JP2013195405A - Position estimation method, device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置推定方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a position estimation method, apparatus, and program.
近年、消費者に提供する多種多様なサービスの一形態として、局所位置情報を用いた情報配信システムが提案されている。このような情報配信システムは、ある限定された空間内の観測者位置を元に、多種多様な情報を配信する。例えば、店舗などの限られた空間での位置情報取得によって、目的の陳列棚までの経路を探索したり、閉鎖空間で動作する自律ロボットの空間内での位置把握手法として利用することができる。 In recent years, an information distribution system using local position information has been proposed as one form of various services provided to consumers. Such an information distribution system distributes a wide variety of information based on observer positions within a limited space. For example, by acquiring position information in a limited space such as a store, it is possible to search for a route to a target display shelf or use it as a position grasping method in the space of an autonomous robot operating in a closed space.
従来より、位置情報サービスとしてGPS(Global Positioning System)が利用されている。GPSは、地球を周回している複数の衛星からの情報を元に観測者の位置情報を取得する。GPSは、地球上の任意の位置で位置情報を取得可能であることから、カーナビゲーションシステムなどで使用されている。しかし、GPSの実用精度は十数メートルに制限されているため、店舗などの空間に対しては観測精度が十分ではない。また、GPSは、屋内や地下などの衛星からの情報を受信しにくい環境では使用できない場合があり、局所空間内の位置情報取得への応用は困難である。このため、局所空間内で位置情報取得を確実に取得できる局所位置情報取得手法の実現が望まれている。 Conventionally, GPS (Global Positioning System) is used as a position information service. GPS acquires observer position information based on information from a plurality of satellites orbiting the earth. GPS is used in car navigation systems and the like because it can acquire position information at any position on the earth. However, since the practical accuracy of GPS is limited to a few dozen meters, the observation accuracy is not sufficient for spaces such as stores. In addition, GPS may not be used in an environment where it is difficult to receive information from satellites such as indoors and underground, and it is difficult to apply position information acquisition in a local space. For this reason, realization of the local position information acquisition method which can acquire position information acquisition reliably in local space is desired.
局所位置情報取得手法に要求される特徴として、位置の観測精度が挙げられる。局所空間は、典型的には十数メートル〜数十メートル四方に制限されるものであるが、局所空間内での位置の観測精度は十数センチメートル程度以下でないと有益な情報として利用できない可能性がある。 One characteristic required for the local position information acquisition method is the position observation accuracy. The local space is typically limited to a few tens of meters to a few tens of meters, but the observation accuracy of the position in the local space can be used as useful information only if it is about tens of centimeters or less. There is sex.
また、局所位置情報取得手法に要求される他の特徴としては、コストが挙げられる。観測者位置情報を元にした情報サービスの提供は、小売店舗やスーパーマーケットなどの極小規模の単位で導入されることが考えられるため、可能な限り従来の機器など利用可能であるか、あるいは、低コストで実現できなければ、サービス提供者の増加が期待できない。 Another feature required for the local position information acquisition method is cost. The provision of information services based on observer position information can be implemented in ultra-small units such as retail stores and supermarkets, so that conventional equipment can be used as much as possible or low If it cannot be realized at a low cost, an increase in service providers cannot be expected.
疑似衛星や電子タグなどを用いた局所位置情報取得手法は提案されているが、新たなハードウェアの導入及びこれに伴うコストの増加により、サービス提供者への負荷が大きい。 Local location information acquisition methods using pseudo satellites, electronic tags, and the like have been proposed, but the burden on service providers is large due to the introduction of new hardware and the accompanying increase in costs.
従来は、GPSが使用困難な領域での局所位置情報取得、またはGPS補助のための詳細位置情報取得を、高観測精度及び低コストで実現することは難しい。 Conventionally, it is difficult to achieve local position information acquisition in an area where GPS is difficult to use or detailed position information acquisition for GPS assistance with high observation accuracy and low cost.
そこで、本発明は、高精度で局所位置情報を取得可能な位置推定方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position estimation method, apparatus, and program capable of acquiring local position information with high accuracy.
本発明の一観点によれば、同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられ、端末装置において、前記3個のスピーカの出力をマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、前記端末装置において、前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、前記端末装置において、前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定することを特徴とする位置推定方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, the same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker for a certain period of time, and the output of each speaker is artificial. There is an exclusive relationship between a certain period in which the echo is added and a certain period in which the artificial echo is added to the output of another speaker, and a certain period in which no artificial echo is added to the outputs of all three speakers. In the terminal device, a cepstrum is generated by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by detecting the outputs of the three speakers with a microphone, and the position of the terminal device is determined based on the peak of the cepstrum in the terminal device. To obtain a distance order indicating a magnitude relationship of distances from the three speakers to each of the three speakers, and in the terminal device, the distance order and Position estimating method characterized by estimating the position of the terminal apparatus based on the known position of the serial three loudspeakers are provided.
本発明の一観点によれば、同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられるシステムで用いる位置推定装置であって、前記3個のスピーカの出力を検知するマイクロホンと、前記マイクロホンの検知出力に基づいて前記位置推定装置の位置を推定する位置推定処理を実行するプロセッサとを備え、前記位置推定処理は、前記検知出力をサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、前記ケプストラムのピークに基づき前記位置推定装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記位置推定装置の位置を推定することを特徴とする位置推定装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, the same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker for a certain period of time, and the output of each speaker is artificial. There is an exclusive relationship between a certain period in which the echo is added and a certain period in which the artificial echo is added to the output of another speaker, and a certain period in which no artificial echo is added to the outputs of all three speakers. A position estimation apparatus used in a system provided with a microphone that detects an output of the three speakers, and a processor that executes a position estimation process for estimating the position of the position estimation apparatus based on the detection output of the microphone The position estimation processing generates a cepstrum by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by sampling the detection output, and the cepstrum A distance order indicating the magnitude relationship of the distances from the position of the position estimation device to each of the three speakers based on the peak of the position estimation device, and based on the distance order and the known positions of the three speakers A position estimation apparatus is provided that estimates the position of the position estimation apparatus.
本発明の一観点によれば、同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられるシステムにおいて、端末装置のコンピュータに位置推定処理を実行させるプログラムであって、前記3個のスピーカの出力を前記端末装置のマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成する手順と、前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得する手順と、前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定する手順を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムが提供される。 According to one aspect of the present invention, the same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker for a certain period of time, and the output of each speaker is artificial. There is an exclusive relationship between a certain period in which the echo is added and a certain period in which the artificial echo is added to the output of another speaker, and a certain period in which no artificial echo is added to the outputs of all three speakers. Is a program that causes a computer of a terminal device to perform position estimation processing, and generates a cepstrum by cepstrum analysis of a sample sequence sampled by detecting outputs of the three speakers with a microphone of the terminal device And a distance from the position of the terminal device to each of the three speakers based on the peak of the cepstrum. A program for causing a computer to execute a procedure for obtaining a distance order indicating a small relationship, and a procedure for estimating the position of the terminal device based on the distance order and the known positions of the three speakers. Is provided.
開示の位置推定方法、装置及びプログラムによれば、高精度で局所位置情報を取得することができる。 According to the disclosed position estimation method, apparatus, and program, local position information can be acquired with high accuracy.
