ニューラルネットワークを用いた雑音抑圧方式の検 討

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

ニューラルネットワークを用いた雑音抑圧方式の検 討

目片, 強司

松下電器産業株式会社中央研究所

吉住, 嘉之

松下電器産業株式会社中央研究所

山田, 義則

松下電器産業株式会社中央研究所

高木, 英行

松下電器産業株式会社中央研究所

http://hdl.handle.net/2324/4481571

出版情報：日本音響学会講演論文集, pp.403-404, 1991-10. 日本音響学会 バージョン：

権利関係：

3‑7‑5 

ニ

ュ ー う ） レ ネ ッ ト ワ ー クを用いた雑音肌圧方式の検討

◎ 目 片 強 司 吉住嘉之 山田義則 商木英行（松下電器・中研）

I,  まえがき

難 聴 者 の 環 境 雑 音 下 で の 言 語 聴 取 能 力 を 改善することを目的としてNNを用いた雑 音抑圧方式を提案した。従来、 NNに時間 信 号 を 入 力 す る 雑 音 抑 圧 モ デ ル(1)が提案さ れ て い る が 、 時 間 変 動 の 少 な さ と 聴 党 系 で の 耐 雑 音 性 を 考 慮 し 、 聴 党 モ デ ル と そ の 周 波数成分を入力するNNを結合し（図I)、 ス ベ ク ト ラ ム 歪 で 評 価 し 、 ま た 、 ホ ル マ ン

ト強調効果を有することを確認した。

2,  雑 音 抑 圧 モ デ ル

聴党フィルタ (2)はI 16

 

Barkを均等分割 した3lchを用い、 N Nは各暦ユニット数が

[31. 10, I]の3層feed‑forward型とした。

3.  実験

聴 覚 フ ィ ル タ 各chの サ ン プ リ ン グ 周 期 毎 の瞬時値をNNに入力し学習・雑音抑圧を 行 う 。 学 習 データには、男性アナウンサー 1名 の 発 声 に よ る 単 語 の 語 頭 、 語 中 そ れ ぞ れから取り出した5母 音 を 用 い た 。 学 習 時 の入カデータにはSIN

比

6dBとなるように白 色 雑 音 を 付 加 し 、 タ ー ゲ ッ ト デ ー タ に は 無 雑 音 の 同一音声をもちいた。

4.  評価

式(1)のスペク トラム歪SD<3l、 及 び 式(2

）で定義したスベクトラム歪改善度IMを用い て雑音改善度の評価を行った。

SD=!Olog 

  . r

I fs(i) I 2 

r .

 

I fd(i)‑fs(i) I 2 

(I) 

fd: 歪や雑音を含む信号のスヘ・クトうム fs: 歪や雑音を含まない信号のスヘ・クトうム

IM=[出 力 信 号 のSD]‑[入力信号のSD](2) 

図2に 、 拗 音 を 除 く 日 本 語67単音節に 対 し て 求 め た 入 力 信 号 音 声 区 間 の ス ベ ク ト

ラ ム 歪 改 善 度 を 示 す 。 学 習 の 効 果 を 検 討 す る た め に 学 習 に 用 い た 男 性 の 音 声 と 他 の 男 性 の 音 声 の 両 方 を 検 討 し た 。 改 善 度IMは式 (3)により計算できる。

IM= ([雑音の抑圧昂 J‑1

+ 

[入力信号のSD]

・［無雑音信号の処理後の SDJ‑1) ‑1  (3) 

無 音 声 区 間 の 平 均 雑 音 抑 圧 量(2.6 4. 8d  B)、 お よ び 無 雑 音 信 号 の 処 理 後 の 平 均SD=

8.5dBを代入し計算したスヘ・クトうム歪の改善度

＾ 

"' 

"D  ヽ

也 卿

入力 端 子

4  2 

出力 端子 中問10ユニット .J 

入力31ユニット 図1 プロック図

沿

゜

閂 ￨ △  . . . . . .  △ 

" 学 誓 話 者

~-2 ^{0・.....〇 学 習 話 者}

"' 

・,.  一 計 算 値

ペ ―4

‑ 1 0   ‑ 5   0  5  10  入力信号のス'I''卜うA歪 (dB) 図2 入力信号ス'l'HうA歪対l'l'Hう：歪改善度

* 

Noise Reduction using Neural Networks  T.  Mekata,  Y.  Yoshizumi,  Y.  Yamada,  H.  Takagi  (Matsushita Electric Ind. Co. , ltd.) 

