JP4549243B2 - 車載オーディオ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロフォンに入力する、オーディオ出力装置の出力音を適応フィルタを用いて推定するオーディオ処理装置に関するものである。
従来より、ナビゲーション装置のスピーカから出力されるガイド音声と周辺騒音であるところのノイズをマイクロフォンを用いてピックアップし、ナビゲーション装置から出力されたガイド音声に基づいて推定される、マイクロフォンから出力される音信号に含まれるノイズ成分のパワーと、マイクロフォンから出力される信号に含まれるガイド音声成分のパワーとに応じて、ナビゲーション装置から出力するガイド音声のゲインを調整する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
ここで、この技術では、音声を出力するオーディオ出力装置であるところのナビゲーション装置がスピーカに出力する音信号と、マイクロフォンの出力する音信号とより、オーディオ出力装置がスピーカに出力する音信号を入力としマイクロフォンの出力する音信号を出力とする系の伝達関数を学習する適応フィルタを設けている。そして、この適応フィルタとオーディオ出力装置がスピーカに出力する音信号とを用いて、マイクロフォンから出力される音信号中に含まれるスピーカから出力された音成分を推定する。そして、推定した音成分を、マイクロフォンの出力する音信号から除いた成分を、マイクロフォンから出力される音信号中に含まれるノイズ成分として推定している。
また、適応フィルタの技術としては、適応フィルタを、ＦＩＲフィルタとＦＩＲフィルタのタップ係数を更新する係数更新部より構成し、係数更新部においてＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム、ＮＬＭＳ（Normalized LMS）アルゴリズムなどによって、ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新する技術が広く用いられている。ここで、ＦＩＲフィルタのタップ係数の更新は伝達関数の学習に相当し、これらＬＭＳアルゴリズムやＮＬＭＳアルゴリズムなどのタップ係数の更新に用いられるアルゴリズムは、適応アルゴリズムと呼ばれている。
そして、このような適応アルゴリズムとしては、たとえば、音声通信装置のエコーキャンセラに適用される、下式によって示されるブロック処理型のＮＬＭＳアルゴリズムも知られている（たとえば、非特許文献１）。
この式において、ω（n）は受信音声信号を入力とするＦＩＲフィルタのタップ係数、x(j)は受信音声信号、e(j)は送話用マイクロフォンの出力音信号とＦＩＲフィルタの出力との誤差を表す。また、μはステップサイズパラメータ、Ｌはブロック長である。
なお、この適応フィルタは、受信音声信号のスピーカ出力から送話用マイクロフォン出力までの伝達関数、すなわち、受信音声信号のエコー経路の伝達関数を学習するものである。そして、この技術では送話用マイクロフォンの出力音信号とＦＩＲフィルタの出力との誤差e(j)より、外乱音（受信音声成分以外の音：ノイズ）レベルやエコー経路の伝達関数の変動を推定し、当該推定に応じてステップサイズパラメータμやブロック長Ｌを調整している。なお、この技術では、ＦＩＲフィルタの出力と、送話用マイクロフォンとＦＩＲフィルタの出力との誤差e(j)による相関演算を行うことで伝達関数の変動と外乱音成分の変動とを識別している。
ここで、当該非特許文献１に記載のように、ステップサイズパラメータμを大きくするほど、エコー経路の伝達関数に大きな変動が生じたときには適応（学習）が速やかに収束することが期待できる。また、送話用マイクロフォンから出力される音信号中において外乱音成分に比べ受信音声成分が小さいものである場合に、ブロック長Ｌを大きくするほど適応（学習）の精度の劣化を改善することが期待できる。
特開平１１-１６６８３５号公報 藤井健作、大賀寿郎 著、「音響エコーキャンセラのための推定誤差を所要値に保つ方法」、電子通信情報学会論文誌 A Vol. J83A No.2 PP141-151 2000年２月
さて、マイクロフォンに入力する、オーディオ出力装置の出力音を適応フィルタを用いて推定するオーディオ処理装置を、車載のシステムとして適用する場合には、周囲のノイズ音のレベルや車内の伝達関数の変動が比較的頻繁に大きなレベルで生じやすい。そして、オーディオ出力装置の出力音を、ＬＭＳアルゴリズムやＮＬＭＳアルゴリズムを用いた適応フィルタを用いて推定する、従来の車載のオーディオ処理装置では、ノイズレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合には、オーディオ出力装置の出力音を、精度よく適応フィルタを用いて推定することができなかった。
一方で、前記非特許文献１記載のエコーキャンセラ用の適応フィルタの技術では、ＦＩＲフィルタの出力と、送話用マイクロフォンとＦＩＲフィルタの出力との誤差による相関演算を行うことで伝達関数の変動と外乱音成分の変動とを識別しているが、この方法では相関演算を行うために、演算量が大きく増加してしまう。
そこで、本発明は、マイクロフォンに入力する、オーディオ出力装置の出力音を適応フィルタを用いて推定するオーディオ処理装置において、ノイズレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合でも、演算量を大きく増加することなく、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置に、当該車載オーディオ処理装置の周辺環境に関わる自動車の状態を収集する自動車状態収集部と、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態に応じて、前記適応フィルタの適応動作の制御パラメータを制御する適応特性制御部とを備えたものである。
