噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置及噪音降低方法

專利名稱：噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置及噪音降低方法
技術領域：
本發明涉及一種噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置及噪音降低方法。
背景技術：
存在降低聲音信號中含有的噪音成分并易于聽取聲音的噪音消除功能(噪音降低裝置)。在噪音消除功能中，例如在通過主要拾音聲音的麥克風所拾音的聲音信號中，減去通過主要拾音噪音的麥克風所拾音的噪音信號，可去除聲音信號中含有的噪音成分。專利文獻I公開了一種與噪音降低裝置相關的技術，該噪音降低裝置在不是降低對象的聲音成分混入到噪音成分的情況下，也可防止聲音成分本身的降低。專利文獻2公開了一種與麥克風系統相關的技術，與噪音源的位置無關，可獲得較大的SN比的改善效果。并且，專利文獻3公開了一種與聲音處理裝置相關的技術，在多種環境下均可適當地減少從麥克風輸入的聲音信號的噪音。現有技術文獻專利文獻1:特開平6 - 67693號公報專利文獻2 :特開2000 - 305594號公報專利文獻3 :特開2010 — 232862號公報

發明內容
在專利文獻I至3公開的技術中存在以下問題當周圍的噪音水平較高時，無法適當降低聲音信號中含有的噪音成分。并且，在用于收發聲音的無線通信裝置中，要求在噪音多的環境等各種環境下確保通話質量。鑒于上述課題，本發明的目的提供一種在各種環境下均可適當降低聲音信號中含有的噪音成分的噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置、及噪音降低方法。本發明涉及的噪音降低裝置具有信號決定部，根據與通過多個麥克風拾音的聲音分別對應的多個拾音信號的相位差信息，在上述多個拾音信號中，決定第I拾音信號及用于降低該第I拾音信號中含有的噪音成分的第2拾音信號；適應濾波器，使用上述第2拾音信號降低通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。上述噪音降低裝置可進一步具有聲音區間判斷器，上述聲音區間判斷器根據上述多個拾音信號中的一個拾音信號，判斷聲音區間，上述信號決定部在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，在上述多個拾音信號中決定上述第I拾音信號及上述第2拾音信號。上述噪音降低裝置可進一步具有聲音區間判斷器，上述聲音區間判斷器使用通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號判斷聲音區間，上述適應濾波器在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，使用上述第2拾音信號降低通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。
上述信號決定部可將上述多個拾音信號中相位最靠前(早P)的拾音信號作為上述第I拾音信號來決定，將相位最滯后(遅P)的拾音信號作為上述第2拾音信號來決定。上述信號決定部可將上述多個拾音信號中、相位滯后且拾音信號的功率大于規定值的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。上述信號決定部在上述多個拾音信號中相位最滯后的拾音信號的功率為規定值以下時，可將相位第二滯后且拾音信號的功率大于規定值的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。當上述第I拾音信號以外的拾音信號的各自的相位差在規定范圍內時，上述信號決定部可將上述第I拾音信號以外的拾音信號中、拾音信號的功率最大的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。上述多個麥克風包括一個聲音用麥克風和多個參照音用麥克風，與上述多個參照音用麥克風分別對應的多個拾音信號中相位最靠前的拾音信號的相位，比和上述聲音用麥克風對應的拾音信號的相位靠前時，上述信號決定部將與上述參照音用麥克風對應的相位最靠前的拾音信號，作為上述第I拾音信號來決定。與上述多個參照音用麥克風分別對應的多個拾音信號中相位最滯后的拾音信號的相位，比和上述聲音用麥克風對應的拾音信號的相位滯后時，上述信號決定部可將與上述參照音用麥克風對應的相位最滯后的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。對上述信號決定部，作為上述多個拾音信號可提供采樣頻率24kHz以上的信號，對上述適應濾波器，作為上述多個拾音信號可提供采樣頻率12kHz以下的信號。