專利名稱：噪聲衰減設(shè)備以及噪聲衰減方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及語音信號(hào)的噪聲衰減方法，應(yīng)用于在具有背景噪聲環(huán)境下使用的語音通信系統(tǒng)以及語音識(shí)別系統(tǒng)中，從輸入語音信號(hào)中除去噪聲，以此作噪聲抑制；還涉及使用抑制噪聲區(qū)間振幅的噪聲衰減方法。
過去，作為衰減背景噪聲的措施，公知的方法如以下圖15所示。即，對(duì)在語音上迭加背景噪聲的輸入信號(hào)作A/D(模擬/數(shù)字)變換，分割成一定區(qū)間(幀)，為了在該每幀得到噪聲衰減的信號(hào)輸出，對(duì)包括一定區(qū)間信號(hào)(下稱幀信號(hào))的輸入信號(hào)串作離散傅立葉變換，一旦變換成頻譜，則將其分割成振幅譜和相位譜，使用減法濾波器從該輸入信號(hào)的振幅譜減去從無聲區(qū)域推定的推定噪聲振幅譜，以此推定衰減背景噪聲的語音振幅譜(輸出振幅譜)，與前面的相位譜相加形成背景噪聲衰減的語音頻譜，將該語音頻譜作反向離散傅立葉變換得到輸出信號(hào)，這就是譜相減法的方法。此方案公開于STEVEN F.BALL“Supprssion of acustic noise in speech using spectralsubtraction，”IEEE Trans.Acoust.，Speesh and signal Proc.，vol.ASSP-29，pp.113-120，Apr.1979中。
圖15是表示該噪聲衰減方法構(gòu)成的方框圖。首先根據(jù)圖15說明整體的工作。
按規(guī)定的幀長度切出的輸入信號(hào)107在傅立葉變換部101變換成頻率區(qū)域，輸出輸入相位譜108和輸入振幅譜109。并且，輸入信號(hào)利用噪聲區(qū)間判定部102進(jìn)行判定，若是大于閥值TH則為語音幀(區(qū)間)，若是小于上述值則為噪聲幀(區(qū)間)。
當(dāng)判定現(xiàn)幀為噪聲幀，則推定噪聲振幅譜算出部103輸出將該時(shí)的輸入振幅譜109(在到那時(shí)的推定噪聲振幅上)作加權(quán)更新后的推定噪聲振幅譜110。
減法濾波器部104其代表的傳遞函數(shù)具有用式1表示的特性。F=S(ω)2-r·E(N(ω))2S(ω)2(1)]]>
F(ω)減法濾波器S(ω)輸入振幅譜E(N(ω))推定噪聲振幅譜r縮減率在式中，S(ω)是輸入信號(hào)振幅譜項(xiàng)，E(N(ω))是推定噪聲振幅譜項(xiàng)，r是表示推定噪聲振幅的縮減率的常數(shù)。如r大，則噪聲抑制量變大，反之，如r小，則噪聲抑制量變小。
在減法濾波器部104中，根據(jù)一定的式子求縮減率r。
還有，根據(jù)該縮減率r，同式(1)一樣，使輸入振幅譜與推定噪聲振幅譜相減，輸出其差的輸出振幅譜111。
即減法濾波器部104中，在噪聲幀和子音等的能量小的幀中減小縮減率，削弱噪聲抑制。
輸出在逆傅立葉變換部105中返回時(shí)間區(qū)域的輸出信號(hào)。
在第1已有的譜減法的方法中，在語音升高和下降和子音的能量小的幀中，其缺點(diǎn)是語音削減使品質(zhì)變差。若上述的r加大，則語音削減變得更大。
為了解決該問題，在每幀中減法濾波器的縮減率可變的方法公開在特開平8-221092中。在該方法中，作為減法濾波器，在使用式1的F(ω)情況下，當(dāng)以輸入加大情況為例則r變大，當(dāng)輸入小時(shí)，則r小使語音削弱減輕。
作為第2個(gè)已有的譜減法方法，為了提高噪聲衰減效果，使用在時(shí)間軸確定區(qū)間，對(duì)傅立葉變換對(duì)象信號(hào)乘以稱為窗口函數(shù)的函數(shù)進(jìn)行加權(quán)的方法。例如，幀信號(hào)和與其連接的一定長度的信號(hào)(迭加信號(hào))乘以窗口函數(shù)并作傅立葉變換，逆傅立葉變換的輸出幀信號(hào)在最前的1以下加權(quán)的取樣上加前面幀的逆傅立葉變換輸出的迭加信號(hào)作為輸出的方式，在北美CDMA汽車電話系統(tǒng)(TIA/EIA，IS-127，“Enhanced Variable Rate Codec Service Option 3 for WidebandSpread Spectrum Digital Systems”)中已得到應(yīng)用。圖16表示其中所用的窗口函數(shù)。
這里，為了使對(duì)應(yīng)幀信號(hào)與迭加信號(hào)相加時(shí)的取樣的加權(quán)和為1，還使用傅立葉變換對(duì)象信號(hào)兩端平滑地接近0的窗口函數(shù)。通過進(jìn)行這樣的窗口函數(shù)產(chǎn)生的加權(quán)，取得了噪聲振幅譜推定精度提高的效果，其結(jié)果可提高噪聲衰減效果。
