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1. (WO2015141103) 信号処理装置、信号処理方法、および信号処理プログラム
Document

明 細 書

発明の名称 信号処理装置、信号処理方法、および信号処理プログラム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

非特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : 信号処理装置、信号処理方法、および信号処理プログラム

技術分野

[0001]
 本発明は、所望の信号と雑音とが混在する混在信号から所望の信号を取得する技術に関する。

背景技術

[0002]
 上記技術分野において、特許文献1には、多チャンネルの入力信号のうち、少なくとも2つの入力信号の位相差を計算し、その位相差を強調することにより、入力信号に含まれる雑音成分を除去する際、雑音の消し残しを減少させる技術が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開WO2007/025265号公報
特許文献2 : 国際公開WO2005/024787号公報
特許文献3 : 特許4765461号公報
特許文献4 : 特許4282227号公報

非特許文献

[0004]
非特許文献1 : Handbook of Speech Processing 47章Adaptive Beamforming and Postfiltering、Springer 2008年

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかしながら、上記文献に記載の技術では、位相差を強調して雑音の消し残しを減少させているが、雑音成分と共に所望の信号成分も除去してしまう場合があった。
[0006]
 本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 上記目的を達成するため、本発明にかかる信号処理装置は、
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去手段と、
 前記相関雑音除去手段の出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去手段と、
 を備えた。
[0008]
 上記目的を達成するため、本発明にかかる信号処理方法は、少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 を含む。
[0009]
 上記目的を達成するため、本発明にかかる信号処理プログラムは、少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 をコンピュータに実行させる。

発明の効果

[0010]
 本発明によれば、所望の信号成分を除去せずに、雑音成分だけを除去することができる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 本発明の第1実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
[図2] 本発明の第1実施形態に係る残留雑音除去部の構成を示す図である。
[図3] 本発明の第2実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
[図4] 本発明の第2実施形態に係る残留雑音除去部の構成を示す図である。
[図5] 本発明の第2実施形態に係る位相差に基づく雑音除去部の構成を示す図である。
[図6] 本発明の第2実施形態に係る信号処理装置の処理の流れを示すフローチャートである。
[図7] 本発明の第3実施形態に係る残留雑音除去部の構成を示す図である。
[図8] 本発明の第3実施形態に係る補正計算部の一例を示す図である。
[図9] 本発明の第4実施形態に係る残留雑音除去部の構成を示す図である。
[図10] 本発明の第4実施形態に係る再雑音除去部の構成を示す図である。
[図11] 本発明の第5実施形態に係る残留雑音除去部の構成を示す図である。
[図12] 本発明の第5実施形態に係る振幅に基づく雑音除去部の構成を示す図である。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の説明中における「音声信号」とは、音声その他の音響に従って生ずる直接的の電気的変化であって、音声その他の音響を伝送するためのものをいい、音声に限定されない。
[0013]
 [第1実施形態]
 本発明の第1実施形態としての信号処理装置100について、図1と図2を用いて説明する。図1に示すように、信号処理装置100は、相関雑音除去部101と、残留雑音除去部102とを含む。また図2に示すように、残留雑音除去部102は、抑圧係数算出部201 1~201 Mと、抑圧部202とを含む。
[0014]
 相関雑音除去部101は、少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号X 1~X Mを入力する。そして、それらの入力信号に共通に含まれる雑音成分、すなわちチャンネル間で相関を有する雑音成分を除去し、X 0を出力する。
[0015]
 残留雑音除去部102は、相関雑音除去部101の出力信号X 0と、少なくとも2つの入力信号X 1~X Mのうち少なくとも1つの入力信号を入力とする。出力信号X 0の位相と、X 1~X Mのうち少なくとも1つの入力信号の位相との差分(位相差)に基づいてX 0に含まれる雑音成分を除去し、S 0を出力する。
[0016]
 抑圧係数算出部201 1~201 Mは、それぞれ、入力信号X 0とX 1~X Mの位相差に基づいて抑圧係数W 1~W Mを算出する。抑圧部202は、抑圧係数W 1~W Mのうち少なくとも1つの抑圧係数を用いて、入力信号X 0に含まれる残留雑音成分を除去する。
[0017]
 以上の構成によれば、所望の信号成分を除去せずに、雑音成分だけを除去することができる。
[0018]
 [第2実施形態]
 次に、図3乃至図6を参照して、本発明の第2実施形態に係る信号処理装置300について説明する。なお図6は、本実施形態の信号処理装置の処理を示すフローチャートである。
[0019]
 (全体構成)
 図3は、本実施形態に係る信号処理装置300の構成を示す図である。本実施形態において、信号処理装置300は所望の信号と雑音とが混在する多チャンネルの混在信号から所望の信号を取得するシステムである。以降では所望の信号を音声信号として説明するが、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
[0020]
 信号処理装置300は、相関雑音除去部301、残留雑音除去部302を含む。相関雑音除去部301は、2以上の多チャンネル入力信号X 1~X Mを入力とし、2以上の複数のチャンネルに含まれる雑音成分、すなわちチャンネル間で相関を有する雑音成分を主に除去し、X 0を出力する。
[0021]
 残留雑音除去部302は、相関雑音除去部301の出力信号X 0と、多チャンネル入力信号X 1~X Mのうち少なくとも1つの信号を入力とする。X 0の位相と、X 1~X Mのうち少なくとも1つの信号の位相との差分(位相差)に基づいてX 0に含まれる雑音成分を除去し、S 0を出力する。
[0022]
 (相関雑音除去部)
 多チャンネルの入力信号X 1~X Mを次のようにモデル化する。
[数1]