對于本發明涉及的具有噪音降低裝置的聲音輸入裝置，上述多個麥克風中的第I麥克風可設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述多個麥克風中的第2及第3麥克風，可在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。對于本發明涉及的具有噪音降低裝置的無線通信裝置，上述多個麥克風中的第I麥克風可設置在上述無線通信裝置的第I面，上述多個麥克風中的第2及第3麥克風，可在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。本發明涉及的噪音降低方法，根據與通過多個麥克風拾音的聲音分別對應的多個拾音信號的相位差信息，在上述多個拾音信號中，決定噪音降低處理中使用的第I拾音信號及第2拾音信號，使用上述第2拾音信號降低上述決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。本發明涉及的聲音輸入裝置具有噪音降低裝置，上述噪音降低裝置具有第I麥克風，主要用于拾音聲音成分；及第2及第3麥克風，主要用于拾音噪音成分，上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2及第3麥克風在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。在本發明涉及的聲音輸入裝置中，可設置上述第2及第3麥克風，使連接該第2及第3麥克風的線段和上述中心線以規定角度相交。在本發明涉及的聲音輸入裝置中，上述第2及第3麥克風可設置在矩形的對角位置，該矩形由與上述中心線垂直相交的2條線段、及與上述中心線平行且相對上述中心線對稱配置的2條線段形成。本發明涉及的無線通信裝置具有噪音降低裝置，上述噪音降低裝置具有第I麥克風，主要用于拾音聲音成分；及第2及第3麥克風，主要用于拾音噪音成分，上述第I麥克風設置在上述無線通信裝置的第I面，上述第2及第3麥克風在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。在本發明涉及的無線通信裝置中，可設置上述第2及第3麥克風，使連接該第2及第3麥克風的線段和上述中心線以規定角度相交。在本發明涉及的無線通信裝置中，上述第2及第3麥克風可設置在矩形的對角位置，該矩形由與上述中心線垂直相交的2條線段、及與上述中心線平行且相對上述中心線對稱配置的2條線段形成。本發明涉及的噪音降低裝置具有聲音區間判斷器，根據通過第I和第2麥克風中的至少一個拾音的聲音，判斷聲音區間；聲音方向檢測器，根據與通過上述第I麥克風拾音的聲音對應的第I拾音信號以及與通過上述第2麥克風拾音的聲音對應的第2拾音信號，檢測上述聲音的到來方向；適應濾波器，根據從上述聲音區間判斷器輸出的聲音區間信息及從上述聲音方向檢測器輸出的聲音方向信息，使用上述第I拾音信息和上述第2拾音信息實施噪音降低處理；上述聲音方向檢測器在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，檢測上述聲音的到來方向。上述聲音方向檢測器可根據上述第I拾音信號和上述第2拾音信號的相位差,檢測上述聲音的到來方向。上述適應濾波器可使用另外的拾音信號，來降低上述第I拾音信號和上述第2拾音信號中相位更靠前的任意一個拾音信號中所包含的噪音成分。在上述第I拾音信號的相位和上述第2拾音信號的相位的相位差在規定的范圍內時，上述適應濾波器可不實施噪音降低處理而輸出上述第I拾音信號或上述第2拾音信號。上述聲音方向檢測器可根據上述第I拾音信號的大小和上述第2拾音信號的大小，檢測上述聲音的到來方向。在上述第I拾音信號的大小大于上述第2拾音信號的大小時，上述適應濾波器可使用另外的拾音信號，來降低上述第I拾音信號和上述第2拾音信號中其大小更大的任意一個拾音信號中所包含的噪音成分。在作為上述第I拾音信號的大小和上述第2拾音信號的大小的差的功率差在規定的范圍內時，上述適應濾波器可不實施噪音降低處理而輸出上述第I拾音信號或上述第2拾音信號。上述聲音方向檢測器可根據上述第I拾音信號和上述第2拾音信號的相位差、以及上述第I拾音信號的大小和上述第2拾音信號的大小，檢測上述聲音的到來方向。在上述第I拾音信號的相位比上述第2拾音信號的相位靠前時，上述聲音區間判斷器可根據上述第I拾音信號判斷聲音區間；在上述第2拾音信號的相位比上述第I拾音信號的相位靠前時，上述聲音區間判斷器可根據上述第2拾音信號判斷聲音區間。作為上述第I和第2拾音信號，可向上述聲音方向檢測器提供米樣頻率為24kHz以上的信號；作為上述第I和第2拾音信號，可向上述適應濾波器提供采樣頻率為12kHz以下的信號。上述聲音區間判斷器可向上述聲音方向檢測器輸出以比向上述適應濾波器輸出的聲音區間判斷信息更高的概率判斷為聲音區間的聲音區間判斷信息。