而且，作為第3個(gè)已有的譜減法方法，有不進(jìn)行根據(jù)窗口函數(shù)加權(quán)而對(duì)幀信號(hào)和與其連接的一定長度信號(hào)(迭加信號(hào))進(jìn)行傅立葉變換的方法，并在特開平9-34497中公開的噪聲衰減裝置中使用。在該情況下，為了使輸出在幀間平滑連接，對(duì)于逆傅立葉變換輸出的幀信號(hào)對(duì)緊接前面幀的逆傅立葉變換輸出的迭加信號(hào)在三角窗作重合的波形整形處理并輸出，保存逆傅立葉變換輸出的迭加信號(hào)，以便下一個(gè)幀迭加處理。這時(shí)用(2)式表示波形整形處理Oj＝(j·Dj+(L-j)·Zj)/L (j＝O～L-1)Oj＝Dj(j＝L～L+M-1)Zj＝OM+j(j＝O～L-1)(2)其中Oj輸出信號(hào)Dj幀信號(hào)Zj迭加信號(hào)M幀長度L迭加信號(hào)長度下面說明該方法的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)譜減法方法，在原理上大多使用運(yùn)算精度限定為16位固定小數(shù)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理(固定小數(shù)點(diǎn)DSP)。該固定小數(shù)點(diǎn)DSP通過加倍精度運(yùn)算和根據(jù)移位產(chǎn)生的進(jìn)位可提高運(yùn)算精度，但是有因此使運(yùn)算量增加的問題。
傅立葉變換和逆傅立葉變換的基本運(yùn)算量大，有時(shí)希望犧牲一些運(yùn)算精度來實(shí)現(xiàn)減少運(yùn)算量。使用該方法的情況下，由于不在傅立葉變換的幀信號(hào)上作根據(jù)窗口函數(shù)的加權(quán)，所以動(dòng)態(tài)范圍不展寬，經(jīng)過限制運(yùn)算精度的傅立葉變換和逆傅立葉變換的輸出幀信號(hào)精度的較少降低。因此使用可以小的運(yùn)算量的固定小數(shù)點(diǎn)DSP。
使用第4個(gè)已有的譜減法的噪聲衰減方法是，為了算出推定噪聲振幅譜，首先推定噪聲功率，將此作為噪聲判定區(qū)間的閥值。然后，當(dāng)輸入功率小于該閥值時(shí)，判定為噪聲幀。還有，推定噪聲振幅譜一般用平均算出判定為噪聲的區(qū)間的多個(gè)幀的輸入信號(hào)，即噪聲信號(hào)振幅譜的方法是。例如，在特開平8-221092等中的譜減法中使用著該方法。
作為第5個(gè)已有的背景噪聲衰減方法是，通過對(duì)噪聲區(qū)間作振幅抑制減少噪聲感。通過表示信號(hào)狀態(tài)的預(yù)定的有限狀態(tài)決定現(xiàn)幀的狀態(tài)，在該狀態(tài)對(duì)應(yīng)于噪聲幀狀態(tài)的情況下，進(jìn)行一定強(qiáng)度抑制振幅的方法公開于特開平7-38454中。
在第1個(gè)已有的譜減法方法中，其缺點(diǎn)是噪聲區(qū)間變形，成為稱為音樂(ミュ-ジカル)噪聲的令人不快殘留噪聲，這在實(shí)用中是最大的問題。
這在該噪聲區(qū)間中發(fā)生的是，形成減去推定噪聲振幅譜的輸出振幅譜在一部分頻率中集中功率的形狀，而且，該功率集中的頻率在每幀上作不規(guī)則變化。作為解決音樂噪聲的方法，所用的方法是使推定噪聲振幅譜的縮減率可變化，在噪聲幀中雖然也可使縮減量變小，但在噪聲區(qū)間中噪聲抑制量不足，這就是所存在的問題。
在第2個(gè)已有的譜減法方法中，如果利用窗口函數(shù)使兩端接近零的進(jìn)行了加權(quán)的信號(hào)作傅立葉變換，則提高噪聲衰減能力。但是用固定小數(shù)點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于兩端信號(hào)精度下降，所以存在逆傅立葉變換的輸出信號(hào)的兩端變壞，在幀邊界上引起異常噪聲的課題。
如第3個(gè)已有例中，相反，如對(duì)不加權(quán)的信號(hào)作傅立葉變換，則在用固定小數(shù)點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)時(shí)容易取得精度，但是，在輸入振幅譜中包含的噪聲振幅譜成分的幀間變動(dòng)比在已加權(quán)情況下要大，結(jié)果噪聲衰減能力要劣于加權(quán)的情況。
在第4個(gè)已有的譜減法的噪聲區(qū)間判定中，問題是，在噪聲功率變化大的情況下，如若高設(shè)定噪聲區(qū)間判定閥值以便正確地判定噪聲幀時(shí)，則某程度語音幀也誤判定為噪聲幀，在推定噪聲振幅譜上漏入語音譜，成為語音削減的原因。相反，問題是，為了防止出現(xiàn)該問題，如若低設(shè)定噪聲區(qū)間判定閥值，使語音幀不判定為噪聲幀，則把噪聲幀判定為語音幀，推定噪聲振幅譜的更新不能正確進(jìn)行，結(jié)果噪聲衰減能力變差。
在通過使第5個(gè)噪聲區(qū)間進(jìn)行振幅抑制來衰減噪聲感的方法中，問題是，從表示信號(hào)狀態(tài)的預(yù)定有限狀態(tài)確定現(xiàn)幀的幀的狀態(tài)，在該幀狀態(tài)是噪聲幀狀態(tài)下，如若采取進(jìn)行一定強(qiáng)度的振幅抑制的方式，則根據(jù)輸入噪聲種類在短時(shí)時(shí)間的期間，幀狀態(tài)在語音幀狀態(tài)和噪聲幀狀態(tài)之間頻繁移動(dòng)，振幅抑制強(qiáng)度隨此頻繁變化，結(jié)果輸出功率不穩(wěn)定，聽感差。
為了解決上述問題，本發(fā)明目的在于得到一種即使往或從噪聲幀頻繁移動(dòng)，每幀的譜偏向一部分頻率，也可使令人不快的殘留噪聲減少的噪聲衰減的方法。
