專利名稱：噪聲消除裝置以及噪聲消除程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消除在噪聲消除后殘留的音樂噪聲的噪聲消除裝置及其程序。
背景技術(shù)：
在聲音識別處理以及免提通話中，由于在聲音中重疊噪聲，從而存在聲音識別性 能以及清楚性降低這樣的問題。為了解決該問題，提出了各種噪聲消除方法，作為最一般的 方法已知譜減法(以下稱為SS法)。在SS法中，從聲音信號中的無聲音的非聲音區(qū)間推測噪 聲譜，并從聲音信號的任意幀的譜中減去所推測出的噪聲譜，從而進行噪聲消除。但是，在 所推測出的噪聲譜與重疊于聲音信號的實際的噪聲譜之間存在誤差的情況下，根據(jù)噪聲的 頻率而產(chǎn)生過減(over subtraction)以及欠減(under subtraction)。在過減的情況下， 通過填平(flooring)處理進行回填，但欠減的分量原樣地殘留。該欠減的分量被察覺為稱 為音樂噪聲的人為聲音，成為識別性能以及清楚性降低的原因。為了削減音樂噪聲，考慮以下的3個對策。( 1)增大減法系數(shù)，從而減少欠減分量(2)改善噪聲譜的推測精度，減少減法殘留誤差(3)在減法后推測欠減分量并抑制在上述(1)的方法中，由于在聲音區(qū)間中也大幅減去噪聲，所以聲音譜失真，對聲 音識別性能造成惡劣影響。作為上述(2)的方法提出了各種方法，但重疊于幀的噪聲基本上 是未知的，無法使誤差成為0。作為上述(3)的方法，已知計算時間頻率平面上的關(guān)注點周 邊的功率比并消除音樂噪聲分量的以往方法(例如，參照非專利文獻1)。具體而言，計算由 以時間頻率平面上的關(guān)注點為中心的距離N所包圍的區(qū)域的累積功率A和由距離M (N〈M) 所包圍的區(qū)域的累積功率B，在(A — B) X a〈B的情況下，通過將由關(guān)注點的距離N所包圍 的區(qū)域視為音樂噪聲分量并使功率成為0，從而消除音樂噪聲分量。非專利文獻 1 :Gary Whipple “Low residual noise speech enhancement utilizing time — frequency filtering，，ICASSP94，199
發(fā)明內(nèi)容
以往的音樂噪聲消除方法如以上那樣構(gòu)成，所以如果噪聲的功率變動變大，且欠 減分量的功率變動也變大，則產(chǎn)生噪聲譜的推測錯誤，其結(jié)果，存在如下課題無法消除音 樂噪聲分量而原樣地殘留，或者將應(yīng)視為聲音分量的點作為音樂噪聲分量而消除。另外，在音樂噪聲分量消除之后，由于關(guān)注點的附近區(qū)域的功率成為0，所以存在 會產(chǎn)生時間上的不連續(xù)性這樣的課題。本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，其目的在于，即使在噪聲的功率變 動變大且欠減分量的功率變動也變大的情況下，也能夠適合地判別音樂噪聲分量并抑制， 并且使用填平值來抑制音樂噪聲分量，從而避免產(chǎn)生時間上的不連續(xù)性。本發(fā)明提供一種噪聲消除裝置，具備噪聲推測部，推測重疊于輸入信號的噪聲；噪聲消除部，使用噪聲推測部推測出的噪聲的統(tǒng)計量，消除重疊于輸入信號的噪聲并且進 行填平處理；密集度計算部，針對噪聲消除的輸入信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，計算位 于該關(guān)注點的周邊的各點的規(guī)定的密集度；以及部分抑制部，在時間頻率平面上的關(guān)注點 的密集度小于閾值的情況下，將該關(guān)注點的功率置換為噪聲消除部在填平處理中使用的填 平值。本發(fā)明提供一種噪聲消除程序，用于使計算機作為如下單元發(fā)揮功能噪聲推測 單元，推測重疊于輸入信號的噪聲；噪聲消除單元，使用噪聲推測單元推測出的噪聲的統(tǒng)計 量，消除重疊于輸入信號的噪聲并且進行填平處理；密集度計算單元，針對噪聲消除的輸入 信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，計算位于該關(guān)注點的周邊的各點的規(guī)定的密集度；以及 部分抑制單元，在時間頻率平面上的關(guān)注點的密集度小于閾值的情況下，將該關(guān)注點的功 率置換為噪聲消除單元在填平處理中使用的填平值。根據(jù)本發(fā)明，針對噪聲消除的輸入信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，計算位于該 關(guān)注點的周邊的各點的規(guī)定的密集度，在密集度小于閾值的情況下，將該關(guān)注點的功率置 換為填平值，所以即使在噪聲的功率變動大且欠減分量的功率變動的情況下，也能夠適合 地判別音樂噪聲分量并抑制。另外，由于使用填平值來抑制音樂噪聲分量，所以能夠避免產(chǎn) 生時間上的不連續(xù)性。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的噪聲消除裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示出圖1所示的噪聲推測部100的動作的流程圖。圖3是示出圖1所示的噪聲消除部102的動作的流程圖。圖4是示出圖1所示的密集度計算部104的動作的流程圖。圖5是說明圖1所示的密集度計算部104的密集度計算中使用的權(quán)重函數(shù)的圖。圖6是說明圖1所示的密集度計算部104的密集度計算中使用的權(quán)重函數(shù)的圖， 示出使用與圖5不同的權(quán)重函數(shù)的情況。