JP2017038293A - 音収集制御装置、音収集システム、音収集制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】所望の音を収集する精度を向上させることができる音収集制御装置、音収集システム、音収集制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【解決手段】実施形態の音収集制御装置は、制御部と、収集部とを持つ。制御部は、宅内に設置された複数の音センサーが検出した音データの収集タイミングを制御する。収集部は、前記制御部の制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、音収集制御装置、音収集システム、音収集制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

従来、住宅内の住人の観測にはカメラが利用されることが多い。しかしながら、カメラによる常時観測は、住人に対して常に監視されているという圧迫感を与えかねない。さらに、個人情報保護上の問題にもなる。そこで、住人の観測に音を利用することが考えられる。しかしながら、収集した音をそのまま利用すると、住宅の外部からの雑音や、住宅内における電気機器などから発生する雑音の影響によって住人の観測精度が劣化してしまう。さらに、住宅内で音を収集するため、住人の会話なども収集してしまうことによる個人情報保護上の問題も発生してしまう。そのため、所望の音を収集することができない場合があった。

特開２０１４−１６０３１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、所望の音を収集する精度を向上させることができる音収集制御装置、音収集システム、音収集制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

実施形態の音収集制御装置は、制御部と、収集部とを持つ。制御部は、宅内に設置された複数の音センサーが検出した音データの収集タイミングを制御する。収集部は、前記制御部の制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する。

実施形態の音収集システム１００のシステム構成を示す図。 住宅１内における音センサー１０の配置の具体例を示す図。 音収集制御装置２０の構成を表す概略ブロック図。 音収集制御装置２０の音収集制御処理の流れを示すフローチャート。 住宅１内における音センサー１０の配置の別例を示す図。

以下、実施形態の音収集制御装置、音収集システム、音収集制御方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の音収集システム１００のシステム構成を示す図である。
音収集システム１００は、音センサー１０及び音収集制御装置２０を備える。音収集制御装置２０には、雑音機器３０が接続される。音センサー１０、音収集制御装置２０及び雑音機器３０は、住宅１内に設置される。図１では、音収集システム１００が４台の音センサー１０を備える構成を示しているが、音収集システム１００は３台以下の音センサー１０を備えるように構成されてもよいし、５台以上の音センサー１０を備えるように構成されてもよい。また、音収集制御装置２０には、２台以上の雑音機器３０が接続されてもよい。

音センサー１０は、音の検出を行うセンサーである。例えば、音センサー１０は、マイクロホンである。音センサー１０は、検出した音のデータ（以下、「音データ」という。）を音収集制御装置２０に出力する。音センサー１０は、無指向性のマイクロホンであってもよいし、単一指向性のマイクロホンであってもよいし、双指向性のマイクロホンであってもよい。また、音センサー１０は、屋内に設けられてもよいし、屋外に設けられてもよい。
音収集制御装置２０は、音センサー１０によって検出された音データに含まれる所望の音データを収集するための制御を行う。所望の音データとは、音データに含まれる雑音を除いた音のデータである。例えば、所望の音データは、住人の在不在の判定に利用される生活音（例えば、音声、足音など）である。ここで、雑音とは、雑音機器３０が動作している場合に発生する動作音や、住宅１外部からの騒音である。例えば、雑音機器３０が洗濯機である場合には、洗濯機における洗い、すすぎ時などの動作音が雑音に相当する。また。住宅１外部からの騒音は、車両などの走行音である。
雑音機器３０は、電力を使用する電気機器であり雑音を発生する。雑音機器３０は、例えば家電（例えば、洗濯機、扇風機及びエアコンなど）である。

図２は、住宅１内における音センサー１０の配置の具体例を示す図である。
音センサー１０は、図２に示されるように、住宅１内の所定の位置に配置される。図２では、９個の音センサー１０−１〜１０−９が配置されている例を示している。これらの音センサー１０−１〜１０−９はそれぞれ、住宅１の壁（屋内又は屋外）、床、天井、ドア及び窓等に接触又は埋め込まれた状態で互いに異なる位置に配置される。各音センサー１０は、自装置周辺の音を検出する。例えば、各音センサー１０が無指向性のマイクロホンである場合、各音センサー１０は自装置の周囲（例えば、３６０°）から音を検出する。また、各音センサー１０が指向性のマイクロホンである場合、各音センサー１０は特定の領域から音を検出する。音収集制御装置２０は、収集した音データによって雑音を発生させている雑音機器３０が位置している範囲を特定することができる。より具体的には、音収集制御装置２０は、類似する特徴の音を検出している、かつ、三角形の各頂点を形成する３つの音センサー１０（例えば、音センサー１０−１、１０−２及び１０−４）によって雑音機器３０が位置している範囲を特定することができる。

