JP2009053088A - 信号分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離信号の対応付けの正解率を改善することのできる信号分離装置を得る。
【解決手段】複数の源信号が混信した複数の時系列観測信号を受信し、それぞれをある時間長を有するブロックごとに分割するブロック分割部２０ａと、ブロック分割部２０ａで分割された複数の観測信号に独立成分分析を適用して分離処理を行うことにより複数の分離信号および混合行列推定値を抽出する独立成分分析部３０と、抽出結果に基づいて、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行う相関処理部７０ａと、それぞれの分離信号を連接し、複数の源信号に相当する連接信号を生成する連接処理部４０とを備え、ブロック分割部２０ａは、時系列の観測信号をブロックごとに分割する際に、前後のブロックを時間的に一部重複させて分割する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の源信号が混信した観測信号から源信号を分離抽出する信号分離装置に関する。

まず、従来技術を説明する前に、独立成分分析（ＩＣＡ：Independent Component Analysis）とその不確定性について簡単に説明する。

ＩＣＡは、複数の源信号が混信した信号を、複数の受信センサで受信し、各源信号が互いに独立であるという確率統計的性質を利用して、受信した観測信号から源信号を分離抽出する手法である。この技術自体は、公知で広く知られている。図１５は、ＩＣＡ処理の概念図である。

ＩＣＡでは、ある時間長Ｎを持つ観測信号をバッチ的に統計処理することにより、分離信号を算出する。Ｊ波の源信号ｓ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｊ）が混信した信号を、Ｉ本のセンサで受信した際の各観測信号をｘ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｉ）とする。それぞれは、時々刻々と送受信される時系列に並んだ信号、すなわち、ｓ_ｊ＝｛ｓ_ｊ（ｋ）｝＝｛ｓ_ｊ（１）、ｓ_ｊ（２）、・・・、ｓ_ｊ（Ｎ）｝、ｘ_ｉ＝｛ｘ_ｉ（ｋ）｝＝｛ｘ_ｉ（１）、ｘ_ｉ（２）、・・・、ｘ_ｉ（Ｎ）｝である。ここで、Ｉ、Ｊ、Ｎは、それぞれ、２以上の正の整数である。このとき、混信観測信号の数式モデルは、次式（１）で与えられる。

ここで、ｓ＝［ｓ_１・・・ｓ_Ｊ］^Ｔは、源信号ｓ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｊ）をベクトル状に並べた源信号ベクトルであり、Ａは、混信を意味するＩ行Ｊ列の行列で混合行列と呼ばれ、ｘ＝［ｘ_１・・・ｘ_Ｉ］^Ｔは、観測信号ｘ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｉ）をベクトル状に並べた観測信号ベクトルである。ＩＣＡは、源信号間の確率統計的独立性を仮定し、分離信号が独立になるように、混合行列Ａの推定値Ａ（＾）（ここで、表記（＾）は、かっこの前の文字の上部に＾が付された推定値を意味する）を推定し、次式（２）のように観測信号ベクトルｘに乗算することにより、源信号を分離する。

ｙ（＾）＝［ｙ_１（＾）・・・ｙ_Ｊ（＾）］^Ｔは、分離信号ベクトルであり、ｙ_ｊ（＾）＝｛ｙ_ｊ（＾）（ｋ）｝＝｛ｙ_ｊ（＾）（１）、ｙ_ｊ（＾）（２）・・・、ｙ_ｊ（＾）（Ｎ）］である。上式（２）のように、ＩＣＡが混合行列Ａを正しく推定できれば、Ａ（＾）^−１Ａは、単位行列Ｉに近い値となるため、源信号ｓを分離抽出することができる。

ただし、上式（１）で表されるＩＣＡの観測モデルは、下式（３）あるいは（４）のように変形することができる。説明を簡単にするため、源信号数が２波の場合について説明する。

ここで、Ａ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｊ）は、混合行列Ａの列ベクトルであり、α_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｊ）は、任意の係数である。上式（３）は、任意の係数α_ｊが介在しても、観測信号ベクトルｘは、変化しないことを示している。言い換えると、観測信号ベクトルｘをどのように処理したとしても、ｘの情報だけからは、α_ｊの値を知ることができないことを意味している。すなわち、ＩＣＡで得られる分離信号には、ある未知係数が掛かっている。

