる。この更新処理の後、ステップS2に戻って一定時間の経過を待つ。このようにして一定時間ごとにしきい値が更新され、品質のよい分離信号を得ることができる。
【0025】
この更新処理の際に、前回の評価値よりよくなった場合に更新を行い、よくならなければ更新を行わないようにすることが好ましい。例えば図5に示すように、ステップS2の後、図2に示した処理によりしきい値を計算し(S4)、このしきい値を用いて、分離処理を行って、分離評価部21で評価値(SNR又はSDR)を計算する(S5)。この評価値と前回の評価値とを更新判定部25で比較し(S6)、前回より良く(大きく)なっていれば更新を実行し、つまりステップS4で計算したしきい値、従ってステップS4で評価値計算に用い、その時、しきい値設定部15に設定されているしきい値をそのまま分離処理に用いる。
【0026】
しかし前回の評価値より悪く(小さく)なった場合は、それまでに用いていたしきい値、つまりステップS2で待っている時間の間、分離処理に用いていたしきい値を用いる。従って、一定時間経過しても、しきい値の更新は行わないでステップS2に戻る。この更新を行わない処理ができるように、ステップS5における評価値計算のための分離処理中は、それまでのしきい値、メモリに避難させておくか、評価値計算のための分離処理の際に用いるしきい値はしきい値決定部14内のしきい値を用い、ステップS7の更新実行において、しきい値決定部14内のしきい値をしきい値設定部15に設定更新するようにする。ステップS4のしきい値計算も、一定時間の経過を待っている間に、有音判定部11の出力により、パラメータ値差保持部13に対する更新格納を行わせておくことにより、短時間でしきい値を計算することができる。
【0027】
図4に示した計算したしきい値の修正処理は、図5中に破線で示すように、ステップS1の初期設定が図2に示した処理により行う場合は、そのしきい値に対し行ってもよく、またステップS3の更新処理で計算したしきい値に対して行ってもよく、ステップS4で計算したしきい値に対して行ってもよい。
【0028】
上述においては混合信号の帯域別チャネル間レベル差ΔLM[fi]と雑音信号の帯域別チャネル間レベル差ΔLN[fi]を用いてしきい値Lth[fi]を決定したが、混合信号のチャネル間レベル差ΔLM と雑音信号のチャネル間レベル差ΔLN を用いてしきい値Lthを決定し、これを各帯域信号について共通に用いてどの音源からの信号であるかの判定を行うようにしてもよい。このチャネル間レベル差ΔLM とΔLNは例えばチャネル間差検出部3からの出力を、有音判定部11の出力により選別して取り出せばよい。更にこの発明は混合信号の帯域別チャネル間時間差ΔτM[fi]と雑音信号の帯域別チャネル間時間差ΔτN[fi]を用いて、あるいは混合信号のチャネル間時間差ΔτM と雑音信号のチャネル間時間差ΔτN を用いて、しきい値τth[fi]又はτthを決定してもよい。要は混合信号と雑音信号について帯域別を含む広義のチャネル間パラメータ値差を用いてしきい値を決定すればよい。
【0029】
この発明による音源分離装置はコンピュータに機能させてもよい。この場合は上述したこの発明の音源分離方法の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムをCD−ROM、磁気ディスク、その他の記録媒体あるいは通信回線を介してコンピュータ内にダウンロードして、このプログラムを実行させればよい。
【0030】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、目的音源信号+雑音信号のチャネル間パラメータ値差と、雑音信号のチャネル間パラメータ値差を元にしきい値を決定することができ、従来、人手で試行錯誤して決定していたしきい値を、あらかじめ測定可能な物理量から決定でき、多くの手間と時間が省け、しかも一定の性能で音源分離装置を動作させることが可能となる。
また、必要に応じてしきい値を逐次更新する構成とすることにより、信号の時間変動にしきい値が追随し、この際、更新前のしきい値と新たに求めたしきい値の評価値を比較し、性能の高いほうのしきい値を常に選べば、この評価値の比較を行うことなく毎回しきい値を更新する場合に比べてより安定した性能で分離処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の装置の機能の構成例を示す図。
【図2】この発明によるしきい値を求める手順の例を示す流れ図。
【図3】評価値としてのSNR,SDRの算出に必要な信号を示す図。
【図4】しきい値修正処理の手順の例を示す流れ図。
【図5】しきい値更新の処理手順の例を示す流れ図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention receives acoustic signals from a plurality of sound sources at spatially different positions using two microphones, divides the microphone output signal into a plurality of narrow bands, and from each sound source for each band. The present invention relates to a sound source separation method, an apparatus, and a program for collecting a single sound source signal by determining whether the signal is a signal and synthesizing the determined signal with a signal from the same sound source.
