JP2763821B2 - Sound source feature extraction method - Google Patents

Sound source feature extraction method

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JP2763821B2
JP2763821B2 JP2180886A JP18088690A JP2763821B2 JP 2763821 B2 JP2763821 B2 JP 2763821B2 JP 2180886 A JP2180886 A JP 2180886A JP 18088690 A JP18088690 A JP 18088690A JP 2763821 B2 JP2763821 B2 JP 2763821B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、水中における位置計測(音響測位)等を行
うソーナの信号処理等において、空間に任意に存在する
音源からの音源信号の特徴量(振幅、周波数、方位)を
抽出する音源特徴抽出方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to a feature amount of a sound source signal from a sound source arbitrarily present in space in signal processing of a sonar for performing position measurement (acoustic positioning) in water and the like. The present invention relates to a sound source feature extraction method for extracting (amplitude, frequency, direction).

(従来の技術) 従来、このような分野の技術としては、例えば沖電気
研究開発、53[4](昭61−10)、似鳥・五十嵐著「水
中音響におけるディジタル信号処理技術」p.53−58に記
載されるものがあった。
(Prior art) Conventional techniques in such a field include, for example, Oki Electric Research and Development, 53 [4] (Showa 61-10), by Nitori Igarashi, "Digital Signal Processing Technology in Underwater Sound," p.53- There was one described in 58.

前記文献に記載されているように、ソーナは、水中音
響を用いて3次元空間内(水中)を移動する目標の探
索、位置計測、類別を行うものである。ソーナは動作様
式により、パッシブソーナとアクティブソーナに分けら
れる。パッシブソーナは目標が放射する音波を用い、ま
たアクティブソーナは目標に向かって音波を当て、その
反射波(エコー)を用いて目標の探索、位置計測、類別
を行う。ソーナで用いられる信号処理は、次のように、
信号の時間的特徴(波形、スペクトル等)を抽出するた
めに用いる時間的処理と、信号の空間的特徴(位置、形
状、移動速度等)を抽出するために用いる空間的処理に
分けられる。
As described in the above document, the sonar performs search, position measurement, and classification of a target moving in a three-dimensional space (underwater) using underwater sound. Sonars are classified into passive sonars and active sonars according to the operation mode. The passive sonar uses sound waves emitted by the target, and the active sonar applies sound waves toward the target, and uses the reflected waves (echoes) to search for, measure, and classify the target. The signal processing used in sonar is as follows:
Temporal processing used to extract the temporal characteristics (waveform, spectrum, etc.) of the signal is divided into spatial processing used to extract the spatial characteristics (position, shape, moving speed, etc.) of the signal.

時間的処理のうち、整合フィルタおよびウィーナフィ
ルタは、それぞれ定められた波形およびスペクトルを持
つ信号が、既知のスペクトルを持つ雑音に埋れている時
に最大の信号対雑音比(S/N比)を得るフィルタであ
る。スペクトル推定は、信号の周波数に対する強度を推
定するものであり、雑音に埋れた周期的信号(線スペク
トル)を検出し、その信号を放射する目標を類別するた
めに用いられる。
Of the temporal processing, the matched filter and the Wiener filter obtain the maximum signal-to-noise ratio (S / N ratio) when a signal having a defined waveform and spectrum is buried in noise having a known spectrum. Filter. Spectral estimation estimates the strength of a signal with respect to frequency, and is used to detect a periodic signal (line spectrum) buried in noise and classify targets that emit the signal.

空間的処理のうち、ビームフォーミング(BF)は、受
信アレイを構成する多数の受波器の出力信号を用い、空
間を伝搬する波動の方向性を利用して信号のS/Nの改
善、信号の入射方向、および強度(空間スペクトル)の
推定等を行う。遅延、および位相推定は、少数の受波器
で受信される信号の間に生ずる遅延または位相の差を推
定する問題であり、主に目標の位置計測のために用いら
れる。これは、ビームフォーミングの簡約化であると考
えられる。
Among the spatial processing, beamforming (BF) uses the output signals of a large number of receivers that constitute a receiving array, and uses the directionality of the wave propagating in space to improve the S / N of the signal, The estimation of the incident direction and the intensity (spatial spectrum) is performed. Delay and phase estimation is a problem of estimating a delay or phase difference occurring between signals received by a small number of receivers, and is mainly used for position measurement of a target. This is thought to be a simplification of beamforming.

