JP2000181499A - 音源信号分離回路およびそれを用いたマイクロホン装置 - Google Patents
音源信号分離回路およびそれを用いたマイクロホン装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の音源信号分離回路は、その分離を行な
うための信号処理に多くの時間を要し、リアルタイムの
分離は不可能であった。 【解決手段】 互いに線形独立な複数の音源信号が線形
加算された複数の混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)をフレーム分
割し、フレームごとに、当該分離回路によって分離され
た複数の信号ｙ1(t), ｙ2(t)相互間のラグタイムゼロの
相関を最小にする混合行列の逆行列を乗算するように構
成した。
うための信号処理に多くの時間を要し、リアルタイムの
分離は不可能であった。 【解決手段】 互いに線形独立な複数の音源信号が線形
加算された複数の混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)をフレーム分
割し、フレームごとに、当該分離回路によって分離され
た複数の信号ｙ1(t), ｙ2(t)相互間のラグタイムゼロの
相関を最小にする混合行列の逆行列を乗算するように構
成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに線形独立な
複数の音源信号が線形加算された複数の混合信号から、
線形加算される以前の各音源信号に分離する音源信号分
離回路、およびその音源信号分離回路を用いてマイクロ
ホンの正面方向や上下左右方向に存在する音源からの音
を分離して収音することのできるマイクロホン装置に関
する。
複数の音源信号が線形加算された複数の混合信号から、
線形加算される以前の各音源信号に分離する音源信号分
離回路、およびその音源信号分離回路を用いてマイクロ
ホンの正面方向や上下左右方向に存在する音源からの音
を分離して収音することのできるマイクロホン装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】いくつかの音源信号が、未知の比率で線
形加算された信号を混合信号としたとき、その混合信号
からもとの音源信号のそれぞれに分離する手法は音源分
離問題Blind Source Separation と呼ばれている。
形加算された信号を混合信号としたとき、その混合信号
からもとの音源信号のそれぞれに分離する手法は音源分
離問題Blind Source Separation と呼ばれている。
【０００３】文献、Xi-Ren Cao, Ruey-wen Liu. "Gener
al Approach to Blind Source Separation" IEEE Tran
s. Signal Processing. vol.44 No.3 pp.562-570, 1996
、および文献、Karim Abed-Meraim, Yingbo Hua, Adel
Belouchrani "A General Framework for Blind Source
Separation Using Second Order Statistics" 8th IEE
E DSP Workshop (published 1988)に述べられている Bl
ind Source Separationの手法について説明する。
al Approach to Blind Source Separation" IEEE Tran
s. Signal Processing. vol.44 No.3 pp.562-570, 1996
、および文献、Karim Abed-Meraim, Yingbo Hua, Adel
Belouchrani "A General Framework for Blind Source
Separation Using Second Order Statistics" 8th IEE
E DSP Workshop (published 1988)に述べられている Bl
ind Source Separationの手法について説明する。
【０００４】互いに線形独立な２つの音源信号が線形加
算された２つの混合信号は、その混合行列の逆行列を推
定することができれば、もとの音源信号にそれぞれ分離
することが可能となる。
算された２つの混合信号は、その混合行列の逆行列を推
定することができれば、もとの音源信号にそれぞれ分離
することが可能となる。
【０００５】図１０は、２つの音源信号が電気信号とし
て混合される場合の混合過程のモデルを示している。図
１０において、音源の信号をｓ1(t), ｓ2(t)（これら
は、互いに線形独立な信号源である）、混合された混合
信号ｘ1(t), ｘ2(t)、また分離された信号をｙ 1(t), ｙ
2(t)（図示しない）とする。これらの信号はいずれも所
定数の連続サンプルからなる信号ベクトルである。音源
信号ｓ1(t), ｓ2(t)、混合信号ｘ1(t),ｘ2(t)および分
離された信号ｙ1(t), ｙ2(t)間の関係を数式化すると、
次の(1),(2)式で示される。
て混合される場合の混合過程のモデルを示している。図
１０において、音源の信号をｓ1(t), ｓ2(t)（これら
は、互いに線形独立な信号源である）、混合された混合
信号ｘ1(t), ｘ2(t)、また分離された信号をｙ 1(t), ｙ
2(t)（図示しない）とする。これらの信号はいずれも所
定数の連続サンプルからなる信号ベクトルである。音源
信号ｓ1(t), ｓ2(t)、混合信号ｘ1(t),ｘ2(t)および分
離された信号ｙ1(t), ｙ2(t)間の関係を数式化すると、
次の(1),(2)式で示される。
【数１】
【０００６】（１）式の意味するところは、図１０に示
すモデルは、ｘ1(t)が、音源信号ｓ 1(t)とα倍の音源信
号ｓ2(t)の混合された信号であることを意味し、また、
ｘ2(t)が、音源信号ｓ2(t)とβ倍の音源信号ｓ1(t)の混
合された信号であることを意味している。
すモデルは、ｘ1(t)が、音源信号ｓ 1(t)とα倍の音源信
号ｓ2(t)の混合された信号であることを意味し、また、