 
 X 1~X Mは入力信号の複素スペクトルであり、対応するチャンネルの時間領域の信号に対して離散フーリエ変換などの周波数分析を行うことにより得られる。fは周波数のインデックス、tは時間のインデックスである。以降、fとtは必要な場合を除いて適宜省略する。Sは所望の音声成分の複素スペクトルである。N c1~N cMは各チャンネル1~Mのうち2以上の複数のチャンネルに含まれる雑音成分、すなわちチャンネル間で相関を有する雑音成分の複素スペクトルである。N i1~N iMは各チャンネル1~Mそれぞれに独立して含まれる雑音成分、すなわちチャンネル間で相関が低い雑音成分の複素スペクトルである。
[0023]
 相関雑音除去部301では、適応ノイズキャンセラ(例えば、特許文献2:国際公開第2005/024787号公報に記載の方法)、適応ビームフォーマ(一般化サイドローブキャンセラや最小分散ビームフォーマなど、非特許文献1:Handbook of Speech Processing 47章Adaptive Beamforming and Postfiltering、Springer 2008年、に記載の方法)などの技術を用いて、チャンネル間で相関を有する雑音成分N c1~N cMを主に除去する。相関雑音除去部301における除去処理は、周波数領域、時間領域のどちらの処理でもよいことはもちろんである。チャンネル間で相関を有する雑音成分を除去する処理を時間領域で行う場合には、処理後に周波数分析により周波数領域の信号X 0に変換すればよい。相関雑音除去部301は、以下の(式2)で表すX 0を出力する。
[数2]


