JP3884006B2 - 信号圧縮方法、装置、そのプログラムと記録媒体、信号検索方法、装置、プログラムとその記録媒体 - Google Patents
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Description
また、上述のような信号検索方法において、信号の特徴圧縮を行ない特徴照合1回当たりの計算コストを削減する方法として、時系列信号の連続性を利用した区分線形写像により、効率的に特徴の次元を削減する手法が知られている(例えば、非特許文献3)。この方法は信号の性質によらず信号を一律に等分割することにより写像を構成している。さらに、信号の性質に応じて分割の長さを変化させることが知られている(例えば非特許文献1、非特許文献2)。
また、上述の信号検索方法に用いられる信号圧縮の技術として、音響信号から抽出した特徴系列の次元を削減し、少量の記憶装置で特徴系列を保持したり、信号同士の類似性の判定を高速に行うことを可能とする信号圧縮技術が知られている。この信号圧縮技術は、放送の音響信号の中から特定の楽曲が放映された時刻を検出するなど、信号系列の中から予め登録した信号と類似した信号の場所を探し出すといった上述の信号検索方法に用いられ、その高速な実行を可能とする。そして、このような技術に用いられる具体的な信号圧縮方法に関しては、予め用意した原信号を分割して圧縮する信号圧縮方法が知られている(例えば、非特許文献3)。
また、上述の非特許文献1や非特許文献2のような信号圧縮方法では、さらに高い圧縮率で信号圧縮を行なうことが可能となるものの、最適な分割を決定する処理に膨大な処理が必要になるという問題がある。
また、上述の非特許文献3に記載の信号圧縮方法では、信号の性質によらず原信号を一律に等分割することにより部分信号を構成しているが、信号の性質に応じて分割の長さを変化させることも可能である。従って、それによりさらに良い圧縮率で信号圧縮を行うことが可能となるものの、この方法では、圧縮を行う関数を決定する処理に膨大な処理が必要になるという問題があった。
また、予め登録した蓄積信号から、目的とする参照信号に類似した部分を探し出す信号検索方法、信号検索装置においては、この信号圧縮方法あるいは信号圧縮装置を用いることにより、特徴情報を情報圧縮することができ、より検索の高速化を図ることができると共に、蓄積情報量も削減することができるという効果が得られる。
また、予め登録した蓄積信号から、目的とする参照信号に類似した部分を探し出す信号検索方法、信号検索装置においては、この信号圧縮方法あるいは信号圧縮装置を用いることにより、特徴情報を情報圧縮することができ、より検索の高速化を図ることができると共に、蓄積情報量も削減することができるという効果が得られる。
図1は、第1の実施形態の構成を示すブロック図である。図1において、符号1は、原信号から該原信号より短い長さの部分信号を構成する初期部分信号構成部である。符号2は、初期部分信号構成部1から出力された各部分信号について、原信号よりもデータ量が少ない部分信号構成の候補を絞り込む部分信号構成選択部である。符号3は、部分信号構成選択部2から出力された部分信号構成の候補を用いて、実際に用いるベき部分信号構成を決定する部分信号再構成部である。符号4は、部分信号再構成部3から出力された各部分信号から圧縮信号を算出するための写像を決定する圧縮写像決定部である。符号5は、部分信号再構成部3から出力された各部分信号に対応する圧縮信号を、圧縮写像決定部4から出力された写像に基づいて算出する信号圧縮部である。
図5において、まず、初期部分信号構成部1は、与えられた原信号を読み込む(ステップS1)。続いて、初期部分信号構成部1は、初期部分信号構成処理を行う(ステップS2)。次に、部分信号構成選択部2は、部分信号構成選択処理を行う(ステップS3)。次に、部分信号再構成部3は、部分信号再構成処理を行う(ステップS4)。次に、圧縮写像決定部4は、圧縮写像決定処理を行う(ステップS5)。更に、信号圧縮部5は、信号圧縮処理を行う(ステップS6)。そして、信号圧縮部5は、原信号の圧縮信号を出力する(ステップS7)。
まず、初期部分信号構成部1は、原信号であるヒストグラムの系列を読み込む(ステップS11)。続いて初期部分信号構成部1は、読み込んだヒストグラム系列を、予め与えられたセグメント数に従って等分割する(ステップS12)。そして、初期部分信号構成部1は、分割されたヒストグラム系列であるセグメントの集合を出力する(ステップS13)。
図7において、まず、部分信号構成選択部2は、初期部分信号構成部1から出力される固定長セグメント(部分信号)の集合を読み込む(ステップS15)。次に、分割境界を現在の位置から移動させることができる幅である分割境界移動可能幅を予め与えておき、各分割境界について、現在の分割境界の位置から前後に分割境界移動可能幅の分の範囲を、分割境界移動可能範囲として設定する(ステップS16)。続いて、セグメントの分割境界のうち、先頭の分割境界に注目する(ステップS17)。そして、分割境界を共有する2つのセグメントに対して、分割境界が現在の位置にあるときの圧縮信号の次元数を計算し、それらをセグメント長で正規化した平均値を計算する(ステップS18)。
さらに、分割境界移動可能範囲の中のいくつかの箇所で、同様に次元数の平均値を計算する。計算を行う回数は、上記3箇所の分割境界における次元数の平均値から求められる。続いて、求められた計算回数を基に、分割境界移動可能範囲の中で等間隔となるように、分割境界移動可能範囲の先頭から順に次元数の平均値を計算する(ステップS20、S21、S22)。
また、分割境界移動可能範囲の片側で計算を行う箇所の数xは、以下のようにして求められる。
以上のようにして、計算を行う回数が求められるので、全ての計算箇所について計算が終了していなければ(ステップS25のNO)、境界を次の計算箇所に移動し(ステップS26)、ステップS22からステップS24における操作を繰り返す。
図8において、まず、分割境界を共有する2つのセグメントを読み込む(ステップS31)。次に、与えられた2つのセグメントから、原信号の性質をよく表現する部分空間の基底を抽出する(ステップS32)。
なお、KL展開によって得られた各固有ベクトルに対応する固有値を全固有ベクトルの固有値の合計値で除算した値を、その固有ベクトルの寄与率と呼ぶ。続いて、寄与率が大きい順に固有ベクトルを並ベ換え、寄与率の合計値が、予め与えられた寄与閾値を上回るまで、順に固有ベクトルを選択していき(ステップS38、S39)、選択された固有ベクトルを部分空間の基底として(ステップS40)、基底の集合を得る(ステップS41)。
図10において、まず、部分信号再構成部3は、初期部分信号構成部1から出力される固定長セグメントの集合、及び部分信号構成選択部2から出力される分割境界の候補の集合を読み込む(ステップS42)。次に、セグメントの分割境界のうち、先頭の分割境界に注目し(ステップS43)、この境界における分割境界候補のうち先頭の位置に分割境界を移動する(ステップS44)。続いて、分割境界を共有する2つのセグメントに対して、分割境界が現在の位置にあるときの圧縮信号の次元数を計算し、それらをセグメント長で正規化した平均値を計算する(ステップS45)。なお、次元数の平均値は、部分信号構成選択部2と同様に、上述の図8、及び図9に示した手順により計算される。
図11において、まず、圧縮写像決定部4は、部分信号再構成部3から出力されるセグメントの集合を読み込む(ステップS55)。次に、各セグメントの基底を抽出する(ステップS56)。なお、基底の抽出は、部分信号構成選択部2と同様に、前述の図9に示した手順により計算される。
次に、部分空間への射影をそのセグメントに対する写像とする(ステップS58)。そして、圧縮写像決定部4は、各セグメントに対応した写像を出力する(ステップS59)。