圖7是示出圖1所示的密集度計算部104的密集度計算的具體例的圖。圖8是示出圖1所示的部分抑制部105的動作的流程圖。圖9是示出圖1所示的部分抑制部105的部分抑制處理的具體例的圖，圖9 (a) 是部分抑制處理前的譜圖，圖9 (b)是部分抑制處理后的譜圖。圖10是示出本發(fā)明的實施方式2的噪聲消除裝置1的結(jié)構(gòu)的框圖。圖11是示出圖10所示的噪聲消除部102的動作的流程圖。圖12是示出圖10所示的密集度計算部104的動作的流程圖。圖13是示出本發(fā)明的實施方式3的噪聲消除裝置1的結(jié)構(gòu)的框圖。圖14是示出圖13所示的全局SNR推測部107以及閾值選擇部108的動作的流程 圖。圖15是示出圖13所示的閾值存儲器109保存的全局SNR —閾值對應(yīng)表的一個例 子的圖。圖16是示出本發(fā)明的實施方式4的噪聲消除裝置1的結(jié)構(gòu)的框圖。圖17是示出圖16所示的權(quán)重函數(shù)選擇部110的動作的流程圖。
圖18是示出圖16所示的權(quán)重函數(shù)存儲器111保存的全局SNR —附近數(shù)一權(quán)重函 數(shù)一閾值對應(yīng)表的一個例子的圖。
具體實施例方式以下，為了更詳細地說明本發(fā)明，根據(jù)附圖，說明具體實施方式
。實施方式1.圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的噪聲消除裝置1的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，噪 聲消除裝置1是消除重疊于輸入信號的噪聲，進而還消除在噪聲消除后殘留的音樂噪聲分 量的裝置，具備噪聲推測部100、噪聲譜存儲器101、噪聲消除部102、填平值存儲器103、密 集度計算部104、部分抑制部105。噪聲推測部100推測重疊于輸入信號的噪聲譜，計算該推測噪聲譜的統(tǒng)計量并更 新，并輸出到噪聲譜存儲器101。噪聲譜存儲器101是預(yù)先存儲噪聲推測部100輸出的推測 噪聲譜的統(tǒng)計量的存儲部。噪聲消除部102從噪聲譜存儲器101獲取推測噪聲譜的統(tǒng)計量 并從輸入信號的譜中減去，并且為了防止過剩的減法而進行填平處理，將每個時間頻率的 填平值和有無填平處理輸出到填平值存儲器103。密集度計算部104從填平值存儲器103獲取每個時間頻率的有無填平的信息并進 行二值化，并求出與權(quán)重函數(shù)的積和，從而計算出時間頻率平面(譜圖)上的關(guān)注點的密集 度并輸出到部分抑制部105。部分抑制部105比較從密集度計算部104輸出的密集度和閾 值，將小于閾值的關(guān)注點的功率置換為填平值存儲器103所存儲的填平值，從而抑制音樂
噪聲分量。在輸入信號之中,在聲音部分和非聲音部分中,在關(guān)注點的周邊格子(grid)中產(chǎn) 生填平的頻度有意地不同，所以能夠計算出周邊格子的非填平處理點的密集度并將小于閾 值的關(guān)注點判別為音樂噪聲分量。另外，在噪聲消除裝置1中，將噪聲推測部100、噪聲譜存儲器101、噪聲消除部 102、填平值存儲器103、密集度計算部104以及部分抑制部105，既可以分別通過專用的電 路構(gòu)成為硬件，也可以設(shè)為通過由通用的CPU (Central Processing Unit,中央處理單元) 等構(gòu)成的控制電路和計算機程序的組合來實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。在由計算機構(gòu)成噪聲消除裝置1的 情況下，將記述了噪聲推測部100、噪聲譜存儲器101、噪聲消除部102、填平值存儲器103、 密集度計算部104以及部分抑制部105的處理內(nèi)容的噪聲消除程序保存到計算機的存儲 器，使計算機的通用的CPU等控制電路執(zhí)行存儲器中保存的噪聲消除程序即可。進而，即使存在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍的設(shè)計變更等，也當然包含在本發(fā)明 中。接下來，說明噪聲消除裝置1的動作。首先，說明噪聲推測部100的動作。圖2是示出圖1所示的噪聲推測部100的動 作的流程圖。噪聲推測部100通過以下的步驟計算頻率編號f的推測噪聲譜的平均值y (；0和標準偏差0 (f)。首先，噪聲推測部100從輸入信號中，切出樣本幀數(shù)NFRAME的幀作為樣本(步驟 ST100)。接下來，噪聲推測部100對所切出的N幀應(yīng)用漢寧窗等窗函數(shù)(步驟ST101)，進行 以點數(shù)為N_FFT點的FFT (Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)(步驟ST102)。