根據(jù)本發(fā)明的噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從將在一定長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜得到輸出，該噪聲衰減設(shè)備的特征是，備有振幅調(diào)整濾波器，用以對(duì)每幀中所述譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上用上述振幅譜功率和以所述推定噪聲振幅譜功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所需要的輸出。
譜減法濾波器根據(jù)所述推定噪聲振幅譜使推定噪聲振幅譜的減算縮減率可變化；振幅調(diào)整濾波器部特征是根據(jù)縮減率使振幅調(diào)整系數(shù)可變化。
所述振幅調(diào)整濾波器部特征是在縮減率加大的情況下，利用振幅調(diào)整系數(shù)加大，在語音區(qū)間增強(qiáng)噪聲抑制，并且，加大輸出信號(hào)的輸出值，同時(shí)，所述振幅調(diào)整濾波器部在縮減率減小的情況下，通過減小振幅調(diào)整系數(shù)，在噪聲區(qū)間減弱噪聲抑制，并且，減小輸出信號(hào)的輸出值。
振幅濾波器部特征是對(duì)根據(jù)譜減法濾波器的減算輸出進(jìn)行逆正交變換的時(shí)間區(qū)域振幅譜，乘振幅調(diào)整系數(shù)。
振幅調(diào)整濾波器部特征是于每個(gè)幀在頻率區(qū)域，對(duì)振幅譜乘上振幅調(diào)整系數(shù)并進(jìn)行逆正交變換，以得到輸出。
振幅調(diào)整系數(shù)特征是把在前幀得到的振幅調(diào)整系數(shù)值進(jìn)行加權(quán)后相加到根據(jù)現(xiàn)幀的輸入信號(hào)振幅譜的功率與現(xiàn)幀推定噪聲振幅譜的功率之差得到的現(xiàn)幀的振幅調(diào)整系數(shù)上的值。
根據(jù)本發(fā)明的噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從將在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜得到輸出，其特征是，備有輸入信號(hào)生成部，用以在乘1以下的加權(quán)函數(shù)之后，附加在現(xiàn)幀前后，以便切出現(xiàn)幀前后設(shè)定區(qū)域，使其端接近零，把該輸入信號(hào)生成部的輸出作為輸入信號(hào)，求振幅譜。
根據(jù)本發(fā)明的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，備有波形整形處理部，用以利用乘1的加權(quán)函數(shù)的前幀后的設(shè)定區(qū)間，進(jìn)行現(xiàn)幀的波形整形。
本發(fā)明的噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從對(duì)在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜得到輸出，其特征是，備有縮減率計(jì)算部，用以從所述推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀求平均噪聲功率，與噪聲幀的判定閥值比較，得到縮減率；把在所述譜減法濾波器的減算中使用的縮減率作為所述縮減率。
本發(fā)明的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，備有平均噪聲功率計(jì)算部，用以從推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀中求平均噪聲功率；振幅調(diào)整濾波器部在每幀對(duì)譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上由振幅譜功率和所述求得的平均噪聲振幅功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所要求的輸出。
本發(fā)明的噪聲衰減的方法，利用譜減法濾波器從使在一定長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜得到輸出，其特征是具有以下工序根據(jù)所述推定噪聲振幅譜，使所述譜減法濾波器的縮減率可變化的工序；每幀中對(duì)所述譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上用上述振幅譜功率和以所述推定噪聲振幅譜功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所需要的輸出的工序。
本發(fā)明的噪聲衰減的方法，利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜得到輸出，其特征是具有以下工序從所述推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀求平均噪聲功率，與噪聲幀的判定閥值比較，得到縮減率的縮減率計(jì)算工序；把所述譜減法濾波器的縮減率作為所述縮減率的工序。