JP5172909B2 - Reflected sound information estimation apparatus, reflected sound information estimation method, program - Google Patents

Reflected sound information estimation apparatus, reflected sound information estimation method, program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology to estimate reflection sound information from a sound collection signal. <P>SOLUTION: Template information which is a collection of templates (TP) to show the transfer characteristic for every frequency between a pth (1&le;p&le;P) position and each position of M microphones is prepared beforehand. An observation signal and the template information are used to determine a pth complex amplitude so that the power of a residual signal obtained by subtracting from the observation signal a pth reflection sound which is a pth TP multiplied by the pth complex amplitude becomes the minimum value. The power of a residual signal obtained by subtracting from the observation signal the pth reflection sound which is the determined pth complex amplitude multiplied by the pth TP is sought regarding each p. The TP that gives the minimum power of them is determined, and near a direction D defined by the position corresponding to the determined TP, the direction D is corrected so that the power of a residual signal E obtained by subtracting from the observation signal a transfer characteristic function multiplied by the complex amplitude becomes the minimum value in order that the arrival direction of the reflection sound is estimated. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、音声信号をマイクロホンで収音して得られる収音信号から反射音に関する情報(到来振幅、到来方向)を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating information (arrival amplitude, arrival direction) relating to reflected sound from a collected sound signal obtained by collecting a sound signal with a microphone.

電話や音声会議といった音声情報をやりとりするシステムを一般に音声通信システムと呼ぶ。音声通信システムにおいて、反射音に関する情報(到来振幅、到来方向など)を得ることは非常に重要なことである。会議室のような残響環境下において、マイクロホンを通して収音される収音信号の中には発話者のような音源から直接到来する直接音だけではなく、床、壁や天井に反射して到来する反射音が混在する。したがって、このような残響環境下で或る話者の発言を収録すると、直接音から遅延して反射音が混入するため、聞き取りづらくなってしまう。収音信号から各反射音の到来情報を推定して、反射音を除去することができれば、聞き取りやすい音声に回復することができる。ここで、反射音情報を推定する従来研究として、非特許文献1が挙げられる。   A system for exchanging voice information such as telephone calls and voice conferences is generally called a voice communication system. In a voice communication system, it is very important to obtain information about the reflected sound (arrival amplitude, arrival direction, etc.). In a reverberant environment such as a conference room, the collected sound signal collected through the microphone is reflected not only from the direct sound coming from the sound source such as the speaker but also from the floor, wall or ceiling. Reflected sound is mixed. Therefore, when a speaker's utterance is recorded in such a reverberant environment, the reflected sound is mixed with a delay from the direct sound, making it difficult to hear. If arrival information of each reflected sound can be estimated from the collected sound signal and the reflected sound can be removed, it is possible to recover a sound that is easy to hear. Here, Non-Patent Document 1 is given as a conventional study for estimating reflected sound information.

非特許文献1に開示される技術を実現する機能構成を図1に示す。この技術における処理手順は次のとおりである。   A functional configuration for realizing the technology disclosed in Non-Patent Document 1 is shown in FIG. The processing procedure in this technique is as follows.

1.インパルス音源100から放射された音源信号を4chのマイクロホン110−1,110−2,110−3,110−4を用いて収音する。AD変換部120は、収音されたアナログ信号をデジタル信号x(t)=[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]Tへ変換する。ここで、[・]Tは転置を表す。tは離散時間のインデックスを表す。4本のマイクロホンは正四面体の頂点に配置されていることとする。 1. The sound source signal radiated from the impulse sound source 100 is picked up using 4ch microphones 110-1, 110-2, 110-3, 110-4. The AD converter 120 converts the collected analog signal into a digital signal x (t) = [x 1 (t), x 2 (t), x 3 (t), x 4 (t)] T . Here, [•] T represents transposition. t represents a discrete time index. Assume that four microphones are arranged at the apexes of a regular tetrahedron.