[0002]
[Prior art]
For example, conventional zone separation and sound collection techniques utilize the following characteristics of sound. It is known that sound is expressed as the sum of several frequency components. Therefore, when a plurality of sound sources are sounding simultaneously, they are received by two or more microphones, and the output channel signals of these microphones are banded so that the frequency components of the sound source signals do not overlap on the frequency axis. To determine which sound source each frequency component is based on the acoustic signal parameter value difference between channel signals, that is, the arrival phase difference or arrival level difference of the frequency components, and components from the same sound source. A method of collecting sounds for each sound source individually by collecting and synthesizing them is used (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
This prior art will be briefly described with reference to FIG. For example, the output channel signals from the
[0004]
The inter-channel parameter value difference and the inter-band parameter value difference between the bands are input to the sound source signal determination unit 6A, and the sound source signal determination unit 6A determines from which sound source the band signal is for each band. This is performed using a threshold value (steps S34 and S35 in FIG. 9 of Patent Document 1). Based on the determination result, those determined as the same sound source signal in the band-divided signal of each channel signal are selected by the sound source signal selection unit 6B, and those determined as the same sound source signal are synthesized for each sound source signal. The signals are synthesized by the
[0005]
The threshold values used for determination by the sound source signal determination unit 6A are shown in paragraph numbers [0033] and [0034] of
ΔLth = (ΔL A + ΔL B ) / 2
And the threshold value Δτth of the time difference between channels for each band is Δτth = (Δτ A + Δτ B ) / 2.
And However, this is an ideal case where only one sound source is sounding. Actually, since the direction and distance of the sound source with respect to the microphone are not known, the thresholds ΔLth and Δτth can be made variable to perform separation well. It is described that ΔLth and Δτth are adjusted as described.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3355598 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, there is no technique for automatically measuring the threshold values ΔLth and Δτth, and conventionally, it has been necessary to determine the threshold values through trial and error.
Even if the threshold value is determined by taking time and effort, if the threshold value is used for a long time, there is a problem that the performance deteriorates due to the fluctuation of the sound source.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the method of the present invention, each output channel signal of two microphones arranged apart from each other is divided into a plurality of frequency bands, and each of the divided output channel signals is divided into the plurality of the above-mentioned plurality of frequency channels. The difference in the parameter value of the acoustic signal reaching the microphone, which changes due to the position of the microphone, is detected as the parameter value difference between channels for each band, and based on the parameter value difference between channels for each band, It is determined by using a threshold value which one of the output channel signals divided into the bands is a signal input from which sound source, and based on the determination, from each output channel signal divided in the band Select at least one signal input from the same sound source, and synthesize multiple band signals selected as signals from this same sound source as sound source signals In that sound source separation method,
The difference between the acoustic signal parameter values between the channels of the mixed signal in which the target sound source signal and the noise signal are mixed, and the difference between the acoustic signal parameter values between the channels of the noise signal is detected. The threshold value is obtained based on the value of the parameter value difference between channels of the noise signal.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the functional configuration of the embodiment of the present invention is shown in FIG. As will be understood from FIG. 1, a new function is added to the conventional sound source separation apparatus.
In the present invention, an acoustic signal parameter value difference between channels of a mixed signal in which a target sound source signal and a noise signal are mixed and an acoustic signal parameter value difference between channels of a noise signal are detected. Therefore, the sound determination unit 11 determines whether each output channel signal of the
[0010]
In this example, the channel-specific parameter value difference for each band is detected for the band-divided channel signal. That is, the inter-band parameter value difference between channels detected by the inter-band parameter value
[0011]
Based on the inter-channel parameter value difference for each band of the mixed signal held in the signal parameter value difference holding unit 13S and the band-by-band parameter value difference of the noise signal held in the noise parameter value
For example, the
ΔL M [fi] = L 2M [fi] −L 1M [fi]
The unit of the level is dB display.
[0012]
The inter-channel level difference ΔL N [fi] of the noise signal is given by the following equation.
