JP4886616B2 - Sound collection device, sound collection method, sound collection program using the method, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は音声通話や機器の操作などハンズフリー方式で音声を収音する収音装置、収音方法、その方法を用いた収音プログラム、および記録媒体に関し、特にとらえたい音声を発する所望音源以外の雑音源が多数存在する場合に大きく関係する。 The present invention relates to a sound collection device, a sound collection method, a sound collection program using the method, and a recording medium that collects sound in a hands-free manner such as voice calls and device operations. This is greatly related to the case where there are many noise sources.
多数の背景雑音が存在する環境でのハンズフリーマイクを想定し、特定位置にある所望音源を強調する手法として、複数のビームフォーマー出力から所望音パワーを推定し、強調する方法が提案されている(非特許文献1)。
非特許文献1の技術では残響の影響を考慮していないため、一般的な室内のように残響が存在する環境では、雑音抑圧性能が理論上の性能よりも低下してしまう。特に、残響が多い環境では、さらに雑音抑圧性能の低下が著しい。したがって、収音された所望の音の品質が劣化することになる。
本発明の収音装置は、この課題を解決するためになされたもので、残響がある環境でも雑音抑圧性能を向上させ、収音される所望信号の音質を向上させることを目的とする。
Since the technology of Non-Patent
The sound collection device of the present invention was made to solve this problem, and aims to improve noise suppression performance even in an environment with reverberation and to improve the sound quality of a desired signal to be collected.
本発明の収音装置は、6つ以上の収音部と、処理対象信号生成部と、パワースペクトル推定部と、残響スペクトル推定部と、利得係数算出部と、乗算部とを備える。6つ以上の収音部は、複数のマイクロホンを搭載して構成されるマイクロホンアレーの出力信号を利用して、それぞれ異なる領域の音を収音する。ここで、「それぞれ異なる」とは、一致しないことを言い、重複する部分があってもよい。パワースペクトル推定部は、各収音部で得られた各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定する。残響スペクトル推定部は、パワースペクトル推定部が推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、残響音の信号量を周波数ごとに求める。利得係数算出部は、所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める。乗算部は、利得係数算出部で算出した利得係数を処理対象信号に乗算する。 The sound collection device of the present invention includes six or more sound collection units, a processing target signal generation unit, a power spectrum estimation unit, a reverberation spectrum estimation unit, a gain coefficient calculation unit, and a multiplication unit. The six or more sound collection units collect sounds in different regions by using output signals of a microphone array configured by mounting a plurality of microphones. Here, “different” means that they do not match, and there may be overlapping portions. The power spectrum estimation unit estimates the signal amount of the desired sound source from which the reverberation signal has been removed and the signal amount of other sound sources for each frequency from the collected sound signal and the reverberant signal amount obtained by each sound collecting unit. To do. The reverberation spectrum estimation unit obtains the signal amount of the reverberation sound for each frequency from the signal amount of the desired sound source estimated by the power spectrum estimation unit and the signal amount of other sound sources. The gain coefficient calculation unit obtains a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source. The multiplication unit multiplies the processing target signal by the gain coefficient calculated by the gain coefficient calculation unit.
例えば、6つの収音部(第1収音部〜第6収音部)を備える場合には、第1及び第2収音部は、複数のマイクロホンを搭載して構成されるマイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から所望音源位置を含む角度領域の音を収音する。第3及び第4収音部は、マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する。第5収音部は、互いに異なる位置の中間点から所望音源位置を含む角度領域の音を収音する。第6収音部は、中間点から所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する。処理対象信号生成部は、あらかじめ定めた1つ以上のマイクロホンまたは収音部からの信号から、処理対象信号を生成する。 For example, when six sound collecting units (first sound collecting unit to sixth sound collecting unit) are provided, the first and second sound collecting units are outputs of a microphone array configured by mounting a plurality of microphones. Using the signal, sound in an angular region including a desired sound source position is collected from different positions. The third and fourth sound collection units collect sound in an angular region that does not include the desired sound source position from different positions using the output signals of the microphone array. The fifth sound collection unit collects sound in an angle region including a desired sound source position from an intermediate point between different positions. The sixth sound collecting unit picks up sound in an angle region that does not include the desired sound source position from the intermediate point. The processing target signal generation unit generates a processing target signal from one or more predetermined microphones or signals from the sound collection unit.
または、例えば、第1及び第2収音部は、複数のマイクロホンを搭載して構成されるマイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、所望音源位置を含まない角度領域の一部の音を抑圧して収音する。第3及び第4収音部は、マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、所望音源位置を含む角度領域の音を抑圧して収音する。第5及び第6収音部は、マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、所望音源位置を含まない角度領域であって、第1及び第2収音部とは異なる一部の音を抑圧して収音する。 Alternatively, for example, the first and second sound collection units may use a part of an angular region that does not include a desired sound source position from different positions using an output signal of a microphone array configured by mounting a plurality of microphones. The sound is suppressed and collected. The third and fourth sound collection units collect sound by suppressing the sound in the angle region including the desired sound source position from different positions using the output signals of the microphone array. The fifth and sixth sound collection units are angular regions that do not include the desired sound source position from different positions using the output signals of the microphone array, and are different from the first and second sound collection units. The sound is suppressed and collected.
なお、残響スペクトル推定部は、所望音源の信号量とその他の音源の信号量を、収音部ごとの信号量に変換するゲイン行列乗算部と、収音部ごとの信号量を記録し、複数の過去の収音部ごとの信号量を重み付き加算する重み付き加算部とを備えればよい。 The reverberation spectrum estimation unit records a signal amount for each sound collection unit, a gain matrix multiplication unit that converts the signal amount of the desired sound source and the signal amount of other sound sources into a signal amount for each sound collection unit, and And a weighted adder that weights and adds the signal amount for each past sound pickup unit.