ｘ2(t)が、音源信号ｓ2(t)とβ倍の音源信号ｓ1(t)の混
合された信号であることを意味している。
【０００７】図１１は、２つの音源信号が空間的に音響
信号として混合される場合の混合過程のモデルを示して
いる。図１１に示すモデルは、ｘ1(t)が、音源信号ｓ
1(t)とα倍の音源信号ｓ2(t)の混合された信号であるこ
とを意味し、ｘ2(t)が、音源信号ｓ2(t)とβ倍の音源信
号ｓ1(t)の混合された信号であることを意味している。
この場合、音源信号ｓ1(t)の信号源と音源信号ｓ2(t)の
信号源との間の距離をｌ1 、音源信号ｓ2(t)の信号源と
マイクロホン１との間の距離をｌ2 、マイクロホン１と
マイクロホン２との間の距離をｌ3 で表すと、それら各
距離と、混合行列の係数α，βの関係は、
信号として混合される場合の混合過程のモデルを示して
いる。図１１に示すモデルは、ｘ1(t)が、音源信号ｓ
1(t)とα倍の音源信号ｓ2(t)の混合された信号であるこ
とを意味し、ｘ2(t)が、音源信号ｓ2(t)とβ倍の音源信
号ｓ1(t)の混合された信号であることを意味している。
この場合、音源信号ｓ1(t)の信号源と音源信号ｓ2(t)の
信号源との間の距離をｌ1 、音源信号ｓ2(t)の信号源と
マイクロホン１との間の距離をｌ2 、マイクロホン１と
マイクロホン２との間の距離をｌ3 で表すと、それら各
距離と、混合行列の係数α，βの関係は、
【数２】 で表される。
【０００８】実際には、マイクロホン１よりマイクロホ
ン２の方が音源群より遠い（図１１参照）ため、空間の
距離減衰により入力される信号はマイクロホン２からの
方が小さい。このため、マイクロホンに入力された音の
大きさを補正する係数をｋとするが、観測者は混合行列
Ａの値を事前に知らされることはないため、係数ｋの値
を得ることはできない。しかし、分離された信号ｙ
1(t), ｙ2(t)は、希望する音の大きさとなるように増幅
または減衰させることが可能であるため、この係数ｋを
省略して図１０の場合と同様の行列表現をすることにす
る。
ン２の方が音源群より遠い（図１１参照）ため、空間の
距離減衰により入力される信号はマイクロホン２からの
方が小さい。このため、マイクロホンに入力された音の
大きさを補正する係数をｋとするが、観測者は混合行列
Ａの値を事前に知らされることはないため、係数ｋの値
を得ることはできない。しかし、分離された信号ｙ
1(t), ｙ2(t)は、希望する音の大きさとなるように増幅
または減衰させることが可能であるため、この係数ｋを
省略して図１０の場合と同様の行列表現をすることにす
る。
【０００９】ここで、混合される前のもとの音源信号同
志が線形独立で、かつ、混合行列ＡがFullrank（行列の
階数が行列の次数に等しいこと）であれば、混合行列Ａ
の逆行列が存在する。言い換えると、混合行列Ａの要素
の比１：αとβ：１とが異なっていれば混合行列Ａの逆
行列が存在し、これをＣ＝Ａ-1（Ｃは混合行列Ａの逆行
列：以下、単に「逆行列」と言う）とすれば、次の
（３）式
志が線形独立で、かつ、混合行列ＡがFullrank（行列の
階数が行列の次数に等しいこと）であれば、混合行列Ａ
の逆行列が存在する。言い換えると、混合行列Ａの要素
の比１：αとβ：１とが異なっていれば混合行列Ａの逆
行列が存在し、これをＣ＝Ａ-1（Ｃは混合行列Ａの逆行
列：以下、単に「逆行列」と言う）とすれば、次の
（３）式
【数３】 となり、分離された信号はもとの音源信号と等しくなる
ため、混合信号からもとの音源信号を分離することが可
能となる。しかし、前述の両文献では、逆行列を推定す
る手法については述べられていない。
ため、混合信号からもとの音源信号を分離することが可
能となる。しかし、前述の両文献では、逆行列を推定す
る手法については述べられていない。
【００１０】また、上記以外の文献、坂井良広、高橋弘
太、岩倉博「ブラインド信号源分離による適応フィルタ
の耐外乱特性改善」電子情報通信学会総合大会、１９９
８年Ａ10−10では、上述の逆行列Ｃを推定するための手
法の例として、分離された出力信号間の独立性の評価に
４次クロスキュウムラントを用い、係数を更新する手法
を述べている。
太、岩倉博「ブラインド信号源分離による適応フィルタ
の耐外乱特性改善」電子情報通信学会総合大会、１９９
８年Ａ10−10では、上述の逆行列Ｃを推定するための手
法の例として、分離された出力信号間の独立性の評価に
４次クロスキュウムラントを用い、係数を更新する手法
を述べている。
【００１１】また、嶋田浩和、嶋田泰幸、宇佐川毅、江
端正直「ブラインド方式による信号分離の一提案」信学
技法ＥＡ98−80、ｐｐ７−12（1998年）は、２つの入力
信号ｓ1(t), ｓ2(t)と混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)間の伝達
関数を周波数領域で推定する手法として、入力信号間の
自己相関および相互相関を用いている。
端正直「ブラインド方式による信号分離の一提案」信学
技法ＥＡ98−80、ｐｐ７−12（1998年）は、２つの入力
信号ｓ1(t), ｓ2(t)と混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)間の伝達
関数を周波数領域で推定する手法として、入力信号間の
自己相関および相互相関を用いている。
【００１２】次に、混合信号からもとの信号を分離する
という観点ではなく、実際の収音における従来技術につ
いて述べる。従来、目的とする音源（以下、「目的音」
と言う）を周囲の目的としない音源（以下、「雑音」と
言う）より強調して収音するために、指向性マイクロホ
ンを用いてきた。しかし、一般的な単一指向性マイクロ
ホンまたは両面指向性マイクロホンを用いた場合、マイ
クロホンの正面方向から９０度離れた方向に雑音が存在
する場合においても、単一指向性マイクロホンおよび両
面指向性マイクロホンの原理から６ｄＢ程度しか雑音を
抑圧することができなかった。
という観点ではなく、実際の収音における従来技術につ
いて述べる。従来、目的とする音源（以下、「目的音」
と言う）を周囲の目的としない音源（以下、「雑音」と
言う）より強調して収音するために、指向性マイクロホ
