JP4772627B2 - Mixed signal separation and extraction device - Google Patents

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本発明は、同時に到来する複数の入射信号(原信号)を含む混合信号を受信し、受信した混合信号を時間軸上で連なるブロック単位で原信号を分離し、その分離したブロック単位の原信号を時間軸上で連結して到来した原信号を再生抽出する混合信号分離・抽出装置に関する。   The present invention receives a mixed signal including a plurality of incident signals (original signals) that arrive at the same time, separates the received mixed signals in units of blocks connected on the time axis, and separates the original signals in units of blocks. The present invention relates to a mixed signal separation / extraction apparatus that reproduces and extracts original signals that arrive after connecting the signals on the time axis.

所定の間隔で配置された複数のセンサで、複数の入射信号(原信号)が混合された信号(混合信号)を受信したとき、その受信信号に対するブラインド信号分離(BBS:Blind Source Separation)により、混合信号から原信号を抽出する手法が知られている。   When a signal (mixed signal) in which a plurality of incident signals (original signals) are mixed is received by a plurality of sensors arranged at predetermined intervals, blind signal separation (BBS: Blind Source Separation) for the received signals, A technique for extracting an original signal from a mixed signal is known.

ブラインド信号分離では、各センサで受信された原信号の混合信号をアナログ/デジタル(A/D)変換し、A/D変換後の信号をサンプリング期間(周期)毎に原信号を分離抽出するものであり、その分離抽出された各原信号の前後のサンプリング期間との間の相関に基づいた連結により、センサで受信された混合信号に含む原信号を再生出力できる。   In the blind signal separation, the mixed signal of the original signal received by each sensor is analog / digital (A / D) converted, and the original signal is separated and extracted for each sampling period (cycle) after the A / D conversion. Thus, the original signal included in the mixed signal received by the sensor can be reproduced and output by the connection based on the correlation between the sampling signals before and after each of the separated and extracted original signals.

なお、ブラインド信号分離では、混合信号の各センサでの受信時刻が同一であるとみなせることが条件とされ、センサ間の間隔が広い場合には各センサ間には無視できない受信時刻差が生じてしまうので、その場合は、一般的なブラインド信号分離の手法は採用できなくなる。   In blind signal separation, it is a condition that the reception time of the mixed signal at each sensor can be regarded as the same, and when the interval between the sensors is wide, there is a difference in reception time between the sensors that cannot be ignored. Therefore, in this case, a general blind signal separation method cannot be adopted.

そこで、センサ間の間隔が広く、センサ間に受信時刻差が生じても、原信号を分離抽出する手法として、独立成分分析(ICA:Independent Component Analysis)法が知られている。(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, an independent component analysis (ICA) method is known as a method for separating and extracting an original signal even when the interval between sensors is wide and a reception time difference occurs between sensors. (For example, refer to Patent Document 1).

独立成分分析による原信号の分離抽出は、センサにおける受信信号を周波数成分に分解した後、全ての周波数成分を集めて並べ直し、時系列データに戻す操作を行うので、受信された混合信号の独立性のみに依存した原信号の分離抽出となる。   The separation and extraction of the original signal by independent component analysis is performed by decomposing the received signal at the sensor into frequency components, collecting all the frequency components, rearranging them, and returning them to time series data. The separation and extraction of the original signal depends only on the sex.

また、独立成分分析では、後述するように正規化処理により分離抽出を行うので、分離抽出された入射信号(原信号)の信号レベルや周波数スペクトルの任意性、すなわち振幅や電力の大きさの任意性が保持されなくなる。また、前後のサンプリング期間間の順序も保持されなくなるので、上記のように全ての周波数成分を集めて並べ直し、連結して時系列データに戻したとしても、入射信号(原信号)を忠実に再生したものが得られないという性質を有する。   In addition, in the independent component analysis, separation and extraction are performed by normalization processing as will be described later. Therefore, the signal level and frequency spectrum of the separated and extracted incident signal (original signal), that is, the amplitude and power can be arbitrarily determined. Sex is not maintained. In addition, since the order between the previous and next sampling periods is not maintained, even if all the frequency components are collected and rearranged as described above, and connected and returned to time-series data, the incident signal (original signal) is faithfully reproduced. It has the property that a regenerated product cannot be obtained.

図5は、従来の一般的なブラインド信号分離による原信号を分離抽出する混合信号分離・抽出装置の構成図である。なお、ブラインド信号分離では、センサ数(例えば、n=4)に対し、そのセンサ数と同数までの入射信号(原信号)数(すなわち、m=4)まで分離抽出できる。   FIG. 5 is a configuration diagram of a mixed signal separation / extraction apparatus for separating and extracting an original signal by conventional general blind signal separation. In blind signal separation, the number of sensors (for example, n = 4) can be separated and extracted up to the same number of incident signals (original signals) as the number of sensors (that is, m = 4).

そこで、以下の説明では受信混合信号からは、センサ数(n=4)と同数(m=4)の原信号を分離抽出するものとして説明する。また、本明細書では、上記サンプリング期間をブロックと置き換え称するものとし、従ってサンプリング期間の区分けをブロック化と置き換え称して説明する。   Therefore, in the following description, it is assumed that the same number (m = 4) of original signals as the number of sensors (n = 4) is separated and extracted from the received mixed signal. In the present specification, the sampling period is referred to as a block, and therefore, the division of the sampling period is referred to as a block.