本発明の収音装置によれば、残響音の信号量を求め、残響音の信号量を引いた収音信号から所望音源の信号量を求めるので、残響が存在する環境でも雑音抑圧性能を向上することができる。また、高品質な収音が可能となる。 According to the sound collection device of the present invention, the signal amount of the reverberation sound is obtained, and the signal amount of the desired sound source is obtained from the sound collection signal obtained by subtracting the signal amount of the reverberation sound, so that noise suppression performance is improved even in an environment where reverberation exists. can do. In addition, high-quality sound collection is possible.
図1に本発明の利用状況の一例を示す。2つの小規模マイクロホンアレー3L、3Rをある程度(例えばマイクロホンアレー3L、3Rと所望音源1までの距離と同程度の距離)離れた異なる位置に配置し、それぞれマイクロホンで受音された信号に対して以下で説明する処理を行なう。以下に説明する処理を行なうことにより所望音源1の音が強調されて収音され、背景雑音源2の音は抑圧される。
本発明について説明する前に、まず、未公開の特許出願(特願2006−52502)で示された技術を説明する。図2に特願2006−52502の収音装置の全体の構成を示す。この図2を用いて収音装置の概要を説明する。マイクロホンアレー3Lの各マイクロホンで生成された各受音信号は、この例では第1収音部4−1と第3収音部4−3に入力される。更に、マイクロホンアレー3Rの各マイクロホンで生成された各受音信号はこの例では第2収音部4−2と第4収音部4−4に入力される。マイクロホンアレー3Lと3Rの中央に位置するマイクロホンの信号が第5収音部4−5と第6収音部4−6に入力される。なお、両マイクロホンアレー3Lと3Rに搭載されるマイクロホンの数は必ずしも同数である必要はない。
FIG. 1 shows an example of the usage situation of the present invention. Two
Before describing the present invention, first, a technique disclosed in an unpublished patent application (Japanese Patent Application No. 2006-5502) will be described. FIG. 2 shows the overall configuration of the sound collection device of Japanese Patent Application No. 2006-55022. The outline of the sound collecting device will be described with reference to FIG. In this example, each sound reception signal generated by each microphone of the
第1収音部4−1〜第4収音部4−4は図4に示すように各マイクロホンの受音信号x1〜xmが入力されるM個のフィルタ処理部41と、これらM個のフィルタ処理部41の各出力信号を加算する加算部42とによって構成される。各フィルタ処理部41は例えばFIRフィルタ等で構成され、デジタル処理により収音信号に含まれる周波数成分毎に分析処理を行いマイクロホンアレー3Lと3Rの指向特性を設定する。このような技術は例えば大賀寿郎、山崎芳男、金田豊共著「音響システムとデジタル処理」平成7年3月25日社団法人電子情報通信学会発行に記載されており、周知の技術により実現することができる。
As shown in FIG. 4, the first sound collecting unit 4-1 to the fourth sound collecting unit 4-4 include M
ここでは第1収音部4−1の指向特性及び第2収音部4−2の指向特性はマイクロホンアレー3L及び3Rのほぼ中央位置から図3に示す所望音源1の位置を含む角度領域ΘLとΘRを収音範囲とする特性に設定する。第3収音部4−3と第4収音部4−4の指向特性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中央位置から図3に示す所望音源1の位置を含まない角度領域ΘL ̄とΘR ̄とを収音範囲とする特性に設定する。さらに、第5収音部4−5の指向性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中間位置から所望音源1の位置を含む角度領域ΘCを収音範囲とする特性に設定する。第6収音部4−6の指向性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中間位置から所望音源1の位置を含まない角度領域Θ ̄Cの角度範囲を収音範囲とする特性に設定する。
Here, the directivity characteristic of the first sound collection unit 4-1 and the directivity characteristic of the second sound collection unit 4-2 are angular regions Θ including the position of the desired
第1乃至第6収音部4−1〜4−6の指向特性で収音された収音信号は周波数領域変換部5で周波数領域の信号に変換される。周波数領域への変換は入力された信号を短い時間長(例えばサンプリング周波数16000Hzの場合は256サンプル程度)のフレームに分解し、それぞれのフレームにおいて離散フーリエ変換を行なう。離散フーリエ変換は例えばFFT等と呼ばれている高速フーリエ変換等を用いることができる。周波数領域に変換された信号は複数の周波数領域成分に分割される。
周波数領域の信号に変換された収音信号は加算部6と音源信号成分推定部7とに入力される。加算部6へは第1収音部4−1と第2収音部4−2の出力信号を入力する。加算部6では周波数領域へ変換された各周波数領域の信号を同一周波数領域成分ごとに加算する。
The collected sound signals collected with the directivity characteristics of the first to sixth sound collecting units 4-1 to 4-6 are converted into frequency domain signals by the frequency
The collected sound signal converted into the frequency domain signal is input to the adding
音源信号成分推定部7へは第1収音部4−1から第6収音部4−6の全ての出力信号を入力し、周波数領域ごとに各音源の信号量を推定する。各音源の信号量が推定できると、所望音源1の信号量対その他の音源の信号量との比つまりSN比を求めることができる。このSN比を周波数領域ごとに求め、このSN比を利得係数として乗算部9で加算部6から与えられる所望音源1の信号を主成分とする信号に各周波数領域毎に乗算することにより、所望音源1の信号を主成分とする信号に含まれる背景雑音成分を抑制することができる。乗算部9の乗算結果は逆周波数領域変換部10で時間領域信号に変換され、雑音除去後の信号として出力される。以上は特願2006−52502の発明の概要である。
All output signals from the first sound collection unit 4-1 to the sixth sound collection unit 4-6 are input to the sound source signal