2.インパルス応答算出部130は、デジタル信号x(t)=[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]Tを入力とし、各マイクロホンのインパルス応答h(t)=[h1(t),h2(t),h3(t),h4(t)]Tを算出する。インパルス応答の算出方法には、TSP法やM系列法等があり、いかなる方法を用いてインパルス応答を算出してもよい。 2. The impulse response calculation unit 130 receives the digital signal x (t) = [x 1 (t), x 2 (t), x 3 (t), x 4 (t)] T as an input, and the impulse response of each microphone. h (t) = [h 1 (t), h 2 (t), h 3 (t), h 4 (t)] T is calculated. The impulse response calculation method includes a TSP method, an M-sequence method, and the like, and any method may be used to calculate the impulse response.

3.仮想音源算出部140は、4chのインパルス応答h(t)=[h1(t),h2(t),h3(t),h4(t)]Tを入力とし、仮想音源情報v=[v 1,…,v D]Tを出力する。Dは仮想音源の数を表す。仮想音源とは、各反射音の到来振幅、到来方向、到来時間を表現するために仮想的に存在するとされる音源である。図2を参照して、仮想音源について説明する。図2には、右側の壁で反射した音源信号をマイクロホンで受音する経路が書かれている。右側の壁で反射して到来する音源信号(反射音)は、「仮想音源」と書かれた位置から直接到来する信号と等価である(ただし、壁での反射による減衰や距離減衰の影響は受ける)。 3. The virtual sound source calculation unit 140 receives 4ch impulse response h (t) = [h 1 (t), h 2 (t), h 3 (t), h 4 (t)] T as input, and generates virtual sound source information. v = [v 1 ,…, v D ] T is output. D represents the number of virtual sound sources. A virtual sound source is a sound source that is virtually present to represent the arrival amplitude, arrival direction, and arrival time of each reflected sound. The virtual sound source will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a path for receiving a sound source signal reflected by the right wall with a microphone. The sound source signal reflected from the right wall (reflected sound) is equivalent to the signal coming directly from the position written as “virtual sound source” (however, the effects of attenuation and distance attenuation due to reflection on the wall are not receive).

この従来技術の詳細について説明する。インパルス応答を近接した4つの受音点(マイクロホンの位置)で測定すると反射音の到来時刻にわずかな差が生じる。インパルス応答の短い区間の相互相関を利用して、各マイクロホンにおける反射音の対応付けを行うことで、図3のように、n番目の反射波に関するそれぞれの受音点での到来時刻t1n,t2n,t3n,t4n(1≦n≦D)が求まる。正四面体マイクロホンアレーの辺の長さをd、音速をcとすると、各仮想音源情報vn =[Xn,Yn,Zn,Sn]Tが求まる。ここで、Xn,Yn,Znはn番目の仮想音源の位置を表し(式(1)−(3)参照)、これは各反射音の到来方向と到来時間に対応する情報を持つ。また、Snはn番目の仮想音源の強さを表し、4chのインパルスで対応付けされたn番目の反射音の振幅の平均で求まる。
Details of this prior art will be described. When the impulse response is measured at four adjacent sound receiving points (microphone positions), there is a slight difference in the arrival time of the reflected sound. By using the cross-correlation of the short section of the impulse response and associating the reflected sound with each microphone, as shown in FIG. 3, the arrival time t 1n at each sound receiving point regarding the nth reflected wave, t 2n , t 3n , t 4n (1 ≦ n ≦ D) are obtained. Each virtual sound source information v n = [X n , Y n , Z n , S n ] T is obtained when the length of the side of the regular tetrahedral microphone array is d and the speed of sound is c. Here, X n , Y n , and Z n represent the position of the n-th virtual sound source (see equations (1) to (3)), which has information corresponding to the arrival direction and arrival time of each reflected sound. . Further, S n represents the strength of the n-th virtual source, determined by the average of the amplitudes of the an n-th reflected sound associated with impulse 4ch.

山崎芳男ら、「近接する4点のインパルス応答により求めたホールの空間情報」、日本音響学会講演論文集、1981年5年、pp.759-760.Yoshio Yamazaki et al., “Spatial information obtained from impulse responses of four adjacent points”, Proc. Of the Acoustical Society of Japan, 1981, pp.759-760.