ンを用いてきた。しかし、一般的な単一指向性マイクロ
ホンまたは両面指向性マイクロホンを用いた場合、マイ
クロホンの正面方向から９０度離れた方向に雑音が存在
する場合においても、単一指向性マイクロホンおよび両
面指向性マイクロホンの原理から６ｄＢ程度しか雑音を
抑圧することができなかった。
【００１３】また、これらの指向性マイクロホンを２本
用い、垂直同軸上に指向性の方向を左右にずらして配置
し左右に存在する２つの音源からの音を収音した場合、
音源とマイクロホンの距離による感度差と、マイクロホ
ン正面から見た指向周波数特性による感度差とでしか目
的音と雑音のレベル差をつけることができないため、２
個のマイクロホン出力から目的音と雑音を全く別々に分
離して取り出すことはできなかった。
用い、垂直同軸上に指向性の方向を左右にずらして配置
し左右に存在する２つの音源からの音を収音した場合、
音源とマイクロホンの距離による感度差と、マイクロホ
ン正面から見た指向周波数特性による感度差とでしか目
的音と雑音のレベル差をつけることができないため、２
個のマイクロホン出力から目的音と雑音を全く別々に分
離して取り出すことはできなかった。
【００１４】また、ラインマイクロホンなど超指向性マ
イクロホンと呼ばれているマイクロホンを用いた場合、
正面方向に対し横方向の雑音を、単一指向性マイクロホ
ンを用いた場合より数ｄＢ抑圧して収音することはでき
るが完全に分離して収音することはできない。また、超
指向性マイクロホンの正面方向に直線上に前後して存在
する音源からの音を分離して収音することも不可能であ
った。
イクロホンと呼ばれているマイクロホンを用いた場合、
正面方向に対し横方向の雑音を、単一指向性マイクロホ
ンを用いた場合より数ｄＢ抑圧して収音することはでき
るが完全に分離して収音することはできない。また、超
指向性マイクロホンの正面方向に直線上に前後して存在
する音源からの音を分離して収音することも不可能であ
った。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
説明したように、混合信号からもとの音源信号（線形加
算される以前の音源信号）に分離するには音源信号分離
回路を使用するが、この音源信号分離回路による入力信
号に対し出力信号の遅延はできるだけ短いことが要求さ
れる。しかし、上述した坂井良広ほかおよび嶋田浩和ほ
かの文献による推定手法では、時間軸をずらして相関の
計算を行っているため計算に多くの時間を要し、リアル
タイムの収音処理には適さない。このため、できるだけ
簡易な計算法で混合行列の逆行列を推定する必要があ
る。
説明したように、混合信号からもとの音源信号（線形加
算される以前の音源信号）に分離するには音源信号分離
回路を使用するが、この音源信号分離回路による入力信
号に対し出力信号の遅延はできるだけ短いことが要求さ
れる。しかし、上述した坂井良広ほかおよび嶋田浩和ほ
かの文献による推定手法では、時間軸をずらして相関の
計算を行っているため計算に多くの時間を要し、リアル
タイムの収音処理には適さない。このため、できるだけ
簡易な計算法で混合行列の逆行列を推定する必要があ
る。
【００１６】また、これまでに、マイクロホン正面方向
に存在する音源群からの音を、前後の音声信号として別
々に出力することのできるマイクロホンは存在しなかっ
た。また、マイクロホンの上下左右方向に位置する音源
群からの音をそれぞれ分離して出力することのできるマ
イクロホンもまた存在しなかった。
に存在する音源群からの音を、前後の音声信号として別
々に出力することのできるマイクロホンは存在しなかっ
た。また、マイクロホンの上下左右方向に位置する音源
群からの音をそれぞれ分離して出力することのできるマ
イクロホンもまた存在しなかった。
【００１７】本発明の目的は、互いに線形独立な複数の
音源信号が線形加算された複数の混合信号から、短い遅
延ですむ処理回路により、線形加算される以前の各音源
信号に分離する音源信号分離回路、およびその音源信号
分離回路を使用してマイクロホンの正面方向や上下左右
方向に存在する音源からの音を分離して収音することの
できるマイクロホン装置をも提供することにある。
音源信号が線形加算された複数の混合信号から、短い遅
延ですむ処理回路により、線形加算される以前の各音源
信号に分離する音源信号分離回路、およびその音源信号
分離回路を使用してマイクロホンの正面方向や上下左右
方向に存在する音源からの音を分離して収音することの
できるマイクロホン装置をも提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明音源信号分離回路は、互いに線形独立な複数
の音源信号が線形加算された複数の混合信号のそれぞれ
を予め定められた数のサンプルからなるフレームに分割
するフレーム分割手段と、当該分離回路によって分離さ
れた複数の信号相互間のラグタイムゼロの相関を最小に
する混合行列の逆行列を前記フレーム分割された複数の
混合信号に乗算する分離処理手段とを具えたことを特徴
とするものである。
に、本発明音源信号分離回路は、互いに線形独立な複数
の音源信号が線形加算された複数の混合信号のそれぞれ
を予め定められた数のサンプルからなるフレームに分割
するフレーム分割手段と、当該分離回路によって分離さ
れた複数の信号相互間のラグタイムゼロの相関を最小に
する混合行列の逆行列を前記フレーム分割された複数の
混合信号に乗算する分離処理手段とを具えたことを特徴
とするものである。
【００１９】また、本発明マイクロホン装置は、一直線
上に配置された複数のマイクロホンによってそれぞれ収
音された複数の音源信号を時間軸調整後に請求項１記載
の音源信号分離回路の前記複数の混合信号とすることに
より、複数の音源からの音を分離して収音するようにし
たことを特徴とするものである。
上に配置された複数のマイクロホンによってそれぞれ収
音された複数の音源信号を時間軸調整後に請求項１記載
の音源信号分離回路の前記複数の混合信号とすることに
より、複数の音源からの音を分離して収音するようにし
たことを特徴とするものである。
【００２０】また、本発明マイクロホン装置は、空間の
一点にそれぞれのマイクロホンの指向性が重ならないよ