 
 N i0は相関雑音除去部301の処理後の残留雑音であり、主にチャンネル間で相関を有さない雑音成分である。なお、チャンネル間でのN c1~N cMの違い(位相差、振幅差)があらかじめわかっている場合には、ある特定の空間にヌルを向ける固定のビームフォーマなど適応動作が不要な方法を用いることも可能である。
[0024]
 (残留雑音除去部)
 図4は、残留雑音除去部302の構成を示す。残留雑音除去部302は、位相差に基づく雑音除去部421を含む。位相差に基づく雑音除去部421は、相関雑音除去部301の出力信号X 0と、多チャンネル入力信号X 1~X Mのうち少なくとも1つの信号を入力とする。X 0の位相と、X 1~X Mのうち少なくとも1つの信号の位相との差分(位相差)に基づいてX 0に含まれる雑音成分を除去し、S 1を出力する。S 1はS 0として残留雑音除去部302から出力される。
[0025]
 (位相差に基づく雑音除去部)
 図5は、位相差に基づく雑音除去部421の構成を示す。位相差に基づく雑音除去部421は、抑圧係数算出部501 1~501 M、抑圧係数統合部502、抑圧部503を含む。
[0026]
 (抑圧係数算出部)
 抑圧係数算出部501 1~501 Mは、それぞれ、相関雑音除去部301の出力信号X 0と多チャンネル入力信号X 1~X Mを用いて抑圧係数W 1~W Mを算出する。チャンネル1~Mに対する動作は同じであるため、抑圧係数算出部501 1について説明する。
[0027]
 抑圧係数算出部501 1に入力されるX 0の位相成分exp{-jθ X0}は、(式2)をX 0の振幅成分|X 0|で正規化することにより得られる。θ X0は、X 0の位相とする。
[数3]


 同様に、チャンネル1の入力信号X 1の位相成分exp{-jθ X1}は、(式1-1)をX 1の振幅成分|X 1|で正規化することにより得られる。ただしθ X1は、X 1の位相とする。
[数4]


 X 0の位相成分exp{-jθ X0}とX 1の位相成分exp{-jθ X1}を用いて、抑圧係数W 1を次の式で算出する。
[数5]


 ただし、Real[]は複素数の実部のみを抽出する演算子、*は複素共役を表す。また|X 0|と|X 1|がほぼ同じ場合、(式5)の補正項|X 1|/|X 0|は省略可能である。(式5)に(式3)、(式4)を代入すると次のようになる。
[数6]


複素スペクトルS、N i0、N C1、N i1を振幅成分と位相成分に分解し、複素共役をとると次のようになる。
[数7]


 さらに整理すると次のようになる。
[数8]


 ただし、以下である。
[数9]


 
[数10]


 ここで、音声成分S、雑音成分N i0、N C1、N i1がそれぞれ無相関とすると、(式9)と(式10)の分子において、位相成分が実数部、虚数部とも-1~1の値をランダムにとる。その結果、E S1とE N1の期待値はゼロとなり、無視できる。したがって、(式8)は近似的に次のように書ける。
[数11]


 なお(式5)より、
[数12]


 であるため、W 1はX 0とX 1位相差θ X0X1に基づいている。
[0028]
 同様に、抑圧係数算出部501 Mでは抑圧係数W Mを次の式で計算する。
[数13]


 
 抑圧係数算出部501 1~501 Mは、(式5)、(式13)で計算したW 1、W Mを出力する。なお、|S|と|X 0|が共に正の数であること、また|S|≦|X 0|の仮定から、W 1~W Mを0~1の範囲になるように制限をかけて出力してもよい。
[0029]
 (抑圧係数統合部)
 抑圧係数統合部502は、抑圧係数算出部501 1~501 Mからの抑圧係数W 1~W Mを受けて、統合抑圧係数W S1を出力する。例えば、統合抑圧係数W S1を次のように求める。
[数14]


