JPH05291971A

JPH05291971A - 信号処理装置

Info

Publication number: JPH05291971A
Application number: JP4067291A
Authority: JP
Inventors: Glop Daniel; ダニエル・グロープ
Original assignee: GS SYST Inc
Current assignee: GS SYST Inc
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、ノイズ混入の会話信号からノイ
ズを低減する信号処理装置を得る。【構成】会話信号s(t)とノイズ信号n(t)とが加算され
た入力信号y(t)のスペクトル内のノイズ及び会話を区別
することにより、フィルタサブシステム120の調整を決定
可能な人工知能250を用いる。入力信号の周波数スペクト
ルの電力又はエンベロープ関数のパターンを調べること
により、エンベロープの急速に変化する部分は会話を示
すものと決定し、残余部分はノイズ出力の周波数分布で
あると決定する。以上の信号処理を、スペクトルの最大
値の有無にかかわらず、スペクトル全体又は周波数帯域
毎に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ノイズを低減する装
置に関し、更に詳しくは、ノイズ混入の会話信号からノ
イズを低減する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第4,025,721号又は第4,185,168
号明細書に記載されたような会話に混ざるノイズを低減
するための従来の単一マイク装置は、会話とノイズとの
総和である入力信号のエンベロープ又は平均電力の最小
値の確認と、会話の中断又はノイズのみが存在する時間
と思われるその最小値での入力信号のパラメータの決定
とを提供し、これらのパラメータはノイズパラメータで
あると決定された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術は以
上のように、使用の適用範囲及び実現態様の両方におい
て限定され、これらはバンドパスフィルタのアナログ配
列の使用に限定されるという問題点があった。この発明
は上記のような問題点を解決するためになされたもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る信号処理
装置は、会話信号にノイズ信号が加算された入力信号に
応答して決定制御パラメータ信号を出力する決定及び制
御手段と、入力信号を選択的に濾波し、決定制御パラメ
ータ信号及び入力信号に応答してノイズを低減し、もっ
てノイズが低減された入力信号に相当するフィルタ出力
信号を供給するフィルタ手段とを備え、決定及び制御手
段が、入力信号からその周波数成分を導出して各周波数
成分の出力信号を供給する周波数サブシステム手段と、
周波数成分の出力信号に応答して各周波数成分の電力成
分を導出するエネルギサブシステム手段と、エネルギサ
ブシステム手段に応答して、定義された閾値レートより
速いレートで変化する急速な時間変動を入力信号がいつ
有するかを決定する比較器手段と、比較器手段、エネル
ギサブシステム手段、及び入力信号に応答して、入力信
号の定義された閾値レートより速いレートで変化してい
ると決定された急速な時間変動を選択的に除去して残余
出力信号を供給するパターン分類サブシステム手段とを
備え、変動が周波数成分に対する会話信号の電力成分の
時間にわたる変動を表わし、残余出力信号が周波数成分
に対するノイズ信号の電力成分に対応し、異なる周波数
成分での残余出力信号が決定制御パラメータ信号を構成
するものである。

【０００５】

【作用】この発明によれば、ノイズ混入の会話信号から
ノイズを低減するための信号処理装置が提供される。こ
の発明の信号処理装置は人工知能を用い、この人工知能
は、入力信号の周波数スペクトルの電力パターン関数又
はエンベロープパターン関数を調べることによって、会
話とノイズとの和の入力信号のスペクトル内のノイズ及
び会話を区別することにより、フィルタサブシステムの
調整に対して決定可能であり、そのエンベロープの急速
な変化部分が会話を示すことを決定し、これに反して残
余部分がノイズ電力の周波数分布であると決定され、一
方、スペクトルの最大値が存在する場所を無視して、全
体のスペクトル又はその周波数帯域を調べる。

【０００６】この発明の他の実施例においては、傾斜検
索処理を適用して装置出力信号内の或る会話的特徴の増
大を試みることにより、フィルタに増分調整を提供する
フィードバックループが組み込まれている。この発明の
信号処理装置は、入力信号の関数の最小値又は会話の中
断を考慮する必要がない。代わりに、この発明の信号処
理装置は、会話及びノイズの入力信号のエンベロープパ
ターンが入力される人工知能システムを用いる。その
後、この発明の信号処理装置は、このエンベロープ信号
から、固定された時間ウィンドウの間エンベロープの急
速に変化する変動を濾波する。

【０００７】

【実施例】この発明は、図面に関連した詳細な説明を参
照することにより、更に良く理解されるだろう。この発
明の信号処理装置は、入力信号の関数の最小値又は会話
の中断を考慮する必要がない。代わりにこの発明の信号
処理装置は、会話及びノイズ(図１参照)の入力信号のエ
ンベロープパターンが入力される人工知能システムを用
いる。この入力信号即ち到来信号は、図２について更に
説明されている。この発明の信号処理装置は、このエン
ベロープ信号から、固定された時間ウィンドウの間エン
ベロープの急速に変化する変動を濾波する。これらの急
速に変化する変動は、図３について更に説明されている
ように必ずしも最大値ではない。