具有本發明涉及的噪音降低裝置的聲音輸入裝置，其中上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2麥克風設置在隔規定距離與上述第I面相對的第2面。具有本發明涉及的噪音降低裝置的無線通信裝置，其中上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2麥克風設置在隔規定距離與上述第I面相對的第2面。本發明還涉及一種噪音降低方法，根據通過第I及第2麥克風中的至少一個拾音的聲音，判斷聲音區間，在判斷為聲音區間時，根據與通過上述第I麥克風拾音的聲音對應的第I拾音信號及與通過上述第2麥克風拾音的聲音對應的第2拾音信號，檢測上述聲音的到來方向，根據表示作為上述聲音區間的判斷結果的聲音區間信息及上述聲音的到來方向的聲音方向信息，實施噪音降低處理。根據本發明，可提供在各種環境下均可適當降低聲音信號中含有的噪音成分的噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置、及噪音降低方法。


圖1是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置的框圖。圖2是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置具有的聲音區間判斷器的一例的框圖。圖3是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置具有的聲音區間判斷器的另一例的框圖。圖4是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置具有的聲音方向檢測器的一例的框圖。圖5是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置具有的聲音方向檢測器的另一例的框圖。圖6是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置具有的適應濾波器的一例的框圖。圖7是用于說明實施方式I涉及的噪音降低裝置的動作的流程圖。圖8是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置的另一例子的框圖。圖9是表示使用了實施方式I涉及的噪音降低裝置的聲音輸入裝置的一例的圖。圖10是表示使用了實施方式I涉及的噪音降低裝置的無線通信裝置的一例的圖。圖11是表示實施方式2涉及的噪音降低裝置的框圖。圖12是表示實施方式2涉及的噪音降低裝置具有的信號決定部的一例的框圖。圖13是用于說明實施方式2涉及的噪音降低裝置具有的信號決定部的動作的流程圖。圖14是用于說明實施方式2涉及的噪音降低裝置具有的信號決定部的動作的流程圖。圖15是表示實施方式2涉及的噪音降低裝置具有的適應濾波器的一例的框圖。圖16是用于說明實施方式2涉及的噪音降低裝置的動作的流程圖。圖17是表示實施方式3涉及的噪音降低裝置的框圖。圖18是用于說明實施方式3涉及的噪音降低裝置的動作的流程圖。圖19是表不實施方式4涉及的聲音輸入裝置的圖。圖20是用于說明設置在實施方式4涉及的聲音輸入裝置的背面的參照音用麥克風的位置的圖。圖21是表示實施方式4涉及的無線通信裝置的圖。
具體實施例方式(實施方式I)以下參照

發明的實施方式。圖1是表示實施方式I涉及的噪音降低裝置的框圖。圖1所示的噪音降低裝置I具有聲音用麥克風11、參照音用麥克風12、AD轉換器13、14、聲音區間判斷器15、聲音方向檢測器16、適應濾波器控制部17、及適應濾波器18。聲音用麥克風11及參照音用麥克風12分別可拾音含有聲音成分、噪音成分的聲 音。聲音用麥克風11主要拾音含有聲音成分的聲音，變換為模擬信號，將變換后的模擬信號輸出到AD轉換器13。參照音用麥克風12主要拾音含有噪音成分的聲音,變換為模擬信號，將變換后的模擬信號輸出到AD轉換器14。例如,通過參照音用麥克風12拾音的聲音中含有的噪音成分，用于降低通過聲音用麥克風11拾音的聲音中含有的噪音成分。此外，在本實施方式涉及的噪音降低裝置中，說明麥克風有2個(S卩，聲音用麥克風11和參照音用麥克風12)的構成，但例如也可進一步追加參照音用麥克風，設置3個以上的麥克風。AD轉換器13以規定的米樣率對從聲音用麥克風11輸出的模擬信號進行米樣，變換為數字信號，生成拾音信號21。通過AD轉換器13生成的拾音信號21輸出到聲音區間判斷器15、聲音方向檢測器16、及適應濾波器18。AD轉換器14以規定的米樣率米樣從參照音用麥克風12輸出的模擬信號,變換為數字信號，生成拾音信號22。通過AD轉換器14生成的拾音信號22輸出到聲音方向檢測器16及適應濾波器18。在本實施方式中，輸入到聲音用麥克風11及參照音用麥克風12的聲音的頻帶例如是約IOOHz頻率到4000Hz左右。因此，通過使AD轉換器13、14中的采樣頻率為8kHz^l2kHz左右，可將含有聲音成分的模擬信號作為數字信息處理。此外，在本說明書中，將主要含有聲音成分的拾音信號也稱為聲音信號，將主要含有噪音成分的拾音信號也稱為參照信號。聲音區間判斷器15根據從AD轉換器13輸出的拾音信號12,判斷聲音區間。并且，聲音區間判斷器15判斷為聲音區間時，將聲音區間信息23、24分別輸出到聲音方向檢測器16及適應濾波器控制部17。聲音區間判斷器15中的聲音區間判斷處理可使用任意的技術。