接下來，噪聲推測部100對頻率編號f設(shè)定0 (步驟ST103)，比較該頻率編號f和 FFT點數(shù)N_FFT(步驟ST104)。在頻率編號f小于FFT點數(shù)N_FFT的情況下(步驟ST104“是”)， 處理進入步驟ST105，否則(步驟ST104 “否”)處理結(jié)束。接下來，噪聲推測部100在步驟ST105中，幀編號t小于初始化幀數(shù)INIT_ FRAME、或者滿足下式(1)的條件的情況下(步驟ST105 “是”)，進入步驟ST106，否則(步驟 ST105 “否”)進入步驟ST107。P(t, f)-U (f) < ko (f) (1)此處，P (t，f)是幀編號t的頻率編號f的功率譜。k是更新參數(shù)，如果k值大，則 針對噪聲變動的跟蹤性變高，如果k值小，則針對噪聲變動的跟蹤性變低。另外，初始化幀數(shù)INIT_FRAME是學(xué)習(xí)平均值ii (f)和標準偏差o (f)的初始值 的幀數(shù)。噪聲推測部100在滿足上式(1)的情況下，如后所述依次更新平均值y (f)和標 準偏差0 (f)，這是因為需要用某程度的幀數(shù)學(xué)習(xí)這些平均值U (f)和標準偏差0 (f) 的初始值。在以聲音識別以及通話用途等為目的的情況下，從噪聲消除裝置1啟動至發(fā)出聲 音之前存在某程度的無音區(qū)間，所以能夠通過將初始化幀數(shù)INIT_FRAME設(shè)為適合的值來 進行初始學(xué)習(xí)。接下來，噪聲推測部100在步驟ST106中，根據(jù)下式(2廣(8)，更新平均值ii (f) 和標準偏差o (f)。SUMl(f) = SUMl(f)-P(oldest, f) (2)如果cnt (f) >BUFSIZESUM2(f) = SUM2(f)-P(oldest, f)2 (3)如果cnt (f) >BUFSIZESUM1 (f) = SUM1 (f) +P(t, f)(4)SUM2 (f) = SUM2 (f) +P (t，f)2(5)
權(quán)利要求
1.一種噪聲消除裝置，其特征在于，具備噪聲推測部，推測重疊于輸入信號的噪聲；噪聲消除部，使用所述噪聲推測部推測出的噪聲的統(tǒng)計量，消除所述重疊于輸入信號 的噪聲，并且進行填平處理；密集度計算部，針對噪聲消除的所述輸入信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，計算位于 該關(guān)注點的周邊的各點的規(guī)定的密集度；以及部分抑制部，在所述時間頻率平面上的關(guān)注點的密集度小于閾值的情況下，將該關(guān)注 點的功率置換為所述噪聲消除部在所述填平處理中使用的填平值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲消除裝置，其特征在干，密集度計算部根據(jù)位于關(guān)注點的周邊的各點有無噪聲消除部中的填平處理，計算非填 平處理點的密集度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲消除裝置，其特征在干，密集度計算部計算位于關(guān)注點的周邊的各點的單ー頻率分量的局部SNR (信號對噪聲 比)的值的密集度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲消除裝置，其特征在干，密集度計算部對關(guān)注點周邊有無填平處理進行ニ值化，利用使用權(quán)重函數(shù)進行加權(quán)而 得到的值來計算密集度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噪聲消除裝置，其特征在干，密集度計算部利用對關(guān)注點周邊的各點的局部SNR使用權(quán)重函數(shù)進行加權(quán)而得到的 值來計算密集度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噪聲消除裝置，其特征在于，具備全局SNR推測部，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；權(quán)重函數(shù)存儲部，保持與全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)；以及權(quán)重函數(shù)選擇部，從所述權(quán)重函數(shù)存儲部中，選擇與所述全局SNR推測部推測出的全 局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)，密集度計算部使用所述權(quán)重函數(shù)選擇部選擇出的權(quán)重函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噪聲消除裝置，其特征在于，具備全局SNR推測部，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；權(quán)重函數(shù)存儲部，保持與全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)；以及權(quán)重函數(shù)選擇部，從所述權(quán)重函數(shù)存儲部中，選擇與所述全局SNR推測部推測出的全 局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)，密集度計算部使用所述權(quán)重函數(shù)選擇部選擇出的權(quán)重函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噪聲消除裝置，其特征在干，權(quán)重函數(shù)中的權(quán)重根據(jù)時間頻率平面上的距關(guān)注點的距離而變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噪聲消除裝置，其特征在干，權(quán)重函數(shù)中的權(quán)重根據(jù)時間頻率平面上的距關(guān)注點的距離而變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲消除裝置，其特征在于，具備全局SNR推測部，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；閾值存儲部，保持與全局SNR對應(yīng)的閾值；以及閾值選擇部，從所述閾值存儲部中，選擇與所述全局SNR推測部推測出的全局SNR對應(yīng) 的閾值，部分抑制部使用所述閾值選擇部選擇出的閾值。