従来技術によると、仮想音源情報と呼んでいた反射音の「到来振幅」、「到来方向」、「到来時刻」を推定するためには、インパルス応答をあらかじめ用意することが必要であった。しかし、インパルス応答を用意するためには特殊な信号を用いて観測する必要があるため、あらゆる位置でのインパルス応答が事前に用意されているという条件は現実的ではない。   According to the prior art, in order to estimate the “arrival amplitude”, “arrival direction”, and “arrival time” of the reflected sound called virtual sound source information, it is necessary to prepare an impulse response in advance. However, since it is necessary to observe using a special signal in order to prepare an impulse response, the condition that impulse responses at all positions are prepared in advance is not realistic.

そこで本発明は、特殊な信号を用いることなく、収音信号から反射音情報(反射音の「到来方向」や「到来振幅」)を推定する技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for estimating reflected sound information ("arrival direction" or "arrival amplitude" of reflected sound) from a collected sound signal without using a special signal.

Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を予め用意しておく。音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(観測信号)とテンプレート情報とを用いて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、(2)決定されたテンプレートに対応する位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(伝達特性関数)に複素振幅を乗じたものを観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する。   A template representing transfer characteristics for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer of 1 to P. Template information that is a set is prepared in advance. Using the signal (observation signal) obtained by collecting the M sound pickup signals obtained by collecting the sound signals with M microphones into the frequency domain (observation signal) and the template information, (1) p is added to the pth template. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the th-th complex amplitude from the observation signal is minimized, and the determined p-th complex amplitude is obtained. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound expressed by multiplying the amplitude by the p-th template from the observed signal is obtained for each p, and the template that gives the minimum power among these is determined. (2) A function (transfer characteristic function) simulating the transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each microphone in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template. Estimating the arrival direction of the reflected sound by the power of the residual signal E obtained by subtracting the multiplied by the amplitude from the observed signal to correct the direction D so as to minimize.

Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を予め用意しておく。音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(観測信号)とテンプレート情報とを用いて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、(2)決定されたテンプレートに対応する位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(伝達特性関数)に複素振幅を乗じたものを観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する伝達特性関数に乗じられた複素振幅を反射音の到来振幅として推定する。   A template representing transfer characteristics for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer of 1 to P. Template information that is a set is prepared in advance. Using the signal (observation signal) obtained by collecting the M sound pickup signals obtained by collecting the sound signals with M microphones into the frequency domain (observation signal) and the template information, (1) p is added to the pth template. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the th-th complex amplitude from the observation signal is minimized, and the determined p-th complex amplitude is obtained. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound expressed by multiplying the amplitude by the p-th template from the observed signal is obtained for each p, and the template that gives the minimum power among these is determined. (2) A function (transfer characteristic function) simulating the transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each microphone in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template. The direction of arrival of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by subtracting the amplitude multiplied from the observation signal is minimized, and the transmission corresponding to the direction of arrival is estimated. The complex amplitude multiplied by the characteristic function is estimated as the arrival amplitude of the reflected sound.

Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を予め用意しておく。音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(観測信号)とテンプレート情報とを用いて、Qを1以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、(2)決定されたテンプレートに対応する位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(伝達特性関数)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する。   A template representing a transfer characteristic for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P. Template information that is a set of is prepared in advance. Using a signal (observation signal) obtained by collecting the M sound pickup signals obtained by collecting the sound signals with M microphones into the frequency domain (observation signal) and template information, Q is set to 1 or more in advance. An integer, q is an integer between 1 and Q, and for each q, (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth smallest residual signal. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the first minimum residual signal is an observation signal, and the determined p-th complex amplitude is determined. The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth template from the qth minimum residual signal is obtained for each p, and the minimum power of these is obtained. Determine the template given ( ) In the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template, a function (transfer characteristic function) simulating the transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each microphone was multiplied by the complex amplitude. The direction of arrival of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by subtracting the signal from the qth minimum residual signal is minimized.

Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を予め用意しておく。音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(観測信号)とテンプレート情報とを用いて、Qを1以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、(2)決定されたテンプレートに対応する位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(伝達特性関数)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する伝達特性関数に乗じられた複素振幅を反射音の到来振幅として推定する。   A template representing a transfer characteristic for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P. Template information that is a set of is prepared in advance. Using a signal (observation signal) obtained by collecting the M sound pickup signals obtained by collecting the sound signals with M microphones into the frequency domain (observation signal) and template information, Q is set to 1 or more in advance. An integer, q is an integer between 1 and Q, and for each q, (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth smallest residual signal. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the first minimum residual signal is an observation signal, and the determined p-th complex amplitude is determined. The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth template from the qth minimum residual signal is obtained for each p, and the minimum power of these is obtained. Determine the template given ( ) In the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template, a function (transfer characteristic function) simulating the transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each microphone was multiplied by the complex amplitude. The arrival direction of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by subtracting the signal from the q-th minimum residual signal is minimized, and corresponds to the arrival direction. The complex amplitude multiplied by the transfer characteristic function is estimated as the arrival amplitude of the reflected sound.

残差信号のパワーは、全ての周波数に亘って加算して得られたパワーであるとしてもよい。このとき、到来方向は、全ての周波数に亘って加算して得られた残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより推定される。   The power of the residual signal may be a power obtained by adding over all frequencies. At this time, the arrival direction is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by addition over all frequencies is minimized.

また、周波数をω、周波数ωの集合をΩ、iを虚数単位、cを音速、p番目の位置[xp,yp,zp]とm番目(1≦m≦M)のマイクロホンが配置される位置[um,vm,wm]との間の伝達特性をSpm(ω)、ただし
として、テンプレートSp(ω)={Sp1(ω),…,SpM(ω)}(ω∈Ω)の集合であるテンプレート情報{S1(ω),…,SP(ω)}(ω∈Ω)を生成するテンプレート生成処理を含んでもよい。
Also, ω is the frequency, Ω is the set of frequencies ω, i is the imaginary unit, c is the speed of sound, the p th position [x p , y p , z p ] and the m th (1 ≦ m ≦ M) microphone are arranged. S pm (ω), the transfer characteristic between the position [u m , v m , w m ]
, Template information {S 1 (ω), ..., S P (ω)} that is a set of templates S p (ω) = {S p1 (ω), ..., S pM (ω)} (ω∈Ω) A template generation process for generating (ω∈Ω) may be included.

例えば、伝達特性関数は、空間中の任意の位置[x,y,z]とM個のマイクロホンが配置される各位置[um,vm,wm]との間の周波数ごとの各伝達特性Rm(ω)(1≦m≦M)によって表され、当該伝達特性Rm(ω)は、周波数をω、iを虚数単位、cを音速として、
で表される。
For example, the transfer characteristic function is a transfer function for each frequency between an arbitrary position [x, y, z] in space and each position [u m , v m , w m ] where M microphones are arranged. The transfer characteristic R m (ω) is expressed by the characteristic R m (ω) (1 ≦ m ≦ M), where the frequency is ω, i is an imaginary unit, and c is the speed of sound.
It is represented by

本発明に拠ると、空間(あるいは平面)位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を予め作成しておき、テンプレート情報に基づいて観測信号を一つまたは複数の反射音に分解することから、インパルス応答を求めるために音源信号に特殊な信号を用いることなく、収音信号から反射音情報を推定することが可能である。反射音情報が得られると、従来の音声情報処理技術では実現できなかった音源向きの推定や、音声強調(遠方音の収音や距離別の収音)といった用途に応用できる。   According to the present invention, template information that is a set of templates representing transfer characteristics for each frequency between a space (or plane) position and each position where M microphones are arranged is created in advance. It is possible to estimate the reflected sound information from the collected sound signal without using a special signal for the sound source signal to obtain the impulse response because the observation signal is decomposed into one or more reflected sounds based on is there. When the reflected sound information is obtained, it can be applied to applications such as estimation of the sound source direction and voice enhancement (collection of far-field sounds and sound collection by distance) that could not be realized by conventional voice information processing technology.