一方、上式（４）は、ｓ_ｊの順番を入れ替え、混合行列Ａの列を入れ替えても、観測信号ベクトルｘは変化しないことを意味している。言い換えると、観測信号ベクトルｘをどのように処理したとしても、観測信号ベクトルｘの情報だけからは、源信号ｓ_ｊの順番を知ることができないことを意味している。これが、分離信号の順番の不確定性、つまり、得られた分離信号ベクトルｙ（＾）は、源信号推定値ｓ_１（＾）およびｓ_２（＾）を要素として持つが、それが、下式（５）または（６）であるのか分からないことを意味する。

以上が、ＩＣＡの不確定性に関する説明である。

上記の性質より、ＩＣＡにより時系列に時々刻々と得られる観測ベクトルを、ある時間長毎（ブロック毎）に分割して分離処理すると、分離信号間の対応付けに不確定性が残るという性質がある。不確定性のある信号をそのまま連接してしまうと、正しく源信号を復元できない。このため、何らかの方法で対応付けを決定する必要がある。

上記問題に対し、対応付けを決定するための従来技術がある（例えば、非特許文献１参照）。図１６は、分離信号間の対応付けを行う従来の信号分離装置のブロック図である。また、図１７は、従来の信号分離装置による処理の概要を説明する図である。この従来の方法は、ＩＣＡ出力として得られる混合行列推定値Ａ（＾）の列ベクトルＡ_ｊ（＾）のブロック間での類似性により、対応付けを決定するものである。

今、信号分離装置１０は、第ｐ−１ブロック（前ブロックに相当）までの一連の処理を終了し、第ｐブロック（現ブロックに相当）の処理を始めるとする。この従来の方法は、まず、時系列に時々刻々と受信される混信信号を、ブロック分割部２０で、ある時間長をもつブロック毎に区切り、独立成分分析部３０に出力する。ここで、第ｐ番目の観測信号ベクトルをｘ^（ｐ）と呼ぶ。独立成分分析部３０は、観測信号ベクトルｘ^（ｐ）に対して分離処理を行う。

その結果、分離信号ｙ^（ｐ）と混合行列推定値Ａ（＾）^（ｐ）が得られる。次に、上式（４）で説明したように、混合行列推定値Ａ（＾）^（ｐ）の列ベクトルＡ_ｊ（＾）^（ｐ）（ｊ＝１、・・・、Ｊ）の順番は、分離信号ｓ_ｊ（＾）^（ｐ）の順番と対応しているため、列ベクトルＡ_ｊ（＾）^（ｐ）の類似性により、ブロック間の分離信号の対応付けを決定する。

ただし、ここでは、規格化列ベクトル計算部５０により混合行列推定値Ａ（＾）^（ｐ）の各列ベクトルＡ_ｊ（＾）^（ｐ）を規格化した規格化列ベクトルＤ_ｊ ^（ｐ）を用いる（詳細は、非特許文献１を参照願いたい）。類似性の判定には、規格化列ベクトルＤ_ｊ ^（ｐ）やそれから得られる位相値などの各種情報を追尾フィルタ入力ベクトルとして、追尾処理部６０による追尾処理を用いる。より具体的には、相関処理により、すでに対応付けが決まっている第１ブロックから第ｐ−１ブロックまでの規格化列ベクトル｛Ｄ_ｊ ^（１）、・・・、Ｄ_ｊ ^{（ｐ−１）}｝と第ｐブロックの規格化列ベクトルＤ_ｊ ^（ｐ）間の類似性の判定を行う。

図１８は、従来の追尾処理部に含まれる相関処理部７０のブロック図であり、相関処理部についてだけ簡単に触れる（なお、追尾処理部の詳細については、非特許文献１を参照願いたい）。例えば、ＧＮＮ（Global Nearest Neighbor）追尾フィルタを用いる場合、相関処理部７０では、まず、残差２次形式計算部７１で、下式（７）に示すような残差２次形式を計算する。

ここで、ｊ１は、追尾航跡の番号、ｊ２は、追尾フィルタ入力ベクトルの番号、ｚ_ｊ１（−）^（ｐ）は、航跡予測ベクトル（ここで、表記（−）は、かっこの前の文字の上部に−が付された予測値を意味する）、ｚ_ｊ２ ^（ｐ）は、追尾フィルタ入力ベクトル、ｄ_{ｉ１＿ｉ２}は、残差２次形式（ｓ_ｊ１ ^（ｐ）によって規格化された、航跡と追尾フィルタ入力ベクトルの距離）、ｄは、ゲート半径（残差２次形式閾値）、ｓ_ｊ１ ^（ｐ）は、残差共分散行列である。