図5に示したように、従来の混合信号分離・抽出装置は、複数の入射信号(原信号)S(S1〜S4)の混合信号Xをそれぞれ受信する複数(4個)のセンサ1(11〜14)と、これら複数のセンサ1(11〜14)で受信された混合信号の受信帯域をそれぞれ制限する帯域制限濾波器2(21〜24)と、帯域制限濾波器2(21〜24)で帯域制限された混合信号をA/D変換するA/D変換部3(31〜34)と、このA/D変換部3(31〜34)で変換された混合信号X(X1〜X4)のデータを、図6に示したように、所定の時間長からなるブロックb(サンプリング期間t)単位で切り出し抽出する抽出部4(41〜44)と、この抽出部4(41〜44)でブロック化された混合信号X(X1〜X4)のデータを順次導入し、ブロック毎に複数(4個)の原信号Y2(Y21〜Y24)を分離して出力するブラインド分離部5と、分離された複数の原信号Y2(Y21〜Y24)を順次導入し、第1ブロックb1(第1サンプリング期間t1)で信号分離された複数の第1原信号Y2と、(第1ブロックに続く)第2ブロックb2(第2サンプリング期間t2)で信号分離された複数の第2原信号Y2との間の相関性(例えば、周波数の相関)を検出し、その検出された相関結果に基づいて相互に連続すべき組み合わせを算出する算出部6と、この算出部6により算出された組み合わせに基づいた選択スイッチングにより、複数の第1原信号Y2の各々を複数の第2原信号Y2のいずれかと連結して連続する原信号Q(Q1〜Q4)を抽出生成する連結部7と、この連結部7で連結抽出された原信号Q(Q1〜Q4)をD/A変換して出力するD/A変換部8とから構成されている。   As shown in FIG. 5, the conventional mixed signal separating / extracting device receives a plurality of (four) sensors 1 (11) that respectively receive a mixed signal X of a plurality of incident signals (original signals) S (S1 to S4). To 14), band-limited filter 2 (21 to 24) for limiting the reception band of the mixed signal received by the plurality of sensors 1 (11 to 14), and band-limited filter 2 (21 to 24), respectively. A / D converter 3 (31 to 34) for A / D converting the band-limited mixed signal, and mixed signal X (X1 to X4) converted by this A / D converter 3 (31 to 34) As shown in FIG. 6, the extraction unit 4 (41 to 44) for extracting and extracting the data in units of a block b (sampling period t) having a predetermined time length and the extraction unit 4 (41 to 44) Data of block mixed signal X (X1-X4) is introduced sequentially The blind separation unit 5 for separating and outputting a plurality of (four) original signals Y2 (Y21 to Y24) for each block, and the plurality of separated original signals Y2 (Y21 to Y24) are sequentially introduced, and the first A plurality of first original signals Y2 separated in block b1 (first sampling period t1) and a plurality of second original signals Y2 separated in second block b2 (second sampling period t2) (following the first block) A calculation unit 6 that detects a correlation (for example, frequency correlation) with the original signal Y2 and calculates a combination that should be continued based on the detected correlation result, and is calculated by the calculation unit 6. A connecting unit 7 that extracts and generates a continuous original signal Q (Q1 to Q4) by connecting each of the plurality of first original signals Y2 with any of the plurality of second original signals Y2 by selective switching based on the combination; , The connecting portion 7 by a connecting extracted original signal Q (Q1 to Q4) and a D / A conversion section 8 which outputs the D / A conversion of the.

なお、D/A変換やA/D変換におけるデジタル化のサンプリング速度ないしは量子化精度ビット数は要求性能に応じて決定される。   The digitization sampling rate or the number of quantization precision bits in D / A conversion or A / D conversion is determined according to the required performance.

ブラインド分離部5の構成は、図7に示したように、抽出部4(41〜44)からの各センサ1(11〜14)に対応したブロックb毎の混合信号のデータ切り出しを受け、共分散行列を生成する共分散行列生成回路51と、生成された共分散行列の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出回路52と、抽出部4(41〜44)の混合出力と算出された固有ベクトルとから、白色化・無相関化及び電力正規化を図る白色化・無相関化及び電力正規化回路53と、白色化・無相関化及び電力正規化回路53の出力信号を導入し、原信号Q(Q1〜Q4)に対応した分離行列Wを生成し、分離信号Y1を出力する分離行列生成回路54と、分離行列生成回路54からの分離信号Y1と白色化・無相関化及び電力正規化回路53からの正規化信号とから各ブロックb単位でそれぞれ分離した原信号Y2(Y21〜Y24)を出力し、図5に示した連結部7及び算出部6にそれぞれ供給する信号分離処理回路55とから構成されている。   As shown in FIG. 7, the structure of the blind separation unit 5 receives data extraction of the mixed signal for each block b corresponding to each sensor 1 (11 to 14) from the extraction unit 4 (41 to 44). From the covariance matrix generation circuit 51 that generates the variance matrix, the eigenvector calculation circuit 52 that calculates the eigenvector of the generated covariance matrix, and the mixed output of the extraction unit 4 (41 to 44) and the calculated eigenvector, Whitening / decorrelation and power normalization circuit 53 for whitening / decorrelation and power normalization and an output signal of whitening / decorrelation and power normalization circuit 53 are introduced, and the original signal Q (Q1˜ Q4), a separation matrix generation circuit 54 that generates a separation matrix W and outputs a separation signal Y1; a separation signal Y1 from the separation matrix generation circuit 54; and a whitening / decorrelation and power normalization circuit 53 Normalized signal And a respective block outputs the original signal to separate each Y2 (Y21~Y24) in b units, each supplied signal separation processing circuit 55. the coupling portion 7 and the calculating section 6 shown in FIG. 5.

