JP2009509362A - 複数の音源によって放射される信号から音響信号を抽出するためのシステムおよび方法。 - Google Patents
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Abstract
Description
音源S1、S2、...、SNを追跡する最初のステップは、部屋1内に存在する複数の音源S1、S2、...、SNを定位することである(ステップ22、ステップ24)。定位された後、音源S1、S2、...、SNは、時間的に追跡されてもよい。受信器2のアレイ上に記録されたデータが、入射する音場の発生源(音源)を定位するのに使用される。この技術は、「後方音場補外法(inverse wave field extrapolation)」として知られている。
地震学の分野における音場補外法が、A.J.Berkhout,Applied Seismic Wave Theory(Elsevier,Amsterdam 1987)に説明されている。簡単に説明すれば、この技術は、レイリー二重積分、
図5(a)および図5(b)は、音場補外法および音源定位の例を示している。すべての仮想受信器2の場所に対する「後方音場補外法」のすべてのデータを組み合わせることは、3次元データ行列を提供し、空間的なデータ(2次元)および時間的なデータ(1次元)を提供する。物理的な音場補外は、アレイをz方向に沿って移動させると理解することができ、図3を参照されたい。音源アレイが、音源と同一空間に存在すれば、信号は、ゼロ時間において、すなわち、図5(a)の第3のフレームにおいて、記録される。従来の音像技術は、音場補外の後にゼロ時間サンプルを選択する。しかしながら、音声信号は、通常、パルス状の信号ではなく連続的な信号である。この場合、音源位置を検出するための音場補外の後にエネルギーを計算することがより望ましい。
音源の公知の場所によって、音源信号の第1の推定値が、音源−受信器の組み合わせごとに重み付けおよび遅延時間を適用した後に信号を加算することによって得られ、この技術は、遅延および加算として知られている。遅延加算技術によって、直接波は、図7に示されるように、すべての受信器信号に対して強め合うように加算される。図7は、本発明の実施形態による遅延加算技術を示している。図8は、本発明の実施形態に基づいて使用された遅延加算技術の例を示している。実際には、音源S1、S2、...、SNを取り囲む環境1によって定義される密閉空間は、(複数の)反射をもたらし、図9からわかるように、焦点を合わせた後の結果を劣化させる。図9は、従来の技術に使用される遅延加算技術の例を示している。より詳細には、図9は、望ましくない信号の大きなリークのある遅延加算方法の例を示している。図9からわかるように、右側の結果の重ね合わせは、望ましくない信号のリークをもたらす。図8と図9との比較により、従来の遅延加算技術は、リークを発生させる複数の反射のために、あまり良好に動作することはないことを現に示している。密閉空間における3つ同時に存在する音声源の図9に示される例においては、望ましくない信号の最大抑圧は、14dBである。
式(2)を用いて、また、推定された(焦点の合った)音源信号を用いて、インパルス応答Wを推定することができる。一実施形態においては、インパルス応答は、直接波に対して推定されてもよい。別の実施形態においては、インパルス応答は、部屋のグリーン関数に対して推定されてもよい。これは、音源−受信器の組み合わせごとになされてもよい。インパルス応答がグリーン関数である実施形態においては、インパルス応答Wは、受信器信号Pに推定された音源信号Sをデコンボリューションすることによって推定される。デコンボリューションの後、パルス状の信号が、得られる。この結果が、空間−時間領域において図10に示される。より詳細には、図10は、本発明の実施形態による密閉環境内における音源のインパルス応答を示している。
焦点を合わせた結果を劣化させる反射のエネルギーを音源信号の推定に含めると、結果をさらに改善することができる。
Claims (33)
- ある環境において複数の音源によってそれぞれ放射される複数の音源信号から1つ以上の音響信号を抽出するためのシステムであって、
前記システムは、前記1つ以上の音響信号を前記環境から受信し、かつ、前記信号を信号処理部へ送信するための複数のマイクロホン受信器を備え、
前記信号処理部は、前記複数の受信器によって受信された前記データを用いて前記複数の音源信号を推定するように構成され、
前記信号処理部は、さらに、前記環境の伝搬演算子を推定するために、前記推定された音源信号を用いて、前記複数の受信器によって受信された前記データに演算を施すように構成され、
前記複数の受信器によって受信された前記データは、複数のチャンネルを有する出力を提供するために、前記環境のインパルス応答の推定に入力され、
前記チャンネルの中の1つまたは複数が、それぞれ、前記複数の音源のうち1つからの前記1つ以上の音響信号に対応する、システム。 - 前記伝搬演算子が、直接波として表現される、請求項1に記載のシステム。
- 前記伝搬演算子が、インパルス応答として表現される、請求項1に記載のシステム。
- 前記演算が、前記受信器のアレイによって受信された前記データを前記推定された音源信号とデコンボリューションすることである、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ以上の音響信号が、同時に抽出される、請求項1から4のいずれかに記載のシステム。
- 前記信号処理装置が、前記複数の音源の中の少なくとも1つの複数の音源位置を複数の時間間隔のそれぞれにおいて探索するように構成され、前記システムが、それぞれの時間間隔における前記複数の音源位置を記憶するためのメモリをさらに備える、請求項1から5のいずれかに記載のシステム。
