JP2017201747A - 信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】音源の方向を推定することができる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを提供する。【解決手段】音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を複数の位置毎に出力する収音部と、アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する混合デジタル信号と、収音部に対応する、収音部の姿勢と音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成部と、強調信号生成部が生成する強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより収音部のある姿勢に対する音の音源の相対的な方向を推定する方向推定部とを備える信号処理装置である。【選択図】図１
Description
本発明は、信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムに関する。
従来、１つのマイクロフォンに対して１つのアナログデジタル変換器を備えた構成のマイクロフォンアレー信号処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。
そのため、マイクロフォンアレー信号処理を行うためには、信号処理側に複数のマイクロフォンと対応する数の複数のアナログデジタル変換器を備えている必要があった。しかし、汎用パーソナルコンピュータや、スマートフォンなどの携帯端末には、アナログ信号を入力可能な端子の数に限りがあり、マイクロフォンアレー信号処理を行えないという課題があった。
本発明の課題は、マイクロフォンアレーに用いられるマイクロフォンの数よりも少ないアナログデジタル変換器を備えた機器において、マイクロフォンアレー信号処理を実現し、音源の方向を推定することができる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを提供することにある。
本発明の課題は、マイクロフォンアレーに用いられるマイクロフォンの数よりも少ないアナログデジタル変換器を備えた機器において、マイクロフォンアレー信号処理を実現し、音源の方向を推定することができる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを提供することにある。
本発明の一態様は、音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得部と、前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成部と、前記強調信号生成部が生成する前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定部とを備える信号処理装置である。
また、本発明の他の態様は、前記収音部が収音する前記互いに異なる位置とは、互いに不等間隔の位置であって、前記強調信号生成部は、前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記不等間隔の位置において収音する前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する信号処理装置である。
また、本発明の他の態様は、前記装置が備える前記収音部は、前記複数の位置の数に対応する数のマイクロフォンを備え、前記装置が備える前記デジタル変換部が備えるアナログデジタル変換器の数は、前記前記マイクロフォンの数よりも少ない信号処理装置である。
また、本発明の他の態様は、前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記方向のうち所定の方向に対応する前記信号フィルタとに基づいて、前記所定の方向に対応する前記強調信号を出力する所定方向強調信号出力部を備える信号処理装置である。
また、本発明の他の態様は、前記装置は、前記信号フィルタを記憶する記憶部を備え、
前記強調信号生成部は、前記記憶部から前記信号フィルタを取得する信号処理装置である。
前記強調信号生成部は、前記記憶部から前記信号フィルタを取得する信号処理装置である。
また、本発明の他の態様は、音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得ステップと、前記混合デジタル信号取得ステップから取得される前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成ステップと、前記強調信号生成ステップから生成される前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定ステップとを有する信号処理方法である。
また、本発明の他の態様は、コンピュータに、音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得ステップと、前記混合デジタル信号取得ステップから取得される前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成手段と、前記強調信号生成手段から生成される前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定ステップとを実行させるための信号処理プログラムである。
本発明によれば、音源の方向を推定することができる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを提供することができる。
［実施形態１に係る信号処理システム１の構成の一例］
以下、実施形態１の信号処理システム１について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る信号処理システム１の外観構成の一例を示す図である。
信号処理システム１は、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を収音し、信号処理を行う。信号処理システム１は、マイクロフォンアレー装置２０と、スマートフォンＳＰとを備える。以下の説明においては、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢は、スマートフォンＳＰと物理的に接続されることにより固定されている。スマートフォンＳＰは、固定されたマイクロフォンアレー装置２０の姿勢を基準姿勢とする。なお、スマートフォンＳＰは、ユーザーの操作によってマイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を決定してもよい。基準姿勢とは、マイクロフォンアレー装置２０に対する音源ＳＳ１の相対的な方向を推定する基準となる姿勢のことである。
マイクロフォンアレー装置２０は、複数の位置の数に対応する数のマイクロフォンＭ（以下、マイクＭと記載する）を備える。マイクＭは、マイクロフォンを備える。具体的には、マイクＭには、マイクＭ１からマイクＭｎまでが含まれる。ここで、マイクＭｎのｎとは、２以上の整数である。マイクＭは、互いに異なる位置において音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１をそれぞれ収音する。マイクロフォンアレー装置２０は、マイクＭが収音した音を示すアナログ信号にそれぞれ変換する。マイクロフォンアレー装置２０は、変換した複数のアナログ信号を混合し、スマートフォンＳＰに出力する。
スマートフォンＳＰは、信号処理部１０と、表示部１１と、音出力部１２と、デジタル変換部２３とを備える。スマートフォンＳＰは、マイクロフォンアレー装置２０が出力したアナログ信号を取得する。スマートフォンＳＰは、取得したアナログ信号を信号処理する。スマートフォンＳＰは信号処理した結果を、表示部１１に表示させる。音出力部１２は、入力される音信号を音として出力する。
以下、実施形態１の信号処理システム１について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る信号処理システム１の外観構成の一例を示す図である。
信号処理システム１は、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を収音し、信号処理を行う。信号処理システム１は、マイクロフォンアレー装置２０と、スマートフォンＳＰとを備える。以下の説明においては、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢は、スマートフォンＳＰと物理的に接続されることにより固定されている。スマートフォンＳＰは、固定されたマイクロフォンアレー装置２０の姿勢を基準姿勢とする。なお、スマートフォンＳＰは、ユーザーの操作によってマイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を決定してもよい。基準姿勢とは、マイクロフォンアレー装置２０に対する音源ＳＳ１の相対的な方向を推定する基準となる姿勢のことである。