図３は、音収集制御装置２０の構成を表す概略ブロック図である。
音収集制御装置２０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、音収集制御プログラムを実行する。音収集制御プログラムの実行によって、音収集制御装置２０は、判定部２０１、制御部２０２、収集部２０３、雑音除去部２０４を備える装置として機能する。なお、音収集制御装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、音収集制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、音収集制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

判定部２０１は、雑音機器３０が動作しているか否か判定する。具体的には、判定部２０１は、雑音機器３０がオン状態であるかオフ状態であるか判定する。雑音機器３０がオン状態である場合、判定部２０１は雑音機器３０が動作していると判定する。雑音機器３０がオフ状態である場合、判定部２０１は雑音機器３０が動作していないと判定する。
制御部２０２は、音センサー１０が検出した音データの収集タイミングを制御する。例えば、制御部２０２は、雑音の少ない期間に収集部２０３を制御して、音センサー１０が検出した音データを収集させる。雑音の少ない期間とは、雑音機器３０が雑音を発生していない期間である。より具体的には、雑音の少ない期間は、制御部２０２が雑音を発生させないように雑音機器３０を制御している期間である。

収集部２０３は、制御部２０２の制御に従って、雑音の少ない期間に各音センサー１０から音データを収集する。
雑音除去部２０４は、収集部２０３によって収集された音データに含まれる雑音を除去する。具体的には、雑音除去部２０４は、フィルタ処理によって、音データに含まれる外部からの雑音を除去する。

次に、収集部２０３が音データを収集する際の処理について具体的に説明する。
収集部２０３は、音データを収集する際に、所定のＴｗ時間（第１の時間）連続的に収集後、一定の繰り返し周期Ｔｒに従ってＴｒ時間（第２の時間）未収集として、Ｔｒ時間経過後に再度Ｔｗ時間の収集を繰り返すことによって、断続的に音データを収集する。さらに、収集部２０３は、非収集周波数帯がＦＬ〜ＦＨ［Ｈｚ］であり、ＦＬ＞＝１／（２×Ｔｒ）、かつＦＨ＜＝１／（２×Ｔｗ）の関係を満たす断続的収集をする。なお、非収集周波数帯は、音声帯域に相当し、ＦＬ〜２０Ｈｚ、ＦＨ〜１０ｋＨｚである。
例えば、
Ｔｗ＜＝１/（２×ＦＨ）＝１/（２×１０ｋＨｚ）〜５０ｕｓ
Ｔｒ＞＝１/（２×ＦＬ）＝１/（２×２０Ｈｚ）〜２５ｍｓ
を満足すれば、音声を音の情報として収集できるが、音声として識別することはできない。したがって、おそらく人が音声を発していることはわかるが、折り返した音となってしまい会話内容は原理上一切理解できないことになる。

音データを収集する際に、断続的に一定の周期に従って収集するということは、サンプリングによる収集に相当する。すなわち、サンプリング定理により、繰り返し周期Ｔｒで収集したデータが再現できる周波数は、１／（２×Ｔｒ）で決まる。また、収集時間Ｔｗの間の連続収集時間の間に収集できる周波数の下限は、１／（２×Ｔｗ）で決まる。したがって、ＦＬ＞＝１／（２×Ｔｒ）、かつ、ＦＨ＜＝１／（２×Ｔｗ）の関係を満たす断続的収集によって得られる周波数は、ＦＨより高い周波数成分か、ＦＬより低い周波数成分となる。
ＦＬ〜ＦＨを音声周波数帯にあてはめれば、断続的収集により得られたデータは、音声として解読することができないデータとなり、生活音は収集できるが、音声情報は収集しないという目的を達した収集となる。このように、処理開始時から音声帯域をサンプリング定理に従ってデータサンプリングしないことにより、より個人情報に配慮したセキュアな音データの収集が可能となる。この場合、音声帯域情報は、折り返し周波数となって検収データに含まれるが、既にもとの情報を失っているため、収集したデータから例えば人物同士の会話を再現することは原理的にできないことになる。