このような車載オーディオ処理装置によれば、車載オーディオ処理装置の周辺環境に関わる自動車の状態を収集し、収集した自動車の状態から、車載オーディオ処理装置の周辺環境を推定し、推定した周辺環境やその変動に応じて、適応フィルタの適応動作の制御パラメータを（たとえば、前述したブロック処理型のＮＬＭＳアルゴリズムにおけるステップサイズパラメータやブロック長）切り替えることできるようになる。したがって、収集する自動車の状態を適当に選定して、周辺環境としてマイクロフォンに入力するノイズレベルを推定し、推定したノイズレベルに適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタに設定したり、収集する自動車の状態や推定する周辺環境を適当に選定して、推定した周辺環境の変動より伝達関数の変動を見積り、見積もった伝達関数の変動に適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタに設定することにより、ノイズレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合でも、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることができるようになる。また、相関演算などの複雑な演算を行う必要がないため、演算量を大きく増加させることもない。
すなわち、より具体的には、このような車載オーディオ処理装置は、前記自動車状態収集部において、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態を収集するようにしてよい。そして、この場合には、さらに、前記適応フィルタを、ＦＩＲフィルタと、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新する係数更新部とより構成し、前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態の変化に応じて、前記係数更新部が行う前記ＦＩＲフィルタのタップ係数の更新における、前記タップ係数の補正のゲインを定めるステップサイズパラメータを変化させるようにしてもよい。
なお、この前記伝達関数の変動に影響する自動車の状態としては、たとえば、前記自動車の運転装置の操作状態と、前記自動車の補機の操作状態と、前記自動車のアクセサリ装置の操作状態と、前記自動車の窓またはドアの開閉状態と、前記自動車の搭乗員の搭乗位置の状態と、前記自動車のシートのポジション設定状態と、前記自動車の車内温度の状態とのうちの、少なくとも一つの状態を用いるようにしてもよい。
これらのようにすることにより、収集した自動車の状態から、車載オーディオ処理装置の伝達関数の変動を推定し、推定した伝達関数の変動に適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタに設定することができるようになる。したがって、伝達関数が大きく変動した場合でも、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることができるようになる。
または、前述した車載オーディオ処理装置は、より具体的には、前記自動車状態収集部において、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態を収集するようにしてもよい。そして、この場合には、前記適応フィルタを、ＦＩＲフィルタと、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を、ブロック長として設定された時間長分のデータを用いて当該タップ係数の補正量を算出して更新するブロック処理を含む適応アルゴリズムに従って更新する係数更新部とより構成し、前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態の変化に応じて、前記係数更新部が行うブロック処理のブロック長を変化させるようにしてもよい。
なお、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態としては、たとえば、自動車の車速の状態と、自動車が走行している道路の種類の状態と、自動車が走行している地域の天候の状態と、自動車が走行している地点の混雑の状態とのうちの、少なくとも一つの状態を用いるようにしてよい。
すなわち、たとえば、前記自動車状態収集部において、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態として、少なくとも自動車の車速の状態を収集し、前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の速度の状態に応じて定まる値に、前記係数更新部が行うブロック処理のブロック長を設定するようにしてもよい。または、たとえば、前記自動車状態収集部において、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態として、自動車の車速の状態と、自動車が走行している道路の種類の状態と自動車が走行している地域の天候の状態と自動車が走行している地点の混雑の状態とのうちの少なくとも一つの状態とを収集し、前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態の組み合わせに応じて定まる値に、前記係数更新部が行うブロック処理のブロック長を設定するようにしてもよい。
これらのようにすることにより、収集した自動車の状態から、前記自動車車内のノイズ音の大きさを推定し、推定したノイズ音の大きさに適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタに設定することができるようになる。したがって、ノイズ音が大きい合でも、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることができるようになる。
また、前記車載オーディオ処理装置では、前記自動車状態収集部において、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態と、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態とを収集するようにしてもよい。そして、この場合には、前記適応フィルタを、ＦＩＲフィルタと、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を、ブロック長として設定された時間長分のデータを用いて当該タップ係数の補正量を算出して更新するブロック処理を含む適応アルゴリズムに従って更新する係数更新部とより構成し、前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態の変化に応じて、前記係数更新部が行う前記ＦＩＲフィルタのタップ係数の更新における、前記タップ係数の補正のゲインを定めるステップサイズパラメータを変化させると共に、前記自動車状態収集手段が収集した前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する状態の変化に応じて、前記係数更新部が行うブロック処理のブロック長を変化させるようにしてもよい。