開示の位置推定方法、装置及びプログラムでは、同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力する。各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられる。位置推定装置では、3個のスピーカの出力をマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、ケプストラムのピークに基づき位置推定装置の位置から3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、距離順序と3個のスピーカの既知の位置とに基づいて位置推定装置の位置を推定する。 In the disclosed position estimation method, apparatus, and program, the same original sound from three speakers provided on the same plane is added with an artificial echo having a different delay time for each speaker for a certain period and output. There is an exclusive relationship between the fixed period in which the artificial echo is added to the output of each speaker and the fixed period in which the artificial echo is added to the output of other speakers, and the artificial echo is added to the outputs of all three speakers. A certain period of time is provided. In the position estimation device, a cepstrum is generated by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by detecting the outputs of the three speakers with a microphone, and the distance from the position of the position estimation device to each of the three speakers based on the peak of the cepstrum. Is obtained, and the position of the position estimation device is estimated based on the distance order and the known positions of the three speakers.
以下に、開示の位置推定方法、装置及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。 Embodiments of the disclosed position estimation method, apparatus, and program will be described below with reference to the drawings.
本発明の一実施例における位置推定方法をの一例を説明する。図1は、本発明の一実施例における位置推定方法の一例を説明する図であり、図2は、人工エコーの付加を説明する図である。 An example of a position estimation method in one embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a position estimation method in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the addition of an artificial echo.
図1に示す例では、パーソナルコンピュータ(PC:Personal Computer)11はサービス提供者側に設けられた音源生成装置の一例である。少なくとも3個のスピーカ1A,1B,1Cは、PC11から出力される音源データの音(以下、音源とも言う)を出力する。スピーカ1A,1B,1Cは、例えば店舗などの屋内の同一平面上の任意の三角形の頂点に配置されており、ユーザ(または、観測者)が携帯する端末装置2はこの三角形の領域内に位置するものとする。
In the example shown in FIG. 1, a personal computer (PC: Personal Computer) 11 is an example of a sound source generation device provided on the service provider side. At least three
端末装置2は、位置推定装置の一例である。端末装置2は、スピーカ1A,1B,1Cから出力される音を検知するマイクロホン、プロセッサ、メモリなどを有し、例えばスマートホンを含む携帯電話、ノート型PC、タブレットPC、パーソナルデジタルアシスタント(PDA:Personal Digital Assistant)を含む携帯型電子装置で形成可能である。端末装置2は、スピーカ1A〜1Cから出力される音をサンプリングしたサンプル(データ)をメモリに格納し、格納された音のサンプルを元にスピーカ1A〜1Cで囲まれる空間内での端末装置2の位置を推定する。便宜上、以下の説明では端末装置2の位置を、ユーザ位置とも言う。各スピーカ1A〜1Cからは、例えば同じ原音(例えば、音楽)を出力するが、原音に対してある時間だけ遅延された音を原音に重畳して人工エコー入り音源を出力する期間を設ける。つまり、端末装置2が録音する音は、3個のスピーカ1A〜1Cから到達した音に加えて、各スピーカ1A〜1Cからの人工エコー音が重畳された音となる。
The
図2中、(a)は音源の波形の一例と、各スピーカ1A,1B,1Cからの人工エコー入り音源の波形を示し、(b)は各スピーカ1A,1B,1Cから出力される音源の人工エコーの有無を一定期間t1毎に示す。各スピーカ1A〜1Cは、図2に示すように、ある一定期間のみ人工エコーを付加した音源を出力する。また、各スピーカ1A〜1Cの出力に付加されている人工エコーの遅延時間ta, tb, tcは、各スピーカ1A〜1C毎に異なり(すなわち、後述する各チャネルCh-A〜Ch-Cに固有の値)であり、且つ、各スピーカ(例えば、スピーカ1A)の出力に人工エコーが付加されている期間と他のスピーカ(例えば、スピーカ1B,1C)の出力に人工エコーが付加されている期間とは排他的関係にある。さらに、全てのスピーカ1A〜1C出力に人工エコーが付加されていない音源、すなわち、エコー無し音源を出力する期間が設けられる。
In FIG. 2, (a) shows an example of the waveform of the sound source and the waveform of the sound source with artificial echoes from the
図1において、PC11は、デジタル音源データ100のマルチチャネル再生を行うために、チャネルCh-Aの再生系、チャネルCh-Bの再生系、及びチャネルCh-Cの再生系を有する。チャネルCh-Aの再生系は、加算回路12A、遅延回路13A、セレクタ14A、デジタル/アナログ変換器(DAC:Digital-to-Analog Converter)15A、及びアンプ16Aを有する。チャネルCh-Bの再生系は、加算回路12B、遅延回路13B、セレクタ14B、DAC15B、及びアンプ16Bを有する。チャネルCh-Cの再生系は、加算回路12C、遅延回路13C、セレクタ14C、DAC15C、及びアンプ16Cを有する。アンプ16A,16B,16Cの出力は、対応するスピーカ1A,1B,1Cに接続されている。
In FIG. 1, the
PC11は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、及びメモリなどの記憶部を有する周知のハードウェア構成を有し、チャネルCh-A〜Ch-C再生系において遅延回路部とセレクタ部の機能(遅延処理と選択処理)はプロセッサが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより実現できる。また、DAC部とアンプ部の機能はマルチチャネル再生に対応した外付けサウンドカードや、PC11のマザーボードに搭載されたサウンドチップなどの再生系を用いることで実現できる。プログラムは、半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体などの適切なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されていても良い。なお、チャネルCh-A〜Ch-C再生系の遅延回路部とセレクタ部の機能は、ハードウェアにより実現しても良いことは言うまでもない。
The
チャネルCh-Aの再生系では、加算回路12Aがデジタル音源データ100と、遅延回路13Aで遅延時間taだけ遅延されたデジタル音源データ100とを加算する。セレクタ14Aは、デジタル音源データ100と、デジタル音源データ100に遅延時間taだけ遅延されたデジタル音源データ100が加算された加算回路12Aからの人工エコー入り音源データとを、予め決められた順序及び間隔で選択出力する。セレクタ14Aの出力音源データは、DAC15Aでデジタル/アナログ(D/A)変換され、アンプ16Aで増幅された後にスピーカ1Aに供給される。チャネルCh-B再生系及びCh-C再生系の動作は、チャネル再生系Ch-Aの処理と同様であるため、その説明は省略する。ただし、遅延回路13Bは遅延時間tbを有し、遅延回路13Cは遅延時間tcを有する。
In the reproduction system of channel Ch-A, the adding
例えば、一定期間(または、時間)t1が100ミリ秒(msec)であると、PC11は、「全てのスピーカ1A,1B,1Cの出力に人工エコー付加無し」、「スピーカ1Aの出力に人工エコー付加有り」、「スピーカ1Bの出力に人工エコー付加有り」、及び「スピーカ1Cの出力に人工エコー付加有り」の4つの状態を400msecの周期で繰り返す。この場合、人工エコーを付加をする音源を出力するスピーカ1A〜1Cの順序は任意であり、「スピーカ1B」、「スピーカ1C」、「エコー無し」、及び「スピーカ1A」などのように3個のスピーカ1A〜1Cの出力の人工エコー付加期間が連続しない順序でも良い。以下の説明では、説明の便宜上、スピーカ1Aの人工エコーの遅延時間ta=0.3msec、スピーカ1Bの人工エコーの遅延時間tb=0.5msec、及びスピーカ1Cの人工エコーの遅延時間tc=0.7msecであるものとする。各スピーカ1A〜1Cの人工エコーの遅延時間ta〜tcに制約はないが、一般的に、人間には1msec以下のエコーを判別することが困難であることを考慮すると、付加する人工エコーの遅延時間は人間が判別できない範囲内に収めることが望ましい。