特開2003−92557号公報JP 2003-92557 A

上記のように、従来の混合信号分離・抽出装置では、各ブロックb(すなわち、各サンプリング期間t)における原信号の分離・抽出処理は、ブロックb単位で切り出され個々に独立して行われる。従って、ブラインド分離部においては各ブロックb単位で信号分離処理が行われ時間差が存在するので、もともと抽出されるべき一の原信号でも、各ブロック単位で信号処理上での周波数スペクトル、すなわち位相特性や振幅ないし電力特性に差異(信号差)が生じるのは避けられない。   As described above, in the conventional mixed signal separation / extraction apparatus, the separation / extraction processing of the original signal in each block b (that is, each sampling period t) is cut out in units of block b and performed individually. Accordingly, in the blind separation unit, signal separation processing is performed in units of each block b, and there is a time difference. Therefore, even one original signal to be extracted originally has a frequency spectrum, that is, phase characteristics, in signal processing in units of blocks. It is inevitable that differences (signal differences) occur in the amplitude and power characteristics.

すなわち、センサで受信された入射信号(原信号)は、図8(a)に示したように、ブロックb1,b2間では円滑な連続性を有するものであるが、ブロック単位で分離抽出する上での信号処理特性の違いから、連結しても、図8(b)に示したように、分離抽出後の連結では、連続性が損なわれて出力される。   That is, the incident signal (original signal) received by the sensor has smooth continuity between the blocks b1 and b2, as shown in FIG. 8A, but is separated and extracted in units of blocks. Due to the difference in signal processing characteristics in FIG. 8, even if connected, as shown in FIG. 8 (b), the connection after separation and extraction is output with a loss of continuity.

従って、ブロック単位で切り出されて分離抽出された一の原信号が、元の一の原信号として分離抽出すべく連結したとき、隣接するブロック間で位相や振幅及び電力等にずれ(信号差)を有して連結されてしまい、センサで受信された入射信号(原信号)の信号波形の忠実性が損なわれる。   Therefore, when one original signal cut out in blocks and separated and extracted is connected to be separated and extracted as the original one original signal, it shifts in phase, amplitude, power, etc. between adjacent blocks (signal difference) And the fidelity of the signal waveform of the incident signal (original signal) received by the sensor is impaired.

そこで、本発明は、算出部における前後ブロックb1,b2間における分離原信号の組み合わせの算出結果に対する連結において、同一原信号のブロック間に生ずる信号差(ずれ)を補正して、より正確にまた入射信号波形により忠実な連結信号を出力可能な混合信号分離・抽出装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention corrects a signal difference (deviation) generated between blocks of the same original signal in the connection to the calculation result of the combination of the separated original signals between the preceding and following blocks b1 and b2 in the calculation unit, and more accurately An object of the present invention is to provide a mixed signal separating / extracting device capable of outputting a connected signal that is more faithful to an incident signal waveform.

本発明の混合信号分離・抽出装置は、複数の入射信号が混合された信号をそれぞれ受信する複数のセンサと、これら複数のセンサで受信された前記信号をそれぞれA/D変換するA/D変換部と、このA/D変換部でデジタル信号に変換された前記信号を、時間軸上で重複領域を有しつつ順次つらなるブロックに区分して抽出する抽出部と、この抽出部で抽出された各ブロックの前記信号を順次導入し、ブラインド信号分離により原信号を分離して出力する分離部と、この分離部で分離出力された各ブロックの原信号を導入し、前記重複領域を有して隣接する二つのブロックで連結すべき原信号の組み合わせを算出するとともに、前記重複領域において先行する第1ブロックで分離された第1原信号と、前記第1ブロックに続く第2ブロックで分離され前記第1原信号と連結すべき第2原信号との間の前記重複領域における信号差とを算出する算出部と、この算出部により算出された連結すべき原信号の組み合わせと、前記重複領域における前記信号差とに基づき、前記分離部から出力された前記第1原信号と前記第2原信号とを連結して連続した原信号を再生する連結部とを具備し、前記分離部は、前記抽出部において抽出されたブロックの前記信号を導入してブラインド分離行列を生成するブラインド分離行列生成回路と、このブラインド分離行列生成回路において生成された分離行列から混合行列を生成する混合行列生成回路と、この混合行列生成回路で生成された混合行列と前記抽出部で抽出された信号とによる信号分離処理により、前記ブロックにおける原信号を分離して出力する信号分離処理回路とから構成されたことを特徴とする。