より具体的には、たとえば、前記適応フィルタを、ＦＩＲフィルタと、ＦＩＲフィルタのタップ係数をω(n)、オーディオ出力装置が出力する音信号をｘ(j)、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分をｅ（j）、μをステップサイズパラメータ、Ｌをブロック長とする式
に従って、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新する係数更新部とより構成し、記前記適応特性制御部において、前記自動車状態収集手段が収集した前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態の変化に応じて、ステップサイズパラメータμを変化させると共に、前記自動車状態収集手段が収集した前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する状態の変化に応じて、ブロック長Ｌを変化させるようにする。
これらのようにすることにより、収集した自動車の状態からノイズレベルや伝達関数の変動を推定し、推定したノイズレベルや伝達関数の変動に適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタに設定することができるようになる。したがって、ノイズレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合でも、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることができるようになる。
ところで、以上の車載オーディオ処理装置には、前記入力音信号から前記模擬音信号を減算して得られる音信号に対して音声認識処理を施す音声認識装置を備えるようにしてもよい。
以上のように、本発明によれば、マイクロフォンに入力する、オーディオ出力装置の出力音を適応フィルタを用いて推定するオーディオ処理装置において、演算量を大きく増加することなく、ノイズレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合でも、より良好な精度で、適応フィルタに適応（学習）動作を行わせることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る車載オーディオ処理装置の構成を示す。
図示するように車載オーディオ処理装置は、ラジオ受信機やＣＤプレイヤなどであるオーディオ機器１、オーディオ機器１の出力する音を出力するスピーカ２、マイクロフォン３、オーディオ機器出力音除去部４、ノイズリダクション部５、音声認識装置６、処理装置７、トークスイッチ８、オーディオミュート制御部９、自動車の各種状態を検出する複数のセンサ１０、自動車のエンジンやトランスミッションなど各部の制御や車速や油圧やその他の自動車の各種状態の検出を行うＥＣＵ１１、ナビゲーション装置１２、交通情報放送を受信するＶＩＣＳ受信機１３、移動電話網に接続する通信装置１４を備えている。
また、オーディオ機器出力音除去部４は、適応フィルタ４１、加算器４２、適応特性制御部４３、伝達関数変動量推定部４４、ＳＮ比推定部４５、状態情報入力インタフェース４６とを備えている。そして、適応フィルタ４１は、ＦＩＲフィルタ４１１と、ＦＩＲフィルタ４１１のタップ係数ωを所定の適応アルゴリズムによって更新する係数更新部４１２とより構成される。
このような構成において、オーディオ機器１から出力されたオーディオ機器出力音信号ｘ(j)はスピーカ２から出力される。スピーカ２から出力されたオーディオ機器出力音ｙ(j)とユーザの発話音声ｓ(j)とその他のノイズ音ｎ(j)は、マイクロフォン３から入力し音信号ｄ(j)として出力される。ここで、以下では説明の便宜上、このマイクロフォンが出力する信号を「マイク出力信号」と称す。
さて、マイク出力信号はオーディオ機器出力音除去部４に入力する。オーディオ機器出力音除去部４は、オーディオ機器１の出力するオーディオ機器出力音信号ｘ(j)を参照して、マイク出力信号ｄ(j)中からオーディオ機器出力音ｙ(j)の成分をキャンセルし、音信号ｅ(j)としてノイズリダクション部５に出力する。そして、ノイズリダクション部５は、オーディオ機器出力音除去部４から入力する音信号ｅ(j)からノイズ音ｎ(j)の成分を除去し、音声認識装置６に出力する。音声認識装置６は、ノイズリダクション部５から入力する音信号に対して音声認識処理を行ってユーザの発話の内容を認識し、認識結果を処理装置７に入力する。処理装置７は、入力する音声認識装置６の認識結果に応じた処理を行う。
ここで、トークスイッチ８は、ユーザが音声入力を行う場合にオン状態とするスイッチであり、このトークスイッチ８がオンの状態である期間のみ音声認識装置６は前述した音声認識処理を行う。
さて、オーディオ機器出力音除去部４において、適応フィルタ４１のＦＩＲフィルタ４１１は、オーディオ機器１が出力するオーディオ機器出力音信号ｘ(j)を入力としマイクロフォン３の出力を出力とする伝達系（以下、「オーディオ機器出力音信号伝達系」と呼ぶ）の伝達関数を、模擬するフィルタであり、入力するオーディオ機器出力音信号ｘ(j)に、模擬している伝達関数を施すことにより、マイク出力信号ｄ(j)中のオーディオ機器出力音ｙ(j)成分を模擬する模擬音信号ｙ^(j)を生成し出力する。
また、オーディオ機器出力音除去部４において、ＦＩＲフィルタ加算器はＦＩＲフィルタ４１１の出力音信号ｙ^(j)を減ずることにより、マイク出力信号ｄ(j)中からオーディオ機器出力音ｙ(j)の成分をキャンセルし、音信号ｅ(j)を生成する。