マイクロフォンアレー装置２０は、複数の位置の数に対応する数のマイクロフォンＭ（以下、マイクＭと記載する）を備える。マイクＭは、マイクロフォンを備える。具体的には、マイクＭには、マイクＭ１からマイクＭｎまでが含まれる。ここで、マイクＭｎのｎとは、２以上の整数である。マイクＭは、互いに異なる位置において音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１をそれぞれ収音する。マイクロフォンアレー装置２０は、マイクＭが収音した音を示すアナログ信号にそれぞれ変換する。マイクロフォンアレー装置２０は、変換した複数のアナログ信号を混合し、スマートフォンＳＰに出力する。
スマートフォンＳＰは、信号処理部１０と、表示部１１と、音出力部１２と、デジタル変換部２３とを備える。スマートフォンＳＰは、マイクロフォンアレー装置２０が出力したアナログ信号を取得する。スマートフォンＳＰは、取得したアナログ信号を信号処理する。スマートフォンＳＰは信号処理した結果を、表示部１１に表示させる。音出力部１２は、入力される音信号を音として出力する。
次に、図２を参照して、マイクロフォンアレー装置２０及びスマートフォンＳＰの機能構成について説明する。
図２は、実施形態１に係るマイクロフォンアレー装置２０と、スマートフォンＳＰとの機能構成の一例を示す図である。
マイクロフォンアレー装置２０は、収音部２１と、混合部２２とを備える。
収音部２１は、マイクＭを備える。マイクＭは収音した音を、それぞれ音Ｗ１を示すアナログ信号ＡＳへ変換し、複数の位置毎に出力する。アナログ信号ＡＳには、アナログ信号ＡＳ１からアナログ信号ＡＳｎまでが含まれる。具体的には、マイクＭ１は、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳ１に変換する。マイクＭ２は、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳ２に変換する。マイクＭｎは、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳｎに変換する。収音部２１は、変換したアナログ信号ＡＳを、それぞれ混合部２２に出力する。
図２は、実施形態１に係るマイクロフォンアレー装置２０と、スマートフォンＳＰとの機能構成の一例を示す図である。
マイクロフォンアレー装置２０は、収音部２１と、混合部２２とを備える。
収音部２１は、マイクＭを備える。マイクＭは収音した音を、それぞれ音Ｗ１を示すアナログ信号ＡＳへ変換し、複数の位置毎に出力する。アナログ信号ＡＳには、アナログ信号ＡＳ１からアナログ信号ＡＳｎまでが含まれる。具体的には、マイクＭ１は、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳ１に変換する。マイクＭ２は、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳ２に変換する。マイクＭｎは、音Ｗ１をアナログ信号ＡＳｎに変換する。収音部２１は、変換したアナログ信号ＡＳを、それぞれ混合部２２に出力する。
混合部２２は、収音部２１が出力するアナログ信号ＡＳを、それぞれ取得する。混合部２２は、取得したアナログ信号ＡＳを混合し、混合アナログ信号ＭＡ１を生成する。混合部２２は、生成した混合アナログ信号ＭＡ１を出力する。また、マイクＭには、混合部２２からの混合アナログ信号ＭＡ１が逆流しないように、それぞれ、マイクアンプＡＭＰを備える。マイクアンプＡＭＰには、マイクアンプＡＭＰ１からマイクアンプＡＭＰｎまでが含まれる。具体的には、マイクＭ１は、マイクアンプＡＭＰ１を備える。マイクＭ２は、マイクアンプＡＭＰ２を備える。マイクＭｎは、マイクアンプＡＭＰｎを備える。なお、マイクアンプＡＭＰはアンプ装置に限られず、マイクＭへの混合アナログ信号ＭＡ１の逆流を抑える部材であればよい。
図３を参照して、収音部２１が備えるマイクＭの配置間隔について説明する。
図３は、マイクＭの配置間隔の一例を示す図である。
マイクＭ１とマイクＭ２との間隔は、間隔Ｌ１である。マイクＭ２とマイクＭ３との間隔は、間隔Ｌ２である。マイクＭ３とマイクＭ４との間隔は、間隔Ｌ３である。マイクＭ４とマイクＭ５との間隔は、間隔Ｌ４である。マイクＭ５とマイクＭ６との間隔は、間隔Ｌ５である。マイクＭｎ−１とマイクＭｎとの間隔は、間隔Ｌｎ−１である。間隔Ｌ１から間隔Ｌｎ−１までを区別しない場合には、間隔Ｌと記載する。ここで、実施形態１に係る間隔Ｌは、それぞれ同じ長さである。つまり、マイクＭは等間隔に配置される。なお、それぞれのマイクＭの指向特性及び周波数特性は同一でなくてもよい。
図３は、マイクＭの配置間隔の一例を示す図である。
マイクＭ１とマイクＭ２との間隔は、間隔Ｌ１である。マイクＭ２とマイクＭ３との間隔は、間隔Ｌ２である。マイクＭ３とマイクＭ４との間隔は、間隔Ｌ３である。マイクＭ４とマイクＭ５との間隔は、間隔Ｌ４である。マイクＭ５とマイクＭ６との間隔は、間隔Ｌ５である。マイクＭｎ−１とマイクＭｎとの間隔は、間隔Ｌｎ−１である。間隔Ｌ１から間隔Ｌｎ−１までを区別しない場合には、間隔Ｌと記載する。ここで、実施形態１に係る間隔Ｌは、それぞれ同じ長さである。つまり、マイクＭは等間隔に配置される。なお、それぞれのマイクＭの指向特性及び周波数特性は同一でなくてもよい。
図２に戻り、デジタル変換部２３は、収音部２１が備えるマイクロフォンの数よりも少ないアナログデジタル変換器を備える。実施形態１に係るデジタル変換部２３は、１つのアナログデジタル変換器を備える。デジタル変換部２３は、混合部２２が出力する混合アナログ信号ＭＡ１を取得する。デジタル変換部２３は、取得した混合アナログ信号ＭＡ１を混合デジタル信号ＭＤ１に変換する。デジタル変換部２３は、変換した混合デジタル信号ＭＤ１を出力する。なお、デジタル変換部２３は、マイクロフォンアレー装置２０に備えられていてもよい。また、デジタル変換部２３が複数のアナログデジタル変換器を備える場合には、デジタル変換部２３は、複数のアナログデジタル変換器が出力する混合デジタル信号が示す音波形をそれぞれ重ね合わせることにより、１つの混合デジタル信号ＭＤ１を出力する。
信号処理部１０は、混合デジタル信号取得部２００と、記憶部１００と、強調信号生成部２０１と、方向推定部２０２と、所定方向強調信号出力部２０３とを備える。
混合デジタル信号取得部２００は、デジタル変換部２３が出力する混合デジタル信号ＭＤ１を取得し、強調信号生成部２０１に対して出力する。
記憶部１００には、特性情報（信号フィルタ）ＦＩＲが記憶される。特性情報ＦＩＲとは、収音部２１に対応する収音部２１の姿勢と音Ｗ１の位置との相対的な方向毎の信号フィルタである。特性情報ＦＩＲには、特性情報ＦＩＲ１から特性情報ＦＩＲｊまでが含まれる。ここで、特性情報ＦＩＲｊのｊとは、１以上の整数である。
混合デジタル信号取得部２００は、デジタル変換部２３が出力する混合デジタル信号ＭＤ１を取得し、強調信号生成部２０１に対して出力する。
記憶部１００には、特性情報（信号フィルタ）ＦＩＲが記憶される。特性情報ＦＩＲとは、収音部２１に対応する収音部２１の姿勢と音Ｗ１の位置との相対的な方向毎の信号フィルタである。特性情報ＦＩＲには、特性情報ＦＩＲ１から特性情報ＦＩＲｊまでが含まれる。ここで、特性情報ＦＩＲｊのｊとは、１以上の整数である。
図４を参照して、特性情報ＦＩＲの生成する方法の一例について説明する。
図４は、特性情報ＦＩＲを生成する場面の一例を示す図である。
無響室に、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとが１．５ｍの間隔を隔てて配置される。なお、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとの配置間隔１．５ｍは、一例であって、マイクロフォンアレー装置２０の特性に合わせて変えてもよい。マイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を基準として、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとを結ぶ線を基準線ＣＬとする。ここで、基準線ＣＬ上にあるマイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を、角度θ＝０度の姿勢とする。
スピーカーＳＰＫは、デジタル・アナログ変換器を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と電気的に接続される。マイクロフォンアレー装置２０は、アナログデジタル変換器を介して、パーソナルコンピュータと電気的に接続される。
スピーカーＳＰＫは、パーソナルコンピュータから出力される、０ｋＨｚから４８ｋＨｚまでの、時間と共に周波数が増加する音を出力する。なお、スピーカーＳＰＫが出力する音の周波数は一例であって、どのような音であってもよい。マイクロフォンアレー装置２０は、スピーカーＳＰＫから出力される音を収音する。マイクロフォンアレー装置２０は、収音する音をパーソナルコンピュータに出力する。パーソナルコンピュータは、マイクロフォンアレー装置２０が収音する音ｈ（ｔ，θ）を、フーリエ変換する。パーソナルコンピュータは、収音した音をフーリエ変換した結果として得られた特性情報ＦＩＲを、パーソナルコンピュータが備える記憶部（不図示）に記憶させる。
