JP4872871B2 - 音源方向検出装置、音源方向検出方法及び音源方向検出カメラ - Google Patents
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Description
本来であれば、|sinθ|≦1であることは自明である。しかし、従来は、sinθの値を求めるために、以下の数式を用いていた。ここで、周波数をf[Hz]、φを位相差としている。
こうして、従来、複数のマイクで音声を集音する場合に、周波数毎の推定角度をヒストグラムに加え、一番度数の高い角度を音源方向として検出していた。
カメラ1は、レンズ部1cを備えており、レンズ部1cを介して入射した像光をCCD(Charge Coupled Device)撮像素子4の撮像面に結像させる構成としている。レンズ部1cのズーム、フォーカス等を制御するカメラ駆動部1eは、制御装置2から供給される制御信号によってレンズ部1cを駆動する。カメラ1が撮像して得るアナログ映像信号は、制御装置2に内蔵されて各部を制御する制御部16に供給される。そして、制御部16は、アナログ信号の映像フレームをデジタル信号の映像フレームに変換し、所定のデジタル処理を施す。
初めに、第1のマイク1aと第2のマイク1bは、音源からの音声を集音し(ステップS1)、音声フレームを制御装置2に送る。制御装置2に送られた音声フレームは、デジタル信号に変換された後、周波数分解部21に送られる。
図5(a)は、ある周波数における度数分布を加算して得られるヒストグラムの表示例である。集音された音声は、複数の周波数成分に分解される。そして、周波数毎に定まる度数は、誤差の範囲32内で正規分布に従って分散される。つまり、分散された度数は、推定したsinθ=0.3に最も多く加算される。本例では、sinθ=0.3を中心に5つのsinθに対して加算処理してある。
正しい音源方向は、sinθ=0.3とする。図6(a)より、3kHzの音波から求められる度数35と、4kHzの音波から求められる度数36は、sinθ=0.3の他にも様々な方向に分散して加算されることが示される。これは、周波数が高くなると、sinθ_0=f(φ,周波数)、sinθ_1=f(φ+2π,周波数)という、複数のθの候補が存在するためである。このため、他の方向の加算値の影響によって、音源方向を誤る可能性がある。
図8(a)は、第1のフレームのヒストグラムの表示例を示す。
図8(b)は、第2のフレームのヒストグラムの表示例を示す。
従来では、所定の単位時間に取得したフレーム毎に周波数分解した後、フレーム毎に度数を加算していた。つまり、第1のフレームで加算した度数を一度リセットした上で、第2のフレームで度数を加算していた。この場合、時間的に連続するフレームであっても、フレーム毎にヒストグラムが異なり、推定する音源方向がバラつくことがあった。本例では、このような問題点を解決している。
図10(a)は、第1のフレームのヒストグラムの表示例を示す。
同一周波数成分であっても、時間の経過と共に、フレームによって異なるヒストグラムが表示される。ここで、第1のフレームにおけるsinθ=xでの加算値を、hist(1,x)という関数で表す。
度数加算値平滑部42は、図10(a)で示したヒストグラムの度数の加算値を、以下の式(4)によって平滑化する。なお、hist_smooth(1,x)は、平滑化された度数分布を示す関数である。
第2のフレームは、sinθ=xでの加算値を、hist_add(2,x)という関数で表す。
第2のフレームは、第1のフレームの後に集音された音声から生成される音声フレームである。第1のフレームと第2のフレームは、時間に連続して生成される音声フレームである。ただし、第1のフレームと第2のフレームは、互いに時間の一部が重なっていてもよい。あるいは、第1のフレームと第2のフレームは、時間が重ならなくてもよい。
このとき、hist_smooth(1,x)とhist_add(2,x)を加算するが、式(5)に示す音源の方向の精度を高める信頼度係数c(0≦c≦1)を各関数に乗じて重み付けをする。
ここで、壁等からの反射音について、図11を参照して説明する。
直接音のみを集音する場合、マイク間のパワーは、音源からの距離の比の2乗に反比例することが知られている。例えば、第1のマイク1aと第2のマイク1bとの距離を10cmとし、第2のマイク1bと音源(話者)との距離L1を1mとする。この場合、第1のマイク1aと音源(話者)との距離L2は、1.1mと近似すると、L1:L2=1:1.1となる。そして、第1のマイクのパワーをP1,第2のマイクのパワーをP2とすると、パワーの比は、P1:P2=1:(1/1.21)である。つまり、第1のマイク1aと第2のマイク1bのパワー比は、1:1に近いと言える。
反射音の影響を受けると、第1のマイク1aと第2のマイク1bのパワー比は、1:1ではなくなってしまう。そこで、このようにパワー比が著しく異なる周波数では、ヒストグラムに加算する度数の割合を小さくする。この結果、反射音がヒストグラムに与える影響を小さくすることができ、誤った方向を音源方向として検出することを防ぐことができる。
Claims (8)
- 音源からの音声を集音し、音声フレームを生成する複数のマイクロホンと、
前記音声フレームを周波数成分に分解する周波数分解部と、
前記音声と共に集音されたノイズの影響を位相に対する誤差範囲として決定する誤差範囲決定部と、