【０００８】急速に変化する変動は、或る所定の時間閾
値の持続時間以下だけ継続する変動である。入力信号の
エンベロープは、種々の周波数帯域で評価される。又は
代わりに、総合入力信号の離散フーリエ変換(ＤＦＴ: D
escrete Fourier transform)のエンベロープが評価され
る。所定の時間閾値の持続時間は、多帯域の場合の周波
数が異なるために異なるか又はＦＦＴ(ＤＦＴ)である。
人工知能システムは、その後、このように濾波された入
力信号のエンベロープのエンベロープレベルを決定し、
適切な帯域にわたる、又はＤＦＴで考慮された分離周波
数にわたる、ノイズのスペクトルレベルを表わす。

【０００９】入力信号は、信号エンベロープから構成さ
れてもよく、又は同時に、多数の帯域又はスペクトルレ
ベルに対する多数のエンベロープから構成されてもよ
い。会話の各要素、即ち音韻は、異なる周波数でのエネ
ルギを有する。これらの周波数は、米国ボルチモア(Balt
imore)所在のウィリアムズ(Williams)及びウィルキンス
(Wilkins)出版社により1977年に出版された、ダブリュ
・アール・ホドキン(W.R.Hodkin)及びアール・ダブリュ
・スキンナ(R.W.Skinner)共著による「聴覚補助評価及
び聴覚的再評価における使用」と題された本におけるよ
うに、よく引用されている。

【００１０】音声会話に対応する低周波(好適な実施例
では約1.2kＨz以下)の音韻が、非音声会話に対応する高
周波(好適な実施例では約1.2kＨz以上)の音韻(約3〜30m
秒という比較的短い持続時間を有する）よりも極めて長
い持続時間(約40〜150m秒)を有するという事実により、
異なる所定の時間閾値の持続時間は、異なる周波数帯域
で用いられる。

【００１１】好適な実施例のために選ばれた低周波及び
高周波の遷移点は、それぞれ1200Ｈz以下及び1200Ｈz以
上である。択一的に、例えば、800、1000又は1500Ｈz等
の他の遷移点は選ばれ得る。又、各々が個別且つ隔離さ
れた所定の時間閾値の持続時間を有する多数の遷移点又
は下位遷移点が選ばれ得る。

【００１２】好適な実施例において、所定の時間閾値の
持続時間は、音声会話に対応する低周波(1200Ｈｚ以下)
の音韻に対して約120m秒である。この所定の時間閾値の
持続時間は100〜150m秒の範囲内であり得る。好適な実
施例において、所定の時間閾値の持続時間は、非音声会
話に対応する高周波(1200Ｈz以上)の音韻に対して約40m
秒である。この所定の時間閾値の持続時間は25〜40m秒
の範囲内であり得る。

【００１３】従って、各所定の時間閾値の持続時間より
短く継続するそれらの急速に変化する変動は、この発明
の信号処理装置により会話と考慮される。一方、各所定
の時間閾値の持続時間より長く継続するそれらの急速に
変化する変動は、この発明の信号処理装置によりノイズ
と考慮される。

【００１４】この発明の信号処理装置は、異なる周波数
又は周波数帯域での入力信号エンベロープ内の過去の変
動が、１つの会話から次の会話への時間進行と共に時間
内で急速に動く入力信号の会話成分のエンベロープであ
る、という事実を証明する。又、入力信号は、いかなる
人間言語のいかなる通常会話においても、１つの音韻か
ら次の音韻へと周波数が異なり、一方、この発明の信号
処理装置により除かれるべきノイズは、その周波数位置
のまわりでそのようなレートで現れず、或る周波数又は
低いレートでの周波数帯域で周波数位置及び強度が変化
するものと考えられる。

【００１５】一旦、入力信号のノイズ成分の周波数内容
が、上記エンベロープ濾波により決定されると、人工知
能サブシステム(図１のコントローラサブシステム250を
参照)は、４つの状態のうちの１つを認識するだろう。
即ち、(イ)ノイズ無し(或るレベル３より低いレベルのノ
イズ)、(ロ)ホワイトノイズ(人工知能の認識器サブシス
テム内に格納されたように異なる周波数又は周波数帯域
での閾値レベルパラメータに関して実質的に平坦なスペ
クトルを有するノイズ）、(ハ)バブルノイズ（即ち、幾
人かの話し手の音韻を混合して形成されたエンベロープ
成分が或る周波数位置において単一の話し手の会話によ
るエンベロープ成分よりも長く続くようなバックグラン
ドで、幾人かの話し手の同時会話によるノイズ）、及
び、(ニ)上記(イ)〜(ハ)以外のノイズ(即ち、１つ又はい
くつかの周波数範囲でピークとなるがバブルノイズでは
ないノイズ)の４つのカテゴリである。