 
 ただし、Aveは平均演算子である。なお、平均演算は全ての抑圧係数W 1~W Mで行う必要はなく、全体の平均値からのずれが大きい抑圧係数を省いて、再度平均することも考えられる。また事前に定めた範囲の値をとるチャンネルの抑圧係数だけを用いて平均する、事前に決めたチャンネルの抑圧係数だけを用いて平均することも考えられる。さらに、平均せずに、事前に決めたチャンネルの抑圧係数を使用する、所望の音声成分が除去されないように抑圧係数W 1~W Mのうち値が最大となるチャンネルの抑圧係数を使用するなどが考えられる。
 抑圧係数統合部502は、周波数f、時間tごとに、抑圧係数W 1~W Mを受ける。そのため、(式14)のようなチャンネル間だけの平均ではなく、近接周波数f、近接時間tに対して平均演算を行うことも考えられる。
[0030]
 (抑圧部)
 抑圧部503は、相関雑音除去部301からの信号X 0と統合抑圧係数W S1を受けて、X 0に含まれる残留雑音を除去する。
[数15]


 (式15)に示すように、抑圧部503の出力信号S 1は、振幅成分が所望の音声信号の振幅成分、位相成分が相関雑音除去部301からの信号X 0の位相成分である。
[0031]
 図6は、本実施形態にかかる雑音除去方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップS601で、複数のチャンネルから入力された入力信号を用いて、相関のある雑音成分を除去し、1つの出力信号を得る。例えば簡単のためM=2とした場合、(式1-1)と(式1-2)において、Nc1とNc2を消去して、Sについて解く。Nc1とNc2は相関を有するため、Nc2をNc1で書くことができる。Ni1とNi2は無関係であるため、出力に残る。
 次にステップS603において、ステップS601で求めた出力信号に残っている雑音を抑圧するための抑圧係数を、出力信号の位相成分と入力信号の位相成分を用いて算出する。
 さらにステップS605では、抑圧係数の平均を用いることにより、統合抑圧係数を求める。
 そして、ステップS607に進み、統合抑圧係数を用いて、残留雑音を除去する。
[0032]
 以上、本実施形態によれば、相関雑音除去部301において、チャンネル間で相関を有する雑音成分を除去し、X 0を得る。X 0は音声成分を除いて、多チャンネル入力信号X 1~X Mに含まれる雑音成分とは相関が低い。そのため、X 0の位相とX 1~X Mのうち少なくとも1つの信号の位相差に基づいて雑音抑圧係数を求めることにより、残留雑音を除去できる。これにより、本実施形態によれば、(式15)に示すように、所望の音声成分を除去せずに、雑音成分だけを除去することができる。
[0033]
 [第3実施形態]
 図7、図8を参照して、本発明の第3実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置では、図3の残留雑音除去部302が図7で示す残留雑音除去部702である点を除き、図3の第2実施形態に係る信号処理装置と同じである。したがって、残留雑音除去部702についてだけ説明する。
[0034]
 図7は、残留雑音除去部702の構成を示す。残留雑音除去部702は、補正部722 1~722 M、位相差に基づく雑音除去部421を含む。位相差に基づく雑音除去部421は、図4で示した位相差に基づく雑音除去部と同じ動作であるため、同じ符号を付して説明を省略する。
[0035]
 (補正部)
 補正部722 1~722 Mは、多チャンネル入力信号X 1~X Mをそれぞれ受けて、入力信号を補正し、出力する。入力信号X 1~X Mが、(式1-1)~(式1-M)ではなく、以下の(式16-1)
~(式16-M)であるとする。
[数16]


 
 ただし、G 1~G Mは、それぞれチャンネル1~Mに含まれる音声成分に対する周波数応答であり、複素スペクトルである。また、相関雑音除去部301の出力信号X 0が、(式2)ではなく、以下の(式17)であるとする。
[数17]


 
 ただし、G 0は音声成分に対する周波数応答であり、複素スペクトルである。補正部722 1~722 Mは、それぞれ(式16-1)~(式16-M)における音声成分が(式17)の音声成分と等しくなるように以下の(式18-1)~(式18-M)で示す補正係数Q 1~Q Mを用いて補正する。
[数18]


 
 すなわち、補正係数Q 1~Q Mを入力信号X 1~X Mに乗算する。
[数19]


 以下のように置くと、
[数20]


[数21]


[数22]


[数23]