図12において、まず、信号圧縮部5は、部分信号再構成部3から出力されるセグメントの集合、及び圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合を読み込む(ステップS60)。次に、与えられた部分信号、及び線形写像の集合を用いて、部分信号内の各ヒストグラムを、その部分信号から作成された部分空間へ射影する信号写像処理を行う(ステップS61)。
図13において、信号圧縮部5を構成する信号写像部51は、まず、部分信号再構成部3から出力されるセグメント、及び圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合を読み込む(ステップS66)。次に、セグメント内の各ヒストグラムを、そのセグメントから作成された部分空間へ射影する(ステップS67)。
図14において、信号圧縮部5を構成する射影距離計算部52は、まず、部分信号再構成部3から出力されるセグメント、圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合、及び信号写像部51から出力される圧縮ヒストグラム系列の集合を読み込む(ステップS70)。次に、圧縮ヒストグラムを逆射影する(ステップS71)ことにより、以下のように原ヒストグラムの存在する空間での圧縮ヒストグラムの位置が求められるので、各ヒストグラムと、それに対応する圧縮ヒストグラムとの距離を計算する(ステップS72)。
図15において、信号圧縮部5を構成する圧縮特徴構成部53は、まず、信号写像部51から出力された圧縮ヒストグラム系列の集合、及び射影距離計算部52から出力された射影距離を読み込む(ステップS75)。次に、圧縮ヒストグラムy=(y1、y2、・・・、yk)と、それに対応して計算された射影距離
図2は、第2の実施形態の構成を示すブロック図である。第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した信号圧縮装置を応用した信号検索装置について説明する。図2において、第1の実施形態で図1を用いて説明した信号圧縮装置と同一の符号を付与された構成要素は、信号圧縮装置と同一の動作をする構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
図16において、まず、参照特徴抽出部6は、参照特徴抽出処理を行う(ステップS81)。次に、蓄積特徴抽出部7は、蓄積特徴抽出処理を行う(ステップS82)。次に、初期部分信号構成部1は、初期部分信号構成処理を行う(ステップS83)。次に、部分信号構成選択部2は、部分信号構成選択処理を行う(ステップS84)。次に、部分信号再構成部3は、部分信号再構成処理を行う(ステップS85)。次に、圧縮写像決定部4は、圧縮写像決定処理を行う(ステップS86)。次に、信号圧縮部5は、信号圧縮処理を行う(ステップS87)。更に、参照特徴圧縮部8は、参照特徴圧縮処理を行う(ステップS88)。
また、上述の初期部分信号構成処理(ステップS83)、部分信号構成選択処理(ステップS84)、部分信号再構成処理(ステップS85)、圧縮写像決定処理(ステップS86)、信号圧縮処理(ステップS87)については、図6から図15に示す第1の実施形態の信号圧縮装置で実行される処理と同一であるので、ここでは説明を省略する。ただし、初期部分信号構成処理(ステップS83)は、入力として、蓄積特徴抽出処理(ステップS82)から出力される蓄積特徴系列を用いる。
図17において、まず、参照特徴抽出部6は、与えられた参照信号を読み込む(ステップS98)。次に、読み込んだ参照信号に対して特徴抽出を行う(ステップS99)。
図18において、まず、蓄積特徴抽出部7は、蓄積信号を読み込む(ステップS104)。次に、読み込んだ蓄積信号に対して、注目窓を蓄積信号の先頭に設定する(ステップS105)。ここでは、参照特徴抽出部6に与えられた参照信号と同一の長さの注目窓を設定する。
図19において、まず、参照特徴圧縮部8は、参照特徴抽出部6から出力される参照ヒストグラム、及び圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合を読み込む(ステップS113)。次に、参照ヒストグラムを、各線形写像を用いて、対応する部分空間へ射影する参照信号写像処理を行う(ステップS114)。射影は、第1の実施形態で説明した信号圧縮部5と同様の処理により行われる。例えば、セグメント数をM=1000とすると、1000個の圧縮ヒストグラムが作成される。
図20において、参照特徴圧縮部8を構成する参照信号写像部(図示せず)は、まず、参照特徴抽出部6から出力される参照ヒストグラム、及び圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合を読み込む(ステップS119)。次に、参照ヒストグラムを各セグメントに対応した線形写像により部分空間へ射影する(ステップS120)。
これにより、参照信号写像部は、参照圧縮ヒストグラムの集合を出力する(ステップS121)。
図21において、参照特徴圧縮部8を構成する参照射影距離計算部(図示せず)は、まず、参照特徴抽出部6から出力される参照ヒストグラム、圧縮写像決定部4から出力される線形写像の集合、及び参照信号写像部から出力される参照圧縮ヒストグラムの集合を読み込む(ステップS123)。次に、各圧縮ヒストグラムを逆射影する(ステップS124)ことにより、各ヒストグラムと、それに対応する圧縮ヒストグラムとの距離を計算する(ステップS125)。
これにより、参照射影距離計算部は、各ヒストグラムに対応した射影距離を出力する(ステップS126)。
図22において、参照特徴圧縮部8を構成する参照圧縮特徴構成部(図示せず)は、まず、参照信号写像部から出力された参照圧縮ヒストグラムの集合、及び参照射影距離計算部から出力された射影距離を読み込む(ステップS128)。次に、圧縮ヒストグラムと、それに対応して計算された射影距離から、圧縮特徴を構成する(ステップS129)。
これにより、参照圧縮特徴構成部は、圧縮特徴の集合を出力する(ステップS130)。
図23において、まず、特徴照合部9は、信号圧縮部5から出力される蓄積圧縮特徴系列、及び参照特徴圧縮部8から出力される参照圧縮特徴の集合を読み込む(ステップS132)。次に、参照圧縮特徴y*Rと蓄積圧縮特徴y*Sとの距離を計算する(ステップS133)。
これにより、特徴照合部9は、得られた距離の下限値を出力する(ステップS134)。
図24において、まず、信号検出判定部10は、特徴照合部9から出力される距離下限値を読み込む(ステップS139)。次に、距離下限値と、距離尺度であるユークリッド距離に基づいて予め定められた値である探索閾値とを比較する(ステップ140)。距離値が探索閾値を下回る場合(注目窓を時間方向に分割した場合にあっては、全ての時間分割において距離値が探索閾値を下回ることが判明した場合)(ステップS140のYES)、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在すると判断し(ステップS141)、信号検出結果として、蓄積信号に対する時系列中の現在位置(フラグ)を出力する(ステップS142)。
図3は、第3の実施形態の構成を示すブロック図である。第3の実施形態では、第2の実施形態で説明した信号検索装置に、特徴照合部9から出力された距離に基づいて、信号圧縮部5から出力される蓄積圧縮特徴系列に対して設定する注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ注目窓を移動するスキップ幅計算部11が新たに設けられた信号検索装置について説明する。図3において、第1、第2の実施形態で図1を用いて説明した信号圧縮装置、及び図2を用いて説明した信号検索装置と同一の符号を付与された構成要素は、信号圧縮装置または信号検索装置と同一の動作をする構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