ビームフォーミングは、多数の受波器の出力信号に対
して伝搬遅延の差を補償する遅延を加えた後、加算する
遅延−加算BFが基本的なものであるが、信号が狭帯域の
場合には、遅延補償の代わりに位相補償を用いることも
できる。ビームフォーミングの特性としては空間的分解
能が特に重要であり、主ビーム幅が狭く、サイドローブ
レベルが低いことが望まれる。ビームパターンの制御法
としては、各受波器の出力信号に所定の重みを乗ずるシ
ェーディングが用いられ、主にサイドローブレベルの抑
圧に効果的であった。ついで、特定の方向から入射する
妨害波を除去するサイドローブ打消し技術が開発され、
やがて任意方向の妨害波を除去する適応ビームフォーミ
ング(ABF)が考案された。さらに最近では、最新のス
ペクトル推定法を方位推定に適用し、主ビームの分解能
を飛躍的に向上する信号部分空間法等が検討されてい
る。
Beamforming is basically a delay-addition BF in which a delay for compensating for the difference in propagation delay is added to output signals of a large number of receivers and then added, but when the signal has a narrow band, Can use phase compensation instead of delay compensation. Spatial resolution is particularly important as a beam forming characteristic, and it is desired that the main beam width be narrow and the side lobe level be low. As a method of controlling the beam pattern, shading is used in which the output signal of each receiver is multiplied by a predetermined weight, which is effective mainly for suppressing the side lobe level. Next, a side lobe canceling technology was developed to remove the interfering wave incident from a specific direction.
Eventually, adaptive beamforming (ABF) was devised to remove interference in arbitrary directions. More recently, a signal subspace method that dramatically improves the resolution of the main beam by applying the latest spectrum estimation method to azimuth estimation has been studied.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記いずれの音源特徴抽出方法であっ
ても、高い空間分解能を得るためには、入力データ数を
多くするために受波器の数を増加させねばならない。し
かも、高分解能を得るためには、受波器の配置も直線状
や円周状等といった音源信号に適する配置状態としなけ
ればならないが、その受波器の配置状態によっては窓関
数がかかって分解能が劣化するという問題があり、的確
な配置状態に設定するためには制限がある。そのため、
受波器数の増大によって計算が複雑化するばかりか、装
置が大型化すると共に、受波器の配置の困難性が生じる
という問題があり、それを解決することが困難であっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in any of the above sound source feature extraction methods, in order to obtain high spatial resolution, the number of receivers must be increased in order to increase the number of input data. . Moreover, in order to obtain high resolution, the receiver must be arranged in a state suitable for a sound source signal such as a linear shape or a circumferential shape. However, a window function is applied depending on the state of the receiver. There is a problem that the resolution is degraded, and there is a limit in setting an accurate arrangement state. for that reason,
Not only does the calculation become complicated due to the increase in the number of receivers, but there is a problem that the size of the apparatus is increased and the arrangement of the receivers is difficult, which has been difficult to solve.

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、高い
空間分解能を得るためには受波器の数を増加させねばな
らず、それによって計算の簡単化、装置構造の簡単化、
及び小型化が困難であるという点について解決した音源
特徴抽出方法を提供するものである。
The present invention has a problem that the prior art has had to increase the number of receivers in order to obtain high spatial resolution, thereby simplifying the calculation, simplifying the device structure,
It is another object of the present invention to provide a sound source feature extraction method that solves the problem that miniaturization is difficult.

(課題を解決するための手段) 前記課題を解決するために、第1の発明は、音源から
の音源信号を複数の受信器で受信し、その受信信号を時
間・空間信号のサンプリング定理に基づきサンプリング
して離散時系列信号を求め、その離散時系列信号から該
音源信号の特徴量を抽出する音源特徴抽出方法におい
て、前記離散時系列信号に基づき、前記音源信号のもつ
特徴量を非線形結合のパラメータで数式化し、その数式
に従い前記音源信号のもつ特徴量を直接、算出するよう
にしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, a first invention receives a sound source signal from a sound source by a plurality of receivers, and receives the received signal based on a sampling theorem of a time / space signal. In a sound source feature extraction method of sampling and obtaining a discrete time series signal and extracting a feature amount of the sound source signal from the discrete time series signal, based on the discrete time series signal, a feature amount of the sound source signal is subjected to nonlinear coupling. A mathematical expression is formed using parameters, and the characteristic amount of the sound source signal is directly calculated according to the mathematical expression.