但是，在噪音水平高的環境下使用噪音降低裝置時，需要以較高的精度判斷聲音區間。此時，例如通過使用特愿2010 - 260798所述的技術(以下稱為聲音區間判斷技術A)、特愿2011 — 020459所述的技術(以下稱為聲音區間判斷技術B)，可高精度地判斷聲音區間。聲音中也包括人聲以外的聲音，在本例中，主要檢測人的聲音。在聲音區間判斷技術A中，著眼于作為聲音主要部分的元音成分具有的頻率頻譜，判斷聲音區間。在聲音區間判斷技術A中，按照各帶域設定適當的噪音水平，求出對元音頻率成分的峰值的信號對噪音水平比，通過觀察信號對噪音水平比是否是規定的水平t匕、且是否是規定的峰值數，來判斷聲音區間。圖2是表示使用了聲音區間判斷技術A的聲音區間判斷器15’的一例的框圖。圖2所示的聲音區間判斷器15’具有幀化部31、頻譜生成部32、帶域分割部33、頻率平均部34、保持部35、時間平均部36、峰值檢測部37、及聲音判斷部38。幀化部31以具有預先確定的時間寬度的幀單位(規定采樣數長)依次剪切拾音信號21，生成幀單位的輸入信號(以下稱為幀化輸入信號)。頻譜生成部32進行從幀化部31輸出的幀化輸入信號的頻率分析，將時間區域的幀化輸入信號變換為頻率區域的幀化輸入信號，生成匯集了頻譜的頻譜圖案。頻譜圖案在規定的頻帶中，匯集頻率和與該頻率下的能量建立對應的、各頻率的頻譜。在此使用的頻率變換法不限于特定的方法，但為了識別聲音的頻譜需要一定的頻率分解能力，因此可使用分解能力較強的 FFT (Fast Fourier Transform/快速傅里葉變換)、DCT (Discrete CosineTransform/離散余弦變換)等正交變換法。在本實施方式中，頻譜生成部32至少生成200Hz 到700Hz的頻譜圖案。作為下述聲音判斷部38判斷聲音區間時檢測的對象的、表示聲音特征的頻譜(以下稱為共振峰)中，從相當于基音的第I共振峰到作為其泛音部分的第η個共振峰(η是自然數)為止通常有多個。其中，第I共振峰、第2共振峰存在于小于200Hz的頻帶中的情況較多。但是，在該帶域中以較高的能量含有低域噪音成分，因此共振峰易埋沒。并且，700Hz以上的共振峰因共振峰自身的能量較低，所以還是易埋沒到噪音成分中。因此，通過將不易埋沒于噪音成分中的200Hz至700Hz的頻譜圖案用于聲音區間的判斷，可縮小判斷對象，有效地進行聲音區間的判斷。帶域分割部33為了以適當的頻帶單位檢測出聲音中特征性的頻譜，將頻譜圖案的各頻譜分割為作為以預先確定的帶域寬度分割的頻帶的、多個分割頻帶。在本實施方式中，預先確定的帶域寬度是IOOHz到150Hz左右的帶域寬度。頻率平均部34求出各分割頻帶的平均能量。在本實施方式中，頻率平均部34按照各分割頻帶使分割頻帶中的所有頻譜的能量平均化，但為降低運算負荷，也可替代頻譜的能量而代用頻譜的最大或平均振幅值(絕對值)。保持部35 由 RAM (Random Access Memory/ 隨機存取存儲器)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory/ 電子抹除式可編程只讀存儲器)、閃存等存儲介質構成，對各帶域的平均能量以過去預先確定的個數(在本實施方式中是N)的幀保持。時間平均部36按照各分割頻帶導出各帶域能量，各帶域能量是通過頻率平均部34導出的平均能量在時間方向的多個幀中的平均。即，各帶域能量是各分割頻帶的平均能量在時間方向的多個幀中的平均值。并且，時間平均部36對緊前的幀的各分割頻帶的平均能量，可使用加權系數和時間常數進行基于平均化的處理，求出各帶域能量的代用值。峰值檢測部37導出頻譜圖案的各頻譜、和含有該頻譜的分割頻帶中的各帶域能量的能量比(SNR :Signal to Noise ratio/信噪比)。并且，峰值檢測部37比較各頻譜的SNR、和預先確定的第I閾值，判斷是否超過第I閾值。當存在SNR超過第I閾值的頻譜時，將該頻譜視為共振峰，將表示檢測出了共振峰的主旨的信息，輸出到聲音判斷部38。聲音判斷部38從峰值檢測部37接收到檢測出了共振峰這一信息時,根據峰值檢測部37的判斷結果，判斷該幀的幀化輸入信號是否是聲音。聲音判斷部38判斷幀化輸入信號是聲音時，將聲音區間信息23、24分別輸出到聲音方向檢測器16及適應濾波器控制部17。圖2所示的聲音區間判斷器15’按照各分割頻帶設定該分割頻帶的各帶域能量。因此，聲音判斷部38可不受其他分割頻帶的噪音成分的影響，按照各自的分割頻帶高精度地判斷共振峰的有無。如上所述，從第I共振峰到作為其泛音部分的第η個共振峰為止存在多個共振峰。因此，在任意的分割頻帶的各帶域能量(噪音水平)上升、共振峰的一部分埋沒于噪音時，存在可檢測出其他多個共振峰的情況。尤其是，周圍噪音集中在低域，因此相當于基音的第I共振峰、相當于2泛音的第2共振峰埋沒于低域的噪音時，也存在可檢測出3泛音以上的共振峰的可能性。因此，聲音判斷部38在SNR超過第I閾值的頻率為規定數以上時，通過判斷幀化輸入信號是聲音，可進行抗噪音性強的聲音區間的判斷。