図４は、特性情報ＦＩＲを生成する場面の一例を示す図である。
無響室に、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとが１．５ｍの間隔を隔てて配置される。なお、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとの配置間隔１．５ｍは、一例であって、マイクロフォンアレー装置２０の特性に合わせて変えてもよい。マイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を基準として、マイクロフォンアレー装置２０と、スピーカーＳＰＫとを結ぶ線を基準線ＣＬとする。ここで、基準線ＣＬ上にあるマイクロフォンアレー装置２０の基準姿勢を、角度θ＝０度の姿勢とする。
スピーカーＳＰＫは、デジタル・アナログ変換器を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と電気的に接続される。マイクロフォンアレー装置２０は、アナログデジタル変換器を介して、パーソナルコンピュータと電気的に接続される。
スピーカーＳＰＫは、パーソナルコンピュータから出力される、０ｋＨｚから４８ｋＨｚまでの、時間と共に周波数が増加する音を出力する。なお、スピーカーＳＰＫが出力する音の周波数は一例であって、どのような音であってもよい。マイクロフォンアレー装置２０は、スピーカーＳＰＫから出力される音を収音する。マイクロフォンアレー装置２０は、収音する音をパーソナルコンピュータに出力する。パーソナルコンピュータは、マイクロフォンアレー装置２０が収音する音ｈ（ｔ，θ）を、フーリエ変換する。パーソナルコンピュータは、収音した音をフーリエ変換した結果として得られた特性情報ＦＩＲを、パーソナルコンピュータが備える記憶部（不図示）に記憶させる。
上述した、スピーカーからの音を特性情報ＦＩＲとして収音する処理を、マイクロフォンアレー装置２０を、基準線ＣＬの端点ＣＬＰを中心に、角度θを１度ずつ回転させて実行する。具体的には、角度θ＝０度の姿勢のときに収音される特性情報ＦＩＲを、特性情報ＦＩＲ１とする。角度θ＝１度の姿勢のときに収音される特性情報ＦＩＲを、特性情報ＦＩＲ２とする。この処理を、角度θ＝３５９度まで繰り返すことにより、特性情報ＦＩＲ１から特性情報ＦＩＲ３６０までを生成する。なお、上述した特性情報ＦＩＲを生成する方法は一例であって、これに限られない。マイクロフォンアレー装置２０の姿勢を変える角度θは、１度刻みよりも大きくしても、小さくしてもよい。具体的には、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢を変える角度θを、７２度刻みに変えて特性情報ＦＩＲを生成する場合には、特性情報ＦＩＲは５個生成される。マイクロフォンアレー装置２０の姿勢を変える角度θを、０．５度刻みに変えて特性情報ＦＩＲを生成する場合には、特性情報ＦＩＲは７２０個生成される。また、音源の高さ方向を推定する特性情報ＦＩＲを生成してもよい。この場合には、スピーカーＳＰＫの高さを変えることにより、特性情報ＦＩＲを生成する。また、特性情報ＦＩＲは、マイクロフォンアレー装置２０のマイクＭの配置と、スピーカーＳＰＫから出力される音の特性とが判明しているため、コンピュータシミュレーションを用いて演算することによって生成されてもよい。
図２に戻り、強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲを記憶部１００から取得する。強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号ＭＤ１を混合デジタル信号取得部２００から取得する。強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号ＭＤ１と、特性情報ＦＩＲとに基づいて、強調信号ＥＳを生成する。強調信号ＥＳとは、混合デジタル信号ＭＤ１を、特性情報ＦＩＲと対応付けられた方向毎に強調した信号である。強調信号ＥＳには、特性情報ＦＩＲそれぞれと対応する強調信号ＥＳが含まれる。具体的には、強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲ１と対応する強調信号ＥＳ１を生成する。強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲ２と対応する強調信号ＥＳ２を生成する。強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲｊと対応する強調信号ＥＳｊを生成する。強調信号生成部２０１は、生成した強調信号ＥＳを方向推定部２０２に出力する。
方向推定部２０２は、強調信号生成部２０１から強調信号ＥＳを取得する。方向推定部２０２は、取得した強調信号ＥＳ同士のエネルギー量をそれぞれ比較する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳのうち、強い信号が生成された方向に音源が存在すると推定する。方向推定部２０２は、強い信号が生成された方向を示す音源方向情報ＤＩを、表示部１１に対して表示させる。
表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
方向推定部２０２は、強調信号生成部２０１から強調信号ＥＳを取得する。方向推定部２０２は、取得した強調信号ＥＳ同士のエネルギー量をそれぞれ比較する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳのうち、強い信号が生成された方向に音源が存在すると推定する。方向推定部２０２は、強い信号が生成された方向を示す音源方向情報ＤＩを、表示部１１に対して表示させる。
表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
所定方向強調信号出力部２０３は、混合デジタル信号取得部２００が取得する混合デジタル信号ＭＤ１と、方向のうち所定の方向に対応する特性情報ＦＩＲとに基づいて、所定の方向に対応する強調信号ＥＳＤを出力し、音出力部１２に対して出力する。音出力部１２は、取得する強調信号ＥＳＤを、音として出力する。
［実施形態１に係る信号処理システム１の動作の概要］
次に、図５を参照して、実施形態１に係る信号処理システム１の動作の一例について説明する。
図５は、信号処理システム１の動作の一例を示した流れ図である。
収音部２１が備えるマイクＭは、音源ＳＳ１が出力する音Ｗ１を収音し、アナログ信号ＡＳをそれぞれ出力する。（ステップＳ１０）。混合部２２は、マイクＭがそれぞれ出力したアナログ信号ＡＳを混合する。混合部２２は、混合したアナログ信号を、混合アナログ信号ＭＡ１として出力する（ステップＳ２０）。デジタル変換部２３は、混合部２２が出力した混合アナログ信号ＭＡ１を取得する。デジタル変換部２３は、取得した混合アナログ信号ＭＡ１をデジタル変換する。デジタル変換部２３は、変換した混合アナログ信号ＭＡ１を、混合デジタル信号ＭＤ１に変換する。デジタル変換部２３は、混合デジタル信号ＭＤ１を出力する（ステップＳ３０）。混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ１を取得する。強調信号生成部２０１に対して混合デジタル信号ＭＤ１を出力する。強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号取得部２００から混合デジタル信号ＭＤ１を取得する。強調信号生成部２０１は、取得した混合デジタル信号ＭＤ１から、特性情報ＦＩＲに基づいて、方向毎に強調された強調信号ＥＳをそれぞれ生成する（ステップＳ４０）。強調信号生成部２０１は、生成した強調信号ＥＳを、方向推定部２０２に出力する。方向推定部２０２は、方向推定部２０２から強調信号ＥＳを取得する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳがそれぞれ示すエネルギー量同士を比較する。方向推定部２０２は、比較した結果、大きなエネルギー量を示す方向を、収音部２１のある姿勢に対する音Ｗ１を出力した音源ＳＳ１の相対的な方向として推定する（ステップＳ５０）。方向推定部２０２は、推定した方向を、音源方向情報ＤＩとして、表示部１１に表示させる。
次に、図５を参照して、実施形態１に係る信号処理システム１の動作の一例について説明する。
図５は、信号処理システム１の動作の一例を示した流れ図である。
