噪声抑制装置以及噪声抑制方法
2020-01-12

噪声抑制装置以及噪声抑制方法

对于在各种噪声环境下使用的声音通信系统或声音识别系统等,提供一种听感好、可进行噪声抑制而且在强噪声下声音质量下降小的噪声抑制装置。包括:时间/频率变换装置(2);噪声近似度分析装置(3);平均噪声谱更新和存储装置(4);听觉权重计算装置(6);SN比计算装置(5);听觉权重控制装置(7);频谱减法运算装置(8);频谱抑制装置(9);信号的频率/时间变换装置(10)。

粹的背景噪声,也可能是混入了背景噪声的声音信号。时间/频率变换装置2例如使用256点FFT(FastFourierTransform:快速付里叶变换)将输入信号变换成振幅语s(f)和相位谱p(f),再有,因FFT是众所周知的方法故省略其说明。噪声近似度分析装置3由线性预测分析装置15、低通滤波器12、反向滤波器13、自相关分析装置14和更新速度系数决定装置16构成。首先,在低通滤波器12中进行输入信号的滤波处理并得到低通滤波信号。该滤波器的截止频率例如是2KHz。通过进行低通滤波处理可以去掉高频噪声的影响,能够进行稳定的分析。其次,在线性预测分析装置15中进行低通滤波信号的线性预测分析,得到线性预测分析系数(例如10次a参数)。反向滤波器13使用线性预测系数对低通滤波信号进行反向滤波处理并输出低通线性预测残差信号(以下简称为低通残差信号)。接着,在自相关分析装置14中,进行低通残差信号的自相关分析,求出正的峰值并将其作为RAC,".更新速度系数决定装置16使用例如上述RAC^、低通残差信号的功率和帧功率,例如象表1所示那样将噪声近似度分为5级,并决定与各级对应的平均噪声谱更新速度系数r。【表1】<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row>

粹的背景噪声,也可能是混入了背景噪声的声音信号。时间/频率变换装置2例如使用256点FFT(FastFourierTransform:快速付里叶变换)将输入信号变换成振幅语s(f)和相位谱p(f),再有,因FFT是众所周知的方法故省略其说明。噪声近似度分析装置3由线性预测分析装置15、低通滤波器12、反向滤波器13、自相关分析装置14和更新速度系数决定装置16构成。首先,在低通滤波器12中进行输入信号的滤波处理并得到低通滤波信号。该滤波器的截止频率例如是2KHz。通过进行低通滤波处理可以去掉高频噪声的影响,能够进行稳定的分析。其次,在线性预测分析装置15中进行低通滤波信号的线性预测分析,得到线性预测分析系数(例如10次a参数)。反向滤波器13使用线性预测系数对低通滤波信号进行反向滤波处理并输出低通线性预测残差信号(以下简称为低通残差信号)。接着,在自相关分析装置14中,进行低通残差信号的自相关分析,求出正的峰值并将其作为RAC,".更新速度系数决定装置16使用例如上述RAC^、低通残差信号的功率和帧功率,例如象表1所示那样将噪声近似度分为5级,并决定与各级对应的平均噪声谱更新速度系数r。【表1】<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row>

<table>听觉权重计算装置6输入指定的常数a、a,(例如a-l.2,a,=0.5)和卩、(3,(例如p-0.8,P,=0.1),利用式(6)算出第1听觉权重a。(f)和第2听觉权重P。(f)。fc是奈奎斯特频率。otco(f)=(a,一a).f/fc+af-0,…fcP①(f)=(P,—P).f/fc+Pf=0,…fc(6)