以下では各部の構成及び動作を詳細に説明する。図4は第1収音部乃至第4収音部4−1〜4−4の構成を示している。ここでは第1収音部4−1を例示して説明するが、同様の処理が第2収音部4−2、第3収音部4−3、第4収音部4−4でも行われる。これら第1収音部4−1〜4−4は所望音源1の位置を挟んでその両側の方向から所望音源位置を含む角度領域を収音範囲とする収音特性及び所望音源位置を含まない角度領域を収音範囲とする収音特性に設定されることからサイドビームフォーマーとして機能する。第1収音部4−1に入力された信号xLmL(n)(mL=1,2,…,ML)はフィルタ処理部41に入力される。フィルタ処理部41ではあらかじめ与えられた(決定方法は後述する)フィルタ係数wLmL(n)と入力信号xLmL(n)を、式(1)に示す畳み込み演算に代入して得られる信号x'LmL(n)を出力する。
Hereinafter, the configuration and operation of each unit will be described in detail. FIG. 4 shows the configuration of the first to fourth sound collection units 4-1 to 4-4. Here, the first sound collection unit 4-1 is described as an example, but the same processing is performed in the second sound collection unit 4-2, the third sound collection unit 4-3, and the fourth sound collection unit 4-4. Is called. These first sound collection units 4-1 to 4-4 do not include a sound collection characteristic and a desired sound source position in which an angle region including the desired sound source position from both directions across the position of the desired
図5は正面ビームフォーマーとして機能する第5収音部4−5と第6収音部4−6における処理の流れを示している。正面ビームフォーマーにはマイクロホンアレー3Lの中心に配置されたマイクロホンで受音された信号xL(ML/2)(n)と、マイクロホンアレー3Rの中心に配置されたマイクロホンで受音された信号xR(MR/2)(n)が入力され、それぞれフィルタ処理部51と52に入力される。フィルタ処理部51と52では入力された信号xL(ML/2)(n)とxR(MR/2)(n)に、式(7)と式(8)に示すようなあらかじめ与えられたフィルタ係数wC(ML/2)(n)、wC(MR/2)(n)を畳み込んだ出力x’L(ML/2)(n)、x’R(MR/2)(n)を出力する。
FIG. 5 shows the flow of processing in the fifth sound collection unit 4-5 and the sixth sound collection unit 4-6 functioning as a front beam former. The front beamformer has a signal x L (ML / 2) (n) received by the microphone arranged at the center of the
ySC(n)=x’L(ML/2)(n)+x’R(MR/2)(n) (10)
第6収音部4−6ではフィルタ処理部51と52の出力信号x’L(ML/2)(n)とx’R(MR/2)(n)を減算部54に入力する。減算部54では入力された信号を式(11)のように減算して、信号yNC(n)を出力する。したがって第6収音部4−6では、マイクロホンアレー3Lとマイクロホンアレー3Rの間の中間点から見て、所望音源1の方向以外で発せられる音のみを強調して収音する。
y SC (n) = x ′ L (ML / 2) (n) + x ′ R (MR / 2) (n) (10)
The sixth sound collection unit 4-6 inputs the output signals x ′ L (ML / 2) (n) and x ′ R (MR / 2) (n) of the
yNC(n)=x’L(ML/2)(n)−x’R(MR/2)(n) (11)
図6は音源信号成分推定部7における処理の流れを示している。音源信号成分推定部7に入力される周波数成分YSL(ω,l)、YNL(ω,l)、YSC(ω,l)、YNC(ω,l)、YSR(ω,l)、YNR(ω,l)はそれぞれパワー演算部61に入力され、信号のパワー値|YSL(ω,l)|2、|YNL(ω,l)|2、|YSC(ω,l)|2、|YNC(ω,l)|2、|YSR(ω,l)|2、|YNR(ω,l)|2が出力され、ベクトル化部62に入力される。ベクトル化部62では、入力された第1乃至第6収音部4−1〜4−6の各出力信号のパワー値を式(12)のようにベクトル形式でまとめた、パワーベクトルY(ω,l)を出力する。
y NC (n) = x ′ L (ML / 2) (n) −x ′ R (MR / 2) (n) (11)
FIG. 6 shows the flow of processing in the sound source signal
乗算部9は式(18)に示すように入力されたビームフォーマー出力パワーベクトルとパワー推定行列の乗算を周波数成分ごとに行い、推定信号パワーベクトルXopt(ω,l)を出力する。
Xopt(ω,l)=T+Y(ω,l) (18)
図7は利得係数算出8における処理の流れを示している。図6に示した音源信号成分推定部7より入力された推定信号パワーベクトルXopt(ω,l)はベクトル要素抽出部81に入力される。ベクトル要素抽出部81では式(19)に示すように、入力された推定信号パワーベクトルの第1成分を推定信号パワー|S(ω,l)|2、第2成分を推定左方向雑音パワー|NL(ω,l)|2、第3成分を推定正面方向雑音パワー|NC(ω,l)|2、第4成分を推定右方向雑音パワー|NR(ω,l)|2としてそれぞれ出力し、それらはSN比推定部82に入力される。
The
X opt (ω, l) = T + Y (ω, l) (18)
FIG. 7 shows the flow of processing in the
利得係数R(ω,l)は周波数領域毎に算出される。従って雑音の混入量が少ない周波数領域では利得係数R(ω,l)は「1」に近い値となり、所望信号成分はそのまま出力される。また雑音の混入量が多い周波数領域では利得係数R(ω,l)は「0」に近い値となり、その周波数領域の信号成分は大きく減衰され、雑音量を抑制する。このように周波数領域ごとに利得係数R(ω,l)を加算部6から与えられる所望信号を主成分とする信号YS(ω,l)に乗算することにより、周波数領域ごとに雑音成分が抑圧され、逆周波数領域変換部10で時間領域に変換された信号のSN比を向上することができる。
The gain coefficient R (ω, l) is calculated for each frequency domain. Therefore, the gain coefficient R (ω, l) is a value close to “1” in the frequency region where the amount of noise is small, and the desired signal component is output as it is. In the frequency region where the amount of noise is large, the gain coefficient R (ω, l) is a value close to “0”, and the signal component in that frequency region is greatly attenuated to suppress the noise amount. In this way, by multiplying the signal Y S (ω, l) whose main component is the desired signal given from the adding