11.一種噪聲消除程序，其特征在于，用于使計算機作為如下單元發(fā)揮功能噪聲推測單元，推測重疊于輸入信號的噪聲；噪聲消除單元，使用所述噪聲推測單元推測出的噪聲的統(tǒng)計量，消除所述重疊于輸入 信號的噪聲，并且進行填平處理；密集度計算單元，針對噪聲消除的所述輸入信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，計算位 于該關(guān)注點的周邊的各點的規(guī)定的密集度；以及部分抑制單元，在所述時間頻率平面上的關(guān)注點的密集度小于閾值的情況下，將該關(guān) 注點的功率置換為所述噪聲消除單元在所述填平處理中使用的填平值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噪聲消除程序，其特征在于，密集度計算單元根據(jù)位于關(guān)注點的周邊的各點有無噪聲消除單元中的填平處理，計算 非填平處理點的密集度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噪聲消除程序，其特征在于，密集度計算單元計算位于關(guān)注點的周邊的各點的單一頻率分量的局部SNR的值的密 集度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的噪聲消除程序，其特征在于，密集度計算單元對關(guān)注點周邊有無填平處理進行二值化，利用使用權(quán)重函數(shù)進行加權(quán) 而得到的值來計算密集度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噪聲消除程序，其特征在于，密集度計算單元利用對關(guān)注點周邊的各點的局部SNR使用權(quán)重函數(shù)進行加權(quán)而得到 的值來計算密集度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪聲消除程序，其特征在于，具備全局SNR推測單元，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；權(quán)重函數(shù)存儲單元，保持與全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)；以及權(quán)重函數(shù)選擇單元，從所述權(quán)重函數(shù)存儲單元中，選擇與所述全局SNR推測單元推測 出的全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)，密集度計算單元使用所述權(quán)重函數(shù)選擇單元選擇出的權(quán)重函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的噪聲消除程序，其特征在于，具備全局SNR推測單元，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；權(quán)重函數(shù)存儲單元，保持與全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)；以及權(quán)重函數(shù)選擇單元，從所述權(quán)重函數(shù)存儲單元中，選擇與所述全局SNR推測單元推測 出的全局SNR對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)，密集度計算單元使用所述權(quán)重函數(shù)選擇單元選擇出的權(quán)重函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪聲消除程序，其特征在于，權(quán)重函數(shù)中的權(quán)重根據(jù)時間頻率平面上的距關(guān)注點的距離而變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的噪聲消除程序，其特征在于，權(quán)重函數(shù)中的權(quán)重根據(jù)時間頻率平面上的距關(guān)注點的距離而變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噪聲消除程序，其特征在于，具備全局SNR推測單元，推測輸入信號的多個頻率分量的全局SNR ；閾值存儲單元，保持與全局SNR對應(yīng)的閾值；以及閾值選擇單元，從所述閾值存儲單元中，選擇與所述全局SNR推測單元推測出的全局 SNR對應(yīng)的閾值，部分抑制單元使用所述閾值選擇單元選擇出的閾值。
全文摘要
噪聲消除部(102)進行輸入信號的噪聲消除以及填平處理，密集度計算部(104)針對噪聲消除的輸入信號的時間頻率平面上的關(guān)注點，根據(jù)其周邊的各點有無填平處理，計算非填平處理點的密集度。部分抑制部(105)在其密集度小于閾值的情況下視為音樂噪聲分量，將關(guān)注點的功率置換為填平值，從而抑制音樂噪聲分量。
文檔編號G10L21/02GK102667928SQ20108005894
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者成田知宏 申請人:三菱電機株式會社