JPS634973B2 - - Google Patents

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JPS634973B2
JPS634973B2 JP57177910A JP17791082A JPS634973B2 JP S634973 B2 JPS634973 B2 JP S634973B2 JP 57177910 A JP57177910 A JP 57177910A JP 17791082 A JP17791082 A JP 17791082A JP S634973 B2 JPS634973 B2 JP S634973B2
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JP
Japan
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band
attenuation
energy
noise
amount
Prior art date
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Expired
Application number
JP57177910A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5967732A (ja
Inventor
Hiroshi Saito
Ryoji Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP57177910A priority Critical patent/JPS5967732A/ja
Publication of JPS5967732A publication Critical patent/JPS5967732A/ja
Publication of JPS634973B2 publication Critical patent/JPS634973B2/ja
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/16—Automatic control
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
    • H03G9/02—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers

Landscapes

  • Noise Elimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば音声認識装置における前処
理装置、補聴器の入力装置、受信器のビート妨害
除去装置などに応用することができる雑音除去装
置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 一般に、雑音除去装置は第1図に示すように入
力端子1からのノイズ成分を含む入力信号をバン
ドパスフイルタ4を介して平均エネルギ計測手段
5に加え、この平均エネルギ計測手段5の結果に
応じてアナログ制御ローパスフイルタ2をコント
ロールして出力端子3よりノイズ成分を除去した
信号を取り出すように構成していた。これは、ノ
イズ出力はシステムの周波数帯域幅に比例するこ
と、信号対雑音の比(以下これをSN比と呼ぶ)
が十分に高ければ、雑音は信号にマスクされてし
まい、聴感上雑音は聞こえない(これをマスキン
グ効果と呼ぶ)という2つの基本理論に基づいて
おり、入力信号レベルが大きくなるにつれて平均
エネルギ計測手段5の出力信号、つまりアナログ
制御ローパス・フイルタ2の制御信号が大きくな
り、アナログ制御ローパス・フイルタ2の遮断周
波数が高くなるというようにして雑音の低減を試
みているわけである。しかしながら、上述した雑
音除去装置により低減される雑音は限られてお
り、たとえば正弦波のように帯域の狭い音が雑音
として入力された場合には、それを除去すること
はできないという問題があつた。
発明の目的 本発明の目的は、雑音の重畳している音声にお
いてどのような周波数特性をもつた雑音であつて
も、それが準定常的なものであれば、その雑音成
分を適確に取り除き、聞きやすい、きれいな音声
を再生することができる雑音除去装置を提供する
ことにある。
発明の構成 本発明の雑音除去装置は、雑音の重畳した音声
信号を帯域分割することを主体とする信号系と、
各帯域信号をその帯域(これをチヤンネルと呼
ぶ)のSN比に相当する値で一定時間(フレーム)
毎に減衰量の制御を行なう制御系を有しており、
信号系では入力信号を遅延手段により制御手段で
要する処理時間だけ遅延させ、その信号を帯域分