図25において、まず、スキップ幅計算部11は、特徴照合部9から出力される距離下限値を読み込む(ステップS144)。次に、探索漏れが生じないことを保証したまま特徴照合、すなわち距離計算を省略できるスキップ幅を計算する(ステップS145)。
ヒストグラムは特徴ベクトルの時系列を分類し累積したものであるから、蓄積信号の特徴ベクトルに対する時間窓の移動に伴って、ヒストグラム間の距離値が急激に変化することはない。時間窓の1特徴ベクトル分の移動当たりの距離値の変化率の絶対値は、決して、(√2)を越えない。すなわち、蓄積信号に対する時間窓の先頭がm1番目の特徴ベクトルであるときのヒストグラム間の距離値をd(xR,xS(m1))とするとき、時間窓がm2番目の特徴ベクトルまで移動したときの距離値の下限
図4は、第4の実施形態の構成を示すブロック図である。第4の実施形態では、第3の実施形態で説明した信号検索装置に、信号検出判定部10で参照信号が存在すると判定された蓄積信号の当該場所について、参照特徴抽出部6から出力された特徴系列と、蓄積特徴抽出部7から出力された特徴系列との距離を計算する距離再計算部12と、距離再計算部12から出力された距離と探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを再判定する信号検出再判定部13とが新たに設けられた信号検索装置について説明する。図4において、第1から第3の実施形態で図1から図3を用いて説明した信号圧縮装置または信号検索装置と同一の符号を付与された構成要素は、信号圧縮装置または信号検索装置と同一の動作をする構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
図26において、まず、距離再計算部12は、参照特徴抽出部6から出力される参照ヒストグラム、蓄積特徴抽出部7から出力される蓄積ヒストグラム系列及び信号検出判定部10から出力される検出結果を読み込む(ステップS148)。次に、参照信号が存在すると判定された蓄積信号中の箇所に対応する蓄積ヒストグラムに対して、参照ヒストグラムとの距離を計算する(ステップS149)。ヒストグラム間の距離は、ユークリッド距離を用いて前述の式(1)と同様に定義する。そして、求めた距離値を出力する(ステップS150)。
図27において、まず、信号検出再判定部13は、距離再計算部12から出力される距離値を読み込む(ステップS152)。次に、距離値と探索閾値とを比較する(ステップS153)。この比較の結果、距離値が探索閾値を下回る場合は(ステップS153のYES)、その参照信号が蓄積信号中に存在したことを意味するので、信号検出結果として、蓄積信号に対する時系列中の現在位置を出力する(ステップS154)。
次に、本発明による信号検索装置の動作実験結果を説明する。
本発明の効果を確認するため、まず、第1の実験として、24時間の映像信号からヒストグラムを作成したものを蓄積信号とし、セグメント数及び寄与閾値を変化させたときのセグメント長で正規化した圧縮ヒストグラムの平均次元数の変化を調べた。
なお、圧縮のパラメータは、サンプリング周波数=29.97[Hz]、画像の分割数=6(縦2分割、横3分割)、ヒストグラムの次元数=256、時間窓の幅=15[秒]とした。また、分割境界移動可能幅△(デルタ)は、1から500まで、1、2、5、10、・・・のように変化させた。
次に、本発明の第5の実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態では、該処理対象信号の一例として音響信号を用いる。なお、具体的な特徴の抽出方法やヒストグラムの作成方法は、後述のクエリ特徴抽出部101の処理を用いて説明する。
図30は、第5の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。図30より、本実施形態の信号検索装置は、クエリ信号(参照信号)から特徴を導くクエリ特徴抽出部101(参照特徴抽出部)と、データベース信号(蓄積信号)に注目窓を設定し、注目窓内の信号から特徴を導くデータベース特徴抽出部(蓄積特徴抽出部)102と、前記データベース特徴抽出部102の処理において注目窓をずらしながら繰り返し行うことで出力された特徴系列を区分するデータベース特徴区分部103と、前記データベース特徴区分部103から出力された区分後の特徴系列から代表的な特徴を抽出し、より少ない数の特徴で構成される代表特徴系列を導くデータベース特徴間引き部104と、前記データベース特徴区分部103から出力された区分に含まれる特徴が存在する領域を導く特徴領域抽出部105と、前記クエリ特徴抽出部101から出力された特徴系列と前記データベース特徴間引き部104から出力された代表特徴系列との距離を計算する特徴照合部106と、前記特徴照合部106から出力された距離を、前記特徴照合部106から出力された領域を用いて補正する距離補正部107と、前記距離補正部7から出力された距離と、前記距離に対応する閾値である探索閾値とを比較することにより、クエリ信号が、データベース信号の当該箇所に存在するかどうかを判定する信号検出判定部108とで構成される。
次に図38より、データベース特徴区分部103は、データベース特徴抽出部102の処理を、注目窓をずらしながら繰り返し行って出力されるDBヒストグラム(蓄積ヒストグラム)の系列(特徴系列)を読み込む(ステップS164)。次に、データベース特徴区分部103はヒストグラム系列を区分する(ステップS165)。この区分方法は各種考えられるが、ここでは2つの手法を説明する。 最初の方法では、ヒストグラム系列を予め定められた分割幅にしたがって等分割する。 例えば、分割幅を50としたとき、長さが50フレームの部分ヒストグラム系列(部分特徴系列)が多数作成される。2番目の方法では、部分ヒストグラム系列の各ヒストグラムが、後述の特徴領域抽出部105で導かれる部分ヒストグラム系列を代表するヒストグラムから一定距離以内に存在するように、部分ヒストグラム系列の長さを調節する。具体的には、以下のように行う。まず、部分ヒストグラム系列をある長さに設定し、系列の中から代表ヒストグラムを抽出する。代表ヒストグラムの選び方は、データベース特徴間引き部104の処理に従う。次に、部分ヒストグラム系列の各ヒストグラムに対して、代表ヒストグラムとの距離を計算し、その最大値を求める。部分ヒストグラム系列の長さを1から始め、最大値が予め定められた領域閾値を上回るまで、系列の長さを1つずつ伸ばしながら上記操作を繰り返す。以上が、ヒストグラム区分における2番目の方法である。そしてデータベース特徴区分部103は、分割された部分ヒストグラム系列の集合を出力する(ステップS166)。
次に図40より、特徴領域抽出部105は、データベース特徴区分部103から出力される部分ヒストグラム系列の集合、及びデータベース特徴間引き部104から出力される代表特徴系列を読み込む(ステップS171)。次に、部分ヒストグラム系列の中の各ヒストグラムについて、代表特徴との距離を計算し、その最大値dmaxを計算する(ステップS172)。上記操作により、部分ヒストグラム系列内のヒストグラムが存在する範囲を確定することができ、それは、代表特徴から距離dmaxの範囲内となる。そして、特徴領域抽出部105は、dmaxの集合を出力する(ステップS173)。
次に図41より、特徴照合部106は、データベース特徴間引き部104から出力される代表特徴系列及びデータベース特徴抽出部102から出力されるクエリ特徴を読み込む(ステップS174)。次に特徴照合部106は、クエリ特徴xQと代表特徴xDとの距離を計算する(ステップS175)。距離尺度は各種用いることができるが、例えば、マンハッタン距離やユークリッド距離を用いる。
次に図42より、距離補正部107は、特徴領域抽出部105から出力される距離値dmax、及び特徴照合部106から出力される距離値d(xQ、xD)を読み込む(ステップS177)。次に距離補正部107は、補正距離値を計算する。すなわち、d(xQ、xD)−dmaxを計算し、距離値を補正する(ステップS178)。これにより、代表特徴に対応する部分ヒストグラム系列について、その中のヒストグラムとの距離の最小値が得られる。そして距離補正部107は補正後の距離値(補正距離値)を出力する(ステップS179)。