うに配置された複数のマイクロホンによってそれぞれ収
音された複数の音源信号を請求項１記載の音源信号分離
回路の前記複数の混合信号とすることにより、複数の音
源からの音を分離して収音するようにしたことを特徴と
するものである。
一点にそれぞれのマイクロホンの指向性が重ならないよ
うに配置された複数のマイクロホンによってそれぞれ収
音された複数の音源信号を請求項１記載の音源信号分離
回路の前記複数の混合信号とすることにより、複数の音
源からの音を分離して収音するようにしたことを特徴と
するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１
は、本発明音源信号分離回路の分離過程のモデルを示し
ている。図１においては、上記した（２）式に従い、連
続した入力信号（混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)）がフレーム
分割回路１，１′により一定時間毎に予め定められた数
のサンプルからなるフレームにフレーム分割され、さら
にフレーム内に含まれるサンプルを要素とする入力信号
ベクトルに混合行列の逆行列を乗算する行列演算を施し
て、適応処理回路２に出力している。適応処理回路２で
は、以下に述べる手法に従い逆行列の係数ａ，ｂの最適
解を求め、この最適解を用いて行列演算した結果を出力
する。このときの出力信号は連続した入力信号から一定
時間遅れた連続信号として出力される。すなわち、本発
明では、フレーム分割により行列演算のスパンをフレー
ムごととし、一般的なサンプルごとの適応処理に比べて
計算時間を大幅に短縮している。
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１
は、本発明音源信号分離回路の分離過程のモデルを示し
ている。図１においては、上記した（２）式に従い、連
続した入力信号（混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)）がフレーム
分割回路１，１′により一定時間毎に予め定められた数
のサンプルからなるフレームにフレーム分割され、さら
にフレーム内に含まれるサンプルを要素とする入力信号
ベクトルに混合行列の逆行列を乗算する行列演算を施し
て、適応処理回路２に出力している。適応処理回路２で
は、以下に述べる手法に従い逆行列の係数ａ，ｂの最適
解を求め、この最適解を用いて行列演算した結果を出力
する。このときの出力信号は連続した入力信号から一定
時間遅れた連続信号として出力される。すなわち、本発
明では、フレーム分割により行列演算のスパンをフレー
ムごととし、一般的なサンプルごとの適応処理に比べて
計算時間を大幅に短縮している。
【００２２】適応処理回路２における適応アルゴリズム
としては、例えば多変数 Simplex法を用いる。多変数 S
implex法は、与えられた入力信号ベクトルを対象に変数
をパラメータとして繰り返し計算を行い、変数の変化範
囲内での最適解を見つける手法である。
としては、例えば多変数 Simplex法を用いる。多変数 S
implex法は、与えられた入力信号ベクトルを対象に変数
をパラメータとして繰り返し計算を行い、変数の変化範
囲内での最適解を見つける手法である。
【００２３】多変数 Simplex法により変数の変化範囲内
での最適解を見つけるにあたっては、変数の変化範囲は
初期値を中心にあらかじめ定めておくものとする。ここ
で、初期値としては１つ前の入力信号ベクトルに対して
求められた最適解を用いる。なお、初回の初期値はあら
かじめ決められた値を用いるがゼロとすることが多い。
ここでは、変数は逆行列の係数ａ，ｂそのものとし、１
つ前の入力信号ベクトルに対して求められた逆行列係数
を初期値としてそれを微小に変化させながら、出力信号
相互間のラグタイムゼロの相関を表す関数ｆ（ａ，ｂ）
の絶対値｜ｆ（ａ，ｂ）｜が最小となる逆行列の係数
ａ，ｂを求めている。これは、次の（４）式で示され
る。
での最適解を見つけるにあたっては、変数の変化範囲は
初期値を中心にあらかじめ定めておくものとする。ここ
で、初期値としては１つ前の入力信号ベクトルに対して
求められた最適解を用いる。なお、初回の初期値はあら
かじめ決められた値を用いるがゼロとすることが多い。
ここでは、変数は逆行列の係数ａ，ｂそのものとし、１
つ前の入力信号ベクトルに対して求められた逆行列係数
を初期値としてそれを微小に変化させながら、出力信号
相互間のラグタイムゼロの相関を表す関数ｆ（ａ，ｂ）
の絶対値｜ｆ（ａ，ｂ）｜が最小となる逆行列の係数
ａ，ｂを求めている。これは、次の（４）式で示され
る。
【数４】 （４）式において、Ｔは転地行列を意味している。すな
わち、本発明では、時間軸をずらした相関の計算ではな
く、出力信号相互間の内積を計算することにより計算時
間を大幅に短縮している。
わち、本発明では、時間軸をずらした相関の計算ではな
く、出力信号相互間の内積を計算することにより計算時
間を大幅に短縮している。
【００２４】（１）式における混合行列の係数α，βに
ついて、一例として、それぞれα＝０．１２５、β＝６
としたとき、（４）式で逆行列の係数ａ，ｂをそれぞれ
変化させたときの関数ｆ（ａ，ｂ）の絶対値｜ｆ（ａ，
ｂ）｜の計算結果を図２に示す。図２に見られるよう
に、関数の絶対値｜ｆ（ａ，ｂ）｜はなだらかな曲面を
もつため、多変数 Simplex法を用いることで容易に最小
値を見つけることができる。図２から、最小値は１点で
はなく広がりをもつが、最小値を有するどの逆行列の係
数ａ，ｂの組み合わせにおいても信号の相関値は十分に
小さくなり、混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)からもとの音源信
号ｓ1(t), ｓ2(t)を分離することができる。
ついて、一例として、それぞれα＝０．１２５、β＝６
としたとき、（４）式で逆行列の係数ａ，ｂをそれぞれ
変化させたときの関数ｆ（ａ，ｂ）の絶対値｜ｆ（ａ，
ｂ）｜の計算結果を図２に示す。図２に見られるよう
に、関数の絶対値｜ｆ（ａ，ｂ）｜はなだらかな曲面を
もつため、多変数 Simplex法を用いることで容易に最小
値を見つけることができる。図２から、最小値は１点で