【００１６】上記４つのカテゴリ(イ)〜(ニ)を区別する
と、人工知能システムは、フィルタサブシステム230に
より入力信号を濾波するためのそれぞれの態様を選択す
る。その態様は各分類(イ)〜(ニ)毎に異なる。

【００１７】分類(イ)に対して、このフィルタはバイパ
スされる。分類(ロ)に対して、フィルタは、ノイズの影
響が最小となる間、会話明瞭性が最大となるように平均
会話状態に適応するように設定される。これは、スペク
トルの最低周波数及び最高周波数の帯域又は端部、即ち
約400Ｈz以下及び約2.6kＨz以上を抑制(ノッチング)す
ることになる。分類(ハ)に対して、フィルタは、ほとん
どのバブルエネルギが集中する低周波を抑制(ノッチア
ウト)するように設定される。

【００１８】分類(ニ)に対して、フィルタは、濾波後の
エンベロープが最大となる周波数ベースを抑制(ノッチ
アウト)し、エンベロープがまだ比較的高い帯域を適度
に抑制するように設定される一方、まだ(対数)総合周波
数の少なくとも約1／2を確保する。更に、会話明瞭性が
高周波(2000kＨz)において非常に集中されることに注目
すれば、抑制されるべきノイズが約1500Ｈｚより低い周
波数にあることを人工知能システムが決定したときに、
約2000Ｈz以上の帯域は(10〜15dＢまで)増大される。

【００１９】１つの好適な実施例において、フィルタサ
ブシステム230は、バンドパスフィルタの配列である。あ
るいは、フィルタサブシステム230は、マイクロコンピュ
ータシステム、デジタル信号処理装置、又はＦＦＴ(高速
フーリエ変換)やＤＦＴ(離散フーリエ変換）ＩＣ又は装
置により同等に実現可能であろう。事実、この発明の全
体の信号処理装置即ち決定及び制御チャネル20並びにフ
ィルタチャネル10の両方は、単一のマイクロプロセッサ
又はＤＳＰに基づく装置として実現される。ここで、マ
イクロプロセッサは、入力信号のエンベロープパラメー
タを格納し、各成分を分析し、各成分に対するそれぞれ
のゲインを計算し、そして、格納されたパラメータに応
答し且つこの発明の教えに従って、各成分に対するゲイ
ンを調整して最適化を行う。

【００２０】この発明の信号処理装置の他の実施例(図
４参照)では、上記ノイズ低減装置にフィードバックチ
ャネル30(図５参照)が組み込まれており、フィードバッ
クチャネル30は、会話成分s(t)を高周波部分及び低周波
部分に分けるために、鋭いカットオフ周波数を有するハ
イパスフィルタ及びローパスフィルタに基づく音声及び
非音声弁別器を用いる。ノイズ低減装置の全ての出力信
号s〜(t)（図４及び図５参照)は、フィードバックチャネ
ル30に入力され、フィードバックチャネル30は、装置の
出力信号を調べて実質的に会話であるかどうかを決定す
る。そのため、会話の音声音韻及び非音声音韻のそれぞ
れの周波数内容及び持続時間の両方において、会話の音
声及び非音声構造の会話特徴の存在を調べるのである。

【００２１】その結果、時間ウィンドウ(約100〜150m秒
のオーダ)にわたって、出力信号s(t)が周波数内容及び関
連する持続時間の上記特徴をもっていないこと、即ち、
低周波の音声音韻が約50ｍ秒〜150m秒だけ継続すること
を上記弁別器が決定した場合には、Ｑで示される高周波
(非音声)の内部信号が所定の時間間隔Ｔw内の持続時間
Ｔqにわたって生成される。尚、比率Ｔq／ＴwはＲqで示
される。次に、傾斜検索の実行又は回路がフィードバッ
クチャネル30内に組み込まれ、図４又は図５のようなメ
イン装置のフィルタサブシステム(フィルタチャネル)10
のゲインパラメータをいくつかの所定の強制的範囲内の
値に変えて、Ｒqを低減、即ちs(t)の会話的特徴を強調
し、従って装置の出力端子において更にノイズのないs
(t)を得る。