前記誤差範囲決定部によって決定された前記誤差範囲に基づいて、前記周波数分解部によって分解された周波数成分毎の前記音声のパワーに対応する度数を分散する度数分散部と、
前記度数に前記周波数成分が高くなるにつれて値を大きくする重み付けを行って、前記度数分散部によって分散された前記度数を加算する度数加算部と、
前記度数加算部によって加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相に基づいて、前記音源の方向を検出する音源方向検出部と、を備える
音源方向検出装置。 - 複数のマイクロホンが音源から集音する音声から生成した音声フレームを周波数成分に分解するステップと、
前記音源の周囲に生じるノイズの影響を誤差範囲として決定するステップと、
決定された前記誤差範囲に基づいて、分解された周波数成分から求まる度数を分散するステップと、
前記度数に前記周波数成分が高くなるにつれて値を大きくする重み付けを行って、分散された前記度数を加算するステップと、
加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相を、前記音源の方向として検出するステップと、を含む
音源方向検出方法。 - 話者を撮像する撮像部と、
音源からの音声を集音し、音声フレームを生成する複数のマイクロホンと、
前記音声フレームを周波数成分に分解する周波数分解部と、
前記音源の周囲に生じるノイズの影響を誤差範囲として決定する誤差範囲決定部と、
前記誤差範囲決定部によって決定された前記誤差範囲に基づいて、前記周波数分解部によって分解された周波数成分から求まる度数を分散する度数分散部と、
前記度数に前記周波数成分が高くなるにつれて値を大きくする重み付けを行って、前記度数分散部によって分散された前記度数を加算する度数加算部と、
前記度数加算部によって加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相を、前記音源の方向として検出する音源方向検出部と、を備える
音源方向検出カメラ。 - 音源からの音声を集音し、第1の音声フレームを生成する複数のマイクロホンと、
前記音声フレームを周波数成分に分解する周波数分解部と、
前記周波数分解部によって分解された周波数成分毎に定まる度数を加算する度数加算部と、
前記度数加算部によって加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相に基づいて、前記音源の方向を検出する音源方向検出部と、
前記度数加算部によって加算された度数を平滑化する度数加算値平滑部と、
前記平滑化された度数を保存する平滑度数加算値保存部と、を備え、
前記度数加算部は、前記平滑度数加算値保存部から読み出した前記第1の音声フレームが平滑化された度数と、前記第1の音声フレームに連続して集音される音声から前記複数のマイクロホンによって生成される第2の音声フレームの周波数成分毎に定まる度数の加算値に対して、前記音源の方向の精度を高める信頼度係数を乗ずる重み付けを行う
音源方向検出装置。 - 請求項4記載の音源方向検出装置において、
前記信頼度係数は、前記第1の音声フレームによって生成されるヒストグラムに比較して、前記第1の音声フレームに連続して集音される音声から前記複数のマイクロホンによって生成される第2の音声フレームがどれだけ信頼できるかを示す係数である
音源方向検出装置。 - 請求項4又は5記載の音源方向検出装置において、
前記度数加算部は、前記複数のマイクロホンが集音したそれぞれの前記音声のパワー比が大きい周波数成分の音声は、加算する度数を少なくする
音源方向検出装置。 - 複数のマイクロホンが音源から集音する音声から生成した第1の音声フレームを周波数成分に分解するステップと、
分解された周波数成分毎に定まる度数を加算するステップと、
加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相に基づいて、前記音源の方向を検出するステップと、
加算された度数を平滑化するステップと、
前記平滑化された度数を保存するステップと、
前記第1の音声フレームが平滑化された度数と、前記第1の音声フレームに連続して集音される音声から前記複数のマイクロホンによって生成される第2の音声フレームの周波数成分毎に定まる度数の加算値に対して、前記音源の方向の精度を高める信頼度係数を乗ずる重み付けを行うステップと、を含む
音源方向検出方法。 - 話者を撮像する撮像部と、
音源からの音声を集音し、第1の音声フレームを生成する複数のマイクロホンと、
前記第1の音声フレームを周波数成分に分解する周波数分解部と、
前記周波数分解部によって分解された周波数成分毎に定まる度数を加算する度数加算部と、
前記度数加算部によって加算された加算値のうち、最も大きい加算値が位置する位相に基づいて、前記音源の方向を検出する音源方向検出部と、
前記度数加算部によって加算された度数を平滑化する度数加算値平滑部と、
前記平滑化された度数を保存する平滑度数加算値保存部と、を備え、
前記度数加算部は、前記平滑度数加算値保存部から読み出した前記第1の音声フレームが平滑化された度数と、前記第1の音声フレームに連続して集音される音声から前記複数のマイクロホンによって生成される第2の音声フレームの周波数成分毎に定まる度数の加算値に対して、前記音源の方向の精度を高める信頼度係数を乗ずる重み付けを行う
音源方向検出カメラ。
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