JP2935597B2 - 音源特徴抽出方法 - Google Patents
音源特徴抽出方法Info
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音源波の特徴量の抽出
方法に関し、特にそこでの、方位及び時間特徴量(振幅
や周波数)などの特徴量の初期値設定処理に関する。
方法に関し、特にそこでの、方位及び時間特徴量(振幅
や周波数)などの特徴量の初期値設定処理に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明者等は、特願平02−17487
2号として、音源の特徴量を所定の非線形結合関数のパ
ラメータとみなして音源特徴量を推定する音源特徴量抽
出方法において、その特徴量の初期値を設定する一方法
を提案した。
2号として、音源の特徴量を所定の非線形結合関数のパ
ラメータとみなして音源特徴量を推定する音源特徴量抽
出方法において、その特徴量の初期値を設定する一方法
を提案した。
【0003】そこでは、複数の受波器の所定時間長の受
信信号からなるセットを対象として、フーリエ変化を施
し(または線形予測分析により)、そのパワースペクト
ルの極大値に基づいて、複数の方位及び時間特徴量を実
質同一処理で得るようにしていた。
信信号からなるセットを対象として、フーリエ変化を施
し(または線形予測分析により)、そのパワースペクト
ルの極大値に基づいて、複数の方位及び時間特徴量を実
質同一処理で得るようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、ある種の雑音によってパワースペクトルに疑
似の極大値が発生し、特に方位の初期値に影響を与え易
いという欠点があった。従って、本発明の目的は、この
ような欠点を除去することにあり、音源を広帯域音源と
みなしてまず方位の初期値を設定し、換言すれば周波数
は考慮せずに大きな音のする方向が音源方向であろうと
推定してまず方位を決定し、次いで周波数などの初期値
を設定するようにした方法を提供するものである。
方法では、ある種の雑音によってパワースペクトルに疑
似の極大値が発生し、特に方位の初期値に影響を与え易
いという欠点があった。従って、本発明の目的は、この
ような欠点を除去することにあり、音源を広帯域音源と
みなしてまず方位の初期値を設定し、換言すれば周波数
は考慮せずに大きな音のする方向が音源方向であろうと
推定してまず方位を決定し、次いで周波数などの初期値
を設定するようにした方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、音源の特徴量
を所定の非線形結合関数のパラメータとみなし、推定特
徴量の初期値を用いて非線形結合関数により受信信号に
対する推定信号を算出し、その推定信号の受信信号に対
する推定誤差を評価し、その評価結果に応じて前記推定
特徴量を更新し、推定誤差が推定誤差基準を満たす場合
にその推定特徴量を音源の特徴量として抽出する非線形
特徴推定処理を備えた音源特徴抽出方法に関するもので
あり、特にその初期値設定処理に関する。
を所定の非線形結合関数のパラメータとみなし、推定特
徴量の初期値を用いて非線形結合関数により受信信号に
対する推定信号を算出し、その推定信号の受信信号に対
する推定誤差を評価し、その評価結果に応じて前記推定
特徴量を更新し、推定誤差が推定誤差基準を満たす場合
にその推定特徴量を音源の特徴量として抽出する非線形
特徴推定処理を備えた音源特徴抽出方法に関するもので
あり、特にその初期値設定処理に関する。
【0006】そして、この初期値設定処理は、複数の予
定方位を仮定してその予定方位毎に且つ所定個数の各受
波器対応毎に、受波信号に予定方向の整相を施し且つフ
ーリエ変換を施こすことによって周波数成分を抽出し、
各予定方位毎の且つ所定個数の受波器の周波数成分を対
象として逆フーリエ変換を施して各予定方位毎の広帯域
整相信号を作成する広帯域ビームフォーミング処理を有
する。
定方位を仮定してその予定方位毎に且つ所定個数の各受
波器対応毎に、受波信号に予定方向の整相を施し且つフ
ーリエ変換を施こすことによって周波数成分を抽出し、
各予定方位毎の且つ所定個数の受波器の周波数成分を対
象として逆フーリエ変換を施して各予定方位毎の広帯域
整相信号を作成する広帯域ビームフォーミング処理を有
する。
【0007】また、各予定方位毎の整相出力の時間平均
パワーを計算し、各予定方位順に配列した当該時間的平
均パワー系列の極大値を検出し、その極大値の大きいも
のから複数個を選択し、選択した極大値に対応した前記
予定方位を前記推定方位の初期値として設定する方位初
期値選択処理を有する。
パワーを計算し、各予定方位順に配列した当該時間的平
均パワー系列の極大値を検出し、その極大値の大きいも
のから複数個を選択し、選択した極大値に対応した前記