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的譜減法方法的構(gòu)成方框圖；圖2是在實(shí)施例1的噪聲衰減方法中振幅調(diào)整濾波器進(jìn)行的工作流程圖3是說明實(shí)施例1的噪聲區(qū)間判定部進(jìn)行的工作的圖；圖4是說明實(shí)施例1的振幅調(diào)整濾波器進(jìn)行的工作的圖；圖5是說明實(shí)施例1的譜減法方法的輸出信號(hào)圖；圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例2的譜減法方法的構(gòu)成方框圖；圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例3的譜減法方法的構(gòu)成方框圖；圖8是表示實(shí)施例3的噪聲衰減方法的輸入信號(hào)例子的圖；圖9是表示在實(shí)施例3的噪聲衰減方法中，輸入信號(hào)生成部乘算的加權(quán)函數(shù)例子的圖；圖10是表示實(shí)施例3的噪聲衰減方法的逆傅立葉變換部的輸出信號(hào)例子的圖；圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例4的譜減法方法的構(gòu)成方框圖；圖12是說明實(shí)施例4的噪聲衰減方法的工作的圖；圖13是表示本發(fā)明實(shí)施例5的譜減法方法的構(gòu)成圖；圖14是說明實(shí)施例5的噪聲衰減方法的工作的圖；圖15是表示已有的噪聲衰減方法構(gòu)成圖；圖16是表示在已有的噪聲衰減方法中使用的窗口函數(shù)的圖；圖17是實(shí)施例1的動(dòng)作比較圖；圖18是表示實(shí)施例3的波形整形處理圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)實(shí)施例1下面說明這樣的本發(fā)明實(shí)施例1的噪聲衰減方法，使譜減法濾波器的縮減率可變化，備有振幅調(diào)整濾波器部，從通常的輸出再進(jìn)行依賴于其縮減率的振幅減算。
圖1是本實(shí)施例的噪聲衰減方法構(gòu)成的方框圖；圖2是圖1的振幅調(diào)整濾波器部的工作流程圖。圖17是表示對(duì)于語音區(qū)間和噪聲區(qū)間工作的比較圖。
首先根據(jù)圖1說明整體工作。
切成一定幀長度的輸入信號(hào)7在傅立葉變換部1中作正交變換，變換成頻率區(qū)域，輸出輸入相位譜8和輸入振幅譜9。輸入信號(hào)通過噪聲區(qū)間判定部2在大于閥值TH時(shí)判定為語音幀(區(qū)間)、小于閥值TH時(shí)判定為噪聲幀(區(qū)間)。這里，若下面式(3)成立，則可置換成新的閥值THnew。
Pin＜2.0TH (3)THnew＝0.9TH+0.1Pin(4)其中，Pin是輸入信號(hào)功率，TH是更新前的噪聲區(qū)間判定閥值，THnew是更新后的噪聲區(qū)間判定閥值。
這樣，得到圖3所示的關(guān)系。推定噪聲振幅譜計(jì)算部3一旦把現(xiàn)幀判定為噪聲幀，則對(duì)那時(shí)的輸入振幅譜9例如(對(duì)那時(shí)的推定噪聲振幅譜)進(jìn)行象式(5)所示的加權(quán)計(jì)算，輸出更新的推定噪聲振幅譜10。
E(N(ω))＝Eold(N(ω))α+S(ω)·(1-α)(5)其中E(N(ω))是更新后的推定噪聲振幅譜，Eold(N(ω))是更新前的推定噪聲振幅譜，S(ω)是輸入信號(hào)振幅譜，0＜α＜1在減法濾波器部4中，根據(jù)下一個(gè)式(6)求縮減率r，作為噪聲縮減強(qiáng)度13輸出。
r＝min{1.0，rTH·POWS/POWN} (6)其中POWS是現(xiàn)幀的全頻輸入信號(hào)振幅譜的功率，POWN是現(xiàn)幀的全頻推定噪聲振幅譜的功率，0＜rTH＜1還有根據(jù)該縮減率r，與式(1)一樣減去輸入振幅譜和推定噪聲振幅譜，輸出差的輸出振幅譜11。
即，在減法濾波器部4(譜減法濾波器)中，在噪聲幀和子音等的功率小的幀中，減小縮減率而削弱噪聲抑制。
在逆傅立葉變換部5中返回時(shí)間區(qū)域的輸出振幅12，由于在功率小的幀中在下一個(gè)振幅調(diào)整濾波器部6中振幅調(diào)整系數(shù)變小，所以振幅抑制加強(qiáng)。
即，振幅調(diào)整濾波器部6進(jìn)行圖2的步驟S1至S3的工作。在最初的S1中，輸入噪聲縮減強(qiáng)度13(縮減率r)。然后，從現(xiàn)幀的輸入信號(hào)的語音區(qū)域的振幅譜功率與現(xiàn)幀的推定噪聲振幅譜功率之差，用(7)式求每幀的振幅抑制系數(shù)G，G=POWS-POWNPOWS-r·powN---(7)]]>(POWS-POWN≥0、并且，POWS-r·POWN＞0)G＝0(POWS-POWN＜0、或，POWS-r·POWN≤0)這里，POWS是現(xiàn)幀輸入信號(hào)的全頻率振幅譜的功率；POWN是現(xiàn)幀的全頻率推定噪聲振幅譜的功率；G是現(xiàn)幀振幅抑制系數(shù)；r是縮減率。如圖17所示，如縮減率r大，則振幅抑制系數(shù)G大，如縮減率r小，則振幅抑制系數(shù)G小。
還有在S2中，用下式(8)求每個(gè)取樣的振幅調(diào)整系數(shù)g(n)，g(n)＝g(n-1)AR+G(1-AR) (8)其中0＜AR＜1并且，g(n)是現(xiàn)幀的第n取樣的振幅調(diào)整系數(shù)；n-1是表示其前的取樣。如圖17所示，如縮減率r大，則振幅抑制系數(shù)G大，振幅調(diào)整系數(shù)g(n)變大，如縮減率r小，則振幅抑制系數(shù)G小，振幅調(diào)整系數(shù)g(n)變小。