次に、本発明の第6実施形態について図面を用いて説明する。
図31は、第6の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第5の実施形態の信号検索装置に、セグメント抽出部109と、圧縮写像決定部110と、データベース特徴圧縮部(蓄積特徴圧縮部)111と、クエリ特徴圧縮部(参照特徴圧縮部)112とをさらに備えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
まず、クエリ特徴抽出部101、データベース特徴抽出部102、圧縮写像決定部110、データベース特徴圧縮部111、クエリ特徴圧縮部112の処理は第2の実施形態と同様のため、その説明を省略する。
図43はセグメント抽出部の処理を示すフローチャートである。
セグメント抽出部109は、2つの構成が考えられる。最初の構成は、前述の初期部分信号構成部1のみによる構成である。2番目の構成では、前述の初期部分信号構成部1、部分信号構成選択部2、部分信号再構成部3による構成である。いずれも第2の実施形態の処理と同様のため省略する(ステップS183〜ステップS184)。セグメント抽出部109は、分割されたヒストグラム系列であるセグメントの集合を出力する(ステップS185)。
次に、本発明の第7実施形態について図面を用いて説明する。
図32は、第7の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第6の実施形態の信号検索装置に、距離再計算部113と、信号検出再判定部114とをさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
その他の処理は第4の実施形態と同一の為、省略する。
次に、本発明の第8実施形態について図面を用いて説明する。
図33は、第8の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第7の実施形態の信号検索装置に、スキップ幅計算部118をさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
次に、第8実施形態による信号検索装置の動作実験結果を説明する。
200時間分の音響信号を蓄積信号とし、これとは別に用意された信号から無作為に選択した15秒の異なる信号200個の参照信号に対して検索を行ない、参照信号が与えられてからの検索に要する時間、及び特徴照合部106の処理の実行回数、すなわち特徴の照合回数を調べた。なお、この時のパラメータは、特徴ベクトルの次元数=7、特徴ベクトルの時間幅=60msec、特徴ベクトルの時間刻み=10msec、ヒストグラムの次元数=128、また圧縮特徴はa=50フレームごとに作成した。また寄与閾値=0.9、探索閾値=85とした。
この実施形態の実験結果、を図48、図49に示す。図48は実験結果を示す第3の説明図である。図49は実験結果を示す第4の説明図である。
横軸はセグメント数、縦軸は検索に要する時間(図48)、及び照合回数(図49)である。セグメント数を10000とするとき、本発明の方法(proposed method)において、検索に要する時間は0.364秒、照合回数は772784回、射影距離を利用せずに照合を行なう方法(projection distance unavaliable)において、検索に要する時間は1.491秒、照合回数は1036493回、従来の方法(特許第3065314号:conventional method)において、検索に要する時間は4.218秒、照合回数は633047回であった。
次に、本発明の第9実施形態について図面を用いて説明する。
図34は、第9の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第7の実施形態の信号検索装置に、データベース特徴分類部115と、選択閾値設定部116と、データベース特徴選択部117とをさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
図44はデータベース特徴分類部の処理を示すフローチャートである。そして図44より、次に、データベース特徴分類部115が、データベース特徴抽出部102が注目窓をずらしながら繰り返し行って出力したヒストグラムの系列を読み込む(ステップS210)。次に、ヒストグラム系列の各ヒストグラムを、例えば、ユークリッド距離に従って分類する(ステップS211)。ヒストグラムの分類は、各ヒストグラムを、そのビンの数と等しい次元数を持ったベクトルと考えて、そのベクトルをベクトル量子化を用いて符号化することによって行う。例えば、ベクトル量子化の符号語数が1024個であれば、ヒストグラムを1024個の集合(これをクラスタと呼ぶ)のいずれか1つに分類されることになる。そして、各クラスタに所属するヒストグラムの重心となるヒストグラム(重心ヒストグラムと呼ぶ)によって、クラスタを代表させることにする。このとき、クラスタは、それに所属するヒストグラムと重心ヒストグラムとの距離の総和が最小になるように、かつそのクラスタに所属するヒストグラムについて、所属するクラスタの重心ヒストグラムとの距離が、他のどのクラスタの重心ヒストグラムとの距離よりも小さくなるように構成される。そしてデータベース特徴分類部115は、ヒストグラムの分類であるクラスタの集合を出力する(ステップS212)。
次に図45より、選択閾値設定部116が探索閾値θ1を読み込み(ステップS213)、その探索閾値θ1から選択閾値θ2を算出する(ステップS214)。ここで選択閾値とは、検索すべき信号に対応するDBヒストグラムを含む可能性のあるクラスタを選択する際の、クエリヒストグラムとクラスタとの距離の上限を指す。照合の際の距離尺度がユークリッド距離である場合、選択閾値は探索閾値と同じ値にする。分類・選択で用いる尺度と共通であるので、検索漏れを生じることはない。照合の際の距離尺度がマンハッタン距離である場合、パラメータpを用いて、以下のように選択閾値を設定する。
次に図46より、データベース特徴選択部117が、クエリ特徴抽出部101から出力されるクエリヒストグラム、データベース特徴分類部115から出力されるヒストグラムの分類(クラスタ)、及び選択閾値設定部116から出力される選択閾値を読み込む(ステップS216)。次に、読み込んだクエリヒストグラムと、データベース信号側の各クラスタの重心ヒストグラムとの(ユークリッド)距離を計算する(ステップS217)。続いて、計算された距離に基づき、探索するべき信号に対応するヒストグラムを含む可能性のあるクラスタを選択する(ステップS218)。この原理を以下に説明する。
ここで図47は、Q、C1、C2の3点が載るような平面でヒストグラム空間(上記の例では128次元)を切り出した様子を示す図である。ここで、Qはクエリヒストグラム、C1はヒストグラムQが所属しているクラスタの重心ヒストグラム、C2は他のクラスタの重心ヒストグラムを表し、dQ1、dQ2、d12はそれぞれ、QとC1との距離、QとC2との距離、C1とC2との距離を示す。ここで、ヒストグラムQからの距離がd以内であるヒストグラムに対応するデータベース信号の箇所を検出しなければならないとすると、Qを中心とする半径dの超球(図47においては円)の内部にあるヒストグラムが検出すべきデータベース信号の箇所と対応する。Qを中心とする超球の半径がdθより大きくなったとき、C2に代表されるクラスタに属するヒストグラムの中に、検出すべきデータベース信号の箇所と対応するヒストグラムが含まれている可能性がある。そこで、選択閾値θ2がdθより大きくなったとき、C2に代表されるクラスタを選択する。
dθは次のようにして求められる。図47より、次の式が成り立つ。