従来技術における反射音情報推定技術の機能構成を示す図。The figure which shows the function structure of the reflected sound information estimation technique in a prior art. 仮想音源を説明するための図。The figure for demonstrating a virtual sound source. 従来技術における反射音の対応付けを説明するための図。The figure for demonstrating matching of the reflected sound in a prior art. 第1実施形態に係る反射音情報推定装置の機能構成を示す図。The figure which shows the function structure of the reflected sound information estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る反射音情報推定方法の処理手順を示す図。The figure which shows the process sequence of the reflected sound information estimation method which concerns on 1st Embodiment. 2次元マイクロホンアレーの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a two-dimensional microphone array. p番目の点[xp,yp,zp]とm番目の受音点[um,vm,wm]との間の伝達特性を説明するための図。p-th point [x p, y p, z p] diagram for explaining the transfer characteristic between the m-th receiving point [u m, v m, w m]. 図6に示すマイクロホンアレーを用いて観測した或る平面での音圧分布が例えば直接音と反射音1と反射音2との重畳で得られていることを説明するための図。The figure for demonstrating that the sound pressure distribution in a certain plane observed using the microphone array shown in FIG. 6 is obtained by superimposing the direct sound, the reflected sound 1, and the reflected sound 2, for example. 本発明の原理を説明するための図。The figure for demonstrating the principle of this invention. 第2実施形態に係る反射音情報推定方法の処理手順を示す図。The figure which shows the process sequence of the reflected sound information estimation method which concerns on 2nd Embodiment. (a)理想的には、推定到来方向に関する情報だけが抽出されるべきことを説明するための図。(b)実際には、推定到来方向以外の方向に関する情報も混在してしまうことを説明するための図。(A) The figure for demonstrating that only the information regarding an estimated arrival direction should be extracted ideally. (B) The figure for demonstrating that the information regarding directions other than an estimated arrival direction will actually be mixed. 残差信号のパワーを全周波数に亘って総括することにより、推定到来方向以外の方向の影響を減らすことを説明するための図。The figure for demonstrating reducing the influence of directions other than an estimated arrival direction by summarizing the power of a residual signal over all the frequencies. 実用レベルの2次元マトリクスマイクロホンアレーを用いた場合における音圧分布とその分解を示す図。The figure which shows the sound pressure distribution at the time of using a two-dimensional matrix microphone array of a practical use level, and its decomposition | disassembly.

《第1実施形態》
本発明は、発話信号のような音源から放射された音声信号(音源信号)を複数のマイクロホンで構成されるマイクロホンアレーで収音した信号(収音信号)から反射音の「到来方向」ないし、「到来振幅」と「到来方向」を推定する。第1実施形態の機能構成および処理フローを図4と図5に示す。
<< First Embodiment >>
In the present invention, a voice signal (sound source signal) radiated from a sound source such as an utterance signal is collected by a microphone array composed of a plurality of microphones (sound collection signal), or “arrival direction” of reflected sound, Estimate the “arrival amplitude” and “arrival direction”. The functional configuration and processing flow of the first embodiment are shown in FIGS.

音源200から放射された音源信号をMchのマイクロホン210−1,…,210−Mを用いて収音する(ステップS1)。Mは、4より大きい値が望ましい。AD変換部220が、収音されたアナログ信号をデジタル信号xx(t)=[xx1(t),…,xxM(t)]Tへ変換する(ステップS2)。ここで、[・]Tは転置を表す。tは離散時間のインデックスを表す。 The sound source signal radiated from the sound source 200 is collected using the Mch microphones 210-1,..., 210-M (step S1). A value greater than 4 is desirable for M. The AD converter 220 converts the collected analog signal into a digital signal xx (t) = [xx 1 (t),..., Xx M (t)] T (step S2). Here, [•] T represents transposition. t represents a discrete time index.