割手段によりnチヤンネルに帯域分割し、各帯域
信号を減衰手段により制御手段で求められる減衰
量に基づいて減衰させ、それらの信号を加算手段
により加算して出力信号を得、一方、制御系では
前記入力信号を前記帯域分割手段と同特性の帯域
分割手段により帯域分割し、それら各帯域信号の
平均エネルギを平均エネルギ計測手段により計測
し、制御手段では各帯域の平均エネルギからフレ
ーム毎かつチヤンネル毎に雑音エネルギの推定値
と音声エネルギの推定値を算出し、これに基づい
て前記減衰手段に与える減衰量を決定するように
構成したものである。
実施例の説明 第2図は本発明の雑音除去装置の一実施例を示
している。第2図において、11は信号系、12
は制御系である。この信号系11において、入力
信号は入力端子100より印加され、遅延手段2
00により後記するマイクロプロセツサ1400
で減衰量giを計算するための処理時間分だけ遅延
され、帯域分割手段30i(i=1,2,…n)
によりnチヤンネルに帯域分割され、減衰手段4
0i(i=1,2,…n)により減衰量giに応じ
て減衰され、帯域分割手段50i(i=1,2,
…n)によりフイルタリングを行ない減衰手段4
0iで減衰量giをフレーム周期毎に更新するため
に発生する振幅の不連続性を減少させ、加算手段
600で全チヤンネルの信号を加算して出力端子
700から出力信号を出力する。一方、制御系1
2において、入力信号は入力端子100より印加
され、帯域分割手段80i(i=1,2,…n)
によりnチヤンネルに帯域分割され、平均エネル
ギ計測手段90i(i=1,2,…n)により各
チヤンネルの平均エネルギが得られ、マルチプレ
クサ1000を経て、アナログ・デジタル変換器
(以下これをAD変換器と呼ぶ)1100で平均
エネルギがデジタル量に変換され、入出力インタ
ーフエース1300およびマイクロプロセツサ1
400を経てメモリ1500に記憶される。そし
てマイクロプロセツサ1400ではメモリ150
0に記憶された情報をもとに減衰量giを計算し、
その減衰量giは入出力インターフエース1300
およびデマルプレクサ1200を経て減衰手段4
0iのそれぞれに加えられる。上記マイクロプロ
セツサ1400のプログラムのフローチヤートを
第3図に示す。
本実施例では、例えば次に示す具体的特性と回
路とで実現される。帯域分割手段30i,50i
そして80iは音声帯域をほぼ含むように200〜
300Hzから5〜6KHzまでを1/3オクターブ毎に中 心周波数を設定した15チヤンネルの帯域通過フイ
ルタ群で構成し、遅延手段200にはBBD(バケ
ツト・ブリゲード・デバイス)を用いて10〜
20msecの遅延時間を得、減衰手段40iには3dB
ステツプ程度の分解能で最大−40〜50dBの減衰
が得られるデジタル制御のアツテネータを用い、
平均エネルギ計測手段90iには全波整流回路群
および平滑回路群を用いる。また1フレームの時
間長を10〜20msecとし、無音声区間を検出するた
めの観測区間を1〜2秒とするために観測フレー
ム数Mを50〜200とし、無音声区間とみなすフレ
ーム数Nを1〜10とする。
そして、上記減衰手段40iに与える減衰量gi
を決定するためには各帯域の平均エネルギからフ
レーム毎かつチヤンネル毎に雑音エネルギの推定
値と音声エネルギの推定値を算出しなければなら
ない。
次に、雑音エネルギの推定値の求め方について
説明する。通常の会話における音声には第4図b
に示すように必ず音声のされていない無音声区間
が存在する。そのような音声に第2図aに示すよ
うな定常的な雑音が重畳すると、そのエネルギを
観測すれば第4図cに示すようになり、エネルギ
の最も小さい区間が無音声区間で、その区間では
雑音のみが存在すると見なすことができる。この
ようにして雑音区間が検出できればその区間を分
析して雑音の特性を知ることができる。具体的に
は、入力信号の全周波数帯域でのフレーム毎の平
均エネルギを求め、Mフレーム(Mは一定)の期
間の観測で、この値が最も小さいものからNフレ
ーム(Nは一定、N<M)を無音声区間とみな
し、このN個のフレームにおける各帯域毎の平均
エネルギWi,kの平均 1/NN 〓k=1 Wi,k (ただしiは帯域番号i=1,2,…n、kは
フレーム毎の全周波数帯域での平均エネルギを小
さい順に並べた時の順位k=1,2,…M)と、
すでに得られている雑音エネルギの推定値N^i′と
の平均値を第5式に示すように新しい雑音エネル
ギの推定値N^iとする。
尚1/NN 〓k=1 Wi,kをそのまま雑音エネルギの推定値 N^iとしても良いのであるが、第5式に示すよう
に、すでに得られている雑音エネルギの推定値
Ni′との平均をとることにより、雑音エネルギの
推定値が急激に変化することにより生じる出力信
号の不連続性を減少させることができる。