第2の発明は、第1の発明において、前記非線形結合
のパラメータは、最小2乗線形Taylor微分補正法を用い
て算出するようにしたものである。
In a second aspect based on the first aspect, the parameters of the non-linear combination are calculated using a least squares linear Taylor differential correction method.

第3の発明は、第1の発明において、前記受信器は、
前記サンプリング定理を満足させて配置するようにした
ものである。
In a third aspect based on the first aspect, the receiver comprises:
The arrangement is such that the sampling theorem is satisfied.

(作 用) 第1の発明によれば、以下のように音源特徴抽出方法
を構成したので、音源から到来する音源信号は複数の受
信器で受信され、サンプリング定理に基づく所定周波数
でサンプリングされて離散時系列信号に変換される。そ
して、この離散時系列信号に基づき、音源信号のもつ特
徴量を用いて音源信号の数学的モデル(数式化)が構築
される。次いで構築された数式に従い、音源信号のもつ
特徴量が直接、演算により算出される。これにより、受
信器の数を増やすことなく、短い分析時間で、高い空間
分解能の特徴抽出が行える。
(Operation) According to the first aspect, since the sound source feature extraction method is configured as follows, a sound source signal coming from a sound source is received by a plurality of receivers and is sampled at a predetermined frequency based on a sampling theorem. It is converted to a discrete time series signal. Then, based on the discrete time-series signal, a mathematical model (formulaization) of the sound source signal is constructed using the characteristic amount of the sound source signal. Then, according to the constructed mathematical expression, the characteristic amount of the sound source signal is directly calculated by calculation. As a result, feature extraction with high spatial resolution can be performed in a short analysis time without increasing the number of receivers.

第2の発明では、最小2乗線形Taylor微分補正法を用
いて、前記数式化の際の非線形結合のパラメータを算出
しているので、計算量の少ない数式の設定が的確に行え
る。
In the second invention, since the parameters of the non-linear combination at the time of the mathematical expression are calculated using the least squares linear Taylor differential correction method, the mathematical expression with a small amount of calculation can be set accurately.

第3の発明では、受信器はサンプリング定理を満足さ
せて配置するので、受信器の空間配置位置の自由度が増
す。
In the third aspect, the receiver is arranged so as to satisfy the sampling theorem, so that the degree of freedom of the spatial arrangement position of the receiver is increased.

従って、前記課題を解決できるのである。 Therefore, the above problem can be solved.

(実施例) 第1図は、本発明の実施例を示す音源特徴抽出方法を
用いた音源特徴抽出装置の機能ブロック図である。
Embodiment FIG. 1 is a functional block diagram of a sound source feature extraction device using a sound source feature extraction method according to an embodiment of the present invention.

この音源特徴抽出装置は、例えば水中にあるD個の音
源1からの音源信号S1の特徴量(振幅、周波数、方位)
を抽出する装置であり、音源1からの音源信号S1を受信
する信号受信部2を有し、その出力側には非線形特徴量
推定部10が接続されている。信号受信部2は、音源信号
S1を電気信号に変換する複数の受信器と、その受信器の
出力をサンプリング定理に基づき所定のサンプリング周
波数でサンプリングして離散時系列信号s(n,i)を出
力する機能を有している。ここで、s(n,i)中のnは
サンプリングした時系列データの番号、iは受信器の番
号である。
This sound source feature extraction apparatus is capable of extracting feature amounts (amplitude, frequency, direction) of a sound source signal S1 from, for example, D sound sources 1 in water.
It has a signal receiving unit 2 for receiving a sound source signal S1 from a sound source 1, and a non-linear feature amount estimating unit 10 is connected to an output side thereof. The signal receiving section 2 is a sound source signal
It has a plurality of receivers for converting S1 into an electric signal, and a function of sampling the output of the receiver at a predetermined sampling frequency based on the sampling theorem and outputting a discrete time series signal s (n, i). . Here, n in s (n, i) is the number of the sampled time-series data, and i is the number of the receiver.

