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JP4960933B2 - Acoustic signal enhancement apparatus and method, program, and recording medium - Google Patents
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JP4960933B2 - Acoustic signal enhancement apparatus and method, program, and recording medium - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve sound source separation, even when a reverberation period is longer than a frame width. <P>SOLUTION: The sound signal enhancement device includes: a band splitting section; a parameter estimation section; a reverberation removing section; a sound source separation section; and a band combining section. The band splitting section splits an observation sound signal of a time domain into observation signals for each of the predetermined number of frequency bands. The parameter estimation section generates: an estimation value of a regression matrix, by which an observation signal of each of frequency bands is input and a reverberation component until fixed frame before is estimated; and an estimation value of a separation matrix for estimating a sound source signal. The reverberation removing section calculates a reverberation component by performing convolution arithmetic on the regression matrix to the observation signal for each frequency band, and generates a reverberation removing signal by subtracting the calculated reverberation component from the observation signal for each frequency band. The sound source separation section generates an estimation value of the sound source signal by multiplying the separation matrix with the reverberation removing signal. The band combining section synthesizes an estimation value of the sound source signal and converts it into an enhancement sound signal in the time domain. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、例えば音声認識システムやテレビ会議システム等に利用可能な音響信号強調装置とその方法と、プログラムと記録媒体に関する。   The present invention relates to an acoustic signal enhancement apparatus and method, program, and recording medium that can be used in, for example, a voice recognition system, a video conference system, and the like.

従来の音源分離技術による音響信号強調装置の一般的な構成について、図6を参照して説明する。以後の説明では、各音源から発せられた音の信号を音源信号、マイクロホンで観測された音の信号を観測信号と呼ぶ。特に断らない限り、これらは周波数帯域毎の狭帯域信号を表すものとする。時間領域の信号は、観測音響信号、などのように「音響」という語を付記して表す。音響信号強調装置600は、帯域分割部60、パラメータ推定部62、音源分離部64、帯域合成部66を備える。帯域分割部60は、マイクロホンや音声ファイル等から入力される標本化かつ量子化された時間領域の観測音響信号を、周波数帯域毎の観測信号yt,p (m)に分割する。m,t,pはそれぞれマイクロホン、時間、周波数帯域のインデックスを示す。全てのマイクロホンによる観測信号を式(1)のようにベクトル形式で表す。 A general configuration of an acoustic signal enhancement device based on a conventional sound source separation technique will be described with reference to FIG. In the following description, a sound signal emitted from each sound source is called a sound source signal, and a sound signal observed by a microphone is called an observation signal. Unless otherwise specified, these represent narrowband signals for each frequency band. The signal in the time domain is represented by adding the word “acoustic” such as an observed acoustic signal. The acoustic signal enhancement device 600 includes a band dividing unit 60, a parameter estimating unit 62, a sound source separating unit 64, and a band synthesizing unit 66. The band dividing unit 60 divides a sampled and quantized time-domain observation acoustic signal input from a microphone, an audio file, or the like into observation signals y t, p (m) for each frequency band. m, t, and p indicate indexes of the microphone, time, and frequency band, respectively. The observation signals from all the microphones are expressed in a vector format as shown in Equation (1).

Figure 0004960933
Figure 0004960933

ここでMはマイクロホンの個数、τは非共役転置を表す。従来の音源分離技術は、観測信号ベクトルyt,pを式(2)により生成されたと仮定する。

Figure 0004960933
Here, M represents the number of microphones, and τ represents non-conjugate transposition. In the conventional sound source separation technique, it is assumed that the observation signal vector y t, p is generated by Equation (2).
Figure 0004960933

ここでHは共役転置、-Hは逆行列の共役転置、st、pは真の音源信号からなるベクトル、Wは真の分離行列である。音源信号ベクトルは、st,p (m)をm番目の音源信号として式(3)で定義する。

Figure 0004960933
Here, H is a conjugate transpose, -H is a conjugate transpose of an inverse matrix, st , p are vectors composed of true sound source signals, and W p is a true separation matrix. The sound source signal vector is defined by Equation (3), where s t, p (m) is the mth sound source signal.
Figure 0004960933

パラメータ推定部62は、全ての時間、周波数帯域に渡る観測信号ベクトル{yt、p}0≦t≦T-1,0≦p≦P-1から、各周波数帯域の分離行列Wの推定値W^を計算する。音源分離部64は、各周波数帯域について、各周波数帯域の分離行列の推定値W^を式(4)に示すように各周波数帯域の観測音響信号ベクトルyt,pに適用することで、各周波数帯域の音源信号ベクトルst,pの推定値st,p^を計算する。

Figure 0004960933
The parameter estimation unit 62 estimates the separation matrix W p of each frequency band from the observed signal vectors {y t, p } 0 ≦ t ≦ T−1, 0 ≦ p ≦ P−1 over all time and frequency bands. Calculate the value W p ^. For each frequency band, the sound source separation unit 64 applies the estimated value W p ^ of each frequency band separation matrix to the observed acoustic signal vector yt , p of each frequency band as shown in Equation (4). Calculate the estimated values s t, p ^ of the sound source signal vectors s t, p in each frequency band.
Figure 0004960933

帯域合成部66は、音源信号ベクトルの推定値を合成して時間領域の強調音響信号を計算する。帯域分割部60は、短時間フーリエ変換やポリフェーズフィルタバンク分析を用いて観測音響信号を周波数帯域毎の観測信号yt,p (m)に分割する。帯域合成部66は、帯域分割部60が短時間フーリエ変換を用いた場合はオーバーラップ加算合成を実行し、帯域分割部60がポリフェーズフィルタバンク分析を用いた場合はポリフェーズフィルタバンク合成を実行する。以後、帯域分割部60を短時間フーリエ変換で行う場合を例に説明するが、帯域分割部60には他の時間周波数解析方法を用いても良い。 The band synthesizing unit 66 synthesizes the estimated values of the sound source signal vectors to calculate a time domain enhanced acoustic signal. The band dividing unit 60 divides the observation acoustic signal into observation signals y t, p (m) for each frequency band using short-time Fourier transform or polyphase filter bank analysis. The band synthesizing unit 66 performs overlap addition synthesis when the band dividing unit 60 uses short-time Fourier transform, and executes polyphase filter bank synthesis when the band dividing unit 60 uses polyphase filter bank analysis. To do. Hereinafter, a case where the band dividing unit 60 performs the short-time Fourier transform will be described as an example, but other time frequency analysis methods may be used for the band dividing unit 60.