次に、残差２次形式閾値判定部７２および残差２次形式に基づく最適組合せ計算部７３で、下式（８）のように、相関処理式に基づく対応判定を行う。

上式（８）は、各航跡に対し、重複せずに１つの追尾フィルタ入力ベクトルが対応しながら、かつ、残差２次形式の和が最小となるような最適対応付けを選ぶという意味である。この判定結果が第１ブロックから第ｐ−１ブロックまでの規格化列ベクトルと第ｐブロックの規格化列ベクトルの対応付け判定結果となる。

なお、ここで、ｄは、残差２次形式に対する閾値であり、上限の閾値を課すことにより、距離がある長さより短い、すなわち、対応可能性の高い追尾フィルタ入力ベクトルのみに対し相関を考慮することを意味する。なお、この値を無限大にしておくと、閾値判定で失格となる場合がないので、もれなく相関を成立させることができる。

最後に、ｙ_ｊ（＾）^（１）からｙ_ｊ（＾）^{（ｐ−１）}までを対応付けおよび連接完了した分離信号ｓ_ｊ（＾）と、分離信号ｙ_ｊ（＾）^（ｐ）との間で、規格化列ベクトルの相関結果に対応した連接を行い、出力する。図１９は、従来の連接処理部４０のブロック図である。連接するに当たっては、まず、未知係数除去部４１により、上式（３）で説明した未知係数α_ｊ ^（ｐ）を除去する必要がある。これを除去しないまま連接すると、ブロック毎に異なるα_ｊ ^（ｐ）でスケールされた分離信号を連接することになり、正しく連接されない。今、ＩＣＡの出力結果が正しく分離できているとする。すなわち、下式（９）、（１０）が成立するとする。

すると、混合行列推定値Ａ（＾）の任意の行ｉ’を選択し、対応する要素と分離信号を乗算することにより、下式（１１）のように、不確定性α_ｊ ^（ｐ）をキャンセルできる。

上式（１１）のように、未知係数除去部４１で、Ａ_ｉ’ｉ（＾）^（ｐ）でスケーリングされた分離信号Ａ_ｉ’ｊ（＾）^（ｐ）ｙ_ｊ（＾）^（ｐ）を新たにｙ_ｊ（＾）^（ｐ）と置き換えて使用する。そして、結合部４２でｙ_ｊ（＾）^（１）からｙ_ｊ（＾）^{（ｐ−１）}までを対応付けおよび連接完了した分離信号ｓ_ｊ（＾）と対応する第ｐブロックの分離信号ｙ_ｊ（＾）^（ｐ）を連結する。

以上の処理を、逐次入力される観測信号に対して繰り返すことにより、分離信号の対応付けを逐次的に行い、連接結果ｓ_ｊ（＾）を逐次的に出力する。

「独立成分分析の混合行列による分離信号ＩＤ推定法」、２００６年電子情報通信学会全国大会、Ａ−４−２２、２００６年３月

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
上記のように、従来技術では、混合行列推定値の（規格化された）列ベクトルの追尾処理により、分離信号の対応付けを決定する。しかしながら、低Ｓ／Ｎなどの、劣悪な電波環境では、ＩＣＡの分離性能の劣化により、混合行列推定値がブロック間でばらついてしまう。すなわち、列ベクトルのブロック間でのばらつきが大きいため、ブロック間の列ベクトルの値が著しく異なってしまい、相関間違いや相関が成立しない確率が高くなる。その結果、対応付け方式の正解率が低くなるという問題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、分離信号の対応付けの正解率を改善することのできる信号分離装置を得ることを目的とする。

本発明に係る信号分離装置は、複数の源信号が混信した信号を複数の受信センサを介して複数の時系列観測信号として受信し、複数の時系列観測信号のそれぞれをある時間長を有するブロックごとに分割するブロック分割部と、ブロック分割部で分割された複数の観測信号に独立成分分析を適用して分離処理を行うことにより複数の分離信号および混合行列推定値を抽出する独立成分分析部と、独立成分分析部による抽出結果に基づいて、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行う相関処理部と、相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接し、複数の源信号に相当する連接信号を生成する連接処理部とを備えた信号分離装置において、ブロック分割部は、時系列の観測信号をブロックごとに分割する際に、前後のブロックを時間的に一部重複させて分割するものである。