予定方位を前記推定方位の初期値として設定する方位初
期値選択処理を有する。
【0008】さらに、推定方位の複数個の初期値に対応
した整相信号を分析して推定時間特徴量の初期値を設定
する時間初期値設定処理とを具備する。
した整相信号を分析して推定時間特徴量の初期値を設定
する時間初期値設定処理とを具備する。
【0009】
【作用】広帯域ビームフォーミング処理によって、各受
波器の受信信号を音源方位が予定方位であるとみなして
整相加算した場合の整相信号が予定方位の数の系列だけ
作成される。
波器の受信信号を音源方位が予定方位であるとみなして
整相加算した場合の整相信号が予定方位の数の系列だけ
作成される。
【0010】方位初期値選択処理によって、それら整相
出力の時間平均パワーの有意義な極大値が選択され、そ
の極大値に対応した複数の予定方位が、推定方位の初期
値として設定される。
出力の時間平均パワーの有意義な極大値が選択され、そ
の極大値に対応した複数の予定方位が、推定方位の初期
値として設定される。
【0011】この2処理によって、音源の周波数に関係
なく音の大きさに基づいて方位の初期値が決定されるた
め、周波数雑音による疑似極大値の発生が軽減され、ま
た、広帯域の音源には最適である方位初期値が設定され
る。
なく音の大きさに基づいて方位の初期値が決定されるた
め、周波数雑音による疑似極大値の発生が軽減され、ま
た、広帯域の音源には最適である方位初期値が設定され
る。
【0012】時間処理初期値設定処理では、設定した初
期値の方位に各受波器の受信信号を整相した整相信号を
分析して、周波数などの時間特徴量の初期値が設定され
る。
期値の方位に各受波器の受信信号を整相した整相信号を
分析して、周波数などの時間特徴量の初期値が設定され
る。
【0013】
【実施例】図1は本発明が適用されるソーナシステムの
構成を示すブロック図である。図1に示すシステムは、
音源の周波数特徴量の初期値を設定する周波数分析部1
2と音源の方位特徴量の初期値を設定する方位分析部1
1から成る初期値設定部1と、これら初期値から音源の
特徴量を推定する音源特徴量推定部2と、周波数分析部
12の周波数初期値に応じて帯域制限される帯域フィル
タ3からなる。音源特徴量推定部2において初期推定値
が必要になるのは、特徴量推定方法において初期推定値
から逐次反復修正して推定値を算出するためである。
構成を示すブロック図である。図1に示すシステムは、
音源の周波数特徴量の初期値を設定する周波数分析部1
2と音源の方位特徴量の初期値を設定する方位分析部1
1から成る初期値設定部1と、これら初期値から音源の
特徴量を推定する音源特徴量推定部2と、周波数分析部
12の周波数初期値に応じて帯域制限される帯域フィル
タ3からなる。音源特徴量推定部2において初期推定値
が必要になるのは、特徴量推定方法において初期推定値
から逐次反復修正して推定値を算出するためである。
【0014】図2は、図1における音源特徴量推定部2
の構成を示すブロック図であり、推定信号発生部21
で、初期値設定部1からの初期推定特徴量を用いて、受
信信号に対する推定値を音源の推定特徴量の非線形結合
関数で算出し、推定誤差算出部22では、該推定値の該
受信値に対する推定誤差を算出する。
の構成を示すブロック図であり、推定信号発生部21
で、初期値設定部1からの初期推定特徴量を用いて、受
信信号に対する推定値を音源の推定特徴量の非線形結合
関数で算出し、推定誤差算出部22では、該推定値の該
受信値に対する推定誤差を算出する。
【0015】正規方程式決定部23では、該推定誤差と
該推定特徴量から最小2乗線形テイラ(Taylor)
微分補正に基づいて正規方程式を決定し、補正量算出部
24では、正規方程式から推定特徴量に対する補正量を
算出する。
該推定特徴量から最小2乗線形テイラ(Taylor)
微分補正に基づいて正規方程式を決定し、補正量算出部
24では、正規方程式から推定特徴量に対する補正量を
算出する。
【0016】推定誤差決定部25では、該推定誤差算出
部により得られた推定誤差を用いて該推定誤差に対する
該推定誤差基準を満たすか否かを判定し、満たさない時
は、推定特徴量更新部26において、該推定特徴量に該
補正量を加算した結果を新たな推定特徴量として該推定
信号発生部に入力し上記処理を該推定誤差が該推定誤差
基準を満たすまで、反復する。
部により得られた推定誤差を用いて該推定誤差に対する
該推定誤差基準を満たすか否かを判定し、満たさない時
は、推定特徴量更新部26において、該推定特徴量に該
補正量を加算した結果を新たな推定特徴量として該推定
信号発生部に入力し上記処理を該推定誤差が該推定誤差
基準を満たすまで、反復する。
【0017】この様にして、該推定誤差が数推定誤差基
準を満たす時、該推定特徴量を音源の最終的推定特徴量
として出力する。
準を満たす時、該推定特徴量を音源の最終的推定特徴量
として出力する。