例えば、非特許文献1に開示された従来の音源分離技術では、パラメータ推定部62が各音源信号st,p (1),‥‥,st,p (m)を互いに統計的に独立であると仮定して、st,p (1)^,‥‥,st,p (m)^の間の独立性が最大になるように各周波数帯域の分離行列Wの推定値W^を計算する。
牧野昭二、荒木章子、向井良、澤田宏「畳み込み混合のブラインド音源分離」システム/制御/情報、Vol.48,No.10,pp.401-408,2004
For example, in the conventional sound source separation technique disclosed in Non-Patent Document 1, the parameter estimation unit 62 statistically independent of each sound source signal s t, p (1) ,..., S t, p (m) from each other. Assuming that there is an estimated value W p of the separation matrix W p of each frequency band so that the independence between s t, p (1) ,,..., S t, p (m)に な is maximized. Calculate ^.
Shoji Makino, Akiko Araki, Ryo Mukai, Hiroshi Sawada "Blind Sound Source Separation with Convolution Mixing" System / Control / Information, Vol.48, No.10, pp.401-408,2004

従来の音響信号強調装置では、残響時間が短時間フーリエ変換のフレーム幅を超える場合に、干渉信号の残響成分が除去されない問題点があった。干渉信号の残響成分を除去する目的で、フレーム内に残響成分が含まれるように、フレーム幅を増やす方法が考えられる。しかし、単純にフレーム幅を増やしても、帯域分割部60における分割数が増えることで音源信号間の独立性の仮定が成り立たなくなるため、各分離行列の推定が困難になることが知られている。この現象は、例えば参考文献「Araki, S., Mukai, R., Makino, S., Nishikawa, T and Saruwatari, H.: The fundamental limitation of frequency domain blind source separation for convolutivemixtures of speech, IEEE Trans. Speech, Audio Process., Vol. 11,No. 2, pp. 109-1166,2003」に報告されている。   The conventional acoustic signal emphasizing apparatus has a problem that the reverberation component of the interference signal is not removed when the reverberation time exceeds the frame width of the Fourier transform for a short time. In order to remove the reverberation component of the interference signal, a method of increasing the frame width so that the reverberation component is included in the frame can be considered. However, it is known that even if the frame width is simply increased, it becomes difficult to estimate each separation matrix because the assumption of independence between sound source signals does not hold because the number of divisions in the band dividing unit 60 increases. . This phenomenon is described, for example, in the references `` Araki, S., Mukai, R., Makino, S., Nishikawa, T and Saruwatari, H .: The fundamental limitation of frequency domain blind source separation for convolutivemixtures of speech, IEEE Trans. , Audio Process., Vol. 11, No. 2, pp. 109-1166, 2003 ".

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、残響時間が短時間フーリエ変換のフレーム幅を越える場合でも音源分離が可能な音響信号強調装置とその方法と、プログラムと記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an acoustic signal emphasizing apparatus and method, program, and recording medium capable of sound source separation even when the reverberation time exceeds the frame width of Fourier transform for a short time. The purpose is to provide.

この発明の音響信号強調装置は、帯域分割部と、パラメータ推定部と、残響除去部と、音源分離部と、帯域合成部とを具備する。帯域分割部は、時間領域の観測音響信号を所定数の周波数帯域毎の観測信号に分割する。パラメータ推定部は、周波数帯域毎の観測信号を入力として所定フレーム数前までの残響成分を推定するための回帰行列と、音源信号に分離するための分離行列と推定する。残響除去部は、周波数帯域毎の観測信号に回帰行列を畳み込み演算して残響成分を求める。そして、求めた残響成分を周波数帯域毎の観測信号から減算して残響除去信号を生成する。音源分離部は、周波数帯域毎の残響除去信号に分離行列を乗算して音源信号の推定値を生成する。帯域合成部は、音源信号の推定値を合成して時間領域の強調音響信号を生成する。そして、上記パラメータ推定部は、上記回帰行列を、音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記分離行列の推定値と上記観測信号を用いて、上記回帰行列と上記分離行列の両方に依存する尤度関数を最大化するように推定し、上記分離行列を、上記尤度関数を最大化する分離行列、または音源分離技術を用いて得られる分離行列として求める。 The acoustic signal enhancing apparatus of the present invention includes a band dividing unit, a parameter estimating unit, a dereverberation unit, a sound source separating unit, and a band synthesizing unit. The band dividing unit divides the observation acoustic signal in the time domain into observation signals for a predetermined number of frequency bands. Parameter estimating unit estimates the regression matrix for estimating the reverberation component up to the previous predetermined number of frames of the observation signals of each frequency band as an input, and a separation matrix for separating the source signals. The dereverberation unit calculates a reverberation component by convolving the regression matrix with the observation signal for each frequency band. Then, the dereverberation signal is generated by subtracting the obtained reverberation component from the observation signal for each frequency band. The sound source separation unit generates an estimated value of the sound source signal by multiplying the dereverberation signal for each frequency band by the separation matrix. The band synthesis unit synthesizes the estimated values of the sound source signals to generate a time domain enhanced acoustic signal . Then, the parameter estimation unit uses the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, the estimated value of the separation matrix, and the observed signal to determine whether the regression matrix depends on both the regression matrix and the separation matrix. The degree function is estimated to be maximized, and the separation matrix is obtained as a separation matrix that maximizes the likelihood function or a separation matrix obtained by using a sound source separation technique.

この発明の音響信号強調装置は、残響除去部で残響を除去した後の残響除去信号に、分離行列を乗算して音源分離を実施する。したがって、残響時間がフレーム幅を越える場合でも音源分離することが可能になる。また、強調後の音響信号は残響成分が抑圧されているため、より高品質な強調音響信号を得ることが出来る。   The acoustic signal enhancing apparatus according to the present invention performs sound source separation by multiplying the dereverberation signal after the dereverberation is removed by the dereverberation unit by the separation matrix. Therefore, sound source separation can be performed even when the reverberation time exceeds the frame width. In addition, since the reverberation component is suppressed in the enhanced acoustic signal, a higher quality enhanced acoustic signal can be obtained.

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
〔この発明の基本的な考え〕
実施例の説明の前に、この発明の音響信号強調方法の基本的な考えについて説明する。この発明では、観測信号yt,pを式(2)ではなく式(5)で生成されたと仮定する。

Figure 0004960933
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same components in a plurality of drawings, and the description will not be repeated.
[Basic idea of the present invention]
Prior to the description of the embodiments, the basic idea of the acoustic signal enhancement method of the present invention will be described. In the present invention, it is assumed that the observation signal yt , p is generated not by the equation (2) but by the equation (5).
Figure 0004960933

つまり、観測信号yt,pを未知のパラメータGk,pとWと音源信号st,pとから生成されるものとモデル化している。このモデルは、音源信号st,pが混合行列W -Hによって混合されてxt,pとなり、さらにパラメータGk,pをk次の回帰行列にもつM入力M出力の自己回帰系によって残響が重畳されて観測信号yt,pとなることを意味している。この発明のパラメータ推定部は、観測信号yt,pから全ての周波数帯域p(0≦p≦P-1)に渡って、Gk,pとWとを推定する。Kは、p番目の周波数帯域における残響の長さに対応し、これを残響除去フレーム数と称する。 That is, the observation signal y t, p is modeled as being generated from the unknown parameters G k, p and W p and the sound source signal st, p . In this model, the sound source signal s t, p is mixed by the mixing matrix W p -H to become x t, p , and further, by an autoregressive system of M input and M output having parameters G k, p in a k-th order regression matrix. This means that the reverberation is superimposed and becomes the observation signal yt , p . The parameter estimation unit according to the present invention estimates G k, p and W p over the entire frequency band p (0 ≦ p ≦ P−1) from the observation signals yt , p . K p corresponds to the length of reverberation in the p-th frequency band, and is referred to as the number of dereverberation frames.

パラメータ推定部で推定された各周波数帯域の回帰行列の推定値をGk,p^、分離行列の推定値をW^とおくと、この発明は、式(7)と式(8)に示すようにして音源信号を推定する。

Figure 0004960933
When the estimated value of the regression matrix of each frequency band estimated by the parameter estimation unit is set to G k, p ^ and the estimated value of the separation matrix is set to W p ^, the present invention is expressed by the following equations (7) and (8). A sound source signal is estimated as shown.
Figure 0004960933

この発明は、式(7)に示すように観測信号yt,pに回帰行列の推定値Gk,p^を畳み込み演算して残響成分を求め、その残響成分を観測信号から減算して残響除去信号xt,p^を求める。そして残響除去信号xt,p^に分離行列の推定値W^を乗算して音源分離を実施する。よって、残響時間がフレーム幅を越える場合でも音源分離することが可能になる。 In the present invention, as shown in Equation (7), the reverberation component is obtained by convolving the observation signal y t, p with the estimated value G k, p ^ of the regression matrix, and the reverberation component is subtracted from the observation signal. The removal signal x t, p ^ is obtained. Then, sound source separation is performed by multiplying the dereverberation signal x t, p ^ by the estimated value W p ^ of the separation matrix. Therefore, sound source separation can be performed even when the reverberation time exceeds the frame width.