収音部２１が備えるマイクＭは、音源ＳＳ１が出力する音Ｗ１を収音し、アナログ信号ＡＳをそれぞれ出力する。（ステップＳ１０）。混合部２２は、マイクＭがそれぞれ出力したアナログ信号ＡＳを混合する。混合部２２は、混合したアナログ信号を、混合アナログ信号ＭＡ１として出力する（ステップＳ２０）。デジタル変換部２３は、混合部２２が出力した混合アナログ信号ＭＡ１を取得する。デジタル変換部２３は、取得した混合アナログ信号ＭＡ１をデジタル変換する。デジタル変換部２３は、変換した混合アナログ信号ＭＡ１を、混合デジタル信号ＭＤ１に変換する。デジタル変換部２３は、混合デジタル信号ＭＤ１を出力する（ステップＳ３０）。混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ１を取得する。強調信号生成部２０１に対して混合デジタル信号ＭＤ１を出力する。強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号取得部２００から混合デジタル信号ＭＤ１を取得する。強調信号生成部２０１は、取得した混合デジタル信号ＭＤ１から、特性情報ＦＩＲに基づいて、方向毎に強調された強調信号ＥＳをそれぞれ生成する（ステップＳ４０）。強調信号生成部２０１は、生成した強調信号ＥＳを、方向推定部２０２に出力する。方向推定部２０２は、方向推定部２０２から強調信号ＥＳを取得する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳがそれぞれ示すエネルギー量同士を比較する。方向推定部２０２は、比較した結果、大きなエネルギー量を示す方向を、収音部２１のある姿勢に対する音Ｗ１を出力した音源ＳＳ１の相対的な方向として推定する（ステップＳ５０）。方向推定部２０２は、推定した方向を、音源方向情報ＤＩとして、表示部１１に表示させる。
［実施形態１に係る信号処理システム１の動作の具体例］
次に、図６から図８を参照して、実施形態１に係る信号処理システム１の具体例について説明する。
図６は、音源ＳＳ１と、マイクロフォンアレー装置２０との位置の一例を示す図である。
音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０の正面から角度θ＝６０度の位置に配置される。音源ＳＳ１は、音Ｗ１に示す波形を持つ音Ｗ１を出力する。マイクロフォンアレー装置２０は、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を取得する。収音部２１が備えるマイクＭは、取得した音Ｗ１をそれぞれアナログ信号ＡＳへ変換し、混合部２２に対して出力する。混合部２２は、アナログ信号ＡＳをそれぞれ取得し、混合する。混合部２２は、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を、デジタル変換部２３に対して出力する。以降、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を、ｓ０（ｔ）とも記載する。
次に、図６から図８を参照して、実施形態１に係る信号処理システム１の具体例について説明する。
図６は、音源ＳＳ１と、マイクロフォンアレー装置２０との位置の一例を示す図である。
音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０の正面から角度θ＝６０度の位置に配置される。音源ＳＳ１は、音Ｗ１に示す波形を持つ音Ｗ１を出力する。マイクロフォンアレー装置２０は、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を取得する。収音部２１が備えるマイクＭは、取得した音Ｗ１をそれぞれアナログ信号ＡＳへ変換し、混合部２２に対して出力する。混合部２２は、アナログ信号ＡＳをそれぞれ取得し、混合する。混合部２２は、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を、デジタル変換部２３に対して出力する。以降、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を、ｓ０（ｔ）とも記載する。
デジタル変換部２３は、ある時間ｔに混合部２２が出力した混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を取得する。デジタル変換部２３は、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０を混合デジタル信号ＭＤ１＋６０に変換する。具体的には、デジタル変換部２３は、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０をフーリエ変換することによって、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０に変換する。以降、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を、Ｓ０（ω）とも記載する。デジタル変換部２３は、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を、混合デジタル信号取得部２００に対して出力する。
混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を取得し、強調信号生成部２０１に対して出力する。
強調信号生成部２０１は混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を取得する。以降、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０をと記載する。強調信号生成部２０１は、記憶部１００から特性情報ＦＩＲを取得する。以降、特性情報ＦＩＲを、Ｈ（ω，θ）とも記載する。
強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲが示す方向毎に、強調した強調信号ＥＳを生成する。具体的には、強調信号生成部２０１は、式（１）によって、特性情報ＦＩＲが示す角度θと対応する、信号ｓＳＣＭＡ（ｔ）を、それぞれ生成する。なお、以下の説明において、式（１）、式（４）、式（６）、式（７）及び式（９）中の花文字Ｆ−１は、逆フーリエ変換を示している。また、式（２）、数（３）、数（５）及び数（８）中の花文字Ｆは、フーリエ変換を示している。
混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を取得し、強調信号生成部２０１に対して出力する。
強調信号生成部２０１は混合デジタル信号ＭＤ１＋６０を取得する。以降、混合デジタル信号ＭＤ１＋６０をと記載する。強調信号生成部２０１は、記憶部１００から特性情報ＦＩＲを取得する。以降、特性情報ＦＩＲを、Ｈ（ω，θ）とも記載する。
強調信号生成部２０１は、特性情報ＦＩＲが示す方向毎に、強調した強調信号ＥＳを生成する。具体的には、強調信号生成部２０１は、式（１）によって、特性情報ＦＩＲが示す角度θと対応する、信号ｓＳＣＭＡ（ｔ）を、それぞれ生成する。なお、以下の説明において、式（１）、式（４）、式（６）、式（７）及び式（９）中の花文字Ｆ−１は、逆フーリエ変換を示している。また、式（２）、数（３）、数（５）及び数（８）中の花文字Ｆは、フーリエ変換を示している。
ここで、式（１）中のＳ０（ω）は、式（２）によって表せる。
つまり、Ｓ０（ω）とは、混合アナログ信号ＭＡ１＋６０をフーリエ変換した結果である。
また、式（１）中のＨ（ω，θ）は、式（３）によって表せる。
また、式（１）中のＨ（ω，θ）は、式（３）によって表せる。
ここで、式（１）で表せるｓＳＣＭＡ（ｔ）とは、複数のアナログデジタル変換器を備えるマイクロフォンアレー信号処理装置が取得する遅延の無い遅延和信号と同等な信号である。
強調信号生成部２０１は、信号ｓＳＣＭＡ（ｔ）と、特性情報ＦＩＲとに基づいて、式（４）によって、強調信号ＥＳ（ｓＳＣＭＡ；θ（ｔ））を生成する。
強調信号生成部２０１は、信号ｓＳＣＭＡ（ｔ）と、特性情報ＦＩＲとに基づいて、式（４）によって、強調信号ＥＳ（ｓＳＣＭＡ；θ（ｔ））を生成する。
ここで、式（４）中のＳｓｃｍａ（ω）は、式（５）によって表せる。
つまり、Ｓｓｃｍａ（ω）とは、ｓＳＣＭＡ（ｔ）をフーリエ変換した結果である。
もしも、音源ＳＳ１とは別の角度φにある、望ましくない音源（不図示）からの信号ｎ（ｔ）を同時に取得していることが判っている場合には、式（１）は、式（６）によって表せる。
もしも、音源ＳＳ１とは別の角度φにある、望ましくない音源（不図示）からの信号ｎ（ｔ）を同時に取得していることが判っている場合には、式（１）は、式（６）によって表せる。
また、式（４）は、式（７）によって表せる。
ここで、式（７）中のＮ（ω）は、式（８）によって表せる。
つまり、Ｎ（ω）とは、信号ｎ（ｔ）をフーリエ変換した結果である。
また、一般的に、強調信号生成部２０１は、式（７）中の式（９）で表せる値が十分に小さいと、よりよい指向性を示す強調信号ＥＳを生成できる。
また、一般的に、強調信号生成部２０１は、式（７）中の式（９）で表せる値が十分に小さいと、よりよい指向性を示す強調信号ＥＳを生成できる。
強調信号生成部２０１は、生成した強調信号ＥＳを方向推定部２０２に対して出力する。方向推定部２０２は、強調信号生成部２０１から強調信号ＥＳを取得する。方向推定部２０２は、取得した強調信号ＥＳのうち、大きなエネルギー量を持つ信号と対応する方向に音源ＳＳ１が存在すると推定する。具体的には、方向推定部２０２は、式（１０）によって、強調信号ＥＳが示すエネルギー量を算出し、比較することにより、音源ＳＳ１の方向を推定する。