また、オーディオ機器出力音除去部４において、適応フィルタ４１の係数更新部４１２は、加算器４２の出力する音信号ｅ(j)やオーディオ機器出力音信号ｘ(j)に基づいて、ＦＩＲフィルタ４１１のインパルス応答が、オーディオ機器出力音信号伝達系のインパルス応答と等価となるように、ＦＩＲフィルタ４１１のタップ係数を、所定の適応アルゴリズムに従って設定、更新する。
また、オーディオ機器出力音除去部４において、ＳＮ比推定部４５はマイク出力信号ｄ(j)に含まれるオーディオ機器出力音ｙ(j)の成分とノイズ音ｎ(j)の成分の比のレベルをＳＮ比レベルとして推定し、伝達関数変動量推定部４４はオーディオ機器出力音信号伝達系の伝達関数の変動量のレベルを推定する。そして、適応特性制御部４３は、ＳＮ比推定部４５が推定したＳＮ比レベルと、伝達関数変動量推定部４４が推定した伝達関数の変動量のレベルに応じて、適応フィルタ４１の係数更新部４１２が実行する適応アルゴリズムにおいて用いる変数を制御することにより、係数更新部４１２のＦＩＲフィルタ４１１のタップ係数の係数更新動作の特性、すなわち、適応フィルタ４１の適応（学習）特性を制御する。
そして、オーディオ機器出力音除去部４において、状態情報入力インタフェース４６は、ＳＮ比推定部４５や伝達関数変動量推定部４４が、ＳＮ比レベルや伝達関数の変動量のレベルに用いる自動車の状態情報をナビゲーション装置１２やＥＣＵ１１や各センサ１０から収集し、ＳＮ比推定部４５や伝達関数変動量推定部４４に提供する。
次に、オーディオミュート制御部９は、オーディオ機器出力音除去部４の適応特性制御部４３から認識時オーディオミュートモードが設定されている場合に、トークスイッチ８がオンの期間、オーディオ機器１にオーディオ機器出力音信号ｘ(j)の出力を停止させる制御を行う。
以下、オーディオ機器出力音除去部４の、ＳＮ比推定部４５、伝達関数変動量推定部４４、適応特性制御部４３の詳細について説明する。
まず、ＳＮ比推定部４５の詳細について説明する。
図２ａに、ＳＮ比推定部４５の構成を示す。
図示するように、ＳＮ比推定部４５は、オーディオ機器出力音パワー算出部４５１、ノイズパワー算出部４５２、ノイズパワーテーブルバンク４５３、テーブル選択部４５４、ＳＮ比レベル算出部４５５を備えている。
オーディオ機器出力音パワー算出部４５１は、適応フィルタ４１が出力する模擬音信号ｙ^(j)のパワーＰＡを算出する。テーブル選択部４５４は、状態情報入力インタフェース４６を介してナビゲーション装置１２から、現在走行している道路の種別を表す走行中道路情報と、現在走行中地点の渋滞の有無や程度を表す渋滞情報と、現在走行中地域の天候を表す天候情報を取得する。
ここで、ナビゲーション装置１２は、地図情報を記憶する記憶部と現在位置を算出する現在位置算出部を備え、地図情報に基づいて、現在位置算出部が算出した現在位置が示す現在走行している道路の種別が、通常道路、橋、トンネルのいずれであるかを判定し、判定結果を走行中道路情報として状態情報入力インタフェース４６に出力する。また、ナビゲーション装置１２は、ＶＩＣＳ受信機１３を用いて、現在位置算出部が算出した現在位置が示す現在走行中地点の渋滞無、混雑、渋滞の交通状況を取得し、渋滞情報として状態情報入力インタフェース４６に出力する。また、ナビゲーション装置１２は、通信装置１４を介して天候情報を提供するサーバ装置に接続して、サーバ装置から、現在位置算出部が算出した現在位置が含まれる地域の現在の晴天または曇り、雪、雨の天候状態を取得し、天候情報として状態情報入力インタフェース４６に出力する。
さて、ノイズパワーテーブルバンク４５３には、走行中道路情報が示す（通常道路、橋、トンネル）の三つの道路種別値と、渋滞情報が示す（渋滞無、混雑、渋滞）の三つの渋滞状態値と、天候情報が示す（晴天または曇り、雪、雨）の三つの天候状態値との計２７通りの組み合わせの各々に対応して設けたノイズパワーテーブルを記憶している。各ノイズパワーテーブルは、図２ｂ１、ｂ２に示すように、そのノイズパワーテーブルに対応する組み合わせの状況における、車速と、車内に発生するノイズパワーの関係を示したものである。すなわち、（通常道路、渋滞無し、晴天または曇り）に対応するｂ１のノイズパワーテーブルは、渋滞の発生していない通常の道路を晴天または曇のときに走行しているときの、車速と、車内に発生するノイズのパワーの関係を示すものであり、（橋、渋滞無し、晴天または曇り）に対応するｂ２のノイズパワーテーブルは、渋滞の発生していない橋の上の道路を晴天または曇りのときに走行しているときの、車速と、車内に発生するノイズのパワーの関係を示すものである。なお、走行している道路の道路種別が、通常道路、橋、トンネルである順に、車内に発生するノイズのパワーは大きくなる傾向を有し、渋滞状況が、渋滞無、混雑、渋滞の順に車内に発生するノイズのパワーは大きくなる傾向を有し、天候が晴天または曇り、雪、雨である順に、車内に発生するノイズのパワーは大きくなる傾向を有する。
なお、各ノイズパワーテーブルの示す車速と、車内に発生するノイズパワーの関係は、予め実験や計算により求めたものである。
さて、テーブル選択部４５４は、ノイズパワーテーブルバンク４５３に記憶されているノイズパワーテーブルの内から、ナビゲーション装置１２から取得した、走行中道路情報が示す道路種別、渋滞情報が示す渋滞状況、天候情報が示す天候状況の組み合わせに対応するノイズパワーテーブルを選択する。
そして、ノイズパワー推定部は、状態情報入力インタフェース４６を介してＥＣＵ１１から、ＥＣＵ１１が検出している車速を取得する。そして、テーブル選択部４５４によって選択されたノイズパワーテーブルが示す車速と、車内に発生するノイズパワーの関係に従って、ＥＣＵ１１から取得した自動車の車速に対応するノイズのパワーＰＮを推定する。
また、ＳＮ比レベル算出部４５５は、オーディオ機器出力音パワー算出部４５１が算出した模擬音信号ｙ^(j)のパワーＰＡと、ノイズパワー推定部が推定したノイズのパワーＰＮの比を式１に従ってＳＮ比として算出する。
そして、算出したＳＮ比が、良、普通、悪のいずれに分類されるレベルであるかを、予め定めた良、普通、悪に対応するＳＮ比範囲に従って判定し、判定したＳＮ比の良、普通、悪のレベルをＳＮ比レベルとして適応特性制御部４３に出力する。なお、良、普通、悪に対応するＳＮ比範囲は、ＳＮ比が大きい範囲が良、ＳＮ比が中くらいの範囲が普通、ＳＮ比が小さい範囲が悪となるように定めている。
以上、ＳＮ比推定部４５の詳細について説明した。
