JP2002530922A - 信号を処理する装置と方法 - Google Patents

信号を処理する装置と方法

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JP2002530922A
JP2002530922A JP2000583170A JP2000583170A JP2002530922A JP 2002530922 A JP2002530922 A JP 2002530922A JP 2000583170 A JP2000583170 A JP 2000583170A JP 2000583170 A JP2000583170 A JP 2000583170A JP 2002530922 A JP2002530922 A JP 2002530922A
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シュー・コック・フイ
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ビットウェイブ・プライベイト・リミテッド
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase

Abstract

(57)【要約】 センサアレーから受信された信号を処理する方法が開示されており、本方法は、受信された信号をサンプリングしてディジタル変換するステップと、ディジタル変換された信号を処理して出力信号を供給するステップとを含み、上記処理するステップは、ディジタル変換された信号の目標信号を強調するように調整された第１の適応型フィルタと、ディジタル変換された信号の望ましくない信号を抑制するように調整された第２の適応型フィルタとを使用して信号を濾波することと、濾波された信号を周波数領域で処理して望ましくない信号をさらに抑制することを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の技術分野及び背景技術） 本発明は、信号を処理する方法と、そのための装置に関する。
【０００２】 多くの状況においては、観測は、位相アレーレーダシステム、ソナーアレーシ
ステムまたはマイクロホンアレーシステムのような多重入力及び多重出力システ
ムの出力で作られ、この出力から、雑音を含む望ましくない信号が全て取り消さ
れ、もしくは抑制されて所望の信号のみを回復することが望まれている。例えば
、音声認識用途のためのマイクロホンアレーシステムの場合、その目的は、背景
雑音及び競合する話者の存在下で目標音声信号を強化することにある。
【０００３】 多重チャンネルにおける雑音または干渉の取り消しに最も広範に使用されてい
る方法は、Ｗｉｄｒｏｗ外による「適応型アンテナシステム」ＩＥＥＥ会報第５
５巻第１２号、１９６７年１２月、及び「アンテナにおける信号相殺現象：原因
と対策」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇ．ＡＰ３０巻
、１９８２年５月、及びＬ．Ｊ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ外による「線形的に制約さ
れる適応型ビーム形成の代替方法」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ
Ｐｒｏｐａｇ．ＡＰ３０巻、１９８２年、において提案されている。これらの方
法及びこれらに類似する他の方法においては、信号処理装置は、観測された信号
を、目標信号と干渉信号及び雑音とを共に含む一次チャンネル、及び干渉信号及
び雑音のみを含む二次チャンネルに分離する。一次チャンネルにおける干渉信号
及び雑音は、二次チャンネル信号を入力として有する適応型フィルタを使用して
推定され、推定された干渉及び雑音信号は一次チャンネルから減算されて所望の
目標信号が取得される。
【０００４】 上述の方法には、２つの重要な欠点がある。まず、二次チャンネルは干渉信号
及び雑音だけを含むことが想定されているが、実際には、ハードウェアの不完全
さ及び限定的なアレー規模によって二次チャンネルに所望の信号がリークされる
ことにより、この想定は正しくない場合がある。第２点は、干渉信号及び雑音は
二次チャンネルから正確に推定され得ることが想定されていることである。これ
は、より大きい自由度を必要とし、極めて長いフィルタ及び大型のアレー規模を
含意することから、実際にはやはり正しくない場合がある。極めて長いフィルタ
は、輻輳率及び不安定性のような他の問題を引き起こす。
【０００５】 最初の欠点は、信号の相殺に繋がる。これは、装置の性能を低下させる。入力
される信号のパワー次第では、この性能低下は苛酷であって復元される音声の品
質不良をもたらす可能性がある。これは、所望の信号の一部もまた濾波工程によ
って相殺されるためである。第２の欠点は、特にその波長がアレー規模の何倍に
も当たるような低周波数の干渉信号の場合に、干渉及び雑音の相殺不良をもたら
す。
【０００６】 本発明の目的は、改良された信号処理の装置及び方法を提供することにある。
【０００７】 （発明の概要） 第１の態様における本発明によれば、受信された信号をサンプリングしてディ
ジタル変換するステップと、ディジタル変換された信号を処理して出力信号を供
給するステップとを含むセンサアレーから受信された信号を処理する方法が提供
されており、上記処理するステップは、ディジタル変換された信号の目標信号を
強調するように調整された第１の適応型フィルタと、ディジタル変換された信号
の望ましくない信号を抑制するように調整された第２の適応型フィルタとを使用
して信号を濾波することと、濾波された信号を望ましくない信号をさらに抑制す
る周波数領域で処理することを含んでいる。
【０００８】 本発明のさらなる好適な特徴は、添付の請求項２−４０に列挙されている。
【０００９】 第２の態様における本発明によれば、結合された信号からスペクトルを計算す
る提供された方法は、 １）結合された信号から目標信号成分Ｓと干渉信号成分Ｉとを導出するステップ
と、 ２）目標及び干渉信号成分を個々の周波数領域等価Ｆ（Ｓ）及びＦ（Ｉ）に変換
するステップと、 ３）下記の式、即ち、 に従って、少なくとも１つの等価物のスペクトルＰ（Ｓ）及びＰ（Ｉ）を構築す
るステップとを含んでいる。但し、Ｒｅａｌ及びＩｍａｇは周波数領域等価の実
数部または虚数部の絶対値を取ることを指し、Ｒ（ｓ）、Ｒ（ｉ）はスカラー調
整係数であり、Ｇ［Ｆ（Ｓ）］及びＧ［Ｆ（Ｉ）］は各々Ｆ（Ｓ）及びＦ（Ｉ）
の関数である。
【００１０】 第３の態様における本発明によれば、センサアレーの各信号チャンネルにおけ
る各センサから受信された複数の信号から残響係数を計算する提供された方法は
、 １）適応型フィルタを使用して、チャンネルの中の基準チャンネル及び他の１チ
ャンネルからの信号間の相関時間遅延を計算するステップと、 ２）受信された信号上で第２の適応型フィルタを使用して適応型濾波を実行する
ステップと、 ３）第１及び第２のフィルタのフィルタ係数から残響係数を計算するステップと
を含んでいる。
【００１１】 第４の態様における本発明によれば、所望の成分及び望ましくない成分を有す
る信号を処理する提案された信号処理方法は、 １）時間領域において少なくとも１つの適応型フィルタによって信号を処理し、
所望の信号を強化し、かつ／または望ましくない信号を低減させるステップと、 ２）こうして処理された信号を周波数領域に変換するステップと、 ３）周波数領域において少なくとも１つの望ましくない信号低減工程を実行する
ステップとを含んでいる。
【００１２】 本発明は、上述の諸態様による方法を実行するための装置にも及ぶ。
【００１３】 本発明の各態様は、他の態様とは独立して、例えば記述されたような本発明の
他の特徴を包含する必要のない他の信号処理装置において使用可能である。