つまり、式（１０）では、時間ｔに取得した強調信号ＥＳ全てについて、正側の振幅と負側の振幅とを加算し、エネルギー量をそれぞれ算出し、角度θ毎に最も大きなエネルギー量を持つ強調信号ＥＳが示す角度θestを算出する。強調信号生成部２０１は、式（１０）によって算出された角度θestを、音源ＳＳ１の方向として推定する。
図７は、強調信号生成部２０１が生成した強調信号ＥＳが示す角度と、相対的なエネルギー量との関係を示す一例を示す図である。
図７では、最も大きなエネルギー量が観測されたのは、マイクロフォンアレー装置２０に対して、角度θ＝０度の方向である。
図７に示すグラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φは、角度θ＝６０度に対応する特性情報ＦＩＲに基づいて生成した強調信号ＥＳの一例である。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φは、縦軸に角度φをもち、横軸に信号の相対的なエネルギー量をもつ。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φの右に示す図は、特性情報ＦＩＲが示す角度θを横軸にもち、相対的なエネルギー量を縦軸に持つ図である。Ｍａｉｎ ｌｏｂｅ（ＡＲ２）とは、Ｔａｒｇｅｔ Ａｎｇｌｅに対応する強調信号ＥＳのなかで、強いエネルギーが観測された角度を示している。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φを、極座標を用いて表現したものが、Ｐｏｌａｒ Ｐｌｏｔである。図７に示す範囲ＡＲ１−θは、それぞれ対応している。
この場合、方向推定部２０２は、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢に対して、角度θest＝０度方向に音源ＳＳ１があると推定する。方向推定部２０２は、音源方向情報ＤＩとして、角度θest＝０を出力する。表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
図７では、最も大きなエネルギー量が観測されたのは、マイクロフォンアレー装置２０に対して、角度θ＝０度の方向である。
図７に示すグラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φは、角度θ＝６０度に対応する特性情報ＦＩＲに基づいて生成した強調信号ＥＳの一例である。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φは、縦軸に角度φをもち、横軸に信号の相対的なエネルギー量をもつ。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φの右に示す図は、特性情報ＦＩＲが示す角度θを横軸にもち、相対的なエネルギー量を縦軸に持つ図である。Ｍａｉｎ ｌｏｂｅ（ＡＲ２）とは、Ｔａｒｇｅｔ Ａｎｇｌｅに対応する強調信号ＥＳのなかで、強いエネルギーが観測された角度を示している。グラフＢｅａｍＰａｔｔｅｒｎ，φを、極座標を用いて表現したものが、Ｐｏｌａｒ Ｐｌｏｔである。図７に示す範囲ＡＲ１−θは、それぞれ対応している。
この場合、方向推定部２０２は、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢に対して、角度θest＝０度方向に音源ＳＳ１があると推定する。方向推定部２０２は、音源方向情報ＤＩとして、角度θest＝０を出力する。表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
図８は、強調信号生成部２０１が生成した強調信号ＥＳの一例を示す図である。
図８では、音源ＳＳ１が、マイクロフォンアレー装置２０に対して角度θ＝６０度の位置に配置される。音源ＳＳ１が出力する音Ｗ１を取得した信号処理システム１は、特性情報ＦＩＲ毎に強調信号ＥＳを生成する。
この場合、強調信号ＥＳのうち、最も大きなエネルギー量を持つ振幅が観測されたのは、強調信号ＥＳ６１である。強調信号ＥＳ６０と対応する特性情報ＦＩＲ６１が示す角度は、角度θ＝６０度である。方向推定部２０２は、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢に対して角度θ＝６０度に音源ＳＳ１が存在すると推定する。方向推定部２０２は、音源方向情報ＤＩとして、角度θest＝６０を出力する。表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
図８では、音源ＳＳ１が、マイクロフォンアレー装置２０に対して角度θ＝６０度の位置に配置される。音源ＳＳ１が出力する音Ｗ１を取得した信号処理システム１は、特性情報ＦＩＲ毎に強調信号ＥＳを生成する。
この場合、強調信号ＥＳのうち、最も大きなエネルギー量を持つ振幅が観測されたのは、強調信号ＥＳ６１である。強調信号ＥＳ６０と対応する特性情報ＦＩＲ６１が示す角度は、角度θ＝６０度である。方向推定部２０２は、マイクロフォンアレー装置２０の姿勢に対して角度θ＝６０度に音源ＳＳ１が存在すると推定する。方向推定部２０２は、音源方向情報ＤＩとして、角度θest＝６０を出力する。表示部１１は、音源方向情報ＤＩを表示する。
所定方向強調信号出力部２０３は、強調信号生成部２０１が生成する強調信号ＥＳのうち、所定の方向と対応する強調信号ＥＳＤを出力する。所定の方向とは、方向推定部２０２が推定する音源方向情報ＤＩが示す方向であってもよい。所定方向強調信号出力部２０３は、ユーザーの指示に基づく方向と対応する強調信号ＥＳを、強調信号ＥＳＤとして出力してもよい。なお、所定方向強調信号出力部２０３は、混合デジタル信号ＭＤ１と、所定の方向と対応する特性情報ＦＩＲとに基づいて強調信号ＥＳＤを生成し、出力してもよい。この場合、所定方向強調信号出力部２０３は、上述した式（４）又は式（７）によって、強調信号ＥＳＤを生成する。スマートフォンＳＰは、所定方向強調信号出力部２０３から出力された強調信号ＥＳＤを音出力部１２によって、音として出力する。また、スマートフォンＳＰは、強調信号ＥＳＤを、音信号を示すファイルとして記憶部１００などに記憶させてもよい。
以上説明したように、信号処理システム１は、マイクロフォンアレー装置２０を備える。マイクロフォンアレー装置２０は、音Ｗ１を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音Ｗ１を示すアナログ信号ＡＳを複数の位置毎に出力する収音部２１と、アナログ信号ＡＳを伝送する信号線同士を接続することにより複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号ＭＡ１を出力する混合部２２とを備える。スマートフォンＳＰは、混合アナログ信号ＭＡ１がデジタル変換された混合デジタル信号ＭＤ１を出力するデジタル変換部２３と、デジタル変換部２３が生成する混合デジタル信号ＭＤ１を取得する混合デジタル信号取得部２００と、信号処理部１０とを備える。信号処理部１０が備える強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号取得部２００が取得する混合デジタル信号ＭＤ１と、収音部２１に対応する、収音部２１の姿勢の音源ＳＳ１の位置との相対的な方向毎の特性情報ＦＩＲとに基づいて、方向毎に強調された強調信号ＥＳをそれぞれ生成する。信号処理部１０が備える、方向推定部２０２は、強調信号生成部２０１が生成する強調信号ＥＳがそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより収音部２１のある姿勢に対する音Ｗ１の音源ＳＳ１の相対的な方向を推定する。
このように構成することにより、信号処理システム１は、互いに異なる位置においてそれぞれ収音した複数のアナログ信号を、１つのアナログ信号に混合することができ、１つのアナログデジタル変換器しか備えていないスマートフォンや、パーソナルコンピュータにおいても、マイクロフォンアレー信号処理を実現することができる。また、信号処理システム１は、マイクロフォンアレー装置２０と対応する特性情報ＦＩＲに基づいて信号処理を行うことにより、音源ＳＳ１の方向を推定することができる。信号処理システム１は、推定した音源ＳＳ１の方向に基づいて、音源ＳＳ１からの音Ｗ１を、強調した信号のみを生成することもできる。所定方向強調信号出力部２０３は、指定された方向に対応する強調した信号を生成することにより、例えば、ピンマイクなどにマイクロフォンアレー装置２０を応用して、ピンマイクを装着する話者の声の方向を推定し、推定した方向の音を強調した強調信号ＥＳＤを生成することができる。つまり、任意の方向の雑音音を除いた声の音を強調することができる。また、自律移動型ロボットなどにマイクロフォンアレー装置２０を搭載し、特定の音の方向に移動することもできる。また、ウェアラブルデバイスに、マイクロフォンアレー装置２０を搭載し、話かけられた場合の音声を強調した強調信号を生成することにより、強調した音声に基づいて音声認識して、誤認識されにくいテキストデータへの変換を行うこともできる。さらに、信号処理システム１は、音源ＳＳ１のマイクロフォンアレー装置２０との相対角度を推定できるため、超音波などの音波を使用した屋内測位などにも用いることができる。