【００２２】図１に戻ると、フィードバックチャネル30
の無いこの発明の信号処理装置の電気的なブロック図が
示されている。図１のような会話処理用の人工知能パタ
ーン認識式ノイズ低減装置は、入力信号ｙ(t)105に応答
する信号処理装置である。入力信号y(t)105は、会話信号
s(t)とノイズ信号n(t)との和からなり、会話信号s(t)と
ノイズ信号ｎ(t)とを受信源100で加算することにより得
られる。信号処理装置は、フィルタチャネル10並びに決
定及び制御チャネル20を備え、その各々に入力信号y(t)
105が入力される。

【００２３】決定及び制御チャネル20は、入力信号y(t)1
05に応答して決定制御パラメータ信号260を出力するた
めの手段を提供する。決定及び制御チャネル20は、周波
数サブシステム210と、エネルギサブシステム220と、フ
ィルタサブシステム230、パターン分類サブシステム240
及びコントローラサブシステム250からなるパターン分
類システムと、を更に備えている。

【００２４】周波数サブシステム210は、入力信号の周波
数成分を導出して各周波数成分の出力信号[y(f₁),y
(f₂),…y(fn)]を供給するための手段を提供する。エネ
ルギサブシステム220は、上記周波数成分の出力信号に
応答して、各周波数成分に対するエネルギ成分[||y(f₁)|
|,||y(f₂)||,…||y(fn)||］を導出する手段を提供す
る。ここで、||y(fn)||は、各周波数成分の大きさの絶対
値を示す。エネルギサブシステム220は、電力分析器を提
供し、ＤＦＴ電力分析器、ＦＦＴ分析器、平滑回路を有す
る二乗回路、等の種々の異なる方法で実施され得る。

【００２５】パターン分類システムは、||y||内の時間変
動ピークを濾波するためのフィルタサブシステム230と、
その周波数分布からノイズを分類するためのパターン分
類サブシステム240と、この発明の教えに従う人工知能形
式のパターン認識決定を用いて種々の周波数でのゲイン
調整を決定(ゲインベクトルを設定、又は、フィルタのパ
ラメータを設定)するためのコントローラサブシステム2
50と、を備えたものとして、図１に示される。

【００２６】パターン分類システムは、入力信号の定義
された閾値レートより速いレートで変化していると決定
された速い(又は急速に変化する)時間変動を選択的に除
去して、変動が各周波数成分に対する会話信号電力の変
動を表わす残余出力信号を供給するための手段を提供す
る。ここで、残余出力信号は、各周波数成分に対するノ
イズ信号電力に対応し、異なる周波数成分での出力信号
は、決定制御パラメータ信号260を構成する。

【００２７】フィルタチャネル10は、周波数サブシステ
ム110と、多数の周波数帯域で別々のゲイン制御を提供す
るゲインベクトルサブシステム120と、を更に備えてい
る。ゲインベクトルサブシステム120は、フィルタチャネ
ル10内のフィルタサブシステムとして作用する。

【００２８】周波数サブシステム110は、入力信号の周波
数成分を導出して各周波数成分の出力信号[y(f₁),y
(f₂),…y(fn)]を供給するための手段を提供する。

【００２９】フィルタチャネル10は、入力信号y(t)105を
選択的に濾波することにより、決定制御パラメータ信号
260及び入力信号105に応答してノイズを低減し、ノイズ
が低減された入力信号に対応するフィルタ出力信号ｓ〜
(t)140を供給するための手段を提供する。

【００３０】フィルタチャネル10のゲインベクトルサブ
システム120は、各周波数成分に対する周波数応答を選択
的に変えるように、決定制御パラメータ信号260に応答し
て周波数サブシステム110の出力信号y(fn)のゲインパラ
メータを調整するための手段を提供する。

【００３１】急速な時間変動は、会話の周波数スペクト
ルの全体又はその一部を含む周波数範囲にわたって決定
され得る。急速な時間変動は、会話の周波数スペクトル
内の周波数帯域を含む各周波数範囲にわたって決定され
得る。定義された閾値レートは、処理されている特殊な
周波数成分と関連する。エネルギ関数は、各周波数成分
のサンプル変動として決定され得る。

【００３２】入力信号の周波数成分は、入力信号の離散
フーリエ変換(ＤＦＴ)パラメータであり得る。又、決定
及び制御チャネル20は、入力信号に応答して入力信号に
対するＤＦＴパラメータを選択的に出力するＤＦＴ分析
器サブシステム即ち周波数サブシステム210を備え得
る。

【００３３】あるいは、入力信号の周波数成分は、入力
信号に応答するバンドパスフィルタの配列を備えたサブ
システムによって決定され得る。バンドパスフィルタの
この配列は、決定及び制御チャネル20の周波数成分出力
信号を同時に生成する。ここで周波数サブシステム110
の代わりに、各バンドパスフィルタからの出力信号は、
続いて、各周波数帯域に対するゲインベクトルサブシス
テム120の各ゲイン要素を介して、フィルタチャネル10
にも通過される。ここで、ゲイン値は、決定制御パラメ
ータ信号260に応答して決定される。