本発明によれば、ブロックを一部重複させることにより列ベクトルのブロック間でのばらつきを低減し、さらに、ブロック間で、分離信号の重複箇所の相関係数値を、追尾相関処理と併用することで相関判定正解率を向上させることができ、対応付けの正解率を改善することのできる信号分離装置を得ることができる。

以下、本発明の信号分離装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
本発明の信号分離装置における課題解決の方法の主なポイントは、大きく分けて、以下の３点である。
１）処理ブロックを重複させる点
２）重複箇所の分離信号間の相関係数値を、追尾相関処理と併用する点
３）重複箇所を考慮した連接処理を行う点
以下、これらのポイントのそれぞれについて、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における信号分離装置のブロック図である。従来技術に対応した先の図１６の信号処理装置と比較すると、図１の信号処理装置は、ブロック分割部２０の代わりに重複ブロック分割部２０ａを用いているとともに、相関処理部７０ａの働きが異なっている。

また、図２は、本発明の実施の形態１における信号分離装置の処理の概要を説明する図である。今、信号分離装置１０は、第ｐ−１ブロックまでの対応付けと分離信号連接を終了し、第ｐブロックの処理を始めるとする。重複ブロック分割部２０ａは、時々刻々と受信される信号から、第ｐ−１ブロックまでの分離結果ｓ_ｊ（＾）と時間的に一部重複させて、第ｐブロックの観測信号を取得する（図２参照）。

第ｐブロックの観測信号ｘ^（ｐ）は、Ｋ_ａ ^（ｐ）≦ｋ＜Ｋ_ｂ ^（ｐ）の時間ｋをとるとする。このとき、第ｐブロック長は、Ｎ^（ｐ）＝Ｋ_ｂ ^（ｐ）−Ｋ_ａ ^（ｐ）、重複幅は、Ｗ^（ｐ）＝Ｋ_ｂ ^{（ｐ−１）}−Ｋ_ａ ^（ｐ）となる。ここで、重複幅、ブロック長は、ブロック毎に任意値に設定・変更することができるが、重複するためには、Ｋ_ｂ ^{（ｐ−１）}≧Ｋ_ａ ^（ｐ）の条件が必要である。なお、第ｐ−１だけに限らず、それ以前の時刻に遡って重複させてもよい。

次に、独立成分分析部３０は、重複ブロック分割部２０ａで取得した観測信号ブロックの分離処理を行い、混合行列推定値Ａ（＾）^（ｐ）と分離信号ｙ（＾）^（ｐ）を得る。そして、従来技術で説明したように、後段の相関処理を用いて、列ベクトルのブロック間の類似性により対応付けを行うことにより、ブロック間の分離信号の対応付けを行う。

ここで、独立成分分析部３０は、確率統計処理により信号を分離するので、第ｐブロックを第ｐ−１ブロックと重複させる程、ブロック間で観測信号に共通部分が存在する。このため、確率統計処理の結果が似通ったものとなり、その結果、混合行列推定値のばらつきを小さく抑えることができる（極端な場合、重複が１００％であれば、第ｐ−１ブロックと第ｐブロックは、同一観測信号を扱うことになるため、同一の混合行列推定値が得られる。すなわち、ばらつきが生じない）。

ただし、無駄に重複させすぎても、時間方向への処理が進まないので、追尾が可能な程度にばらつきを小さくしながらも、重複度Ｗ^（ｐ）は、小さくなるよう、電波環境に応じて適切な重複度Ｗ^（ｐ）を設定すればよい。

本発明は、相関係数による相関処理と追尾相関処理とを併用することを第２のポイントとしている。しかしながら、相関係数による相関処理のみで分離信号を対応付けることも可能であり、この方法を簡単に説明する。図３は、本発明の実施の形態１における信号分離装置のブロック図である。この図３に示した信号分離装置１０の場合には、追尾処理を用いず、相関係数のみを判定基準とする。

独立成分分析部３０は、重複ブロック分割部２０ａで得られた第ｐ観測信号ベクトルを分離処理する。そこで、相関処理部７０ｂは、第ｐブロック分離信号とそれまでに処理済の分離信号の重複部での相関係数を計算する。

さらに、相関処理部７０ｂは、第ｐブロック分離信号とそれまでに処理済の分離信号の重複部での相関係数値が高い対応を決定する。そして、対応付けされたそれぞれの分離信号は、連接処理部４０により連接後、最終的な分離結果として出力される。