The mixed signal separating / extracting apparatus according to the present invention includes a plurality of sensors that respectively receive signals obtained by mixing a plurality of incident signals, and A / D conversion that performs A / D conversion on the signals received by the plurality of sensors. And an extraction unit that extracts the signal converted into a digital signal by the A / D conversion unit by dividing the signal into blocks that are sequentially formed with overlapping regions on the time axis, and an extraction unit that extracts the signal A separation unit that sequentially introduces the signals of each block, separates and outputs the original signal by blind signal separation, and introduces the original signal of each block separated and output by the separation unit, and has the overlapping region A combination of original signals to be connected by two adjacent blocks is calculated, and a first original signal separated by a preceding first block in the overlap region and a second block following the first block A calculation unit that calculates a signal difference in the overlapping region between the first original signal that is separated and the second original signal to be connected; a combination of the original signals to be connected calculated by the calculation unit; based on said signal difference in the overlapping area, and a connecting portion for reproducing the original signal which is continuous by connecting the first original signal output and the second original signal from the separation unit, the separation unit A blind separation matrix generation circuit that generates a blind separation matrix by introducing the signal of the block extracted in the extraction unit, and a mixing matrix that generates a mixing matrix from the separation matrix generated in the blind separation matrix generation circuit The original signal in the block is separated by signal separation processing by the generation circuit, the mixing matrix generated by the mixing matrix generation circuit, and the signal extracted by the extraction unit. Characterized in that it is composed of a signal separation process circuit for outputting.

上記のように、本発明の信号分離・抽出装置は、A/D変換部からの混合信号を時間軸上で重複領域を有しつつ順次つらなるブロックに区分して抽出する抽出部を備え、算出部は、重複領域を有して隣接する二つのブロックのうち、先行する第1ブロックで分離された第1原信号と、前記第1ブロックに続く第2ブロックで分離された第2原信号との間で相互に連続すべき組み合わせと、前記重複領域における連結すべき原信号間の差(信号差)とを算出して出力するので、連結部は、隣接するブロック間の信号間の差を補正して、入射信号(原信号)を忠実に分離抽出できる。   As described above, the signal separation / extraction device of the present invention includes an extraction unit that extracts and extracts the mixed signal from the A / D conversion unit by sequentially dividing the mixed signal into blocks that have overlapping regions on the time axis. The unit includes a first original signal separated by a preceding first block, and a second original signal separated by a second block following the first block, of two adjacent blocks having overlapping regions. Between the signals to be connected to each other and the difference between the original signals to be connected in the overlap region (signal difference) is calculated and output. By correcting, the incident signal (original signal) can be separated and extracted faithfully.

以下、本発明による混合信号分離・抽出装置の一実施例を図1ないし図4を参照して詳細説明する。なお、図5ないし図8に示した従来の混合信号分離・抽出装置と同一構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment of a mixed signal separating / extracting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The same components as those of the conventional mixed signal separating / extracting apparatus shown in FIGS. 5 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図1は、本発明による混合信号分離・抽出装置の一実施例を示した構成図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a mixed signal separating / extracting apparatus according to the present invention.

すなわち、図1において、アンテナやマイクロホン等からなる分離すべき信号の捕捉手段であるn個のセンサ1(11〜14)の受信アナログ信号は、帯域濾波器2(21〜24)を介して、A/D変換器3(31〜34)に供給されてデジタル化(数値化)され、ブロック化を図る抽出部9(91〜94)に供給される。   That is, in FIG. 1, analog signals received by n sensors 1 (11 to 14), which are means for capturing signals to be separated, such as antennas and microphones, are passed through bandpass filters 2 (21 to 24). It is supplied to the A / D converter 3 (31 to 34), digitized (digitized), and supplied to the extraction unit 9 (91 to 94) for blocking.

この抽出部9(91〜94)は、図2に示したように、時間軸上で隣接するブロックとの間で互いに重複領域(Δt)を有したブロックの切り出しにより混合信号を抽出し、ブラインド信号分離を行う分離部10に供給される。   As shown in FIG. 2, the extraction unit 9 (91 to 94) extracts a mixed signal by cutting out blocks having overlapping areas (Δt) with blocks adjacent to each other on the time axis. The signal is supplied to a separation unit 10 that performs signal separation.

分離部10は、図3に示したように、従来の(図7に示した)共分散行列生成回路51に対応した共分散行列生成回路101と、同じく従来の固有ベクトル算出回路52に対応した固有ベクトル算出回路102と、白色化・無相関化及び電力正規化回路103と、従来の分離行列生成回路54に対応した分離行列生成回路104と、混合行列生成回路105と、信号分離処理回路106とから構成されている。   As shown in FIG. 3, the separating unit 10 includes a covariance matrix generation circuit 101 corresponding to the conventional covariance matrix generation circuit 51 (shown in FIG. 7) and an eigenvector corresponding to the conventional eigenvector calculation circuit 52. A calculation circuit 102, a whitening / decorrelation and power normalization circuit 103, a separation matrix generation circuit 104 corresponding to the conventional separation matrix generation circuit 54, a mixing matrix generation circuit 105, and a signal separation processing circuit 106 It is configured.

すなわち、抽出部4(41〜44)からの各センサ1(11〜14)に対応しつつ隣接するブロック間で互いに重複領域を有する各ブロックの混合信号は共分散行列生成回路101(1011〜1014)に供給され共分散行列が生成される。   That is, the mixed signal of each block having an overlapping area between adjacent blocks while corresponding to each sensor 1 (11-14) from the extraction unit 4 (41-44) is the covariance matrix generation circuit 101 (1011-1014). ) To generate a covariance matrix.