非線形特徴量推定部10は、離散時系列信号s(n,i)
を入力し、音源信号S1の特徴量を推定する機能を有し、
受信器で受信する受信信号に対する推定量を音源1の推
定特徴量の非線形結合関数で算出する推定信号発生部11
を有し、その出力側には、その推定値の受信信号に対す
る推定誤差を算出する推定誤差算出部12が接続されてい
る。推定誤差算出部12の出力側には、正規方程式決定部
13、補正量算出部14、及び推定誤差判定部15が接続さ
れ、さらにその推定誤差判定部15の出力側に、推定特徴
量更新部16を介して推定信号発生部11が接続されてい
る。
The nonlinear feature amount estimating unit 10 calculates the discrete time series signal s (n, i)
Has a function of estimating the feature amount of the sound source signal S1,
Estimated signal generator 11 for calculating an estimated amount of a received signal received by the receiver using a non-linear combination function of the estimated feature amount of sound source 1
The output side is connected to an estimation error calculation unit 12 that calculates an estimation error of the estimated value with respect to the received signal. On the output side of the estimation error calculation unit 12, a normal equation determination unit
13, a correction amount calculation unit 14 and an estimation error determination unit 15 are connected. Further, an output side of the estimation error determination unit 15 is connected to an estimation signal generation unit 11 via an estimation feature amount update unit 16.

正規方程式決定部13は、推定誤差算出部12で算出され
た推定誤差と推定特徴量から最小2乗線形Taylor微分補
正に基づき、正規方程式を決定する機能を有している。
補正量算出部14は、正規方程式決定部13で決定された正
規方程式から、推定特徴量に対する補正量を算出する機
能を有している。推定誤差判定部15は、推定誤差算出部
12で得られた推定誤差を用いてその推定誤差に対する推
定誤差基準を満たすか否かを判定し、満たさない時には
推定特徴量更新部16を制御して推定特徴量を更新させ
る。即ち、推定特徴量更新部16において、推定特徴量
に、補正量算出部14で求められた補正量を加算した結果
を新たな推定特徴量として推定信号発生部11へ入力し、
前記の更新処理を該推定誤差が推定誤差基準を満たすま
で反復する機能を有している。推定誤差算出部12で算出
された推定誤差が推定誤差基準を満たすと、その推定特
徴量を音源1の最終的推定特徴量として推定誤差判定部
15から出力される。
The normal equation determination unit 13 has a function of determining a normal equation based on the least squares linear Taylor differential correction from the estimation error calculated by the estimation error calculation unit 12 and the estimated feature amount.
The correction amount calculation unit 14 has a function of calculating a correction amount for the estimated feature amount from the normal equation determined by the normal equation determination unit 13. The estimation error determination unit 15 includes an estimation error calculation unit
Using the estimation error obtained in step 12, it is determined whether or not the estimation error criterion for the estimation error is satisfied. If the estimation error criterion is not satisfied, the estimated feature updating unit 16 is controlled to update the estimated feature. That is, in the estimated feature amount updating unit 16, a result obtained by adding the correction amount obtained by the correction amount calculating unit 14 to the estimated feature amount is input to the estimated signal generating unit 11 as a new estimated feature amount,
It has a function of repeating the updating process until the estimation error satisfies the estimation error criterion. When the estimation error calculated by the estimation error calculation unit 12 satisfies the estimation error criterion, the estimation feature amount is used as the final estimation feature amount of the sound source 1.
Output from 15.

次に、以上のような音源特徴抽出装置を用いて本実施
例の音源特徴抽出方法を説明する。
Next, a sound source feature extraction method according to the present embodiment using the above-described sound source feature extraction device will be described.

