JP2013148576A - 変調された背景音を利用して位置特定を行う携帯装置、コンピュータプログラム、および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムと方法は、環境内で自然に再生される音を利用する最小レベルの基盤設備を必要とする。これにより、システムと装置は、全地球測位システム(GPS)が信頼性良く動作できない室内環境において、スマートフォンやタブレットやラップトップや携帯マイクなどの装置で、その位置を決定することを可能とする。
【選択図】図1
Description
N スピーカ数
fs サンプリング速度
si(t) スピーカi(i=1,…,N)で再生される信号
r(t) マイクロフォンで記録される音声信号
t^0 再生装置時間枠における各信号si(t)の再生開始時間
t0 スピーカiにおける各信号si(t)の再生開始時間
ti マイクロフォンの時間枠における信号si(t)の到達時間
(Xi,Yi,Zi) スピーカiの位置
(x,y,z) (決定すべき)マイクロフォンの位置
c 音速
Rg,h(τ) 信号g(t)とラグτの信号h(t)との相互相関
Rij(τ) Rsi,sj(τ)の短縮形
ここで、hi(t)はスピーカiとマイクロフォンとの間のインパルス応答であり、η(t)は付加雑音である。これの簡略形は、インパルス関数が伝搬遅延分だけずれた重み付きのデルタ関数である。
ここで、ωiは信号si(t)がマイクロフォンに到達するまでに受ける減衰量であり、τi=ti-t0=di/cは音がスピーカiからマイクロフォンに到達するまでの伝搬遅延である。
線形性により、スピーカiで再生される信号siと記録された信号との相互相関は、次のようになる。
si(t)が
であるように選択されると、Rsir(τ)はτiにおいて最大ピークを持つ。ここでτi=argmaxRsir(τ)である。
という式で計算することができる。ここで、si*(ω)はsi(t)の共役フーリエ変換、sj(ω)はsj(t)のフーリエ変換であり、F−1は逆フーリエ変換を表す。相互相関をこのように実行することは計算上の利点があり、基本的には長さnの信号に対する完全相関の計算時間を0(n2)から0(nlogn)に減少でき、しかも重みW(ω)を掛けることにより、スペクトル領域内で正規化またはフィルタリングを実行することが可能となる。重みW(ω)の方式を変えることにより、よく研究されている一般化された相互相関のクラスが求められる。特に、いわゆる位相変換(PHAT)を利用してよい結果が得られることが分かった。これは、W(ω)=1/si*(ω)sj(ω)を利用して、
となる。PHATは相互相関よりも良い結果が得られやすい。ここでの例はRsi,sj(τ)を用いたが、代わりにPHATsi,sj(τ)とするのがよい場合があることを理解されたい。
で推定される。これらの推定を用いて、次に位置が求められる。
全スピーカを位置推定に利用した場合と、(信号対雑音比に基づいて)よい方の4つのスピーカだけを利用した場合とで、位置推定性能を比較した。
701 マイクロフォン(センサ、音声受信手段)
702 到達時間計算手段
703 位置決定手段
Claims (19)
- 音声信号を受信するセンサと、
前記受信した音声信号を複数の音声トラックと比較し、前記複数の音声トラックのそれぞれの到達時間を推定する、到達時間計算手段と、
前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間と前記複数の音声トラックのそれぞれに関する位置とに基づいて前記携帯装置の位置を決定する、位置決定手段と、
を備える、携帯装置。 - 前記到達時間計算手段は、前記比較に基づいて前記受信した音声信号のクロックのドリフトを補正する、請求項1に記載の携帯装置。
- 前記到達時間計算手段のための前記複数の音声トラックからの選択を受け取る、音声トラック選択手段をさらに備える、請求項1に記載の携帯装置。
- 前記複数の音声トラックの選択は、周期的な擬似乱数ホワイトノイズを表す擬似乱数シーケンスのシードを含む、請求項4に記載の携帯装置。
- 前記到達時間計算手段は、前記複数の音声トラックの第1が再生を開始する第1の時間を推定することによって、前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間を計算する、請求項1に記載の携帯装置。
- 前記複数の音声トラックは、変調された音楽である、請求項1に記載の携帯装置。
- コンピュータに、
音声信号を受信し、
前記受信した信号を複数の音声トラックと比較し、
前記複数の音声トラックのそれぞれの到達時間を推定し、
前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間と前記複数の音声トラックのそれぞれに関する位置とに基づいて携帯装置の位置を決定する、
処理を実行させる、コンピュータプログラム。 - 前記処理は、前記比較に基づいて、受信した音声信号のクロックのドリフトを補正することをさらに含む、請求項7に記載のコンピュータプログラム。
- 前記処理は、前記比較のために、前記複数の音声トラックからの選択を受信することをさらに含む、請求項7に記載のコンピュータプログラム。
- 前記選択は、周期的な擬似乱数ホワイトノイズを表す擬似乱数シーケンスのシードを含む、請求項9に記載のコンピュータプログラム。
- 前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間を計算するための前記処理はさらに、前記複数の音声トラックの第1が再生を開始する第1の時間を推定することを含む、請求項7に記載のコンピュータプログラム。
- 前記複数の音声トラックは、低音量雑音を含む、請求項7に記載のコンピュータプログラム。
- 音声受信手段により、ブロードキャストを受信し、
到達時間計算手段により、前記受信したブロードキャストを複数の音声トラックと比較し、前記複数の音声トラックのそれぞれの到達時間を推定し、
位置決定手段により、前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間と前記複数の音声トラックのそれぞれに関する位置とに基づいて携帯装置の位置を決定する、
ことを含む、方法。 - 到達時間計算手段により、前記比較に基づいて、受信した音声のクロックのドリフトを補正することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 音声トラック選択手段により、前記比較のために、前記複数の音声トラックからの選択を受信することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記複数の音声トラックの前記選択は、周期的な擬似乱数ホワイトノイズを表す擬似乱数シーケンスのシードを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記到達時間計算手段により、前記複数の音声トラックのそれぞれの推定到達時間を計算することが、前記複数の音声トラックの第1が再生を開始する第1の時間を推定することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記到達時間計算手段により、前記推定到達時間を計算することが、前記携帯装置の位置のベースライン値をz軸に沿って設定することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記到達時間計算手段により、前記推定到達時間を計算することが、前記第1の時間と前記ベーライン値とを保持して、後続の決定において前記携帯装置の位置を決定することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
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ISH RISHABH, ET AL.: ""Indoor localization using controlled ambient sounds"", 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDOOR POSITIONING AND INDOOR NAVIGATION(IPIN), JPN6017018311, 13 November 2012 (2012-11-13), ISSN: 0003562432 * |
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