そして、セグメント抽出部109〜データベース特徴圧縮部111の処理、データベース特徴区分部103〜信号検出判定部108及び距離再計算部113、信号検出再判定部114の処理が行なわれる。なお、これらの処理は第7の実施形態と同様である。距離再計算部113及び信号検出再判定部114は、必要に応じて備えていれば良く、必要なければ備えなくともよい。
次に、本発明の第10実施形態について図面を用いて説明する。
図35は、第10の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第9の実施形態の信号検索装置に、スキップ幅計算部118とをさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
スキップ幅計算部118は、前記距離補正部107から出力された距離に基づいて、注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ注目窓を移動する。なお、スキップ幅計算部118の処理は、第3の実施形態と同様のため省略する。
次に、本実施形態による信号検索装置の動作実験結果を説明する。
ここで実験条件は第7の実施形態と同様である。その他のパラメータとして、クラスタ数を1024と設定した。
本実験の結果を、図50、図51に示す。図50は実験結果を示す第5の説明図である。図51は実験結果を示す第6の説明図である。ここで横軸はセグメント数、縦軸は検索に要する時間(図50)、及び照合回数(図51)である。セグメント数を10000とするとき、本実施形態の方法において、検索に要する時間は0.234秒、照合回数は305351回、特徴圧縮のみを実施した方法(using feature compression)において、検索に要する時間は0.364秒、照合回数は772784回、従来の方法(Time-series Active Search)において、検索結果に要する時間は4.218秒、照合回数は633047回であった。
次に、本発明の第11実施形態について図面を用いて説明する。
図36は、第11の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第5の実施形態の信号検索装置に、距離再計算部113と、信号検出再判定部114と、データベース特徴分類部115と、選択閾値設定部116と、データベース特徴選択部117とを加えた構成になっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
なお、本実施形態の処理は、上述した第5の実施形態で記述したクエリ特徴抽出部101における処理、データベース特徴抽出部102における処理の後、上述の第9の実施形態で記述したデータベース特徴分類部115におけるステップS210〜ステップS212、選択閾値設定部116におけるステップS213〜ステップS215、データベース特徴選択部117におけるステップS216〜ステップS220の処理が行なわれる。
そして、次に、第5の実施形態で記述したデータベース特徴区分部103におけるステップS164〜ステップS166、データベース特徴間引き部104におけるステップS167〜ステップS170、特徴領域抽出部105におけるステップS171〜ステップS173の処理が行なわれる。そして、次に特徴照合部106が、データベース特徴間引き部104から出力される代表特徴系列及びデータベース特徴選択部117から出力されるクエリ特徴を読み込んで、ステップS174〜ステップS176の処理を行なう。その後、第5の実施形態で記述した距離補正部107におけるステップS177〜ステップS179の処理、信号検出判定部108における処理と、第7の実施形態で記述した距離再計算部113、信号検出再判定部114の処理が行なわれる。なお、距離再計算部113及び信号検出再判定部114は、必要に応じて備えていれば良く、必要なければ備えなくともよい。
次に、本発明の第12実施形態について図面を用いて説明する。
図37は、第12の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第11の実施形態の信号検索装置に、スキップ幅計算部118をさらに加えた構成になっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
ここで、スキップ幅計算部118は、前記距離補正部107から出力された距離に基づいて、データベース特徴抽出部102から出力されるDBヒストグラムの系列に対して設定される注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ注目窓を移動する。その他の処理は第11の実施形態と同様である。
次に、本発明の第13実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態は様々な処理対象信号を用いることができるが、ここでは、該処理対象信号の一例として音響信号を用いる。
図52は、第13の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。図52より、本実施形態の信号検索装置は、クエリ特徴抽出部101と、データベース特徴抽出部102と、データベース特徴分類部115と、選択閾値設定部116と、データベース特徴選択部17と、セグメント抽出部109と、圧縮写像決定部110と、データベース特徴圧縮部111と、クエリ特徴圧縮部112と、特徴照合部106と、信号検出判定部8とで構成される。
クエリ特徴抽出部101、データベース特徴抽出部102の処理は第2の実施形態と同様である。またデータベース特徴分類部115、選択閾値設定部116、データベース特徴選択部117の処理は第9の実施形態と同様である。またセグメント抽出部109の処理は第6の実施形態と同様である。また圧縮写像決定部110、データベース特徴圧縮部111、特徴照合部106、信号検出部108の処理は第2の実施形態と同様である。またクエリ特徴圧縮部112の処理は第9の実施形態と同様である。
次に、本発明の第14実施形態について図面を用いて説明する。
図53は、第14の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第13の実施形態の信号検索装置に、距離再計算部113と、信号検出再判定部114とをさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
なお、距離再計算部113と信号検出再判定部114の処理は第4の実施形態と同様である。
また、クエリ特徴抽出部101、データベース特徴抽出部102、データベース特徴分類部115、選択閾値設定部116、データベース特徴選択部117、セグメント抽出部109、圧縮写像決定部110、データベース特徴圧縮部111、クエリ特徴圧縮部112、特徴照合部106、信号検出判定部108の処理は、第13の実施形態と同様の為、その説明を省略する。
次に、本発明の第15実施形態について図面を用いて説明する。
図54は、第15の実施形態の方法を適用した信号検索装置の機能ブロックを示す図である。本実施形態の信号検索装置は、第14の実施形態の信号検索装置に、スキップ幅計算部118とをさらに加えた構成となっており、クエリ信号すなわち見本となる検索したい音響信号と、データベース信号すなわち検索される音響信号を入力とし、クエリ信号との距離が予め設定した値(これを探索閾値という)がθ1を下回るデータベース信号中の箇所を出力する。
スキップ幅計算部118は、前記特徴照合部106から出力された距離に基づいて、注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ注目窓を移動する。
まず、クエリ特徴抽出部101、データベース特徴抽出部102、データベース特徴分類部115、選択閾値設定部116、データベース特徴選択部117、セグメント抽出部109、圧縮写像決定部110、データベース特徴圧縮部111、クエリ特徴圧縮部112の処理は、特徴照合部106、信号検出判定部108、距離再計算部113、信号検出再判定部114の処理は、第13、14の実施形態と同様の為、その説明を省略する。またスキップ幅計算部118の処理は第3の実施形態と同様である。