先ず、音源1がD個あり、各音源1は受信器に平面波
として受信されると考え、抽出すべき音源1の特徴量ベ
クトルPは、次式(1)に示すように、各音源1の特徴
量である振幅aj、角周波数ω、及び方位θ(j=1,
2,…,D)から成るとする。また、次式(2)に示すよう
に、特徴量ベクトルPに対する推定特徴量ベクトルを
、各音源1の推定振幅を、推定角周波数を 推定方位を とする。
First, it is assumed that there are D sound sources 1 and that each sound source 1 is received by the receiver as a plane wave, and the feature vector P of the sound source 1 to be extracted is expressed by the following equation (1). Amplitude a j , angular frequency ω j , and azimuth θ j (j = 1,
2, ..., D). Further, as shown in the following equation (2), the estimated feature amount vector for the feature amount vector P is represented by j , the estimated amplitude of each sound source 1, and the estimated angular frequency by Estimated bearing And

P=(p1,p2,…,p3D) =(a1,a2,…,aD12,…, ωD12,…,θ) ……(1) 信号受信部2の受信器の数をMとし、各受信器の位置
ベクトルをri(i=1,2,…,M)とする。i番目の受信器
の受信信号が、信号受信部2内で、サンプリング周波数
fsでサンプリングされ、そのサンプリングされた離散時
系列信号をs(n,i)とし、1フレームN個のブロック
データとして考える。
P = (p 1 , p 2 , ..., p 3D ) = (a 1 , a 2 , ..., a D , ω 1 , ω 2 , ..., ω D , θ 1 , θ 2 ,…, θ D )… … (1) The number of receivers of the signal receiving unit 2 is M, and the position vector of each receiver is r i (i = 1, 2,..., M). The signal received by the i-th receiver is converted into a sampling frequency in the signal receiving unit 2.
The sampled discrete time-series signal is sampled at f s , and the sampled discrete time series signal is s (n, i), and is considered as N block data per frame.

D個の音源1からの音源信号S1が信号受信部2によっ
て受信され、その信号受信部2から離散時系列信号s
(n,i)が非線形特徴量推定部10へ出力されると、該非
線形特徴量推定部10内の推定信号発生部11では、次のよ
うにして受信信号の離散時系列信号s(n,i)に対する
推定信号(n,i)を算出する。
The sound source signals S1 from the D sound sources 1 are received by the signal receiving unit 2, and the discrete time series signals s are received from the signal receiving unit 2.
When (n, i) is output to the non-linear feature amount estimating unit 10, the estimated signal generating unit 11 in the non-linear feature amount estimating unit 10 performs a discrete time series signal s (n, Calculate the estimated signal (n, i) for i).

即ち、各音源1が平面波で受信器に入射する場合、第
iの受信器の受信信号s(n,i)に対する推定信号
(n,i)は、推定振幅、推定角周波数 の非線形結合関数である次式(3)で数式化(モデル
化)される。
That is, when each sound source 1 enters the receiver as a plane wave, the estimated signal (n, i) for the received signal s (n, i) of the i-th receiver has an estimated amplitude j and an estimated angular frequency Equation (3), which is a nonlinear coupling function of

但し、n=1,2,…,N i=1,2,…,M kj:波数ベクトル(方位), 推定誤差算出部12では、推定信号(n,i)を入力
し、その推定信号(n,i)の受信信号s(n,i)に対す
る推定誤差パワーを次式(4)に従って算出し、その
算出結果を正規方程式決定部13へ出力する。
Here, n = 1,2, ..., N i = 1,2, ..., M k j : wave number vector (direction), The estimation error calculation unit 12 receives the estimation signal (n, i), calculates the estimation error power of the estimation signal (n, i) with respect to the reception signal s (n, i) according to the following equation (4), and calculates The calculation result is output to the normal equation determination unit 13.

正規方程式決定部13では、推定誤差パワーを最小に
するような推定特徴量ベクトルを最小2乗法によって
求める。ここで、推定信号(n,i)が推定値特徴量 の非線形結合の関数なので、最小2乗線形Taylor微分補
正法を適用する。
The normal equation determining unit 13 obtains an estimated feature vector that minimizes the estimated error power by the least square method. Here, the estimated signal (n, i) is the estimated value feature Since this is a function of the nonlinear combination of, the least squares linear Taylor differential correction method is applied.

このTaylor微分補正法では、推定信号(n,i)を各
推定特徴量の周りで1次の頃までTaylor展開し、これを
(4)式に代入すると、最小2乗法の原理から、次式
(5)を得る。これは、推定誤差パワーを減少させる
推定特徴量ベクトルに対する補正ベクトルδPを決定
する正規方程式である。
In this Taylor differential correction method, the estimated signal (n, i) is Taylor-expanded around each estimated feature to the first order, and this is substituted into equation (4). (5) is obtained. This is a normal equation that determines the correction vector δP for the estimated feature vector that reduces the estimated error power.