はなく広がりをもつが、最小値を有するどの逆行列の係
数ａ，ｂの組み合わせにおいても信号の相関値は十分に
小さくなり、混合信号ｘ1(t), ｘ2(t)からもとの音源信
号ｓ1(t), ｓ2(t)を分離することができる。
【００２５】ただし、最小値をとる逆行列の係数ａ，ｂ
の組み合わせによっては、出力信号の位相が逆転するこ
とがある。また、音源信号と分離された信号との関係が
ｓ1(t)＝ｙ1(t)、ｓ2(t)＝ｙ2(t)となる場合と、ｓ2(t)
＝ｙ1(t)、ｓ1(t)＝ｙ2(t)となる場合とが生じる。しか
し、逆行列の係数ａ，ｂを逐次更新していく過程におい
て、パラメータを変化させる範囲を狭くする条件を付加
すれば収束速度は若干遅くなるが、これらの現象を防ぐ
ことが可能になる。また、変数の変化範囲を調整できる
ようにしておけば、状況に応じた柔軟な対応が可能とな
る。
の組み合わせによっては、出力信号の位相が逆転するこ
とがある。また、音源信号と分離された信号との関係が
ｓ1(t)＝ｙ1(t)、ｓ2(t)＝ｙ2(t)となる場合と、ｓ2(t)
＝ｙ1(t)、ｓ1(t)＝ｙ2(t)となる場合とが生じる。しか
し、逆行列の係数ａ，ｂを逐次更新していく過程におい
て、パラメータを変化させる範囲を狭くする条件を付加
すれば収束速度は若干遅くなるが、これらの現象を防ぐ
ことが可能になる。また、変数の変化範囲を調整できる
ようにしておけば、状況に応じた柔軟な対応が可能とな
る。
【００２６】
【第１の実施形態】２つの音源信号ｓ1(t), ｓ2(t)が
（１）式の混合行列係数で混合された２つの混合信号ｘ
1(t), ｘ2(t)が、入力信号ベクトルとして与えられたと
き、もとの音源信号ｓ1(t), ｓ2(t)同士が線形独立であ
れば、本発明による上述の計算手法によって混合信号か
ら音源信号を分離することが可能となる。本発明の第１
の実施形態として、直線上に複数個のマイクロホンを配
置して複数個の音源からの音を収音し、それら収音され
得られた混合信号からもとのそれぞれの音源からの信号
に分離する場合について説明する。
（１）式の混合行列係数で混合された２つの混合信号ｘ
1(t), ｘ2(t)が、入力信号ベクトルとして与えられたと
き、もとの音源信号ｓ1(t), ｓ2(t)同士が線形独立であ
れば、本発明による上述の計算手法によって混合信号か
ら音源信号を分離することが可能となる。本発明の第１
の実施形態として、直線上に複数個のマイクロホンを配
置して複数個の音源からの音を収音し、それら収音され
得られた混合信号からもとのそれぞれの音源からの信号
に分離する場合について説明する。
【００２７】図３は、まず、基本的な例として２個のマ
イクロホンを使用し、２個の音源からの音を収音し、分
離する場合の一構成例を示している。図３において、符
号１，１′および２は、図１におけると同じくそれぞれ
フレーム分割回路および適応処理回路である。また、符
号３は遅延回路である。
イクロホンを使用し、２個の音源からの音を収音し、分
離する場合の一構成例を示している。図３において、符
号１，１′および２は、図１におけると同じくそれぞれ
フレーム分割回路および適応処理回路である。また、符
号３は遅延回路である。
【００２８】図３に示す構成において、２個のマイクロ
ホン（マイクロホン１および２）が受音する音圧には、
音源群ｓ1(t), ｓ2(t)と各マイクロホンとの距離ｌ1,ｌ
2,ｌ 3 （図３参照）による距離減衰が生じる。そのた
め、マイクロホン１で収音する音源１と音源２の比率
と、マイクロホン２で収音する音源１と音源２の比率と
が異なることになり、本発明により図示の分離回路を用
いることにより、それぞれの音源からの信号に分離する
ことが可能となる。
ホン（マイクロホン１および２）が受音する音圧には、
音源群ｓ1(t), ｓ2(t)と各マイクロホンとの距離ｌ1,ｌ
2,ｌ 3 （図３参照）による距離減衰が生じる。そのた
め、マイクロホン１で収音する音源１と音源２の比率
と、マイクロホン２で収音する音源１と音源２の比率と
が異なることになり、本発明により図示の分離回路を用
いることにより、それぞれの音源からの信号に分離する
ことが可能となる。
【００２９】ただし、２個のマイクロホンに入力される
信号は、相互間において距離ｌ3 による時間遅れが生じ
るため、遅延回路３によってマイクロホン１の信号を遅
延させ、マイクロホン１の信号の位相をマイクロホン２
の信号の位相に合わせた後、本発明を適用するようにし
なければならない。この配置を用いることにより、従来
不可能であった手前にある音源を飛び越えて遠方の音源
からの音のみを選択的に収音することや、遠方の周囲雑
音を除去して手前の音源からの音のみ収音することが可
能となる。なお、複数の音源はマイクロホン正面方向の
一直線上から多少ずれていても、混合行列Ａの要素の比
１：αとβ：１とが異なる比となる限り、本発明装置を
適用した音源信号分離が可能である。
信号は、相互間において距離ｌ3 による時間遅れが生じ
るため、遅延回路３によってマイクロホン１の信号を遅
延させ、マイクロホン１の信号の位相をマイクロホン２
の信号の位相に合わせた後、本発明を適用するようにし
なければならない。この配置を用いることにより、従来
不可能であった手前にある音源を飛び越えて遠方の音源
からの音のみを選択的に収音することや、遠方の周囲雑
音を除去して手前の音源からの音のみ収音することが可
能となる。なお、複数の音源はマイクロホン正面方向の
一直線上から多少ずれていても、混合行列Ａの要素の比
１：αとβ：１とが異なる比となる限り、本発明装置を
適用した音源信号分離が可能である。
【００３０】以上説明した本発明の第１の実施形態は、
混合信号から音源ごとの信号に分離するにあたり、混合
行列をマイクロホンの個数に合わせて拡張することが容
易であるため、図４に示すように、マイクロホンをｎ個
設置して分離系を構成することにより、マイクロホンの
数ｎのグループに音源群を分離することが可能となる。
この場合、音源の数ｍがマイクロホンの数ｎより小さい
ときには、ｍ個の音源からの音を別々に出力することが
可能となる。反対に、音源の数ｍがマイクロホンの数ｎ
より大きいときには、ｍ個の音源からの音をｎ個のグル