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如上所述，使用了聲音區間判斷技術A的聲音區間判斷器15’具有幀化部31，以具有預先確定的時間寬度的幀單位剪切輸入信號，生成幀化輸入信號；頻譜生成部32，將幀化輸入信號從時間區域變換為頻率區域，生成匯集了各頻率的頻譜的頻譜圖案；峰值檢測部37，判斷頻譜圖案的各頻譜、和作為通過預先確定的帶寬分割的頻帶的多個分割頻帶中含有頻譜的分割頻帶中的各帶域能量的能量比，是否超過預先確定的第I閾值；聲音判斷部38，根據峰值檢測部的判斷結果，判斷幀化輸入信號是否是聲音；頻率平均部34，導出頻譜圖案的各分割頻帶中的頻譜的頻率方向的平均能量；時間平均部36，按照各分割頻帶，導出作為平均能量的時間方向的平均的、上述各帶域能量。例如，聲音判斷部38在能量比超過第I閾值的頻譜是預先確定的數值以上時，可判斷幀化輸入信號是聲音。接著說明聲音區間判斷技術B。在聲音區間判斷技術B中，著眼于作為輔音的特征的、頻譜圖案有向右上上升的傾向這一性質，來判斷聲音區間。在聲音區間判斷技術B中，在中高域的頻帶中測定輔音的頻帶圖案，進一步將部分被噪音成分埋沒的輔音的頻率分布的特征，特殊化為基本沒有噪音影響的帶域并提取，從而可高精度地判斷聲音區間。圖3是表示使用了聲音區間判斷技術B的聲音區間判斷器15”的一例的框圖。聲音區間判斷器15”具有幀化部41、頻譜生成部42、帶域分割部43、平均導出部44、噪音水平導出部45、判斷選擇部46、及輔音判斷部47。幀化部41以具有預先確定的時間寬度的幀單位逐個剪切信號21，生成作為幀單位的輸入信號的巾貞化輸入信號。頻譜生成部42進行從幀化部41輸出的幀化輸入信號的頻率分析，將時間區域的幀化輸入信號變換為頻率區域的幀化輸入信號，生成匯集了頻譜的頻譜圖案。頻譜圖案在規定的頻帶中，匯集頻率和與該頻率中的能量建立了對應的、各頻率的頻譜。這里使用的頻率變換法不限于特定的方法，為識別聲音的頻譜，需要必要的頻率分解能力，因此可使用分解能力較強的FFT、DCT等正交變換法。帶域分割部43將頻譜生成部42生成的頻譜圖案的各頻譜，按照預先確定的各帶域寬度進行分割，生成多個分割頻帶。在本實施方式中，帶域分割部43例如對于800Hz 3. 5kHz的頻率范圍，例如按照IOOHz 300Hz左右的帶域寬度進行分割。
平均導出部44導出頻帶圖案中連接的各帶域平均能量，該各帶域平均能量是帶域分割部43分割的各分割頻帶(band)的平均能量。輔音判斷部47比較平均導出部44導出的各帶域平均能量彼此，越是高頻帶域的各帶域平均能量越是較高的能量時，判斷該幀化輸入信號中含有輔音。一般情況下，輔音具有頻譜圖案向右上上升的傾向。因此，使用了聲音區間判斷技術B的聲音區間判斷器15”，導出頻譜圖案中的各帶域平均能量，通過比較該各帶域能量彼此，檢測出輔音中特征性的、頻譜圖案中的向右上上升的傾向。因此，聲音區間判斷器15”可高精度地檢測出輸入信號中含有輔音的輔音區間。輔音判斷部47具有第I判斷單元，其對鄰接的帶域間的各帶域平均能量，計數高頻的帶域比鄰接的低頻的帶域大的組合，當計數的計數值為預先確定的第I閾值以上時，判斷含有輔音。并且，輔音判斷部47具有第2判斷單元，其對鄰接的帶域間的各帶域平均能量，計數高頻的帶域比鄰接的低頻的帶域大的組合，進一步在該組合跨越帶域連續時，力口權計數，當計數的值為預先確定的第2閾值以上時，判斷含有輔音。輔音判斷部47分別根據噪音水平分開使用第I判斷單元和第2判斷單元。其中，為適當選擇第I判斷單元和第2判斷單元，噪音水平導出部45導出幀化輸入信號的噪音水平。例如，噪音水平可以是幀化輸入信號的所有頻帶的各帶域平均能量的平均值。并且，噪音水平導出部45可按照各幀化輸入信號導出噪音水平，也可使用規定時間的幀化輸入信號的噪音水平的平均值。判斷選擇部46在導出的噪音水平小于規定閾值時，選擇第I判斷單元，在規定閾值以上時，選擇第2判斷單元。如上所述，使用了聲音區間判斷技術B的聲音區間判斷器15”具有幀化部41，以預先確定的幀單位剪切輸入信號，生成幀化輸入信號；頻譜生成部42，將幀化輸入信號從時間區域變換為頻率區域，生成匯集了各頻率的頻譜的頻譜圖案；平均導出部44，導出光譜圖案中的連接的各帶域平均能量，該各帶域平均能量是預先確定的各帶寬的平均能量；輔音判斷部47，比較導出的各帶域平均能量彼此，越是高頻帶域的各帶域平均能量越是較高能量時，判斷幀化輸入信號中含有輔音。例如，輔音判斷部47對頻譜圖案的鄰接的帶域間的各帶域平均能量，計數高頻的帶域比鄰接的低頻的帶域大的組合，當計數的計數值為預先確定的閾值以上時，判斷含有輔音。此外，在本實施方式涉及的噪音降低裝置中適用上述聲音區間判斷技術A、B時，可按各產品設定參數。即，在要求較切實的聲音區間的判斷的產品中適用聲音區間判斷技術A、B時，作為聲音區間判斷的參數，可設定較嚴苛的閾值。并且，在圖1所示的噪音降低裝置I中表示以下情況聲音以在聲音用麥克風11中被拾音的概率較大為前提，聲音區間判斷器15僅根據聲音用麥克風11的拾音信號21,判斷聲音區間。