E=F・δP ……(5) 但し、補正量ベクトルE= (e1,e2,…,e3D) マトリクスF= (fkl)(k,l=1,2,…,3D) マトリクス要素gk(n,i)= δ(n,i)/δpk(k=1,2,…,3D) 次に、補正量算出部14では、推定特徴量ベクトルを
入力し、(5)式、つまり次式(5−1)から補正ベク
トルδPを求め、それを推定誤差判定部15へ与える。
E = F · δP (5) where correction amount vector E = (e 1 , e 2 ,..., E 3D ) matrix F = (f kl ) (k, l = 1, 2,..., 3D) Matrix element g k (n, i) = δ (n, i) / δp k (k = 1,2,..., 3D) Next, the correction amount calculation unit 14 inputs the estimated feature amount vector, and ), That is, a correction vector δP is obtained from the following equation (5-1), and the obtained correction vector δP is provided to the estimation error determination unit 15.

δP=F-1・E ……(5−1) 推定誤差判定部15では、推定誤差基準として例えば該
推定誤差パワーの最小化とする。最小とならない場
合、推定特徴量更新部16において、次式(6)に示すよ
うに、推定特徴量ベクトルに補正ベクトルδPを加算
したものを、新たな推定特徴量ベクトルとする。
δP = F −1 · E (5-1) The estimation error determination unit 15 sets the estimation error power as, for example, the minimization of the estimation error power. If the minimum value is not attained, the estimated feature value updating unit 16 sets a value obtained by adding the correction vector δP to the estimated feature value vector as a new estimated feature value vector as shown in the following equation (6).

←+δP ……(6) 上記処置を反復し、推定誤差パワーを最小とする推
定特徴量ベクトルを推定特徴量ベクトルとして出力す
る。これにより、音源信号の特徴量である振幅ai、角周
波数ω、及び方位θが求まる。
← + δP (6) The above processing is repeated, and an estimated feature vector that minimizes the estimated error power is output as an estimated feature vector. Thereby, the amplitude a i , the angular frequency ω j , and the azimuth θ j which are the feature amounts of the sound source signal are obtained.

第2図は、本実施例の音源特徴抽出方法と従来の例え
ばビームフォーマとの分析結果の比較を示す図である。
この第2図では、横軸に方位θ(゜)、縦軸にパワーが
とられ、従来のビームフォーマの指向特性曲線が示され
ている。
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of analysis results between the sound source feature extraction method of the present embodiment and a conventional beamformer, for example.
In FIG. 2, the azimuth θ (゜) is plotted on the horizontal axis and the power is plotted on the vertical axis, and the directional characteristic curve of the conventional beamformer is shown.

本実施例の音源特徴抽出方法と従来のビームフォーマ
とを比較するため、受信器は半径1.5mの半円に5゜間隔
で37個が配置され、これに2音源が平面波として受信器
に到来し、それぞれ振幅a1=1v,a2=1v,周波数f1=2.0k
Hz,f2=2.0kHz、方位θ1=81.0゜、θ=80.0゜とす
る。
In order to compare the sound source feature extraction method of the present embodiment with a conventional beamformer, 37 receivers are arranged at 5 ° intervals in a semicircle having a radius of 1.5 m, and two sound sources arrive at the receiver as plane waves. And amplitude a 1 = 1v, a 2 = 1v, frequency f 1 = 2.0k, respectively.
Hz, f 2 = 2.0 kHz, azimuth θ1 = 81.0 °, θ 2 = 80.0 °.

本実施例では、37個の受信器のうち、80゜〜100゜に
配置された隣り合う5個(M=5)だけを使い、分析時
間は20msecで各特徴量の推定を行った。これに対してビ
ームフォーマでは、37個の受信器の全て(M=37)を使
い、分析時間は40msecで各特徴量の推定を行うものにし
た(サンプリング周波数fs;8kHz)。
In the present embodiment, among the 37 receivers, only five adjacent (M = 5) arranged at 80 to 100 degrees were used, and the analysis time was 20 msec, and each feature amount was estimated. On the other hand, in the beamformer, all the 37 receivers (M = 37) are used, and the analysis time is 40 msec, and each feature is estimated (sampling frequency f s ; 8 kHz).