次に、相関処理部７０ｂをより詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態１における相関処理部７０ｂのブロック図である。相関係数計算部７４は、次式（１２）により、時間が重複する箇所で、相関係数を総当りで計算する。

ここで、ｊ１は、第ｐ−１ブロックまで処理が終了している信号の番号であり、ｓ_ｊ１（＾）（ｋ）は、その分離信号結果である。また、ｊ２は、第ｐブロックの分離信号の番号であり、ｙ_ｊ２（＾）^（ｐ）（ｋ）は、第ｐブロックの分離信号であり、ｃｏｒｒは、相関係数演算子である。相関係数が高いほど、分離信号間の類似性が高いので、対応する可能性が高い。そこで、下式（１３）に従って、それぞれの相関係数の値に基づき、相関係数の和が最大となるような組み合わせを決定すればよい（相関係数閾値判定部７５および相関係数値に基づく最適組み合わせ計算部７６）。

ここで、Ｃは、相関係数に対する閾値であり、相関係数に下限の制約を課すことにより、対応可能性がある程度高い分離信号のみに対し相関を決定することを意味する。なお、この値を０にしておくと、閾値判定で失格となる対応が無いので、もれなく相関を成立させることができる。

次に、先の図１に戻って、相関係数値を、追尾相関処理に併用する方法について説明する。図５は、本発明の実施の形態１における相関処理部７０ａのブロック図である。この図５に示すように、先の図１８の追尾相関処理結果である組合せ決定結果１と、図４の相関係数相関処理結果である組合せ決定結果２の両方から、最終組合せ判定部７７を用いて最終判断をし、最終的な組合せを決定する。

最後に、図１に示した連接処理部４０について説明する。ここでのポイントは、従来技術である先の図１９と異なり、重複部で、第ｐ−１ブロックまでの分離信号ｓ_ｊ（＾）と第ｐブロックの信号ｙ_ｊ（＾）^（ｐ）が存在するため、どちらかを選択する処理が必要となる。

図６は、本発明の実施の形態１の連接処理部４０において、重複部分でｓ_ｊ（＾）を選択する方法の説明図である。また、図７は、本発明の実施の形態１における連接処理部４０のブロック図である。図６、図７に示すように、分離信号の重複部分でｓ_ｊ（＾）を選択する場合、下式（１４）のように対応付けの決定した信号ペアに対し、信号を連接する。

もちろん、その逆、すなわち、重複部分でｙ_ｊ（＾）^（ｐ）を選択することも考えられる。方法は明らかなので、説明は省略する。

以上のように、実施の形態１によれば、処理ブロックを重複させることにより、処理ブロック間の規格化列ベクトルのばらつきが減少するため、追尾が容易になり、分離信号の対応付け正解率が向上する。さらに、重複箇所の分離信号間の相関係数値を、対応付け判定に併用することで、情報量の増大に伴って相関精度が向上することとなり、対応付け正解率が向上する。

なお、上述したように、重複箇所の分離信号間の相関係数値を、追尾相関処理と併用することは必ずしも必要ない。重複箇所の分離信号間の相関係数値だけを用いて対応付けの正解率を向上させることも可能である。

実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１で説明した図１、図５の相関処理部７０ａとは異なる新たな形態を有する相関処理部７０ｃについて説明する。この相関処理部７０ｃでは、相関係数値と残差２次形式を重み付けした値により、最適化組合せを決定する方法を説明する。

図８は、本発明の実施の形態２における相関処理部７０ｃのブロック図である。図８に示す重み付け閾値判定部７８および重み付け最適組合せ計算部７９は、次式（１５）の重み付け最適化問題により相関を決定する。

ここで、αは、０から１の値をもつ重み付け係数であり、ｈは、残差２次形式と相関係数の逆数の値を同じレベルに調整するスケーリング係数である。

以上のように、実施の形態２によれば、相関係数値と残差２次形式を同じスケーリングに基づいて重み付けし、重み付け最適化問題により相関を決定し、分離信号の組合せ決定結果を得ることができる。このような方法によっても、重複箇所の分離信号間の相関係数値を、追尾相関処理と併用することができ、対応付け正解率の向上を図ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態１で説明した図１、図５の相関処理部７０ａ、あるいは先の実施の形態２で説明した図８の相関処理部７０ｃとは異なる新たな形態を有する相関処理部７０ｄについて説明する。この相関処理部７０ｄでは、追尾の相関処理の後、相関の成立しなかったものに対し、再度、相関係数による対応付けを行う方法を説明する。