够实现与输入信号和平均噪声的频率特性对应的频镨相减和频诿振幅抑制的听觉增重。所以,例如,当因高噪声环境等而使声音/噪声区间难以区別时,可以根据榆入信号振幅镨和平均噪声镨的平均镨的概貌及其随时间的变化去选配权重系数,能够进行听感更佳的噪声抑制。在本实施形态中,进行第1听觉权重a。(f)和第2听觉权重j^(f)的变更,但也可以变更第1听觉权重ctco(f)或第2听觉权重(f)的任何一方。实施形态3此外,作为与实施形态2不同的实施形态,也可以取代输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均诿,只将输入信号振幅谱分割成低频段和高频段,求出低频段功率和高频段功率,用该低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重。用输入信号振幅镨的低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重,由此,能够实现与输入声音谱的频率特性对应的频谱相减和频语振幅抑制的听觉增重,所以,例如,可以根据输入信号振幅谱的概貌及其随时间的变化去选配权重系数,特别在有声音的区间能够加大噪声抑制量,因此,能够进行听感好的噪声抑制。在本实施形态中,进行第1听觉权重Oteo(f)和第2听觉权重Pco(f)的变更,但也可以变更第1听觉权重0^(f)或第2听觉权重P①(f)的任何一方。实施形态4此外,作为与实施形态1不同的实施形态,在听觉权重变更装置17中,也可以取代输入信号振幅谱,将平均噪声谱分割成低频段和高频段,求出该低频段功率和高频段功率,用该低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重.用平均噪声傳的低频段功率和高频段功率的比去变更第1听觉权重和第2听觉权重,由此,能够实现与平均噪声谱的频率特性对应的频镨相减和频谱振幅抑制的听觉增重,所以,例如,即使在强系:数,特;在噪声区间能够加大噪声抑^l量,因此,能够进行听感好的噪声抑制。在本实施形态中,进行第1听觉权重ot。(f)和第2听觉权重Pco(f)的变更,但也可以变更第1听觉权重0U(f)或第2听觉权重Pco(f)的任何一方。实施形态5作为与实施形态l不同的实施形态,在听觉权重变更装置17中,也可以使用噪声近似度判定装置3输出的噪声判定结果,例如,当判定是噪声区间时,使第1听觉权重增大而且使倾斜变得緩慢一些,改变权重,使其与噪声谱相符合,另一方面,在声音区间,使其与声音谱的倾斜相符合。此外,对于第2听觉权重,也可以在噪声区间使权重和倾斜加大,在声音区间使权重和倾斜变小。用噪声近似度判定装置的输出去变更第l听觉权重和第2听觉权重,由此,能够实现与噪声水平对应的频谱相减和频谱振幅抑制的听觉增重,所以,例如,可以根据噪声区间和声音区间去变更权重,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态6在频语减法运算装置8中,当相减后的谱为负时,可以对使用填补处理的规定的低电平噪声进行频率方向的听觉增重,图5是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态6的构成的方框图,与实施形态l的图l相同,将对应的部分用相同的符号表示,因构成与图l相同故省略其说明。下面,根据图5说明本实施形态的噪声抑制的工作原理。听觉权重计算装置6输入规定的常数Y、Y,(例如,Y=0.25,Y,=0.4),根据式(11)算出第3听觉权重r①(f)。"=是奈奎斯特频率。Yco(f)=(fl).f/匸+Yf=0、.丄(11)频谦减法运算装置8使SN比控制的第1听觉权重a。(f)乘平均噪声谱N(f),象式(n)那样进行振幅谱S(f)的减法运算,并输出噪声相减后的频谘Ss(f)。此外,当噪声相减后的频谱Ss(f)为负时,进行填补处理,插入将第3听觉权重Y①(f)与低电平噪声n(f)相乘后的频谱成分。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(12)与第1听觉权重a。(f)和第2听觉权重P。(f)一样,第3听觉权重yo)(f)也可以由使用环境等决定。图6是第3听觉权重y的一例。图7是在听觉权重不增加低电平噪声谱n(f)(图a)和听觉权重增加填补低电平噪声谱n(f)(图b)的情况下相减后的频谱的一个例子。如图7所示,随着频率进入高频段,使填补低电平噪声的振幅电平变大,因此,在高频段相减所残留的频谱成分与填补频谱成分的电平差变小,所以,能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生。如图6所示,通过对填补处理用的规定的频镨进行听觉增重,能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频语的发生,所以,能够进行听感好的噪声抑制。实施形态7作为与实施形态6不同的实施形态,在频谙减法运算装置8中,也可以使用输入信号振幅谱和平均噪声傳的平均谱去代替填补处理用的规定的低电平噪声。通过对输入信号振幅镨和平均噪声谱的平均谱进行听觉增重,能够能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谦的发生,同时,例如,在因高噪声环境等而不能区别声音/噪声区间的情况下,能够使残留噪声谱类似于输入信号振幅谱和平均噪声镨的平均镨成分,所以,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态8作为与实施形态7不同的实施形态,在频谱减法运算装置8中,声。通过对填补处理用的输入信号振幅谱进行听觉增重,能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生,同时,例如,在声音区间,能够使残留噪声谱类似于输入信号i瞽,所以,能够防止频镨的变形,进而能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态9作为与实施形态8不同的实施形态,也可以使用平均噪声谱去代替填补处理用的规定的低电平噪声。通过对填补处理用的平均噪声谱进行听觉增重,能够抑制被认为是产生音乐噪声的主要原因之一的频率轴上的孤立尖锐频谱的发生,同时,例如,在噪声区间,能够使残留噪声谱类似于平均噪声谱,所以,能够防止频谦的变形,进而能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态10作为与实施形态2不同的实施形态,也可以与第1听觉权重和第2听觉权重一样,将输入信号振幅谱和平均噪声谱的平均谱分割成低频段和高频段,求出低频段功率和高频段功率,用低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重。图8是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态IO的构成的方框图,对和实施形态2的图4相同或对应的部分用相同的符号表示。因构成与图4相同故省略其说明。下面,根据图8说明本实施形态。听觉权重变更装置17输入从时间/频率变换装置2输出的128个点的振幅谱和平均噪声谱即从更新和存储装置4输出的平均噪声语,求出振幅镨和平均噪声语的平均镨,将该平均谱的例如低频段的0到63点作为低频段频谱,将64点到127点作为高频段频谱,根据它们分别计算低频段功率P。"和高频段功率P。",并计算高频段/低频段功率比P。"/P。"=P。""。这里,当P。wh"大于1.0时,被限制在l.O,当P。""小于最小阈值P。"h时,被限制在最小阈值P。w。接着,象式(13)那样,使第3听觉权重^(f)乘高频段/低频段功率比P。w,,变更第3听觉权重^(f),将变更后的第3听觉权重^(f)输出到频谱减法运算装置。丫w(f),(f)'((Powh/工-l).f+fc)/fc,f=0,,,,fc(13)用输入信号振幅谱和平均噪声i普的平均谱的低频段功率和高频段功率的比去变更第3听觉权重,因此,能够对填补处理用的规定