生成された共分散行列は、固有ベクトル算出回路102(1021〜1024)に供給されて固有ベクトルが算出され、算出された固有ベクトルは白色化・無相関化及び電力正規化回路103(1031〜1034)に供給され、その供給された固有ベクトルと抽出部4(41〜44)の出力(混合信号)Xとにより、白色化・無相関化及び電力正規化が図られ、分離行列生成回路104に供給される。   The generated covariance matrix is supplied to the eigenvector calculation circuit 102 (1021 to 1024) to calculate the eigenvector, and the calculated eigenvector is supplied to the whitening / decorrelation and power normalization circuit 103 (1031 to 1034). Then, whitening, decorrelation, and power normalization are performed based on the supplied eigenvectors and the output (mixed signal) X of the extraction unit 4 (41 to 44) and supplied to the separation matrix generation circuit 104.

分離行列生成回路104は、正規化された白色化・無相関化及び電力正規化回路103(1031〜1034)の各出力データを導入し、原信号Q(Q1〜Q4)に対応した分離行列W1を生成し、生成された分離行列W1による分離出力Y1(Y11〜Y14)は混合行列(A)生成回路105に供給される。   The separation matrix generation circuit 104 introduces each output data of the normalized whitening / decorrelation and power normalization circuit 103 (1031 to 1034), and the separation matrix W1 corresponding to the original signal Q (Q1 to Q4). And the separation output Y1 (Y11 to Y14) by the generated separation matrix W1 is supplied to the mixing matrix (A) generation circuit 105.

混合行列生成回路105は、分離行列生成回路104からの分離行列W1による分離出力Y1(Y11〜Y14)に対し、分離行列W1の逆行列演算により混合行列A(A1〜A4)を推定し、信号分離処理回路106に供給する。なお、推定された混合行列A(A1〜A4)は、センサ1(11〜14)の配置と特性によって決まるものである。   The mixing matrix generation circuit 105 estimates the mixing matrix A (A1 to A4) by the inverse matrix operation of the separation matrix W1 with respect to the separation output Y1 (Y11 to Y14) from the separation matrix W1 from the separation matrix generation circuit 104, and the signal This is supplied to the separation processing circuit 106. The estimated mixing matrix A (A1 to A4) is determined by the arrangement and characteristics of the sensor 1 (11 to 14).

混合行列生成回路105は、分離行列生成回路104において生成された分離行列W1から混合行列Aの推定を行い、また分離抽出すべき原信号に対する雑音Nの影響が小さいものとすることができるので、抽出部9の出力X(X1〜X4)は、入射信号である混合信号S(S1〜S4)と混合行列Aの積(X=S・A)で表わされる。   The mixing matrix generation circuit 105 estimates the mixing matrix A from the separation matrix W1 generated by the separation matrix generation circuit 104, and can reduce the influence of the noise N on the original signal to be separated and extracted. The output X (X1 to X4) of the extraction unit 9 is represented by the product (X = S · A) of the mixed signal S (S1 to S4) that is an incident signal and the mixing matrix A.

一方、分離行列生成回路104におけるブラインド分離処理の出力をY1(Y11〜Y14)としたとき、ブラインド分離処理出力の波形データY1は、Y1=W1・Xと表される。   On the other hand, when the output of the blind separation process in the separation matrix generation circuit 104 is Y1 (Y11 to Y14), the waveform data Y1 of the blind separation process output is expressed as Y1 = W1 · X.

そこで、分離行列生成回路104におけるブラインド分離処理の波形データY1は、理想的には、原信号S(=Y1)であるから、S=W1・X=W1・A・Sとなる。   Therefore, since the waveform data Y1 of the blind separation process in the separation matrix generation circuit 104 is ideally the original signal S (= Y1), S = W1 · X = W1 · A · S.

ここで、混合行列A=W1-1とすれば、混合行列A=W1・W1-1・S=I・S=Sとなる。但し、Iは単位行列を表す。 Here, if the mixing matrix A = W1 −1 , the mixing matrix A = W1 · W1 −1 · S = I · S = S. Here, I represents a unit matrix.

よって、混合行列生成回路105において、分離行列W1の逆行列演算により、n×m行列の混合行列A(A1〜A4)が生成される。   Therefore, the mixing matrix generation circuit 105 generates an n × m mixing matrix A (A1 to A4) by inverse matrix operation of the separation matrix W1.

次の信号分離処理回路106は、混合行列生成回路105におけるn×m行列の混合行列Aを用いた信号分離処理により、分離係数W2を複数のアダプティブ・ヌル形成の手法(例えば、非特許文献1.菊間信良著「アレーアンテナにおける適応処理」科学技術出版 1998 参照。)により求め、元の信号である抽出部9出力の混合信号Xと乗算して出力する。   The next signal separation processing circuit 106 performs a method of forming a plurality of adaptive nulls (for example, Non-Patent Document 1) on the separation coefficient W2 by signal separation processing using the n × m matrix mixing matrix A in the mixing matrix generation circuit 105. (See Adaptive Processing in Array Antennas, Science and Technology Publication 1998) by Nobuyoshi Kikuma, multiplying by the mixed signal X output from the extraction unit 9, which is the original signal, and outputting the result.