(式19-1)~(式19-M)と(式17)はそれぞれ次のように書き換えられる。
[数24]


[数25]


(式24-1)~(式24-M)で示す多チャンネルの信号X' 1~X' M、(式25)で示す信号X 0を入力とすることにより、位相差に基づく雑音除去部421は、X 0に含まれる残留雑音を除去することができる。
[0036]
 (式18-1)~(式18-M)で示す補正係数Q 1~Q Mは、例えば、多チャンネル入力信号X 1~X Mを取得するためのマイクの配置や音声を発する話者の位置、相関雑音除去部301での処理内容によっては、事前に決めることが可能である。また補正係数Q 1~Q Mは、X 0と補正前の多チャンネルの信号X 1~X M、補正後の多チャンネルの信号X' 1~X' Mを用いて、計算することが可能である。チャンネル1~Mに対する動作は同じであるため、チャンネル1の場合についてだけ図8に例示する。図8はチャンネル1の補正係数計算部801、補正部802を示す。補正部802は、補正係数Q 1を補正係数計算部801とやりとりすることを除き、補正部722 1と同じである。
[0037]
 (補正係数計算部)
 補正係数計算部801は、X 0とX' 1の誤差が最小になるように、補正係数Q 1を更新する。X 0とX' 1は、両信号に含まれる音声成分だけの相関が高い。そのため、更新には適応フィルタを更新する際に用いられるLMS(Least Mean Square)法、正規化LMS法などを用いればよい。
[数26]


 ただし、μは更新の度合いを調整するステップサイズパラメタである。
[0038]
 本実施形態では、(式16-1)~(式16-M)の多チャンネル入力信号X 1~X Mに含まれる音声成分の周波数応答G 1~G M、また(式17)のX 0に含まれる音声成分の周波数応答G 0に差異がある場合においても、補正部722 1~722 Mで多チャンネル入力信号X 1~X Mを補正する。これにより、残留雑音除去部302において、X 0に含まれる残留雑音成分を除去できる。すなわち、本実施形態に係る信号処理装置は、所望の音声成分を除去せずに、雑音成分だけを除去することができる。
[0039]
 [第4実施形態]
 図9、図10を参照して、本発明の第4実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置では、図3の残留雑音除去部302が図9で示す残留雑音除去部902に置き換わる点を除き、第2実施形態に係る信号処理装置と同じである。したがって、残留雑音除去部902についてだけ説明する。
[0040]
 図9は、残留雑音除去部902の構成を示す。残留雑音除去部902は、補正部922 1~922 M、位相差に基づく雑音除去部421、および再雑音除去部923を含む。補正部922 1~922 Mは、図7で示した補正部722 1~722 Mと同じ動作であり、位相差に基づく雑音除去部421は、図4で示した位相差に基づく雑音除去部421と同じ動作を行なうため、説明を省略する。
[0041]
 (再雑音除去部)
 再雑音除去部923は、相関雑音除去部の出力信号X 0とそのX 0に含まれる残留雑音を除去した位相差に基づく雑音除去部の出力信号S 1を受けて、X 0に含まれる残留雑音を再度除去する。図10は、再雑音除去部923の構成を示す。再雑音除去部923は、パワー計算部1001、1002、残留雑音推定部1003、再抑圧係数計算部1004、抑圧部1005を含む。
[0042]
 (パワー計算部)
 パワー計算部1001、1002は、それぞれX 0とS 1のパワーを計算し、出力する。すなわち、以下のX 0PとS 1Pをそれぞれ出力する。
[数27]


[数28]


[0043]
 (残留雑音推定部)
 残留雑音推定部1003は、X 0PとS 1Pを用いて、残留雑音のパワーを推定し、推定雑音パワーとして出力する。すなわち、以下のN 0Pを出力する。
[数29]