For example, when the predetermined period (or time) t1 is 100 milliseconds (msec), the
図3は、端末装置の一例を示すブロック図である。図3に示す端末装置2は、CPUなどのプロセッサ21、DMAC(Direct Memory Access Controller)22、タイマ23,24、メモリ25、マイクロホン26、温度センサ27、カメラ28、通信部29、及び操作部30がバス40で接続された構成を有する。この例では、端末装置2はスマートホンを形成しているが、端末装置2はスマートホンに限定されない。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a terminal device. 3 includes a
この例では、プロセッサ21は命令メモリ31及びデータメモリ32に接続されているが、プロセッサ21と、プロセッサ21が用いるメモリとは、図3に示す構成及び接続に限定されるものではなく、DMAを用いない構成であっても良い。DMAを用いない構成の場合、DMAC22は省略可能である。また、命令メモリ31及びデータメモリ32は、メモリ25を用いることにより省略可能である。さらに、タイマ23,24は、プロセッサ31の内部タイマを用いることにより省略可能である。温度センサ27は、後述するように環境温度に応じて音速を修正しない場合には省略可能であり、温度センサ27を省略する場合にはタイマ24は省略可能である。マイクロホン26は、例えばモノラルマイクロホンである。
In this example, the
カメラ28、通信部29、及び操作部30は、ユーザがスピーカ1A〜1Cの位置情報取得するための入力部の一例であり、カメラ28及び通信部29は省略可能である。操作部30は、キーボードなどの入力部と、ディスプレイなどの表示部を有し、タッチパネルのように入力部と表示部を一体的に有する構成を有しても良い。
The
プロセッサ21は、命令メモリ31に格納された位置推定プログラムを実行することで、マイクロホン26が検知したスピーカ1A,1B,1Cからの音に基づいて端末装置2の位置を推定する。プロセッサ21が実行する演算で用いるパラメータ、演算の中間データなどのデータは、データメモリ32に一時的に格納される。プロセッサ21は、マイクロホン26が検知したスピーカ1A〜1Cからの音を、タイマ23,24からの第1及び第2の転送要求に基づいてDMAC22から出力される割り込み信号で決定されるタイミングでサンプリングすることでアナログ/デジタル(A/D)変換して、サンプルをメモリ25に転送して格納する。タイマ23は、マイクロホン26の出力をサンプリングする周期で第1の転送要求を発生し、タイマ24は、温度センサ27の出力をサンプリングする周期で第2の転送要求を発生する。マイクロホン26の出力をサンプリングする周期と、温度センサ27の出力をサンプリングする周期は、例えばプロセッサ21からタイマ23,24に設定可能である。端末装置2の環境温度が急激に大きく変動することは稀であるため、タイマ24に設定される周期は例えば1秒であり、タイマ23に設定される周期と比べると長い。また、プロセッサ21は、所定数のサンプルがメモリ25へ転送された時点で割り込み信号が発生されるように、DMAC22に割り込み信号の発生周期を設定する。DMAC22は、タイマ23から第1の転送要求を受信するか、あるいは、タイマ24から第2の転送要求を受信すると、マイクロホン26が検知したデータをメモリ25へ転送することで、サンプリングされたサンプルをメモリ25に格納する。
The
プロセッサ21は、DMAC22からの割り込み信号を受信すると、メモリ25に格納されたサンプルを元に以下の如き位置推定処理を開始する。つまり、プロセッサ21は、メモリ25に格納した重畳音のサンプルに対してケプストラム(Cepstrum)解析を行う。ケプストラム解析は、以下の式に基づいて行う。
When the
Cepstrum = IFFT(log(abs(FFT(X))))
ここで、Xはデジタル録音されたサンプルのベクトル、FFTは高速フーリエ変換、abs は絶対値取得、logは対数(対数の底は任意)、IFFTは逆高速フーリエ変換を行う関数である。上記の式で求められるベクトル列はケプストラムと呼ばれ、この例では入力音源に重畳音が含まれているか否かを解析するために用いる。
Cepstrum = IFFT (log (abs (FFT (X))))
Here, X is a vector of digitally recorded samples, FFT is a fast Fourier transform, abs is an absolute value acquisition, log is a logarithm (the base of the logarithm is arbitrary), and IFFT is a function that performs an inverse fast Fourier transform. The vector sequence obtained by the above formula is called a cepstrum, and in this example, it is used to analyze whether or not a superimposed sound is included in the input sound source.
図4は、ケプストラム解析結果の一例を説明する図である。図4中、(a)は原音を一点鎖線、エコー音を破線、エコー入り音源を実線で示す。入力音源に対して時間Tだけ遅延させたエコー音を重畳すると、ケプストラム解析した結果では、図4中、(b)で示すように、ケプストラム空間上のTの位置(横軸を時間軸に対してケフレンシ(quefrency)と呼ぶ)にケプストラムの振幅に鋭いピークを観測することができる。この結果から、原音に対して時間Tだけ遅延したエコー音が重畳されていることが分かる。プロセッサ21は、ケプストラム解析結果より、ユーザ位置と各スピーカ1A〜1Cとの間の距離の差分(または、差分距離)を取得することができる。これは、複数のスピーカ1A〜1Cから出力された音には、ユーザ位置と音速により決まる微小な到達遅延が発生するためであり、端末装置2で録音した音は最も近いスピーカから出力された音に対して、遅れて到達したスピーカの音が重畳された音になるためである。すなわち、ケプストラム解析を行うことにより、最も近いスピーカの音と遅れて到達したスピーカの音の到達時間差が既知となる。この既知の到達時間差と音速を積を乗算で計算することにより、ユーザ位置とこれら2個のスピーカとの間の距離の差を計算できる。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a cepstrum analysis result. In FIG. 4, (a) shows the original sound by a one-dot chain line, the echo sound by a broken line, and the sound source including the echo by a solid line. When echo sound delayed by time T is superimposed on the input sound source, the result of cepstrum analysis shows that the position of T in the cepstrum space (the horizontal axis is relative to the time axis as shown in FIG. 4B). A sharp peak in the cepstrum amplitude can be observed. From this result, it can be seen that an echo sound delayed by time T is superimposed on the original sound. The
また、人工エコー音がユーザに到達する時間はスピーカの到達遅延に人工エコーの遅延時間を加算したものとなるため、図5に示すように、各人工エコー区間でのケプストラムピークの出現位置を特定することによりユーザ位置から3個のスピーカ1A〜1Cまでの距離の大小関係を示す距離順序(すなわち、遠いまたは近い順序)を取得することができる。図5は、音源からの距離順序決定手法を説明する図である。
In addition, since the time for the artificial echo sound to reach the user is obtained by adding the delay time of the artificial echo to the arrival delay of the speaker, as shown in FIG. 5, the appearance position of the cepstrum peak in each artificial echo section is specified. By doing this, it is possible to acquire a distance order (that is, a distant or close order) indicating the magnitude relationship of the distances from the user position to the three
位置推定処理は、任意のタイミングで開始される。図5の例では、図5(a)に示すように、人工エコー付加無し期間の録音から開始するものとする。この場合、プロセッサ21は、マイクロホン26が検知した音のデータを例えば50msec単位でA/D変換して音源のサンプル列を取得する。このように、サンプリング期間tsを50msecに設定するのは、各人工エコー付加期間(または、一定期間)t1が100msecの場合、サンプリング期間tsを100msecに設定してしまうと、サンプリング期間tsが2つの人工エコー付加期間を跨いでしまって正常なケプストラム解析ができない可能性があるからである。このため、サンプリング期間tsを50msec(すなわち、ts=t1/2)に設定することで、少なくとも2回に1回は異なる人工エコー付加期間を跨ぐことなくケプストラム解析が可能となる。