码方式、或者内部装有多个声音编码装置的情况下,该权重变更信号与传送速率变更信号或编码装置变更信号连动。例如,在图10的编码装置21是可变速率编码的情况下,当传送速率变低时,一般,因声音编码时的噪声表现能力低,故噪声抑制量增加的优点与频镨变形的缺点比起来要占优势。因此,当传送速率低时,选择存储器20中的a①(f)权重大(频谱相减量大)的第1听觉权重。另一方面,当传送速率高时,因噪声表现能力较高,故为了兼顾防止频谱变形和噪声抑制而使噪声抑制量减小,即,选择存储器20中的c^(f)权重小(频谱相减量小)的第1听觉权重。通过从外部控制或选择第l听觉权重,例如,由于能够进行与接在本发明的噪声抑制装置之后的声音编码装置的编码特性相符合的频谱相减听觉增重,又例如,由于当选择了噪声表现能力差的声音编码方式时能够与其对应增大噪声抑制量,所以,能够进行听感更好的噪声抑制。本发明的噪声抑制装置将时间轴输入信号变更为频率域中的信号,得到振幅镨和相位诿,根据第1和第2听觉权重对噪声的比进行控制,通过从上述振幅谱中减去这样被控制的第1听觉权重和噪声谱的乘积,进行频谞相减,将利用频谱相减得到的噪声消去谱与经信号噪声比控制了的第2听觉权重相乘,进行频谱振幅抑制,再将经频谱振幅抑制处理过的信号变换成时间轴上的信号,所以,能够抑制因频谱相减处理而产生的音乐噪声,而且,能够在频率轴上对经频谱相减处理而没有除去干净的残留噪声进行听感好的振幅抑制。此外,本发明的噪声抑制装置在信号噪声比大的频率域增大第1和第2听觉权重,在信号噪声比小的频率域减小第1和第2听觉权重,这样来控制听觉权重,在频谱相减处理中,在信号噪声比大的区域噪声减去得多,在信号噪声比小的区域噪声减去得少,所以,能够防止频镨的过度相减,在频谱振幅抑制中,因在低频段减弱振幅抑制,进入高频段则加强振幅抑制,所以,能够对重叠了具有很大低频成分的汽车行驶噪声的声音信号的高频段残留噪声进行有效的振幅抑制。此外,本发明的噪声抑制装置用输入信号振幅谱、噪声谱或输入信号振幅谱和噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率之比去变更第1和第2听觉权重中的至少一个,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置根据输入信号是噪声还是声音的判定结果去变更第1和第2听觉权重,所以,能够进行听感好的噪声抑制,此外,本发明的噪声抑制装置在频镨减法运算装置的相减结果为负的情况下填补第3听觉权重和规定的频谱的乘积语,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置使用输入信号振幅诿、噪声谱或输入信号振幅i普和噪声谱的平均谱作为频语填补处理用的规定的频i普,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置用输入信号振幅谱或输入信号振幅语和噪声谱的平均谱的低频段功率和高频段功率之比去变更第3听觉权重中,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置用信号噪声比去控制第3听觉权重,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置使第3听觉权重与输入信号振幅谱和平均噪声的比相乘来调整第3听觉权重的值,所以,能够进行听感好的噪声抑制。此外,本发明的噪声抑制装置从外部控制或选择至少一个听觉权重,所以,能够进行听感好的噪声抑制。