M本のマイクロホンの並べ方は、2次元または3次元的に等間隔で配置することが望ましい。これは、反射音の到来方向とテンプレート(後で説明するが、反射音の伝達特性を模擬したものである)の対応を一意に定めるためである。なお、原理的に、1次元的にマイクロホンを配置しても、あるいは等間隔に配置しなくても、本発明を実施できるが、反射音の伝達特性と反射音の到来方向が一対一の関係とならないため、2次元または3次元的に等間隔で配置することが望ましい。2次元平面上に等間隔にマイクロホンを並べた場合の一例を図6に示す。マイクロホン間隔dは、空間サンプリング定理を満たすように設定されていることが望ましい。空間サンプリング定理を満たす場合、マイクロホン間隔dは、式(4)を満たす数値となる。cは音速であり、fは解析対象とする周波数である。例えば、4kHzの周波数を解析する場合、マイクロホン間隔を4cm程度に設定するのがよい。
It is desirable to arrange the M microphones at equal intervals in two dimensions or three dimensions. This is to uniquely determine the correspondence between the arrival direction of the reflected sound and the template (which will be described later, which simulates the transfer characteristic of the reflected sound). In principle, the present invention can be implemented even if the microphones are arranged one-dimensionally or not at regular intervals, but there is a one-to-one relationship between the transmission characteristics of the reflected sound and the arrival directions of the reflected sound. Therefore, it is desirable to arrange them at equal intervals in two dimensions or three dimensions. An example when microphones are arranged at equal intervals on a two-dimensional plane is shown in FIG. The microphone interval d is preferably set so as to satisfy the spatial sampling theorem. When the spatial sampling theorem is satisfied, the microphone interval d is a numerical value that satisfies Equation (4). c is the speed of sound, and f is the frequency to be analyzed. For example, when analyzing a frequency of 4 kHz, it is preferable to set the microphone interval to about 4 cm.

フレーム分割部230は、AD変換部200が出力したデジタル信号xx(t)=[xx1(t),…,xxM(t)]Tを入力とし、チャネルごとに複数サンプルから成るデジタル信号の組(フレーム)に分割された信号x(k)=[x1(k),…,xM(k)]Tを出力する(ステップS3)。kはフレーム番号を表すインデックスである。フレーム分割は、各チャネルのデジタル信号xxi(t)(1≦i≦M)ごとにW点分をバッファリングして出力する処理である。Wはサンプリング周波数にもよるが、16kHzサンプリングの場合には512点あたりが妥当である。 The frame division unit 230 receives the digital signal xx (t) = [xx 1 (t),..., Xx M (t)] T output from the AD conversion unit 200, and is a digital signal composed of a plurality of samples for each channel. The signal x (k) = [x 1 (k),..., X M (k)] T divided into groups (frames) is output (step S3). k is an index representing a frame number. The frame division is a process of buffering and outputting W points for each digital signal xx i (t) (1 ≦ i ≦ M) of each channel. W depends on the sampling frequency, but in the case of 16 kHz sampling, around 512 points are appropriate.

周波数領域変換部240は、各フレームのデジタル信号x(k)を入力として、周波数領域の信号X(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]Tに変換して出力する(ステップS4)。この信号X(ω,k)を観測信号と呼ぶことにする。ここで、ωは離散周波数のインデックスを指し(周波数fと角周波数ωとの間にはω=2πfの関係があるから、周波数のインデックスωをこの角周波数ωと同一視してもかまわない。以下、ωに関して「周波数のインデックス」を単に「周波数」ともいう)、kはフレームのインデックスを指す。周波数領域に変換する方法の一つに、離散フーリエ変換があるが、周波数領域に変換するのであれば、他の方法を用いてもよい。周波数領域の観測信号X(ω,k)は、各周波数ω、フレームkごとに出力される。 The frequency domain converter 240 receives the digital signal x (k) of each frame as an input, and the frequency domain signal X (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k )] Converted to T and output (step S4). This signal X (ω, k) is called an observation signal. Here, ω indicates a discrete frequency index (there is a relationship of ω = 2πf between the frequency f and the angular frequency ω, and therefore the frequency index ω may be identified with the angular frequency ω. Hereinafter, with respect to ω, “frequency index” is also simply referred to as “frequency”), and k indicates a frame index. One method for transforming into the frequency domain is discrete Fourier transform, but other methods may be used as long as the transform is performed into the frequency domain. The observation signal X (ω, k) in the frequency domain is output for each frequency ω and frame k.