またWi,kを求めるためのMフレームの観測区間
の移動のしかたであるが、これは第5図に示すよ
うにMフレームずつ移動させる方法と、第6図に
示すように1フレームずつ移動させる方法とがあ
る。第5図の方法では、Mフレームの間は雑音エ
ネルギの推定値N^iが一定であり、重畳している
雑音の変化が比較的ゆるやかな場合に適し、第6
図の方法では1フレーム毎に雑音エネルギの推定
値N^iが変化するので、重畳している雑音の変化
が比較的急激な場合に適する。
以上のようにして得られた雑音エネルギの推定
値N^iから音声エネルギの推定値S^iを求めると、 S^i=Wi−N^i Wi>Ni ……(6) となる。またWi≦Niの場合には音声エネルギの
推定値が負の値をとつてしまい不合理であるの
で、 S^i=0 Wi≦N^i ……(7) とする。ただしWiは任意フレームで計測された
各帯域毎の平均エネルギを示す。
Wiと音声エネルギの推定値S^iにより、減衰手段
に与える減衰量giを gi=S^i/Wi ……(8) とする。つまり減衰手段への入力信号をSio、減
衰手段の出力信号をSputとすると、この減衰量gi
を減衰手段に与えることにより、 Sput=gi・Sio となり、Sputのエネルギは音声エネルギの推定値
S^iと等しくなる。
このように各帯域信号のエネルギを減衰手段を
用いて音声エネルギの推定量Siと等しくすること
により音声に重畳した雑音の抑圧を行なうことが
できる。一方、雑音によつてはgiをそのまま減衰
手段に与えただけでは聴感上雑音の抑圧感が少な
い場合があるので、第10式に示すように非線形特
性E(gi)を減衰量giに掛けて、 gi′=E(gi)・gi ……(10) この新しい減衰量gi′を減衰手段に与えれば雑音
の抑圧特性を変えることができる。さらにこのE
(gi)を複数用意し、雑音によつてE(gi)を選択
できるようにすれば、聴感上最適な雑音抑圧特性
が得られるようになる。このE(gi)・giの例を第
7図に示す。特性AはE(gi)=1で非線形特性を
持たせない場合で、それ以外の特性B、特性C、
そして特性Dは非線形特性を持たせた場合であ
る。
減衰手段と加算手段との間に設けた帯域分割手
段の役割であるが、これは減衰量giがフレーム周
期毎に変化するために、減衰手段の出力信号は第
8図aに示すようなトーン・バースト状の波形に
なり、振幅の不連続点で耳ざわりな音がでるの
で、減衰手段の出力信号を各帯域に対応した帯域
分割手段と同じ特性をもつ新たな帯域分割手段で
再度帯域分割する(これをリフイルタリングと呼
ぶ)ことにより、第8図bに示すようにフレーム
毎に生じる振幅の不連続性を減少させ、耳ざわり
な音を小さくすることができる。
発明の効果 以上、詳述したように本発明によれば、入力信
号を帯域分割し、各帯域信号を減衰手段を介して
加算合成して出力すると共に、上記入力信号を帯
域分割した各帯域信号の平均エネルギを計測し、
これら各帯域の平均エネルギからフレーム毎がチ
ヤンネル毎に算出した雑音エネルギおよび音声エ
ネルギの推定値にもとずいて決定した減衰量に応
じて上記減衰手段をコントロールするように構成
したので、雑音の重畳している音声入力情報での
雑音成分がどのような周波数特性を持つた雑音で
あつてもそれが準定常的なものであれば、リアル
タイムでその雑音成分を適確に取り除き、聞きや
すいきれいな音声を出力することができる利点を
有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の雑音除去装置のブロツク図、第
2図は本発明の雑音除去装置の一実施例を示すブ
ロツク図、第3図は同装置のマイクロプロセツサ
のプログラムフローチヤート、第4図は雑音のエ
ネルギ、音声のエネルギそして音声+雑音のエネ
ルギの時間的変化を示した図、第5図は無音声区
間検出のためのMフレームの観測区間をMフレー
ムずつ移動させた場合を示した図、第6図は無音
声区間検出のためのMフレームの観測区間を1フ
レームずつ移動させた場合を示した図、第7図は
非線形性をもたせた減衰量E(gi)・giの例を示し
た図、第8図はリフイルタリングによる減衰手段
出力信号の変化を示した図である。 100……入力端子、200……遅延手段、3
0i,50i,80i……帯域分割手段、40i
……減衰手段、600……加算手段、700……
出力端子、90i……平均エネルギ計測手段、1
000……マルチプレクサ、1100……アナロ
グ・デジタル変換器、1200……デマルチプレ
クサ、1300……入出力インターフエース、1
400……マイクロプロセツサ、1500……メ
モリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力信号を任意時間だけ遅延させる遅延手段