還有，在S3中，用Sin表示從逆傅立葉變換部5的輸出振幅12，利用下式(9)乘振幅調(diào)整系數(shù)g(n)，得到輸出信號(hào)14，Sout(n)＝Sin(n)Xg(n) (9)
圖4是表示振幅調(diào)整濾波器部6的輸入輸出特性的圖，在噪聲區(qū)間，由于縮減率r小，所以振幅調(diào)整系數(shù)g(n)小，在輸出側(cè)抑制加大，輸出值變小，在語音區(qū)間則相反，由于縮減率r大，所以振幅調(diào)整系數(shù)g(n)大，在輸出側(cè)抑制變小，輸出值相對(duì)變大。
根據(jù)該實(shí)施例，在噪聲幀和子音等的功率小的語音幀中，由于使頻率區(qū)域的噪聲縮減量減小，所以，在噪聲幀中抑制音樂噪聲發(fā)生，可防止語音區(qū)間的削減。圖5是表示在這時(shí)的縮減前，縮減后的噪聲幀的振幅譜狀態(tài)。
設(shè)縮減率r為1.0，在縮減大噪聲情況下，只是縮減后的噪聲振幅譜強(qiáng)的頻率成分成為殘留音樂噪聲的基礎(chǔ)。設(shè)縮減率r為0.5，在減弱縮減的情況下，減輕對(duì)縮減后的噪聲振幅譜的一部分頻率的振幅偏差，音樂噪聲不發(fā)生。在削減了該縮減量的幀中，由于據(jù)此進(jìn)行振幅抑制，所以能防止噪聲抑制量不足。并且，在本實(shí)施例的振幅調(diào)整濾波器部6中，根據(jù)式(8)，振幅調(diào)整系數(shù)即使在一個(gè)幀內(nèi)也要每個(gè)取樣按順序在時(shí)間軸方向慢慢變化，所以即便進(jìn)行語音區(qū)間增加等急劇的振幅調(diào)整也得到自然的輸出。
實(shí)施例2在頻率區(qū)域也可實(shí)施振幅調(diào)整。即在傅立葉變換后，設(shè)置振幅調(diào)整濾波器部，形成逆傅立葉變換振幅調(diào)整后的信號(hào)的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)


本發(fā)明實(shí)施例2的方法。
圖6是表示涉及實(shí)施例的譜減法方法的構(gòu)成的方框圖。
根據(jù)圖6說明本方法的工作圖6的構(gòu)成是在緊接著減法濾波器4之后移動(dòng)圖1的振幅調(diào)整濾波器，表示在頻率區(qū)域進(jìn)行振幅調(diào)整的構(gòu)成，其它部分的工作與實(shí)施例1的相同。
在圖中，減法濾波器部4用式(6)算出縮減率，根據(jù)該縮減率從輸入振幅譜9減去推定噪聲振幅譜10，輸出輸出振幅譜。振幅調(diào)整濾波器部15根據(jù)該縮減率將算出的振幅調(diào)整系數(shù)乘輸出振幅譜，輸出最后的輸出振幅譜。
根據(jù)該實(shí)施例，在噪聲幀和子音等功率小的語音幀中，由于使縮減強(qiáng)度減小，所以在噪聲幀中抑制音樂噪聲發(fā)生，能防止子音區(qū)間變形和喪失，并且，在減少縮減量的幀中，由于據(jù)此進(jìn)行振幅抑制，所以也能防止噪聲抑制量不足。
并且，振幅調(diào)整系數(shù)也可在幀上一次算出，如實(shí)施例1的圖2的S3，由于即使在每個(gè)信號(hào)1取樣沒有計(jì)算振幅調(diào)整系數(shù)，也能以少的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例3在前面的實(shí)施例中，輸入信號(hào)由于提取了以一定幀劃分的每個(gè)區(qū)間上的語音，所以，在幀(區(qū)間)的變化點(diǎn)中輸入信號(hào)不連續(xù)，往往產(chǎn)生異常語聲感。在本實(shí)施例中，對(duì)此做了改善，使幀間信號(hào)變化平滑。
下面根據(jù)

本發(fā)明實(shí)施例的方法。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例3的譜減法方法的構(gòu)成方框圖。輸入信號(hào)生成部19和波形整形處理部20是新的部件，其它與圖1的各部件相同。
圖8是表示本實(shí)施例3噪聲衰減方法的輸入信號(hào)7的例子的圖，圖9是表示對(duì)本實(shí)施例3的噪聲衰減方法的輸入信號(hào)生成部所產(chǎn)生的輸入信號(hào)進(jìn)行乘算的加權(quán)函數(shù)的圖。
圖10是表示作為本實(shí)施例3的噪聲衰減方法的逆傅立葉變換部5輸出信號(hào)的5a例子的圖。
根據(jù)圖7的構(gòu)成，說明本實(shí)施例的噪聲衰減方法的工作。
在圖8中表示AD變換后的輸入信號(hào)7的時(shí)序振幅，將其輸入到輸入信號(hào)生成部19。輸入信號(hào)生成部19設(shè)用現(xiàn)幀處理噪聲抑制的幀信號(hào)為s(i)(i＝n，n+1，…，n+fr)的情況下，分出在幀信號(hào)上加前后信號(hào)的s(i)(i＝n-a，n-a+1，…，n+fr+sm+a)。圖8的A是幀的前設(shè)定區(qū)間。圖8的B和C是幀的后設(shè)定區(qū)間。接著乘圖9的加權(quán)函數(shù)，如下式(10)算出加權(quán)的信號(hào)s’(i)(i＝n-a，n-a+1，…，n+fr+sm+a)。在圖8的A和C設(shè)定區(qū)間中，進(jìn)行使端接近0的加權(quán)。在圖8的B的設(shè)定區(qū)間中，與幀信號(hào)同樣進(jìn)行1的加權(quán)。