次に第5の実施形態を適用した装置の動作実験例を示す。
本発明の効果を確認するため、まず、約10時間の音響信号からヒストグラムを作成したものをデータベース信号とし、圧縮特徴をファイルに書き込んだ場合のファイルサイズ、探索時間、及び特徴照合回数を調べた。探索のパラメータは、音響信号のサンプリング周波数=33kHz、特徴ベクトルの次元数=7、特徴ベクトルの時間幅=60ミリ秒、、特徴ベクトルの時間刻み=10ミリ秒、ヒストグラムの次元数=128、時間窓の幅=15秒、寄与閾値=0.9、セグメント数=200、探索閾値=85とした。特徴間引きにおいて、系列の区分は等分割で行い、代表特徴は部分ヒストグラム系列の先頭をそのまま用いた。照合の際の距離尺度はユークリッド距離とした。
図56及び図57より、部分ヒストグラム系列の幅を大きくすることによって、ファイルサイズ及び照合箇所の数が単調に減少している。また、図57より、照合箇所の数の減少にともなって探索時間も削減されている。a=40を境に探索時間が増加に転じるのは、特徴の存在範囲が拡大することによってヒストグラムによる再照合を行う必要がある箇所が増加するためである。
以上のことから、a=40が最適な部分ヒストグラム系列の幅であると考えられ、その時のファイルサイズは5.8メガバイト(本発明を用いない場合の約1/30)、探索時間は23ミリ秒(本発明を用いない場合の約60%)、照合箇所の数は41855回(本発明を用いない場合の約85%)であった。
2・・・部分信号構成選択部
3・・・部分信号再構成部
4、110・・・圧縮写像決定部
5・・・信号圧縮部
6・・・参照特徴抽出部
7・・・蓄積特徴抽出部
8・・・参照特徴圧縮部
9・・・圧縮特徴間距離計算部
10、108・・・信号検出判定部
11、118・・・スキップ幅計算部
12、113・・・距離再計算部
13、114・・・信号検出再判定部
51・・・信号写像部
52・・・射影距離計算部
53・・・圧縮特徴構成部
101・・・クエリ特徴抽出部
102・・・データベース特徴抽出部
103・・・データベース特徴区分部
104・・・データベース特徴間引き部
105・・・特徴領域抽出部
106・・・特徴照合部
107・・・距離補正部
109・・・セグメント抽出部
111・・・データベース特徴圧縮部
112・・・クエリ特徴圧縮部
115・・・データベース特徴分類部
116・・・選択閾値設定部
117・・・データベース特徴選択部
Claims (21)
- 予め用意した多次元ベクトルの系列である原信号を圧縮して、次元数が可変である多次元ベクトルの系列として表現される圧縮信号に変換する信号圧縮方法であって、
原信号を先頭から順に分割し、前記多次元ベクトル系列である部分信号を構成する初期部分信号構成過程と、
前記初期部分信号構成過程で導かれた各部分信号について、それら部分信号の分割境界を含む分割境界移動可能範囲を設定する処理と、それら部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を算出し、前記分割境界移動可能範囲を設定する処理で導かれた分割境界移動可能範囲の中からその平均次元数よりも平均次元数が少ない圧縮信号を算出する部分信号の分割境界の候補を抽出する処理と、からなる部分信号構成選択過程と、
前記部分信号構成選択過程で導かれた部分信号の分割境界の候補の中から、それら候補に対応する各部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として候補を選択し、これを実際に用いる部分信号構成を決定する部分信号の分割境界とする部分信号再構成過程と、
前記部分信号再構成過程で得られた各部分信号について、抽出すべき圧縮信号との相関があらかじめ定められた閾値を上回る射影変換の族を規定し、その射影変換族の中から射影変換が規定する部分空間の次元数を最小とする射影変換を、部分信号から圧縮信号を算出するための写像として決定する圧縮写像決定過程と、
前記部分信号再構成過程で得られた各部分信号に対して、前記圧縮写像決定過程で得られた射影変換を行うことにより、各部分信号に対応する圧縮信号を算出する信号圧縮過程と、
を含むことを特徴とする信号圧縮方法。 - 前記信号圧縮過程は、
前記部分信号再構成過程で得られた各部分信号を、前記圧縮写像決定過程で得られた射影変換によって写像する信号写像過程と、
前記信号写像過程で導かれた写像後の各部分信号について、前記部分信号再構成過程で得られた部分信号との距離を計算する射影距離計算過程と、
前記信号写像過程で導かれた写像後の各部分信号と、前記射影距離計算過程で導かれた射影距離を対にして、圧縮信号を構成する圧縮特徴構成過程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の信号圧縮方法。 - 前記部分信号構成選択過程における部分信号の分割境界の候補を抽出する処理は、原信号の先頭に近い位置にある分割境界から順に分割境界の候補を決定し、
前記部分信号再構成過程は、前記部分信号構成選択過程で導かれた分割境界の候補の中から、それら候補に対応する各部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として候補を選択するにあたり、原信号の先頭に近い位置にある分割境界から順に候補を選択する
ことを特徴とする、請求項1、2のいずれかに記載の信号圧縮方法。 - 前記部分信号構成選択過程における部分信号の分割境界の候補を抽出する処理は、分割境界をいくつかの箇所に移動させて、対応する部分信号から算出される圧縮信号の平均次元数を計算し、平均次元数の変動が観測された範囲を、実際に用いる部分信号構成を規定する分割境界が存在し得る位置の候補として選択する
ことを特徴とする、請求項1、2、3のいずれかに記載の信号圧縮方法。 - 前記部分信号構成選択過程における部分信号の分割境界の候補を抽出する処理は、前記部分信号構成選択過程及び前記部分信号再構成過程における平均次元数の計算回数を削減する部分信号構成候補選択過程における平均次元数の計算回数を、前記部分信号構成選択可能範囲設定過程で導かれた分割境界移動可能範囲の両端をそれぞれ分割境界とする部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として導出する
ことを特徴とする、請求項4に記載の信号圧縮方法。 - 予め登録した蓄積信号の任意箇所について、目的とする信号である参照信号との距離を計算し、前記蓄積信号から前記参照信号に類似する箇所を探し出すための信号検索方法であって、
参照信号から多次元ベクトルとして表現される参照特徴を導く参照特徴抽出過程と、
蓄積信号に注目窓を設定し、注目窓内の信号から、多次元ベクトルとして表現される蓄積特徴を導き、これらの処理を、注目窓をずらしながら繰り返し行うことで多次元ベクトルの系列として表現される蓄積特徴系列を導く蓄積特徴抽出過程と、
前記蓄積特徴抽出過程で導かれた蓄積特徴系列を原信号として設定し、その原信号に対して請求項1から請求項5のいずれかに記載の信号圧縮方法の各過程による処理を行うことで、それら処理の出力である蓄積圧縮特徴系列を導く蓄積特徴圧縮過程と、
前記参照特徴抽出過程で導かれた参照特徴に対して、前記圧縮写像決定過程で導かれた射影変換を行うことにより、参照圧縮特徴を導く参照特徴圧縮過程と、
前記参照特徴圧縮過程で導かれた参照圧縮特徴と、前記蓄積特徴圧縮過程で導かれた蓄積圧縮特徴系列に含まれるある特定位置の蓄積圧縮特徴との距離を計算する特徴照合過程と、
前記特徴照合過程で導かれた距離と、前記距離に対応する閾値である探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを判定する信号検出判定過程と
を含み、
前記特徴照合過程と前記信号検出過程とによる処理を、蓄積圧縮特徴系列中の位置をずらしながら繰り返す