すなわち、混合行列A(A1〜A4)が混合行列生成回路105において推定された後、信号分離処理回路106は、その混合行列A(A1〜A4)から、下記(1)により分離行列W2を生成する。また分離出力Y2=W2・Xであることから、生成した分離行列W2と混合信号Xとにより、所定の分離出力Y2(Y21〜Y24)を得ることができる。   That is, after the mixing matrix A (A1 to A4) is estimated by the mixing matrix generation circuit 105, the signal separation processing circuit 106 generates the separation matrix W2 from the mixing matrix A (A1 to A4) according to (1) below. To do. Further, since the separation output Y2 = W2 · X, a predetermined separation output Y2 (Y21 to Y24) can be obtained from the generated separation matrix W2 and the mixed signal X.

W2=(AH ・A)-1・AH (1)
但し、Hは複素共役転置を示す。
W2 = (A H · A) −1 · A H (1)
However, H shows complex conjugate transposition.

このように、分離部10の信号分離処理回路106は、混合行列生成回路105で生成された混合行列A(A1〜A4)と抽出部9(91〜94)からの混合信号Xとから原信号Y2(Y21〜Y24)を分離抽出し、図1に示した連結部7及び算出部11にそれぞれ供給する。   As described above, the signal separation processing circuit 106 of the separation unit 10 generates the original signal from the mixing matrix A (A1 to A4) generated by the mixing matrix generation circuit 105 and the mixed signal X from the extraction unit 9 (91 to 94). Y2 (Y21 to Y24) is separated and extracted, and supplied to the connecting unit 7 and the calculating unit 11 shown in FIG.

信号分離処理回路106は、従来(図7)とは相違して、正規化されない混合信号Xと混合行列Aにより分離行列(W2)による原信号の信号分離処理が行われるので、分離された原信号Y2は、入射信号の波形レベル(すなわち、振幅レベルないしは電力レベル)をそのまま維持保存したものとなる。従って、分離部10の構成によれば、原信号が音声信号等で変調されたAM信号やSSB信号のようなアナログ変調波の場合に、自然な復調出力音声を分離出力できる。   Unlike the conventional case (FIG. 7), the signal separation processing circuit 106 performs the signal separation processing of the original signal by the separation matrix (W2) by the mixed signal X and the mixing matrix A which are not normalized. The signal Y2 is obtained by maintaining and storing the waveform level (that is, amplitude level or power level) of the incident signal as it is. Therefore, according to the configuration of the separation unit 10, a natural demodulated output sound can be separated and output when the original signal is an analog modulated wave such as an AM signal or an SSB signal modulated with a sound signal or the like.

また、算出部11は、分離部10(信号分離処理回路106)において分離された各ブロックにおける原信号Y2(Y21〜Y24)を導入するが、導入した原信号Y2(Y21〜Y24)には隣接するブロック間で互いに重複する領域(重複領域)を含む。   The calculation unit 11 introduces the original signal Y2 (Y21 to Y24) in each block separated by the separation unit 10 (signal separation processing circuit 106), but is adjacent to the introduced original signal Y2 (Y21 to Y24). Including overlapping areas (overlapping areas) between blocks to be performed.

その重複領域では、周波数スペクトラム等の特徴はブロック間では共通したものであるから、ブロック化を経た後の分離抽出の信号処理で生じるブロック間の差(信号差)は、その重複領域における差(信号差)に他ならないから、算出部11は、重複領域における差(信号差)を検出し、対応するブロックのデータとともに連結部12に供給することができる。   Since the characteristics such as the frequency spectrum are common among the blocks in the overlapping region, the difference between the blocks (signal difference) caused by the signal processing of the separation and extraction after the block formation is the difference in the overlapping region (signal difference) Since it is nothing but a signal difference, the calculation unit 11 can detect a difference (signal difference) in the overlapping region and supply it to the linking unit 12 together with the data of the corresponding block.

算出部11から、重複領域における差(信号差)とともに、対応するブロックのデータの供給を受けた連結部12は、その差(信号差)がゼロとなるように、隣接するブロックにおいて分離抽出された原信号を補正しつつ、選択スイッチングにより連結するので、連結部12は、センサ1(11〜14)で受信された入射信号(原信号)波形に忠実な連結原信号を出力できる。
上記作用について、図4に示した重複領域における分離抽出処理前の原信号(図4(a))と、ブロック化を経て、各ブロック単位の分離抽出処理された原信号(図4(b))を更に参照して説明する。
The connection unit 12 that has received the data of the corresponding block together with the difference (signal difference) in the overlapping region from the calculation unit 11 is separated and extracted in adjacent blocks so that the difference (signal difference) becomes zero. Therefore, the connecting unit 12 can output a connected original signal faithful to the incident signal (original signal) waveform received by the sensor 1 (11-14) while correcting the original signal.
With respect to the above operation, the original signal before separation / extraction processing (FIG. 4 (a)) in the overlapping region shown in FIG. ) Will be further described.

を参照して説明する。 Will be described with reference to FIG.