図1にこの発明の音響信号強調装置100の機能構成例を示す。その動作フローを図2に示す。音響信号強調装置100は、帯域分割部60と、パラメータ推定部12と、強調信号計算部14と、帯域合成部66とを備える。帯域分割部60と帯域合成部66とは、従来の音響信号強調装置600と同じものである。音響信号強調装置100は、例えばROM、RAM、CPU等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、CPUがそのプログラムを実行することで実現される。   FIG. 1 shows a functional configuration example of an acoustic signal emphasizing apparatus 100 according to the present invention. The operation flow is shown in FIG. The acoustic signal enhancing apparatus 100 includes a band dividing unit 60, a parameter estimating unit 12, an enhanced signal calculating unit 14, and a band synthesizing unit 66. The band dividing unit 60 and the band synthesizing unit 66 are the same as the conventional acoustic signal enhancing apparatus 600. The acoustic signal emphasizing apparatus 100 is realized by reading a predetermined program into a computer configured with, for example, a ROM, a RAM, a CPU, and the like, and executing the program by the CPU.

帯域分割部60は、時間領域の観測音響信号を所定数の周波数帯域毎の観測信号yt,pに分割する(ステップS60)。パラメータ推定部12は、観測信号yt,pを入力として所定フレーム数前までの残響成分を推定するための回帰行列の推定値Gk,p^と、音源信号を推定するための分離行列の推定値W^とを生成する(ステップS12)。ここで、所定フレーム数前とは、上記した残響除去フレーム数Kのことであり、この値は外部から設定されるようにしても良いし、パラメータ推定部12の内部に予め固定値として設定しておいても良い。 The band dividing unit 60 divides the observation acoustic signal in the time domain into observation signals yt and p for a predetermined number of frequency bands (step S60). The parameter estimator 12 receives the observed signals yt , p as input and estimates the regression matrix G k, p ^ for estimating reverberation components up to a predetermined number of frames and the separation matrix for estimating the sound source signal. Estimated value W p ^ is generated (step S12). Here, “predetermined number of frames” means the number of dereverberation frames K p described above, and this value may be set from the outside, or set beforehand as a fixed value in the parameter estimation unit 12. You can keep it.

回帰行列Gk,p^と分離行列W^の推定値は、式(9)に示す対数尤度関数を最大化するGk,p及びWの値として求められる。

Figure 0004960933
The estimated values of the regression matrix G k, p ^ and the separation matrix W p ^ are obtained as values of G k, p and W p that maximize the log-likelihood function shown in Equation (9).
Figure 0004960933

ただし、Θは全ての未知パラメータの集合であり、それぞれ次のように定義される。

Figure 0004960933
式(11)のΘは、以後に説明する音源信号の全極パラメータの集合である。また、式(12)のΘと式(13)のΘは、それぞれ分離行列と回帰行列の集合である。また、式(9)に現れるΛについては後述する。 However, Θ is a set of all unknown parameters and is defined as follows.
Figure 0004960933
In Equation (11), s Θ is a set of all-pole parameters of the sound source signal described below. In addition, w Θ in Expression (12) and g Θ in Expression (13) are a set of a separation matrix and a regression matrix, respectively. Further, s Λ t appearing in Equation (9) will be described later.

式(9)の導出過程を説明する。まず、推定する音源信号St,p (m)の確率密度関数を求める。この発明では各音源信号の短時間パワースペクトル密度は、Q次の全極型の関数で与えられると仮定する。すなわち、ω∈[-π,π]を角周波数、第tフレームにおけるm番目の音源信号のパワースペクトル密度をλ (m)(ω)と書くと、音源信号のパワースペクトル密度λ (m)(ω)は式(14)で与えられる。

Figure 0004960933
The process of deriving Equation (9) will be described. First, a probability density function of the estimated sound source signal St, p (m) is obtained. In the present invention, it is assumed that the short-time power spectral density of each sound source signal is given by a Q-order all-pole function. That is, when ω∈ [−π, π] is an angular frequency and the power spectral density of the m-th sound source signal in the t-th frame is written as s λ t (m) (ω), the power spectral density s λ t of the sound source signal. (M) (ω) is given by equation (14).
Figure 0004960933

ここで、at,k (m)は線形予測係数、 (m)は予測残差パワーである。また、at,1 (m),…,at,Q (m) (m)をまとめて全極パラメータと呼ぶ。更に、音源信号ベクトルst,pの共分散行列をM次元対角行列Λ(ω)を用いて式(16)のように表す。つまり、複数の音源信号間に相関が無いと仮定している。

Figure 0004960933
Here, a t, k (m) is a linear prediction coefficient, and s v t (m) is a prediction residual power. Further, at , 1 (m) ,..., At , Q (m) and s v t (m) are collectively referred to as an all-pole parameter. Further, the covariance matrix of the sound source signal vector s t, p is expressed as in Expression (16) using the M-dimensional diagonal matrix s Λ t (ω). That is, it is assumed that there is no correlation between a plurality of sound source signals.
Figure 0004960933

音源信号St,p (m)は、平均0、分散λ (m)(2πp/P)の複素正規分布に従うので、音源信号St,p (m)の確率密度関数は、式(17)で与えられる。

Figure 0004960933
Since the sound source signal S t, p (m) follows a complex normal distribution with an average of 0 and a variance s λ t (m) (2πp / P), the probability density function of the sound source signal S t, p (m) 17).
Figure 0004960933

N{x;μ,Σ}は、平均μ、共分散行列Σの複素正規分布に従う確率変数xの確率密度
関数を表す。例えば、xがD次元ベクトルである場合、N{x;μ,Σ}は具体的には式(18)で与えられる。

Figure 0004960933
ここで、任意のマイクロホン番号mについて、(t1,p1)=(t2,p2)でなければ、St1,p1 (m)とSt2,p2 (m)は統計的に独立である。また、m1≠m2、すなわちマイクロホン番号が異なるならばSt1,p1 (m1)とSt2,p2 (m2)は常に統計的に独立である。 N {x; μ, Σ} represents a probability density function of a random variable x according to a complex normal distribution of mean μ and covariance matrix Σ. For example, when x is a D-dimensional vector, N {x; μ, Σ} is specifically given by Expression (18).
Figure 0004960933
Here, for any microphone number m, if (t 1 , p 1 ) = (t 2 , p 2 ), S t1, p1 (m) and S t2, p2 (m) are statistically independent. is there. If m 1 ≠ m 2 , that is, if the microphone numbers are different, S t1, p1 (m1) and S t2, p2 (m2) are always statistically independent.

式(6)と式(17)とから、xt,pの確率密度関数は式(19)のように書ける。

Figure 0004960933
From Equation (6) and Equation (17) , the probability density function of x t, p can be written as Equation (19).
Figure 0004960933

よって式(5)により、過去の観測信号が与えられた下での観測信号yt,pの条件付確率密度関数は、式(20)で与えられることが分かる。

Figure 0004960933
Therefore, it can be seen from the equation (5) that the conditional probability density function of the observation signals yt and p given the past observation signals is given by the equation (20).
Figure 0004960933

したがって、全ての観測信号yについての確率密度関数は式(21)で表せる。 Therefore, the probability density function for all observed signals y can be expressed by equation (21).