ープに分離して出力することが可能となる。
混合信号から音源ごとの信号に分離するにあたり、混合
行列をマイクロホンの個数に合わせて拡張することが容
易であるため、図４に示すように、マイクロホンをｎ個
設置して分離系を構成することにより、マイクロホンの
数ｎのグループに音源群を分離することが可能となる。
この場合、音源の数ｍがマイクロホンの数ｎより小さい
ときには、ｍ個の音源からの音を別々に出力することが
可能となる。反対に、音源の数ｍがマイクロホンの数ｎ
より大きいときには、ｍ個の音源からの音をｎ個のグル
ープに分離して出力することが可能となる。
【００３１】また、音源の位置の変動が少ない場合や固
定されている場合には、混合行列の係数α，βはほとん
ど変化しないか、まったく変化しない。この場合、第１
の実施形態の変形例として逆行列の係数ａ，ｂを推定す
る回路を本線信号系とは別に設け、一定時間ごとに係数
を決定し、本線信号系の逆行列の係数にその決定した係
数をコピーするようにする。本線信号系の混合回路をア
ナログ回路で構成すれば、本線信号系の入力信号に対す
る出力信号の遅延を解消することができる。しかし、こ
れは、もちろんデジタル回路で構成してもよい。図５
に、この場合の回路の構成を示している。図５におい
て、右上の回路部分が本線信号系、右下の回路部分が逆
行列の係数を推定する回路である。符号１，１′，２お
よび３で示される各回路部分は、図３に示されるそれら
と同じである。
定されている場合には、混合行列の係数α，βはほとん
ど変化しないか、まったく変化しない。この場合、第１
の実施形態の変形例として逆行列の係数ａ，ｂを推定す
る回路を本線信号系とは別に設け、一定時間ごとに係数
を決定し、本線信号系の逆行列の係数にその決定した係
数をコピーするようにする。本線信号系の混合回路をア
ナログ回路で構成すれば、本線信号系の入力信号に対す
る出力信号の遅延を解消することができる。しかし、こ
れは、もちろんデジタル回路で構成してもよい。図５
に、この場合の回路の構成を示している。図５におい
て、右上の回路部分が本線信号系、右下の回路部分が逆
行列の係数を推定する回路である。符号１，１′，２お
よび３で示される各回路部分は、図３に示されるそれら
と同じである。
【００３２】
【第２の実施形態】指向周波数特性のよく揃った２個の
単一指向性マイクロホンを上下に密着させたうえで、そ
れらマイクロホンの指向性方向を左右別々の方向に向け
て配置することにより、音源からの音を分離して収音す
ることが可能となる。
単一指向性マイクロホンを上下に密着させたうえで、そ
れらマイクロホンの指向性方向を左右別々の方向に向け
て配置することにより、音源からの音を分離して収音す
ることが可能となる。
【００３３】図６は、本実施形態の一構成例を示してい
る。図６においても、符号１，１′，２で示される各回
路部分は、図１において説明したそれらと同じである。
る。図６においても、符号１，１′，２で示される各回
路部分は、図１において説明したそれらと同じである。
【００３４】本構成例は、上下に密着配置した２個のマ
イクロホンの指向周波数特性（感度）が音源の方向によ
って差があることを利用したものである。２個のマイク
ロホンの指向性方向は互いに左右９０度の角度とするの
が望ましい。図７に、本構成例で用いるマイクロホンの
指向周波数特性の一例を示している。この構成を用いる
と、例えば、左右に存在する２つの音源からの音を、互
いに分離された状態で収音して出力することが可能とな
る。また、もちろん上下方向に指向性が別れるようなマ
イクロホン配置をとれば上下に存在する２つの音源から
の音を分離して収音できることはいうまでもない。ま
た、第２の実施形態においては、混合行列Ａの要素の比
１：αとβ：１とが異なる比となる限り、上下左右のみ
ならず３次元的に存在する複数の音源からの音を分離し
て収音することができる。
イクロホンの指向周波数特性（感度）が音源の方向によ
って差があることを利用したものである。２個のマイク
ロホンの指向性方向は互いに左右９０度の角度とするの
が望ましい。図７に、本構成例で用いるマイクロホンの
指向周波数特性の一例を示している。この構成を用いる
と、例えば、左右に存在する２つの音源からの音を、互
いに分離された状態で収音して出力することが可能とな
る。また、もちろん上下方向に指向性が別れるようなマ
イクロホン配置をとれば上下に存在する２つの音源から
の音を分離して収音できることはいうまでもない。ま
た、第２の実施形態においては、混合行列Ａの要素の比
１：αとβ：１とが異なる比となる限り、上下左右のみ
ならず３次元的に存在する複数の音源からの音を分離し
て収音することができる。
【００３５】また、図６の構成例においては、マイクロ
ホンが２個の場合を示したが、音源信号の分離におい
て、係数行列をマイクロホンの個数に合わせて拡張する
ことが容易に可能なため、マイクロホンをｎ個設置すれ
ば、マイクロホンの数ｎのグループに音源群からの音を
分離して出力することが可能となる。図８に配置の一例
を示している。一般に、音源の数ｍがマイクロホンの数
ｎより小さいときには、ｍ個の音源からの音を別々に出
力することが可能となる。反対に音源の数ｍがマイクロ
ホンの数ｎより大きいときには、ｍ個の音源からの音を
ｎ個のグループに分離して出力することが可能となる。
ホンが２個の場合を示したが、音源信号の分離におい
て、係数行列をマイクロホンの個数に合わせて拡張する
ことが容易に可能なため、マイクロホンをｎ個設置すれ
ば、マイクロホンの数ｎのグループに音源群からの音を
分離して出力することが可能となる。図８に配置の一例
を示している。一般に、音源の数ｍがマイクロホンの数
ｎより小さいときには、ｍ個の音源からの音を別々に出
力することが可能となる。反対に音源の数ｍがマイクロ
ホンの数ｎより大きいときには、ｍ個の音源からの音を
ｎ個のグループに分離して出力することが可能となる。
【００３６】また、本発明の第２の実施形態において、
３個のマイクロホンを使用し、それらマイクロホンの各
指向性方向を互いに直交するように配置することによ
り、水平面内に存在する音源だけでなく、垂直方向に存
在する音源からの音をも分離することが可能となる。図
９にその配置の一例を示している。