【００１４】 記述された本発明の実施形態は、予め決められた或いは周知の到来方向からの
観測された目標信号を強化する方法及び装置を開示している。本装置は、望まし
くない信号及び雑音を本装置によるそれらの結合された観測から相殺し、抑制す
る。目標信号と干渉信号及び雑音とが共に観測された信号内に結合される、より
現実的なシナリオで目標信号を強化する方法が開示されている。さらに、干渉信
号の数または到来方向に関しては、何の想定もなされていない。
【００１５】 上述の実施形態は、各々が対応する信号チャンネルを限定するマイクロホン等
のセンサのアレーと、前置増幅器を有する受信機のアレーと、観測された信号を
ディジタル変換するためのアナログ−ディジタル変換器のアレーと、信号を処理
するディジタル信号プロセッサとを含んでいる。本装置は、観測された信号から
強化された目標信号を出力し、雑音及び干渉信号を低減させる。本装置は、干渉
及び雑音の抑制レベルと信号品質とのトレードオフを可能にする。干渉信号の数
及び雑音の特徴に関しては、何の想定もなされていない。
【００１６】 ディジタル信号プロセッサは、第１のチャンネルを基準チャンネルとして使用
する信号空間フィルタとして作用する第１の適応型フィルタセットを含んでいる
。このフィルタは、結合された信号から目標信号「ｓ」を除去し、結合された信
号の残りの要素、即ち干渉信号「ｕ」及びシステム雑音「ｑ」を弁別チャンネル
と呼ばれる干渉プラス雑音チャンネル内に置く。このフィルタはまた、目標信号
「ｓ」を強化し、これを和チャンネルと呼ばれる他のチャンネル内に置く。和チ
ャンネルは、強化された目標信号「ｓ」と干渉信号「ｕ」及び雑音「ｑ」とで構
成される。
【００１７】 目標信号「ｓ」は、目標話者または話者近辺の物体の突然の動作のために差チ
ャンネルから完全には除去されない場合がある。よってこのチャンネルは、時と
して幾分かの信号相殺に繋がりかねない何らかの残留目標信号を包含する可能性
がある。但し、上述の実施形態は、これを大幅に低減させる。
【００１８】 差チャンネルからの信号は、第２の適応型フィルタセットに供給される。この
フィルタセットは、和チャンネルにおける干渉信号及び雑音をアダプティブに推
定する。
【００１９】 推定された信号は、和チャンネルからの雑音及び干渉信号を相殺しかつ抑制し
、かつ強化された目標信号を出力する干渉信号及び雑音の相殺及び抑制プロセッ
サに送られる。
【００２０】 適応型フィルタセットのパラメータの更新は、前置信号パラメータ推定器と称
されるさらなるプロセッサによって行われる。同プロセッサは観測された信号を
受信し、信号の残響レベル、システムの雑音レベル、信号レベル、推定信号検出
限界値及び信号の到来角を推定する。この情報は、決定プロセッサにより、何ら
かのパラメータ更新が必要かどうかの決定に使用される。
【００２１】 本発明の上述の実施形態のアプリケーションの１つは、目標信号の対システム
方向が周知である車環境における音声の増強である。さらに他のアプリケーショ
ンは、音声認識用途のための音声入力である。この場合も、信号の到来方向は周
知である。
【００２２】 次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例示的に説明する。
【００２３】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は、単純化された部屋の例において示された、本発明の上述の実施形態に
よる信号処理装置５の作動環境を略示したものである。周知の方向にあるソース
ｓ’から放射されて装置５のマイクロホンアレー１０のようなセンサアレー上に
衝突する目標音声信号「ｓ」は、他の望ましくない信号、即ち他のソースＡ、Ｂ
からの干渉信号ｕ１、ｕ２、これらの信号の反射ｕ１ｒ、ｕ２ｒ及び目標信号自
体の反射信号ｓｒと結合される。これらの望ましくない信号は干渉を引き起こし
、センサアレーによって受信される際の目標信号「ｓ」の品質を低下させる。望
ましくない信号の実際の数はソースの数及び部屋の幾何学的配置に依存するが、
この図には、説明を簡略化するために３つの反射（エコー）経路及び３つの直接
経路だけが示されている。センサアレー１０は処理回路２０−６０に接続され、
同回路に付随して存在する雑音入力ｑは目標信号の品質をさらに低下させる。
【００２４】 図２には、信号処理装置５の実施形態が示されている。本装置は、マイクロホ
ン１０ａ−１０ｄ等の４つのセンサから成るアレーで環境を観測する。目標音声
信号及び雑音／干渉音声信号は、センサの各々に衝突する際に結合される。各セ
ンサによって受信された信号は増幅器２０ａ−ｄによって増幅され、アナログ−
ディジタル変換器３０ａ−ｄを使用してディジタルビットストリームに変換され
る。ビットストリームはディジタル信号プロセッサ４０に並列で供給され、ディ
ジタル処理される。同プロセッサはデジタル-アナログ変換器５０に出力信号を
供給し、同信号はライン増幅器６０に送られて最終的なアナログ出力が供給され
る。
【００２５】 図３は、ディジタルプロセッサの主要な機能ブロックをより詳細に示したもの
である。入力される結合された多重信号は、４チャンネルのマイクロホンアレー
１０ａ−１０ｄによって受信される。マイクロホンアレー１０ａ−１０ｄは各々
信号チャンネルを形成し、チャンネル１０ａは基準チャンネルである。受信され
た信号は、単一の特注チップ内に増幅器２０及びアナログ−ディジタル変換器３
０の機能を供給する受信機のフロントエンドに送られる。ディジタル化された４
チャンネルの出力信号は、並列でディジタル信号プロセッサ４０に送られる。デ
ィジタル信号プロセッサ４０は、４つのサブプロセッサを備えている。これらは
、（ａ）前置信号パラメータ推定及び決定プロセッサ４２、（ｂ）信号適応型空
間フィルタ４４、（ｃ）適応型線形干渉及び雑音推定器４６及び（ｄ）適応型干
渉及び雑音相殺及び抑制プロセッサ４８である。基本的な信号の流れは、プロセ
ッサ４２から、プロセッサ４４、プロセッサ４６、プロセッサ４８へと至る。図
３では、これらの接続が幅広の矢印で表されている。濾波された信号Ｓは、プロ
セッサ４８から出力される。プロセッサ４０のオペレーションに必要な決定は、
概してプロセッサ４２によって作られる。プロセッサ４２は、プロセッサ４４−
４８から情報を受信し、その情報を基礎として決定を下し、図３の細い矢印で表
された接続を介してプロセッサ４４−４８へ命令を送る。
【００２６】 プロセッサ４０の４つの構成要素部分４２、４４、４６、４８への分割は本質
的に概念上のものであり、プロセッサのオペレーションの理解を助けるために行
われていることは認識されるであろう。実際にはプロセッサ４０は、適当なメモ
リと他の周辺機器とを有する、プログラムによる制御下で上述の機能を実行する
単一の多機能ディジタルプロセッサとして具現されるものと思われる。
【００２７】 図４ａ−ｃには、プロセッサのオペレーションを示すフローチャートが示され
ており、まずはこれについて概説する。その後、プロセッサのオペレーションの
態様に関するより詳細な説明を続ける。
【００２８】 フロントエンド２０、３０は、例えば１６ｋＨｚである予め決められたサンプ
リング周波数でアレー１０から受信される信号のサンプルを処理する。プロセッ
サ４２は、４つのチャンネルの各々についてＮ個のこうしたサンプルを保持する
ことのできる入力バッファ４３を含んでいる。初期化されると、本装置は、ステ
ップ５００で全チャンネルに関してＮ／２個の新たな信号サンプルによるブロッ
クを収集し、よってバッファはＮ／２個の新たなサンプルによるブロックと、Ｎ
／２個の先行サンプルによるブロックとを保有する。次いでプロセッサ４２は、
ステップ５０２で新たなサンプルから任意のＤＣを除去し、当該サンプルをプリ
エンファシスする、もしくは白色化する。
【００２９】 次には、短い初期化期間であるステップ５０４が続き、始動後のＮ／２個の信