［実施形態２］
ここまでは、収音部２１が備えるマイクＭが互いに等しい距離を隔てて配置される場合について説明した。次に、図９を参照して、マイクＭが不等間隔に配置される場合について説明する。
図９は、実施形態２に係るマイクロフォンアレー装置２０ａの一例を示す図である。
なお、実施形態１及び実施形態２と同一の構成及び動作については同一の符号を付してその説明を省略する。
ここまでは、収音部２１が備えるマイクＭが互いに等しい距離を隔てて配置される場合について説明した。次に、図９を参照して、マイクＭが不等間隔に配置される場合について説明する。
図９は、実施形態２に係るマイクロフォンアレー装置２０ａの一例を示す図である。
なお、実施形態１及び実施形態２と同一の構成及び動作については同一の符号を付してその説明を省略する。
信号処理システム１ａは、マイクロフォンアレー装置２０ａと、マイクロフォンアレー装置２０ａとを備える。
スマートフォンＳＰａは、信号処理部１０ａを備える。
信号処理部１０ａは、記憶部１００ａと、強調信号生成部２０１ａと、を備える。
マイクロフォンアレー装置２０ａは、収音部２１ａと、混合部２２ａと、特性情報記憶部２４とを備える。
収音部２１ａは、マイクＭａを備える。マイクＭａには、マイクＭａ１からマイクＭａｍまでが含まれる。ここで、マイクＭａｍのｍとは２以上の整数である。マイクＭａは、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を収音する。マイクＭａは、収音した音Ｗ１をそれぞれアナログ信号ＡＳａに変換し、複数の位置毎に出力する。アナログ信号ＡＳａには、アナログ信号ＡＳａ１からアナログ信号ＡＳａｍまでが含まれる。
スマートフォンＳＰａは、信号処理部１０ａを備える。
信号処理部１０ａは、記憶部１００ａと、強調信号生成部２０１ａと、を備える。
マイクロフォンアレー装置２０ａは、収音部２１ａと、混合部２２ａと、特性情報記憶部２４とを備える。
収音部２１ａは、マイクＭａを備える。マイクＭａには、マイクＭａ１からマイクＭａｍまでが含まれる。ここで、マイクＭａｍのｍとは２以上の整数である。マイクＭａは、音源ＳＳ１から出力される音Ｗ１を収音する。マイクＭａは、収音した音Ｗ１をそれぞれアナログ信号ＡＳａに変換し、複数の位置毎に出力する。アナログ信号ＡＳａには、アナログ信号ＡＳａ１からアナログ信号ＡＳａｍまでが含まれる。
マイクＭａは、不等間隔に配置される。ここで、マイクＭａ同士の間隔を、間隔Ｌａと記載する。間隔Ｌａには、間隔Ｌａ１から間隔Ｌａ（ｍ−１）までが含まれる。具体的には、マイクＭａ１とマイクＭａ２との間隔は、間隔Ｌａ１である。マイクＭａ２とマイクＭａ３との間隔は、間隔Ｌａ２である。マイクＭａ３とマイクＭａ４との間隔は、間隔Ｌａ３である。マイクＭａ４とマイクＭａ５との間隔は、間隔Ｌａ４である。マイクＭａ５とマイクＭａ６との間隔は、間隔Ｌａ５である。マイクＭａ６とマイクＭａ７との間隔は、間隔Ｌａ６である。マイクＭａｍと隣のマイク（不図示）との間隔は、間隔Ｌａ（ｍ−１）である。不等間隔とは、これら間隔Ｌａ同士が、互いに整数倍の間隔にならない間隔のことである。より具体的な一例として、間隔Ｌａ１とは、５．５ｍｍである。間隔Ｌａ２とは、８．９ｍｍである。間隔Ｌａ３とは、１４．４ｍｍである。間隔Ｌａ４とは、２３．３ｍｍである。間隔Ｌａ５とは、３７．７ｍｍである。間隔Ｌａ６とは、６０．２ｍｍである。間隔Ｌａ１を整数倍しても、間隔Ｌａ２から間隔Ｌａ（ｍ−１）までの間隔と一致しない。間隔Ｌａ２を整数倍しても、間隔Ｌａ１及び間隔Ｌａ３から間隔Ｌａ（ｍ−１）までの間隔と一致しない。他の間隔Ｌａについても同様に、整数倍しても間隔が一致する間隔Ｌａは無い。
混合部２２ａは、収音部２１ａが出力するアナログ信号ＡＳａを、それぞれ取得する。混合部２２ａは、取得したアナログ信号ＡＳａを混合し、混合アナログ信号ＭＡ２を生成する。混合部２２ａは、混合アナログ信号ＭＡ２を出力する。
特性情報記憶部２４は、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応する特性情報ＦＩＲａが記憶される。特性情報ＦＩＲａとは、収音部２１aに対応する収音部２１ａの姿勢と音Ｗ１の位置との相対的な方向毎の信号フィルタである。特性情報ＦＩＲａには、特性情報ＦＩＲａ１から特性情報ＦＩＲａｋまでが含まれる。ここで、特性情報ＦＩＲａｋのｋとは、１以上の整数である。なお、特性情報ＦＩＲａは、信号処理部１０ａが備える記憶部１００ａに記憶されていてもよい。なお、特性情報記憶部２４には、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応付けられるマイクロフォンアレー装置２０ａを示す情報が記憶されていてもよい。
デジタル変換部２３は、混合部２２が出力する混合アナログ信号ＭＡ２を取得する。デジタル変換部２３は、取得した混合アナログ信号ＭＡ２を混合デジタル信号ＭＤ２に変換する。デジタル変換部２３は、変換した混合デジタル信号ＭＤ２を出力する。
混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ２を取得し、強調信号生成部２０１ａに対して出力する。
混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ２を取得し、強調信号生成部２０１ａに対して出力する。
強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号取得部２００が出力する混合デジタル信号ＭＤ２を取得する。強調信号生成部２０１ａは、マイクロフォンアレー装置２０ａが備える特性情報記憶部２４から、特性情報ＦＩＲａを取得する。強調信号生成部２０１ａは、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応付けられる情報に基づいて、特性情報ＦＩＲａを記憶部１００ａから取得してもよい。強調信号生成部２０１は、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応付けられるマイクロフォンアレー装置２０ａを示す情報に基づいて、ネットワークを介してサーバー（不図示）などから、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応する特性情報ＦＩＲａを取得してもよい。
強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２を混合デジタル信号取得部２００から取得する。強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２と、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、強調信号ＥＳａを生成する。強調信号ＥＳａには、特性情報ＦＩＲａそれぞれと対応する強調信号ＥＳａが含まれる。ここで、強調信号ＥＳａとは、混合デジタル信号ＭＤ２を、特性情報ＦＩＲａと対応付けられた方向毎に強調した信号である。具体的には、強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａ１と対応する強調信号ＥＳａ１を生成する。強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａ２と対応する強調信号ＥＳａ２を生成する。強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａｋと対応する強調信号ＥＳａｋを生成する。強調信号生成部２０１ａは、生成した強調信号ＥＳａを方向推定部２０２に出力する。
強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２を混合デジタル信号取得部２００から取得する。強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２と、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、強調信号ＥＳａを生成する。強調信号ＥＳａには、特性情報ＦＩＲａそれぞれと対応する強調信号ＥＳａが含まれる。ここで、強調信号ＥＳａとは、混合デジタル信号ＭＤ２を、特性情報ＦＩＲａと対応付けられた方向毎に強調した信号である。具体的には、強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａ１と対応する強調信号ＥＳａ１を生成する。強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａ２と対応する強調信号ＥＳａ２を生成する。強調信号生成部２０１ａは、特性情報ＦＩＲａｋと対応する強調信号ＥＳａｋを生成する。強調信号生成部２０１ａは、生成した強調信号ＥＳａを方向推定部２０２に出力する。
方向推定部２０２は、強調信号生成部２０１ａから強調信号ＥＳａを取得する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａが示すエネルギー量をそれぞれ算出する。方向推定部２０２は、取得した強調信号ＥＳａ同士のエネルギー量をそれぞれ比較する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａのうち、強い信号が生成された方向に音源が存在すると推定する。方向推定部２０２ａは、強い信号が生成された方向を示す情報音源方向情報ＤＩを、表示部１１に対して表示させる。