テンプレート生成部250は、P個のテンプレートSp (ω)の集合(ただし、計算の都合、ベクトル表記している)であるテンプレート情報S(ω)=[S1 (ω),…,SP (ω)](ω∈Ω;Ωは周波数のインデックスωの集合)を周波数ωごとに生成する(ステップSp)。この処理は通常、ステップS1−S4の各処理に先立ち実施される。Pはテンプレートの総数を表し、予め2以上の整数値に設定されている。テンプレート総数Pは多ければ多いほど高精度な反射音情報の推定に繋がるが、計算量が多くなるので、例えばP=1000くらいに設定するのが良い。この処理は、マイクロホンで信号を観測する以前にあらかじめ行う処理である。また、マイクロホンの位置(例えばマイクロホンの間隔d)を変更したり、テンプレート総数Pを変更したりしない限り、通常、テンプレートを毎回作り直す必要はない。ここで言う“テンプレート”とは、反射音の到来方向に対応する伝達特性(音響伝播特性)を模擬したものである。p番目(1≦p≦P)のテンプレートSp (ω)=[Sp1(ω),…,SpM(ω)]T(ω∈Ω)は、予め定められたp番目の点[xp,yp,zp]とM個の受音点(ここで受音点はマイクロホンが配置される位置であり、m番目(1≦m≦M)の受音点を[um,vm,wm]とする)の間の周波数ごとの伝達特性を表す(図7を参照)。p番目のテンプレートSp (ω)の各要素Spm(ω)の算出式の一例を式(5)に示す。記号iは虚数単位を表す。
The template generation unit 250 includes template information S (ω) = [S 1 (ω),..., Which is a set of P templates Sp (ω) (however, for convenience of calculation, expressed in vector). , S P (ω)] ( ω∈Ω; Ω is a set of frequency indices ω) is generated for each frequency ω (step Sp). This process is usually performed prior to each process of steps S1-S4. P represents the total number of templates, and is set in advance to an integer value of 2 or more. The larger the total number of templates P, the more accurately the reflected sound information is estimated. However, since the amount of calculation increases, for example, P = 1000 is preferable. This processing is performed in advance before observing the signal with the microphone. Further, unless the position of the microphone (for example, the distance d between the microphones) is changed or the total number P of templates is not changed, it is usually unnecessary to recreate the template every time. The “template” referred to here is a simulation of a transfer characteristic (acoustic propagation characteristic) corresponding to the arrival direction of the reflected sound. The p-th (1 ≦ p ≦ P) template S p (ω) = [S p1 (ω),..., S pM (ω)] T (ω∈Ω) is a predetermined p-th point [ x p , y p , z p ] and M sound receiving points (where the sound receiving point is the position where the microphone is placed, and the m th (1 ≦ m ≦ M) sound receiving point is represented by [u m , v m , w m ]) (see FIG. 7). An example of a calculation formula for each element S pm (ω) of the p-th template Sp (ω) is shown in Formula (5). The symbol i represents an imaginary unit.