号サンプルの最初の２０ブロックを使用して環境雑音エネルギーＥｎが推定され
、２つの検出しきい値である雑音しきい値Ｔｎ１とより大きい信号しきい値Ｔｎ ２ とが換算係数を使用してＥｎからプロセッサ４２によって計算される。この短
期間に、目標信号は全く存在しないという想定がなされる。但しこれらの信号は
、ステップ５７０で初期のバークスケールシステム雑音値が導出され得るように
引き続き処理が行われる。
【００３０】 この初期化期間の後、エネルギー及びしきい値は後述される通りに自動的に更
新する。基準チャンネル１０ａからのサンプルはこの目的のために使用されるが
、他のチャンネルはどれも使用することができない。
【００３１】 次にステップ５０６で、信号サンプルの非線形エネルギー合計Ｅrが計算され
る。
【００３２】 ステップ５０８では、信号エネルギーＥｒが信号しきい値Ｔｎ１より大きいか
どうかが決定される。大きくなければ、ステップ５１０で、環境雑音Ｅｎ及び２
つのしきい値がステップ５０６で計算された新たなＥｒ値を使用して更新される
。バークスケールシステムの雑音Ｂｎ（下記参照）もまた、ポイントＦを介して
同様に更新される。次いで、ルーチンはポイントＢに移動する。そうなれば、信
号はしきい値調整サブルーチン５１２−５１８へと送られる。
【００３３】 ステップ５１２−５１８は、しきい値を捕獲する可能性のある環境雑音レベル
の突然の変化を補償するために使用される。音声目標信号は時間の経過に伴って
著しい変動を示し、これにより区別されることが可能であるため、タイムカウン
タを使用して信号レベルが雑音の増加を指示すると思われる定常増加を示してい
るかどうかが決定される。これを示す図１２では、信号雑音レベルが初期レベル
から両しきい値を超える新規レベルへと上昇している。ステップ５１２では、タ
イムカウンタＣｃが増分される。ステップ５１４では、Ｃｃがしきい値Ｔｃｃに
対してチェックされる。しきい値に到達していない場合は、プログラムは下記の
ステップ５２０に移行する。しきい値に到達していれば、推定された雑音エネル
ギーＥｎがステップ５１６において倍数σで増加され、ステップ５１８において
Ｅｎ、Ｔｎ１及びＴｎ２が更新される。この効果については、図１３に示されて
いる。カウンタはリセットされ、更新は、下記のステップ５２０で試験されて信
号エネルギーＥｒが第２のしきい値Ｔｎ２を下回った時点で終了する。
【００３４】 ステップ５２０では、基準チャンネル１０ａにおける推定されたエネルギーＥ ｒ が第２のしきい値Ｔｎ２を超えているかどうかを確認する試験が行われる。超
過していれば、候補の目標信号が存在しているものと見なされる。本装置は、ア
レーに垂直な周知の方向、以後ボアサイト方向という、から、もしくはそれより
限定角度だけ反れた方向、この実施形態の場合はプラスマイナス１５度の方向、
からアレー１０に当たる目標信号候補しか処理しようとしない。従って次は、こ
うした方向から到来する任意の信号を確認する段階である。
【００３５】 ステップ５２４では、２つの係数、即ち相関係数Ｃｘ及び相関時間遅延Ｔｄが
確立される。これらは共に、目標信号が到来する方向の指示を提供する。
【００３６】 ステップ５２６では、目標信号候補が実際の目標信号であるかどうかを決定す
る試験が行われる。まず、相互相関係数Ｃｘは予め決められたしきい値Ｔｃを超
え、第２に、時間遅延係数の大きさはθ値を下回るものであって、信号が予め決
められた角度範囲内でアレーに当たっていることを指示していなければならない
。これらの条件が満たされなければ信号は目標信号とは見なされず、ルーチンは
ポイントＢに移行する。条件が満足されれば、ルーチンはポイントＡに移行する
。
【００３７】 ステップ５２０で、基準チャンネル１０ａにおける推定されたエネルギーＥｒ が第２のしきい値Ｔｎ２を超過しないことが発見されれば、目標信号は存在しな
いものとされ、ルーチンはカウンタＣｃがリセットされるステップ５２２を介し
てポイントＢに移行する。これは、この時点では第２のしきい値が合計信号エネ
ルギーレベルＥｒよりも上にあり、しきい値は最終的に環境雑音エネルギーレベ
ルＥｎより上でなければならず、よってＥｎの更新はもはや不要であることを指
示しているという理由で実行される。
【００３８】 このように信号は、ポイントＡ及びＢによって予め目標信号（ポイントＡ）ま
たは雑音信号（ポイントＢ）に分類されている。
【００３９】 ポイントＡに続いて、信号は、ステップ５２８−５３２でさらに試験される。
ステップ５２８では、フィルタ４４のフィルタ係数Ｗｓｕが既に更新されている
かどうかが決定される。更新されていなければ、計算目的でフィルタ４４の係数
に依存している後続のステップ５３０、５３２は飛び越される。更新されていれ
ば、信号残響度の目安を供給する残響係数Ｃｒｖが計算され、ステップ５３２で
、Ｃｒｖがしきい値Ｔｒｖを超過しているかどうかが決定される。超過していれ
ば、これは信号における許容可能な残響レベルを示し、ルーチンはステップ５３
４（目標信号の濾波）に移行する。超過していなければ、信号はポイントＢから
の経路に合流してステップ５３６（非目標信号の濾波）に至る。
【００４０】 この時点で確定された目標信号は、信号適応型空間フィルタ４４に供給される
。同フィルタ４４の目的は、目標信号を強化することにある。同フィルタはステ
ップ５３４及び５３８で適応型濾波を実行するように指令される。この場合、フ
ィルタ係数Ｗｓｕは、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムを使用して、基準チ
ャンネルに「目標信号プラス雑音」を、残りのチャンネルに「雑音のみ」信号を
供給するように適合化されている。基準チャンネルに相当するフィルタ４４の出
力チャンネルを便宜的に和チャンネルと呼び、他のチャンネルからのフィルタ４
４の出力を差チャンネルと呼ぶ。こうして処理された信号を、便宜上Ａ’と呼ぶ
。
【００４１】 信号が雑音信号であるとされた場合は、ルーチンはステップ５３６に移行し、
フィルタ係数が適合化されることなく信号はフィルタ４４を通過し、和及び差チ
ャンネル信号が形成される。こうして処理された信号を、便宜上Ｂ’と呼ぶ。
【００４２】 フィルタ４４の効果は、信号が目標信号として同定されるとその信号を強化す
ることにあり、これ以外に信号強化は行われない。
【００４３】 ステップ５４０では、プロセッサ４２によって和チャンネルと差チャンネルと
の間のエネルギー比Ｒｓｄが推定される。ステップ５４２では、２つの試験が行
われる。まず、信号がステップ５３４からのＡ’信号であれば、ルーチンはステ
ップ５５０に移行する。第２に、Ｅｒ＞Ｔｎ２（即ち、高エネルギーレベル）で
ある信号については、Ｒｓｄがしきい値Ｔｓｄと比較される。同比がＴｓｄより
低ければ推定雑音を表すが、高ければ、これは目標信号の差チャンネルへの幾分
かの漏れがあったことを表し、結局は目標信号の存在を指示する可能性がある。
こうした目標信号についても、ルーチンはやはり即ち５５０に移行する。これ以
外のあらゆる非目標信号については、ルーチンはステップ５４４に移行する。
【００４４】 ステップ５４４−５６０では、信号が適応型線形干渉及び雑音推定フィルタ４
６によって処理される。この場合の目的は、望ましくない信号を減少させること
にある。フィルタ４６はステップ５４４で、和チャンネルにおける望ましくない
信号を何らかの小誤差値ｅｃまで減少させるようにフィルタ係数を調整するとい
う意図を以て、非目標信号上で適応型濾波を実行するように指令される。
【００４５】 信号相殺をさらに防止するために、ステップ５４６でプロセッサ４２によりフ
ィルタ係数のノルムが計算される。ステップ５４８でこのノルムが予め決められ
た値［Ｔｎｏ］を超える場合は、フィルタ係数がステップ５４９で低減された値
に縮小される。
【００４６】 代替方法では、目標信号はステップ５５０でフィルタ４６へと供給されるが、