[第1実施形態]
図8に、本発明の第1実施形態の収音装置全体の構成例を示す。図2に示した特願2006−52502の収音装置全体の構成とは、パワースペクトル推定部110、残響スペクトル推定部120、処理対象信号生成部140が異なる。図9は、第1実施形態の収音装置の処理フローを示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 8 shows a configuration example of the entire sound collecting device according to the first embodiment of the present invention. The power
第1及び第2収音部4−1、4−2は、複数のマイクロホンを搭載して構成されるマイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から所望音源位置を含む角度領域の音ySL(n)、ySR(n)を収音する(S4−1、S4−2)。第3及び第4収音部4−3、4−4は、マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から前記所望音源位置を含まない角度領域の音yNL(n)、yNR(n)を収音する(S4−3、S4−4)。第5収音部4−5は、互いに異なる位置の中間点から所望音源位置を含む角度領域の音ySC(n)を収音する(S4−5)。第6収音部4−6は、中間点から所望音源位置を含まない角度領域の音yNC(n)を収音する(S4−6)。周波数領域変換部5は、各収音部4−1〜4−6で収音された信号ySL(n)、ySR(n)、yNL(n)、yNR(n)、ySC(n)、yNC(n)を、周波数領域の信号YSL(ω,l)、YSR(ω,l)、YNL(ω,l)、YNR(ω,l)、YSC(ω,l)、YNC(ω,l)に変換する。処理対象信号生成部140は、周波数領域の第1収音部4−1からの信号YSL(ω,l)と第2収音部4−2からの信号YSR(ω,l)の平均を、処理対象信号YS(ω,l)とする(S140)。パワースペクトル推定部110は、周波数領域に変換された各収音部4−1〜4−6で得られた各収音信号YSL(ω,l)、YSR(ω,l)、YNL(ω,l)、YNR(ω,l)、YSC(ω,l)、YNC(ω,l)と残響音の信号量Z* est(ω,l)から、残響信号を除去した所望音源の信号量とその他の音源の信号量Xopt(ω,l)とを、周波数ごとに推定する(S110)。残響スペクトル推定部120は、パワースペクトル推定部110が推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量Xopt(ω,l)から、残響音の信号量Z* est(ω,l)を周波数ごとに求める(S120)。利得係数算出部8は、所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数R(ω,l)を求める(S8)。乗算部9は、利得係数算出部8で算出した利得係数R(ω,l)を処理対象信号YS(ω,l)に乗算する(S9)。逆周波数領域変換部10は、利得係数が乗算された処理対象信号R(ω,l)YS(ω,l)を時間領域に変換する。
The first and second sound collecting units 4-1 and 4-2 use the output signals of the microphone array configured by mounting a plurality of microphones, and the sound y in the angle region including the desired sound source position from different positions. SL (n) and y SR (n) are picked up (S4-1, S4-2). The third and fourth sound collection units 4-3 and 4-4 use the output signals of the microphone array to generate sound y NL (n), y NR (in an angular region not including the desired sound source position from different positions. n) is picked up (S4-3, S4-4). The fifth sound pickup unit 4-5, picks up the sound y SC (n) of the angular region including the desired sound source position from the midpoint of the different positions (S4-5). The sixth sound collecting unit 4-6 picks up the sound y NC (n) in the angular region not including the desired sound source position from the intermediate point (S4-6). The frequency
次に、図2の収音装置と異なる構成部の詳細を説明する。図10は、処理対象信号生成部140の機能構成例を示す図である。処理対象信号生成部140は、加算部141と除算部142から構成される。加算部141は、周波数領域の第1収音部4−1からの信号YSL(ω,l)と第2収音部4−2からの信号YSR(ω,l)とを加算する。除算部142は、加算された信号を2で割り、平均値を処理対象信号YS(ω,l)として出力する。図2の収音装置では、加算部6によって周波数領域の第1収音部4−1からの信号YSL(ω,l)と第2収音部4−2からの信号YSR(ω,l)とを加算して、処理対象信号YS(ω,l)としていた。違いは、2で割るか否かである。この違いによって生じる差は、信号全体のボリュームだけであり、波形が同じなので、信号処理の観点からは等価である。つまり、2以外の値で除算しても、等価な処理である。
Next, details of components that are different from the sound collection device of FIG. 2 will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration example of the processing target
図11に、パワースペクトル推定部110の機能構成例を示す。パワースペクトル推定部110と、図6の音源信号成分推定部7との違いは、ベクトル化部62と乗算部63との間に、減算部111が備えられている点である。減算部111は、ベクトル化された信号Y(ω,l)から、推定した残響音の信号量Z* est(ω,l)を次式のように減算し、その結果Y’(ω,l)を乗算部63に入力する。
Y’(ω,l)=Y(ω,l)−Z* est(ω,l) (21)
その他の処理は、音源信号成分推定部7と同じである。
FIG. 11 shows a functional configuration example of the power
Y ′ (ω, l) = Y (ω, l) −Z * est (ω, l) (21)
Other processes are the same as those of the sound source signal
図12に、残響スペクトル推定部120の機能構成例を示す。残響スペクトル推定部120は、ゲイン行列乗算部125と重み付き加算部126から構成される。ゲイン行列乗算部125は、所望音源の信号量とその他の音源の信号量Xopt(ω,l)を、収音部ごとの信号量Zest(ω,l)に変換する。ゲイン行列T’は、残響成分に対する各収音部の指向特性のゲインで、例えば式(22)とすればよい。