但是，根據噪音降低裝置的使用狀況不同，也可考慮和聲音用麥克風11相比、參照音用麥克風12拾音了較多聲音的情況。因此，如圖8的噪音降低裝置2所示，也可如下構成聲音區間判斷器19根據聲音用麥克風11的拾音信號21及參照音用麥克風12的拾音信號22，判斷聲音區間。此時，例如圖8所示的噪音降低裝置2的聲音區間判斷器19的構成可分別具有判斷聲音用麥克風11的拾音信號21中是否含有聲音的電路；判斷參照音用麥克風12的拾音信號22中是否含有聲音的電路。此外，圖8所示的噪音降低裝置2的其他構成和圖1所示的噪音降低裝置I的構成相同。圖1所不的噪音降低裝置I的聲音方向檢測器16,根據拾音信號21和拾音信號22,檢測聲音的到來方向,將聲音方向信息25輸出到適應濾波器控制部17。檢測聲音的到來方向的方法例如包括根據拾音信號21、拾音信號22的相位差，檢測聲音的到來方向的方法；根據通過聲音用麥克風11拾音的聲音(拾音信號21)的大小和通過參照音用麥克風12拾音的聲音(拾音信號22)的大小的差、比(是功率差、功率比，將它們總稱為功率信息)檢測聲音的到來方向的方法。此時，聲音方向檢測器16在聲音區間判斷器15判斷為聲音區間時，檢測聲音的到來方向。即，聲音方向檢測器16在聲音到來的聲音區間內檢測聲音方向，是聲音區間以外時，不檢測聲音方向。并且，例如在收發機這樣的移動設備(無線通信裝置)、附屬于無線通信裝置的揚聲器麥克風(聲音輸入裝置)這樣的小型設備中適用本實施方式涉及的噪音降低裝置時，在易于拾取聲音的表面一側設置聲音用麥克風11，在難以拾取聲音的背面一側設置參照音用麥克風12。由此,在聲音用麥克風11中主要拾音聲音成分，在參照音用麥克風12中主要拾音噪音成分。上述無線通信裝置、聲音輸入裝置一般情況下是比人的拳頭略小的大小。因此，音源和聲音用麥克風11的距離、音源和參照音用麥克風12的距離的差，根據各設備、或麥克風的配置而不同，可認為是5 10cm左右。其中，設聲音的空間傳播速度為34000cm/s時，采樣頻率為8kHz時，在I個采樣期音聲音傳播的距離是34000 + 8000 = 4. 25,因此是4. 25cm。如果聲音用麥克風11和參照音用麥克風12的距離是5cm，則采樣頻率是8kHz時，不能充分推測聲音方向。此時，采樣頻率為8kHz的3倍的24kHz時，34000+ 24000~1.42cm，在5cm之間
可測定3 4個相位差點。因此，根據拾音信號21和拾音信號22的相位差檢測聲音的到來方向時，可使輸入到聲音方向檢測器16的拾音信號21和拾音信號22的米樣頻率為24kHz以上。在圖1所示的噪音降低裝置I中，例如從AD轉換器13、14輸出的拾音信號21、22的采樣頻率是8 12kHz時，在AD轉換器13、14和聲音方向檢測器16之間可設置采樣頻率變換器，將提供到聲音方向檢測器16的拾音信號21、22的采樣頻率變換為24kHz以上。另一方面，例如從AD轉換器13、14輸出的拾音信號21、22的采樣頻率是24kHz以上時，在AD轉換器13和聲音區間判斷器15之間、及AD轉換器13、14和適應濾波器18之間可設置采樣頻率變換器，將提供到聲音區間判斷器15及適應濾波器18的拾音信號21、22的采樣頻率變換為8 12kHz。首先，說明根據拾音信號21和拾音信號22的相位差檢測聲音的到來方向的情況。圖4是表示本實施方式涉及的噪音降低裝置I具有的聲音方向檢測器的一例的框圖。圖4所示的聲音方向檢測器16’具有基準信號緩沖器51、基準信號提取部52、比較信號緩沖器53、比較信號提取部54、相互相關值計算部55、及相位差信息獲取部56。基準信號緩沖器51暫時存儲從AD轉換器13輸出的拾音信號21。比較信號緩沖器53暫時存儲從AD轉換器14輸出的拾音信號22。對于音源如用戶正在講話時一樣為一個并在同一時刻發出的聲音，到各麥克風11、12的傳播路徑不同，因此通過各麥克風11、12檢測出的相位(滯后量)、振幅值(衰減量)產生差異。但是，對于音源為一個并在同一時刻發出的聲音，通過各麥克風11、12檢測出的聲音成分的相位、振幅值成立一定的關系，相關性可以說非常高。而在音源如噪音成分一樣存在于各種場所的情況下，通過各麥克風11、12檢測出的聲音成分的相位、振幅值對于各音源都有不同的相位差、衰減量也不同，因此相關性低。在本實施方式中，在聲音區間中檢測聲音的到來方向，因此通過各麥克風11、12檢測出的聲音成分的相關性非常高。因此，限定在聲音區間，通過測定該相關性，可求出相位差，推測出音源的方向。2個麥克風11、12間的相位差例如可使用相互相關函數、最小平方法計算。2個信號波形Xl (t)和x2 (t)的相互相關函數可如下式所示。(數式I)
權利要求
1.一種噪音降低裝置，具有信號決定部，根據與通過多個麥克風拾音的聲音分別對應的多個拾音信號的相位差信息，在上述多個拾音信號中，決定第I拾音信號及用于降低該第I拾音信號中含有的噪音成分的第2拾音信號；適應濾波器，使用上述第2拾音信號降低通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。