The position estimation process is started at an arbitrary timing. In the example of FIG. 5, it is assumed that recording starts in a period in which no artificial echo is added, as shown in FIG. In this case, the
このようにして、取得したts=50msec単位のサンプル列のケプストラム解析を行うと、ある期間でケプストラム解析結果に2つのピークが観測できる期間が発生し、これを人工エコー付加無し期間のケプストラム解析結果とする。図5では、このようなピークを○印で示す。最も近いスピーカから出力される音源に対して、他のスピーカから出力される音源は音速分だけ遅延してマイクロホン26に到達するため、本実施例のように3個のスピーカ1A〜1Cを用いた場合、人工エコー無し期間では1つの音源に対して2つのエコーが重畳されたものとなる。図5(a)において、2つのピークのうち、位置が近い方からT1, T2で示す。
In this way, when cepstrum analysis is performed on the obtained sample sequence in units of ts = 50 msec, a period during which two peaks can be observed in the cepstrum analysis result is generated, and this is the result of cepstrum analysis without artificial echo addition. And In FIG. 5, such a peak is indicated by a circle. Since the sound source output from the other speaker reaches the
ケプストラム解析結果に2つのピークが観測できる期間の次の50msecの期間はケプストラム解析をしない。これは、人工エコー付加期間(または、一定期間)t1は100msecであるのに対して、サンプリング期間tsは50msecであるため、2つのピークが観測された期間から50msec空けて次の期間を取得することで、期間を跨ぐことなく人工エコー付加期間を取得できるからである。このように50msec空けた次の期間では、スピーカ1Aから人工エコーが付加された原音が出力されるのでケプストラム解析をする。このケプストラム解析により、サンプリングした50msecのサンプル列から生成されたケプストラムには、図5(b)に示すように、先の2つのピークに対してさらに1つのピークが観測される。この新たなピークがケプストラムの原点+ta(例えば、ta=0.3msec)の位置に現れた場合はスピーカ1Aがユーザに最も近く、T1+taの位置に現れた場合はスピーカ1Aがユーザから2番目に遠く(または、2番目に近く)、T2+taの位置に現れた場合はスピーカ1Aがユーザから最も遠いことが分かる。これは、スピーカ1Aから出力されるエコーは、スピーカ1Aの原音の到達遅延とtaの和だけ遅れてユーザに到達するため、スピーカの位置を示すケプストラムの位置0, T1, T2に対してさらにta遅れた位置にケプストラムピークが現れるはずであるからである。図5(b)に示す例では、T1+taの位置に新たなピークが現れているので、ユーザから見たスピーカ1A,1B,1Cの距離順序はB<A<C、もしくはC<A<Bであることが分かる。
The cepstrum analysis is not performed during the 50 msec period after the period when two peaks can be observed in the cepstrum analysis result. This is because the artificial echo addition period (or fixed period) t1 is 100 msec, while the sampling period ts is 50 msec, so the next period is acquired 50 msec from the period in which two peaks are observed. This is because the artificial echo addition period can be acquired without straddling the period. Thus, in the next period after 50 msec, the original sound with the artificial echo added is output from the
同様にして、次の50msecの期間はケプストラム解析をせず、その次の50msecの期間でケプストラム解析をして、ケプストラムのピークがT2+tb(例えば、tb=0.5msec)の位置に新たに現れたとすると、スピーカ1Aの場合と同様の論理でスピーカ1Bはユーザから最も遠い位置にあることが分かる。従って、ユーザから見たスピーカ1A,1B,1Cの距離順序は、C<A<Bであることが分かる。
Similarly, the cepstrum analysis is not performed for the next 50 msec period, the cepstrum analysis is performed for the next 50 msec period, and a cepstrum peak newly appears at the position of T2 + tb (eg, tb = 0.5 msec). Assuming that the speaker 1B is located farthest from the user by the same logic as that of the
プロセッサ21は、上記の如く求めたスピーカ1A,1B,1Cの距離順序と、スピーカ1A,1B,1Cの既知の位置を示す座標値とに基づいて、ユーザ位置を推定する。上記の処理結果から、スピーカ1Cとスピーカ1Aからの音のユーザへの到達時間差がT1であるということが分かる。空気中の音速は345m/secであるため、T1にこの音速の値を乗ずることにより、ユーザから見たスピーカ1Aとスピーカ1Cの距離差Lcaが求められる。ユーザから見たスピーカ1Cとスピーカ1Bの距離差Lcbも、同様の手法で求められる。
The
一般に、2つの点からの距離差が一定の点をプロットすると、双曲線関数となることが知られている。そこで、双曲線における焦点をスピーカ1C,1Aとし、その距離差がLcaとなるような双曲線αが引ける。同様にして、双曲線における焦点をスピーカ1C,1Bとし、その距離差がLcbとなる双曲線βが引ける。ユーザは、これら2つの双曲線α,βを共に満たす位置にいることは明らかあるので、2連立双曲線方程式の交点を求めることによりユーザ位置を決定することが可能である。しかし、2連立双曲線方程式からは複数の解が導き出されるため、複数の解候補からユーザ位置を絞り込まなければならない。
In general, it is known that when a point having a constant distance difference between two points is plotted, a hyperbolic function is obtained. Therefore, the focal points of the hyperbola are the
なお、本実施例では、3個のスピーカ1A〜1Cを用いるため、双曲線は3つ存在し得るが、その中の2つの双曲線を選択して2連立双曲線方程式を構築し、2連立双曲線方程式の複数の解候補をユーザ位置の候補とする。
In the present embodiment, since three
本実施例では、図6と共に説明する処理により2連立双曲線方程式の複数の解候補を絞り込む。図6は、ユーザ位置の解候補の絞り込み処理の一例を説明する図である。図6中、1A〜1Cは、スピーカ1A〜1Cの位置を示す。まず、各双曲線α,βは、図6中夫々一点鎖線及び二点鎖線で示すように、2つの曲線から構成されているが、上記の処理によりユーザから見た各スピーカ1A〜1Cの距離順序がC<A<Bであることが分かる。このため、ユーザから見た各スピーカ1A〜1Cの距離順序に基づいて、例えばスピーカ1A,1Cを焦点とする2つの双曲線α上では、スピーカ1Cに近い側の1つの双曲線α上にユーザが存在することが分かる。同様に、ユーザから見た各スピーカ1A〜1Cの距離順序に基づいて、スピーカ1B,1Cを焦点とする2つの双曲線β上では、スピーカ1Cに近い側の1つの双曲線β上にユーザが存在することが分かる。これにより、候補点(または、解候補)をP1,P2の2点に絞ることができる。さらに、ユーザは、スピーカ1A〜1Cに囲まれる領域内に存在するという前提から、最終的に候補点を1つ、すなわち、スピーカ1A〜1Cに囲まれる三角形の領域内に存在するP1に絞られる。この結果、候補点P1からユーザ位置の座標を推定することが可能となる。
In the present embodiment, a plurality of solution candidates for the two simultaneous hyperbolic equations are narrowed down by the process described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a narrowing process of solution candidates for user positions. In FIG. 6, 1A to 1C indicate positions of the
2連立双曲線方程式の解を導き出す手法は、上記の例に限定されず、他の適切な手法を用いても良い。例えば、スマートホンの場合、CPUに基本的なアプリケーションまで組み込まれたアプリケーションプロセッサに用意されている演算ライブラリを使用して2連立双曲線方程式の解を導き出すこともできる。 The method for deriving the solution of the two simultaneous hyperbolic equations is not limited to the above example, and other appropriate methods may be used. For example, in the case of a smart phone, it is possible to derive a solution of two simultaneous hyperbolic equations by using an operation library prepared in an application processor that incorporates even a basic application in the CPU.