 ただし、max[]は最大値を取得する演算子である。
[0044]
 (再抑圧係数計算部)
 再抑圧係数計算部1004は、X 0P、S 1P、N 0Pを用いて、再抑圧係数W S0を計算し、出力する。例えば、
[数30]


ただし、η DDは事前SNRであり、
[数31]


である。αは定数であり、α=0.98など事前に決定しておけばよい。過去の信号と組み合わせることにより、η DDの推定精度が向上する。
[0045]
 またη DDは、次のように計算してもよい。
[数32]


ただし、
[数33]


[数34]


である。(式32)の分母と分子を(式33)と(式34)に示すように、過去の信号を用いて別々に計算することにより、η DDの値がより安定する。
[0046]
 さらに、(式31)~(式34)のS 1P、S 1PDDは、特許文献3:日本国特許4765461号の方法を用い、所望の信号(例えば音声)のパターン(モデル)により補正することも可能である。
[0047]
 また再抑圧係数W S0は、(式30)の代わりに次のように計算してもよい。
[数35]


ただし、γは事後SNRであり、
[数36]


である。現在のX 0Pを再抑圧係数の計算に用いることにより、音声信号の立ち上がりにおいて、抑圧精度が改善する。(式36)右辺の分母のN 0Pには、(式34)のN 0PDDを使用してもよいことはもちろんである。再抑圧係数の計算には、MMSE STSA(Minimum Mean Square Error Short Time Spectral Amplitude)法、MMSE LSA(Minimum Mean Square Error Log Spectral Amplitude)法など(式30)、(式35)とは異なる方法を用いてもよいことはもちろんである。
[0048]
 (抑圧部)
 抑圧部1005は、相関雑音除去部301からの信号X 0と再抑圧係数W S0を受けて、X 0に含まれる残留雑音を除去する。
[数37]


そして、信号S 0が出力される。
[0049]
 本実施形態では、(式31)、(式33)、(式34)のように過去の信号を組み合わせて再抑圧係数を計算する、所望の信号のパターン(モデル)により補正して再抑圧係数を計算する、(式36)のように現在のX 0Pを再抑圧係数の計算に利用する。これらにより、所望の音声成分を除去せずに、雑音成分だけをさらに高精度に除去することができる。
[0050]
 [第5実施形態]
 図11、図12を参照して、本発明の第5実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置では、図3の残留雑音除去部302を図11で示す残留雑音除去部1102に置き換えた点を除き、第2実施形態に係る信号処理装置と同じである。したがって、残留雑音除去部1102についてだけ説明する。
[0051]
 図11は、残留雑音除去部1102の構成を示す。残留雑音除去部1102は、補正部722 1~722 M、位相差に基づく雑音除去部421、再雑音除去部923、振幅に基づく雑音除去部1121を含む。補正部722 1~722 Mは、図7で説明した補正部と同じ動作を行なうため、同じ符号を付して説明を省略する。また、位相差に基づく雑音除去部421は、図4で示した位相差に基づく雑音除去部と同じ動作を行なうため、同じ符号を付して説明を省略する。再雑音除去部923は、図9で示した再雑音除去部と同じ動作を行なうため、同じ符号を付して説明を省略する。
[0052]
 (振幅に基づく雑音除去部)
 振幅に基づく雑音除去部1121は、位相差に基づく雑音除去部421の出力信号S 1を少なくとも受けて、S 1に含まれる残留雑音を除去し、S 2を出力する。図12は、振幅に基づく雑音除去部1121の構成を示す。振幅に基づく雑音除去部1121は、パワー計算部1201、振幅に基づく雑音推定部1202、振幅に基づく抑圧係数計算部1203、抑圧部1204を含む。
[0053]
 (パワー計算部)
 パワー計算部1201は、S 1のパワーを計算し、出力する。すなわち、以下のS 1Pを出力する。
[数38]