2.根據權利要求1所述的噪音降低裝置，進一步具有聲音區間判斷器，上述聲音區間判斷器根據上述多個拾音信號中的一個拾音信號，判斷聲音區間，上述信號決定部在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，在上述多個拾音信號中決定上述第I拾音信號及上述第2拾音信號。
3.根據權利要求1所述的噪音降低裝置，進一步具有聲音區間判斷器，上述聲音區間判斷器使用通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號判斷聲音區間，上述適應濾波器在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，使用上述第2拾音信號降低通過上述信號決定部決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。
4.根據權利要求1至3的任意一項所述的噪音降低裝置，上述信號決定部將上述多個拾音信號中相位最靠前的拾音信號作為上述第I拾音信號來決定，將相位最滯后的拾音信號作為上述第2拾音信號來決定。
5.根據權利要求1至3的任意一項所述的噪音降低裝置，上述信號決定部將上述多個拾音信號中、相位滯后且拾音信號的功率大于規定值的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。
6.根據權利要求1至3的任意一項所述的噪音降低裝置，上述信號決定部在上述多個拾音信號中相位最滯后的拾音信號的功率為規定值以下時，將相位第二滯后且拾音信號的功率大于規定值的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。
7.根據權利要求1至3的任意一項所述的噪音降低裝置，當上述第I拾音信號以外的拾音信號的各自的相位差在規定范圍內時，上述信號決定部將上述第I拾音信號以外的拾音信號中、拾音信號的功率最大的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。
8.根據權利要求1至3的任意一項所述的噪音降低裝置，上述多個麥克風包括一個聲音用麥克風和多個參照音用麥克風，與上述多個參照音用麥克風分別對應的多個拾音信號中相位最靠前的拾音信號的相位，比和上述聲音用麥克風對應的拾音信號的相位靠前時，上述信號決定部將與上述參照音用麥克風對應的相位最靠前的拾音信號，作為上述第I拾音信號來決定。
9.根據權利要求8所述的噪音降低裝置，與上述多個參照音用麥克風分別對應的多個拾音信號中相位最滯后的拾音信號的相位，比和上述聲音用麥克風對應的拾音信號的相位滯后時，上述信號決定部將與上述參照音用麥克風對應的相位最滯后的拾音信號，作為上述第2拾音信號來決定。
10.根據權利要求1至9的任意一項所述的噪音降低裝置，對上述信號決定部，作為上述多個拾音信號提供采樣頻率24kHz以上的信號，對上述適應濾波器，作為上述多個拾音信號提供采樣頻率12kHz以下的信號。
11.一種聲音輸入裝置，具有權利要求1至10所述的噪音降低裝置，上述多個麥克風中的第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述多個麥克風中的第2及第3麥克風，在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上， 相對該第2面的中心線非對稱地設置。
12.一種無線通信裝置，具有權利要求1至10所述的噪音降低裝置，上述多個麥克風中的第I麥克風設置在上述無線通信裝置的第I面，上述多個麥克風中的第2及第3麥克風，在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上， 相對該第2面的中心線非對稱地設置。
13.一種噪音降低方法，根據與通過多個麥克風拾音的聲音分別對應的多個拾音信號的相位差信息，在上述多個拾音信號中，決定噪音降低處理中使用的第I拾音信號及第2拾音信號，使用上述第2拾音信號降低上述決定的上述第I拾音信號中含有的噪音成分。
14.一種聲音輸入裝置，具有噪音降低裝置，上述噪音降低裝置具有第I麥克風，主要用于拾音聲音成分；及第2及第3麥克風，主要用于拾音噪音成分，上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2及第3麥克風在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。
15.根據權利要求14所述的聲音輸入裝置，設置上述第2及第3麥克風，使連接該第2 及第3麥克風的線段和上述中心線以規定角度相交。
16.根據權利要求14所述的聲音輸入裝置，上述第2及第3麥克風設置在矩形的對角位置，該矩形由與上述中心線垂直相交的2條線段、及與上述中心線平行且相對上述中心線對稱配置的2條線段形成。
17.一種無線通信裝置，具有噪音降低裝置，上述噪音降低裝置具有 第I麥克風，主要用于拾音聲音成分；及第2及第3麥克風，主要用于拾音噪音成分，上述第I麥克風設置在上述無線通信裝置的第I面，上述第2及第3麥克風在隔規定距離和上述第I面相對的第2面上，相對該第2面的中心線非對稱地設置。