【0018】次に図1及び図2に適用した本発明方法の
一実施例を説明する。
一実施例を説明する。
【0019】ここでは、音源がD個あり、各音源は受信
器に平面波として受信されると考え、抽出すべき音源の
特徴量ベクトルPは、成分Pk(k=1,2,…,3
d)からなり、すなわち、各音源の特徴量である振幅a
d,角周波数ωd,方位θd(d=1,2,…,D)か
ら成るとする。また、上記特徴量ベクトルPに対する推
定特徴量ベクトルP* は、成分Pk* (k=1,2,
…,3d)からなり、すなわち、各音源の特徴量である
振幅ad* ,角周波数ωd* ,方位θd* (d=1,
2,…,D)から成るとする。
器に平面波として受信されると考え、抽出すべき音源の
特徴量ベクトルPは、成分Pk(k=1,2,…,3
d)からなり、すなわち、各音源の特徴量である振幅a
d,角周波数ωd,方位θd(d=1,2,…,D)か
ら成るとする。また、上記特徴量ベクトルPに対する推
定特徴量ベクトルP* は、成分Pk* (k=1,2,
…,3d)からなり、すなわち、各音源の特徴量である
振幅ad* ,角周波数ωd* ,方位θd* (d=1,
2,…,D)から成るとする。
【0020】すなわち、 P=(P1,P2,…,P3D) =(a1,a2,…,aD, ω1,ω2,…,ωD, θ1,θ2,…,θD) (1) P* =(P1* ,P2* ,…,P3D* ) =(a1* ,a2* ,…,aD* , ω1* ,ω2* ,…,ωD* , θ1* ,θ2* ,…,θD* ) (2) また、今、音源の特徴量を時間空間フレーム単位が、時
間方向にN個からなるM個の受信器の受信信号であり
(すなわちN*M個のデータ)、各受信の位置ベクトル
をrm(m=1,2,…,M)とし、m番目の受信器の
離散時系列の受信信号をs(n,m)とする。
間方向にN個からなるM個の受信器の受信信号であり
(すなわちN*M個のデータ)、各受信の位置ベクトル
をrm(m=1,2,…,M)とし、m番目の受信器の
離散時系列の受信信号をs(n,m)とする。
【0021】まず、受信信号は、図1の初期値設定部1
の方位分析部11に入力される。ビームフォーミング部
11では、広帯域ビームフォーミングを行う。即ち、式
(3)に示すように、十分広い範囲にわたる複数の予定
方位θを設定して、各予定方位θ毎に且つ各受波器m対
応毎に、受信信号に予定方向の整相を施してフーリエ変
換を施し、周波数成分z(l,m,θ)を抽出する。
の方位分析部11に入力される。ビームフォーミング部
11では、広帯域ビームフォーミングを行う。即ち、式
(3)に示すように、十分広い範囲にわたる複数の予定
方位θを設定して、各予定方位θ毎に且つ各受波器m対
応毎に、受信信号に予定方向の整相を施してフーリエ変
換を施し、周波数成分z(l,m,θ)を抽出する。
【0022】そして、式(4)に示すように、各予定方
位θ毎にM個の受波器対応の全ての周波数成分z(l,
m,θ)を対象として逆フーリエ変換を施こすことによ
って、各予定方位毎の広帯域の整相信号b(n,θ)を
作成する。
位θ毎にM個の受波器対応の全ての周波数成分z(l,
m,θ)を対象として逆フーリエ変換を施こすことによ
って、各予定方位毎の広帯域の整相信号b(n,θ)を
作成する。
【0023】次に、この整相信号b(n,θ)に基づい
てD個の予定方位選択して推定方位の初期値とする。即
ち、式(5)に示すように、各予定方位θでの整相出力
b(n,θ)の時間平均パワーPb(θ)を計算し、そ
れを予定法の大きい順に配列した場合の有効な極大値の
うち大きいものからD個の予定方位θdを選びそれを推
定方位の初期値θdとする。
てD個の予定方位選択して推定方位の初期値とする。即
ち、式(5)に示すように、各予定方位θでの整相出力
b(n,θ)の時間平均パワーPb(θ)を計算し、そ
れを予定法の大きい順に配列した場合の有効な極大値の
うち大きいものからD個の予定方位θdを選びそれを推
定方位の初期値θdとする。
【0024】
【数1】
【0025】但し、 l:離散周波数の番号 τi(θ)=k(θ)・rm k(θ):方位θの波数ベクトル
【0026】
【数2】
【0027】
【数3】
【0028】つぎに、周波数分析部12で、式(6)に
示すように、D個の系列の整相信号b(n、θd)の時
間に関するフーリエ変換F(ω)を計算し、これから、
式(7)に示すように、パワースペクトルSP(ω)を
算出する。
示すように、D個の系列の整相信号b(n、θd)の時
間に関するフーリエ変換F(ω)を計算し、これから、
式(7)に示すように、パワースペクトルSP(ω)を
算出する。
【0029】そして、パワースペクトルSP(ω)の有
効な極大値となる角周波数ωを推定角周波数ωdの初期
値とし、振幅SP(ω)1/2 を推定振幅adの初期値と
する。
効な極大値となる角周波数ωを推定角周波数ωdの初期
値とし、振幅SP(ω)1/2 を推定振幅adの初期値と