【００３４】フィルタチャネル10のゲインベクトルサブ
システム120のゲインは、好適な実施例において、決定及
び制御チャネル20内の人工知能のコントローラサブシス
テム250に応答して決定される。１つのモードにおい
て、このコントローラサブシステム250は、考慮される周
波数範囲の最高端及び最低端のゲインが抑制されるホワ
イトノイズ制御モードを動作させる決定に対して、ノイ
ズ電力がいつ実質的に応答するかを決定する。好適な実
施例において、考慮される周波数範囲の最高端及び最低
端のゲインは、0.1(−20dＢ)以下のゲイン設定まで抑制
される。

【００３５】他のモードにおいて、コントローラサブシ
ステム250は、バブルノイズモードを動作させる。ここ
で、決定及び制御チャネル20によって決定されるノイズ
電力がほぼ1000Ｈｚまでの周波数に対する周波数範囲の
低端で実質的に高く、且つ同時に、周波数範囲の高端で
のノイズ電力が０でないと決定され、上記高周波範囲で
の電力変動が通常会話に関連する所定レートより非常に
高いレートで起きるために決定されるという決定に応答
して、フィルタの低周波範囲は強く抑制され、これに反
して高周波範囲はわずかに強調される。

【００３６】決定及び制御チャネル20は、コントローラ
サブシステム250を介して決定制御パラメータ信号260を
出力する。このとき、例えば、所定の最高周波数以下に
位置する周波数範囲でのノイズ電力のほとんどが実質的
に高いと決定され、その周波数以上で所定の閾値レベル
より低いわずかのノイズ電力が存在するという、決定及
び制御チャネル20による決定に応答して、高い周波数の
ゲインが実質的に上昇され、これに反して、ノイズが存
在するフィルタの低周波範囲が強く抑制される。ここ
で、決定及び制御チャネル20のコントローラサブシステ
ム250は、ノイズが低周波ノイズであると決定する。

【００３７】図２は入力信号及びその成分部分を示す。
人間の耳又はマイク等の音声受信器100は、到来する会話
信号s(t)とノイズ信号n(t)との総和を提供する。音声受
信器100からの出力信号は、到来信号即ち入力信号y(t)1
05であり、y(t)＝s(t)＋n(t)である。

【００３８】図３のＡ〜Ｄは、異なる時間での入力信号
y(t)のエンベロープの周波数分布を示し、入力信号の電
力パターンに応じて会話とノイズとを識別する。図３の
Ａ〜Ｄは、次々の時刻t₁、t₂、t₃及びt₄における入力信
号ｙ(ｔ)のエンベロープの周波数分布をそれぞれ示す。
図３のＡ〜Ｄは、位置Ｘ₁において急速に変化する変動
(ピーク)が、全ての時刻t₁〜t₄で安定しており、従っ
て、ノイズ電力であることを示し、これに反して、
Ｘ₂、Ｘ₃及びＸ₄におけるピークが短く残り(時刻サンプ
ルにわたって繰り返さない)、会話音韻の電力であるこ
とを示している。

【００３９】図４は図１の信号処理装置の電気的なブロ
ック図であり、決定及び制御チャネル20並びにフィルタ
チャネル10の入力端子に印加される入力信号ｙ(t)105を
供給する音声受信器100を示する共に、ゲイン制御設定
値Ｇiをフィルタチャネル10に印加している決定及び制
御チャネル20の決定制御パラメータ信号260、並びにフィ
ードバックチャネル30の付加を示す。

【００４０】フィードバックチャネル30は、その入力端
子に印加される装置出力信号s〜(t)140を有し、フィルタ
チャネル10のゲイン設定値に対して適応変動を提供する
フィードバックチャネル30及びフィルタチャネル10の両
方にフィードバック信号として印加される出力信号〜Ｇ
iを供給する。

【００４１】図５は図４のフィードバックチャネル30の
電気的なブロック図である。フィードバックチャネル30
は、バンドパスフィルタサブシステム410と、決定サブシ
ステム440と、傾斜検索サブシステム450とを備えてい
る。バンドパスフィルタサブシステム410は、ハイパス
(ＨＰ)フィルタ420と、ローパス(ＬＰ)フィルタ430とを
備えている。装置出力信号s〜(t)140は、ハイパスフィ
ルタ420及びローパスフィルタ430の各入力端子に印加さ
れる。

