JP2014055783A - Movement sound detection device and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動作音検出装置およびその動作方法に関するものである。 The present invention relates to an operation sound detection device and an operation method thereof.
省エネや監視、高齢者の見守りなどを目的として、赤外線センサ、カメラ、マイクロフォン等を利用し、ユーザの存在や動きの有無を感知するさまざまな方法が提案されている。赤外線センサは、人体から出ている赤外線と人体の動きによる赤外線の強弱を検知し、これにより、照明のコントロールなどが行われる。カメラは、非特許文献1に示す事例において、テレビに搭載され、顔認識や動作検出などの画像認識処理を行い、人の存在だけでなくテレビの視聴の有無も検知して省エネ制御を行っている。このように赤外線センサやカメラを用いる場合は、その向きによって感知可能な範囲が限られるという問題がある。また、赤外線センサはセンサに向かって直進する動きに弱く、カメラは姿を直接撮影するなどプライバシーの問題がある。 In order to save energy, monitor, and watch over the elderly, various methods for detecting the presence of a user and the presence or absence of movement using an infrared sensor, a camera, a microphone, and the like have been proposed. The infrared sensor detects the intensity of infrared rays emitted from the human body and the intensity of the infrared rays caused by the movement of the human body, thereby controlling illumination and the like. In the case shown in Non-Patent Document 1, the camera is mounted on a television, performs image recognition processing such as face recognition and motion detection, detects not only the presence of a person but also the presence or absence of viewing of the television, and performs energy saving control. Yes. Thus, when using an infrared sensor or a camera, there exists a problem that the range which can be sensed is limited by the direction. Infrared sensors are vulnerable to movement straight ahead toward the sensor, and the camera has a privacy problem, such as taking a picture directly.
そこで、無指向性のマイクロフォンを用いて周囲の音を集音し、ユーザの動作検知に活用する提案がなされている。非特許文献2に示す事例においては、マイクロフォンによって集音した音の音圧の強さからユーザの存在を検知して、日々の生活パターンの推定を行っている。 Therefore, proposals have been made to collect ambient sounds using an omnidirectional microphone and to utilize them for user motion detection. In the case shown in Non-Patent Document 2, the presence of a user is detected from the intensity of sound pressure of sound collected by a microphone, and daily life patterns are estimated.
マイクロフォンは、人感センサとして活用する場合、例えば宅外から発生する騒音や宅内の空調や冷蔵庫が発する振動や音を拾い、これが定常的なノイズとなることがある。非特許文献2ではこのような暗騒音への対策として、無音と有音を区別するために音圧の閾値を設け、その値以上の出力値のみを採用している。しかしながら、閾値によって弱い音圧のデータは除去されてしまい、微かな動作音が検出されづらくなってしまうという問題があった。 When the microphone is used as a human sensor, for example, it picks up noise generated from outside the house, vibration or sound generated from the air conditioning or refrigerator in the house, and this may become steady noise. In Non-Patent Document 2, as a countermeasure against such background noise, a sound pressure threshold value is provided in order to distinguish silence and sound, and only an output value equal to or greater than that value is employed. However, there is a problem that weak sound pressure data is removed depending on the threshold value, and it is difficult to detect a fine operation sound.
また、ユーザの動きとは無関係に発する音、例えばテレビから発せられる音声や電話の音など機器のスピーカから発する音によって、動作音がかき消され、誤検出が生じるおそれがある。足音や着座の音、物を動かす音などのユーザの動作音のみを検出の対象としたい場合に、宅内の機器のスピーカが発する音を拾うことは都合が悪い。 In addition, sound generated regardless of the user's movement, for example, sound generated from the speaker of the device, such as sound generated from a television or telephone, may cause the operation sound to be erased, resulting in erroneous detection. It is inconvenient to pick up the sound produced by the speaker of the home device when only the user's operation sound such as footsteps, seating sound, and sound of moving objects is to be detected.
さらに、従来はノイズ環境下でのSN比を高めるために、マイクロフォンの感度を下げて近傍の音のみを拾うことが行われてきた。その際には、広い範囲を感知すべく、同じ室内でもマイクロフォンを複数台設置する必要があった。 Furthermore, conventionally, in order to increase the S / N ratio under a noise environment, it has been performed to reduce the sensitivity of the microphone and pick up only the nearby sound. In that case, it was necessary to install a plurality of microphones even in the same room in order to sense a wide range.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係な音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to easily and accurately detect a minute operation sound generated by a user even in an environment where there is background noise or a sound unrelated to the user's operation. .