ことを特徴とする信号検索方法。 - 前記信号検出判定過程で参照信号が存在すると判定された蓄積信号中の当該箇所について、その当該箇所に対応する、前記蓄積特徴抽出過程で導かれた蓄積特徴系列中の蓄積特徴と、前記参照特徴抽出過程で導かれた参照特徴との距離を計算する距離再計算過程と、
前記距離再計算過程で導かれた距離と探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする、請求項6に記載の信号検索方法。 - 前記特徴照合過程で計算された距離に基づいて、蓄積圧縮特徴系列の参照箇所のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ蓄積圧縮特徴系列の参照箇所を移動するスキップ幅計算過程
をさらに有し、
前記特徴照合過程、信号検出判定過程、距離再計算過程、信号検出再判定過程及びスキップ幅計算過程による処理を、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする、請求項6、7のいずれかに記載の信号検索方法。 - 前記蓄積特徴抽出過程で導かれた各蓄積特徴を、あらかじめ定義された距離に基づいて分類し、その分類の代表特徴を決定する蓄積特徴分類過程と、
前記蓄積特徴分類過程で定義された距離に対する閾値である選択閾値を、あらかじめ定められた探索閾値から計算する選択閾値設定過程と、
前記蓄積特徴分類過程で導かれた分類のうち、前記参照特徴抽出過程で導かれた参照特徴との距離が、前記選択閾値設定過程で計算された選択閾値から導かれる条件を満たす代表特徴を持つ分類に含まれる蓄積特徴を選択する蓄積特徴選択過程と、
を有し、
前記特徴照合過程、信号検出判定過程、距離再計算過程、信号検出再判定過程及びスキップ幅計算過程による処理を、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列の中の位置をずらしながら、前記蓄積特徴選択過程で選択された蓄積特徴に対してのみ繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の信号検索方法。 - 予め用意した多次元ベクトルの系列である原信号を圧縮して、次元数が可変である多次元ベクトルの系列として表現される圧縮信号に変換する信号圧縮装置であって、
原信号を先頭から順に分割し、前記多次元ベクトル系列である部分信号を構成する初期部分信号構成手段と、
前記初期部分信号構成手段によって導かれた各部分信号について、それら部分信号の分割境界を含む分割境界移動可能範囲を設定する処理と、それら部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を算出し、前記分割境界移動可能範囲を設定する処理で導かれた分割境界移動可能範囲の中からその平均次元数よりも平均次元数が少ない圧縮信号を算出する部分信号の分割境界の候補を抽出する処理と、からなる部分信号構成選択手段と、
前記部分信号構成選択手段によって導かれた部分信号の分割境界の候補の中から、それら候補に対応する各部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として候補を選択し、これを実際に用いる部分信号構成を決定する部分信号の分割境界とする部分信号再構成手段と、
前記部分信号再構成手段で得られた各部分信号について、抽出すべき圧縮信号との相関があらかじめ定められた閾値を上回る射影変換の族を規定し、その射影変換族の中から射影変換が規定する部分空間の次元数を最小とする射影変換を、部分信号から圧縮信号を算出するための写像として決定する圧縮写像決定手段と、
前記部分信号再構成手段で得られた各部分信号に対して、前記圧縮写像決定手段で得られた射影変換を行うことにより、各部分信号に対応する圧縮信号を算出する信号圧縮手段と、
を含むことを特徴とする信号圧縮装置。 - 予め登録した蓄積信号の任意箇所について、目的とする信号である参照信号との距離を計算し、前記蓄積信号から前記参照信号に類似する箇所を探し出すための信号検索装置であって、
参照信号から多次元ベクトルとして表現される参照特徴を導く参照特徴抽出手段と、
蓄積信号に注目窓を設定し、注目窓内の信号から、多次元ベクトルとして表現される蓄積特徴を導き、これらの処理を、注目窓をずらしながら繰り返し行うことで多次元ベクトルの系列として表現される蓄積特徴系列を導く蓄積特徴抽出手段と、
前記蓄積特徴抽出手段で導かれた蓄積特徴系列を原信号として設定し、その原信号に対して請求項10に記載の信号圧縮方法の各過程による処理を行うことで、それら処理の出力である蓄積圧縮特徴系列を導く蓄積特徴圧縮手段と、
前記参照特徴抽出手段で導かれた参照特徴に対して、前記圧縮写像決定手段で導かれた射影変換を行うことにより、参照圧縮特徴を導く参照特徴圧縮手段と、
前記参照特徴圧縮手段で導かれた参照圧縮特徴と、前記蓄積特徴圧縮手段で導かれた蓄積圧縮特徴系列に含まれるある特定位置の蓄積圧縮特徴との距離を計算する特徴照合手段と、
前記特徴照合手段で導かれた距離と、前記距離に対応する閾値である探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを判定する信号検出判定手段と
を含み、
前記特徴照合手段と前記信号検出手段とによる処理を、蓄積圧縮特徴系列中の位置をずらしながら繰り返す
ことを特徴とする信号検索装置。 - 前記信号検出判定過程で参照信号が存在すると判定された蓄積信号中の当該箇所について、その当該箇所に対応する、前記蓄積特徴抽出手段で導かれた蓄積特徴系列中の蓄積特徴と、前記参照特徴抽出手段で導かれた参照特徴との距離を計算する距離再計算手段と、
前記距離再計算手段で導かれた距離と探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする、請求項11に記載の信号検索装置。 - 前記特徴照合手段で計算された距離に基づいて、蓄積圧縮特徴系列の参照箇所のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ蓄積圧縮特徴系列の参照箇所を移動するスキップ幅計算手段
をさらに有し、
前記特徴照合手段、信号検出判定手段、距離再計算手段、信号検出再判定手段及びスキップ幅計算手段による処理を、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする、請求項11、12のいずれかに記載の信号検索装置。 - 予め用意した多次元ベクトルの系列である原信号を圧縮して、次元数が可変である多次元ベクトルの系列として表現される圧縮信号に変換する信号圧縮プログラムであって、
原信号を先頭から順に分割し、前記多次元ベクトル系列である部分信号を構成する初期部分信号構成処理と、
前記初期部分信号構成処理で導かれた各部分信号について、それら部分信号の分割境界を含む分割境界移動可能範囲を設定する処理と、それら部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を算出し、前記分割境界移動可能範囲を設定する処理で導かれた分割境界移動可能範囲の中からその平均次元数よりも平均次元数が少ない圧縮信号を算出する部分信号の分割境界の候補を抽出する処理と、からなる部分信号構成選択処理と、
前記部分信号構成選択処理で導かれた部分信号の分割境界の候補の中から、それら候補に対応する各部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として候補を選択し、これを実際に用いる部分信号構成を決定する部分信号の分割境界とする部分信号再構成処理と、
前記部分信号再構成処理で得られた各部分信号について、抽出すべき圧縮信号との相関があらかじめ定められた閾値を上回る射影変換の族を規定し、その射影変換族の中から射影変換が規定する部分空間の次元数を最小とする射影変換を、部分信号から圧縮信号を算出するための写像として決定する圧縮写像決定処理と、
前記部分信号再構成処理で得られた各部分信号に対して、前記圧縮写像決定処理で得られた射影変換を行うことにより、各部分信号に対応する圧縮信号を算出する信号圧縮処理と、