【００４２】上述したように、ハイパスフィルタ420は、
非有声の会話音韻(ＵＶ)の検出に応答した出力信号を供
給し、一方、ローパスフィルタ430は、有声の会話音韻
(Ｖ)の検出に応答した出力信号を供給する。ＵＶ及びＶ
の出力信号は、決定サブシステム440の入力端子に印加
され、決定サブシステム440は、この発明の教えに従
い、有声及び非有声の音韻に対応したＶ及びＵＶの各出
力信号の持続の決定に応答して出力信号Ｑを供給する。
出力信号Ｑは、傾斜検索サブシステム450の入力端子に印
加され、傾斜検索サブシステム450は、この発明の教え
に従い、フィルタチャネル10のゲイン設定値を変化させ
るための信号を提供する出力信号〜Ｇi460を供給する。

【００４３】出力信号〜Ｇi460は、フィードバック信号
として、傾斜検索サブシステム450にも印加される。又、
ランダム初期設定パラメータ〜Ｇｉ(o)452の初期設定値
は、別の初期入力信号として傾斜検索サブシステム450
に供給される。

【００４４】ここでは、種々の特定された実施例につい
て説明してきたが、異なる他の実施例がこの発明の教え
に従って実現可能であることは当業者により理解される
だろう。従って、この発明の範囲は、開示された実施例
に限定されることを意味することはなく、添付された特
許請求の範囲により定義される。

【００４５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、会話と
ノイズとが加算された入力信号のスペクトル内のノイズ
及び会話を区別してフィルタサブシステムの調整決定可
能な人工知能を用い、周波数スペクトルの電力又はエン
ベロープ関数のパターンを調べて、エンベロープの急速
に変化する部分は会話を示すものと決定し、残余部分は
ノイズ電力の周波数分布であると決定し、スペクトルの
最大値の有無にかかわらずスペクトル全体又は周波数帯
域毎に行うようにしたので、ノイズ混入の会話信号から
ノイズを低減する信号処理装置を得ることができる。

【００４６】又、この発明によれば、装置の出力信号内
の或る会話的特徴を増大させるために、傾斜検索処理を
用いることによりフィルタに対して増分調整を提供する
フィードバックループを組み込み、入力信号の関数の最
小値即ち会話の中断を考慮することを必要とせずに、入
力信号のエンベロープパターンが入力される人工知能に
より、固定された時間ウィンドウの間の急速な変動をフ
ィルタで取り出すようにしたので、ノイズ混入の会話信
号からノイズを低減する信号処理装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】フィードバックを除いたこの発明の信号処理装
置を示す電気的なブロック図である。