上記の課題を解決するために、第1の本発明は、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去する暗騒音除去部と、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出する音圧抽出部と、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する動作音検出部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention is a background noise removing unit that removes background noise from a sound signal from a microphone installed in an environment where a user can exist, and the sound after the background noise removal. A sound pressure extraction unit that extracts a sound pressure from a band of a predetermined frequency or less of a signal, and an operation sound detection unit that detects an operation sound by the user based on the extracted sound pressure. .
例えば、前記周波数は100Hzである。例えば、前記音圧抽出部は、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出部は、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する。例えば、前記高い周波数は15kHzである。例えば、前記暗騒音除去部は、2つの前記マイクロフォンの一方のマイクロフォンからの音声信号を位相反転させ、他方の前記マイクロフォンからの音声信号と合成する。 For example, the frequency is 100 Hz. For example, the sound pressure extraction unit extracts a sound pressure from a band higher than a predetermined frequency, and the operation sound detection unit detects an operation sound by the user based on the sound pressure. For example, the high frequency is 15 kHz. For example, the background noise removing unit inverts the phase of the audio signal from one of the two microphones and synthesizes the audio signal from the other microphone.
第2の本発明は、動作音検出装置の暗騒音除去部が、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去し、前記動作音検出装置の音圧抽出部が、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出装置の動作音検出部が、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the background noise removal unit of the operation sound detection device removes background noise from a sound signal from a microphone installed in an environment where the user may exist, and the sound pressure extraction unit of the operation sound detection device Extracts a sound pressure from a band below a predetermined frequency of the audio signal after the background noise is removed, and the operation sound detection unit of the operation sound detection device operates by the user based on the extracted sound pressure. It is characterized by detecting sound.
例えば、前記音圧抽出部が、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出部が、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する。 For example, the sound pressure extraction unit extracts a sound pressure from a band higher than a predetermined frequency, and the operation sound detection unit detects an operation sound by the user based on the sound pressure.
本発明によれば、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係な音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fine operation sound which a user emits can be detected easily and with high precision also in the environment with background noise or a sound irrelevant to a user's operation | movement.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係る動作音検出装置の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an operation sound detection device according to the present embodiment.
動作音検出装置は、例えば、人などのユーザの存在しうる環境に設置された隣接する2つのマイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bと、マイクロフォン1Aから出力される音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ2Aと、マイクロフォン1Bから出力される音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ2Bと共に用いられる。
The operation sound detection device includes, for example, two
動作音検出装置は、マイクロフォンアンプ2Aから出力される音声信号を位相反転および増幅させ且つマイクロフォンアンプ2Bから出力される音声信号と合成することによって暗騒音を除去する暗騒音除去部3と、暗騒音除去後の音声信号(アナログ信号)をディジタル化するA/D変換部4と、ディジタル化後の信号を周波数解析し、全周波数帯域を可聴帯域(例えば、100Hz〜15kHz)と可聴帯域より低い帯域(例えば、100Hz以下の帯域であり、以下、低周波帯域という)と可聴帯域より高い帯域(例えば、15kHz以上の帯域であり、以下、高周波帯域という)に分割する周波数解析部5と、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する音圧抽出部6と、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する動作音検出部7を備える。
The operating sound detection device includes a background
ノイズキャンセル部3は、マイクロフォンアンプ2Aからの音声信号を位相反転する位相反転部31と、位相反転後の音声信号を増幅する可変アンプ32とを備える。
The
動作音検出装置では、まず、暗騒音除去部3が暗騒音を除去する。
図2に示すように、例えば、マイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bの間の距離は、3cmである。マイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bに対し、空調や室外からの暗騒音は平面波として到達するので、同一面での位相差が少なく、マイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bには、位相の揃った音の波が届く。したがって、暗騒音除去部3が、マイクロフォン1Aからの音声信号を反転し、マイクロフォン1Bからの音声信号と合成することで、暗騒音を除去できる。
In the operation sound detection device, first, the background
As shown in FIG. 2, for example, the distance between the
一方、マイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bの周囲で、例えば、人などが動き、微小な動作音が発生すると、動作音はマイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bに対し、球面波として到達する。
On the other hand, for example, when a person or the like moves around the
また、テレビなどのスピーカから発する音もマイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bに対し、球面波として到達する。
Further, sound emitted from a speaker such as a television also reaches the
球面波の位相差は、球面でなければ揃わないので、マイクロフォン1Aおよびマイクロフォン1Bには、位相差のある音の波が届く。したがって、暗騒音除去部3が、マイクロフォン1Aからの音声信号を反転し、マイクロフォン1Bからの音声信号と合成しても、動作音とスピーカから発する音は残り、つまり、その後、スピーカから発する音を除去すれば、動作音だけを残すことができる。
Since the phase difference of the spherical wave is not uniform unless it is spherical, a sound wave having a phase difference reaches the
図3の波形Aは、マイクロフォン1Aからの音声信号の波形の一例であり、経過時間と振幅レベルの関係を示すものである。波形Bは、マイクロフォン1Bからの音声信号の波形の一例であり、経過時間と振幅レベルの関係を示すものである。
A waveform A in FIG. 3 is an example of a waveform of an audio signal from the
波形A、Bには、共に、暗騒音による波形Mが含まれ、位相は揃っている。一方、波形A、Bには、共に、動作音による波形Nが含まれるが、位相は揃っておらず、位相差がある。よって、位相反転および合成後の波形Cでは、波形Mが除去され、波形Cは波形Nによるものとなる。 Waveforms A and B both include a waveform M due to background noise and are in phase. On the other hand, the waveforms A and B both include the waveform N due to the operating sound, but the phases are not aligned and there is a phase difference. Therefore, in the waveform C after the phase inversion and synthesis, the waveform M is removed, and the waveform C is based on the waveform N.