次に、伝達関数変動量推定部４４について説明する。
図３ａに、伝達関数変動量推定部４４の構成を示す。
図示するように、伝達関数変動量推定部４４は、伝達関数変動レベル判定部４４１、係数変動量算出部４４２、係数テーブルバンク４４３、係数テーブル選択部４４４を備えている。
このような構成において、係数テーブル選択部４４４は、状態情報入力インタフェース４６を介して各センサ１０が検出している自動車の各種状態を取得する。
ここで、このようなセンサ１０としては、図示するように、トークスイッチ８の操作状態を検出するトークスイッチ操作検出センサ、ナビゲーション装置１２の操作状態を検出するナビゲーション装置操作検出センサを用いることができる。また、ステアリングやブレーキやクラッチやギヤシフトなどの自動車の運転装置の操作状態を検出するステアリング操作検出センサ、アクセル操作検出センサ、ブレーキ操作検出センサ、クラッチ操作検出センサ、ギヤ操作検出センサなども用いることができる。また、ウインカやワイパなどの自動車の補機類の操作状態を検出するウインカ操作検出センサ、ワイパー操作検出センサなども用いることができる。
また、リアディスプレイの開閉状態を検出するリアディスプレイ開閉状態検出センサ、サンバイザーの上下位置を検出するサンバイザー上下位置検出センサ、ドアの開閉状態を検出するドア開閉状態検出センサ、窓の開閉状態を検出する窓開閉状態検出センサ、シートのポジションを検出するシートポジション検出センサ、搭乗者の搭乗位置を検出する搭乗位置検出センサ、車内温度を検出する温度検出センサなども用いることができる。
さて、係数バンクテーブルには、各センサ１０の出力の各組み合わせに対応する係数テーブルが記憶されている。各係数テーブルは、ｂ１、ｂ２に示すように、ＦＩＲフィルタ４１１のタップ係数（ｈ１、ｈ２...ｈｎ）が登録されている。この係数テーブルに登録されたＦＩＲフィルタ４１１のタップ係数は、その係数テーブルに対応する各センサ１０の出力の組み合わせが示す状態に自動車があるときに、そうなるであろうと推定されるオーディオ機器出力音信号伝達系の伝達関数を、ＦＩＲフィルタ４１１に模擬させるタップ係数である。なお、各係数テーブルに登録するタップ係数は、予め実験や計算により、対応する自動車の状態に対して求めたものである。
さて、係数テーブル選択部４４４は、所定時間間隔で、係数テーブルバンク４４３に記憶されている係数テーブルの内から、状態情報入力インタフェース４６を介して取得した各センサ１０の出力の組み合わせに対応する係数テーブルを選択する。
そして、係数変動量算出部４４２は、選択された係数テーブルが示すタップ係数と、前回選択されたテーブルが示すタップ係数の差分を係数変動量として求める。この差分は、選択された係数テーブルが示すｉ番目目のタップ係数と、前回選択されたテーブルが示すｉ番目目のタップ係数との差分の絶対値をΔｈiとして、式２により係数変動量ΔＴＦを求める。
そして、伝達関数変動レベル判定部４４１は、係数変動量ΔＴＦが大、中、小のいずれに分類されるレベルであるかを、予め定めた大、中、小に対応する係数変動量ΔＴＦ範囲に従って判定し、判定した係数変動量ΔＴＦの大、中、小のレベルを伝達関数変動レベルとして適応特性制御部４３に出力する。
以上、伝達関数変動量推定部４４の詳細について説明した。
ところで、以上の伝達関数変動量算出部は、図４ａに示すように構成してもよい。
すなわち、図３ａに示した伝達関数変動量推定部４４の係数テーブル選択部４４４と係数テーブルバンク４４３に代えて、状態別係数変動レベル抽出部４４６と、状態別係数変動量テーブル４４７を設ける。
そして、状態別係数変動量テーブル４４７には、図３ｂに示すように、伝達関数変動量推定部４４が取得する各センサ１０の出力または出力値毎に、そのセンサ１０の出力の変化が生じたときの、オーディオ機器出力音伝達系の伝達関数の変動の見込量を登録する。なお、状態別係数変動量テーブル４４７に登録する変動の見込量は、予め実験や計算により、対応するセンサ１０の出力が表す自動車の状態変化に対して求めたものである。
そして、状態別係数変動レベル抽出部４４６は、所定時間間隔で、状態情報入力インタフェース４６を介して取得した各センサ１０の出力の変化を判定し、変化が検出された各センサ１０について、検出された、そのセンサ１０の出力または出力値に対応して、状態別係数変動量テーブル４４７に登録されている変動の見込量を、係数変動量算出部４４２に送り出す。
そして、係数変動量算出部４４２は送られた変動の見込量の最大値を、係数変動量ΔＴＦとして算出し、伝達関数変動レベル判定部４４１は、係数変動量ΔＴＦが大、中、小のいずれに分類されるレベルであるかを、予め定めた大、中、小に対応する係数変動量ΔＴＦ範囲に従って判定し、判定した係数変動量ΔＴＦの大、中、小のレベルを伝達関数変動レベルとして適応特性制御部４３に出力する。
ここで、以上の図３ａ、４ｂに示した伝達関数変動量推定部４４の伝達関数変動レベル判定部４４１は、図５に示す伝達関数変動レベル判定処理によって、伝達関数変動レベルの算出を行うようにしてもよい。
すなわち、所定のインターバル時間毎に（ステップ５００）、係数変動量ΔＴＦを係数変動量算出部４４２より取得し（ステップ５０２）、取得した係数変動量ΔＴＦの大、中、小のレベルを判定する（ステップ５０４）。
そして、ステップ５０４で判定したレベルが、前回算出した伝達関数変動レベルよりも大きいかどうかを調べ（ステップ５０６）、大きい場合には、ステップ５０４で判定したレベルを今回の伝達関数変動レベルとして算出し、適応特性制御部４３に出力する（ステップ５０８）。なお、レベル中はレベル小より大きく、レベル大はレベル中より大きい。そして、ステップ５００に戻りインターバル時間の経過を待つ。
一方、ステップ５０４で判定したレベルが、前回算出した伝達関数変動レベルよりも大きくない場合には（ステップ５０６）、前回算出した伝達関数変動レベルを一段階小さくした伝達関数変動レベルを、今回の伝達関数変動レベルとして算出し、適応特性制御部４３に出力する（ステップ５１０）。ここで、前回算出した伝達関数変動レベルが大である場合には、前回算出した伝達関数変動レベルを一段階小さくした伝達関数変動レベルは中になり、前回算出した伝達関数変動レベルが中である場合には、前回算出した伝達関数変動レベルを一段階小さくした伝達関数変動レベルは小になる。また、前回算出した伝達関数変動レベルが小である場合には、前回算出した伝達関数変動レベルを一段階小さくした伝達関数変動レベルも小とする。そして、ステップ５００に戻りインターバル時間の経過を待つ。