図7は、プロセッサ21が実行する位置推定処理の一例を説明するフローチャートである。位置推定処理が開始されると、ステップS1は、マイクロホン26が検知した音のデータを例えばts=50msec単位でA/D変換して音源のサンプル列を取得する。ステップS2は、ステップS1で取得したサンプル列のケプストラム解析を行う。ステップS3は、ケプストラム解析結果にピークが2つあるか否かを判定し、判定結果がNOであると処理はステップS1へ戻る。ピークが2つの期間が発生した時点でステップS3の判定結果がYESとなり、同期が取れたと解釈して処理はステップS4へ進む。
FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of the position estimation process executed by the
ステップS4は、次のts=50msecの期間のサンプル列を破棄することで、この期間のケプストラム解析を行わない。ステップS5は、スピーカ1Aの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列を取得し、ステップS6は、スピーカ1Aの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列のケプストラム解析を行う。ステップS7は、次のts=50msecの期間のサンプル列を破棄することで、この期間のケプストラム解析を行わない。ステップS8は、スピーカ1Bの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列を取得し、ステップS9は、スピーカ1Bの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列のケプストラム解析を行う。ステップS10は、次のts=50msecの期間のサンプル列を破棄することで、この期間のケプストラム解析を行わない。ステップS11は、スピーカ1Cの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列を取得し、ステップS12は、スピーカ1Cの出力の人工エコー付加期間tsのサンプル列のケプストラム解析を行う。
In step S4, the cepstrum analysis for this period is not performed by discarding the sample string for the next period of ts = 50 msec. In step S5, a sample sequence of the artificial echo addition period ts output from the
ステップS13は、図5と共に説明した距離順序決定手法を用いて、3個のスピーカ1A〜1Cからユーザ位置までの距離順序を決定する。上記の例では、ユーザから見たスピーカ1A,1B,1Cの距離順序がC<A<Bに決定される。ステップS14は、上記の如く、最も近距離のスピーカを1つの焦点とする双曲線を2本引き、2つの双曲線の交点を導き出すことで、2連立双曲線方程式の複数の解候補を計算する。ステップS15は、図6と共に説明したように、ステップS13で既に決定されたスピーカ1A〜1Cの距離順序から複数の解候補を絞り、さらに、ユーザがスピーカ1A〜1Cに囲まれる領域に存在するという前提を用いて解候補を1つに絞り込むことで、ユーザ位置の座標を決定する。ステップS15の後、位置推定処理は終了する。
In step S13, the distance order from the three
位置推定プログラムは、半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体などの適切なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されていても良い。 The position estimation program may be stored in an appropriate computer-readable storage medium such as a semiconductor storage device, a magnetic recording medium, an optical recording medium, or a magneto-optical recording medium.
上記実施例では、スピーカ1A〜1Cの位置の座標値が既知であり、端末装置2に保存されていることが前提となっている。端末装置2にスピーカ1A〜1Cの位置の座標値を入力する手法は特に限定されない。例えば、ユーザがサービス提供者が提示しているスピーカの位置情報(スピーカ1A〜1Cの位置の座標値)を端末装置2の操作部30から入力しても、ユーザがサービス提供者のホームページで提示されているスピーカの位置情報を通信部29を介したインターネットアクセスにより入力しても、ユーザがサービス提供者が提示しているスピーカの位置情報をカメラ28で撮影して撮影画像の文字認識により入力しても、ユーザがサービス提供者が提示しているスピーカの位置情報に関するQR(Quick Response)コード(登録商標)のようなコードをカメラ28で撮影して撮影画像の画像認識により入力しても良い。
In the embodiment described above, it is assumed that the coordinate values of the positions of the
図8は、プロセッサ21が実行するスピーカ位置取得処理の一例を説明するフローチャートである。スピーカ位置取得処理は、上記の位置推定処理を行う前に実行される。この例では、サービス提供者が予めスピーカ1A〜1Cの位置の座標値(スピーカの位置情報)に関するQRコード(登録商標)のようなコードを店舗内で提供しており、ユーザは端末装置2のカメラ28でQRコードを撮影するものとする。ステップS21は、カメラ28でQRコードが撮影可能であるか否かを判定する。ステップS21の判定結果がYESであると処理はステップS22へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS23へ進む。ステップS22は、QRコードの撮影画像の画像認識を行うことで、店舗内のスピーカ1A〜1Cの位置の座標値を取得してメモリ25またはデータメモリ32に格納する。ステップS23は、QRコード以外の方法で、サービス提供者が予め提示しているスピーカ1A〜1Cの位置の座標値を取得する。具体的には、ユーザが、サービス提供者が印刷物などにより予め提示しているスピーカ1A〜1Cの位置の座標値を端末装置2の操作部30から入力したり、サービス提供者のホームページで提示されているスピーカの位置の座標値を通信部29を介したインターネットアクセスにより入力したり、サービス提供者が店舗内の掲示板などで提示しているスピーカの位置の座標値をカメラ28で撮影して撮影画像の文字認識により入力したりすることが可能であり、入力されたスピーカの位置の座標値はメモリ25またはデータメモリ32に格納する。ステップS22またはステップS23の後、スピーカ位置取得処理は終了する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of the speaker position acquisition process executed by the
ユーザ位置の推定精度は、端末装置2が有するマイクロホン26と、マイクロホン26の出力をサンプリングしてA/D変換するプロセッサ21のADC(Analog-to-Digital Converter)機能のサンプリングレートに依存する。例えば、サンプリングレートが48kHzの場合、1/48(kHz)×345(m/sec) ≒ 0.72cmの精度でユーザ位置が推定可能である。また、上記実施例では、音速が345m/secであると仮定しているが、音速は気温に応じて変動するため、端末装置2の温度センサ27が検知した環境温度に応じて音速の値を補正しても良い。温度センサ27を用いた場合にプロセッサ21の補正処理で用いる音速補正式の一例は、次の通りである。
The estimation accuracy of the user position depends on the sampling rate of the
音速 = 331 + 0.6Temp [m/sec]
ここで、Tempは温度センサ27で検知された摂氏温度である。このように、温度に応じて音速の値を補正することにより、より高精度にユーザ位置を推定することが可能となる。
Speed of sound = 331 + 0.6Temp [m / sec]
Here, Temp is a Celsius temperature detected by the
開示の位置推定方法、装置及びプログラムによれば、低コストで高精度に局所位置を推定することができる。つまり、PC、スピーカ、端末装置などのレガシーな装置のみを用いた簡便で低コストな局所位置推定システムを構築することが可能である。 According to the disclosed position estimation method, apparatus, and program, a local position can be estimated with high accuracy at low cost. That is, it is possible to construct a simple and low-cost local position estimation system that uses only legacy devices such as PCs, speakers, and terminal devices.