次に、周波数解析部5は、全周波数帯域を可聴帯域(例えば、100Hz〜15kHz)と可聴帯域より低い低周波帯域と可聴帯域より高い高周波帯域に分割する。
Next, the
図4は、周波数解析部5により得られる周波数スペクトルの一部を示す図である。
100Hz以下の低周波帯域において、ユーザによる動作音(足音など)の音圧波形が含まれ、テレビなどのスピーカから発する音圧波形は見られない。
FIG. 4 is a diagram showing a part of the frequency spectrum obtained by the
In a low frequency band of 100 Hz or less, a sound pressure waveform of an operation sound (such as a footstep sound) by a user is included, and a sound pressure waveform emitted from a speaker such as a television is not seen.
一方、100Hzを超える可聴帯域においては、ユーザによる動作音と、テレビなどのスピーカから発する音の音圧波形が混在する。 On the other hand, in the audible band exceeding 100 Hz, the operation sound by the user and the sound pressure waveform of the sound emitted from a speaker such as a television are mixed.
次に、音圧抽出部6は、音圧波形が混在する可聴帯域からでなく、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する。
Next, the sound
図5に示すように、テレビの音声や電話の音など、機器のスピーカから発する音の周波数は、主に人が聞き取りやすい可聴帯域に含まれる。 As shown in FIG. 5, the frequency of sound emitted from a speaker of a device, such as television sound or telephone sound, is included in an audible band that is easy to hear mainly by humans.
一方、低周波帯域には、例えば、ユーザによる動作音である足音や物音などの周波数が含まれる。低周波帯域には、また、空調などの暗騒音の周波数が含まれる。低周波帯域では、一般的なスピーカの再生能力は低下する。 On the other hand, the low frequency band includes, for example, frequencies such as footsteps and object sounds that are operation sounds by the user. The low frequency band also includes background noise frequencies such as air conditioning. In a low frequency band, the reproduction performance of a general speaker is reduced.
また、高周波帯域には、例えば、ユーザによる動作音である台所で水を流す音や食器のあたる音の周波数が含まれる。 Further, the high frequency band includes, for example, the frequency of the sound of water flowing in the kitchen and the sound of tableware, which is the operation sound of the user.