このような、伝達関数変動レベル判定処理によれば、前回算出した伝達関数変動レベルよりも大きな伝達関数変動レベルに分類される係数変動量ΔＴＦが発生すると、伝達関数変動レベルが、発生した係数変動量ΔＴＦが分類される伝達関数変動レベルから時間と共に順次小さくなっていく制御が行われることになる。そして、このような制御は、たとえば、センサ１０で検出する操作などのイベントが、当該イベントの発生後、当該イベントに応じた自動車の動作によって伝達関数が時間をかけて変化していくような場合に、適切に伝達関数変動レベルを推定する上で有効である。なお、このような、伝達関数変動レベル判定処理は、係数変動量ΔＴＦを変動させたセンサ１０の出力が、当該イベント発生後に時間をかけて伝達関数が変化するイベントを検出するものである場合のみ、伝達関数変動レベルを、当該係数変動量ΔＴＦが分類される伝達関数変動レベルから時間と共に順次小さくする制御を行うものとしてもよい。
次に、適応特性制御部４３について説明する。
適応特性制御部４３は、図６に示す適応特性制御処理を行う。
ただし、ここでは、適応フィルタ４１の係数更新部４１２において、式３で示すブロック処理型のＮＬＭＳによる適応アルゴリズムによって、ＦＩＲフィルタ４１１の係数更新を行うものとする。
なお、μはステップサイズパラメータ、Ｌはブロック長であり、適応特性制御部４３が制御する変数となる。
さて、適応特性制御処理では、所定のインターバル時間毎に（ステップ６００）、ＳＮ比推定部４５が算出したＳＮ比レベルと（ステップ６０２）、伝達関数変動量推定部４４が算出した伝達関数変動レベルを取得する（ステップ６０４）。
そして、SN比レベルが悪か普通であって、かつ、伝達関数変動レベルが大か中であるかどうかを調べる（ステップ６０６）。そして、そうであれば、適応フィルタ４１の係数更新部４１２に係数更新動作を停止させると共に、オーディオミュート制御部９に認識時オーディオミュートモードを設定する（ステップ６２０）。なお、前述のように、認識時オーディオミュートモードが設定されると、以降、音声認識時に、オーディオ機器１のオーディオ機器出力音信号ｘ(j)の出力が停止されるようになる。
一方、SN比レベルが悪か普通でないか、または、伝達関数変動レベルが大か中でなければ（ステップ６０６）、現在オーディオミュート制御部に認識時オーディオミュートモードを設定しているかどうかを調べ（ステップ６０８）、設定していなければステップ６１２に進み、設定していれば当該設定を解除した上で（ステップ６１０）、ステップ６１２に進む。
そして、ステップ６１２では、ＳＮ比レベルと伝達関数変動レベルの組み合わせと、図７に示すテーブルに従ってステップサイズパラメータμと、ブロック長Ｌを決定する。そして、適応フィルタ４１の係数更新部４１２が行う適応アルゴリズムのステップサイズパラメータμと、ブロック長Ｌを決定した値に更新し（ステップ６１４）、係数更新部４１２の係数更新動作が停止中であれば（ステップ６１６）、係数更新部４１２の係数更新動作を再開させた上で（ステップ６１８）、ステップ６００に戻って次のインターバル時間の経過を待つ。
ここで、図７に示すように、適応特性制御処理では、ＳＮ比レベルが悪くなるほどブロック長Ｌを大きくする。また、伝達関数変動レベルが大きくなるほどステップサイズパラメータμを大きくする。
ここで、ステップサイズパラメータμを大きくするほど、伝達関数に大きな変動が生じたときには適応（学習）が速やかに収束することが期待できる。また、ＳＮ比レベルが小さいものである場合に、ブロック長Ｌを大きくするほど適応（学習）の精度が向上することが期待できる。
したがって、本実施形態によれば、ナビゲーション装置１２やＥＣＵ１１やセンサ１０から収集した自動車の各状態に基づいてＳＮ比レベルや伝達関数の変動レベルを推定し、推定したＳＮ比レベルや伝達関数の変動レベルに適合した適応動作が行えるような適応動作の制御パラメータを適応フィルタ４１に設定することができるようになる。したがって、ノイズ音のレベルが大きい場合や、伝達関数が大きく変動した場合でも、より良好な精度で、適応フィルタ４１に適応（学習）動作を行わせることができるようになる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上では、音声認識を行う車載オーディオ処理装置への適用を例にとり本発明の実施形態について説明したが、本実施形態に係る自動車の各種状態に応じて適応フィルタ４１の適応動作特性（ブロック長Ｌやステップサイズパラメータμ）を制御する技術は、任意の車載オーディオ処理装置における、音声通信装置のエコーキャンセラその他に適用される適応フィルタ４１の適応動作特性の制御に同様に適用することができる。すなわち、たとえば、音声通信装置のエコーキャンセラに適用する場合には、適応フィルタ４１をスピーカ２から出力した受話音声を推定するものとすればよい。
本発明の実施形態に係る車載オーディオ処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＳＮ比推定部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る伝達関数変動量推定部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る伝達関数変動量推定部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る伝達関数変動レベル判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る適応特性制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る適応特性制御処理で用いるテーブルを示す図である。
符号の説明