３個のマイクロホンを使用し、それらマイクロホンの各
指向性方向を互いに直交するように配置することによ
り、水平面内に存在する音源だけでなく、垂直方向に存
在する音源からの音をも分離することが可能となる。図
９にその配置の一例を示している。
【００３７】最後に、以上説明した本発明の第１の実施
形態と第２の実施形態とを組み合わせて実施することに
より、さらに複雑な３次元配置されたそれぞれの音源信
号への分離も可能となる。
形態と第２の実施形態とを組み合わせて実施することに
より、さらに複雑な３次元配置されたそれぞれの音源信
号への分離も可能となる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、線形独立な音源信号が
加算された混合信号からもとの音源信号をそれぞれ分離
して出力することが可能となる。
加算された混合信号からもとの音源信号をそれぞれ分離
して出力することが可能となる。
【００３９】また、音源配置があらかじめ分かっている
ときに、その音源の配置に応じて第１および第２の実施
形態で説明したマイクロホン配置で収音することで、第
１の実施形態は、マイクロホンに近い位置に存在する音
源からの音と遠い位置に存在する音源からの音とを分離
して収音することが可能となる。また、第２の実施形態
では、左右および上下に存在する音源からの音を別々に
分離して出力することが可能となる。
ときに、その音源の配置に応じて第１および第２の実施
形態で説明したマイクロホン配置で収音することで、第
１の実施形態は、マイクロホンに近い位置に存在する音
源からの音と遠い位置に存在する音源からの音とを分離
して収音することが可能となる。また、第２の実施形態
では、左右および上下に存在する音源からの音を別々に
分離して出力することが可能となる。
【図１】本発明音源信号分離回路の分離過程のモデルを
示している。
示している。
【図２】逆行列の係数ａ，ｂをそれぞれ変化させたとき
の関数ｆ（ａ，ｂ）の絶対値を示している。
の関数ｆ（ａ，ｂ）の絶対値を示している。
【図３】本発明の第１の実施形態の一例を示している。
【図４】本発明の第１の実施形態の他の例を示してい
る。
る。
【図５】本発明の第１の実施形態の他の例を示してい
る。
る。
【図６】本発明の第２の実施形態の一例を示している。
【図７】図６中のマイクロホンの指向周波数特性を示し
ている。
ている。
【図８】本発明の第２の実施形態の他の例を示してい
る。
る。
【図９】本発明の第２の実施形態の他の例を示してい
る。
る。
【図１０】２つの音源信号が電気信号として混合される
場合の混合過程のモデルを示している。
場合の混合過程のモデルを示している。
【図１１】２つの音源信号が空間的に音響信号として混
合される場合の混合過程のモデルを示している。
合される場合の混合過程のモデルを示している。
１，１′ フレーム分割回路 ２ 適応処理回路 ３ 遅延回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盛田 章 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 東山 三樹夫 東京都杉並区成田東２丁目２番12号 (72)発明者 内山 倫明 茨城県北茨城市磯原町本町４丁目２番地10 Ｆターム(参考） 5D015 DD02 EE04
Claims (3)
- 【請求項１】 互いに線形独立な複数の音源信号が線形
加算された複数の混合信号のそれぞれを予め定められた
数のサンプルからなるフレームに分割するフレーム分割
手段と、当該分離回路によって分離された複数の信号相
互間のラグタイムゼロの相関を最小にする混合行列の逆
行列を前記フレーム分割された複数の混合信号に乗算す
る分離処理手段とを具えたことを特徴とする音源信号分
離回路。 - 【請求項２】 一直線上に配置された複数のマイクロホ
ンによってそれぞれ収音された複数の音源信号を時間軸
調整後に請求項１記載の音源信号分離回路の前記複数の
混合信号とすることにより、複数の音源からの音を分離
して収音するようにしたことを特徴とするマイクロホン
装置。 - 【請求項３】 空間の一点にそれぞれのマイクロホンの
指向性が重ならないように配置された複数のマイクロホ
ンによってそれぞれ収音された複数の音源信号を請求項
１記載の音源信号分離回路の前記複数の混合信号とする
ことにより、複数の音源からの音を分離して収音するよ
うにしたことを特徴とするマイクロホン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10351456A JP2000181499A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 音源信号分離回路およびそれを用いたマイクロホン装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10351456A JP2000181499A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 音源信号分離回路およびそれを用いたマイクロホン装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000181499A true JP2000181499A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18417415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10351456A Pending JP2000181499A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 音源信号分離回路およびそれを用いたマイクロホン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000181499A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003078423A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Clarion Co Ltd | ブラインド信号分離処理装置 |