サービス提供者側で必要となるスピーカには、比較的低コストのものを利用可能であり、各スピーカから出力される音に互いに異なる遅延の人工エコーを付加させるには、PCなどの汎用コンピュータを用いて予め音源を作成しておけば良い。また、各スピーカから異なる人工エコーを付加した音源を出力させるためには、例えば既存の5.1チャネルのAVアンプなどのマルチチャネル再生機器などを用いることで容易に実現できる。 Speakers required on the service provider side can be used at a relatively low cost, and a general-purpose computer such as a PC is used to add artificial echoes with different delays to the sound output from each speaker. It is sufficient to create a sound source in advance. Further, in order to output a sound source to which different artificial echoes are added from each speaker, it can be easily realized by using a multi-channel playback device such as an existing 5.1 channel AV amplifier, for example.
ユーザ側で必要となる端末装置は、マイクロホンと位置推定処理を実行するためのプロセッサであり、これらは一般的なスマートフォンやタブレットPCなどのアプリケーションプロセッサを搭載した装置などで実現可能である。 A terminal device required on the user side is a microphone and a processor for executing position estimation processing, and these can be realized by a device equipped with an application processor such as a general smartphone or tablet PC.
また、音に位置情報を埋め込むことにより、例えば店内放送や、店内を流れる楽曲などに情報を隠匿させることができ、既存のサービスとの親和性やユーザ側の使用感としても違和感が発生しない。 In addition, by embedding position information in the sound, for example, information can be concealed in in-store broadcasts, music flowing in the store, and the like, and there is no sense of incongruity in terms of compatibility with existing services and user-side usage.
位置推定処理によりユーザが取得した位置情報は、例えば端末装置の表示部に表示した地図あるいはレイアウト上に示すことで、ユーザへの案内情報として用いることができる。一方、サービス提供者がユーザが取得した位置情報を取得可能な場合には、ユーザ位置に応じた案内をユーザに提供することができる。ユーザ位置が取得できれば、サービス提供者は例えば店舗内のユーザ位置付近に設置されている商品棚に陳列されている商品の説明などの案内情報を音声または文字情報で端末装置に送信してユーザに提供したり、商品棚付近のスピーカから音声案内情報を提供することができる。 The position information acquired by the user through the position estimation process can be used as guide information to the user by, for example, showing it on a map or layout displayed on the display unit of the terminal device. On the other hand, when the service provider can acquire the position information acquired by the user, guidance according to the user position can be provided to the user. If the user position can be acquired, the service provider transmits guidance information such as explanation of products displayed on the product shelf installed near the user position in the store to the terminal device by voice or text information to the user. Voice guidance information can be provided from a speaker near the product shelf.
なお、上記実施例のようにスピーカの数が3個の場合と比較すると信号処理が多少複雑になるが、開示の位置推定方法、装置及びプログラムはスピーカの数が4個以上の場合にも同様に適用可能である。 Note that the signal processing is somewhat complicated as compared with the case where the number of speakers is three as in the above embodiment, but the disclosed position estimation method, apparatus and program are the same when the number of speakers is four or more. It is applicable to.
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられ、
端末装置において、前記3個のスピーカの出力をマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、
前記端末装置において、前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、
前記端末装置において、前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定する
ことを特徴とする、位置推定方法。
(付記2)
前記端末装置の位置の推定は、
前記3個のうち一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記端末装置から見た前記一対のスピーカの距離差Lcaを求め、
前記3個のうち他の一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記端末装置から見た前記他の一対のスピーカの距離差Lcbを求め、
焦点を前記一対のスピーカとして距離差がLcaとなる双曲線αと、焦点を前記他の一対のスピーカとして距離差がLcbとなる双曲線βを求め、
前記双曲線α,βを共に満たす連立双曲線方程式の交点から前記端末装置の位置を決定する
ことを特徴とする、付記1記載の位置推定方法。
(付記3)
前記連立双曲線方程式の複数の解候補を、前記端末装置から見た前記3個のスピーカの距離順序に基づいて絞り込む
ことを特徴とする、付記2記載の位置推定方法。
(付記4)
前記連立双曲線方程式の複数の解候補を前記距離順序に基づいて絞り込んだ後、前記3個のスピーカの位置を頂点とする三角形の領域内の解候補に絞り込む
ことを特徴とする、付記3記載の位置推定方法。
(付記5)
前記端末装置において、温度センサで検知した環境温度に応じて前記音速の値を補正する
ことを特徴とする、付記1乃至4のいずれか1項記載の位置推定方法。
(付記6)
前記ケプストラム解析を
Cepstrum = IFFT(log(abs(FFT(X))))
なる式に基づいて行い、Xはデジタル録音されたサンプルのベクトル、FFTは高速フーリエ変換、abs は絶対値取得、logは対数(対数の底は任意)、IFFTは逆高速フーリエ変換を行う関数である
ことを特徴とする、付記1乃至5のいずれか1項記載の位置推定方法。
(付記7)
前記端末装置において、前記3個のスピーカの既知の位置を示す情報をカメラで撮影し、撮影された情報の画像認識または文字認識で認識された前記既知の位置の座標値をメモリに格納する
ことを特徴とする、付記1乃至6のいずれか1項記載の位置推定方法。
(付記8)
同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられるシステムで用いる位置推定装置であって、
前記3個のスピーカの出力を検知するマイクロホンと、
前記マイクロホンの検知出力に基づいて前記位置推定装置の位置を推定する位置推定処理を実行するプロセッサとを備え、
前記位置推定処理は、
前記検知出力をサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、
前記ケプストラムのピークに基づき前記位置推定装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、
前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記位置推定装置の位置を推定する
ことを特徴とする、位置推定装置。
(付記9)
前記位置推定処理は、
前記3個のうち一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記一対のスピーカの距離差Lcaを求め、
前記3個のうち他の一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記他の一対のスピーカの距離差Lcbを求め、
焦点を前記一対のスピーカとして距離差がLcaとなる双曲線αと、焦点を前記他の一対のスピーカとして距離差がLcbとなる双曲線βを求め、
前記双曲線α,βを共に満たす連立双曲線方程式の交点から前記位置推定装置の位置を決定する
ことを特徴とする、付記8記載の位置推定装置。
(付記10)
前記位置推定処理は、前記連立双曲線方程式の複数の解候補を、前記位置推定装置から見た前記3個のスピーカの距離順序に基づいて絞り込む
ことを特徴とする、付記9記載の位置推定装置。
(付記11)
前記位置推定処理は、前記連立双曲線方程式の複数の解候補を前記距離順序に基づいて絞り込んだ後、前記3個のスピーカの位置を頂点とする三角形の領域内の解候補に絞り込む
ことを特徴とする、付記10記載の位置推定装置。
(付記12)
環境温度を検知する温度センサ
を更に備え、
前記位置推定処理は、前記温度センサで検知された環境温度に応じて前記音速の値を補正する
ことを特徴とする、付記8乃至11のいずれか1項記載の位置推定装置。
(付記13)
前記位置推定処理は、前記ケプストラム解析を
Cepstrum = IFFT(log(abs(FFT(X))))
なる式に基づいて行い、Xはデジタル録音されたサンプルのベクトル、FFTは高速フーリエ変換、abs は絶対値取得、logは対数(対数の底は任意)、IFFTは逆高速フーリエ変換を行う関数である
ことを特徴とする、付記8乃至12のいずれか1項記載の位置推定装置。
(付記14)
カメラと、
メモリ
を更に備え、
前記プロセッサは、前記カメラが前記3個のスピーカの既知の位置を示す情報を撮影すると、撮影された情報の画像認識または文字認識で認識された前記既知の位置の座標値を前記メモリに格納する
ことを特徴とする、付記8乃至13のいずれか1項記載の位置推定装置。
(付記15)
同一平面上に設けられた3個のスピーカから同じ原音を一定期間のみ各スピーカ毎に異なる遅延時間の人工エコーを付加して出力し、各スピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間と他のスピーカの出力に人工エコーが付加されている一定期間とは排他的関係にあり、前記3個のスピーカ全ての出力に人工エコーが付加されていない一定期間が設けられるシステムにおいて、端末装置のコンピュータに位置推定処理を実行させるプログラムであって、
前記3個のスピーカの出力を前記端末装置のマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成する手順と、
前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得する手順と、
前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
(付記16)
前記端末装置の位置を推定する手順は、
前記3個のうち一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記一対のスピーカの距離差Lcaを求める手順と、
前記3個のうち他の一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記他の一対のスピーカの距離差Lcbを求める手順と、
焦点を前記一対のスピーカとして距離差がLcaとなる双曲線αと、焦点を前記他の一対のスピーカとして距離差がLcbとなる双曲線βを求める手順と、
前記双曲線α,βを共に満たす連立双曲線方程式の交点から前記位置推定装置の位置を決定する手順
を含むことを特徴とする、付記15記載のプログラム。
(付記17)
前記端末装置の位置を推定する手順は、前記連立双曲線方程式の複数の解候補を、前記位置推定装置から見た前記3個のスピーカの距離順序に基づいて絞り込む手順
を更に含むことを特徴とする、付記16記載のプログラム。
(付記18)
前記端末装置の位置を推定する手順は、前記連立双曲線方程式の複数の解候補を前記距離順序に基づいて絞り込んだ後、前記3個のスピーカの位置を頂点とする三角形の領域内の解候補に絞り込む手順
を更に含むことを特徴とする、付記17記載のプログラム。
(付記19)
前記端末装置の温度センサで検知した環境温度に応じて前記音速の値を補正する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記15乃至18のいずれか1項記載のプログラム。
(付記20)
前記ケプストラムを生成する手順は、前記ケプストラム解析を
Cepstrum = IFFT(log(abs(FFT(X))))