１…オーディオ機器、２…スピーカ、３…マイクロフォン、４…オーディオ機器出力音除去部、５…ノイズリダクション部、６…音声認識装置、７…処理装置、８…トークスイッチ、９…オーディオミュート制御部、１０…センサ、１１…ＥＣＵ、１２…ナビゲーション装置、１３…ＶＩＣＳ受信機、１４…通信装置、４１…適応フィルタ、４２…加算器、４３…適応特性制御部、４４…伝達関数変動量推定部、４５…ＳＮ比推定部、４６…状態情報入力インタフェース、４１１…ＦＩＲフィルタ、４１２…係数更新部、４４１…伝達関数変動レベル判定部、４４２…係数変動量算出部、４４３…係数テーブルバンク、４４４…係数テーブル選択部、４４６…状態別係数変動レベル抽出部、４４７…状態別係数変動量テーブル、４５１…オーディオ機器出力音パワー算出部、４５２…ノイズパワー算出部、４５３…ノイズパワーテーブルバンク、４５４…テーブル選択部、４５５…ＳＮ比レベル算出部。

Claims (12)

  1. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置であって、
    前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態を収集する自動車状態収集部と、
    適応特性制御部とを有し、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分に応じて定まる値に、ステップサイズパラメータを乗じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    前記適応特性制御部は、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態の変化に応じて、前記系の伝達関数の変動の大きさを推定し、前記ステップサイズパラメータを、前記推定した前記変動の大きさが大きいほど大きくなるように変化させることを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  2. 請求項１記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前記自動車状態収集部は、前記伝達関数の変動に影響する自動車の状態として、前記自動車の運転装置の操作状態と、前記自動車の補機の操作状態と、前記自動車のアクセサリ装置の操作状態と、前記自動車の窓またはドアの開閉状態と、前記自動車の搭乗員の搭乗位置の状態と、前記自動車のシートのポジション設定状態と、前記自動車の車内温度の状態とのうちの、少なくとも一つの状態を収集することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  3. 請求項１または２記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前記係数更新部は、ＦＩＲフィルタと、ＦＩＲフィルタのタップ係数をω(n)、オーディオ出力装置が出力する音信号をｘ(j)、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分をｅ（j）、μを前記ステップサイズパラメータ、Ｌをブロック長とする式

    に従って、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  4. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置であって、
    前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態を収集する自動車状態収集部と、
    適応特性制御部とを有し、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、ブロック長として設定された時間長分の前記入力音信号と前記模擬音信号との差分に応じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を、当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    前記適応特性制御部は、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態と、前記模擬音信号とに基づいて、前記入力音信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が小さいほど、大きくなるように前記ブロック長を変化させることを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  5. 請求項４記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前記自動車状態収集部は、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態として、自動車の車速の状態と、自動車が走行している道路の種類の状態と、自動車が走行している地域の天候の状態と、自動車が走行している地点の混雑の状態とのうちの、少なくとも一つの状態を収集することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  6. 請求項４または５記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前記係数更新部は、ＦＩＲフィルタと、ＦＩＲフィルタのタップ係数をω(n)、オーディオ出力装置が出力する音信号をｘ(j)、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分をｅ（j）、μをステップサイズパラメータ、Ｌを前記ブロック長とする式

    に従って、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  7. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置であって、
    前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態と、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態とを収集する自動車状態収集部と、