【図２】入力信号及びその成分部分を示す説明図であ
る。

【図３】次々の時刻での入力信号のエンベロープを示す
波形図である。

【図４】フィードバックチャネルを付加した図１の信号
処理装置を示す電気的なブロック図である。

【図５】図４のフィードバックチャネルを示す電気的な
ブロック図である。

【符号の説明】

10 フィルタチャネル 20 決定及び制御チャネル 30 フィードバックチャネル 105、y(t) 入力信号 110、210 周波数サブシステム 120 ゲインベクトルサブシステム 140 フィルタ出力信号 220 エネルギサブシステム 250 コントローラサブシステム 260 決定制御パラメータ信号 410 バンドパスフィルタサブシステム 420 ハイパスフィルタ 430 ローパスフィルタ 440 決定サブシステム 450 傾斜検索サブシステム 460、Ｇi ゲイン制御設定値 s(t) 会話信号 n(t) ノイズ信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】会話信号にノイズ信号が加算された入力
信号に応答して決定制御パラメータ信号を出力する決定
及び制御手段と、前記入力信号を選択的に濾波し、前記決定制御パラメー
タ信号及び前記入力信号に応答して前記ノイズを低減し
て、前記ノイズが低減された入力信号に相当するフィル
タ出力信号を供給するフィルタ手段と、を備え、前記決定及び制御手段は、前記入力信号からその周波数成分を導出して各周波数成
分の出力信号を供給する周波数サブシステム手段と、前記周波数成分の出力信号に応答して前記各周波数成分
の電力成分を導出するエネルギサブシステム手段と、前記エネルギサブシステム手段に応答して、定義された
閾値レートより速いレートで変化する急速な時間変動を
前記入力信号がいつ有するかを決定する比較器手段と、前記比較器手段、前記エネルギサブシステム手段、及び
前記入力信号に応答して、前記入力信号の前記定義され
た閾値レートより速いレートで変化していると決定され
た前記急速な時間変動を選択的に除去して残余出力信号
を供給するパターン分類サブシステム手段と、を備え、前記変動は、前記周波数成分に対する前記会話信号の電
力成分の時間にわたる変動を表わし、前記残余出力信号
は、前記周波数成分に対する前記ノイズ信号の電力成分
に対応し、異なる周波数成分での前記残余出力信号は、
前記決定制御パラメータ信号を構成する信号処理装置。
【請求項２】前記フィルタ手段は、前記決定制御パラメータ信号に応答して、前記フィルタ
手段のゲインパラメータを調整し、各周波数成分に対す
る前記フィルタ手段の周波数応答を選択的に変える調整
手段を更に備え、前記調整手段は、各周波数成分に対する前記残余出力信
号に応答して各周波数成分に対する前記ゲインパラメー
タを調整する請求項１の信号処理装置。
【請求項３】急速な時間変動は、全ての周波数成分を
含む会話の周波数スペクトルを含む周波数範囲にわたっ
て決定される請求項１の信号処理装置。
【請求項４】前記電力成分は、前記入力信号の二乗の
個別の時間サンプルの有限の総和として各周波数成分で
決定される請求項１の信号処理装置。
【請求項５】前記入力信号の周波数成分は、前記入力
信号の離散フーリエ変換(ＤＦＴ)の変換パラメータであ
り、前記決定及び制御手段は、前記入力信号に応答して
前記入力信号に対する前記ＤＦＴパラメータを選択的に
出力するＤＦＴ分析器サブシステムを更に備えた請求項
１の信号処理装置。
【請求項６】前記周波数サブシステム手段は、前記入
力信３号に応答するバンドパスフィルタの配列を備えた
請求項１の信号処理装置。
【請求項７】前記バンドパスフィルタの配列は、前記
決定及び制御手段の前記周波数成分の出力信号を同時に
生成し、各バンドパスフィルタからの前記出力信号は、
続いて、各周波数帯域に対するそれぞれのゲイン要素を
介して前記フィルタ手段に通され、ゲイン値は、前記決
定制御パラメータ信号に応答して決定される請求項６の
信号処理装置。
【請求項８】急速な時間変動は、100Ｈz〜10,000Ｈzの
周波数帯域を各々が含む周波数範囲にわたって決定され
る請求項１の信号処理装置。
【請求項９】前記フィルタ手段のゲインパラメータ
は、前記決定及び制御手段内の人工知能サブシステム手
段に応答して決定され、前記決定及び制御手段は、考慮
された全周波数範囲にわたってノイズ電力がいつ実質的
に等しくなるかを決定し且つ前記決定に応答してホワイ
トノイズ制御モードを動作させ、前記考慮された周波数
範囲の最高端及び最低端のゲインパラメータが抑制され
る請求項２の信号処理装置。
【請求項１０】決定及び制御手段により決定されたノ
イズ電力が、約1000Ｈzまでの周波数に対する周波数範
囲の低端で実質的に高く、同時に、前記ノイズ電力が前
記周波数範囲の高端で０でないと決定され、前記高周波
範囲での電力成分の変動が通常の会話に関連した所定の
変化速度よりも極めて急速であると決定されたことに応
答して、前記決定制御手段はバブルノイズモードを動作させ、フ
ィルタの少なくとも１つの低周波範囲が強く抑制され、
前記フィルタの少なくとも１つの高周波範囲が増幅され
る請求項１の信号処理装置。
【請求項１１】前記決定及び制御手段は、高い周波数
成分でのゲインパラメータが実質的に増幅されるように
前記決定制御パラメータ信号を出力し、ノイズのほとん
どの電力成分が所定の最大周波数以下に位置するという
前記決定及び制御手段による決定に応答して、低い周波