第2図のビームフォーマの指向特性から明らかなよう
に、従来のビームフォーマでは、極大値からθ=80.5
゜、θ=80.3゜となり、しかも2個の音源に相当する
ピークが重なって区別がしにくい。これに対し、本実施
例の推定値はθ=81.0゜,θ=79.9゜となり、2個
を明確にわけ、しかもより正確な推定値を算出できる。
As is clear from the directivity characteristics of the beamformer shown in FIG. 2, in the conventional beamformer, θ 1 = 80.5
゜, θ 2 = 80.3 °, and the peaks corresponding to the two sound sources overlap, making it difficult to distinguish them. On the other hand, the estimated values of the present embodiment are θ 1 = 81.0 ° and θ 2 = 79.9 °, so that the two values can be clearly divided and a more accurate estimated value can be calculated.

このように、本実施例では、信号受信部2に到来する
音源信号S1を、非線形特徴量推定部10を用いて音源信号
S1のもつ特徴量の非線形結合でモデル化し、音源信号S1
の持つ特徴量を直接算出するようにしたので、少ない受
信器数で、しかも短時間の分析時間で、高い分解能の特
徴量抽出が可能となる。さらに、受信器数が少なくて良
いので、計算量も少なく、それによって装置構造の簡単
化と装置の小形化が図れる。また、最小2乗線形Taylor
微分補正法を用いて非線形結合のパラメータを算出する
ようにしたので、正規方程式決定部13における方程式の
決定が的確に行える。さらにまた、受信器の空間配置を
時間・空間信号のサンプリング定理のみを満足させるよ
うに設定すれば、受信器の配置位置の自由度が増し、そ
の受信器の配置位置によらないで前記の分析時間の短時
間化、空間分解能の高分解能化、及び装置の小形化等の
効果を持つ音源特徴抽出装置の最適設計が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the sound source signal S1 arriving at the signal receiving unit 2 is converted into the sound source signal S1 using the nonlinear feature amount estimating unit 10.
Modeled by the nonlinear combination of the features of S1, the sound source signal S1
Since the characteristic amount of the data is directly calculated, it is possible to extract the characteristic amount with high resolution with a small number of receivers and with a short analysis time. Furthermore, since the number of receivers may be small, the amount of calculation is also small, whereby the structure of the apparatus can be simplified and the apparatus can be downsized. Also, the least-squares linear Taylor
Since the parameters of the non-linear combination are calculated using the differential correction method, the normal equation determination unit 13 can accurately determine the equation. Furthermore, if the spatial arrangement of the receiver is set so as to satisfy only the sampling theorem of the time / space signal, the degree of freedom of the arrangement position of the receiver is increased, and the above-described analysis is performed independently of the arrangement position of the receiver. This makes it possible to optimally design a sound source feature extraction device having the effects of shortening the time, increasing the spatial resolution, and reducing the size of the device.

なお、本発明は上記実施例に限定されず、第1図の非
線形特徴量推定部10をディジタル・シグナル・プロセッ
サ(DSP)や、あるいはマイクロコンピュータを用いた
プログラム制御等で構成したり、あるいは本発明を用い
て空中の音源に対する特徴量を抽出する等、種々の変形
が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and the nonlinear feature estimating unit 10 shown in FIG. 1 may be constituted by a digital signal processor (DSP), a program control using a microcomputer, or the like. Various modifications are possible, such as extracting a feature amount of a sound source in the air using the present invention.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、第1の発明によれば、受
信器に到来する音源信号を、その音源信号の持つ特徴量
の非線形結合でモデル化し、音源信号の持つ特徴量を直
接算出するようにしたので、使用する受信器数の減少
化、分析時間の短時間化、空間分解能の高分解能化、及
び装置構造の簡単化と小形化という効果が得られる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the first aspect, a sound source signal arriving at a receiver is modeled by a non-linear combination of features of the sound source signal, and the features of the sound source signal are modeled. Is directly calculated, the effects of reducing the number of receivers used, shortening the analysis time, increasing the spatial resolution, and simplifying and miniaturizing the device structure can be obtained.