この場合は適応型濾波が実行されず、和及び差信号はフィルタを通過する。
【００４７】 和チャンネルの信号出力もまた、変更されずにフィルタ４６を通過する。
【００４８】 従って、プロセッサ４６からの出力信号は、和チャンネル信号Ｓｃ（ポイント
Ｃ）、濾波された差信号Ｄｃ（ポイントＥ）及び誤差信号ｅｃ（ポイントＤ）で
ある。ステップ５６２では、誤差信号ｅｃと和チャンネル信号との加重平均Ｓ（
ｔ）が計算され、差チャンネルからの信号Ｄｃが合計されて単一の信号Ｉ（ｔ）
が形成される。次いで、これらの信号Ｓ（ｔ）及びＩ（ｔ）は収集されて新たな
Ｎ／２個のサンプル及び終わりの先行ブロックからのサンプルとなり、収集され
たサンプルには、図１０が示すようにハニングウィンドウＨｎが付加されてベク
トルＳｈ及びＩｈが形成される。これは一つのオーバーラップ技術であり、重複
するベクトルＳｎ、ＩｎがＮ／２個のサンプルの過去及び現在のブロックから連
続して形成される。これは、図１１に示されている。次にステップ５６４におい
て、ベクトルＳｈ及びＩｈに高速フーリエ変換が実行され、両ベクトルは周波数
領域の等価物Ｓｆ及びＩｆに変換される。
【００４９】 ステップ５６６では、変換された信号に関する修正されたスペクトルが計算さ
れて「擬似」スペクトル値Ｐｓ及びＰｉが供給され、ステップ５６８では、これ
らの値が同じバーク周波数スケールにワープされてバーク周波数にスケールされ
た値Ｂｓ及びＢｉが供給される。
【００５０】 和チャンネルのシステム雑音のバーク値Ｂｎは、ステップ５７０でＢｓ及びス
テップ５０８における条件が満足されていれば（経路Ｆを介して）Ｂｎの先行値
を使用して更新される。Ｂｎは始動時に、条件が満たされているかどうかをこの
ブロックでまず計算される。この時点では目標信号は存在するべくもなく、よっ
て信号検出の開始後にこの初期Ｂｎ値が確定される短い初期化期間が必要である
。
【００５１】 次にステップ５７２で、Ｂｎ及びＢｉの加重された組合せＢｙが作られ、これ
は、ステップ５７４でＢｓと結合されてバークスケール非線形利得Ｇｂが計算さ
れる。
【００５２】 次にＧｂは、ステップ５７８で通常の周波数領域にワープし直されて利得値Ｇ
が供給され、次にこれは、ステップ５８０でステップ５６４からの信号スペクト
ルＳｆを使用する出力スペクトルＳｏｕｔの計算に使用される。利得を調整され
たこのスペクトルは、環境雑音及びシステム雑音である両干渉信号を抑制する。
【００５３】 次に、ステップ５８２でスペクトルＳｏｕｔに逆フーリエ変換が実行され、次
にその出力信号は、ステップ５８４でオーバーラップ加算手順を使用して重複す
る信号から再構成される。
【００５４】 次に、上述のフローチャートにおける主要ステップについてさらに詳しく説明
する。
【００５５】 非線形エネルギーとしきい値の推定及び更新（ステップ５０６、５１０） プロセッサ４２は、基準チャンネルからのエネルギー出力を推定する。説明さ
れている４つのチャンネル例では、チャンネル１０ａが基準チャンネルとして使
用される。
【００５６】 Ｎ／２個のディジタル化された信号サンプルはシフトレジスタにバッファされ
、以下のような形式の信号ベクトルを形成する。 但し、Ｊ＝Ｎ／２である。ベクトルの大きさは、分解能の要件に依存する。この
好適な実施形態では、Ｊ＝２５６サンプルである。
【００５７】 次に、ベクトルの非線形エネルギーが以下の式を使用して推定される。 システムが初期化されると、システム及び環境雑音の平均エネルギーが、最初の
２０の信号ブロックを使用して推定される。このタスクの実行には、一次再帰的
フィルタが下記のように使用される。 但し、上付き文字Ｋはブロック番号であり、αは経験的に選定されたゼロから１
までの重量である。この実施形態では、α＝０．９である。
【００５８】 雑音エネルギーＥｎが取得されると、２つの信号検出しきい値Ｔｎ１及びＴｎ ２ が以下のように確定される。 δ１及びδ２は、信号の検出を最適化しかつ誤った信号検出を最小にするような
しきい値の選択に使用されるスカラー値である。図５が示すように、Ｔｎ１はシ
ステム雑音レベルよりも上でなければならず、Ｔｎ２は概して潜在的な目標信号
がこれを突き抜けるようなレベルでなければならない。これらのしきい値は、手
探りで発見される。この実施形態では、δ１＝１．１２５及びδ２＝１．８が好
結果をもたらすものとして発見されている。
【００５９】 しきい値が確定されると、ステップ５１０における初期化の後に、Ｅｎを以下
のように更新することができる。 （Ｅｒ＜Ｔｎ１のとき、Ｅｎ＝αｎ＋（１−α）Ｅｒ その他は、Ｅｎ＝Ｅｎ ．．．Ａ．６） 更新されたしきい値は、次に式Ａ．４及びＡ．５に従って計算することができる
。
【００６０】 時間遅延（Ｔｄ）の推定（ステップ５２４） 図６Ａは、センサアレーに当たる単一の波面を示したものである。波面は、（
Ａで示されるように）まずセンサ１０ｄに当たり、しばらくして時間遅延ｔｄの
後に（Ａ’で示されるように）センサ１０ａに当たる。これは、信号がボアサイ
ト方向から４０度の角度で発信されるためである。信号がボアサイト方向から発
信されていれば、時間遅延ｔｄは理想的にはゼロとなっているであろう。
【００６１】 時間遅延の推定は、図６Ｂが示すプロセッサ４２に包含される遅延線時間遅延
推定器を使用して実行される。このフィルタは、遅延Ｚ−Ｌ／２を有する、基準
チャンネル１０ａに接続された遅延素子６００と、フィルタ係数Ｗｔｄを有する
、チャンネル１０ｄに接続された遅延線フィルタ６１０とを有している。遅延素
子６００は、遅延線フィルタ６１０の遅延の半分に等しい遅延を供給する。遅延
素子の出力はｄ（ｋ）であり、フィルタ６１０の出力はｄ’（ｋ）である。これ
らの出力の差は素子６２０で取り込まれ、エラー信号ｅ（ｋ）が供給される（ｋ
は説明を容易にするために使用した時間指数である）。エラー信号は、フィルタ
６１０に戻される。フィルタ係数Ｗｔｄは、以下のように最小平均二乗（ＬＭＳ
）アルゴリズムを使用して適合化される。 但し、βｔｄはユーザによって選択される収束係数０＜βｔｄ≦２であり、‖‖
はベクトルのノルムを示し、ｋは時間指数であり、Ｌ０はフィルタの長さである
。
【００６２】 図６ｃには、適合化の終了時における遅延線フィルタ６２０のインパルス応答
が示されている。インパルス応答は測定され、原点Ｏに対するインパルス応答の
ピークまたは最大値の位置が２つのセンサ間の時間遅延Ｔｄを与える。これはま
た、信号の到来角でもある。図示されている事例では、ピークは中央にあり、信
号がボアサイト方向（Ｔｄ＝０）から着信していることを示している。ステップ
５０６におけるしきい値θは、到来する目標信号の発信源と思われるボアサイト
方向からの可能偏差角度の推定値に依存して選択される。この実施形態の場合、
θは±１５゜である。
【００６３】 相互相関推定Ｃｘの正規化（ステップ５２４） 基準チャンネル１０ａと最遠チャンネル１０ｄとの間の正規化された相互相関
は、以下のようにして計算される。
【００６４】 基準チャンネル１０ａ及びチャンネル１０ｄからの信号サンプルはシフトレジ
スタＸ及びＹにバッファされ、２つの独立したベクトルＸｒ及びＹｒが形成され
る。但し、ＸはＪ個のサンプルの長さであり、ＹはＫ個のサンプルの長さであり
、Ｊ＞Ｋである。 信号間の時間遅延が仮定され、この差を捕捉するためにＪはＫより大きくされて
いる。差は、関心のある角度に基づいて選択される。次に、正規化された相互相
関が下記のように計算される。 但し、 但し、Ｔはベクトルの転置を表し、‖‖はベクトルのノルムを表し、ｌは相関遅
延である。ｌは、関心のある遅延を張るように選択される。サンプリング周波数
が１６ｋＨｚ、センサ１０ａ及び１０ｄの間隔が１８ｃｍの場合、遅延ｌは関心
のある角度１５゜に対して５サンプルであるように選択される。
【００６５】 しきい値Ｔｃは、経験的に決定される。この実施形態では、Ｔｃ＝０．８５が
使用されている。
