JP4549243B2 - 車載オーディオ処理装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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