する。
【0030】
【数4】
【0031】 SP(ω)=|F(ω)|2 (7) そして、そのパワースペクトルSP(ω)の有効な極大
値となる角周波数ωを推定角周波数ωdの初期値とする
値とし、振幅SP(ω)1/2 を推定振幅adの初期値と
する。
値となる角周波数ωを推定角周波数ωdの初期値とする
値とし、振幅SP(ω)1/2 を推定振幅adの初期値と
する。
【0032】推定角周波数ωdが決定されると、これら
の周波数を中心周波数とする帯域制限フィルター(BP
F)により入力信号をフィルタリングする。このフィル
タリングされた信号を次段の非線形パラメーター推定部
2に入力する。
の周波数を中心周波数とする帯域制限フィルター(BP
F)により入力信号をフィルタリングする。このフィル
タリングされた信号を次段の非線形パラメーター推定部
2に入力する。
【0033】次に、非線形パラメーター推定部2では、
その推定信号発生部21で、次のようにして推定信号s
(n,m)を算出する。
その推定信号発生部21で、次のようにして推定信号s
(n,m)を算出する。
【0034】即ち、各音源が平面波で受信器に入射する
場合、第mの受信器の受信信号s(n,m)に対する推
定信号s(n,m)* は、推定振幅ad* 、推定角周波
数ωd* 、定方位θd* の非線形結合関数である(1)
式でモデル化される。
場合、第mの受信器の受信信号s(n,m)に対する推
定信号s(n,m)* は、推定振幅ad* 、推定角周波
数ωd* 、定方位θd* の非線形結合関数である(1)
式でモデル化される。
【0035】
【数5】
【0036】但し、kd:波数ベクトル kd=Kd(COS θd* ,SIN θd* ) 推定誤差算出部22では、該推定信号s(n,m)* の
該受信信号s(n,m)に対する推定誤差パワーVを
(9)式に従って算出する。
該受信信号s(n,m)に対する推定誤差パワーVを
(9)式に従って算出する。
【0037】
【数6】
【0038】正規方程式決定部23では、該推定誤差パ
ワーVを最小にする様な推定特徴量ベクトルPを最小2
乗法によって求める。
ワーVを最小にする様な推定特徴量ベクトルPを最小2
乗法によって求める。
【0039】ここで、推定信号s(n,m)* が推定値
特徴量ad* 、ωd* 、θd* の非線形結合な関数なの
で、最小2乗線形テイラ微分補正法を適用する。即ち、
s(n,m)を各推定特徴量の周りで1次の項までテイ
ラ展開し、これを(9)式に代入すると最小2乗法の原
理から(10)式を得る。これは、該推定誤差パワーV
を減少させる推定特徴量ベクトルPに対する補正ベクト
ルδPを決定する正規方程式である。
特徴量ad* 、ωd* 、θd* の非線形結合な関数なの
で、最小2乗線形テイラ微分補正法を適用する。即ち、
s(n,m)を各推定特徴量の周りで1次の項までテイ
ラ展開し、これを(9)式に代入すると最小2乗法の原
理から(10)式を得る。これは、該推定誤差パワーV
を減少させる推定特徴量ベクトルPに対する補正ベクト
ルδPを決定する正規方程式である。
【0040】 E=F・δP (10) 但し、 E=(e1,e2,…,e3D) F=(fkl)(k,l=1,2,…,3D)
【0041】
【数7】
【0042】
【数8】
【0043】 gk(n,m)=δs(n,m)* /δPk (k,l=1, 2, …, 3D) (13) 補正量算出部24では、(10)式から補正ベクトルδ
Pを求める。即ち、 δP=F−1・E (14) 推定誤差判定部25では、推定誤差基準として例えば該
推定誤差パワーVの最小化とする。最小とならない場合
は、推定特徴量更新部26において推定特徴量ベクトル
P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P* とする、即ち P←P+δP (15) この処理を反復し推定誤差パワーVを最小とする推定特
徴量ベクトルP*を推定特徴量ベクトルとして出力す
る。
Pを求める。即ち、 δP=F−1・E (14) 推定誤差判定部25では、推定誤差基準として例えば該
推定誤差パワーVの最小化とする。最小とならない場合
は、推定特徴量更新部26において推定特徴量ベクトル
P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P* とする、即ち P←P+δP (15) この処理を反復し推定誤差パワーVを最小とする推定特
徴量ベクトルP*を推定特徴量ベクトルとして出力す
る。
【0044】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、広帯域
ビームフォーマーを用いることにより、即ち、一番大き
な音(広帯域音)がする方向が音源方向の尤もらしい推
定と考えて周波数未知の状態から方位初期値を得、周波
数などの時間特徴量の初期値は、この方位初期値の方向