Figure 0004960933
Figure 0004960933

式(21)の両辺の対数を取ることで対数尤度関数、式(9)が導かれる。式(9)の
対数尤度関数は全極パラメータΘにも依存するため、パラメータ推定部12は、分離行列Θと回帰行列Θだけではなく、全てのパラメータΘ={Θ,Θ,Θ}を推定する。すなわち、式(9)を最大化するΘ^={Θ^,Θ^,Θ^}を未知パラメータΘの推定値として求める。式(9)を最大化する未知パラメータの推定値Θ^の求め方には様々な方法を採用することが出来る。例えば、最急降下法や準ニュートン法等の任意の最適化法を用いる。これらの最適化法は周知であるので、その説明は省略する。パラメータ推定部12は、未知パラメータΘ^の内の分離行列の推定値Θ^と、回帰行列の推定値Θ^とを強調信号計算部14に供給する(ステップS12)。
Taking the logarithm of both sides of Equation (21) leads to a log likelihood function, Equation (9). Since the log-likelihood function of Equation (9) also depends on the all-pole parameter s Θ, the parameter estimator 12 uses not only the separation matrix w Θ and the regression matrix g Θ, but also all the parameters Θ = { s Θ, w Estimate Θ, g Θ}. That is, Θ ^ = { s Θ ^, w Θ ^, g Θ ^} that maximizes the expression (9) is obtained as an estimated value of the unknown parameter Θ. Various methods can be employed for obtaining the estimated value Θ ^ of the unknown parameter that maximizes Equation (9). For example, an arbitrary optimization method such as a steepest descent method or a quasi-Newton method is used. Since these optimization methods are well known, a description thereof will be omitted. The parameter estimation unit 12 supplies the separation matrix estimation value w Θ ^ and the regression matrix estimation value g Θ ^ among the unknown parameters Θ ^ to the enhancement signal calculation unit 14 (step S12).

強調信号計算部14を構成する残響除去部141は、帯域分割部60が出力する周波数
帯域毎に分割された観測信号yt,pに回帰行列の推定値Gk,p^を畳み込み演算して残響成分を求め、観測信号yt,pから残響成分を減算して残響除去信号xt,pを生成する(式(7))(ステップS141)。音源分離部142は、残響除去信号xt,pに分離行列の推定値W^を乗算(式(8))して音源信号の推定値を生成する(ステップS142)。帯域合成部66は、音源信号の推定値を合成して時間領域の強調音響信号を生成する(ステップS66)。このようにして生成された強調音響信号は、観測信号から残響成分を除去した後の残響除去信号を音源分離したものなので、残響時間がフレーム幅を越える場合でも音源分離された音響信号になる。また、強調後の音響信号は残響成分が抑圧されているため、より高品質な強調音響信号を得ることが出来る。
The dereverberation unit 141 constituting the enhancement signal calculation unit 14 performs a convolution operation on the estimated values G k, p ^ of the regression matrix to the observation signals yt , p divided for each frequency band output by the band division unit 60. A reverberation component is obtained, and the reverberation component xt , p is generated by subtracting the reverberation component from the observation signal yt , p (formula (7)) (step S141). The sound source separation unit 142 multiplies the dereverberation signal x t, p by the estimated value W p ^ of the separation matrix (formula (8)) to generate an estimated value of the sound source signal (step S142). The band synthesizing unit 66 synthesizes the estimated values of the sound source signals to generate a time domain enhanced acoustic signal (step S66). The enhanced acoustic signal generated in this manner is a sound source separated sound source even when the reverberation time exceeds the frame width because the reverberation removal signal after removing the reverberation component from the observation signal is the sound source separated. In addition, since the reverberation component is suppressed in the enhanced acoustic signal, a higher quality enhanced acoustic signal can be obtained.

なお、残響を除去する所定フレーム数(残響除去フレーム数K)を一つの固定値として説明したが、この値を周波数帯域の中心周波数に対応させて可変しても良い。周波数帯域によって残響時間が異なることは良く知られている。室内音響の分野においては、500Hz以下の周波数帯域の残響時間が長いので、その周波数帯域については所定フレーム数を大きく設定し、それ以外の周波数帯域の所定フレーム数を小さく設定する方法が考えられる。パラメータ推定部12内に所定フレーム数可変手段120を備え、所定フレーム数可変手段120が、周波数帯域に応じて所定フレーム数を可変して設定することで、残響を効率的に除去することが可能になる。つまり、計算量を削減する効果が得られる。 Although the predetermined number of frames for removing reverberation (the number of reverberation removed frames K p ) has been described as one fixed value, this value may be varied according to the center frequency of the frequency band. It is well known that the reverberation time varies depending on the frequency band. In the field of room acoustics, since the reverberation time of a frequency band of 500 Hz or less is long, a method of setting a predetermined number of frames large for the frequency band and setting a small number of predetermined frames for other frequency bands is conceivable. The parameter estimation unit 12 includes a predetermined number of frames variable unit 120, and the predetermined number of frames variable unit 120 can efficiently remove the reverberation by changing and setting the predetermined number of frames according to the frequency band. become. That is, the effect of reducing the amount of calculation can be obtained.

次に、最急降下法等の従来の一般的な最適化アルゴリズムではない方法で、未知パラメ
ータΘを推定する実施例2を説明する。図3に実施例2のパラメータ推定部30の機能構
成例を示す。その動作フローを図4に示す。パラメータ推定部30は、未知パラメータΘ
の推定に特化した効率的なアルゴリズムを用いて、分離行列の推定値Θ^と、回帰行列の推定値Θ^とを生成するものである。
Next, a second embodiment in which the unknown parameter Θ is estimated by a method that is not a conventional general optimization algorithm such as the steepest descent method will be described. FIG. 3 shows a functional configuration example of the parameter estimation unit 30 of the second embodiment. The operation flow is shown in FIG. The parameter estimation unit 30 uses the unknown parameter Θ
The separation matrix estimate w Θ ^ and the regression matrix estimate g Θ ^ are generated using an efficient algorithm specialized in the estimation of.

パラメータ推定部30は、観測信号記録部301と、パラメータ推定値初期化部302と、全極パラメータ推定値更新部303と、音源信号パワースペクトル推定値更新部304と、回帰行列推定値更新部305と、分離行列推定値更新部306と、収束判定部307とを備える。観測信号記録部301は、帯域分割部60で所定数の周波数帯域に分割された観測信号を記録する。観測信号記録部301は、観測区間中の全ての観測信号を記録すると共に記録した観測信号を、全極パラメータ推定値更新部303と回帰行列推定値更新部305と分離行列推定値更新部306とに時系列順に出力する。   The parameter estimation unit 30 includes an observation signal recording unit 301, a parameter estimation value initialization unit 302, an all-pole parameter estimation value update unit 303, a sound source signal power spectrum estimation value update unit 304, and a regression matrix estimation value update unit 305. And a separation matrix estimated value update unit 306 and a convergence determination unit 307. The observation signal recording unit 301 records the observation signal divided into a predetermined number of frequency bands by the band dividing unit 60. The observation signal recording unit 301 records all the observation signals in the observation section and records the recorded observation signals as an all-pole parameter estimated value update unit 303, a regression matrix estimated value update unit 305, a separation matrix estimated value update unit 306, Are output in chronological order.