をコンピュータに実行させるための信号圧縮プログラム。 - 予め登録した蓄積信号の任意箇所について、目的とする信号である参照信号との距離を計算し、前記蓄積信号から前記参照信号に類似する箇所を探し出すための信号検索プログラムであって、
参照信号から多次元ベクトルとして表現される参照特徴を導く参照特徴抽出処理と、
蓄積信号に注目窓を設定し、注目窓内の信号から、多次元ベクトルとして表現される蓄積特徴を導き、これらの処理を、注目窓をずらしながら繰り返し行うことで多次元ベクトルの系列として表現される蓄積特徴系列を導く蓄積特徴抽出処理と、
前記蓄積特徴抽出処理で導かれた蓄積特徴系列を原信号として設定し、その原信号に対して請求項14に記載の信号圧縮方法の各処理を行うことで、それら処理の出力である蓄積圧縮特徴系列を導く蓄積特徴圧縮処理と、
前記参照特徴抽出処理で導かれた参照特徴に対して、前記圧縮写像決定処理で導かれた射影変換を行うことにより、参照圧縮特徴を導く参照特徴圧縮処理と、
前記参照特徴圧縮処理で導かれた参照圧縮特徴と、前記蓄積特徴圧縮処理で導かれた蓄積圧縮特徴系列に含まれるある特定位置の蓄積圧縮特徴との距離を計算する特徴照合処理と、
前記特徴照合処理で導かれた距離と、前記距離に対応する閾値である探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを判定する信号検出判定処理と
を含み、
前記特徴照合処理と前記信号検出処理とによる処理を、蓄積圧縮特徴系列中の位置をずらしながら繰り返す
ことを特徴とする信号検索プログラム。 - 前記信号検出判定処理で参照信号が存在すると判定された蓄積信号中の当該箇所について、その当該箇所に対応する、前記蓄積特徴抽出処理で導かれた蓄積特徴系列中の蓄積特徴と、前記参照特徴抽出処理で導かれた参照特徴との距離を計算する距離再計算処理と、
前記距離再計算処理で導かれた距離と探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する処理を行う
ことを特徴とする信号検索プログラム。 - 前記特徴照合処理で計算された距離に基づいて、蓄積圧縮特徴系列の参照箇所のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ蓄積圧縮特徴系列の参照箇所を移動するスキップ幅計算処理
をさらに有し、
前記特徴照合処理、信号検出判定処理、距離再計算処理、信号検出再判定処理及びスキップ幅計算処理を、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする請求項16記載の信号検索プログラム。 - 予め用意した多次元ベクトルの系列である原信号を圧縮して、次元数が可変である多次元ベクトルの系列として表現される圧縮信号に変換する信号圧縮プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
原信号を先頭から順に分割し、前記多次元ベクトル系列である部分信号を構成する初期部分信号構成処理と、
前記初期部分信号構成処理で導かれた各部分信号について、それら部分信号の分割境界を含む分割境界移動可能範囲を設定する処理と、それら部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を算出し、前記分割境界移動可能範囲を設定する処理で導かれた分割境界移動可能範囲の中からその平均次元数よりも平均次元数が少ない圧縮信号を算出する部分信号の分割境界の候補を抽出する処理と、からなる部分信号構成選択処理と、
前記部分信号構成選択処理で導かれた部分信号の分割境界の候補の中から、それら候補に対応する各部分信号から抽出される圧縮信号の平均次元数を基準として候補を選択し、これを実際に用いる部分信号構成を決定する部分信号の分割境界とする部分信号再構成処理と、
前記部分信号再構成処理で得られた各部分信号について、抽出すべき圧縮信号との相関があらかじめ定められた閾値を上回る射影変換の族を規定し、その射影変換族の中から射影変換が規定する部分空間の次元数を最小とする射影変換を、部分信号から圧縮信号を算出するための写像として決定する圧縮写像決定処理と、
前記部分信号再構成処理で得られた各部分信号に対して、前記圧縮写像決定処理で得られた射影変換を行うことにより、各部分信号に対応する圧縮信号を算出する信号圧縮処理と、
をコンピュータに実行させるための信号圧縮プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 予め登録した蓄積信号の任意箇所について、目的とする信号である参照信号との距離を計算し、前記蓄積信号から前記参照信号に類似する箇所を探し出すための信号検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
参照信号から多次元ベクトルとして表現される参照特徴を導く参照特徴抽出処理と、
蓄積信号に注目窓を設定し、注目窓内の信号から、多次元ベクトルとして表現される蓄積特徴を導き、これらの処理を、注目窓をずらしながら繰り返し行うことで多次元ベクトルの系列として表現される蓄積特徴系列を導く蓄積特徴抽出処理と、
前記蓄積特徴抽出処理で導かれた蓄積特徴系列を原信号として設定し、その原信号に対して請求項14に記載の信号圧縮方法の各処理を行うことで、それら処理の出力である蓄積圧縮特徴系列を導く蓄積特徴圧縮処理と、
前記参照特徴抽出処理で導かれた参照特徴に対して、前記圧縮写像決定処理で導かれた射影変換を行うことにより、参照圧縮特徴を導く参照特徴圧縮処理と、
前記参照特徴圧縮処理で導かれた参照圧縮特徴と、前記蓄積特徴圧縮処理で導かれた蓄積圧縮特徴系列に含まれるある特定位置の蓄積圧縮特徴との距離を計算する特徴照合処理と、
前記特徴照合処理で導かれた距離と、前記距離に対応する閾値である探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを判定する信号検出判定処理と
を含み、
前記特徴照合処理と前記信号検出処理とによる処理を、蓄積圧縮特徴系列中の位置をずらしながら繰り返す
ことを特徴とする信号検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記信号検出判定処理で参照信号が存在すると判定された蓄積信号中の当該箇所について、その当該箇所に対応する、前記蓄積特徴抽出処理で導かれた蓄積特徴系列中の蓄積特徴と、前記参照特徴抽出処理で導かれた参照特徴との距離を計算する距離再計算処理と、
前記距離再計算処理で導かれた距離と探索閾値とを比較することにより、参照信号が、蓄の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する処理を行う
ことを特徴とする請求項19記載の信号検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記特徴照合処理で計算された距離に基づいて、蓄積圧縮特徴系列の参照箇所のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ蓄積圧縮特徴系列の参照箇所を移動するスキップ幅計算処理
をさらに有し、
前記特徴照合処理、信号検出判定処理、距離再計算処理、信号検出再判定処理及びスキップ幅計算処理を、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列の中の位置をずらしながら繰り返して、蓄積圧縮特徴系列もしくは蓄積特徴系列のいくつかの箇所について、参照圧縮特徴もしくは参照特徴との距離を計算し、参照信号が、蓄積信号の当該箇所に存在するかどうかを決定する
ことを特徴とする請求項20記載の信号検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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