【００６６】 信号残響Ｃｒｖの推定（ステップ５３０） 受信される信号の残響の度合いは、上記Ｔｄの計算に使用された時間遅延推定
フィルタ重量［Ｗｔｄ］及び（後述する）フィルタ４４からの空間フィルタ重量
セット［Ｗｓｕ］を使用して、以下のように計算される。 但し、Ｔはベクトルの転置を表し、Ｍはフィルタ係数Ｗｓｕに関係づけられたチ
ャンネルである。この実施形態では、Ｃｒｖは各フィルタ係数Ｗｓｕにつき１つ
の３値が計算され、その最大値が後続処理に採用される。
【００６７】 ステップ５０６で使用されるしきい値Ｔｒｖは、図７が示すように、残響レベ
ルが適度である場合にのみ当該信号が目標信号として選択されることを保証する
ように選択される。
【００６８】 適応型空間フィルタ４４（ステップ５３４、５３６） 図８は、適応型線形空間フィルタ４４のブロック図である。同フィルタの機能
は、結合された目標干渉信号と雑音信号とを２つのタイプに分離することにある
。第１のタイプは、和チャンネルと称される単一の出力チャンネルにおける、弱
められた干渉及び雑音、即ち目標信号の方向からでない信号を有する強化された
目標信号である。第２のタイプは、４チャンネルの事例では３つの別個の出力を
構成する差チャンネルと称される残りのチャンネルにおいて、干渉及び雑音信号
のみを構成しようとするものである。
【００６９】 その目的は、目標信号を強化してこれを和チャンネルに出力し、同時に、結合
された信号から目標信号を除去してこれを差チャンネルに出力するように、フィ
ルタ４４のフィルタ係数を適合化することにある。
【００７０】 フィルタ４４内の適応型フィルタ素子は、目標信号が存在すれば必ず基準チャ
ンネルにおける当該信号を予測する線形空間予測フィルタとして作用する。この
フィルタは、信号が存在していないと判断されれば適合化を止める。
【００７１】 フィルタ係数は、以下のようなステップ５０４及び５０６の条件が満たされる
と更新される。 （ｉ）適応型しきい値検出器が信号の存在を検出している。 （ｉｉ）時間遅延推定器が、予め決められた角度から信号が到来していることを
指示している。 （ｉｉｉ）正規化された信号の相互相関がしきい値を超えている。 （ｉｖ）残響レベルが低い。
【００７２】 図８が示すように、センサ１０ａからのディジタル化された結合信号Ｘ０は、
遅延Ｚ−Ｌｓｕ／２のディジタル遅延素子７１０を介して供給される。センサ１
０ｂ、１０ｃ、１０ｄからのディジタル化された結合信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、
各々のフィルタ素子７１２、７１４、７１６に供給される。素子７１０、７１２
、７１４、７１６からの出力は加算素子７１８で加算され、加算素子７１８から
の出力は分割素子７１９で４で割られて和チャンネルの出力信号が形成される。
遅延素子７１０からの出力はまた、各差素子７２０、７２２、７２４でフィルタ
７１２、７１４、７１６の出力から減算され、各差素子からの出力は個々の差チ
ャンネル出力信号を形成し、これが各フィルタ７１２、７１４、７１６にも戻さ
れる。遅延素子７１０の機能は、基準チャンネル１０ａからの信号とフィルタ７
１２、７１４、７１６からの出力との時間整合を行なうことにある。
【００７３】 フィルタ素子７１２、７１４、７１６は、下記の式Ｅ．１，．．．，Ｅ．８に
よって与えられるＬＭＳアルゴリズムを使用して同時に適応し、和チャンネルの
出力は式Ｅ．１によって与えられ、各差チャンネルからの出力は式Ｅ．６によっ
て与えられる。 但し、 但し、ｍはチャンネル数０，１，２，．．．，Ｍ−１であって、この場合は０，
．．．，３であり、Ｔはベクトルの転置を示している。 但し、Ｘｍ（ｋ）及びＷｓｕ ｍ（ｋ）はＬｓｕ ＊１次元の列ベクトルである。
【００７４】 重量Ｗｓｕ ｍ（ｋ）は、ＬＭＳアルゴリズムを使用して以下のように更新さ
れる。 但し、 であり、βｓｕはユーザによって選択される収束係数０＜βｓｕ≦２であり、‖
‖はベクトルのノルムを示し、ｋは時間指数である。
【００７５】 エネルギー比Ｒｓｄの計算（ステップ５４０） これは、以下のように実行される。 Ｊ＝Ｎ／２はサンプル数であり、この実施形態では２５６である。
【００７６】 ＥＳＵＭは和チャンネルのエネルギーであり、ＥＤＩＦは差チャンネルのエネ
ルギーである。
【００７７】 和チャンネルと差チャンネルとのエネルギー比（Ｒｓｄ）は、予め決められた
しきい値を超過してはならない。ここに図示されている４チャンネルの場合、し
きい値は約１．５であることが決定されている。
【００７８】 適応型干渉及び雑音推定フィルタ４６（ステップ５４４、５５０） 図９は、適応型干渉及び雑音推定フィルタ４６の略ブロック図である。このフ
ィルタは雑音信号及び干渉信号を推定し、これらを和チャンネルから減算して低
減された雑音及び干渉を有する出力を導出させる。
【００７９】 フィルタ４６は、フィルタ４４の和及び差チャンネルから出力を取込み、差チ
ャンネル信号を他の適応型フィルタ素子セット７５０、７５２、７５４に並行し
て供給し、かつ和チャンネル信号を対応する遅延素子７５６に供給する。３つの
フィルタ素子７５０、７５２、７５４からの出力は差素子７５８で遅延素子７５
６の出力から減算されてエラー出力ｅｃが形成され、エラー出力ｅｃはフィルタ
素子７５０、７５２、７５４へも戻される。フィルタ素子７５６からの出力はま
た、３つのフィルタ素子７５０、７５２、７５４の出力と同様に出力として直接
供給される。
【００８０】 この場合もやはり、フィルタ係数Ｗｕｑが以下のように最小平均二乗アルゴリ
ズム（ＬＭＳ）を使用して適合化される。 但し、 であり、βｕｑはユーザによって選択される収束係数０＜βｕｑ≦２であり、ｍ
はチャンネル数０，１，２，．．．，Ｍ−１であって、この場合は０，．．．，
３である。
【００８１】 フィルタ係数のノルムの計算（ステップ５４６） フィルタ７５０、７５２、７５４の係数のノルムもまた、予め決められた値よ
り小さいものであるように制約されている。この制約を課す理論的根拠は、目標
信号が差チャンネルに漏出すればフィルタ係数のノルムが大きくなることにある
。フィルタ係数のノルム値を縮小すれば、信号相殺効果は低減する。
【００８２】 これは、以下のように計算される。 であれば、 である。但し、ｍは、Ｗｕｑフィルタを有するチャンネルの数、１，２，．．．
，Ｍ−１である。Ｔｎｏは予め決められたしきい値、Ｃｎｏは換算係数であり、
双方とも経験的に推定することができる。
【００８３】 式Ｆ．１からの出力ｅｃは、ほぼ干渉及び雑音のない理想の状態にある。しか
しながら現実の状況では、これは達成され得ない。これは目標信号の品質を低下
させる信号相殺を引き起こし、もしくは雑音または干渉が供給されて出力信号対
雑音及び干渉比の低減に繋がる。説明された実施形態では、信号相殺の問題は、
差チャンネルへの目標信号の漏出を減少させる適応型空間フィルタ４４の使用に
よって軽減されている。但し、信号対雑音及び干渉比が極めて高い場合には、や
はり幾分かの目標信号がこれらのチャンネルに漏出する場合がある。
【００８４】 目標信号の相殺問題及び望ましくない信号の出力への供給をさらに低減させる
ために、プロセッサ４６からの出力信号は、下記のように適応型非線形干渉及び
雑音抑制プロセッサ４８に供給される。
【００８５】 適応型非線形干渉及び雑音抑制プロセッサ４８（ステップ５６２−５８４） このプロセッサは、周知のオーバーラップ加算ブロック処理技術によって結合
された周波数領域における入力信号を処理する。
【００８６】 ステップ５６２：出力信号（ｅｃ）及び和チャンネル出力信号（Ｓｃ）は、以
下のように加重平均として結合される。 重量（Ｗ１，Ｗ２）は、信号相殺を最小にする、もしくは望ましくない信号の抑
制を増大させるように経験的に選定することができる。この実施形態では、Ｗ１ ＝Ｗ２＝０．５である。
【００８７】 この結合された信号は、図１０が示すようにメモリにバッファされる。バッフ