図９は、本発明の実施の形態３における相関処理部７０ｄのブロック図である。図９に示す相関処理部７０ｄは、まず、追尾相関処理を行う。次に、相関の成立した航跡と追尾フィルタ入力ベクトルの番号の集合をΦとすると、次式（１６）により、集合Φに含まれない残りの信号に対し、相関係数に基づく相関処理を行う。

以上のように、実施の形態３によれば、残差２次形式による追尾相関処理を優先して行い、相関が正しく求められなかった残りの信号に対して相関係数に基づく相関処理を行っている。このような方法によっても、重複箇所の分離信号間の相関係数値を、追尾相関処理と併用することができ、演算処理量を削減した上で、対応付け正解率の向上を図ることができる。

なお、その逆も同様である。すなわち、相関係数に基づく相関処理で相関の取れなかった残りの入力値に対して、追尾相関処理を行って、対応付けを決定しても良い。方法は明らかであるので説明を省略する。

実施の形態４．
本実施の形態４では、さらに、新たな形態を有する相関処理部７０ｅについて説明する。この相関処理部７０ｅでは、２つの閾値判定基準を同時に使用する方法を説明する。

図１０は、本発明の実施の形態４における相関処理部７０ｅのブロック図である。図１０に示す相関処理部７０ｅは、残差２次形式と相関係数の両方の閾値を超えた入力値だけに対して、残差２次形式に基づく対応付け処理を実施している。例えば、両閾値判定部７２ａを用い、両方の閾値を満たすものの中で、残差２次形式の和が最小になるような組み合わせを見つける場合、次式（１７）となる。

こうすると、ｄ_{ｊ１＿ｊ２}およびＣ_{ｊ１＿ｊ２}の両条件を満たすことになるので、より確実な信号だけ残差２次形式に基づく対応付けが成立する。そして、上式（１７）で相関が取れた信号の番号の集合をΦとすると、相関が成立しなかったために集合Φに含まれない残りの入力値に対しては、次式（１８）で、相関係数に基づく対応づけを行えばよい。

以上のように、実施の形態４によれば、残差２次形式による追尾相関処理と相関係数に基づく相関処理とを行った上で、両方の閾値条件を満たすものについては残差２次形式による対応付けを行い、閾値条件を両方ともは満たすことのできなかった残りの信号に対しては相関係数に基づく相関処理を行うことができる。このような方法によっても、重複箇所の分離信号間の相関係数値を、追尾相関処理と併用することができ、確実な信号に対して残差２次形式に基づく対応付けを行うことが可能となり、対応付け正解率の向上を図ることができる。

なお、上記の追尾相関処理と相関係数相関処理を入れえても良い。すなわち、両方の閾値条件を満たすものについては相関係数に基づく相関処理による対応付けを行い、閾値条件を両方ともは満たすことのできなかった残りの信号に対しては残差２次形式に基づく相関処理を行うことができる。方法は明らかなので説明は省略する。

また、一方の条件のみを満たすものに対して組合せを見つける方法も考えられる。上式（１７）のａｎｄ処理がｏｒ処理となるだけであるので、詳細は省略する。

実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態１の図７の構成とは異なる新たな形態を有する連接処理部４０ａについて説明する。まず、従来方法と同様に、未知係数除去部４１により、上式（３）を用いて説明した未知係数α_ｊ ^（ｐ）を除去する。次に、対応する信号を連結するには、信号重複部に何らかの処理を行う必要がある。先の実施の形態１では、第ｐ−１ブロックまでの分離信号、または第ｐブロックの分離信号のいずれか一方を選択する場合について説明した。これに対して、本実施の形態５では、重複部分の信号の平均をとる方法を説明する。

図１１は、本発明の実施の形態５の連接処理部４０ａにおいて、重複部分で平均化する方法の説明図である。また、図１２は、本発明の実施の形態５における連接処理部４０ａのブロック図である。図１１、図１２のように、重複部の平均をとる場合、重複部分平均信号計算部４３は、下式（１９）のように、対応付けの決定した信号ペアを用い、重複部にそれらの平均値を使用することにより、連接後の最終的な分離信号ｓ_ｊ（＾）を得る。

以上のように、実施の形態５によれば、重複部分の信号として、第ｐ−１ブロックまでの分離信号と第ｐブロックの分離信号との平均値を使用することができる。これにより、重複部分の信号として、過去の第ｐ−１ブロックまでの値と現在の第ｐブロックの値の両方を加味することができる。