ΔL N [fi] = L 2N [fi] −L 1N [fi]
These inter-channel level differences ΔL M [fi] and ΔL N [fi] are held in the signal parameter value difference holding unit 13S and the noise parameter value
Lth [fi] = (ΔL M [fi] + ΔL N [fi]) / 2
Although it is the average value as a threshold value Lth [fi] From the viewpoint of improving the separation performance from the initial value between the [Delta] L N [fi] and [Delta] L M [fi], in predetermined ratio [Delta] L M [ A value closer to ΔL N [fi] than fi] may be used as the threshold value Lth [fi].
[0013]
The band-specific threshold value Lth [fi] determined in this way is set in the
[0014]
When this sound source separation device is used for the first time, as shown in FIG. 2, mixed signals (s + n) 1M (t), (s + n) 2M (t), noise signals n 1N (t), n 2N (t) are used, for example. Stored in a buffer (not shown in FIG. 1) for a predetermined time of 3 to 5 seconds (S1), and obtained a stable signal of these signals, the difference in parameter values between channels of the mixed signal by band Is detected (S2), and a parameter value difference between channels of the noise signal for each band is detected (S3). These detections are performed by the
[0015]
When the threshold value Lth [fi] or Lth determined as described above is adopted as it is, the following problems may occur. That is, in order to obtain the threshold value Lth [fi] with the highest accuracy, the inter-band level difference ΔL M [fi] of the mixed signal does not contain noise n (t) as much as possible, and the target signal s (t) It is desirable to use signals that only sound. However, in an actual environment, it is difficult to obtain a state where all noise is not generated and only the target sound source is sounding. Accordingly, ΔL M [fi], that is, the inter-band level difference ΔL A described in the section of the prior art is approximately calculated from a signal in which the target sound source signal and the noise signal are mixed. Therefore, the optimum threshold value Lth [fi] is not always obtained.
[0016]
Therefore, the threshold value Lth [fi] determined as described above is used as an initial value, and the separation result when the initial value is used is evaluated, that is, for example, separation is performed using the signal before separation and the signal after separation. An evaluation value representing performance is calculated by the
[0017]
First, using the initial threshold value Lth [fi], the mixed signal of the target sound source signal and the noise signal stored in advance in the
[0018]
The separation performance is expressed by using some of these signals (s + n) 1M (t), n 1N (t) before separation and signals (s + n) ′ 1M (t), n ′ 1N (t) after separation processing. An evaluation value is calculated by the separation evaluation unit 21 (S1, FIG. 4). As the evaluation value representing the separation performance, for example, any of the following various signal-to-noise ratios (SNR) can be used.
[Expression 1]
The operator · represents a correlation function. 0 ≦ SNR 4 ≦ 1.
[0019]
Any one of the evaluation values SNR 1 to SNR 4 is calculated, and the threshold value Lth [fi] is corrected so that the evaluation value falls within a predetermined range x1 <SNR <x2 dB. For example, the
If the evaluation value SNR does not exceed the upper limit value x2 in step S2, the
[0020]
For example, x1 = 15 dB and x2 = 20 dB. However, when the noise is large, a large SNR cannot be obtained, so that the band determined to be a band signal from the same sound source is reduced and the distortion of the separated signal is increased. In such a case, x1 = 10 dB and x2 = 15 dB are preferable. The correction amount Δth is preferably about 0.1 to 0.2 dB, for example.
The evaluation values SNR 2 to SNR 4 have good correspondence with the separation performance in terms of using the target sound source signal component and the noise signal component in the actual environment, but SNR 2 and SNR 3 are The point that the amount of calculation is smaller than SNR 4 is good.
[0021]
A signal-to-distortion ratio SDR may be used as the evaluation value. For example, the SDR is obtained by any of the following.
[Expression 2]
The operator · represents a correlation function.
[0022]
SDR 1 and SDR 2 have the same degree of correspondence with the separation performance, but SDR 1 is advantageous in that it has a smaller amount of calculation than SDR 2 . Even when this evaluation value SDR is used, the threshold value Lth [fi] is corrected by a procedure shown in parentheses in FIG. 4 so that it falls between the lower limit value y1 and the upper limit value y2. If the SDR is smaller than y1, the band determined to be a band signal from the same sound source decreases and distortion increases, so the threshold value Lth [fi] is reduced, and if the SDR is larger than y2, noise is mixed. Therefore, the threshold value Lth [fi] is increased. For example, when the lower limit value y1 = 8 dB and the upper limit value y2 = 10 dB, and when there is a lot of noise, y1 = 5 and y2 = 8 are more likely to remove noise components. The threshold correction amount Δth is preferably about 0.1 to 0.2 dB.