図４は、音収集制御装置２０の音収集制御処理の流れを示すフローチャートである。図４の処理は、ある時間間隔（例えば、１分毎）で実行される。
判定部２０１は、雑音機器３０が動作しているか否か判定する（ステップＳ１０１）。雑音機器３０が動作している場合（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、音収集制御装置２０は一定時間（例えば、１０秒）待機する（ステップＳ１０２）。一定時間待機後、判定部２０１は、雑音機器３０が動作しているか否か判定する（ステップＳ１０３）。雑音機器３０が動作している場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、制御部２０２は所定の時間が経過したか否か判定する（ステップＳ１０４）。所定の時間は、例えば一定時間以上、音収集制御処理開始時間間隔未満の時間である。所定の時間は、予め設定されていてもよい。

所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、音収集制御装置２０はステップＳ１０２以降の処理を繰り返し実行する。
一方、所定の時間が経過している場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、制御部２０２は雑音を発生させないように、動作している雑音機器３０を制御する（ステップＳ１０５）。例えば、制御部２０２は、動作している雑音機器３０の動作を停止させる。その後、制御部２０２は、収集部２０３を制御して、各音センサー１０から音データを収集させる。収集部２０３は、制御部２０２の制御に従って各音センサー１０から音データを収集する（ステップＳ１０６）。収集部２０３は、取集した複数の音データを雑音除去部２０４に出力する。雑音除去部２０４は、各音データに含まれる外部からの雑音を除去する（ステップＳ１０７）。

具体的には、雑音除去部２０４は、以下の処理によって外部からの雑音を除去する。この場合、雑音除去部２０４は、屋外にむけて指向性を持つマイクロホンを利用する。マイクロホンによって収集された屋外の雑音（特に低周波数成分）は、マイクロホンに接続される電気回路により位相を１８０度逆転され、音収集制御装置２０に逆相音として入力される。そして、雑音除去部２０４は、外部から直接屋内にはいった外部ノイズ（屋内側に向けたマイクロホンで検出した外部雑音）と、外部ノイズを検出した屋内側に向けたマイクロホンに近接する位置に設置された屋外側のマイクロホンから入力された逆相音とによって互いに位相を打消し、外部雑音を減少させる。この際、合成された音が最も小さくなるように逆相音の振幅を調整される。なお、屋内側に指向性のあるマイクロホンと屋外向けに指向性のあるマイクロホンを一体型で構成することは容易に実現できる。そのため、本実施形態では、屋内側に指向性のあるマイクロホンと屋外向けに指向性のあるマイクロホンとが一体型で構成されたマイクロホンが利用されてもよい。

また、ステップＳ１０１の処理において、雑音機器３０が動作していない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）、制御部２０２はステップＳ１０６以降の処理を実行する。
また、ステップＳ１０３の処理において、雑音機器３０が動作していない場合（ステップＳ１０３−ＮＯ）、制御部２０２はステップＳ１０６以降の処理を実行する。

以上のように構成された音収集制御装置２０によれば、所望の音データを収集することができる。以下、この効果について詳細に説明する。
音収集制御装置２０は、音データを収集する前に、動作している雑音機器３０が雑音を発生しないように制御する。これにより、音収集制御装置２０が音データを収集する際には、雑音を発生する雑音機器３０が無くなる。このように、音収集制御装置２０は、雑音機器３０による雑音が少ない状況下で音データを収集することができる。さらに、音データの収集時には、断続的に音データの収集が行われる。この収集方法によって、音収集制御装置２０は、収集された音データから会話などの個人情報が復元されないように音データを収集することができる。そして、音収集制御装置２０は、フィルタ処理によって、収集した音データに含まれる住宅１外部からの雑音を除去する。したがって、不要な雑音を除去することができる。そのため、所望の音データを収集することが可能になる。

以下、音収集システム１００の変形例について説明する。
本実施形態では、雑音機器３０に対して雑音を発生させないように制御する方法として、雑音機器３０を停止させる構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、制御部２０２は、動作している雑音機器３０を停止するのではなく、動作している雑音機器３０をアイドル状態にさせてもよい。そして、動作している雑音機器３０をアイドル状態にさせた後、制御部２０２は収集部２０３を制御して音データを収集させる。
このように構成されることによって、音データの収集時に発生する雑音を減らした状況で音データを収集することができる。そのため、所望の音データを収集することが可能になる。