s’(i)＝S(i)·W(i-n+a)(i＝n-a，n-a+1，…，n+fr+sm+a) (10)傅立葉變換部1對(duì)該信號(hào)s’(i)(i＝n-a，n-a+1，…，n+fr+sm+a)進(jìn)行傅立葉變換。若設(shè)逆傅立葉變換部5的輸出信號(hào)為u(i)(i＝0，1，…，2a+fr+sm)，則圖10表示u(i)，在時(shí)間上u(i)(i＝0，1，…，2a+fr+sm)對(duì)應(yīng)s(n-a+i)(i＝0，1，…，2a+fr+sm)。
如圖18所示，波形整形處理部20中對(duì)應(yīng)幀信號(hào)的u(i)(i＝a，a+1，…，a+fr)用逆傅立葉變換后的信號(hào)在幀間非不連續(xù)進(jìn)行波形整形處理并輸出。下式(11)是表示當(dāng)設(shè)前幀后的設(shè)定區(qū)域B的逆傅立葉變換輸出的u(i)(i＝a+fr，a+fr+1，…，a+fr+sm)為up(i)(i＝0，1，…，sm)時(shí)的波形處理后的輸出信號(hào)的式子。
u’(i)＝(u(i)·i+up(i-a)·(sm-i))/sm(i＝a，a+1，…，a+sm) (11)u’(i)是波形處理后的信號(hào)。
根據(jù)該實(shí)施例，由于把使端接近0的加權(quán)信號(hào)作傅立葉變換，所以噪聲衰減能力提高。而且，在用固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理器(固定小數(shù)點(diǎn)DSP(數(shù)字信號(hào)處理器))實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)時(shí)，由于在波形整形處理中不使用因加權(quán)使精度變差的兩端的信號(hào)(圖18的A和C)，所以容易確保輸出精度，可防止在幀邊界的異常噪聲。
當(dāng)使用DSP時(shí)，為了作16位左右短的語長的固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算，當(dāng)處理動(dòng)態(tài)范圍大的信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生精度劣化。當(dāng)為了使端接近0而加權(quán)時(shí)，由于信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大，所以一使用DSP則引起精度變壞。在該實(shí)施例中，由于在波形整形處理中不使用引起精度劣化的端信號(hào)，所以提高了波形整形處理精度。
實(shí)施例4作為提高譜減法的噪聲衰減效果的方法，噪聲區(qū)間的判別容易，并且，設(shè)想減輕因縮減引起語音的削弱的方法。
下面根據(jù)

本發(fā)明實(shí)施例4的方法。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例4的譜減法方法構(gòu)成方框圖。在圖中，作為新部件，有縮減率計(jì)算部16。其他部件是與圖1同號(hào)的那些一樣。
圖12是說明本實(shí)施例噪聲衰減方法的工作圖。在圖中，實(shí)線表示噪聲區(qū)間的輸入功率POWS，虛線表示平均噪聲功率POWAVE，點(diǎn)劃線表示噪聲區(qū)間判定閥值POWTH。此外，所謂POWTH是用式(3)描述的前噪聲幀中的閥值。
根據(jù)圖11的整個(gè)構(gòu)成圖，說明本實(shí)施例的噪聲衰減方法的工作。
本構(gòu)成為在已有的方法的譜減法整體構(gòu)成上追加縮減率計(jì)算部16。在圖11中，減法濾波器部4的濾波器進(jìn)行式(1)的運(yùn)算。在噪聲區(qū)間判定部2中，算出噪聲區(qū)間判定閥值POWTH，在輸入功率減少該閥值情況下，判定為噪聲幀。
縮減率計(jì)算部16根據(jù)該判定結(jié)果算出接近當(dāng)前的多個(gè)噪聲幀的平均功率作為平均噪聲功率，當(dāng)根據(jù)下式(12)r1=POWAVEPOWTH---(12)]]>設(shè)噪聲區(qū)間判定閥值為POWTH，平均噪聲功率為POWAVE時(shí)，計(jì)算噪聲區(qū)間判定閥值17和平均噪聲之比r1，將其作為噪聲變動(dòng)的大小輸出。
把這噪聲變動(dòng)大小r1作為式(1)噪聲譜的縮減率r。在功率變動(dòng)大的噪聲的情況下，噪聲區(qū)間判定閥值POWTH用能正確判定為噪聲區(qū)間的較高的值。相對(duì)于這時(shí)的噪聲區(qū)間的輸入功率變化，將平均噪聲功率和噪聲區(qū)間判定閥值的變化表示在圖12。
根據(jù)該實(shí)施例，即便是在噪聲功率變動(dòng)大的情況下，如圖12所示，由于噪聲幀的平均噪聲功率POWAVE取比噪聲區(qū)間判定閥值POWTH還要小的值，所以縮減率r1取比1小的值。作為結(jié)果，獲得抑制推定噪聲振幅譜的縮減的效果?？蓽p輕語音的削減，并且，推定噪聲振幅譜的更新也能正常進(jìn)行。
實(shí)施例5說明對(duì)被看作噪聲區(qū)間的噪聲的輸入信號(hào)進(jìn)行振幅抑制，衰減令人不快殘留噪聲的方法。
下面根據(jù)附圖，說明本發(fā)明實(shí)施例5的方法。
圖13是表示本發(fā)明實(shí)施例5的噪聲衰減方法的主要構(gòu)成部的方框圖。
而圖14是說明本實(shí)施例的噪聲衰減方法的工作的圖。