［マイク間隔の違いによる指向特性の一例］
次に、図１０を参照して、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性の違いについて説明する。マイクロフォンアレー装置２０が備えるマイクＭは同じ間隔に配置される。マイクロフォンアレー装置２０ａが備えるマイクＭａは、不等間隔に配置される。
図１０は、マイク配置の違いによる、指向特性を測定した結果の一例を示す図である。
図１０に示す（ａ）Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙ及び（ｃ）Ａｖｅｒａｇｅ Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙは、マイクロフォンアレー装置２０の指向特性を示している。（ｂ）Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｕｎｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙ及び（ｃ）Ａｖｅｒａｇｅ Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｕｎｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙは、マイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性を示している。
図１０の指向特性を測定する際の、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの位置及び姿勢は同一である。また、音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａに対して角度θ＝０度の位置から音Ｗを出力する。
次に、図１０を参照して、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性の違いについて説明する。マイクロフォンアレー装置２０が備えるマイクＭは同じ間隔に配置される。マイクロフォンアレー装置２０ａが備えるマイクＭａは、不等間隔に配置される。
図１０は、マイク配置の違いによる、指向特性を測定した結果の一例を示す図である。
図１０に示す（ａ）Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙ及び（ｃ）Ａｖｅｒａｇｅ Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙは、マイクロフォンアレー装置２０の指向特性を示している。（ｂ）Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｕｎｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙ及び（ｃ）Ａｖｅｒａｇｅ Ｂｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｕｎｅｖｅｎｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ａｒｒａｙは、マイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性を示している。
図１０の指向特性を測定する際の、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの位置及び姿勢は同一である。また、音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａに対して角度θ＝０度の位置から音Ｗを出力する。
マイクロフォンアレー装置２０によって取得された信号と、マイクロフォンアレー装置２０ａによって取得された信号とを比較すると、マイクロフォンアレー装置２０ａによって取得された信号の方が、ピーク（Ｍａｉｎ ｌｏｂｅ）がより強調され、雑音（Ｓｉｄｅ Ｌｏｂｅ）の音圧が小さい。これは、マイクロフォンアレー装置２０は、マイクＭの間隔Ｌが等長であり、アナログ信号ＡＳ同士にも周期性が発生したために、ピークが減衰された混合アナログ信号ＭＡ１を生成するためだと考えられる。
このことから、強調信号生成部２０１ａは、マイクロフォンアレー装置２０よりも、マイクロフォンアレー装置２０ａを用いると、特定の方向の音Ｗ１をより強調した、雑音が少ない強調信号ＥＳａを生成することができる。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａと、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、より正確な音源ＳＳ１の方向を推定することができる。
このことから、強調信号生成部２０１ａは、マイクロフォンアレー装置２０よりも、マイクロフォンアレー装置２０ａを用いると、特定の方向の音Ｗ１をより強調した、雑音が少ない強調信号ＥＳａを生成することができる。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａと、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、より正確な音源ＳＳ１の方向を推定することができる。
［マイク個数の違いによる指向特性の一例］
次に、図１１及び図１２を参照して、マイクＭ及びマイクＭａの個数の差異による指向特性の違いについて説明する。以下の説明において、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａは、それぞれ７個のマイクＭ及びマイクＭａを備えている。図１１及び図１２の指向特性を測定する際の、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの位置及び姿勢は同一である。また、音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａに対して角度θ＝０度の位置から音Ｗを出力する。
図１１は、等長に配置されるマイクＭの個数を変化させた場合の、マイクロフォンアレー装置２０の指向特性の一例を示す図である。
図１２は、不等間隔に配置されるマイクＭａの個数を変化させた場合の、マイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性の一例を示す図である。
マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａ共に、単一のマイクのみによって音源ＳＳ１からの音Ｗ１を収音する場合、音源ＳＳ１の方向を推定することは困難である。収音に用いるマイクの数が増えると、どちらもピークがより強調される。不等間隔に配置されるマイクＭａを備えるマイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性は、マイクの数が５個を超えると、より雑音を抑えられる。
次に、図１１及び図１２を参照して、マイクＭ及びマイクＭａの個数の差異による指向特性の違いについて説明する。以下の説明において、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａは、それぞれ７個のマイクＭ及びマイクＭａを備えている。図１１及び図１２の指向特性を測定する際の、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａの位置及び姿勢は同一である。また、音源ＳＳ１は、マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａに対して角度θ＝０度の位置から音Ｗを出力する。
図１１は、等長に配置されるマイクＭの個数を変化させた場合の、マイクロフォンアレー装置２０の指向特性の一例を示す図である。
図１２は、不等間隔に配置されるマイクＭａの個数を変化させた場合の、マイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性の一例を示す図である。
マイクロフォンアレー装置２０及びマイクロフォンアレー装置２０ａ共に、単一のマイクのみによって音源ＳＳ１からの音Ｗ１を収音する場合、音源ＳＳ１の方向を推定することは困難である。収音に用いるマイクの数が増えると、どちらもピークがより強調される。不等間隔に配置されるマイクＭａを備えるマイクロフォンアレー装置２０ａの指向特性は、マイクの数が５個を超えると、より雑音を抑えられる。