パラメータ推定値初期化部302は、回帰行列の推定値Θ^と分離行列の推定値Θ^の初期値を設定する(ステップS302)。また、繰り返し回数のインデックスiを0とする。回帰行列の推定値の初期値Θ^(0)は、零行列に設定する。分離行列の推定値Θ^(0)は、単位行列に設定する。これらは、残響と音源信号の混合がともに存在しない設定を初期値とすることを意味している。 Parameter estimation value initialization unit 302 sets the estimated value w theta ^ initial value of the estimated value g theta ^ a separation matrix of regression matrix (step S302). Also, the index i of the number of repetitions is set to 0. The initial value g Θ ^ (0) of the estimated value of the regression matrix is set to a zero matrix. The estimated value w Θ ^ (0) of the separation matrix is set to a unit matrix. These mean that a setting in which neither reverberation nor a mixture of sound source signals exists is set as an initial value.

全極パラメータ推定値更新部303は、観測信号と、回帰行列の初期値Θ^(0)と分離行列の初期値Θ^(0)又は更新された回帰行列の推定値Θ^(i)と分離行列の初期値Θ^(i)を入力として、全極パラメータ推定値Θ^(i+1)を式(22)に従って更新する(ステップS303)。

Figure 0004960933
The all-pole parameter estimated value updating unit 303 includes an observed signal, an initial value g Θ ^ (0) of the regression matrix and an initial value w Θ ^ (0) of the separation matrix or an updated estimated value g Θ ^ ( i) and the initial value w Θ ^ (i) of the separation matrix are input, and the all-pole parameter estimated value s Θ ^ (i + 1) is updated according to the equation (22) (step S303).
Figure 0004960933

式(22)に示す全極パラメータの更新則について説明する。今、回帰行列の一時的な推定値Θ^(i)と分離行列の一時的な推定値Θ^(i)は既知である。その推定値を用いて式(7)と式(8)により音源信号ベクトルst,pの推定値を計算する。
こうして得られる各音源信号の推定値をSt,p(m)(i+1)と書く。m番目の音源信号のt番目のフレームにおける全極パラメータの更新された推定値a^t,1 (m)(i+1),…,a^t,Q (m)(i+1)(m)(i+1)は、各音源信号の推定値St,p(m)(i+1)に線形予測分析を適用することで求められる。
The update rule of all pole parameters shown in Expression (22) will be described. Now, the temporary estimate g Θ ^ (i) of the regression matrix and the temporary estimate w Θ ^ (i) of the separation matrix are known. Using the estimated values, the estimated values of the sound source signal vectors st, p are calculated according to equations (7) and (8).
The estimated value of each sound source signal obtained in this way is written as St, p ^ (m) (i + 1) . updated estimation values a ^ t, 1 (m) (i + 1) ,..., a t, Q (m) (i + 1) , s v t ^ in the t-th frame of the m-th sound source signal (M) (i + 1) is obtained by applying linear prediction analysis to the estimated value S t, p ^ (m) (i + 1) of each sound source signal.

全てのマイクロホン番号m(1≦m≦M)及びフレーム番号t(0≦t≦T-1)に渡ってSt,p(m)に線形予測分析を適用することで式(23)に示す更新された全極パラメータΘ^(i+1)を得ることが出来る。

Figure 0004960933
By applying linear prediction analysis to St, p ^ (m) over all microphone numbers m (1 ≦ m ≦ M) and frame numbers t (0 ≦ t ≦ T−1), Equation (23) The updated all-pole parameter s Θ ^ (i + 1) shown can be obtained.
Figure 0004960933

更新された全極パラメータΘ^(i+1)は、音源信号パワースペクトル推定値更新部304に入力される。音源信号パワースペクトル推定値更新部304は、全極パラメータΘ^(i+1)を入力として音源信号のパワースペクトル密度の推定値Λ(i+1)(ω)を更新する(ステップS304)。音源信号のパワースペクトル密度の推定値Λ(i+1)(ω)は、入力された全極パラメータΘ^(i+1)から式(14)と式(15)と式(16)とを用いて更新される。すなわち、Λ(i+1)(ω)は、式(24)で計算される。

Figure 0004960933
更新された音源信号のパワースペクトル密度の推定値Λ(i+1)(ω)は、回帰行列推定値更新部305に入力される。 The updated all-pole parameter s Θ ^ (i + 1) is input to the sound source signal power spectrum estimation value updating unit 304. The sound source signal power spectrum estimated value update unit 304 receives the all-pole parameter s Θ ^ (i + 1) as an input and updates the estimated value s Λ t t (i + 1) (ω) of the power spectrum density of the sound source signal (step S304). The estimated value s Λ t ((i + 1) (ω) of the power spectrum density of the sound source signal is obtained from the input all-pole parameter s Θ ((i + 1) using Equation (14), Equation (15), and Equation (16). Updated using. That is, s Λ t ^ (i + 1) (ω) is calculated by the equation (24).
Figure 0004960933
The updated estimated value s Λ t t (i + 1) (ω) of the power spectrum density of the sound source signal is input to the regression matrix estimated value update unit 305.

回帰行列推定値更新部305は、音源信号のパワースペクトル密度の推定値Λ(i+1)(ω)と、分離行列の初期値Θ^(0)又は更新された分離行列の推定値Θ^(i)と、観測信号とを入力として回帰行列の推定値Θ^(i+1)を式(27)に従って更新する(ステップS305)。

Figure 0004960933
The regression matrix estimated value update unit 305 includes an estimated value s Λ t ^ (i + 1) (ω) of the power spectrum density of the sound source signal, an initial value w Θ ^ (0) of the separation matrix, or an updated estimated value of the separation matrix. With w Θ ^ (i) and the observation signal as inputs, the regression matrix estimate g Θ ^ (i + 1) is updated according to equation (27) (step S305).
Figure 0004960933

式(27)に示す回帰行列の更新則について説明する。まずp番目の周波数帯域における回帰行列の各成分を式(28)に示すように単一のベクトルにまとめる。

Figure 0004960933
右下の添え字は行列の大きさを表す。ここで、gk,p (m)はGk,pのm番目の列を表すものとする。以降、gを回帰行列の成分ベクトルと称する。成分ベクトルgの全周波数帯域に渡る集合{g}0≦p≦P-1は回帰行列Θに一致する。 The update rule of the regression matrix shown in Expression (27) will be described. First, each component of the regression matrix in the p-th frequency band is collected into a single vector as shown in Expression (28).
Figure 0004960933
The subscript at the lower right indicates the size of the matrix. Here, g k, p (m) represents the m-th column of G k, p . Hereinafter referred to as a component vector of the regression matrix g p. The set {g p } 0 ≦ p ≦ P−1 over the entire frequency band of the component vector g p matches the regression matrix g Θ.

次にp番目の周波数帯域における1フレーム前の観測信号行列Yt−1,pを式(30)に示すように定義する。

Figure 0004960933
Next, an observation signal matrix Y t−1, p one frame before in the p-th frequency band is defined as shown in Expression (30).
Figure 0004960933

これらを用いて、回帰行列の成分ベクトルの更新後の推定値g(i+1)は式(32)で計算出来る。

Figure 0004960933
Using these values, the estimated value g p ^ (i + 1) after updating the component vector of the regression matrix can be calculated by the equation (32).
Figure 0004960933

式(30)を全ての周波数帯域番号p(0≦p≦P−1)に渡って計算することで回帰
行列の推定値Θ^(i+1)を更新することが出来る。こうして求めたΘ^(i+1)が式(25)の解である。更新した回帰行列の推定値Θ^(i+1)は、分離行列推定値更新部306に入力される。
分離行列推定値更新部306は、回帰行列の推定値Θ^(i+1)と、音源信号のパワースペクトル密度の推定値と、観測信号とを入力として分離行列の推定値Θ^(i+1)を式(4)に従って更新する(ステップS306)。
By calculating equation (30) over all frequency band numbers p (0 ≦ p ≦ P−1), the regression matrix estimate g Θ ^ (i + 1) can be updated. G Θ ^ (i + 1) thus obtained is the solution of the equation (25). The updated regression matrix estimated value g Θ ^ (i + 1) is input to the separation matrix estimated value update unit 306.
The separation matrix estimated value update unit 306 receives the estimated value g Θ ^ (i + 1) of the regression matrix, the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, and the observation signal as inputs, and the estimated value w Θ ^ (i + 1) of the separation matrix. Is updated according to equation (4) (step S306).