再有,第1听觉权重a。(f)和第2听觉权重P。(f)可以根据输入信号电平和使用环境决定.困2是当例如将在高速行驶汽车内作为使用环境时的一个例子。平均噪声谱更新和存储装置4象式(7)那样,根据噪声近似度分析装置3输出的平均噪声镨更新系数r和振幅谱s(f)进行平均噪声谱N(f)的更新。N。u(f)是更新前的平均噪声谱,N隨(f)是更新后的平均噪声语。N,(f)-(1—r)-Nold(f)+r.s(f)(7)SN比计算装置5根据输入信号振幅语和平均噪声谱计算输入信号谱对平均噪声谱的比(SN比)。听觉权重控制装置7根据SN比计算装置5的输出将图2的第1听觉权重a①(f)和第2听觉权重^(f)控制在与当前帧的SN比相适应的值上。然后,作为SN比控制过的第1听觉权重ot^(f)和SN比控制过的第2听觉权重^(f)输出。图3是该控制的一个例子,当SN比高时,ara(0)和a①(f。)的差设定得大(即图2中的c^(f)的倾斜变大),!^(f)则相反,(3。(0)和Pco(f。)的差设定得小(图2的l/pm(f)的倾斜变得平緩),而且,随着SN比的变小,a①(0)和oto)(f。)的差变小(ot①(f)的倾斜变得平緩),相反,(3。(0)和PM(f。)的差变大U/P。(f)的倾斜变大)。频谦减法运算装置8使SN比控制的第1听觉权重ou(f)与平均噪声谱N(f)相乘,象式(8)那样进行振幅谱S(f)的减法运算,并输出噪声除去后的镨Ss(f)。此外,当噪声除去后的谱Ss(f)变成负时,进行填补处理,插入0或规定的低电平噪声n(f),将其作为噪声除去后的谱。S(f)-ac(f).N(f)ifS(f)>ac(f)N(f)频镨抑制装置9象式(9)那样,使SN比控制的第2听觉权重P(f)与噪声除去后的谱S,(f)相乘,并输出噪声振幅减少了的噪声抑制谦Sr(f)。Sr(f)-pc(f).Ss(f)(9)频率/时间变换装置10与时间/频率变换装置2的顺序相反,例如,进行反FFT变换,使用噪声抑制谗Sr(f)和相位i普P(f)变换成时间信号,进行与前一帧的信号成分的部分重叠,并从输出信号端子ll输出噪声抑制信号。虽然取决于噪声诿的形状,但通常声音的低频成分大,所以,一般,低频的SN比大。因此,如图2所示,让使用频谙减法运算的第1听觉权重ou(f)在低频区大并随着频率变高而变小,因此,SN比大的地方,噪声减去得多,SN比小的地方,噪声减去得少,所以,总的来说能得到较大的噪声抑制量,而且能防止过度地进行频i普减除,特别是能防止高频成分声音的失真。该方式对低频端有很大噪声成分的汽车行驶噪声的抑制特别有效。此外,如图2所示,进行所谓增重处理,即使用频谗振幅抑制使第2听觉权重^(f)在SN比大的低频区变大(-减弱振幅抑制),在SN比小的高频区变小(-加强振幅抑制),所以,通过对利用频镨减法运算处理尚未除去的高频区的残留噪声进行振幅抑制,对重叠了低频成分高的汽车行驶噪声的声音信号进行噪声抑制,能够有效地进行噪声抑制。此外,虽然在高速行驶的汽车内等强噪声环境下,因噪声区间判定精度差而使平均噪声镨的推测精度降低,因过度除去等原因而产生减谱法所特有的音乐噪声,但通过本发明的构成,因为进行了噪声抑制,在SN比比低频区差的高频区不进行减去而优先进行振幅抑制,所以,能够抑制音乐噪声的发生,同时,即使发生了音乐噪声也能将其抑制,能够进行听感好的噪声抑制。此外,即使SN比计算精度差,因听觉权重起限幅器的作用,故能够防止过度抑制,能够进行很少有音质变差的噪声抑制。此外,按照本实施形态的构成,因在声音区间内不用抑制声音频