    適応特性制御部とを有し、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、ブロック長として設定された時間長分の前記入力音信号と前記模擬音信号との差分に応じて定まる値に、ステップサイズパラメータを乗じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    前記適応特性制御部は、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態の変化に応じて、前記系の伝達関数の変動の大きさを推定し、前記ステップサイズパラメータを、前記推定した前記変動の大きさが大きいほど大きくなるように変化させると共に、前記自動車状態収集手段が収集した自動車の状態と、前記模擬音信号とに基づいて、前記入力音信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が小さいほど、大きくなるように前記ブロック長を変化させることを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  8. 請求項７記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前係数更新部は、ＦＩＲフィルタと、ＦＩＲフィルタのタップ係数をω(n)、オーディオ出力装置が出力する音信号をｘ(j)、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分をｅ（j）、μを前記ステップサイズパラメータ、Ｌを前記ブロック長とする式

    に従って、当該ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  9. 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の車載オーディオ処理装置であって、
    前記入力音信号から前記模擬音信号を減算して得られる音信号に対して音声認識処理を施す音声認識装置を有することを特徴とする車載オーディオ処理装置。
  10. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置において、前記適応フィルタの適応動作を制御する適応動作制御方法であって、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、前記入力音信号と前記模擬音信号の差分に応じて定まる値に、ステップサイズパラメータを乗じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    当該適応動作制御方法は、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態を収集するステップと、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記収集した自動車の状態の変化に応じて、前記系の伝達関数の変動の大きさを推定し、前記ステップサイズパラメータを、前記推定した前記変動の大きさが大きいほど大きくなるように変化させるステップとを有することを特徴とする適応動作制御方法。
  11. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置において、前記適応フィルタの適応動作を制御する適応動作制御方法であって、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、ブロック長として設定された時間長分の前記入力音信号と前記模擬音信号との差分に応じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を、当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    当該適応動作制御方法は、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態を収集するステップと、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記収集した自動車の状態と、前記模擬音信号とに基づいて、前記入力音信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が小さいほど、大きくなるように前記ブロック長を変化させるステップとを有することを特徴とする適応動作制御方法。
  12. オーディオ出力装置と、オーディオ出力装置が出力する出力音信号を出力音として出力するスピーカと、収音した音を入力音信号として出力するマイクロフォンと、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数に、自身の伝達関数を近似させる適応動作を行うと共に、前記出力音信号に自身の伝達関数を施して前記入力音信号中の前記出力音の成分を模擬する模擬音信号を出力する適応フィルタとを有する、自動車に搭載された車載オーディオ処理装置において、前記適応フィルタの適応動作を制御する適応動作制御方法であって、
    前記適応フィルタは、ＦＩＲフィルタと、ブロック長として設定された時間長分の前記入力音信号と前記模擬音信号との差分に応じて定まる値に、ステップサイズパラメータを乗じた量、前記ＦＩＲフィルタのタップ係数を当該差分が解消する方向に更新する係数更新部とを含み、
    当該適応動作制御方法は、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記出力音信号を入力とし前記入力音信号を出力とする系の伝達関数の変動に影響する自動車の状態と、前記自動車車内のノイズ音の大きさに影響する自動車の状態とを収集するステップと、
    前記車載オーディオ処理装置が、前記収集した自動車の状態の変化に応じて、前記系の伝達関数の変動の大きさを推定し、前記ステップサイズパラメータを、前記推定した前記変動の大きさが大きいほど大きくなるように変化させると共に、前記収集した自動車の状態と、前記模擬音信号とに基づいて、前記入力音信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が小さいほど、大きくなるように前記ブロック長を変化させるステップとを有することを特徴とする適応動作制御方法。
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