Figure 0004960933
式(33)に示す分離行列の更新則について説明する。式(34)は例えば準ニュートン法を用いて解くことが出来る。マイクロホンの数が2本(M=2、ステレオ録音)の場合、より効率的な閉形式のアルゴリズムが存在する。ここでは、そのアルゴリズムを用いて分離行列の推定値Θ^(i+1)を更新する例を説明する。
Figure 0004960933
The update rule for the separation matrix shown in Expression (33) will be described. Equation (34) can be solved using, for example, the quasi-Newton method. If the number of microphones is two (M = 2, stereo recording), there is a more efficient closed-form algorithm. Here, an example will be described in which the estimated value w Θ ^ (i + 1) of the separation matrix is updated using the algorithm.

まず、式(7)で求められる残響除去信号xt,p(i+1)の共分散行列Rを、マイクロホン毎に式(34)と式(35)のように定義する。

Figure 0004960933
First, the covariance matrix R p of the dereverberation signal x t, p ((i + 1) obtained by Expression (7) is defined for each microphone as Expression (34) and Expression (35).
Figure 0004960933

この場合、分離行列の推定値Θ^(i+1)は次に示すアルゴリズムで求めることが出来る。 In this case, the estimated value w Θ ^ (i + 1) of the separation matrix can be obtained by the following algorithm.

まず、式(36)を満たす行列R (1)の逆平方根Vを計算する。

Figure 0004960933
First, the inverse square root V p of the matrix R p (1 ) that satisfies Expression (36) is calculated.
Figure 0004960933

ここで、Iは二次元単位行列を表す。次に式(37)を満たすユニタリ行列Eと、それに付随して定まるd (1)とd (2)を計算する。

Figure 0004960933
Here, I 2 represents a two-dimensional unit matrix. Next, a unitary matrix E p satisfying Expression (37) and d p (1) and d p (2) determined accompanying the unit matrix are calculated.
Figure 0004960933

は、具体的にはV (2)を固有値分解することで求められる。そして、V、E、d (2)を用いてW (i+1)^を式(38)で計算する。

Figure 0004960933
式(36)を全ての周波数帯域番号p(0≦p≦P−1)に渡って計算することで、分離行列の推定値Θ^(i+1)を得る。こうして求めたΘ^(i+1)が式(31)の解である。 Specifically, E p is obtained by eigenvalue decomposition of V p H R p (2) V p . Then, V p, E p, W p (i + 1) using the d p (2) ^ a is calculated by equation (38).
Figure 0004960933
By calculating Equation (36) over all frequency band numbers p (0 ≦ p ≦ P−1), an estimated value w Θ ^ (i + 1) of the separation matrix is obtained. The calculated w Θ ^ (i + 1) is the solution of equation (31).

また、以上説明したアルゴリズムの変わりに公知の音源分離技術を用いて分離行列の推定値Θ^(i+1)を求めても良い。公知の音源分離技術としては、FastICA、ベル=セイノフスキーのアルゴリズム、チコツキ=ウンベハウエンのアルゴリズム、JADE等が利用出来る。ここに上げた音源分離技術は、例えば参考文献「A.Hyvarinen, J.Karhunen,E. Oja,根元幾(訳)、川勝真喜(訳)“詳解独立成分分析信号解析の新しい世界”東京電機大学出版局、2005」に記載されている。 Further, instead of the algorithm described above, the estimated value w Θ ^ (i + 1) of the separation matrix may be obtained using a known sound source separation technique. As well-known sound source separation techniques, FastICA, Bel-Seinovsky algorithm, Chikkoki-Umbehauen algorithm, JADE, etc. can be used. The sound source separation technology presented here is, for example, the reference documents “A. Hyvarinen, J. Karhunen, E. Oja, Imoto Nemoto (translation), Maki Kawakatsu (translation)“ A New World of Detailed Independent Component Analysis Signal Analysis ”Tokyo Denki University Publishers, 2005 ”.

以上のようにして更新された回帰行列の推定値Θ^(i+1)と、分離行列の推定値Θ^(i+1)とが、収束したか否かを収束判定部307が判定する(ステップS307)。収束しているか否かを判定する方法としては、例えば繰り返し回数iが所定数に到達していれば収束していると判定しても良いし、繰り返しによって得られる対数尤度関数(式(9))の値の増分が、所定の閾値よりも小さければ収束していると判定しても良い。収束するまでステップS303〜ステップS306の動作が繰り返され、収束した回帰行列の推定値Θ^(i+1)と、分離行列の推定値Θ^(i+1)とが、強調信号計算部14に出力される。それと同時に、パラメータ推定値記録部308に両パラメータを記録しても良い。 The convergence determination unit 307 determines whether or not the regression matrix estimated value g Θ ^ (i + 1) and the separation matrix estimated value w Θ ^ (i + 1) updated as described above have converged (step S3). S307). As a method for determining whether or not it has converged, for example, if the number of iterations i has reached a predetermined number, it may be judged that it has converged, or a log likelihood function (equation (9) obtained by iteration). If the increment of the value of)) is smaller than a predetermined threshold value, it may be determined that the value has converged. The operations of step S303 to step S306 are repeated until convergence, and the estimated regression matrix estimated value g Θ ^ (i + 1) and the separation matrix estimated value w Θ ^ (i + 1) are output to the enhancement signal calculation unit 14. Is done. At the same time, both parameters may be recorded in the parameter estimated value recording unit 308.

〔実験結果〕
この発明の音響信号強調方法の効果を確認する目的で実験を行った。実験条件を説明する。音源信号は、ASJ-JNASデータベースから男女各1話者の音声を抽出した。この音源信号を残響時間が約0.6秒の部屋で互いに異なる位置から再生し、2個のマイクロホンで録音した。録音時の標本化周波数は8kHzとした。音響信号強調装置は、実施例2で説明した構成とした。帯域分割部には、ポリフェーズフィルタバンク分析を用いた。帯域分割数は256、間引き率は128とした。
〔Experimental result〕
An experiment was conducted for the purpose of confirming the effect of the acoustic signal enhancement method of the present invention. The experimental conditions will be described. As the sound source signal, the voices of one male and one female speaker were extracted from the ASJ-JNAS database. This sound source signal was reproduced from different positions in a room with a reverberation time of about 0.6 seconds, and recorded with two microphones. The sampling frequency during recording was 8 kHz. The acoustic signal enhancing device has the configuration described in the second embodiment. Polyband filter bank analysis was used for the band division unit. The number of band divisions was 256, and the thinning rate was 128.