第2の発明では、非線形結合のパラメータは、最小2
乗線形Taylor微分補正法を用いて算出するようにしたの
で、モデル化する数式が的確にまとまり、それによって
特徴抽出精度の向上が図れる。なお、最小2乗線形Tayl
or微分補正法以外の方法を用いても、非線形結合のパラ
メータを求めることが可能である。
In the second invention, the parameter of the nonlinear coupling is a minimum of 2
Since the calculation is performed using the multiplicative linear Taylor differential correction method, the mathematical formulas to be modeled are accurately grouped, thereby improving the feature extraction accuracy. Note that the least-squares linear Tayl
The parameters of the non-linear coupling can also be obtained by using a method other than the differential correction method.

第3の発明では、サンプリング定理を満足させて受信
器を配置するようにしたので、受信器の空間配置の自由
度が増し、その受信器の配置によらないで、前記第1の
発明とほぼ同様の効果が得られ、音源特徴抽出装置の最
適設計が可能となる。
In the third invention, the receivers are arranged so as to satisfy the sampling theorem. Therefore, the degree of freedom in spatial arrangement of the receivers is increased, and the arrangement is substantially the same as that of the first invention regardless of the arrangement of the receivers. Similar effects can be obtained, and the optimal design of the sound source feature extraction device can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例を示す音源特徴抽出方法を用い
た音源特徴抽出装置の機能ブロック図、第2図は本実施
例と従来の分析結果の比較を示す図である。 1……音源、2……信号受信部、10……非線形特徴量推
定部、11……推定信号発生部、12……推定誤差算出部、
13……正規方程式決定部、14……補正量算出部、15……
推定部誤差判定部、16……推定特徴量更新部。
FIG. 1 is a functional block diagram of a sound source feature extracting apparatus using a sound source feature extracting method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a comparison between the present embodiment and a conventional analysis result. 1 ... sound source, 2 ... signal receiving unit, 10 ... nonlinear feature amount estimating unit, 11 ... estimated signal generating unit, 12 ... estimated error calculating unit,
13: normal equation determination unit, 14: correction amount calculation unit, 15 ...
Estimating unit error determining unit, 16 ... Estimated feature amount updating unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 聡 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−64075(JP,A) 特開 平4−66890(JP,A) 特開 平4−66889(JP,A) 特開 平4−64076(JP,A) 特開 平2−280074(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 7/52 - 7/66 G01S 15/00 - 15/96──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Shimizu 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (56) References JP 4-64075 (JP, A) JP JP-A-4-66890 (JP, A) JP-A-4-66889 (JP, A) JP-A-4-64076 (JP, A) JP-A-2-280074 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 6 , DB name) G01S 3/80-3/86 G01S 7/52-7/66 G01S 15/00-15/96

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】音源からの音源信号を複数の受信器で受信
し、その受信信号を時間・空間信号のサンプリング定理
に基づきサンプリングして離散時系列信号を求め、その
離散時系列信号から該音源信号の特徴量を抽出する音源
特徴抽出方法において、 前記離散時系列信号に基づき、前記音源信号のもつ特徴
量を非線形結合のパラメータで数式化し、その数式に従
い前記音源信号のもつ特徴量を直接、算出することを特
徴とする音源特徴抽出方法。
A sound source signal from a sound source is received by a plurality of receivers, and the received signal is sampled based on a sampling theorem of a time / space signal to obtain a discrete time series signal. In the sound source feature extraction method of extracting a feature amount of a signal, based on the discrete time-series signal, a feature amount of the sound source signal is formed into a mathematical expression by a parameter of a non-linear combination, and the feature amount of the sound source signal is directly calculated according to the formula. A sound source feature extraction method characterized by calculating.
【請求項2】請求項1記載の音源特徴抽出方法におい
て、 前記非線形結合のパラメータは、最小2乗線形テーラ微
分補正法を用いて算出する音源特徴抽出方法。
2. The sound source feature extraction method according to claim 1, wherein the parameter of the non-linear combination is calculated using a least squares linear tailored differential correction method.
【請求項3】請求項1記載の音源特徴抽出方法におい
て、 前記受信器は、前記サンプリング定理を満足させて配置
する音源特徴抽出方法。
3. The sound source feature extraction method according to claim 1, wherein the receiver is arranged so as to satisfy the sampling theorem.
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