18.根據權利要求17所述的無線通信裝置，設置上述第2及第3麥克風，使連接該第2 及第3麥克風的線段和上述中心線以規定角度相交。
19.根據權利要求17所述的無線通信裝置，上述第2及第3麥克風設置在矩形的對角位置，該矩形由與上述中心線垂直相交的2條線段、及與上述中心線平行且相對上述中心線對稱配置的2條線段形成。
20.一種噪音降低裝置，具有聲音區間判斷器，根據通過第I和第2麥克風中的至少一個拾音的聲音，判斷聲音區間；聲音方向檢測器，根據與通過上述第I麥克風拾音的聲音對應的第I拾音信號以及與通過上述第2麥克風拾音的聲音對應的第2拾音信號,檢測上述聲音的到來方向；適應濾波器，根據從上述聲音區間判斷器輸出的聲音區間信息及從上述聲音方向檢測器輸出的聲音方向信息，使用上述第I拾音信息和上述第2拾音信息實施噪音降低處理，上述聲音方向檢測器在上述聲音區間判斷器判斷為聲音區間時，檢測上述聲音的到來方向。
21.根據權利要求20所述的噪音降低裝置，上述聲音方向檢測器根據上述第I拾音信號和上述第2拾音信號的相位差，檢測上述聲音的到來方向。
22.根據權利要求21所述的噪音降低裝置，上述適應濾波器使用另外的拾音信號，來降低上述第I拾音信號和上述第2拾音信號中相位更靠前的任意一個拾音信號中所包含的噪音成分。
23.根據權利要求21所述的噪音降低裝置，在上述第I拾音信號的相位和上述第2拾音信號的相位的相位差在規定的范圍內時，上述適應濾波器不實施噪音降低處理而輸出上述第I拾音信號或上述第2拾音信號。
24.根據權利要求20所述的噪音降低裝置，上述聲音方向檢測器根據上述第I拾音信號的大小和上述第2拾音信號的大小，檢測上述聲音的到來方向。
25.根據權利要求24所述的噪音降低裝置，在上述第I拾音信號的大小大于上述第2 拾音信號的大小時，上述適應濾波器使用另外的拾音信號，來降低上述第I拾音信號和上述第2拾音信號中其大小更大的任意一個拾音信號中所包含的噪音成分。
26.根據權利要求24所述的噪音降低裝置，在作為上述第I拾音信號的大小和上述第 2拾音信號的大小的差的功率差在規定的范圍內時，上述適應濾波器不實施噪音降低處理而輸出上述第I拾音信號或上述第2拾音信號。
27.根據權利要求20所述的噪音降低裝置，上述聲音方向檢測器根據上述第I拾音信號和上述第2拾音信號的相位差、以及上述第I拾音信號的大小和上述第2拾音信號的大小，檢測上述聲音的到來方向。
28.根據權利要求20-27中任意一項所述的噪音降低裝置，在上述第I拾音信號的相位比上述第2拾音信號的相位靠前時，上述聲音區間判斷器根據上述第I拾音信號判斷聲音區間；在上述第2拾音信號的相位比上述第I拾音信號的相位靠前時，上述聲音區間判斷器根據上述第2拾音信號判斷聲音區間。
29.根據權利要求20-28中任意一項所述的噪音降低裝置，作為上述第I和第2拾音信號，向上述聲音方向檢測器提供采樣頻率為24kHz以上的信號;作為上述第I和第2拾音信號，向上述適應濾波器提供采樣頻率為12kHz以下的信號。
30.根據權利要求20-29中任意一項所述的噪音降低裝置，上述聲音區間判斷器向上述聲音方向檢測器輸出以比向上述適應濾波器輸出的聲音區間判斷信息更高的概率判斷為聲音區間的聲音區間判斷信息。
31.一種聲音輸入裝置，具有權利要求20-30所述的噪音降低裝置，上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2麥克風設置在隔規定距離與上述第I面相對的第2面。
32.一種無線通信裝置，具有權利要求20-30所述的噪音降低裝置，上述第I麥克風設置在上述聲音輸入裝置的第I面，上述第2麥克風設置在隔規定距離與上述第I面相對的第2面。
33.一種噪音降低方法，根據通過第I及第2麥克風中的至少一個拾音的聲音，判斷聲音區間，在判斷為聲音區間時，根據與通過上述第I麥克風拾音的聲音對應的第I拾音信號及與通過上述第2麥克風拾音的聲音對應的第2拾音信號,檢測上述聲音的到來方向,根據表 /Jn作為上述聲音區間的判斷結果的聲音區間信息及上述聲音的到來方向的聲音方向信息， 實施噪音降低處理。
全文摘要
本發明涉及噪音降低裝置、聲音輸入裝置、無線通信裝置及噪音降低方法。提供一種噪音降低裝置，在各種環境下均可適當降低聲音信號中含有的噪音成分。本發明涉及的噪音降低裝置具有信號決定部116，根據與通過多個麥克風101~103拾音的聲音分別對應的多個拾音信號111~113的相位差信息，在多個拾音信號111~113中，決定第1拾音信號及用于降低該第1拾音信號中含有的噪音成分的第2拾音信號；適應濾波器，使用第2拾音信號降低通過信號決定部116決定的第1拾音信號中含有的噪音成分。
文檔編號G10L21/0208GK103000184SQ20121034561
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月17日 優先權日2011年9月15日
發明者山邊孝朗 申請人:Jvc建伍株式會社