音響信号の極の個数はQ=12とした。残響除去フレーム数Kは、1500Hz未満の周波数帯域ではK=40、それ以上の周波数帯域では周波数が高くなる程小さな値に設定した。収束判定は、繰り返し回数が3回で収束しているものとした。その結果を示す音響信号の波形を図5に示す。図5の縦軸は振幅、横軸は時間(秒)である。図5(a)が一方のマイクロホンで録音した観測音響信号、図5(b)が従来の音源分離技術で強調された女性話者の音声、図5(c)が従来の音源分離技術で強調された男性話者の音声、図5(d)がこの発明で強調した女性話者の音声、図5(e)がこの発明で強調した男性話者の音声、図5(f)が女性話者の音源信号、図5(g)が男性話者の音源信号である。 The number of poles of the acoustic signal was Q = 12. Number dereverberation frames K p is, K p = 40 in the frequency band below 1500 Hz, and set to a small value extent that the frequency becomes higher at higher frequency bands. Convergence determination is assumed to have converged with 3 repetitions. The waveform of the acoustic signal indicating the result is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents time (seconds). FIG. 5 (a) is an observed acoustic signal recorded by one microphone, FIG. 5 (b) is a female speaker's voice emphasized by a conventional sound source separation technique, and FIG. 5 (c) is emphasized by a conventional sound source separation technique. 5 (d) is a voice of a female speaker emphasized in the present invention, FIG. 5 (e) is a voice of a male speaker emphasized in the present invention, and FIG. 5 (f) is a female talk. FIG. 5G shows a sound source signal of a male speaker.

従来の音源分離技術による強調音声と、この発明による強調音声とを比較すると、男女共にこの発明の音響信号強調方法の方が残響成分を抑圧して、より良好に音源分離を達成していることが見て取れる。例えば、男性話者は冒頭約1秒の間発話していない。しかし、従来技術は図5(c)の冒頭1秒間に現れているように女性話者の干渉音声を除去出来ていない。一方、この発明による男性話者の強調音声を示す図5(e)の同一の区間の女性の音声は、十分抑圧されている。このようにこの発明の音響信号強調方法は、従来技術よりも干渉音声を除去することが出来た。なお、図5に示した実験のSN比の平均改善率を比較すると従来技術の2.1dBに対してこの発明は4.9dBであった。このようにこの発明の音響信号強調装置によれば、高品質な強調音響信号を得ることが出来る。   Comparing the enhanced speech by the conventional sound source separation technology with the enhanced speech by the present invention, the acoustic signal enhancement method of the present invention suppresses the reverberation component and achieves better sound source separation for both men and women. Can be seen. For example, a male speaker has not spoken for about 1 second at the beginning. However, the prior art cannot remove the interfering voice of the female speaker as shown in the first 1 second of FIG. On the other hand, the female voice in the same section of FIG. 5 (e) showing the emphasized voice of the male speaker according to the present invention is sufficiently suppressed. As described above, the acoustic signal emphasizing method of the present invention can remove the interfering voice as compared with the prior art. When the average improvement ratio of the S / N ratio in the experiment shown in FIG. 5 is compared, the present invention is 4.9 dB compared to 2.1 dB of the prior art. Thus, according to the acoustic signal emphasizing device of the present invention, a high quality enhanced acoustic signal can be obtained.

なお、この発明の技術思想に基づく音響信号強調装置とその方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。上記した装置及び方法において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
The acoustic signal emphasizing device and method based on the technical idea of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. The processes described in the above-described apparatus and method are not only executed in time series according to the order described, but may be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the process. .
Further, when the processing means in the above apparatus is realized by a computer, the processing contents of functions that each apparatus should have are described by a program. Then, by executing this program on the computer, the processing means in each apparatus is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD-RAM(Random Access Memory)、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD-R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto Optical disc)等を、半導体メモリとしてフラッシュメモリー等を用いることができる。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape, etc., and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only) Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc. can be used as magneto-optical recording media, MO (Magneto Optical disc) can be used, and flash memory can be used as semiconductor memory.

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Further, the program may be distributed by storing the program in a recording device of a server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
Each means may be configured by executing a predetermined program on a computer, or at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

この発明の音響信号強調装置100の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the acoustic signal emphasis apparatus 100 of this invention. 音響信号強調装置100の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the acoustic signal emphasis apparatus 100. パラメータ推定部30の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the parameter estimation part 30. FIG. パラメータ推定部30の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the parameter estimation part 30. FIG. 音響信号強調装置100を用いた音源分離実験の結果を示す図であり、(a)は観測音響信号を示す図、(b)は従来の音源分離技術で強調した女性話者の音声を示す図、(c)は従来の音源分離技術で強調した男性話者の音声を示す図、(d)はこの発明で強調した女性話者の音声を示す図、(e)はこの発明で強調した男性話者の音声を示す図、(f)は女性話者の音源信号を示す図、(g)は男性話者の音源信号を示す図である。It is a figure which shows the result of the sound source separation experiment using the acoustic signal emphasis apparatus 100, (a) is a figure which shows an observed acoustic signal, (b) is a figure which shows the voice of the female speaker emphasized with the conventional sound source separation technique. (C) is the figure which shows the voice of the male speaker emphasized by the conventional sound source separation technique, (d) is the figure which shows the voice of the female speaker emphasized by this invention, (e) is the man who emphasized by this invention The figure which shows the voice of a speaker, (f) is a figure which shows the sound source signal of a female speaker, (g) is a figure which shows the sound source signal of a male speaker. 従来の音響信号強調装置600の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the conventional acoustic signal enhancement apparatus 600. FIG.

Claims (8)