ァは、Ｎ／２個の新規サンプルとＮ／２個の先行ブロックからの旧サンプルとで
構成される。同じく、差チャンネルからの望ましくない信号が以下のように加算
され、和チャンネルと同様にバッファされる。 但し、 である。ｉ＝１，２，．．．，Ｍ−１であり、Ｍはチャンネルの数であって、こ
の場合はＭ＝４である。
【００８８】 次に、図１１が示すように、バッファされたＮ個のサンプル信号にハニングウ
ィンドウが適用される。これは、数学的には次のように表記される。 但し、（Ｈｎ）はＮ次元のハニングウィンドウであり、Ｎはバッファの大きさで
ある。「点」は、ポイント毎のベクトルの乗算を示し、ｔは時間指数である。
【００８９】 ステップ５６４：結果として得られるベクトル［Ｓｈ］及び［Ｉｈ］は、下記
の式Ｈ．５及びＨ．６が示すように高速フーリエ変換アルゴリズムを使用して周
波数領域に変換される。
【００９０】 ステップ５６６：次に、式Ｈ．７及びＨ．８が示すように修正されたスペクト
ルが計算される。 但し、「Ｒｅａｌ」及び「Ｉｍａｇ」は実数部及び虚数部の絶対値を取ることを
表し、ｒｓ及びｒｉはスカラー値であり、Ｆ（Ｓｆ）及びＦ（Ｉｆ）は各々Ｓｆ 及びＩｆの関数を示す。
【００９１】 下記の式Ｈ．９及びＨ．１０には、ベキ関数を使用する１つの好適な関数Ｆが
示されている。但し、「Ｃｏｎｊ」は複素共役を示す。
【００９２】 下記の式Ｈ．１１及びＨ．１２には、乗法的関数を使用する第２の好適な関数
Ｆが示されている。 スカラー値（ｒｓ及びｒｉ）は、望ましくない信号の抑制と信号の歪みとのトレ
ードオフを制御し、経験的に決定されることが可能である。（ｒｓ及びｒｉ）は
１／（２ｖｓ）及び１／（２ｖｉ）として計算される。但し、ｖｓ及びｖｉはス
カラーである。この実施形態では、ｖｓ＝ｖｉが８として選定されており、ｒｓ ＝ｒｉ＝１／２５６となる。ｖｓ，ｖｉが減少すると、抑制量は増大する。
【００９３】 ステップ５６８：スペクトル（Ｐｓ）及び（Ｐｉ）は、バーク周波数スケール
を使用して（Ｎｂ）臨界帯域にワープされる［Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｒａｂｉｎｅ
ｒ、Ｂｉｎｇ Ｈｗａｎｇ Ｊｕａｎｇ共著「音声認識の原理」プレンティスホ
ール、１９９３年、参照］。バーク臨界帯域の数は、使用されるサンプリング周
波数に依存する。１６ｋＨｚのサンプリングの場合、Ｎｂ＝２５の臨界帯域が存
在する。（Ｐｓ）及び（Ｐｉ）のワープされたバークスペクトルは、（Ｂｓ）及
び（Ｂｊ）で示される。
【００９４】 ステップ５７０：システム雑音及び環境雑音のバークスペクトルは同様に計算
され、（Ｂｎ）で示される。Ｂｎはまず、システムの初期化の間にＢｎ＝Ｂｓと
して確定され、システムによって目標信号が検出されなければ（ステップ５０８
）、即ちあらゆる無音時間において更新され続ける。Ｂｎは、次のように更新さ
れる。 Ｅｒ＜Ｔｎ１ であれば、 である。但し、０＜α＜１であり、この場合はα＝０．９である。
【００９５】 ステップ５７２、５７４：（Ｂｓ、Ｂｉ及びＢｎ）を使用して、以下のように
非線形技術により利得（Ｇｂ）が推定される。
【００９６】 まず、望ましくない信号のバークスペクトルが、式Ｊ．１が示すように、適当
な加重関数を使用してシステム雑音のバークスペクトルに結合される。 Ω１及びΩ２は、望ましくない信号及び雑音の抑制を最大にし、信号の歪みを最
小にするように経験的に選定されることが可能な重量である。
【００９７】 次に、以下の式Ｊ．２及びＪ．３を使用して、後信号対雑音比が計算される。
【００９８】 式Ｊ．２における除算は、ベクトルの除算ではなく素子毎の除算を意味してい
る。Ｒｐｏ及びＲｐｐは、以下のように、Ｎｂ＊１次元の列ベクトルであり、Ｎ
ｂはバークスケール臨界周波数帯域の大きさ、ＩｃはＮｂ＊１次元の列単位ベク
トルである。 Ｒｐｐのｒｐｐ（ｎｂ）素子の何れかがゼロに満たない場合、これらはゼロに設
定される。
【００９９】 決定指向方法［Ｙ．Ｅｐｈｒａｉｍ、Ｄ．Ｍａｌａｈ共著「最適非線形スペク
トル振幅推定を使用する音声強化」音響音声と信号処理に関するＩＥＥＥ国際会
議会報（ボストン）、１９８３年、１１１８−１１２１頁参照］を使用して、以
下のように、アプリオリ信号対雑音比Ｒｐｒが計算される。
【０１００】 式Ｊ．７における除算は、素子毎の除算を意味する。Ｂ０はＮｂ＊１次元の列
ベクトルであり、先行ブロックからの出力信号バークスケールバークスペクトル
Ｂ０＝Ｇｂ・Ｂｓを示している（式Ｊ．１５参照）（Ｂ０の初期値はゼロである
）。Ｒｐｒもやはり、Ｎｂ＊１次元の列ベクトルである。βｉの値は、下記の表
１に与えられている。
【０１０１】
【表１】 ｉの値は、信号の始まりで１に設定され、よってβ値は０．０１６２５となる。
ｉ値はその後、Ｎ／２個のサンプルの新たなブロックが処理されるたびに１から
５までになり、信号がなくなるまで５のままである。次いでｉは、次の信号の始
まりで再度１から始まり、βもこれに対応した値になる。
【０１０２】 βを定数にする代わりに、本実施形態ではβが変数にされ、目標信号の抑制を
防止するために信号の始まりで小値で開始され、好適には幾何級数的に平滑なＲ ｐｒ へと増大する。
【０１０３】 これから、Ｒｒｒが以下のように計算される。 Ｊ．８における除算は、やはり素子毎の除算である。Ｒｒｒは、Ｎｂ＊１次元の
列ベクトルである。
【０１０４】 これから、Ｌｘが計算される。 Ｌｘの値は、Ｐｉ（≒３．１４）に限定される。式Ｊ．９における乗算は、素子
毎の乗算を意味している。Ｌｘは、以下のようなＮｂ＊１次元の列ベクトルであ
る。 よって、Ｎｂ＊１次元のベクトルＬｙは、以下のように定義される。 但し、ｎｂ＝１，２，．．．，ｎＢである。よってＬｙは、以下のように与えら
れる。 また、 である。Ｅ（ｎｂ）は、所望の精度に切り捨てられる。Ｌｙは、テーブル索引方
法を使用して、計算負荷を低減するように取得することができる。
【０１０５】 最後に、利得Ｇｂが以下のように計算される。 「点」は同じく、素子毎の乗算を含意している。Ｇｂは、以下のようなＮｂ＊１
次元の列ベクトルである。
【０１０６】 ステップ５７８：Ｇｂはまだバーク周波数スケールにあるため、次にこれは元
のＮ次元の正規線形周波数スケールにワープされる。ワープされていないＧｂは
、Ｇで示される。望ましくない信号が抑制されている出力スペクトルは、以下の
ように与えられる。 この場合も、「点」は素子毎の乗算を含意している。
【０１０７】 ステップ５８０：回復される時間領域信号は、次式で与えられる。 ＩＦＦＴは逆高速フーリエ変換を示し、逆変換の実数部のみが利用されている。
【０１０８】 ステップ５８４：最後に、出力時間領域信号が、出力信号の先行ブロックとの
オーバーラップ加算によって取得される。 但し、 である。
【０１０９】 説明された実施形態は、限定的なものとして解釈されてはならない。例えばチ
ャンネルの数は、２以上の任意の数が可能である。さらに、当業者には明白とな
るであろうが、使用される方法の多くのステップは本質的に離散的なものであり
、他のステップとは独立した使用、もしくは他のステップの全てではなく幾つか
との組合せによる使用が可能である。例えば、適応型濾波と周波数領域処理とは
互いに独立して実行されることが可能であり、修正されたスペクトルの使用、バ
ークスケールへのワープ及び換算係数βの使用といった周波数領域処理における
ステップは、全てが共に使用される必要のない一連の独立したツールとして捉え
ることができる。
【０１１０】 請求の範囲における用語「第１の」、「第２の」他の使用は、工程のステップ
順ではなく請求項の完全性を同定する１つの手段としてのみ解釈されるべきもの
である。開示された新規特徴または組合せは何れも、本出願に添付された請求の
範囲において当初の出願の通りに特定的に主張されているか否かに関わらず、独