なる式に基づいて行い、Xはデジタル録音されたサンプルのベクトル、FFTは高速フーリエ変換、abs は絶対値取得、logは対数(対数の底は任意)、IFFTは逆高速フーリエ変換を行う関数である
ことを特徴とする、付記15乃至19のいずれか1項記載のプログラム。
(付記21)
前記端末装置のカメラで撮影された前記3個のスピーカの既知の位置を示す情報の画像認識または文字認識で認識された前記既知の位置の座標値を前記端末装置のメモリに格納する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記15乃至20のいずれか1項記載のプログラム。
The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.
(Appendix 1)
The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. There is an exclusive relationship with a fixed period in which artificial echoes are added to the output of other speakers, and a fixed period in which artificial echoes are not added to the outputs of all three speakers is provided,
In the terminal device, the cepstrum is generated by the cepstrum analysis of the sample sequence obtained by detecting the output of the three speakers with the microphone,
In the terminal device, based on the cepstrum peak, obtain a distance order indicating a magnitude relationship of the distance from the position of the terminal device to each of the three speakers,
In the terminal device, the position estimation method estimates the position of the terminal device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
(Appendix 2)
The position of the terminal device is estimated as follows:
The distance difference Lca between the pair of speakers viewed from the terminal device is determined from the product of the arrival time difference between the outputs of the pair of speakers among the three and the sound velocity,
The distance difference Lcb between the other pair of speakers viewed from the terminal device is obtained from the product of the arrival time difference between the output of the other pair of speakers among the three and the sound speed, and the sound speed,
A hyperbola α whose distance difference is Lca with the pair of speakers as the focal point, and a hyperbola β whose distance difference is Lcb with the other pair of speakers as the focal point,
The position estimation method according to
(Appendix 3)
The position estimation method according to
(Appendix 4)
The plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations are narrowed down based on the distance order, and then are narrowed down to solution candidates in a triangular region whose vertex is the position of the three speakers. Position estimation method.
(Appendix 5)
The position estimation method according to any one of
(Appendix 6)
The cepstrum analysis
Cepstrum = IFFT (log (abs (FFT (X))))
X is a vector of digitally recorded samples, FFT is a fast Fourier transform, abs is an absolute value acquisition, log is a logarithm (the base of the logarithm is arbitrary), IFFT is a function that performs inverse fast Fourier transform The position estimation method according to any one of
(Appendix 7)
In the terminal device, information indicating the known positions of the three speakers is photographed by a camera, and the coordinate values of the known positions recognized by image recognition or character recognition of the photographed information are stored in a memory. The position estimation method according to any one of
(Appendix 8)
The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. Position estimation apparatus used in a system that has an exclusive relationship with a fixed period in which artificial echo is added to the output of another speaker and has a fixed period in which no artificial echo is added to the outputs of all three speakers Because
A microphone for detecting the output of the three speakers;
A processor that executes position estimation processing for estimating the position of the position estimation device based on the detection output of the microphone;
The position estimation process includes:
A cepstrum is generated by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by sampling the detection output,
Based on the cepstrum peak, obtain a distance order indicating the magnitude relationship of the distance from the position of the position estimation device to each of the three speakers,
A position estimation device that estimates the position of the position estimation device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
(Appendix 9)
The position estimation process includes:
The distance difference Lca between the pair of speakers as viewed from the position estimation device is obtained from the product of the arrival time difference of the outputs of the pair of speakers to the microphone and the sound speed of the three speakers,
The distance difference Lcb between the other pair of speakers as viewed from the position estimation device is obtained from the product of the arrival time difference between the output of the other pair of speakers to the microphone and the sound speed of the three pairs,
A hyperbola α whose distance difference is Lca with the pair of speakers as the focal point, and a hyperbola β whose distance difference is Lcb with the other pair of speakers as the focal point,
The position estimation apparatus according to appendix 8, wherein the position estimation apparatus determines a position of the position estimation apparatus from an intersection of simultaneous hyperbolic equations satisfying both the hyperbola α and β.
(Appendix 10)
The position estimation apparatus according to appendix 9, wherein the position estimation process narrows down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on a distance order of the three speakers as viewed from the position estimation apparatus.
(Appendix 11)
In the position estimation process, after narrowing down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on the distance order, the solution is narrowed down to solution candidates in a triangular region having the positions of the three speakers as vertices. The position estimation apparatus according to
(Appendix 12)
A temperature sensor for detecting the environmental temperature;
The position estimation apparatus according to any one of appendices 8 to 11, wherein the position estimation process corrects the value of the sound velocity according to an environmental temperature detected by the temperature sensor.
(Appendix 13)
In the position estimation process, the cepstrum analysis is performed.
Cepstrum = IFFT (log (abs (FFT (X))))
X is a vector of digitally recorded samples, FFT is a fast Fourier transform, abs is an absolute value acquisition, log is a logarithm (the base of the logarithm is arbitrary), IFFT is a function that performs inverse fast Fourier transform The position estimation apparatus according to any one of appendices 8 to 12, wherein the position estimation apparatus is provided.
