JP2012517613A - 複数マイクロフォンベースの方向性音フィルタ - Google Patents
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- H04R2430/20—Processing of the output signals of the acoustic transducers of an array for obtaining a desired directivity characteristic
Abstract
Description
以下の参照文献は、本発明の背景を理解する目的に適切と考えられるものである。
[1] C. Faller、「Multi-loudspeaker playback of stereo signals」、J. of the Aud、Eng. Soc、vol. 54、no. 11、1051〜1064頁、2006年11月
[2] Barry D. Van Veen、Kevin M. Buckley「Beam Forming, a Versatile approach to spatial filtering」、IEEE ASSP、1988年4月、4〜24頁
[3] Otis Lamont Frost「An algorithm for linearly constraint adaptive array processing」、Proc. Of IEEE、vol. 60、number 8、1972年
[4] Alexis Favrot、Christof Faller、「Perceptually Motivated Gain Filter Smoothing for Noise Suppression」Audio Engineering Society (AES) Convention Paper 7169 presented at the AES 123rd Convention、New York、NY、2007年10月5〜8日
Y1(k,i)=X1(k,i)-exp(-j×(I×Tao×Fs)/NFFT)×X2(k,i)
Y2(k,i)=X2(k,i)-exp(-j×(I×Tao×Fs)/NFFT)×X1(k,i)
ここで、NFFTはFFTサイズ、Taoは音が一方のマイクロフォンから他方のマイクロフォンまで進むのに必要な時間であり、Tao=dm/Vsで与えられ、ここでVsは空気中の音の速度、すなわち340m/sである。
Dy1(φ)=0.5+0.5cos(φ)
Dy2(φ)=0.5-0.5cos(φ)
である。
Y1(k,i)=H(i)×(X1(k,i)-exp(-j×(I×Tao×Fs)/NFFT)×X2(k,i))
Y2(k,i)=H(i)×(X2(k,i)-exp(-j×(I×Tao×Fs)/NFFT)×X1(k,i))
Y1(k,i)=S(k,i)+N1(k,i)
Y2(k,i)=a(k,i)S(k,i)+N2(k,i)
ここで、a(k,i)は、2つの信号の異なる指向性から生じる利得係数であり、S(k,i)は直接音であり、N1(k,i)およびN2(k,i)は拡散音を表す。
両方のカージオイド信号の拡散音のパワーは等しく、すなわちE{N1×N1 *}=E{N2×N2 *}=E{|N|2}である。
E{|Y1|2}=E{|S|2}+E{|N|2}
E{|Y2|2}=a2×E{|S|2}+E{N|2}
E{Y1Y2 *}=aE{|S|2}+Φdiff×E{|N|2}
-a(k,i)=Dy2(φ(k,i))/Dy1(φ(k,i))
a=(1-cos(φ))/(1+cos(φ))→φ(k,i)=cos-1((1-a(k,i))/(1+a(k,i)))
X1=XDIR+XDIFF
ここで、XDIRとXDIFFは直交すると想定され、これらのパワーはPDIRおよびPDIFFによって明示される。カージオイド(Y1,Y2)から得られる直接音成分PDIRおよび拡散音成分PDIFFは、無指向性マイクロフォン(無指向性を有する)で受け取られる直接音および拡散音のパワーに相当することを理解されたい。したがって、これらのパワーを用いて、フィルタリングされるべき信号X1中の直接音成分および拡散音成分を決定することができる。
W(k,i)=E{X(k,i)・Xl(k,i)}/E{X2(k,i)}=(w1 2(k,i)・PDIR(k,i)+w2 2(k,i)×PDIFF(k,i))/(PDIR(k,i)+PDIFF(k,i))
w1(k,i)=0.5×(1+cos(max(min(V(abs(φ(k,i))-φo),pi),-pi)))
W(k,i)= alpha×W(k,i)+(1-alpha)×W(k-1,i)
ここで、αは平滑化フィルタ係数であり、フィルタリングの時間領域アーチファクトを低減するように計算される。
100B 音信号がスペクトル領域で処理されるシステム
110 感知システム
120 ビーム形成モジュール
130 方向分析モジュール
140 フィルタ構築モジュール
150 フィルタ生成モジュール
160 フィルタリングモジュール