本構(gòu)成是通過噪聲區(qū)間的振幅抑制衰減噪聲的方法，取決于當(dāng)前輸入功率和平均噪聲功率來決定進(jìn)行振幅抑制的振幅調(diào)整系數(shù)。
用圖13說明工作。
噪聲區(qū)間判定部301由輸入信號(hào)304算出用圖12實(shí)線表示的輸入功率POWS305，根據(jù)與實(shí)施例同樣的噪聲區(qū)間判定閥值POWTH進(jìn)行噪聲區(qū)間判定。平均噪聲功率計(jì)算部302根據(jù)該噪聲區(qū)間判定結(jié)果，算出接近當(dāng)前幀的過去多個(gè)噪聲幀的平均功率，形成用圖12的虛線表示的平均噪聲功率POWAVE306。
振幅調(diào)整濾波器部303通過輸入信號(hào)的輸入功率POWS305和平均噪聲功率POWAVE306，用(13)式算出振幅抑制系數(shù)G，就這樣將其作為振幅調(diào)整系數(shù)，對(duì)輸入信號(hào)304乘上所得到的振幅調(diào)整系數(shù)作為輸出信號(hào)307。G=POWS-POWAVEPOWS]]>(POWS-POWAVE≥0)G＝0(POWS-POWAVE＜0) (13)并且，使用通過(13)算出的振幅抑制系數(shù)G，為了在幀間使振幅調(diào)整系數(shù)作平滑變化，如式(8)所示，對(duì)于G每個(gè)取樣作平滑操作，也可形成最終振幅調(diào)整系數(shù)g(n)。
圖14是表示輸入信號(hào)304的輸入功率POWS305和振幅調(diào)整后的輸出信號(hào)307的輸出功率之間關(guān)系圖。
圖14的虛線是不使用振幅調(diào)整濾波器，照樣輸出輸入信號(hào)的情況。即虛線表示輸入信號(hào)的輸入功率＝輸出信號(hào)的輸出功率的情況。實(shí)線表示使用振幅調(diào)整濾波器情況下的輸入功率POWS和輸出功率的關(guān)系。表示利用振幅抑制輸出比虛線小的值。而且，在輸入功率比平均噪聲功率POWAVE小的情況下，表示輸出信號(hào)功率為零。
根據(jù)該實(shí)施例，除了縮減率可變外，還由于備有據(jù)此可改變振幅抑制程度的振幅調(diào)整濾波器部，所以，頻繁地通過語音狀態(tài)判定結(jié)果直接決定振幅調(diào)整系數(shù)，并且在強(qiáng)度上振幅抑制不變化，所以語音輸出穩(wěn)定。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，除了縮減率可變外，還由于備有據(jù)此可改變振幅抑制程度的振幅調(diào)整濾波器部，所以，針對(duì)為了防止語音區(qū)間削弱的目的，即便在噪聲幀等中減小縮減強(qiáng)度，也因通過進(jìn)行與此對(duì)應(yīng)的振幅抑制來抑制噪聲，所以作為整體具有得到采取平衡的易于聽到的輸出的效果。
還有，由于要在頻率區(qū)域作振幅調(diào)整，所以具有無需對(duì)每個(gè)信號(hào)1取樣計(jì)算振幅調(diào)整系數(shù)，有可減少運(yùn)算量的效果。
還有，由于即使振幅調(diào)整系數(shù)在幀內(nèi)也在時(shí)間軸方向慢慢變化，所以即使進(jìn)行語音區(qū)間增加等急劇振幅調(diào)整，也能獲得自然輸出。
還有，由于備有現(xiàn)幀前后區(qū)間的信號(hào)也乘加權(quán)函數(shù)再作加法運(yùn)算的輸入信號(hào)生成部，所以使傅立葉變換的對(duì)象信號(hào)加權(quán)，噪聲譜的推定精度提高，增加了噪聲衰減效果，并且，把不作逆傅立葉變換輸出加權(quán)的信號(hào)作為幀信號(hào)輸出，即便在固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理器中運(yùn)算也少，具有獲得高信號(hào)精度的效果。
并且，由于要按照判定為噪聲區(qū)間的區(qū)間的變動(dòng)性調(diào)整去除噪聲的強(qiáng)弱，所以跟蹤噪聲變動(dòng)性大的情況，可設(shè)定正確的噪聲判定閥值，而且，還具有防止混入語音成分削弱語音的效果。
再有，由于通過噪聲區(qū)間的判定結(jié)果不直接決定振幅抑制量，使用緩緩變化的噪聲區(qū)間平均功率，決定振幅抑制量，所以具有避開輸出隨噪聲區(qū)間判定頻繁變化導(dǎo)致的壞影響的效果。
權(quán)利要求
1.一種噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從對(duì)在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜，得到輸出，其特征是，備有振幅調(diào)整濾波器，用以在每幀中對(duì)所述譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上用上述振幅譜功率和所述推定噪聲譜功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所需要的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，譜減法濾波器根據(jù)所述推定噪聲譜使推定噪聲振幅譜的減算縮減率可變化；振幅調(diào)整濾波器部根據(jù)縮減率使振幅調(diào)整系數(shù)可變