時間領域の観測音響信号を所定数の周波数帯域毎の観測信号に分割する帯域分割部と、
上記観測信号を入力として所定フレーム数前までの残響成分を推定するための回帰行列と、音源信号に分離するための分離行列と推定するパラメータ推定部と、
上記観測信号に上記回帰行列を畳み込み演算して残響成分を求め、上記残響成分を上記観測信号から減算して残響除去信号を生成する残響除去部と、
上記残響除去信号に上記分離行列を乗算して音源信号の推定値を生成する音源分離部と、
上記音源信号の推定値を合成して時間領域の強調音響信号を生成する帯域合成部と、
を具備する音響信号強調装置であって、
上記パラメータ推定部は、
上記回帰行列を、音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記分離行列の推定値と上記観測信号を用いて、上記回帰行列と上記分離行列の両方に依存する尤度関数を最大化するように推定し、
上記分離行列を、上記尤度関数を最大化する分離行列、または音源分離技術を用いて得られる分離行列として求めることを特徴とする音響信号強調装置。
A band dividing unit for dividing the observation acoustic signal in the time domain into observation signals for a predetermined number of frequency bands;
A parameter estimation unit for estimating a regression matrix for estimating the reverberation component up to the previous predetermined number of frames of the observed signal as an input, and a separation matrix for separating the sound source signal,
A reverberation removing unit that generates a reverberation removal signal by subtracting the reverberation component from the observation signal by calculating the reverberation component by convolving the regression matrix with the observation signal;
A sound source separation unit for multiplying the dereverberation signal by the separation matrix to generate an estimated value of the sound source signal;
A band synthesizing unit that synthesizes the estimated values of the sound source signal to generate a time-domain emphasized acoustic signal;
An acoustic signal enhancement device comprising :
The parameter estimation unit
Using the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, the estimated value of the separation matrix, and the observed signal to maximize the likelihood function that depends on both the regression matrix and the separation matrix. Estimate
The separation matrix, an acoustic signal enhancement device according to claim Rukoto determined as the separation matrix obtained with the separation matrix or source separation techniques to maximize the likelihood function.
請求項1に記載した音響信号強調装置において、
上記パラメータ推定部は、
上記観測信号を記録する観測信号記録部と、
上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値の初期値を設定するパラメータ推定値初期化部と、
上記初期値又は上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値と、上記観測信号とを入力として全極パラメータ推定値を更新する全極パラメータ推定値更新部と、
上記全極パラメータ推定値を入力として音源信号のパワースペクトル密度の推定値を更新する音源信号パワースペクトル推定値更新部と、
上記音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記分離行列の推定値と上記観測信号とを入力として上記回帰行列の推定値を更新する回帰行列推定値更新部と、
上記回帰行列の推定値と上記音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記観測信号とを入力として上記分離行列の推定値を更新する分離行列推定値更新部と、
上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値が収束したか否かを判定して、収束したと判定されたときの回帰行列の推定値と分離行列の推定値を上記回帰行列と上記分離行列として出力する収束判定部と、
を備えることを特徴とする音響信号強調装置。
In the acoustic signal emphasizing device according to claim 1,
The parameter estimation unit
An observation signal recording unit for recording the observation signal;
A parameter estimation value initialization unit that sets initial values of the regression matrix estimation value and the separation matrix estimation value;
An all-pole parameter estimated value update unit that updates the all-pole parameter estimated value with the initial value or the estimated value of the regression matrix and the estimated value of the separation matrix and the observed signal as inputs;
A sound source signal power spectrum estimated value update unit that updates the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal using the all-pole parameter estimated value as an input;
A regression matrix estimated value update unit that updates the estimated value of the regression matrix by inputting the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, the estimated value of the separation matrix, and the observed signal;
A separation matrix estimated value update unit that updates the estimated value of the separation matrix by inputting the estimated value of the regression matrix, the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, and the observed signal;
It is determined whether or not the estimated values of the regression matrix and the separation matrix have converged, and the regression matrix estimate and the separation matrix estimate when it is determined to have converged are separated from the regression matrix and the separation matrix. A convergence determination unit that outputs as a matrix ;
An acoustic signal enhancing apparatus comprising:
請求項1又は2に記載した音響信号強調装置において、
上記パラメータ推定部は、上記所定フレーム数を上記観測信号の周波数帯域に応じて可変する所定フレーム数可変手段を備えることを特徴とする音響信号強調装置。
In the acoustic signal emphasizing device according to claim 1 or 2 ,
The acoustic parameter emphasizing apparatus, wherein the parameter estimation unit includes a predetermined frame number varying unit that varies the predetermined frame number according to a frequency band of the observation signal.
帯域分割部が、時間領域の観測音響信号を所定数の周波数帯域毎の観測信号に分割する帯域分割過程と、
パラメータ推定部が、上記観測信号を入力として所定フレーム数前までの残響成分を推定するための回帰行列と、音源信号に分離するための分離行列と推定するパラメータ推定過程と、
残響除去部が、上記観測信号に上記回帰行列を畳み込み演算して残響成分を求め、上記残響成分を上記観測信号から減算して残響除去信号を生成する残響除去過程と、
音源分離部が、上記残響除去信号に上記分離行列を乗算して音源信号の推定値を生成する音源分離過程と、
帯域合成部が、上記音源信号の推定値を合成して時間領域の強調音響信号を生成する帯域合成過程と、を含む音響信号強調方法であって、
上記パラメータ推定過程は、
上記回帰行列を、音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記分離行列の推定値と上記観測信号を用いて、上記回帰行列と上記分離行列の両方に依存する尤度関数を最大化するように推定し、
上記分離行列を、上記尤度関数を最大化する分離行列、または音源分離技術を用いて得られる分離行列として求める過程であることを特徴とする音響信号強調方法
A band dividing process in which the band dividing unit divides the observation acoustic signal in the time domain into observation signals for a predetermined number of frequency bands;
Parameter estimation unit comprises: a parameter estimation step of estimating a regression matrix for estimating the reverberation component up to the previous predetermined number of frames of the observed signal as an input, and a separation matrix for separating the sound source signal,
A dereverberation unit, which convolves the regression matrix with the observed signal to obtain a reverberation component, subtracts the reverberation component from the observed signal, and generates a dereverberation signal;
A sound source separation unit that multiplies the dereverberation signal by the separation matrix to generate an estimated value of the sound source signal; and
A band synthesizing method including a band synthesizing process for synthesizing the estimated value of the sound source signal to generate a time domain enhanced acoustic signal ,
The parameter estimation process is as follows:
Using the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, the estimated value of the separation matrix, and the observed signal to maximize the likelihood function that depends on both the regression matrix and the separation matrix. Estimate
An acoustic signal emphasizing method, wherein the separation matrix is a process of obtaining the separation matrix as a separation matrix that maximizes the likelihood function or a separation matrix obtained by using a sound source separation technique .
請求項に記載した音響信号強調方法において、
上記パラメータ推定過程は、
パラメータ推定値初期化部が、上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値の初期値を設定するパラメータ推定値初期化ステップと、
全極パラメータ推定値更新部が、上記初期値又は上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値と、上記観測信号とを入力として全極パラメータ推定値を更新する全極パラメータ推定値更新ステップと、
音源信号パワースペクトル推定値更新部が、上記全極パラメータ推定値を入力として音源信号のパワースペクトル密度の推定値を更新する音源信号パワースペクトル推定値更新ステップと、
回帰行列推定値更新部が、上記音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記分離行列の推定値と上記観測信号とを入力として上記回帰行列の推定値を更新する回帰行列推定値更新ステップと、
分離行列推定値更新部が、上記回帰行列の推定値と上記音源信号のパワースペクトル密度の推定値と上記観測信号とを入力として上記分離行列の推定値を更新する分離行列推定値更新ステップと、
収束判定部が、上記回帰行列の推定値と上記分離行列の推定値が収束したか否かを判定して、収束したと判定されたときの回帰行列の推定値と分離行列の推定値を上記回帰行列と上記分離行列として出力する収束判定ステップと、
を含むことを特徴とする音響信号強調方法。
The acoustic signal enhancement method according to claim 4 ,
The parameter estimation process is as follows:
A parameter estimation value initialization unit that sets an estimation value of the regression matrix and an initial value of the estimation value of the separation matrix;
An all-pole parameter estimated value update unit that updates the all-pole parameter estimated value by using the initial value or the estimated value of the regression matrix, the estimated value of the separation matrix, and the observed signal as inputs. When,
A sound source signal power spectrum estimated value update unit updates the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal with the all-pole parameter estimated value as an input, and
A regression matrix estimation value updating unit, wherein the regression matrix estimation value update unit updates the estimation value of the regression matrix by inputting the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, the estimation value of the separation matrix, and the observation signal;
A separation matrix estimated value update unit, which receives the estimated value of the regression matrix, the estimated value of the power spectrum density of the sound source signal, and the observation signal as input, and updates the estimated value of the separated matrix;
A convergence determination unit determines whether or not the estimated value of the regression matrix and the estimated value of the separation matrix have converged, and determines the estimated value of the regression matrix and the estimated value of the separation matrix when determined to have converged. A convergence determination step for outputting the regression matrix and the separation matrix , and
An acoustic signal emphasizing method comprising:
請求項乃至の何れかに記載した音響信号強調方法において、
上記パラメータ推定過程は、上記所定フレーム数を上記観測信号の周波数帯域に応じて可変する所定フレーム数可変ステップを含むことを特徴とする音響信号強調方法。
The acoustic signal enhancement method according to any one of claims 4 to 5 ,
The acoustic signal enhancement method, wherein the parameter estimation step includes a predetermined frame number variable step of changing the predetermined frame number according to a frequency band of the observation signal.
請求項1乃至の何れかに記載した音響信号強調装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。 A device program for causing a computer to function as the acoustic signal enhancing device according to any one of claims 1 to 3 . 請求項に記載した何れかの装置プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium on which any of the apparatus programs according to claim 7 is recorded.
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