(Appendix 14)
A camera,
Further comprising a memory,
When the camera captures information indicating a known position of the three speakers, the processor stores the coordinate value of the known position recognized by image recognition or character recognition of the captured information in the memory. 14. The position estimation device according to any one of appendices 8 to 13, characterized in that:
(Appendix 15)
The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. In a system in which a fixed period in which artificial echoes are added to the outputs of other speakers is provided and a fixed period in which artificial echoes are not added to the outputs of all three speakers is provided, A program for causing a computer to execute position estimation processing,
A procedure for generating a cepstrum by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by detecting outputs of the three speakers with a microphone of the terminal device;
A procedure for obtaining a distance order indicating a magnitude relationship of distances from the position of the terminal device to each of the three speakers based on the peak of the cepstrum;
A program for causing the computer to execute a procedure for estimating the position of the terminal device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
(Appendix 16)
The procedure for estimating the position of the terminal device is as follows:
A procedure for obtaining a distance difference Lca between the pair of speakers as viewed from the position estimation device from a product of an arrival time difference of the output of the pair of speakers to the microphone and a sound speed among the three;
A procedure for obtaining a distance difference Lcb between the other pair of speakers as viewed from the position estimation device from a product of arrival time difference between the output of the other pair of speakers to the microphone and sound speed among the three pairs,
A procedure for obtaining a hyperbola α whose distance difference is Lca when the focal point is the pair of speakers, and a hyperbola β whose distance difference is Lcb when the focal point is the other pair of speakers,
The program according to claim 15, further comprising a procedure for determining a position of the position estimation device from an intersection of simultaneous hyperbolic equations satisfying both the hyperbolic α and β.
(Appendix 17)
The procedure of estimating the position of the terminal device further includes a procedure of narrowing down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on a distance order of the three speakers viewed from the position estimation device. The program according to appendix 16.
(Appendix 18)
The procedure for estimating the position of the terminal device is to narrow down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on the distance order, and then select a solution candidate in a triangular region having the positions of the three speakers as vertices. The program according to appendix 17, further comprising a narrowing-down procedure.
(Appendix 19)
The program according to any one of appendices 15 to 18, which causes the computer to execute a procedure of correcting the value of the sound velocity according to an environmental temperature detected by a temperature sensor of the terminal device.
(Appendix 20)
The procedure for generating the cepstrum includes the cepstrum analysis.
Cepstrum = IFFT (log (abs (FFT (X))))
X is a vector of digitally recorded samples, FFT is a fast Fourier transform, abs is an absolute value acquisition, log is a logarithm (the base of the logarithm is arbitrary), IFFT is a function that performs inverse
(Appendix 21)
Storing the coordinate values of the known positions recognized by image recognition or character recognition of information indicating the known positions of the three speakers taken by the camera of the terminal device in the memory of the terminal device; 21. The program according to any one of appendices 15 to 20, wherein the program is executed by a computer.
以上、開示の位置推定方法、装置及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。 Although the disclosed position estimation method, apparatus, and program have been described in the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. Needless to say.
1A〜1C スピーカ
2 端末装置
11 PC
12A〜12C 加算回路
13A〜13C 遅延回路
14A〜14C セレクタ
15A〜15C DAC
16A〜16C アンプ
21 プロセッサ
22 DMAC
25 メモリ
26 マイクロホン
30 操作部
1A to
12A to
16A-
25
Claims (6)
前記3個のスピーカの出力を検知するマイクロホンと、
前記マイクロホンの検知出力に基づいて前記位置推定装置の位置を推定する位置推定処理を実行するプロセッサとを備え、
前記位置推定処理は、
前記検知出力をサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、
前記ケプストラムのピークに基づき前記位置推定装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、
前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記位置推定装置の位置を推定する
ことを特徴とする、位置推定装置。 The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. Position estimation apparatus used in a system that has an exclusive relationship with a fixed period in which artificial echo is added to the output of another speaker and has a fixed period in which no artificial echo is added to the outputs of all three speakers Because
A microphone for detecting the output of the three speakers;
A processor that executes position estimation processing for estimating the position of the position estimation device based on the detection output of the microphone;
The position estimation process includes:
A cepstrum is generated by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by sampling the detection output,
Based on the cepstrum peak, obtain a distance order indicating the magnitude relationship of the distance from the position of the position estimation device to each of the three speakers,
A position estimation device that estimates the position of the position estimation device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
前記3個のうち一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記一対のスピーカの距離差Lcaを求め、
前記3個のうち他の一対のスピーカの出力の前記マイクロホンへの到達時間差と音速の積から前記位置推定装置から見た前記他の一対のスピーカの距離差Lcbを求め、
焦点を前記一対のスピーカとして距離差がLcaとなる双曲線αと、焦点を前記他の一対のスピーカとして距離差がLcbとなる双曲線βを求め、
前記双曲線α,βを共に満たす連立双曲線方程式の交点から前記位置推定装置の位置を決定する
ことを特徴とする、請求項2記載の位置推定装置。 The position estimation process includes:
The distance difference Lca between the pair of speakers as viewed from the position estimation device is obtained from the product of the arrival time difference of the outputs of the pair of speakers to the microphone and the sound speed of the three speakers,
The distance difference Lcb between the other pair of speakers as viewed from the position estimation device is obtained from the product of the arrival time difference between the output of the other pair of speakers to the microphone and the sound speed of the three pairs,
A hyperbola α whose distance difference is Lca with the pair of speakers as the focal point, and a hyperbola β whose distance difference is Lcb with the other pair of speakers as the focal point,
3. The position estimating apparatus according to claim 2, wherein the position of the position estimating apparatus is determined from an intersection of simultaneous hyperbolic equations satisfying both the hyperbola α and β.
ことを特徴とする、請求項2記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 2, wherein the position estimation process narrows down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on a distance order of the three speakers viewed from the position estimation device. .
ことを特徴とする、請求項3記載の位置推定装置。 In the position estimation process, after narrowing down a plurality of solution candidates of the simultaneous hyperbolic equations based on the distance order, the solution is narrowed down to solution candidates in a triangular region having the positions of the three speakers as vertices. The position estimation apparatus according to claim 3.
前記3個のスピーカの出力を前記端末装置のマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成する手順と、
前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得する手順と、
前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。 The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. In a system in which a fixed period in which artificial echoes are added to the outputs of other speakers is provided and a fixed period in which artificial echoes are not added to the outputs of all three speakers is provided, A program for causing a computer to execute position estimation processing,
A procedure for generating a cepstrum by cepstrum analysis of a sample sequence obtained by detecting outputs of the three speakers with a microphone of the terminal device;
A procedure for obtaining a distance order indicating a magnitude relationship of distances from the position of the terminal device to each of the three speakers based on the peak of the cepstrum;
A program for causing the computer to execute a procedure for estimating the position of the terminal device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
端末装置において、前記3個のスピーカの出力をマイクロホンで検知してサンプリングしたサンプル列のケプストラム解析でケプストラムを生成し、
前記端末装置において、前記ケプストラムのピークに基づき前記端末装置の位置から前記3個のスピーカの夫々までの距離の大小関係を示す距離順序を取得し、
前記端末装置において、前記距離順序と前記3個のスピーカの既知の位置とに基づいて前記端末装置の位置を推定する
ことを特徴とする、位置推定方法。 The same original sound is output from three speakers provided on the same plane with artificial echoes having different delay times for each speaker only for a certain period, and the artificial echo is added to the output of each speaker. There is an exclusive relationship with a fixed period in which artificial echoes are added to the output of other speakers, and a fixed period in which artificial echoes are not added to the outputs of all three speakers is provided,
In the terminal device, the cepstrum is generated by the cepstrum analysis of the sample sequence obtained by detecting the output of the three speakers with the microphone,
In the terminal device, based on the cepstrum peak, obtain a distance order indicating a magnitude relationship of the distance from the position of the terminal device to each of the three speakers,
In the terminal device, the position estimation method estimates the position of the terminal device based on the distance order and the known positions of the three speakers.
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