[0023]
The threshold value set in terms of the change in the position and direction of the target sound source or the change in the noise environment may be updated at an appropriate period. Further, if updating is performed, for example, 0 can be set as an initial value, and the separation process and the threshold value update process can be performed in parallel.
For example, as shown in FIG. 5, first, the initial value of the threshold value and the threshold
After that, it waits for a certain time to elapse (S2). The predetermined time is, for example, 10 to 30 seconds. If it is necessary to quickly follow a suitable threshold according to the use environment and purpose, the time is shortened accordingly. The
[0024]
When a certain time has elapsed, threshold value update processing is performed (S3). This update process is the process shown in FIG. At this time, if the update storage is held for the parameter value difference holding unit 13 by the output of the sound determination unit 11 in parallel with the sound source separation process while waiting in step S2, the update process starts. Then, the threshold value is determined using the parameter value difference between the channels for each band held in the parameter value difference holding unit 13 at that time, and the threshold value of the
[0025]
In this update process, it is preferable that the update is performed when the evaluation value becomes better than the previous evaluation value, and the update is not performed unless it becomes better. For example, as shown in FIG. 5, after step S2, a threshold value is calculated by the process shown in FIG. 2 (S4), separation processing is performed using this threshold value, and evaluation is performed by the
[0026]
However, if the evaluation value is worse (smaller) than the previous evaluation value, the threshold value used so far, that is, the threshold value used for the separation process during the time waiting in step S2 is used. Therefore, even if a predetermined time elapses, the threshold value is not updated and the process returns to step S2. During the separation process for calculating the evaluation value in step S5, the threshold value and the memory are evacuated or the separation process for calculating the evaluation value is performed during the separation process for the evaluation value in step S5 so that the update can be performed. As the threshold value used for the threshold value, the threshold value in the threshold
[0027]
The correction processing of the calculated threshold value shown in FIG. 4 is performed for the threshold value when the initial setting in step S1 is performed by the processing shown in FIG. Alternatively, it may be performed on the threshold value calculated in the update process of step S3, or may be performed on the threshold value calculated in step S4.
[0028]
In the above description, the threshold Lth [fi] is determined using the inter-channel level difference ΔL M [fi] for each band of the mixed signal and the inter-channel level difference ΔL N [fi] for the noise signal. determining the threshold Lth with reference to inter-channel level differences [Delta] L N of level difference [Delta] L M and the noise signal between the channels, which to make a determination of whether the signal from which the sound source using commonly to each band signal It may be. The output from the inter-channel level differences [Delta] L M and [Delta] L N are for example inter-channel
[0029]
The sound source separation device according to the present invention may be caused to function in a computer. In this case, a program for causing the computer to execute each process of the sound source separation method of the present invention described above is downloaded into the computer via a CD-ROM, a magnetic disk, other recording media, or a communication line, and this program is downloaded. Just execute.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the threshold value can be determined based on the inter-channel parameter value difference of the target sound source signal + noise signal and the inter-channel parameter value difference of the noise signal. The threshold value that has been determined through mistakes can be determined from physical quantities that can be measured in advance, saving a lot of time and effort, and allowing the sound source separation device to operate with a certain level of performance.