180A 帯域分割モジュール
180B スペクトル-時間変換モジュール
190 音源検出モジュール
200A 音フィルタリングシステム
200B 音フィルタリングシステム
300 フィルタ生成方法
320 第1の段階
330 第2の段階
340 第3の段階
Claims (22)
- 音響信号のフィルタリングに使用するシステムであって、
フィルタリングモジュールと、
方向分析モジュールおよびフィルタ構築モジュールを含むフィルタ生成モジュールと、
を備え、
前記フィルタ生成モジュールが、音響場に対応する少なくとも2つの入力信号を受信するように構成され、
前記方向分析モジュールが、前記少なくとも2つの受信した信号を分析する第1の処理を施して、分析される信号中の拡散音の量を示すデータを含む方向データを決定するように構成され、
前記フィルタ構築モジュールが、所望の出力指向性の既定パラメータ、および出力信号中の拡散音の必要とされる減衰の既定パラメータを示すデータを利用して前記方向データを分析するように、かつ前記フィルタリングモジュールの動作パラメータを示す出力データを生成するように構成され、
前記フィルタリングモジュールが、前記入力信号のうちの少なくとも1つに前記動作パラメータを利用する第2の処理を施すように、かつ前記所望の出力指向性と前記拡散音の必要とされる減衰とに対応する出力音響信号を生成するように構成されることを特徴とするシステム。 - 前記フィルタ生成モジュールは、前記少なくとも2つの入力信号にビーム形成を適用するように、かつ少なくとも2つの異なる指向性に対応する少なくとも2つの音響ビーム信号を得るように構成され動作可能なビーム形成モジュールをさらに備え、
前記方向分析モジュールは、前記第1の処理を前記少なくとも2つの音響ビーム信号に施して前記方向データを決定するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記ビーム形成モジュールは、遅延減算技法を利用することを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記ビーム形成モジュールは、前記音響ビーム信号に振幅補正フィルタを適用するように構成され動作可能であることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記方向データは、前記分析される信号の別々の部分における、直接の音響成分および拡散音響成分のパワーと、前記直接の音響成分が生じる方向とを示すことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記フィルタ生成モジュールは、前記分析される信号の少なくとも時間部分および周波数部分を示す前記分析される信号の別々の部分を処理するように構成され、
前記方向分析モジュールは、前記分析される信号の前記部分を分析して、前記分析される信号の前記部分の直接の音響成分および拡散音響成分のパワーを得るように、かつ前記直接の音響成分が生じる方向を得るように構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記分析される信号を周波数部分に分解するように構成された時間-スペクトル変換モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 前記時間-スペクトル変換モジュールは、前記分析される信号を時間フレームに分割するように構成されることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記フィルタ構築モジュールは、前記動作パラメータを示す前記データに時間平滑化を適用するように適合されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記フィルタリングモジュールは、前記動作パラメータを利用して前記少なくとも1つの入力信号にスペクトル修正を適用するように構成され動作可能であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 音響信号のフィルタリングに使用する方法であって、
所望の出力指向性の既定パラメータ、およびフィルタリングによって得られるべき出力信号の拡散音の必要とされる減衰の既定パラメータを示すデータを供給する段階と、
音響場に対応する少なくとも2つの異なる入力信号を受信する段階と、
前記少なくとも2つの受信した入力信号を分析する第1の処理を適用し、分析される信号中の拡散音の量を示すデータを含む方向データを得る段階と、
前記出力指向性の既定パラメータ、および前記出力信号の拡散音の必要とされる量の既定パラメータを示す前記データを利用して前記得られた方向データを分析し、前記入力信号のうちの1つをフィルタリングするための動作パラメータを生成する段階と、