为音乐噪声发生的主要原因之一的孤立频谱的发生,而且能够增大噪声抑制量,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形悉14作为与实施形态6不同的实施形态,对于第3听觉权重,也可以使其与输入信号振幅谱和平均噪声谱的比相乘,从而调整该值.图9是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态14的构成的方框图,对和实施形态6的图5相同或对应的部分用相同的符号表示。与图5不同的新的构成是听觉权重调整装置18。其余的构成因与图5相同故省略其说明。下面,根据图9说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。听觉权重调整装置18象式(14)那样,使第3听觉权重y(o与输入信号振幅语S(f)和平均噪声镨N(f)的比相乘,将其作为调整后的第3听觉权重yi输出到频谱减法运算装置8。使第3听觉权重与输入信号振幅谱和平均噪声谙的比相乘,从而调整该值,因此,能够使填补处理用频谱成分在频率方向上平滑,所以,能够抑制被认为孤立尖锐频谱成分的存在是其发生的主要原因之一的音乐噪声的发生,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态15此外,作为与实施形态1不同的实施形态,可以从外部控制或选择至少一个听觉权重。图io是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态15的构成的方框图。图10中的新的构成是噪声抑制装置19、存储器20和声音编码装置21。下面,根据图io说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。例如,将多个第1听觉权重ou!(f)、...oun(f)存储在存储器20中,根据声音编码装置21输出的权重变更信号,利用噪声抑制装置的外部开关22选择所要的第1听觉权重ota(f)„例如,在声音编码装置21的编码方式是根据声音状态改变传送速率的可变速率编

为音乐噪声发生的主要原因之一的孤立频谱的发生,而且能够增大噪声抑制量,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形悉14作为与实施形态6不同的实施形态,对于第3听觉权重,也可以使其与输入信号振幅谱和平均噪声谱的比相乘,从而调整该值.图9是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态14的构成的方框图,对和实施形态6的图5相同或对应的部分用相同的符号表示。与图5不同的新的构成是听觉权重调整装置18。其余的构成因与图5相同故省略其说明。下面,根据图9说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。听觉权重调整装置18象式(14)那样,使第3听觉权重y(o与输入信号振幅语S(f)和平均噪声镨N(f)的比相乘,将其作为调整后的第3听觉权重yi输出到频谱减法运算装置8。使第3听觉权重与输入信号振幅谱和平均噪声谙的比相乘,从而调整该值,因此,能够使填补处理用频谱成分在频率方向上平滑,所以,能够抑制被认为孤立尖锐频谱成分的存在是其发生的主要原因之一的音乐噪声的发生,能够进行听感更好的噪声抑制。实施形态15此外,作为与实施形态1不同的实施形态,可以从外部控制或选择至少一个听觉权重。图io是表示本发明的噪声抑制装置的实施形态15的构成的方框图。图10中的新的构成是噪声抑制装置19、存储器20和声音编码装置21。下面,根据图io说明本实施形态的噪声抑制装置的工作原理。例如,将多个第1听觉权重ou!(f)、...oun(f)存储在存储器20中,根据声音编码装置21输出的权重变更信号,利用噪声抑制装置的外部开关22选择所要的第1听觉权重ota(f)„例如,在声音编码装置21的编码方式是根据声音状态改变传送速率的可变速率编