In addition, the threshold value is sequentially updated as necessary, so that the threshold value follows the time variation of the signal. At this time, the threshold value before the update and the newly obtained threshold evaluation value If the threshold value with higher performance is always selected, the separation process can be performed with more stable performance than when the threshold value is updated each time without comparing the evaluation values.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration example of an apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a procedure for obtaining a threshold value according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing signals necessary for calculating SNR and SDR as evaluation values.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a procedure for threshold correction processing.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a threshold update processing procedure;
Claims (6)
上記分割された各出力チャネル信号の各同一帯域毎に、帯域別チャネル間の音響信号パラメータ値差を検出する過程と、
上記各帯域の帯域別チャネル間の音響信号パラメータ値差に基づき、その帯域の上記帯域分割された各出力チャネル信号のいずれがいずれの音源から入力された信号であるかをしきい値を用いて判定する過程と、
上記判定に基づき、上記帯域分割された各出力チャネル信号から、同一音源から入力された信号を少なくとも一つ選択する過程と、
上記同一音源からの信号として選択された複数の帯域信号を音源信号として合成する過程とを有する音源分離方法において、
目的音源信号と雑音信号が混ざった混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差を検出する過程と、
雑音信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差を検出する過程と、
上記混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差と、上記雑音信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差に基づいて上記しきい値を求める過程と
を有することを特徴とする音源分離方法。Dividing each output channel signal from two microphones arranged apart from each other into a plurality of frequency bands;
For each same band of each of the divided output channel signals, a process of detecting the acoustic signal parameter value difference between the channels for each band;
Based on the acoustic signal parameter value difference between the band-specific channels in each band, the threshold value is used to determine which of the output channel signals divided in the band is a signal input from which sound source. The process of judging,
Based on the determination, a process of selecting at least one signal input from the same sound source from each of the band-divided output channel signals;
In a sound source separation method comprising a step of synthesizing a plurality of band signals selected as signals from the same sound source as sound source signals,
The process of detecting the acoustic signal parameter value difference between the channels of the mixed signal in which the target sound source signal and the noise signal are mixed,
Detecting a difference in acoustic signal parameter value between channels of the noise signal;
A sound source separation method comprising: obtaining a threshold value based on an acoustic signal parameter value difference between channels of the mixed signal and an acoustic signal parameter value difference between channels of the noise signal.
その評価値が所定の範囲内の値になるように上記求めたしきい値を修正し、その修正したしきい値、又は修正前に所定の範囲内にあれば修正前のしきい値を上記判定に用いるしきい値とする修正過程を有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の音源分離方法。Perform sound source separation using the obtained threshold value, calculate an evaluation value representing separation performance using the separated signal and the signal before separation,
The calculated threshold value is corrected so that the evaluation value is within a predetermined range, and the corrected threshold value, or the threshold value before correction if it is within the predetermined range before correction, is described above. 4. The sound source separation method according to claim 1, further comprising a correction process for setting a threshold value used for determination.
上記帯域分割部で分割された各出力チャネル信号の各同一帯域毎に、帯域別チャネル間の音響信号パラメータ値差を検出する帯域別チャネル間パラメータ値差検出部と、
上記各帯域の帯域別チャネル間パラメータ値差に基づき、その帯域の上記帯域分割された各出力チャネル信号のいずれがいずれの音源から入力された信号であるかをしきい値を用いて判定する音源信号判定部と、
上記音源信号判定部の判定に基づき、上記帯域分割された各出力チャネル信号から、同一音源から入力された信号を少なくとも一つ選択する音源信号選択部と、
上記音源信号選択部で同一音源からの信号として選択された複数の帯域信号を音源信号として合成する音源合成部とを備える音源分離装置において、
上記出力チャネル信号が目的音源信号と雑音信号が混ざった混合信号であるか、雑音信号であるかを判別する有音判定部と、
上記有音判定部の判別信号により、上記混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差と上記雑音信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差を格納保持するパラメータ値差保持部と、
上記保持された混合信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差と、上記雑音信号のチャネル間の音響信号パラメータ値差に基づき上記しきい値を求めるしきい値決定部と
を備えることを特徴とする音源分離装置。A band dividing unit that divides each output channel signal of two microphones arranged apart from each other into a plurality of frequency bands;
For each same band of each output channel signal divided by the band dividing unit, a parameter value difference detecting unit for inter-band channel parameter values for detecting an acoustic signal parameter value difference between channels for each band;
A sound source that uses a threshold value to determine which of the output channel signals obtained by dividing the band of each band is a signal input from which sound source based on the parameter value difference between channels in each band. A signal determination unit;
A sound source signal selection unit that selects at least one signal input from the same sound source from each of the output channel signals divided in band based on the determination of the sound source signal determination unit;
In a sound source separation device including a sound source synthesis unit that synthesizes a plurality of band signals selected as signals from the same sound source by the sound source signal selection unit as a sound source signal,
A sound determination unit for determining whether the output channel signal is a mixed signal in which a target sound source signal and a noise signal are mixed, or a noise signal;
A parameter value difference holding unit for storing and holding an acoustic signal parameter value difference between channels of the mixed signal and an acoustic signal parameter value difference between channels of the noise signal, based on a determination signal of the sound determination unit;
A threshold value determination unit that obtains the threshold value based on the acoustic signal parameter value difference between the retained mixed signal channels and the acoustic signal parameter value difference between the noise signal channels; Sound source separation device.
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