[0054]
 (振幅に基づく雑音推定部)
 振幅に基づく雑音推定部1202は、少なくともS 1Pを用いて、S 1Pに含まれる残留雑音のパワーを推定し、出力する。すなわち、以下のN 1Pを出力する。
[数39]


ただし、NE[]は雑音パワー推定演算子であり、最小統計法、特許文献4:日本国特許4282227号で示される重み付き雑音推定法、など様々な雑音パワー推定法を用いることが可能である。
[0055]
 (振幅に基づく抑圧係数計算部)
 振幅に基づく抑圧係数計算部1203は、S 1P、N 1Pを用いて、振幅に基づく抑圧係数W S2を計算し、出力する。例えば、
[数40]


ただし、η DDは事前SNRであり、
[数41]


である。αは定数であり、α=0.98など事前に決定しておけばよい。
[0056]
 またη DDは、次のように計算してもよい。
[数42]


ただし、
[数43]


[数44]


である。(式42)の分母と分子を(式43)と(式44)に示すように、過去の信号を用いて別々に計算することにより、η DDの値がより安定する。
[0057]
 また振幅に基づく抑圧係数W S2は、(式40)の代わりに次のように計算してもよい。
[数45]


ただし、γは事後SNRであり、
[数46]


である。現在のS 1Pを振幅に基づく抑圧係数の計算に用いることにより、音声信号の立ち上がりにおいて、抑圧精度が改善する。(式46)右辺の分母のN 1Pには、(式44)のN 1PDDを使用してもよいことはもちろんである。
[0058]
 (抑圧部)
 抑圧部1204は、位相差に基づく雑音除去部421からの信号S 1と振幅に基づく抑圧係数W S2を受けて、S 1に含まれる残留雑音を除去する。
[数47]


 そして、信号S 2が出力される。
[0059]
 本実施形態では、再雑音除去部923の後段ではなく、前段に、振幅に基づく雑音除去部1121を用いる。これにより、位相差に基づく雑音除去部421において、(式9)
と(式10)に示すE S1とE N1がゼロでない場合であっても、所望の音声成分を除去せずに、雑音成分だけをさらに高精度に除去することができる。
[0060]
 [他の実施形態]
 以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。例えば、上記実施形態に記載した信号処理装置を含むマイクユニットも本発明の範疇に含まれる。
[0061]
 また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する多チャンネル雑音除去プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるWWW(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)は本発明の範疇に含まれる。
[0062]
 [実施形態の他の表現]
 上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去手段と、
 前記相関雑音除去手段の出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去手段と、
 を備えた信号処理装置。
(付記2)
 前記残留雑音除去手段が、位相差に基づく雑音除去手段を有する付記1に記載の信号処理装置。
(付記3)
 前記位相差に基づく雑音除去手段は、
 前記相関雑音除去手段の出力信号と少なくとも1つの前記入力信号の位相差に基づいて抑圧係数を算出する抑圧係数算出手段と、
 少なくとも1つの前記抑圧係数算出手段からの抑圧係数を受けて統合抑圧係数を出力する抑圧係数統合手段と、
 抑圧係数統合手段からの統合抑圧係数を用いて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を抑圧する抑圧手段と、を含む付記2に記載の信号処理装置。
(付記4)
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の前段に、各チャンネルの前記入力信号を補正する補正手段を有する付記2または3に記載の信号処理装置。
(付記5)
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の後段に、再雑音除去手段を有する付記2乃至4のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記6)
 前記再雑音除去手段は、
 前記相関雑音除去手段の出力信号のパワーと前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーから残留雑音のパワーを推定する残留雑音推定手段と、
 前記相関雑音除去手段の出力信号のパワーと前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーと前記推定した残留雑音のパワーを用いて再抑圧係数を計算する再抑圧係数計算手段と、
 前記再抑圧係数計算手段からの再抑圧係数を用いて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を抑圧する抑圧手段と、
 を含む付記5に記載の信号処理装置。
(付記7)
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の後段、かつ前記再雑音除去手段の前段に、振幅に基づく雑音除去手段を有する付記5に記載の信号処理装置。
(付記8)
 前記振幅に基づく雑音除去手段は、
 前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号に含まれる雑音のパワーを推定する、振幅に基づく雑音推定手段と、
 前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーと振幅に基づく雑音推定手段からの推定雑音パワーを用いて振幅に基づく抑圧係数を計算する振幅に基づく抑圧係数計算手段と、
 前記振幅に基づく抑圧係数計算手段からの振幅に基づく抑圧係数を用いて、前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号に含まれる雑音を抑圧する抑圧手段と、を備えた付記7に記載の信号処理装置(付記9)
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 を含む信号処理方法。
(付記10)
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
[0063]
 この出願は、2014年3月17日に出願された日本出願特願2014-054239を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