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，所述振幅調(diào)整濾波器部在縮減率加大的情況下，利用振幅調(diào)整系數(shù)加大，在語音區(qū)間增強(qiáng)噪聲抑制，并且，加大輸出信號(hào)的輸出值，同時(shí)，所述振幅調(diào)整濾波器部在縮減率減小的情況下，通過減小振幅調(diào)整系數(shù)，在噪聲區(qū)間減弱噪聲抑制，并且，減小輸出信號(hào)的輸出值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，振幅濾波器部對(duì)使譜減法濾波器的減算輸出進(jìn)行了逆正交變換的時(shí)間區(qū)域振幅譜，乘上振幅調(diào)整系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，振幅調(diào)整濾波器部于每個(gè)幀在頻率區(qū)域，對(duì)振幅譜乘上振幅調(diào)整系數(shù)，得到進(jìn)行逆正交變換后的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，振幅調(diào)整系數(shù)在根據(jù)現(xiàn)幀的輸入信號(hào)振幅譜的功率與現(xiàn)幀推定噪聲振幅譜的功率之差得到的現(xiàn)幀的振幅調(diào)整系數(shù)上，對(duì)在前幀得到的振幅調(diào)整系數(shù)值作為進(jìn)行加權(quán)相加后的值。
7.一種噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜，得到輸出，其特征是，備有輸入信號(hào)生成部，在乘以1以下的加權(quán)函數(shù)之后，附加在現(xiàn)幀前后，使得切出現(xiàn)幀前后設(shè)定區(qū)間后，端接近零，把該輸入信號(hào)生成部的輸出作為輸入信號(hào)，求振幅譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，備有波形整形處理部，用以利用乘以1的加權(quán)函數(shù)后的前幀后的設(shè)定區(qū)間，進(jìn)行現(xiàn)幀的波形整形。
9.一種噪聲衰減設(shè)備，利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜，得到輸出，其特征是，備有縮減率計(jì)算部，用以從所述推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀求平均噪聲功率，與噪聲幀的判定閥值比較，得到縮減率；把在所述譜減法濾波器的減算中使用的縮減率作為所述縮減率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲衰減設(shè)備，其特征是，備有平均噪聲功率計(jì)算部，用以從推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀中求平均噪聲功率；振幅調(diào)整濾波器部在每幀對(duì)譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上由振幅譜功率和求得的所述平均噪聲振幅功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所要求的輸出。
11.一種噪聲衰減的方法，利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜，得到輸出，其特征是具有以下工序根據(jù)所述推定噪聲振幅譜，使所述譜減法濾波器的縮減率可變化的工序；每幀中對(duì)所述譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出，乘上用上述振幅譜功率和所述推定噪聲譜功率確定的振幅調(diào)整系數(shù)，得到所需要的輸出的工序。
12.一種噪聲衰減的方法，利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中，減去推定噪聲振幅譜，得到輸出，其特征是具有以下工序從所述推定噪聲振幅譜的多個(gè)幀求平均噪聲功率，與噪聲幀的判定閥值比較，得到縮減率的縮減率計(jì)算工序；把所述譜減法濾波器的縮減率作為所述縮減率的工序。
全文摘要
一種噪聲衰減方法,利用譜減法濾波器從使在一定幀長度上切出的輸入信號(hào)進(jìn)行正交變換得到的振幅譜中,減去推定噪聲振幅譜,得到輸出,在這樣的譜減法噪聲衰減方法中,備有振幅調(diào)整濾波器部6,用以根據(jù)所述推定噪聲振幅譜使譜減法濾波器的縮減率可變。該振幅調(diào)整濾波器部6對(duì)每幀譜減法濾波器產(chǎn)生的減算輸出,乘上由振幅譜9的功率和推定噪聲振幅譜10的功率確定的振幅調(diào)整系數(shù),獲得所要求的輸出。
文檔編號(hào)G10L15/04GK1258368SQ98805620
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1998年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月30日
發(fā)明者冨田和孝 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社