つまり、低周波帯域と高周波帯域の音は、ユーザによる動作音である可能性が高いので、音圧抽出部6は、可聴帯域からでなく、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する。
That is, since the sound in the low frequency band and the high frequency band is likely to be an operation sound by the user, the sound
最後に、動作音検出部7は、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する。例えば、動作音検出部7は、低周波帯域と高周波帯域の少なくとも一方から抽出された音圧が、予め定めた閾値以上であるなら、周囲にユーザが存在すると判定し、両方の音圧が共に閾値未満なら、周囲にユーザが存在しないと判定する。
Finally, the operation
なお、動作音検出部7は、低周波帯域から抽出された音圧が、予め定めた閾値以上であるなら、周囲にユーザが存在すると判定し、音圧が閾値未満なら、周囲にユーザが存在しないと判定してもよい。
The operation
したがって、図6に示すように、動作音検出装置では、暗騒音、スピーカから発する音、ユーザによる動作音のうち、暗騒音除去部3を通過するのは、スピーカから発する音、ユーザによる動作音だけである。
Therefore, as shown in FIG. 6, in the operation sound detection device, among the background noise, the sound emitted from the speaker, and the operation sound by the user, the sound emitted from the speaker and the operation sound by the user pass through the background
周波数解析部5は、全周波数領域を、スピーカから発する音が含まれる可聴帯域と、ユーザによる動作音の音が含まれる低周波帯域および高周波帯域に分割する。
The
可聴帯域に含まれるスピーカから発する音の音圧と、低周波帯域および高周波帯域に含まれるユーザによる動作音の音圧のうち、音圧抽出部6で抽出されるのは、低周波帯域および高周波帯域に含まれるユーザによる動作音の音圧だけである。その結果、動作音検出部7は、ユーザによる動作音だけを検出することができる。
Of the sound pressure of the sound emitted from the speaker included in the audible band and the sound pressure of the operation sound by the user included in the low frequency band and the high frequency band, the sound
したがって、動作音検出装置によれば、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォン1A、1Bからの音声信号から暗騒音を除去する暗騒音除去部3と、暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数100Hz以下の低周波帯域から音圧を抽出する音圧抽出部6と、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する動作音検出部7とを備えることで、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係なスピーカなどの音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することができる。
Therefore, according to the operation sound detection device, the background
また、音圧抽出部6は、周波数100Hzより高い周波数15kHz以上の高周波帯域から音圧を抽出し、動作音検出部7は、当該音圧に基づいてユーザによる動作音を検出するので、より高精度に動作音を検出することができる。
The sound
また、暗騒音除去部3は、マイクロフォン1Aからの音声信号を位相反転させ、マイクロフォン1Bからの音声信号と合成することで、位相の揃った暗騒音を除去でき、位相の揃った暗騒音のある環境下で、動作音を検出することができる。
The background
なお、周波数100Hz、15kHzは一例であり、環境に応じて、他の周波数を用いてもよい。また、音圧の閾値も環境に応じた値とすることが好ましい。
The
また、動作音検出装置のうち、A/D変換部4、周波数解析部5、音圧抽出部6および動作音検出部7は、コンピュータにより構成でき、そのコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録でき、また、インターネットなどの通信網を介して伝送させて、広く流通させることができる。
Among the operation sound detection devices, the A / D conversion unit 4, the
1A、1B マイクロフォン
2A、2B マイクロフォンアンプ
3 ノイズキャンセル部
3 暗騒音除去部
4 A/D変換部
5 周波数解析部
6 音圧抽出部
7 動作音検出部
31 位相反転部
32 可変アンプ
1A,
Claims (8)
前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出する音圧抽出部と、
前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する動作音検出部と
を備えることを特徴とする動作音検出装置。 A background noise removing unit that removes background noise from an audio signal from a microphone installed in an environment where a user may exist;
A sound pressure extraction unit that extracts a sound pressure from a band of a predetermined frequency or less of the audio signal after the background noise removal;
An operation sound detection unit comprising: an operation sound detection unit that detects an operation sound by the user based on the extracted sound pressure.
ことを特徴とする請求項1記載の動作音検出装置。 The operating sound detection device according to claim 1, wherein the frequency is 100 Hz.
前記動作音検出部は、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする請求項1または2記載の動作音検出装置。 The sound pressure extraction unit extracts sound pressure from a band of a frequency higher than the predetermined frequency,
The operation sound detection device according to claim 1, wherein the operation sound detection unit detects an operation sound by the user based on the sound pressure.
ことを特徴とする請求項3記載の動作音検出装置。 The operation sound detection device according to claim 3, wherein the high frequency is 15 kHz.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の動作音検出装置。 The said background noise removal part carries out the phase inversion of the audio | voice signal from one microphone of two said microphones, and synthesize | combines with the audio | voice signal from the other said microphone. Operation sound detection device.
前記動作音検出装置の音圧抽出部が、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出し、
前記動作音検出装置の動作音検出部が、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする動作音検出装置の動作方法。 The background noise removal unit of the operation sound detection device removes background noise from the sound signal from the microphone installed in the environment where the user can exist,
The sound pressure extraction unit of the operation sound detection device extracts sound pressure from a band below a predetermined frequency of the sound signal after the background noise removal,
The operation sound detection unit of the operation sound detection device detects an operation sound by the user based on the extracted sound pressure. The operation method of the operation sound detection device.
前記動作音検出部が、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする請求項6記載の動作音検出装置の動作方法。 The sound pressure extraction unit extracts sound pressure from a band of a frequency higher than the predetermined frequency,
The operation method of the operation sound detection device according to claim 6, wherein the operation sound detection unit detects an operation sound by the user based on the sound pressure.
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