前記動作パラメータを使用する第2の処理を適用し、前記出力指向性と前記出力信号中の拡散音の必要とされる減衰とに対応する出力音響信号を生成する段階とを含むことを特徴とする方法。 - 前記少なくとも2つの入力信号にビーム形成を適用して、少なくとも2つの異なる指向性に対応する少なくとも2つの音響ビーム信号を得る段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記ビーム形成を適用する前記段階は、前記音響ビーム信号に振幅補正フィルタを適用する段階を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記ビーム形成は、遅延減算技法を利用して行われることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記分析される信号を、少なくとも時間フレームおよび周波数帯域パラメータによって特徴付けられる別々の部分に分解する段階を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記方向データは、前記分析される信号の別々の部分の直接の音響成分および拡散音響成分のパワーと、前記直接の音響成分が生じる方向とを示すことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記第2の処理は、前記1つの信号の、前記動作パラメータを利用するスペクトル修正を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの入力信号を複数の周波数帯域に変換する段階を含み、
前記第1の処理は、複数の周波数帯域のそれぞれに施され、処理されたサブ帯域信号を生成し、
出力信号を生成する前記第2の処理は、前記処理されたサブ帯域信号を時間領域の単一の信号に変換することを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記周波数帯域は、離散フーリエ変換を適用することによって得られ、
前記第1および第2の処理は、フーリエ領域で施されることを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 前記動作パラメータは、適時に平滑化されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 機械によって読み取り可能なプログラム記憶デバイスであって、
音響信号のフィルタリングに使用する方法の諸段階を実施する前記機械によって実行可能な命令のプログラムを明確に具体化し、前記方法が、
所望の出力指向性の既定パラメータ、およびフィルタリングによって得られるべき出力信号の拡散音の必要とされる減衰の既定パラメータを示すデータを供給する段階と、
音響場に対応する少なくとも2つの異なる入力信号を受信する段階と、
前記少なくとも2つの受信した入力信号を分析する第1の処理を施して、分析される信号中の拡散音の量を示すデータを含む方向データを得る段階と、
前記出力指向性の既定パラメータ、および前記出力信号の拡散音の必要とされる量の既定パラメータを示す前記データを利用して前記得られた方向データを分析し、前記入力信号のうちの1つをフィルタリングするための動作パラメータを生成する段階と、
前記動作パラメータを使用する第2の処理を施して、前記出力指向性と前記出力信号中の拡散音の必要とされる減衰とに対応する出力音響信号を生成する段階と、
を含むことを特徴とするプログラム記憶デバイス。 - 音響信号のフィルタリングに使用するためのコンピュータ可読プログラムコードが中に具体化されているコンピュータ使用可能媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、
所望の出力指向性の既定パラメータ、および前記フィルタリングによって得られるべき前記出力信号の拡散音の必要とされる減衰の既定パラメータを示すデータを前記コンピュータに供給させるコンピュータ可読プログラムコードと、
音響場に対応する少なくとも2つの異なる入力信号を前記コンピュータに受け取らせるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記少なくとも2つの受信した信号を分析する第1の処理を前記コンピュータに施させて、分析される信号中の拡散音の量を示すデータを含む方向データを得るコンピュータ可読プログラムコードと、
前記出力指向性の既定パラメータ、および前記出力信号の拡散音の必要とされる量の既定パラメータを示す前記データを利用して前記得られた方向データを前記コンピュータに分析させ、前記入力信号のうちの1つをフィルタリングするための動作パラメータを生成するコンピュータ可読プログラムコードと、
前記動作パラメータを使用する第2の処理を前記コンピュータに施させて、前記出力指向性と前記出力信号中の拡散音の必要とされる減衰とに対応する出力音響信号を生成するコンピュータ可読プログラムコードと、
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
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