FIG. 12 shows a functional configuration example of the reverberation
次に、本発明の残響を除去する原理を説明する。図13は雑音発生のモデルを示す図である。図14は、各フレームでのパワースペクトルへの残響の影響を示す図である。残響音は、ある時刻0(ここでは時間フレームで考える)で発せられた直接音に対して、その伝達経路の距離に応じた時間だけ遅れて、また一定の減衰率によってその大きさが減じられてマイクロホンに到達する。例えば、図13に示す例では、時刻0に発せられた直接音と同じ音が時刻1〜3のフレームに残響として影響を与えている。このため、図14に示すように、あるフレームlにおける推定パワースペクトルには、過去のフレームに含まれる直接音の成分が残響として重畳されている。このときの減衰率が残響スペクトル推定部120の重みρnに対応する。重みρnは部屋の音響特性から決定され、例えば部屋の音響特性を示す1つの尺度である残響時間T60を用いて、式(29)によって理論的に計算することが可能である。本発明の収音装置では、過去の直接音の成分は、過去の収音部ごとの信号量Zest(ω,l)として求めることができる。そこで、ゲイン行列乗算部125で収音部ごとの信号量Zest(ω,l)に変換し、重み付き加算部126で収音部ごとの信号量Zest(ω,l)を記録し、複数の過去の収音部ごとの信号量を重み付き加算する。このように残響音の信号量Z* est(ω,l)を求め、パワースペクトル推定部110では、ベクトル化された信号Y(ω,l)から、推定した残響音の信号量Z* est(ω,l)を減算する。したがって、第1実施形態の収音装置は、残響による影響を低減できる。
Next, the principle of removing the reverberation of the present invention will be described. FIG. 13 is a diagram illustrating a noise generation model. FIG. 14 is a diagram illustrating the influence of reverberation on the power spectrum in each frame. The reverberant sound is delayed by a time corresponding to the distance of the transmission path with respect to the direct sound emitted at a certain time 0 (in this case, considered in a time frame), and the magnitude is reduced by a certain attenuation rate. To reach the microphone. For example, in the example shown in FIG. 13, the same sound as the direct sound emitted at
[第2実施形態]
図15に、本発明の第2実施形態の収音装置全体の構成例を示す。第1実施形態(図8)とは、各収音部4’−1〜4’−6、処理対象信号生成部140’、パワースペクトル推定部110’、残響スペクトル推定部120’が異なる。以下では、第1実施形態と異なる構成部について説明する。
[Second Embodiment]
FIG. 15 shows a configuration example of the entire sound collecting device according to the second embodiment of the present invention. The
図16は、各収音部4’−1〜4’−6の設定を説明するための音源位置の領域を示す図である。また、図17は、第1収音部4’−1の機能構成例を示す図である。マイクロホンアレー3Lには、信号xLmL(n)(mL=1,2,…,ML)が入力される。フィルタ処理部41’では、あらかじめ定められた(決定方法は後述する)フィルタ係数wLmL(n)と入力信号xLmL(n)を、式(30)に示す畳み込み演算に代入して得られる信号x'LmL(n)を出力する。
FIG. 16 is a diagram illustrating sound source position regions for explaining the settings of the
同様に、式(35)から式(37)に示すように、マイクロホンアレー3Rの第2収音部4’−2は、角度領域ΘR1の音を抑圧して収音する。第4収音部4’−4は、角度領域ΘR2の音を抑圧して収音する。第6収音部4’−6は、角度領域ΘR3の音を抑圧して収音する。
Similarly, as shown from equation (35) into equation (37), a second collecting sections 4'-
Y B(ω,l)=Y’ B(ω,l)/4 (39)
なお、第1実施形態で説明したように、除算部142’で割る数をいくつにしても、波形が同じなので、信号処理の観点からは等価である。つまり、4以外の値で除算しても、等価な処理である。
Y B (ω, l) = Y ′ B (ω, l) / 4 (39)
Note that, as described in the first embodiment, the waveform is the same regardless of the number of divisions by the
図19に、パワースペクトル推定部110’の機能構成例を示す。パワースペクトル推定部110’は、パワー演算部61’、ベクトル化部62’、減算部111’、乗算部63’、擬似逆行列演算部64’から構成される。パワー演算部61’は、各収音部からの周波数領域の信号YLL(ω,l)、YCL(ω,l)、YRL(ω,l)、YLR(ω,l)、YCR(ω,l)、YRR(ω,l)から、パワー値|YLL(ω,l)|2、|YCL(ω,l)|2、|YRL(ω,l)|2、|YLR(ω,l)|2、|YCR(ω,l)|2、|YRR(ω,l)|2を計算し、出力する。ベクトル化部62’は、パワー値を式(40)のようにベクトル形式でまとめた、パワーベクトルY(ω,l)を出力する。
FIG. 19 shows a functional configuration example of the power
Y’(ω,l)=Y(ω,l)−Z* est(ω,l) (41)
乗算部63’のもう一方の入力であるパワー推定行列T+は、擬似逆行列演算部64’の出力信号である。擬似逆行列演算部64’には式(42)により定義されるゲイン行列Tが入力され、その擬似逆行列T+を出力する。
Y ′ (ω, l) = Y (ω, l) −Z * est (ω, l) (41)
The power estimation matrix T + which is the other input of the
Xopt(ω,l)=T+Y’(ω,l) (46)
図20に、残響スペクトル推定部120’の機能構成例を示す。残響スペクトル推定部120’は、ゲイン行列乗算部125’が、第1実施形態の残響スペクトル推定部120(図12)と異なる。ゲイン行列乗算部125’では、ゲイン行列T’を、例えば式(47)とする。
X opt (ω, l) = T + Y ′ (ω, l) (46)
FIG. 20 shows a functional configuration example of the reverberation
以上のような構成なので、第2実施形態の収音装置も、第1実施形態と同じように残響音を低減する効果を有する。
Since it is the above structure, the sound collection apparatus of 2nd Embodiment has the effect of reducing a reverberation sound similarly to 1st Embodiment.