| JP2006514318A (ja) * | 2002-12-03 | 2006-04-27 | キネティック リミテッド | 信号の非相関化 |
| JP2006195061A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Dainippon Printing Co Ltd | 音響信号に対する情報の埋め込み装置、音響信号からの情報の抽出装置および音響信号再生装置 |
| JP2006227330A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Dainippon Printing Co Ltd | 音響信号に対する情報の埋め込み装置・方法、音響信号からの情報の抽出装置・方法 |
| WO2006131959A1 (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Saga University | 信号分離装置 |
| EP1755112A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and apparatus for separating a sound-source signal |
| WO2008072566A1 (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-19 | Nec Corporation | 信号分離再生装置および信号分離再生方法 |
| JP2012238964A (ja) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Funai Electric Co Ltd | 音分離装置、及び、それを備えたカメラユニット |
-
1998
- 1998-12-10 JP JP10351456A patent/JP2000181499A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4616529B2 (ja) * | 2001-09-03 | 2011-01-19 | クラリオン株式会社 | ブラインド信号分離処理装置 |
| JP2003078423A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Clarion Co Ltd | ブラインド信号分離処理装置 |
| JP2006514318A (ja) * | 2002-12-03 | 2006-04-27 | キネティック リミテッド | 信号の非相関化 |
| US8073145B2 (en) | 2004-02-20 | 2011-12-06 | Sony Corporation | Method and apparatus for separating sound-source signal and method and device for detecting pitch |
| EP1755112A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and apparatus for separating a sound-source signal |
| EP1755111A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and device for detecting pitch |
| JP2006195061A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Dainippon Printing Co Ltd | 音響信号に対する情報の埋め込み装置、音響信号からの情報の抽出装置および音響信号再生装置 |
| JP2006227330A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Dainippon Printing Co Ltd | 音響信号に対する情報の埋め込み装置・方法、音響信号からの情報の抽出装置・方法 |
| WO2006131959A1 (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Saga University | 信号分離装置 |
| WO2008072566A1 (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-19 | Nec Corporation | 信号分離再生装置および信号分離再生方法 |
| US8345884B2 (en) | 2006-12-12 | 2013-01-01 | Nec Corporation | Signal separation reproduction device and signal separation reproduction method |
| JP5131596B2 (ja) * | 2006-12-12 | 2013-01-30 | 日本電気株式会社 | 信号分離再生装置および信号分離再生方法 |
| JP2012238964A (ja) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Funai Electric Co Ltd | 音分離装置、及び、それを備えたカメラユニット |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040114 |
|
| A621 | Written request for application examination |
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|
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060509 |
|
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