収集部２０３による音データの収集中に、雑音機器３０が動作していると判定された場合、制御部２０２は収集部２０３を制御して、収集部２０３による音データの収集を一時的に停止するように構成されてもよい。
このように構成されることによって、音収集制御装置２０は、雑音機器３０が発生させる雑音を収集してしまう可能性を低減することができる。これにより、所望の音を収集する精度を向上させることができる。

本実施形態では、判定部２０１が、雑音機器３０が動作しているか否かを雑音機器３０のオン状態かオフ状態かに応じて判定する構成を示したが、雑音機器３０が動作しているか否かの判定はこれに限定される必要はない。例えば、判定部２０１は、雑音機器３０が発生させる雑音の特徴量の分布パターンに基づいて、雑音機器３０が動作しているか否か判定してもよい。このように構成される場合、音収集制御装置２０は雑音機器情報記憶部を備える。雑音機器情報記憶部は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。雑音機器情報記憶部は、雑音機器３０が発生させる雑音の特徴量の分布パターンに関する情報（以下、「雑音パターン」という。）を記憶する。例えば、雑音機器３０が洗濯機であれば、雑音機器情報記憶部は洗濯機が洗い、すすぎなどの動作時に発生させる雑音の雑音パターンを記憶する。このように、雑音機器情報記憶部は、各雑音機器３０の雑音パターンを記憶する。以下、このような場合の動作について説明する。

制御部２０２は、音収集制御処理が開始されると、収集部２０３を制御して音センサー１０から音データを収集させる。判定部２０１は、収集した音データから音データの特徴量の分布パターンを取得する。そして、判定部２０１は、取得した特徴量の分布パターンと、雑音パターンとを比較して雑音機器３０が動作しているか否か判定する。例えば、収集した音データの特徴量の分布パターンと、いずれかの雑音パターンとが一致する場合、判定部２０１は雑音機器３０が動作していると判定する。判定部２０１によって雑音機器３０が動作していると判定された場合、制御部２０２は動作していると判定された雑音機器３０に対して雑音を発生させないように制御する。その後、制御部２０２は、収集部２０３を制御して音データを収集させる。

音収集制御装置２０は、出力部を備えるように構成されてもよい。出力部は、収集部２０３による音データの収集が開始されると、住人に対して音データの収集中である旨を示す通知の出力を行う。例えば、出力部は、光を点滅させることによって収集中である旨を通知してもよいし、画像や文字を画面に出力する出力装置に対して画像や文字によって収集中である旨を通知させてもよいし、音声出力装置（スピーカー）に対して音楽等の音を出力させて通知してもよいし、その他の方法で通知してもよい。例えば、出力装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescent）ディスプレイ等を用いて構成できる。

音収集制御装置２０は、設定部を備えるように構成されてもよい。設定部は、住人が不図示の入力装置を用いて入力した時間帯を、音データを収集する時間帯に設定する。このように構成される場合、制御部２０２は設定された時間帯になると、収集部２０３を制御して、複数の音センサー１０から音データを収集させる。
このように構成されることによって、住人が望む時間帯に音データの収集が行われる。そのため、音データ収集の自由度が向上する。

制御部２０２は、雑音機器３０が動作中であり、かつ、雑音を間欠的に発生する場合、動作している雑音機器３０の電力消費の推移から、電力消費が所定の閾値未満となるタイミングを音データの収集タイミングに決定してもよい。このように構成される場合、制御部２０２は、決定した収集タイミングで収集部２０３を制御して音データを収集させる。この処理について、一例、例えば、雑音機器３０が洗濯機の場合を例に説明する。洗濯機は、常に大きな雑音を出していると思われる。しかし、正転時と反転時の間にモーターが回っていない休止時がある。休止時においては、洗濯機の電力消費も少なく、発生する雑音も小さい。そこで、制御部２０２は、洗濯機の電力消費をモニターして、休止時を把握することによって電力消費が所定の閾値未満となるタイミング（例えば、休止時）を音データの収集タイミングに決定する。