立した発明を形成するものとして解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明が使用される可能性のある一般的なシナリオを示している。
【図２】 図２は、本発明を具現する一般的なディジタル信号処理システムの略図である
。
【図３】 図３は、図２が示す実施形態のシステムレベルのブロック図である。
【図４ａ】 図４ａは、図３の実施形態のオペレーションを示すフローチャートである。
【図４ｂ】 図４ｂは、図３の実施形態のオペレーションを示すフローチャートである。
【図４ｃ】 図４ｃは、図３の実施形態のオペレーションを示すフローチャートである。
【図５】 図５は、あるチャンネルの非線形エネルギーと確立されたしきい値の典型的な
プロットを示している。
【図６ａ】 図６（ａ）は、ボアサイト方向外４０度から到来する波面を示している。
【図６ｂ】 図６（ｂ）は、適応型フィルタを使用する時間遅延推定器を表示している。
【図６ｃ】 図６（ｃ）は、ボアサイト方向からの波面を指示するフィルタのインパルス応
答を示している。
【図７】 図７は、受信された信号の時間経過に伴う残響レベルを示している。
【図８】 図８は、４チャンネル適応型空間フィルタの略ブロック図である。
【図９】 図９は、図３の適応型干渉及び雑音推定器の略ブロック図である。
【図１０】 図１０は、入力された信号バッファを示している。
【図１１】 図１１は、信号の重複するブロック上でのハニングウィンドウの使用を示して
いる。
【図１２】 図１２は、線形エネルギープロットの雑音レベルの突然の上昇を示している。
【図１３】 図１３は、雑音エネルギーレベルの突然の上昇を反映させるしきい値の再調整
を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１０Ｌ 21/02 Ｇ１０Ｌ 3/02 ３０１Ｅ ５Ｋ０５２ Ｈ０１Ｑ 3/26 ３０１Ｆ Ｈ０４Ｂ 1/10 ３０１Ｇ 9/00 Ｈ Ｆターム(参考） 5B056 BB28 5D015 EE05 5J021 AA04 AA11 DB01 EA07 FA13 FA23 FA29 GA02 HA04 HA06 JA10 5J023 DA03 DA05 DC08 DD03 5J070 AA02 AD08 AH31 AH39 5K052 AA01 BB01 DD04 FF05 FF32 FF33

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 センサアレーから受信された信号を処理する方法であって、
    受信された信号をサンプリングしてディジタル変換するステップと、ディジタル
    変換された信号を処理して出力信号を供給するステップとを含み、上記処理する
    ステップは、ディジタル変換された信号の目標信号を強調するように調整された
    第１の適応型フィルタとディジタル変換された信号の望ましくない信号を抑制す
    るように調整された第２の適応型フィルタとを使用して信号を濾波することと、
    濾波された信号を周波数領域で処理して望ましくない信号をさらに抑制すること
    を含む方法。
  2. 【請求項２】 信号から信号エネルギーを決定し、信号エネルギーから雑音
    エネルギーを決定するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 信号エネルギーは、Ｎ／２個のディジタル化された信号サン
    プルをシフトレジスタにバッファして、以下の形式、即ち、 但しＪ＝Ｎ／２、の信号ベクトルを形成することと、次式、即ち、 但しＥｒは信号エネルギー、を使用して信号エネルギーを推定することによって
    決定される請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 雑音エネルギーは、ディジタル変換された信号ブロックの信
    号エネルギーＥｒを測定することと、次式、即ち、 但し、上付き文字Ｋはブロック番号であり、αは経験的に選択された重量である
    、によって雑音エネルギーＥｎを計算することによって決定される請求項２また
    は３記載の方法。
  5. 【請求項５】 雑音エネルギーから雑音しきい値を決定し、信号エネルギー
    が雑音しきい値より低い場合には雑音エネルギー及び雑音しきい値を更新するス
    テップをさらに含む請求項２乃至４の何れかに記載された方法。
  6. 【請求項６】 信号エネルギーを信号しきい値と比較することによって目標
    信号が存在するか否かを決定するステップをさらに含む請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 雑音エネルギーから信号しきい値を決定し、信号エネルギー
    が雑音しきい値より低い場合には信号しきい値を更新するステップをさらに含む
    請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 雑音しきい値Ｔｎ１は、次式、即ち、 但しδ１は経験的に選択された値である、によって決定される請求項５乃至７の
    何れかに記載された方法。
  9. 【請求項９】 信号しきい値Ｔｎ２は、次式、即ち、 但しδ２は経験的に選択された値である、によって決定される請求項６または７
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 目標信号の到来方向を決定するステップをさらに含む先行
    する任意の請求項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 アレーの間隔を置いた２つのセンサからの信号を第３の適
    応型フィルタで処理して上記到来方向を決定するステップをさらに含む請求項１
    ０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 信号が選択された角度範囲内からアレー上に衝突しなかっ
    た場合には、当該信号を望ましくない信号として扱うステップをさらに含む請求
    項１０または１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 アレーの間隔を置いた２つのセンサからの信号の相互相関
    の測度を計算し、相互相関の度合いが選択された値を下回る場合には当該信号を
    望ましくない信号として扱うステップをさらに含む先行する任意の請求項記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 第１及び第３の適応型フィルタのフィルタ重量から信号の
    残響の度合いを計算するステップをさらに含む請求項１１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 残響測度Ｃｒｖは、次式、即ち、 但しＴはベクトルの転置を示し、Ｗｓｕは第１のフィルタのフィルタ係数であり
    、Ｗｔｄは第３のフィルタのフィルタ係数である、に従って計算される請求項１
    ４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 残響測度が選択された値を越える残響の度合いを指示する
    場合は、当該信号を望ましくない信号として扱うステップをさらに含む請求項１
    ４または１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記目標信号が存在すると判断される場合にのみ適応型濾
    波を実行するように第１のフィルタのオペレーションを制御するステップをさら
    に含む先行する任意の請求項記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第１の適応型フィルタは、ディジタル化された信号を入力