日本音押学会請浙｛論 文梨 ‑403‑ _{平成3年 10月}

も図2に示す。入力信号のスベクトラム歪が‑4dB以 下 の領域では4dB程度の雑音が抑圧され、入力音声中の雑 音が少なくなるにつれ処理により発生する歪と雑音抑 圧効果のトレードオフによりスベクトラム歪改善効果 が少なくなる。雑音抑圧の一例を図3に示す。

5,  ホルマント強調効果

処理により発生する歪の性質を調ぺるため5母音の 無雑音単音節データを本モデルで処理し、定常部のL

PCスペクトルを処理前後で比較した。

図4より、 /a/のFIとF2のようにホルマントの間 隔が極めて近接している場合を除き、 LPCスベクト ラムのコントラストを強調する効果、すなわち、ホル マント強調効果が確認 できた。

6. まとめ

雑音抑圧のための新しいアルゴリズムを提案し，雑音 抑圧度の評価を行った。本処理はスペク トル減箕法等 の従来の単一入力の雑音抑圧法に比ぺ非線形歪が知党 されにくい。また、処理により発生する歪はホルマン ト強調効果を有しており、無雑音時でも難聴者の語音 明瞭度を改善できる可能性を有する。今後、難聴者に 対する明瞭度や心理的な負担感の改善効果ついて検討 を行う予定である。

7.  謝辞

本研究は医療福祉機器研究開発の一因と して、 松 下 電器産業（株）がNEDOから委託を受けて実施した。

8.  参考文献

(I)田村、他：信学技報、 SP87‑l12、PP.33‑37, 1987  (2)駒木根、平原：信学技報、 SP87‑45、pp,65‑72,1987  (3)B. Hanson: Intelligibility Enhanceme nt of Voi  ce‑Interfered Speech Signals, STL Monograph I 

9、

、

ヽ

/ a/  ,,‑

(db)  100  00 

 

万ぅ

~-‑̲̲̲;;j 

。

‑

^{ヽ・ 50} 

ー 処 理 前 ー‑‑処 理 後

1COO  ,COO  !000  ,ooo 

,,. .... , り (hf)

n '   . .  

g 

g 8

201 

/i/ 

が

y,,

＇

 ，ヽ, ~ ~

， 

,

ヽ ヽ

' 

~

,coo  ,eoo  ,oco 

,,., .... り(h<)

100 

。  

70  6'l  5" 

ヽ0

   

10 

•

,ooo  sooo 

/u/ 

呈ヽ,,,、

,̲ 

‑

^,̲ 

1008807088 

---~,o    

10 

1000  2000  !000  ,ooo 

rroqu,ncv (h,) 

． 

5 0 0 0  

1000  zeoo  ,ooo

、

^OOO

rrequency (hz) 

8 g 8 m 8 S l l g 8 z o g .   1 }  

「 よ ろ し く お ね が い い た し ま す 」

~ ~ - = ,

• —• ~~·-~~·:s'_I泊1m吐噂＇鬱\· c:

^{... , :·-~ ャ ー . 、}

(b)処 理 後一

ピ»~,澗麟ー→靡疇鼎，:))))f鵬I~~•.:,·

^. : 

げ 二 三 ・

(C)原 音 （ 無 雑 音 ）

(db)  100 

.  

.

ヘ必'

^/o/ 

-\j~  

10 

 

゜

1000  2000  """',ooo  5'lOO 

<roqu'"•Y (h<) 

図3 雑 音 抑 圧 の 一 例 図 4 5 母音の処理前後の LPC~~•Hn

日本音秤学会講演論文集 ‑404‑ _{平 成3年 10月}