数成分でのゲインパラメータは強く抑制され、前記決定
及び制御手段は、前記ノイズが低周波ノイズであること
を決定する請求項２の信号処理装置。
【請求項１２】決定及び制御チャネルは、ノイズが高
周波ノイズであることを決定し、ノイズ電力成分が所定
の高周波範囲以上に存在するという決定に応答して、ノ
イズが存在する適切な周波数範囲を強く抑制する請求項
１の信号処理装置。
【請求項１３】前記ゲインパラメータの低減は１より
小さく低減され、そして、或る周波数範囲にわたる前記
フィルタ手段のゲインパラメータが抑制されるべきとき
に、１秒以下の時間間隔にわたって抑制は徐々に且つ円
滑に起こる請求項10の信号処理装置。
【請求項１４】或る周波数範囲にわたる前記フィルタ
手段のゲインパラメータが増大されるべきときに、前記
増幅は、１秒以下の時間間隔にわたって徐々に実行され
る請求項11の信号処理装置。
【請求項１５】前記決定及び制御手段は、前記ノイズ
電力が最大値となる周波数範囲を決定し、前記フィルタ
出力信号の低減は、前記決定された最大周波数範囲に対
して最高である請求項１の信号処理装置。
【請求項１６】フィルタチャネルの出力信号を受信す
るように結合され、鋭いカットオフを有して所定の閾値
周波数以上の周波数で出力レベルを測定するためのハイ
パスサブフィルタ及びローパスサブフィルタを含む音声
及び非音声弁別回路を含むフィードバックチャネルと、前記フィードバックチャネルに応答し、300m秒のオーダ
の所定の時間ウィンドウ(Ｔw)の間、前記ハイパスサブフ
ィルタ及び前記ローパスサブフィルタの各出力端子での
信号電力が、第２の所定時間間隔よりも長い時間の間所
定レベル以上のレベルで、ハイパスサブフィルタの周波
数範囲内でほとんど存在するという決定に応答して出力
信号Ｑを供給し、又、前記第１の時間ウィンドウＴw以上
の間信号の電力が前記所定レベル以下に低下したと決定
するまで、前記第１の時間ウィンドウＴwの終端まで前
記出力信号を供給し続ける決定サブシステムと、を更に備え、前記ローパスサブフィルタでの電力は、前記第２の所定
時間間隔より長い第３の所定時間の間第２の所定レベル
以上であるという決定に応答して、出力信号Ｑが出力さ
れ、前記ハイパスサブフィルタ及び前記ローパスサブフィル
タの両方の電力レベルが閾値レベルと重複し且つ同時に
超過することに応答して、前記閾値レベル、時間ウィン
ドウでの前記ハイパスサブフィルタ及び前記ローパスサ
ブフィルタの両方の電力レベルの前記重複の持続時間中
にわたって出力信号Ｑが出力され、Ｔqで示されるレベル
Ｑの出力信号の持続時間とＴｗで示されるウィンドウの
長さとの比率、即ち比率Ｔq／Ｔw＝Ｒqが各ウィンドウ
Ｔw毎に繰り返し計算され、フィルタ手段の周波数の各
範囲のゲインパラメータがわずかに変化し、これによ
り、Ｒqの変動と前記各パラメータの変動との傾斜比率が
計算されて、傾斜検索が傾斜検索フィードバックとして
役立ち、Ｒqを低減するためにフィルタ手段のゲインを修
正するように、Ｒqを低減する方向に帰納的な傾斜検索を
提供するが、フィルタチャネルのゲインの後者の変動
は、フィードバックチャネルを考慮することなく決定及
び制御手段により決定されたような各ゲイン値から所定
の百分率比率内に制限されてフィードバック訂正の影響
を制限し、第i番目の周波数範囲に対するゲインＧi(但
し、iは連続する整数、i＝１,２,…Ｎであり、Ｎは考慮
される周波数範囲の総数)とＲqとの傾斜関係は、非常に
小さい増分を所定の時間間隔Ｔｑにわたる種々のゲイン
に印加することにより、又、前のそのような時間間隔Ｔ
ｑにわたるＲｑとその変動を比較することにより更新さ
れ、時間間隔Ｔqは必ずしもＴwと等しくなく、傾斜関数
は、Ｒq／Ｇi ; i＝１,２,…Ｎで表わされ、時間間隔Ｔq(j)にわたる変動を表わすと、
j番目の整数の時間間隔jは、j＝０,２,…で表わされる
請求項１の信号処理装置。
【請求項１７】Ｇi(j)で示される、j番目の時間間隔Ｔ
q(j)とその前の時間間隔Ｔq(j−1)との間のＧiの訂正変
動Ｇi(j)は、帰納的な関係、Ｇi(j)＝Ｂ・Ｒq／Ｇi i＝１,２,…Ｎで与えられ、iは考慮される周波数範囲、Ｂは既定の係
数であり、jにわたる総和を表わすＧｉ(ｊ)は、フィー
ドバックチャネルを無視するときを考慮することなく、
決定及び制御手段により決定されたようなＧｊに関する
所定の閾値比率を超過しない請求項16の信号処理装置。
【請求項１８】低周波範囲の前記フィルタ出力信号の
低減は、ノイズ電力成分が所定の高周波範囲及び低周波
範囲の両方に存在するという決定及び制御手段の決定に
応答して、所定の高周波範囲の前記フィルタ出力信号よ
りも多大にされる請求項20の信号処理装置。
【請求項１９】前記決定された範囲以外の周波数範囲
に対して、前記フィルタ出力信号の低減は前記最大の低
減よりも小さい請求項15の信号処理装置。
【請求項２０】前記フィルタ出力信号の最大の低減
は、低い周波数に対して、より多大となる値である請求
項15の信号処理装置。
【請求項２１】ノイズ成分の分布がホワイトノイズで
あるという決定に応答して、前記会話信号に応答して前
記高周波範囲及び前記低周波範囲のみで前記フィルタ出
力信号を低減する手段を更に備えた請求項18の信号処理
装置。
【請求項２２】ノイズ成分の分布がバブルであるとい
う決定に応答して、前記会話信号に応答して前記低周波
範囲のみで前記フィルタ出力信号を低減する手段を更に
備えた請求項18の信号処理装置。