- 前記信号処理装置が、1つ以上の移動する音源を複数の時間間隔の中の1つにおいておよび部分的に重なり合った時間間隔において反復して探索することによって、前記1つ以上の移動する音源を追跡するように構成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記記憶された位置データが、特定の音源を追跡するのに使用され、どの音源が前記1つ以上の音響信号を空間のどの場所においてどの時間間隔中に放射しているかを示すために使用される、請求項6または7のいずれかに記載のシステム。
- 前記音源が、音像を形成するために、後方音場補外法を用いて探索される、請求項1から8のいずれかに記載のシステム。
- 前記信号処理装置が、前記音像内に存在する前記複数の音源を検出するように構成される、請求項9に記載のシステム。
- 前記後方音場補外法が、前記1つ以上の信号の周波数範囲のより高い端部における所定の範囲の周波数成分に対して実行される、請求項9または10のいずれかに記載のシステム。
- 前記後方音場補外法が、波数−周波数領域において実行される、請求項9から11のいずれかに記載のシステム。
- 前記信号処理装置が、複数の焦点のあった音源を得るために、前記複数の音源に焦点を合わせるように構成される、請求項1から12のいずれかに記載のシステム。
- 前記推定された音源信号が、前記複数の焦点のあった音源を使用することによって得られる、請求項13に記載のシステム。
- 前記1つ以上の音響信号が、前記アレイから受信された前記データを前記推定インパルス応答に入力することによって、かつ、前記複数の音源に対して最小二乗推定を実行することによって、抽出される、請求項1から14のいずれかに記載のシステム。
- 前記複数のチャンネルの中の少なくとも1つが、アプリケーションに入力される、請求項1から15のいずれかに記載のシステム。
- 前記アプリケーションが、音声認識システムおよび音声制御システムの中の少なくとも1つである、請求項16に記載のシステム。
- 前記複数の受信器が、受信器の1つ以上のアレイとして配置される、請求項1に記載のシステム。
- ある環境において複数の音源によってそれぞれ放射される複数の音源信号から1つ以上の音響信号を抽出する方法であって、
信号処理装置が、前記音源信号を前記信号処理装置へ送信する複数のマイクロホン受信器によって、前記1つ以上の音響信号を前記環境から受信するように構成され、
前記方法が、
前記複数の受信器によって受信された前記データを用いて、前記複数の音源信号を推定するステップと、
前記環境の伝搬演算子を推定するために、前記推定された音源信号を用いて前記複数の受信器によって受信された前記データに演算を施すステップと、
複数のチャンネルを有する出力を提供するために、前記複数の受信器によって受信された前記データを前記環境の前記伝搬演算子の前記推定に入力するステップと、を備え、
前記チャンネルの中の1つまたは複数が、それぞれ、前記複数の音源の中の1つからの前記1つ以上の音響信号に対応する、方法。 - 前記推定するステップが、前記伝搬演算子を直接波として推定する、請求項19に記載の方法。
- 前記推定するステップが、前記伝搬演算子を前記環境のインパルス応答として推定する、請求項19に記載の方法。
- 前記演算が、前記受信器のアレイによって受信された前記データを前記推定された音源信号とデコンボリューションすることである、請求項19から21のいずれかに記載の方法。
- 前記1つ以上の音響信号を同時に抽出するステップを含む、請求項19から22のいずれかに記載の方法。
- 前記複数の音源の中の少なくとも1つの複数の音源位置を複数の時間間隔のそれぞれにおいて探索するステップを含み、前記方法が、それぞれの時間間隔における前記複数の音源位置を記憶するステップをさらに備える、請求項19から23のいずれかに記載の方法。
- 1つ以上の移動する音源を複数の時間間隔の中の1つにおいておよび部分的に重なり合った時間間隔において反復して探索することによって、前記1つ以上の移動する音源を追跡するステップを含む、請求項24に記載の方法。
- 特定の音源を追跡するために前記記憶された位置データを使用し、かつ、どの音源が前記1つ以上の音響信号を空間のどの位置においてどの時間間隔中に放射しているかを示すステップを含む、請求項24または25のいずれかに記載の方法。
- 形成された音像内の前記音源を探索するステップが、後方音場補外法を使用する、請求項19から26のいずれかに記載の方法。
- 前記1つ以上の信号の周波数範囲のより高い端部における所定の範囲の周波数成分に対して前記後方音場補外法を実行する、請求項27に記載の方法。
- 波数−周波数領域において前記後方音場補外法を実行するステップを含む、請求項27または28のいずれかに記載の方法。
- 前記アレイから受信された前記データを前記推定インパルス応答に入力することによって、かつ、前記複数の音源に対して最小二乗推定を実行することによって、前記1つ以上の音響信号を抽出するステップを含む、請求項19から29のいずれかに記載の方法。
- 前記複数のチャンネルの中の少なくとも1つをアプリケーションに入力するステップを含む、請求項19から30のいずれかに記載の方法。
- 請求項19から31に記載の方法を実行することのできる手段を備える、ユーザ端末。
- コンピュータ上で実行されたときに請求項19から31に記載の方法を実行するようにコンピュータを制御するプログラムを記憶する、コンピュータ可読記憶媒体。
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