    と、この遅延手段により遅延された信号を複数の
    周波数帯域に分割する帯域分割手段と、この帯域
    分割手段により得られた各帯域信号を任意量だけ
    減衰させる減衰手段と、この減衰手段により減衰
    させられた各帯域信号を加算して最終出力とする
    加算手段と、前記入力信号を複数の周波数帯域に
    分割する前記帯域分割手段と同特性の帯域分割手
    段と、この帯域分割手段により得られた各帯域信
    号の平均エネルギを計測する平均エネルギ計測手
    段と、この平均エネルギ計測手段により計測され
    た各帯域の平均エネルギの計測値に基づいて前記
    減衰手段の減衰量の制御を行なうための制御手段
    とを備えて成ることを特徴とする雑音除去装置。 2 制御手段は、音声と雑音とが混在した入力信
    号から平均エネルギを短時間毎およびそれぞれの
    帯域毎に計測し、得られた平均エネルギの値に基
    づいて音声エネルギの推定値および雑音エネルギ
    の推定値を算出し、算出された音声エネルギの推
    定値および雑音エネルギの推定値に基づいて減衰
    手段の減衰量を決定するように構成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の雑音除去装
    置。 3 制御手段での減衰量は、入力信号の全周波数
    帯域での短時間(これをフレームと呼ぶ)毎の平
    均エネルギを求め、Mフレーム(Mは一定)の観
    測において、この値が小さいものからNフレーム
    を音声の存在しない無音声区間とみなし、このN
    個のフレームにおける各帯域毎の平均エネルギ
    Wi,kの平均 1/NN 〓k=1 Wi,k (ただしiは帯域番号i=1,2,…n、kは
    フレーム毎の全周波数帯域での平均エネルギを小
    さい順に並べた時の順位)と、すでに得られてい
    る雑音エネルギの推定値N^i′との平均値を第1式
    に示すように新しい雑音エネルギの推定値N^iと
    して求め、 一方、任意フレームで計測された各帯域毎の平
    均エネルギをWiとし、そのフレームにおける音
    声エネルギの推定値S^iを第2式に示すように求
    め、 S^i=Wi−N^i Wi>Ni =0 Wi≦Ni ……(2) 減衰手段の減衰量giを gi=S^i/Wi ……(3) 第3式に示すように各チヤンネルの平均エネル
    ギWiと音声エネルギの推定値S^iとから求めるよう
    に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の雑音除去装置。 4 制御手段での減衰量は、減衰手段の減衰量gi
    に非線形特性E(gi)を掛けることにより得られ
    る第4式に示す新しい減衰量gi′とし、 gi′=E(gi)・gi ……(4) かつこの非線形特性E(gi)を数種類の内から選
    択できるようにして、それによつて得られた減衰
    量gi′を減衰手段に与えることにより雑音の除去
    の度合を調整できるように構成したことを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の雑音除去装置。 5 減衰手段により減衰させられた帯域信号を加
    算手段に入力する前に、それぞれの帯域信号を各
    帯域に対応した帯域分割手段と同等の特性をもつ
    新たな帯域分割手段で再度帯域分割し、この操作
    によつて得られた新たな帯域信号を前記加算手段
    に入力するように構成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の雑音除去装置。
JP57177910A 1982-10-08 1982-10-08 雑音除去装置 Granted JPS5967732A (ja)

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JPS5967732A JPS5967732A (ja) 1984-04-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63108822A (ja) * 1986-10-25 1988-05-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 音声通話信号の雑音抑圧装置

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JPS5967732A (ja) 1984-04-17

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