音収集制御装置２０は、音声処理部を備えるように構成されてもよい。このように構成される場合、収集部２０３は断続的に音データを収集しなくてもよい。以下、具体的に説明する。音声処理部は、雑音除去部２０４によって外部からの雑音が除去された音データ（以下、「雑音除去音データ」という。）に対してフィルタ処理を行うことによって、雑音除去音データに含まれる音声周波数帯域のデータを減衰させる。より具体的には、音声処理部は、雑音除去音データに対して、音声帯域削除用のアナログフィルタを用いることによって、雑音除去音データに含まれる音声周波数帯域のデータを減衰させる。音声帯域削除用のアナログフィルタは、音声帯域（例えば、２００ＨＺ〜４ｋＨｚ）を減衰させ、その他の帯域を通過させるフィルタである。

音収集制御装置２０による音データの収集結果は、その後にどのような処理に用いられてもよい。例えば、収集結果に基づいて住宅１内に人物がいるか否かの判定に用いられてもよいし、人物が住宅１内のどの部屋にいるのかの判定に用いられてもよいし、人物が睡眠中であるか否かの判定に用いられてもよいし、その他の判定に用いられてもよい。住宅１内に人物がいるか否かの判定や、人物が住宅１内のどの部屋にいるのかの判定に音データの収集結果が利用される場合、振動センサーによる振動データの収集結果も音データの収集結果に合わせて利用されてもよい。

音センサー１０の配置は、上述の配置に限定される必要はない。例えば、音センサー１０は、図５のように配置されてもよい。図５は、住宅１内における音センサー１０の配置の別例を示す図である。
図５に示される例では、住宅１に１２個の音センサー１０−１０〜１０−２１が配置されている。これらの音センサー１０−１０〜１０−２１はそれぞれ、住宅１の壁、床、天井、ドア及び窓等に接触又は埋め込まれた状態で互いに異なる位置に配置される。各音センサー１０は、自装置周辺の音を検出する。例えば、各音センサー１０が無指向性のマイクロホンである場合、各音センサー１０は自装置の周囲（例えば、３６０°）から音を検出する。音収集制御装置２０は、収集した音データによって雑音機器３０が位置している範囲を特定することができる。より具体的には、音収集制御装置２０は、類似する特徴の音を検出している、かつ、四角形の各頂点を形成する４つの音センサー１０（例えば、音センサー１０−１０、１０−１１、１０−１４及び１０−１５）によって雑音機器３０が位置している範囲を特定することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、宅内１に設置された音センサー１０が検出した音データの収集タイミングを制御する制御部２０２と、制御部２０２の制御に従って、雑音を発生する雑音機器３０が雑音を発生させていない期間に音センサー１０から音データを収集する収集部２０３とを持つことにより、所望の音を収集する精度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…音センサー，２０…音収集制御装置，３０…雑音機器，２０１…判定部，２０２…制御部，２０３…収集部，２０４…雑音除去部

Claims (8)

1. 宅内に設置された複数の音センサーそれぞれが検出した音データの収集タイミングを制御する制御部と、
   前記制御部の制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する収集部と、
   を備える音収集制御装置。
2. 前記制御部は、前記収集タイミングに前記雑音機器が動作している場合、雑音を発生させないように前記雑音機器を制御し、前記雑音機器を制御した後に前記収集部を制御する、請求項１に記載の音収集制御装置。
3. 前記制御部は、前記収集タイミングに前記雑音機器が動作している場合、雑音を発生させないように前記雑音機器を停止又はアイドル状態にさせる、請求項２に記載の音収集制御装置。
4. 前記収集部は、第１の時間連続的に収集後、第２の時間未収集として、断続的に前記音データを収集する、請求項１から３のいずれか１項に記載の音収集制御装置。
5. 前記収集部によって収集された前記音データに含まれる外部からの雑音を除去する雑音除去部をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の音収集制御装置。
6. 宅内に設置され、周囲から音データを検出する複数の音センサーと、
   前記複数の音センサーが検出した音データの収集タイミングを制御する制御部と、前記制御部の制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する収集部と、を備える音収集制御装置と、
   を備える音収集システム。
7. 宅内に設置された複数の音センサーが検出した音データの収集タイミングを制御する制御ステップと、
   前記制御ステップにおける制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する収集ステップと、
   を有する音収集制御方法。
8. 宅内に設置された複数の音センサーが検出した音データの収集タイミングを制御する制御ステップと、
   前記制御ステップにおける制御に従って、雑音を発生する雑音機器が雑音を発生させていない期間に前記複数の音センサーから音データを収集する収集ステップと、
   をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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