すなわち、上記のように、算出部11は重複領域において共通した原信号Y2(Y21〜Y24)の、各ブロック間の位相差あるいは周波数差、又は振幅レベル差等の信号差(すなわち、例えば、図4(b)に示したような位相差Δφ)を検出し、その差(位相差Δφ)のデータを対応する原信号Yとともに連結部12に供給する。   That is, as described above, the calculation unit 11 has a signal difference such as a phase difference, a frequency difference, or an amplitude level difference between the blocks of the original signal Y2 (Y21 to Y24) that is common in the overlapping region (that is, for example, FIG. The phase difference Δφ as shown in FIG. 4B is detected, and the data of the difference (phase difference Δφ) is supplied to the connecting unit 12 together with the corresponding original signal Y.

連結部12は、算出部11で算出された組み合わせ連結すべき原信号Y2と、その組み合わされる二つの原信号Y2間の信号差(例えば、位相差Δφ)が供給されるので、連結部12は、算出部11から、ブロック間で組み合わせ連結される二つの原信号の組み合わせ信号と、隣接したブロック間の原信号間の信号差(例えば、位相差Δφ)とから、隣接するブロック間で連結される原信号間のずれ(信号差、すなわち位相差Δφ)がゼロとなるように補正して連結する。   The connection unit 12 is supplied with the original signal Y2 to be combined and calculated by the calculation unit 11 and a signal difference (for example, phase difference Δφ) between the two original signals Y2 to be combined. From the calculation unit 11, a combination signal of two original signals combined and connected between blocks and a signal difference (for example, phase difference Δφ) between the original signals between adjacent blocks are connected between adjacent blocks. Are corrected and connected so that the deviation between the original signals (signal difference, that is, phase difference Δφ) becomes zero.

このような連結部12における信号差補正の連結により、ブロック間で連結された原信号Q(Q1〜Q4)は、ブロックの相違に基づく波形の差異を解消して、D/A変換部8に供給するので、D/A変換部8は、センサ1(11〜14)において受信された信号波形が忠実に再生された連結信号を出力できる。   By connecting the signal difference correction in the connecting unit 12 as described above, the original signals Q (Q1 to Q4) connected between the blocks eliminate the waveform difference based on the block difference, and the D / A converting unit 8 Since it supplies, the D / A conversion part 8 can output the connection signal by which the signal waveform received in the sensor 1 (11-14) was reproduced faithfully.

なお、上記説明において、算出部11における連結すべき原信号間の位相差検出は、既知の位相弁別器により行うことができ、また振幅レベルの差あるいは電力レベルの差の検出も、同様に既知の振幅比較器あるいは電力比較器を採用することができる。   In the above description, the phase difference between the original signals to be connected in the calculation unit 11 can be detected by a known phase discriminator, and the detection of the difference in amplitude level or the difference in power level is similarly known. An amplitude comparator or a power comparator can be employed.

上記のように、この実施例に係る混合信号分離・抽出装置は、時間軸上で順次つらなり形成されるブロックに関し、抽出部9は、隣接するブロック間において、互いに重複する領域(重複領域)を有するようにブロック化を行い、算出部11は、その重複領域における連結すべき原信号間の信号差を算出して連結部12に供給するので、連結部12は、ブロック単位で分離された連結すべき信号間の信号差を補正した連結を行うことができ、受信信号波形に忠実な連結信号を安定して出力できる。   As described above, the mixed signal separating / extracting apparatus according to the present embodiment relates to blocks that are sequentially formed on the time axis, and the extraction unit 9 creates an overlapping area (overlapping area) between adjacent blocks. Since the calculation unit 11 calculates a signal difference between the original signals to be connected in the overlapping region and supplies the signal difference to the connection unit 12, the connection unit 12 is connected to each other in blocks. It is possible to perform a connection in which a signal difference between signals to be corrected is corrected, and a connection signal faithful to the received signal waveform can be stably output.

本発明による混合信号分離・抽出装置の一実施例を示した構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a mixed signal separation / extraction apparatus according to the present invention. 図1に示した抽出部におけるブロック化の説明図である。It is explanatory drawing of blocking in the extraction part shown in FIG. 図1に示した分離部の構成図である。It is a block diagram of the isolation | separation part shown in FIG. 図4(a)は、抽出部における隣接したブロック間で重複した領域の入射信号を示し、図4(b)は、図4(a)に示した重複領域における各ブロックのデータを個々に分離抽出した後の原信号を示した図である。FIG. 4 (a) shows the incident signal of the overlapping area between adjacent blocks in the extraction unit, and FIG. 4 (b) separates the data of each block in the overlapping area shown in FIG. 4 (a) individually. It is the figure which showed the original signal after extracting. 従来の混合信号分離・抽出装置を示した構成図である。It is the block diagram which showed the conventional mixed signal separation / extraction apparatus. 図5に示した抽出部におけるブロック化(サンプリング期間)を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating blocking (sampling period) in the extraction unit illustrated in FIG. 5. 図5に示した分離部の構成図である。It is a block diagram of the isolation | separation part shown in FIG. 図8(a)は、抽出部における隣接したブロック間の入射信号を示し、図8(b)は、図8(a)に示した隣接した各ブロックのデータが個々に分離抽出された後の原信号を示した図である。FIG. 8A shows an incident signal between adjacent blocks in the extraction unit, and FIG. 8B shows a state after data of each adjacent block shown in FIG. It is the figure which showed the original signal.