[第3実施形態]
図21に、本発明の第3実施形態の収音装置全体の構成例を示す。第2実施形態の収音装置とは、処理対象信号生成部140”が異なる。処理対象信号生成部の役割は、収音信号の中から、所望音に近い音を生成しておくことである。そして、雑音や残響を除去すれば高品質な収音が期待できる。所望音源が特定のマイクに近い場合、そのマイクから収音された信号の周波数領域の信号を処理対象信号とすることが合理的である。なお、第1実施形態にも処理対象信号生成部140”を用いることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 21 shows a configuration example of the entire sound collecting device according to the third embodiment of the present invention. The processing target
以上のような構成なので、第3実施形態の収音装置も、第1実施形態や第2実施形態と同じように残響音を低減する効果を有する。 Since it is the above structure, the sound collection apparatus of 3rd Embodiment also has the effect of reducing a reverberation sound similarly to 1st Embodiment or 2nd Embodiment.
[実験例]
次に第2実施形態の収音装置での実験結果を示す。図22は実験環境を示す図である。それぞれのマイクロホンアレーには、4つのマイクロホンが直線状に4cmの等間隔で配置されている。座標の単位はメートルであり、(0.4,0)と(−0.4,0)にそれぞれの中心が位置している。所望音源(対象話者の位置)が(0,0.5)にある。そして、3つの異なる背景雑音源(その他の話者の位置)が(−1.6,2.5)、(1.6,1.0)、(0.0,2.5)に配置されている。図23は、残響が異なる2つの環境で、背景雑音の抑圧量を測定した結果を示す図である。実験環境1が残響時間250msの場合(一般的な寝室を同程度)、実験環境2が残響時間500ms(一般的な会議室と同程度)である。この結果より、本発明の収音装置であれば、残響の異なる場合でも、特願2006−52502の収音装置に比べて残響抑圧量が向上していることが分かる。図24は、第2実施形態の収音装置で収音した音の品質を被験者により確認した結果を示す図である。10人の被験者が、本発明の収音装置で収音した音と、特願2006−52502の収音装置で収音した音とを、2:非常に良くなった、1:良くなった、0:同じである、−1:悪くなった、−2:非常に悪くなった、の5段階で評価した結果の平均値を示している。この結果より、多くの被験者が音が良くなったと評価しており、収音音質が改善していることが分かる。
[Experimental example]
Next, an experimental result in the sound collecting device of the second embodiment is shown. FIG. 22 is a diagram showing an experimental environment. In each microphone array, four microphones are linearly arranged at equal intervals of 4 cm. The unit of the coordinate is meter, and the respective centers are located at (0.4,0) and (−0.4,0). The desired sound source (target speaker position) is at (0, 0.5). Three different background noise sources (other speaker locations) are placed at (−1.6, 2.5), (1.6, 1.0), (0.0, 2.5). ing. FIG. 23 is a diagram illustrating a result of measuring the amount of suppression of background noise in two environments with different reverberations. When the
図25に、コンピュータの機能構成例を示す。なお、本発明の収音装置は、コンピュータ2000の記録部2020に、本発明の各構成部としてコンピュータ2000を動作させるプログラムを読み込ませ、処理部2010、入力部2030、出力部2040などを動作させることで実現できる。また、コンピュータに読み込ませる方法としては、プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、記録媒体からコンピュータに読み込ませる方法、サーバ等に記録されたプログラムを、電気通信回線等を通じてコンピュータに読み込ませる方法などがある。
FIG. 25 shows a functional configuration example of a computer. Note that the sound collection device of the present invention causes the
110、110’ パワースペクトル推定部
111 減算部
120、120’ 残響スペクトル推定部
125、125’ ゲイン行列乗算部
126 重み付き加算部
140、140’、140” 処理対象信号生成部
110, 110 ′ Power
Claims (10)
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンまたは前記収音部からの信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成部と、
前記各収音部で得られた各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定部と、
前記パワースペクトル推定部が推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定部が次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定部と、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出部と、
前記利得係数算出部で算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算部と、
を備える収音装置。 6 or more sound collection units for collecting sounds in different areas using output signals of a microphone array configured with a plurality of microphones;
A processing target signal generation unit that generates a processing target signal from one or more predetermined microphones or signals from the sound collection unit;
A power spectrum estimator that estimates the signal amount of the desired sound source from which the reverberation signal is removed and the signal amount of other sound sources for each frequency from the collected sound signals and the reverberant signal amounts obtained by the sound collecting units. When,
A reverberation spectrum estimation unit that obtains a signal amount of reverberation sound used for the next processing by the power spectrum estimation unit for each frequency from the signal amount of the desired sound source and the signal amount of other sound sources estimated by the power spectrum estimation unit ;
A gain coefficient calculation unit for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplier that multiplies the signal to be processed by the gain coefficient calculated by the gain coefficient calculator;
A sound collecting device.