からの周波数構造等から推定しているため、周波数雑音
に影響され難い初期値設定を行うことができ、また、音
源周波数が広帯域の場合には特に適切な初期値設定が行
われる。
ビームフォーマーを用いることにより、即ち、一番大き
な音(広帯域音)がする方向が音源方向の尤もらしい推
定と考えて周波数未知の状態から方位初期値を得、周波
数などの時間特徴量の初期値は、この方位初期値の方向
からの周波数構造等から推定しているため、周波数雑音
に影響され難い初期値設定を行うことができ、また、音
源周波数が広帯域の場合には特に適切な初期値設定が行
われる。
【図1】本発明のソーナシステムを示すブロック図
【図2】図1の音源特徴量推定部を示すブロック図
1 初期値設定部 11 方位分析部 12 周波数分析部 2 音源特徴量推定部 3 帯域フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−64075(JP,A) 特開 昭55−151279(JP,A) 特開 昭62−298784(JP,A) 特開 平5−134024(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/802 - 3/809
Claims (1)
- 【請求項1】音源からの音源波を複数の受波器により受
信信号に変換する信号受信処理と、 推定方位及び推定時間特徴量を含む前記音源の推定特徴
量の初期値を設定する初期値設定処理と、 前記音源の推定特徴量を所定の非線型結合関数のパラメ
ータとみなし、前記推定特徴量の初期値を用いて前記非
線型結合関数により前記受信信号に対する推定信号を算
出し、当該推定信号の前記受信信号に対する推定誤差を
評価し、その評価結果に応じて前記推定特徴量を更新
し、前記推定誤差が推定誤差基準を満たす場合にその推
定特徴量を前記音源の特徴量として抽出する非線型特徴
推定処理とを、備えた音源特徴抽出方法において、 前記初期値設定処理は、 複数の予定方位を仮定してその予定方位毎に且つ所定個
数の各前記受波器対応毎に、前記受波信号に前記予定方
向の整相を施し且つフーリエ変換を施すことによって周
波数成分を抽出し、各前記予定方位毎の且つ前記所定個
数の受波器の前記周波数成分を対象として逆フーリエ変
換を施して各前記予定方位毎の広帯域整相信号を作成す
る広帯域ビームフォーミング処理と、 前記各予定方位毎の前記整相信号の時間平均パワーを計
算し、前記各予定方位順に配列した当該時間的平均パワ
ー系列の極大値を検出し、その極大値の大きいものから
複数個を選択し、選択した極大値に対応した前記予定方
位を前記推定方位の初期値として設定する方位初期値選
択処理と、 前記推定方位の前記複数個の前記初期値に対応した前記
整相信号を分析して推定時間特徴量の初期値を設定する
時間初期値設定処理とを具備することを特徴とする音源
特徴抽出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29885891A JP2935597B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 音源特徴抽出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29885891A JP2935597B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 音源特徴抽出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05134025A JPH05134025A (ja) | 1993-05-28 |
JP2935597B2 true JP2935597B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=17865107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29885891A Expired - Fee Related JP2935597B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 音源特徴抽出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2935597B2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-14 JP JP29885891A patent/JP2935597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH05134025A (ja) | 1993-05-28 |
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