以上、説明したように、信号処理システム１は、マイクロフォンアレー装置２０ａを備える。マイクロフォンアレー装置２０ａは、不等間隔に配置されるマイクＭａを備える。マイクロフォンアレー装置２０ａは、混合アナログ信号ＭＡ２を生成する。マイクロフォンアレー装置２０ａは、生成した混合アナログ信号ＭＡ２を出力する。デジタル変換部２３ａは、マイクロフォンアレー装置２０ａが出力する混合アナログ信号ＭＡ２を取得する。デジタル変換部２３ａは、取得した混合アナログ信号ＭＡ２を、混合デジタル信号ＭＤ２に変換する。デジタル変換部２３ａは変換した混合デジタル信号ＭＤ２を出力する。混合デジタル信号取得部２００は、混合デジタル信号ＭＤ２を取得し、強調信号生成部２０１に対して出力する。強調信号生成部２０１は、混合デジタル信号ＭＤ２を取得する。さらに、強調信号生成部２０１は、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応する特性情報ＦＩＲａを、マイクロフォンアレー装置２０ａが備える特性情報記憶部２４から取得する。このように構成することにより、スマートフォンＳＰａは、接続されるマイクロフォンアレー装置２０ａの情報を、マイクロフォンアレー装置２０ａから取得することができる。ユーザーは、マイクロフォンアレー装置２０ａをスマートフォンＳＰａに接続する操作によって、マイクロフォンアレー装置２０ａと対応付けられた特性情報ＦＩＲａを、強調信号生成部２０１に設定することができる。つまり、ユーザーは、マイクロフォンアレー装置毎に異なる特性情報を、容易に指定することができる。
強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２と、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、角度θ毎に強調した信号である強調信号ＥＳａを生成する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａ同士のエネルギー量を比較し、大きなエネルギー量を示す角度θの方向に、音源ＳＳ１が存在すると推定する。このように構成することにより、マイクロフォンアレー装置２０ａは、アナログ信号ＡＳ信号同士の干渉の影響が少ない混合アナログ信号ＭＡ２を生成することができる。強調信号生成部２０１ａは、混合デジタル信号ＭＤ２と、特性情報ＦＩＲａとに基づいて、角度θ毎に雑音成分の少ない強調信号ＥＳａを生成する。方向推定部２０２は、強調信号ＥＳａ同士のエネルギー量を比較することにより、より正確な音源方向情報ＤＩを推定できる。つまり、信号処理システム１は、より正確な音源ＳＳ１の方向を推定することができる。なお、実施形態２では、マイクの高さ方向の位置は同一であり、マイク間の間隔を不等間隔にしたマイクロフォンアレー装置２０ａについて説明したが、マイク間の互いの高さ方向の間隔を不等間隔にしてもよい。
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
なお、以上に説明した信号処理システム１、信号処理システム１ａにおける任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（記憶媒体）に記録（記憶）し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティングシステム（ＯＳ：Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）あるいは周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−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のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークあるいは電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）あるいは電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
１，１ａ…信号処理システム、ＳＳ１…音源、１０…信号処理部、１１…表示部、１２…音出力部、２０，２０ａ…マイクロフォンアレー装置、２１，２１ａ…収音部、２２…混合部、２３…デジタル変換部、１００，１００ａ…記憶部、２００…混合デジタル信号取得部、２０１，２０１ａ…強調信号生成部、２０２，２０２ａ…方向推定部、２０３…所定方向強調信号出力部、Ｍ１〜Ｍｎ，Ｍａ１〜Ｍａｍ…マイク
Claims (7)
- 音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得部と、
前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成部と、
前記強調信号生成部が生成する前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定部と
を備える信号処理装置。 - 前記収音部が収音する前記互いに異なる位置とは、互いに不等間隔の位置であって、
前記強調信号生成部は、前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記不等間隔の位置において収音する前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する
請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記装置が備える前記収音部は、前記複数の位置の数に対応する数のマイクロフォンを備え、
前記装置が備える前記デジタル変換部が備えるアナログデジタル変換器の数は、前記前記マイクロフォンの数よりも少ない
請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置。 - 前記混合デジタル信号取得部が取得する前記混合デジタル信号と、前記方向のうち所定の方向に対応する前記信号フィルタとに基づいて、前記所定の方向に対応する前記強調信号を出力する所定方向強調信号出力部を備える
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の信号処理装置。 - 前記装置は、前記信号フィルタを記憶する記憶部を備え、
前記強調信号生成部は、前記記憶部から前記信号フィルタを取得する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の信号処理装置。 - 音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得ステップと、
前記混合デジタル信号取得ステップから取得される前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成ステップと、
前記強調信号生成ステップから生成される前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定ステップと
を有する信号処理方法。 - コンピュータに、
音を複数の互いに異なる位置においてそれぞれ収音し、収音された音を示すアナログ信号を前記複数の位置毎に出力する収音部と、前記アナログ信号を伝送する信号線同士を接続することにより前記複数のアナログ信号が混合された混合アナログ信号を出力する混合部と、前記混合アナログ信号がデジタル変換された混合デジタル信号を出力するデジタル変換部とを備える装置が生成する前記混合デジタル信号を取得する混合デジタル信号取得ステップと、
前記混合デジタル信号取得ステップから取得される前記混合デジタル信号と、前記収音部に対応する、前記収音部の姿勢と前記音の位置との相対的な方向毎の信号フィルタとに基づいて、前記方向毎に強調された強調信号をそれぞれ生成する強調信号生成手段と、
前記強調信号生成手段から生成される前記強調信号がそれぞれ示すエネルギー量同士を比較することにより前記収音部のある姿勢に対する前記音の音源の相対的な方向を推定する方向推定ステップと
を実行させるための信号処理プログラム。
Priority Applications (1)
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| JP2016092777A JP2017201747A (ja) | 2016-05-02 | 2016-05-02 | 信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110010147A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-12 | 厦门大学 | 一种麦克风阵列语音增强的方法和系统 |
| WO2023143041A1 (zh) * | 2022-01-25 | 2023-08-03 | 华为技术有限公司 | 信号处理方法、装置、设备及存储介质 |
-
2016
- 2016-05-02 JP JP2016092777A patent/JP2017201747A/ja active Pending
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| CN110010147B (zh) * | 2019-03-15 | 2021-07-27 | 厦门大学 | 一种麦克风阵列语音增强的方法和系统 |
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