    として受信し、かつ１つの和信号及び少なくとも１つの差信号を出力として供給
    する複数のチャンネルを有し、差信号チャンネルは対応するフィルタ重量を有す
    るフィルタ素子を含む先行する任意の請求項記載の方法。
  19. 【請求項１９】 和及び差チャンネルにおけるエネルギー比を計算するステ
    ップをさらに含む請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記比が、和チャンネルにおけるエネルギーが差チャンネ
    ルにおけるエネルギーよりも選定された係数を超えている大きいことを示す場合
    は、当該信号を上記目標信号を含むものとして扱うステップをさらに含む請求項
    １９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 信号エネルギーがしきい値を越える場合にのみ、当該信号
    を上記目標信号を含むものとして扱うステップをさらに含む請求項２０記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】 上記目標信号が存在しないと判断された場合にのみ適応型
    濾波を実行するように第２のフィルタのオペレーションを制御するステップをさ
    らに含む先行する任意の請求項記載の方法。
  23. 【請求項２３】 第１の適応型フィルタは、第１の適応型フィルタから入力
    信号を受信しかつ第１の適応型フィルタから受信される１つの和信号と、１つの
    エラー信号と、少なくとも１つの差信号とを出力として供給する複数のチャンネ
    ルを有し、差信号チャンネルは対応するさらなるフィルタ重量を有するフィルタ
    素子をさらに含む先行する任意の請求項記載の方法。
  24. 【請求項２４】 さらなるフィルタ重量のノルムがしきい値を超える場合は
    、さらなるフィルタ重量をスケーリングするステップをさらに含む請求項２３記
    載の方法。
  25. 【請求項２５】 和信号とエラー信号とを結合して、下記の形式、即ち、 但しＳｃ（ｔ）は時間ｔにおける和信号であり、ｅｃ（ｔ）は時間ｔにおけるエ
    ラー信号であり、Ｗ１及びＷ２は重量値である、の単信号Ｓ（ｔ）を形成するス
    テップをさらに含む請求項２３または２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 複数の差信号を結合して単信号を形成するためステップを
    さらに含む請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 単信号にハニングウィンドウを適用するステップをさらに
    含む請求項２５または２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 濾波された信号を２つの周波数領域信号、即ち所望の信号
    Ｓｆと干渉信号Ｉｆとに変換し、変換された信号を処理して所望の信号に利得を
    供給し、かつ利得を修正された所望の信号を元の時間領域に変換して出力を供給
    するステップをさらに含む先行する任意の請求項記載の方法。
  29. 【請求項２９】 処理するステップは周波数領域信号のスペクトルを形成す
    るステップを含む請求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 スペクトルは、下記の形式、即ち、 但し「Ｒｅａｌ」及び「Ｉｍａｇ」は実数部及び虚数部の絶対値をとることを示
    し、ｒｓ及びｒｉはスカラー値であり、Ｆ（Ｓｆ）及びＦ（Ｉｆ）は各々Ｓｆ及
    びＩｆの関数を示す、の所望の信号及び干渉信号の修正されたスペクトルＰｓ、
    Ｐｉである請求項２９記載の方法。
  31. 【請求項３１】 関数はベキ関数である請求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 スペクトルは下記の形式、即ち、 但し「Ｃｏｎｊ」は複素共役を示す、である請求項３１記載の方法。
  33. 【請求項３３】 関数は乗法関数である請求項３０記載の方法。
  34. 【請求項３４】 スペクトルは下記の形式、即ち、 である請求項３３記載の方法。
  35. 【請求項３５】 処理するステップは、信号と干渉スペクトルとをバークス
    ケールへとワープして対応する信号と干渉バークスペクトルとを形成するステッ
    プを含む請求項２９乃至３４の何れかに記載された方法。
  36. 【請求項３６】 処理するステップは、システム雑音のバークスペクトルを
    計算するステップをさらに含む請求項３５記載の方法。
  37. 【請求項３７】 干渉バークスペクトルとシステム雑音のバークスペクトル
    とを結合して結合された雑音バークスペクトルを形成するステップをさらに含む
    請求項３６記載の方法。
  38. 【請求項３８】 結合された雑音バークスペクトルＢｙは下記の形式、即ち
    、 但しΩ１及びΩ２は加重値であり、Ｂｉは干渉バークスペクトルであり、Ｂｎは
    システム雑音のバークスペクトルを示す、である請求項３７記載の方法。
  39. 【請求項３９】 スペクトルから信号対雑音比を計算し、信号対雑音比から
    利得を導出するステップをさらに含む請求項２９乃至３８の何れかに記載された
    方法。
  40. 【請求項４０】 信号開始時点の第１の値から、信号が継続する間は変わら
    ず維持される第２の値へと徐々に変化する換算係数によって、換算係数が第１の
    値に落ち着いた時点で信号が止まるまで信号対雑音比を修正するステップをさら
    に含む請求項３９記載の方法。
  41. 【請求項４１】 換算係数は複数のステップで変化する請求項４０記載の方
    法。
  42. 【請求項４２】 換算係数は幾何級数的に変化する請求項４０または４１記
    載の方法。
  43. 【請求項４３】 結合された信号からスペクトルを計算する方法であって、 １）結合された信号から目標信号成分Ｓと干渉信号成分Ｉとを導出するステッ
    プと、 ２）目標及び干渉信号成分を各々周波数領域等価Ｆ（Ｓ）及びＦ（Ｉ）に変換
    するステップと、 ３）次式、即ち、 但しＲｅａｌ及びＩｍａｇは周波数領域等価の実数部または虚数部の絶対値をと
    ることを示し、Ｒ（Ｓ）、Ｒ（Ｉ）はスカラー調整係数であり、Ｇ［Ｆ（Ｓ）］
    及びＧ［Ｆ（Ｉ）］は各々Ｆ（Ｓ）及びＦ（Ｉ）の関数である、によって少なく
    とも１つの等価のスペクトルＰ（Ｓ）及びＰ（Ｉ）を構成するステップとを含む
    方法。
  44. 【請求項４４】 センサアレーの各信号チャンネル内の各センサから受信さ
    れる複数の信号から残響係数を計算する方法であって、 １）適応型フィルタを使用して、チャンネルの中の基準となるものの信号と他
    のチャンネルの１つからの信号との相関時間遅延を計算するステップと、 ２）受信された信号上で第２の適応型フィルタを使用して適応型濾波を実行す
    るステップと、 ３）第１及び第２のフィルタのフィルタ係数から残響係数を計算するステップ
    とを含む方法。
  45. 【請求項４５】 所望の成分と望ましくない成分とを有する信号の信号処理
    を行う方法であって、 １）所望の信号を強調し、かつ／または望ましくない信号を減少させるように
    、少なくとも１つの適応型フィルタにより時間領域において信号を処理するステ
    ップと、 ２）こうして処理された信号を周波数領域に変換するステップと、 ３）周波数領域において少なくとも１つの望ましくない信号の減少工程を実行
    するステップとを含む方法。
  46. 【請求項４６】 先行する任意の請求項に記載された方法を実行するための
    装置。
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