符号の説明Explanation of symbols

1(11〜14) センサ
2(21〜24) 帯域濾波器
3(31〜34) A/D変換器
7 連結部
8 D/A変換部
9(91〜94) 抽出部
10 分離部
101 共分散行列生成回路
102 固有ベクトル算出回路
103 白色化・無相関化及び電力正規化回路
104 分離行列生成回路
105 混合行列生成回路
106 信号分離処理回路
11 算出部
12 連結部
1 (11-14) Sensor 2 (21-24) Bandpass filter 3 (31-34) A / D converter 7 Connection unit 8 D / A conversion unit 9 (91-94) Extraction unit 10 Separation unit 101 Covariance Matrix generation circuit 102 Eigenvector calculation circuit 103 Whitening / decorrelation and power normalization circuit 104 Separation matrix generation circuit 105 Mixing matrix generation circuit 106 Signal separation processing circuit 11 Calculation unit 12 Connection unit

Claims (3)

複数の入射信号が混合された信号をそれぞれ受信する複数のセンサと、
これら複数のセンサで受信された前記信号をそれぞれA/D変換するA/D変換部と、
このA/D変換部でデジタル信号に変換された前記信号を、時間軸上で重複領域を有しつつ順次つらなるブロックに区分して抽出する抽出部と、
この抽出部で抽出された各ブロックの前記信号を順次導入し、ブラインド信号分離により原信号を分離して出力する分離部と、
この分離部で分離出力された各ブロックの原信号を導入し、前記重複領域を有して隣接する二つのブロックで連結すべき原信号の組み合わせを算出するとともに、前記重複領域において先行する第1ブロックで分離された第1原信号と、前記第1ブロックに続く第2ブロックで分離され前記第1原信号と連結すべき第2原信号との間の前記重複領域における信号差とを算出する算出部と、
この算出部により算出された連結すべき原信号の組み合わせと、前記重複領域における前記信号差とに基づき、前記分離部から出力された前記第1原信号と前記第2原信号とを連結して連続した原信号を再生する連結部と
を具備し、
前記分離部は、
前記抽出部において抽出されたブロックの前記信号を導入してブラインド分離行列を生成するブラインド分離行列生成回路と、
このブラインド分離行列生成回路において生成された分離行列から混合行列を生成する混合行列生成回路と、
この混合行列生成回路で生成された混合行列と前記抽出部で抽出された信号とによる信号分離処理により、前記ブロックにおける原信号を分離して出力する信号分離処理回路とから構成されたことを特徴とする混合信号分離・抽出装置。
A plurality of sensors each receiving a mixed signal of a plurality of incident signals;
An A / D converter for A / D converting each of the signals received by the plurality of sensors;
An extraction unit that extracts the signal converted into a digital signal by the A / D conversion unit by sequentially dividing the signal into blocks that have overlapping regions on the time axis;
A separation unit that sequentially introduces the signals of each block extracted by the extraction unit, separates and outputs the original signal by blind signal separation, and
The original signal of each block separated and output by the separation unit is introduced to calculate a combination of original signals to be connected by two adjacent blocks having the overlapping region, and the preceding first in the overlapping region. A signal difference in the overlapping region between a first original signal separated by a block and a second original signal separated by a second block following the first block and to be connected to the first original signal is calculated. A calculation unit;
Based on the combination of the original signals to be connected calculated by the calculation unit and the signal difference in the overlapping region, the first original signal and the second original signal output from the separation unit are connected. And a connecting part for reproducing a continuous original signal ,
The separation unit is
A blind separation matrix generation circuit for generating a blind separation matrix by introducing the signal of the block extracted in the extraction unit;
A mixing matrix generation circuit that generates a mixing matrix from the separation matrix generated in the blind separation matrix generation circuit;
A signal separation processing circuit configured to separate and output the original signal in the block by a signal separation process using the mixing matrix generated by the mixing matrix generation circuit and the signal extracted by the extraction unit. A mixed signal separation and extraction device.
前記算出部は、前記組み合わされるべき前記第1原信号と前記第2原信号の前記重複領域における振幅特性の差、または電力特性の差を前記信号差として出力し、The calculation unit outputs, as the signal difference, a difference in amplitude characteristics in the overlapping region between the first original signal and the second original signal to be combined, or a difference in power characteristics,
前記連結部は、前記算出部から出力された前記信号差に基づき、前記振幅特性の差または電力特性の差を補正して前記第1原信号と前記第2原信号とを連結することを特徴とする請求項1に記載の混合信号分離・抽出装置。  The connection unit corrects the difference in amplitude characteristics or the difference in power characteristics based on the signal difference output from the calculation unit, and connects the first original signal and the second original signal. The mixed signal separation / extraction apparatus according to claim 1.
前記算出部は、前記組み合わされるべき前記第1原信号と前記第2原信号の前記重複領域における位相差を前記信号差として出力し、The calculation unit outputs the phase difference in the overlap region of the first original signal and the second original signal to be combined as the signal difference,
前記連結部は、前記算出部から供給された前記位相差に基づき、前記位相差を補正して前記第1原信号と前記第2原信号とを連結することを特徴とする請求項1に記載の混合信号分離・抽出装置。  The said connection part correct | amends the said phase difference based on the said phase difference supplied from the said calculation part, and connects the said 1st original signal and the said 2nd original signal. Mixed signal separation and extraction device.
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