実施の形態６．
本実施の形態６では、先の実施の形態５で説明した図１１、図１２の連接処理部４０ａとは異なる新たな形態を有する連接処理部４０ｂについて説明する。まず、従来方法と同様に、未知係数除去部４１により、上式（３）を用いて説明した未知係数α_ｊ ^（ｐ）を除去する。次に、対応する信号を連結するには、信号重複部に何らかの処理を行う必要がある。

先の実施の形態１では、第ｐ−１ブロックまでの分離信号、または第ｐブロックの分離信号のいずれか一方を選択する場合について説明した。また、先の実施の形態５では、重複部分の信号の平均をとる場合について説明した。これに対して、本実施の形態６では、重複部分の信号の重み付け和をとる方法を説明する。

図１３は、本発明の実施の形態６の連接処理部４０ｂにおいて、重複部分で重み付け和をとる方法の説明図である。また、図１４は、本発明の実施の形態６における連接処理部４０ｂのブロック図である。重複部分重み付け和信号計算部４４は、重複部分の１サンプル目では、第ｐ−１ブロックまでの分離信号の重みが０で、第ｐブロックの分離信号の重みが１、中央では、それぞれ１／２、最終サンプル目では、第ｐブロックまでの分離信号の重みが１で、第ｐブロックの分離信号の重みが０となるよう、サンプル時間に応じて徐々に重みを変化させながら重み付け和の信号を計算する。

重複部の重み付け和をとる場合、重複部分重み付け和信号計算部４４は、下式（２０）のように、対応付けの決定した信号ペアを用い、重複部にそれらの重み付け和の値を使用することにより、連接後の最終的な分離信号ｓ_ｊ（＾）を得る。

上式（２０）の重複部分（Ｋ_ａ ^（ｐ）≦ｋ＜Ｋ_ｂ ^{（ｐ−１）}）ように、ｋ＝Ｋ_ａ ^（ｐ）−１ではβ＝１となるため、ｓ_ｊ（＾）（ｋ）＝ｓ_ｊ（＾）（ｋ）となり、ｋ＝Ｋ_ｂ ^{（ｐ−１）}ではβ＝０となるため、ｓ_ｊ（＾）（ｋ）＝ｙ_ｊ（＾）^（ｐ）（ｋ）となり、その間のｋでは、βで重み付けされた信号の和を用いる。

以上のように、実施の形態６によれば、重複部分の信号として、第ｐ−１ブロックまでの分離信号と第ｐブロックの分離信号との重み付け和の値を使用することができる。これにより、重複部分の信号として、過去の第ｐ−１ブロックまでの値と現在の第ｐブロックの値の両方を加味することができる。

本発明の実施の形態１における信号分離装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における信号分離装置の処理の概要を説明する図である。 本発明の実施の形態１における信号分離装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における相関処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態１における相関処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態１の連接処理部において、重複部分でのｓ_ｊ（＾）を選択する方法の説明図である。 本発明の実施の形態１における連接処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態２における相関処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態３における相関処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態４における相関処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態５の連接処理部において、重複部分で平均化する方法の説明図である。 本発明の実施の形態５における連接処理部のブロック図である。 本発明の実施の形態６の連接処理部において、重複部分で重み付け和をとる方法の説明図である。 本発明の実施の形態６における連接処理部のブロック図である。 ＩＣＡ処理の概念図である。 分離信号間の対応付けを行う従来の信号分離装置のブロック図である。 従来の信号分離装置による処理の概要を説明する図である。 従来の追尾処理部に含まれる相関処理部のブロック図である。 従来の連接処理部のブロック図である。

符号の説明

１０ 信号分離装置、２０ ブロック分割部、２０ａ 重複ブロック分割部（ブロック分割部）、３０ 独立成分分析部、４０、４０ａ、４０ｂ 連接処理部、４１ 未知係数除去部、４２ 結合部、４３ 重複部分平均信号計算部、４４ 重複部分重み付け和信号計算部、５０ 規格化列ベクトル計算部、６０ 追尾処理部、７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ 相関処理部、７１ ２次形式計算部、７２ ２次形式閾値判定部、７２ａ 両閾値判定部、７３ 残差２次形式に基づく最適組合せ計算部、７４ 相関係数計算部、７５ 相関係数閾値判定部、７６ 相関計数値に基づく最適組合せ計算部、７７ 最終組合せ判定部、７８ 重み付け閾値判定部、７９ 重み付け最適組合せ計算部。