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第3及び第4収音部と、
前記互いに異なる位置の中間点から前記所望音源位置を含む角度領域の音を収音する第5収音部と、
前記中間点から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第6収音部と、
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンまたは前記収音部からの信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成部と、
前記各収音部で得られた各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定部と、
前記パワースペクトル推定部が推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定部が次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定部と、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出部と、
前記利得係数算出部で算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算部と、
を備える収音装置。 First and second sound collection units that collect sound in an angular region including a desired sound source position from different positions using output signals of a microphone array configured to include a plurality of microphones;
A third and a fourth sound collecting unit for collecting sound in an angular region not including the desired sound source position from different positions using an output signal of the microphone array;
A fifth sound collection unit for collecting sound in an angle region including the desired sound source position from an intermediate point between the different positions;
A sixth sound collecting unit that picks up sound in an angular region not including the desired sound source position from the intermediate point;
A processing target signal generation unit that generates a processing target signal from one or more predetermined microphones or signals from the sound collection unit;
A power spectrum estimator that estimates the signal amount of the desired sound source from which the reverberation signal is removed and the signal amount of other sound sources for each frequency from the collected sound signals and the reverberant signal amounts obtained by the sound collecting units. When,
A reverberation spectrum estimation unit that obtains a signal amount of reverberation sound used for the next processing by the power spectrum estimation unit for each frequency from the signal amount of the desired sound source and the signal amount of other sound sources estimated by the power spectrum estimation unit ;
A gain coefficient calculation unit for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplier that multiplies the signal to be processed by the gain coefficient calculated by the gain coefficient calculator;
A sound collecting device.
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、前記所望音源位置を含む角度領域の音を抑圧して収音する第3及び第4収音部と、
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、前記所望音源位置を含まない角度領域であって、前記第1及び第2収音部とは異なる一部の音を抑圧して収音する第5及び第6収音部と、
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンまたは前記収音部からの信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成部と、
前記各収音部で得られた各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定部と、
前記パワースペクトル推定部が推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定部が次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定部と、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出部と、
前記利得係数算出部で算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算部と、
を備える収音装置。 First and second collections that collect sound by suppressing a part of sound in an angular region that does not include a desired sound source position from different positions using output signals of a microphone array that includes a plurality of microphones. The clef,
Third and fourth sound collection units for collecting sound by suppressing sound in an angle region including the desired sound source position from positions different from each other using output signals of the microphone array;
Collecting sound by suppressing a part of the sound that is different from the first and second sound collection units in an angular region not including the desired sound source position from different positions using the output signal of the microphone array. And fifth and sixth sound collection units
A processing target signal generation unit that generates a processing target signal from one or more predetermined microphones or signals from the sound collection unit;
A power spectrum estimator that estimates the signal amount of the desired sound source from which the reverberation signal is removed and the signal amount of other sound sources for each frequency from the collected sound signals and the reverberant signal amounts obtained by the sound collecting units. When,
A reverberation spectrum estimation unit that obtains a signal amount of reverberation sound used for the next processing by the power spectrum estimation unit for each frequency from the signal amount of the desired sound source and the signal amount of other sound sources estimated by the power spectrum estimation unit ;
A gain coefficient calculation unit for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplier that multiplies the signal to be processed by the gain coefficient calculated by the gain coefficient calculator;
A sound collecting device.
前記残響スペクトル推定部は、
所望音源の信号量とその他の音源の信号量を、前記収音部ごとの信号量に変換するゲイン行列乗算部と、
前記収音部ごとの信号量を記録し、複数の過去の前記収音部ごとの信号量を重み付き加算する重み付き加算部と
を備える
ことを特徴とする収音装置。 The sound collection device according to any one of claims 1 to 3,
The reverberation spectrum estimation unit includes:
A gain matrix multiplication unit that converts the signal amount of the desired sound source and the signal amount of the other sound source into a signal amount for each of the sound collection units;
A sound collection apparatus comprising: a weighted addition unit that records a signal amount for each of the sound collection units and weights and adds a plurality of past signal amounts of the sound collection units.
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンからの信号または前記収音ステップで得た信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成ステップと、
前記収音ステップで得た各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定ステップと、
前記パワースペクトル推定ステップが推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定ステップが次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定ステップと、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出ステップと、
前記利得係数算出ステップで算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算ステップと、
を有する収音方法。 A sound collection step for collecting sounds of six or more different areas using an output signal of a microphone array configured with a plurality of microphones;
A processing target signal generation step of generating a processing target signal from a signal from one or more predetermined microphones or a signal obtained in the sound pickup step ;
From the signal amount before KiOsamu sound each collected sound signal and reverberation obtained in step, a signal of a desired sound source to remove reverberation signal, and the power spectrum estimation step of estimating the signal of other sound sources for each frequency ,
A reverberation spectrum estimation step for obtaining, for each frequency, a signal amount of reverberation sound used in the next processing by the power spectrum estimation step , from the signal amount of the desired sound source estimated by the power spectrum estimation step and the signal amount of other sound sources;
A gain coefficient calculating step for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplication step of multiplying the processing target signal by the gain coefficient calculated in the gain coefficient calculation step ;
A sound collection method.