請求の範囲

[請求項1]
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去手段と、
 前記相関雑音除去手段の出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去手段と、
 を備えた信号処理装置。
[請求項2]
 前記残留雑音除去手段が、位相差に基づく雑音除去手段を有する請求項1に記載の信号処理装置。
[請求項3]
 前記位相差に基づく雑音除去手段は、
 前記相関雑音除去手段の出力信号と少なくとも1つの前記入力信号の位相差に基づいて抑圧係数を算出する抑圧係数算出手段と、
 少なくとも1つの前記抑圧係数算出手段からの抑圧係数を受けて統合抑圧係数を出力する抑圧係数統合手段と、
 抑圧係数統合手段からの統合抑圧係数を用いて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を抑圧する抑圧手段と、を含む請求項2に記載の信号処理装置。
[請求項4]
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の前段に、各チャンネルの前記入力信号を補正する補正手段を有する請求項2または3に記載の信号処理装置。
[請求項5]
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の後段に、再雑音除去手段を有する請求項2乃至4のいずれか1項に記載の信号処理装置。
[請求項6]
 前記再雑音除去手段は、
 前記相関雑音除去手段の出力信号のパワーと前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーから残留雑音のパワーを推定する残留雑音推定手段と、
 前記相関雑音除去手段の出力信号のパワーと前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーと前記推定した残留雑音のパワーを用いて再抑圧係数を計算する再抑圧係数計算手段と、
 前記再抑圧係数計算手段からの再抑圧係数を用いて、前記相関雑音除去手段の出力信号に含まれる残留雑音を抑圧する抑圧手段と、
 を含む請求項5に記載の信号処理装置。
[請求項7]
 前記残留雑音除去手段は、前記位相差に基づく雑音除去手段の後段、かつ前記再雑音除去手段の前段に、振幅に基づく雑音除去手段を有する請求項5に記載の信号処理装置。
[請求項8]
 前記振幅に基づく雑音除去手段は、
 前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号に含まれる雑音のパワーを推定する、振幅に基づく雑音推定手段と、
 前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号のパワーと振幅に基づく雑音推定手段からの推定雑音パワーを用いて振幅に基づく抑圧係数を計算する振幅に基づく抑圧係数計算手段と、
 前記振幅に基づく抑圧係数計算手段からの振幅に基づく抑圧係数を用いて、前記位相差に基づく雑音除去手段の出力信号に含まれる雑音を抑圧する抑圧手段と、を備えた請求項7に記載の信号処理装置。
[請求項9]
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 を含む信号処理方法。
[請求項10]
 少なくとも2つのチャンネルから、所望信号と雑音信号が混在する少なくとも2つの入力信号を入力し、前記少なくとも2つの入力信号の間で相関を有する雑音信号を除去する相関雑音除去ステップと、
 前記相関雑音除去ステップの出力信号と前記少なくとも2つの入力信号に含まれる少なくとも1つの入力信号との位相差に基づいて、前記相関雑音除去ステップによる出力信号に含まれる残留雑音を除去する残留雑音除去ステップと、
 をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]