Claims (16)

1. 複数の源信号が混信した信号を複数の受信センサを介して複数の時系列観測信号として受信し、前記複数の時系列観測信号のそれぞれをある時間長を有するブロックごとに分割するブロック分割部と、
   前記ブロック分割部で分割された複数の観測信号に独立成分分析を適用して分離処理を行うことにより複数の分離信号および混合行列推定値を抽出する独立成分分析部と、
   前記独立成分分析部による抽出結果に基づいて、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行う相関処理部と、
   前記相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接し、前記複数の源信号に相当する連接信号を生成する連接処理部と
   を備えた信号分離装置において、
   前記ブロック分割部は、前記時系列の観測信号をブロックごとに分割する際に、前後のブロックを時間的に一部重複させて分割することを特徴とする信号分離装置。
2. 請求項１に記載の信号分離装置において、
   前記ブロック分割部は、前記時系列の観測信号をブロックごとに分割する際に、分割されるそれぞれのブロックの重複幅およびブロック長を任意に設定・変更可能であることを特徴とする信号分離装置。
3. 請求項１または２に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前記前ブロックから抽出された複数の分離信号との重複部分における相関処理を行い、前記重複部分における相関処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行うことを特徴とする信号分離装置。
4. 請求項３に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果および前記重複部分における相関処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行うことを特徴とする信号分離装置。
5. 請求項４に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行うに当たって、前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により対応付けを行った第１の組合せ決定結果と、前記重複部分における相関処理結果により対応付けを行った第２の組合せ決定結果とを求め、前記第１の組合せ決定結果および前記第２の組合せ決定結果に基づいて最終的な対応付けを決定することを特徴とする信号分離装置。
6. 請求項４に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果および前記重複部分における相関処理結果のそれぞれを重み付けして加算し、重み付け最適化問題により相関を決定し、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行うことを特徴とする信号分離装置。
7. 請求項４に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、前記追尾処理結果により対応付けが成立しなかった分離信号に関しては、前記重複部分における相関処理結果により対応付けを行うことを特徴とする信号分離装置。
8. 請求項４に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記重複部分における相関処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、前記相関処理結果により対応付けが成立しなかった分離信号に関しては、前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により対応付けを行うことを特徴とする信号分離装置。
9. 請求項４に記載の信号分離装置において、
   前記相関処理部は、前記重複部分における相関処理結果および前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、残差２次形式閾値判定と相関係数閾値判定の両方を満たすものに対し、追尾相関処理により対応付けを決定することを特徴とする信号分離装置。
10. 請求項４に記載の信号分離装置において、
    前記相関処理部は、前記重複部分における相関処理結果および前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、残差２次形式閾値判定と相関係数閾値判定の両方を満たすものに対し、相関係数相関処理により対応付けを決定することを特徴とする信号分離装置。
11. 請求項４に記載の信号分離装置において、
    前記相関処理部は、前記重複部分における相関処理結果および前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、残差２次形式閾値判定または相関係数閾値判定の少なくとも一方を満たすものに対し、追尾相関処理により対応付けを決定することを特徴とする信号分離装置。
12. 請求項４に記載の信号分離装置において、
    前記相関処理部は、前記重複部分における相関処理結果および前記混合行列推定値に基づく追尾処理結果により、現ブロックから抽出された複数の分離信号と、前ブロックから抽出された複数の分離信号との対応付けを行い、残差２次形式閾値判定または相関係数閾値判定の少なくとも一方を満たすものに対し、相関係数相関処理により対応付けを決定することを特徴とする信号分離装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の信号分離装置において、
    前記連接処理部は、前記相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接する際に、重複部分の信号として、前ブロックの分離信号を採用することを特徴とする信号分離装置。
14. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の信号分離装置において、
    前記連接処理部は、前記相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接する際に、重複部分の信号として、現ブロックの分離信号を採用することを特徴とする信号分離装置。
15. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の信号分離装置において、
    前記連接処理部は、前記相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接する際に、重複部分の信号として、前ブロックの分離信号と現ブロックの分離信号との平均値を採用することを特徴とする信号分離装置。
16. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の信号分離装置において、
    前記連接処理部は、前記相関係数部により対応付けられたそれぞれの分離信号を連接する際に、重複部分の信号として、前ブロックの分離信号と現ブロックの分離信号との重み付け和の値を採用することを特徴とする信号分離装置。

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