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第3及び第4収音ステップと、
前記互いに異なる位置の中間点から前記所望音源位置を含む角度領域の音を収音する第5収音ステップと、
前記中間点から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第6収音ステップと、
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンからの信号または前記収音ステップで得た信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成ステップと、
前記各収音ステップで得た各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定ステップと、
前記パワースペクトル推定ステップが推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定ステップが次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定ステップと、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出ステップと、
前記利得係数算出ステップで算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算ステップと、
を有する収音方法。 First and second sound collecting steps for collecting sound in an angular region including a desired sound source position from different positions using output signals of a microphone array configured to include a plurality of microphones;
Third and fourth sound collecting steps for collecting sound in an angular region not including the desired sound source position from different positions using the output signal of the microphone array;
A fifth sound collecting step for collecting sound in an angle region including the desired sound source position from an intermediate point between the different positions;
A sixth sound collecting step for picking up sound in an angular region not including the desired sound source position from the intermediate point;
A processing target signal generation step of generating a processing target signal from a signal from one or more predetermined microphones or a signal obtained in the sound pickup step ;
Wherein the signal amount of each collected sound signal and reverberation obtained in each sound collecting step, and the signal level of a desired sound source to remove reverberation signal, and the power spectrum estimation step of estimating the signal of other sound sources for each frequency ,
A reverberation spectrum estimation step for obtaining, for each frequency, a signal amount of reverberation sound used in the next processing by the power spectrum estimation step , from the signal amount of the desired sound source estimated by the power spectrum estimation step and the signal amount of other sound sources;
A gain coefficient calculating step for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplication step of multiplying the processing target signal by the gain coefficient calculated in the gain coefficient calculation step ;
A sound collection method.
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、前記所望音源位置を含む角度領域の音を抑圧して収音する第3及び第4収音ステップと、
前記マイクロホンアレーの出力信号を利用して互いに異なる位置から、前記所望音源位置を含まない角度領域であって、前記第1及び第2収音部とは異なる一部の音を抑圧して収音する第5及び第6収音ステップと、
あらかじめ定めた1つ以上の前記マイクロホンからの信号または前記収音ステップで得た信号から、処理対象信号を生成する処理対象信号生成ステップと、
前記各収音ステップで得た各収音信号と残響音の信号量から、残響信号を除去した所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを周波数ごとに推定するパワースペクトル推定ステップと、
前記パワースペクトル推定ステップが推定した所望音源の信号量とその他の音源の信号量から、前記パワースペクトル推定ステップが次の処理で用いる残響音の信号量を周波数ごとに求める残響スペクトル推定ステップと、
前記所望音源の信号量と、所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から周波数ごとに利得係数を求める利得係数算出ステップと、
前記利得係数算出ステップで算出した利得係数を前記処理対象信号に乗算する乗算ステップと、
を有する収音方法。 First and second collections that collect sound by suppressing a part of sound in an angular region that does not include a desired sound source position from different positions using output signals of a microphone array that includes a plurality of microphones. Sound step,
Third and fourth sound collecting steps for collecting sound by suppressing sound in an angular region including the desired sound source position from different positions using the output signal of the microphone array;
Collecting sound by suppressing a part of the sound that is different from the first and second sound collection units in an angular region not including the desired sound source position from different positions using the output signal of the microphone array. And fifth and sixth sound collecting steps to
A processing target signal generation step of generating a processing target signal from a signal from one or more predetermined microphones or a signal obtained in the sound pickup step ;
Wherein the signal amount of each collected sound signal and reverberation obtained in each sound collecting step, and the signal level of a desired sound source to remove reverberation signal, and the power spectrum estimation step of estimating the signal of other sound sources for each frequency ,
A reverberation spectrum estimation step for obtaining, for each frequency, a signal amount of reverberation sound used in the next processing by the power spectrum estimation step , from the signal amount of the desired sound source estimated by the power spectrum estimation step and the signal amount of other sound sources;
A gain coefficient calculating step for obtaining a gain coefficient for each frequency from the ratio of the signal amount of the desired sound source and the signal amounts of all sound sources including the signal amount of the desired sound source;
A multiplication step of multiplying the processing target signal by the gain coefficient calculated in the gain coefficient calculation step ;
A sound collection method.
前記残響スペクトル推定ステップは、
所望音源の信号量とその他の音源の信号量を、前記収音ステップごとの信号量に変換するゲイン行列乗算サブステップと、
前記収音ステップごとの信号量を記録し、複数の過去の前記収音ステップごとの信号量を重み付き加算する重み付き加算サブステップと
を有する
ことを特徴とする収音方法。 The sound collection method according to any one of claims 5 to 7,
The reverberation spectrum estimation step includes:
A gain matrix multiplication sub-step for converting a signal amount of a desired sound source and a signal amount of another sound source into a signal amount for each sound collection step ;
A sound collection method comprising: a weighted addition sub-step for recording a signal amount for each of the sound collection steps and weighting and adding a plurality of signal amounts for each of the past sound collection steps .
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