p番目のテンプレートSp (ω)には方向情報θp (ω)が対応付けられている。方向情報θp (ω)は、p番目の点[xp,yp,zp]および受音点[um,vm,wm]の位置座標の基準となる3次元直交座標系の原点からp番目の点[xp,yp,zp]を見た方向であり、例えば(当該3次元直交座標系の原点と共通の原点を持つ)球座標系における二つの偏角(極角θp,polと方位角θp,azi)として表される。つまり、θp (ω)=[θp,pol(ω),θp,azi(ω)]である。なお、p番目のテンプレートSp (ω)にp番目の点[xp,yp,zp]が関連付けられていれば方向情報θp (ω)は位置[xp,yp,zp]から計算可能であるから、p番目のテンプレートSp (ω)に方向情報θp (ω)が対応付けられていることは必須要件ではない。なお、3次元直交座標系と球座標系とは相互に転換可能であるから(座標変換)、式(5)の右辺は位置[x,y,z]でなく方向情報θp (ω)=[θp,pol(ω),θp,azi(ω)]を用いて、例えば式(5a)のように表すこともできる。ここで、dはマイクロホン間隔であり、マイクロホンアレーをΦ行Ξ列(Φ×Ξ=M)の2次元マイクロホンアレーとし、m番目のマイクロホンの位置をφ行ξ列(1≦φ≦Φ,1≦ξ≦Ξ)にあるとする。
Direction information θ p (ω) is associated with the p-th template S p (ω). The direction information θ p (ω) is a three-dimensional orthogonal coordinate system that serves as a reference for the position coordinates of the p th point [x p , y p , z p ] and the sound receiving point [u m , v m , w m ]. The direction of viewing the p-th point [x p , y p , z p ] from the origin of, for example, two declinations in a spherical coordinate system (having a common origin with the origin of the 3D Cartesian coordinate system) ( Polar angle θ p, pol and azimuth angle θ p, azi ). That is, θ p (ω) = [θ p, pol (ω), θ p, azi (ω)]. If the p-th template S p (ω) is associated with the p-th point [x p , y p , z p ], the direction information θ p (ω) is the position [x p , y p , since can be calculated from z p], p-th template S p (ω) be the direction information θ p (ω) is associated with is not a requirement. Since the three-dimensional orthogonal coordinate system and the spherical coordinate system can be converted to each other (coordinate conversion), the right side of Equation (5) is not the position [x, y, z] but the direction information θ p (ω). = [Θ p, pol (ω), θ p, azi (ω)], for example, can also be expressed as shown in equation (5a). Here, d is a microphone interval, the microphone array is a two-dimensional microphone array of Φ rows and Ξ columns (Φ × Ξ = M), and the position of the mth microphone is φ rows and ξ columns (1 ≦ φ ≦ Φ, 1 ≦ ξ ≦ Ξ).

また、第1実施形態のようにテンプレートが方向に対応している場合、P個の点[xp,yp,zp](1≦p≦P)の位置は互いに方向の異なる位置であることが好ましく、例えば各点[xp,yp,zp]が原点から十分に離れた等距離にあるとして、上記原点を中心とする球面上の異なるP個の点とすればよい。各点[xp,yp,zp]を原点から十分に離れた位置とする理由は、音源ないし仮想音源から放射された信号は球面的に伝達するが音源ないし仮想音源から十分に離れた位置(原点)での局所領域では直接音ないし反射音を平面波として模擬できるからである。ただし、テンプレート情報が同じ方向の位置に対応するテンプレートを含むことを排除する趣旨ではない。なお、マイクロホンアレーは上記座標系の原点の近傍(局所領域)に配置されているとする。 Further, when the template corresponds to the direction as in the first embodiment, the positions of the P points [x p , y p , z p ] (1 ≦ p ≦ P) are positions having different directions from each other. For example, assuming that each point [x p , y p , z p ] is at an equal distance sufficiently away from the origin, different P points on the sphere centered on the origin may be used. The reason why each point [x p , y p , z p ] is located sufficiently away from the origin is that the signal radiated from the sound source or virtual sound source is transmitted spherically but sufficiently separated from the sound source or virtual sound source This is because a direct sound or reflected sound can be simulated as a plane wave in a local region at the position (origin). However, this does not mean that the template information includes a template corresponding to a position in the same direction. It is assumed that the microphone array is disposed in the vicinity (local region) of the origin of the coordinate system.

テンプレート記憶部260は、テンプレート生成部250が出力したテンプレート情報S(ω)を記憶し、解析時に反射音情報推定部270にテンプレート情報S(ω)を提供する役割を果たす。 The template storage unit 260 stores the template information S (ω) output from the template generation unit 250 and plays a role of providing the template information S (ω) to the reflected sound information estimation unit 270 at the time of analysis.

反射音情報推定部270は、周波数領域の観測信号X(ω,k)とテンプレート情報S(ω)を入力として、Q個の反射音情報成分rsq (ω,k)の集合(ただし、計算の都合、ベクトル表記している)である反射音情報rs(ω,k)=[rs1 (ω,k),…,rsQ (ω,k)]Tを各フレームkについて周波数ωごとに出力する(ステップS5)。ここで、Qは推定される反射音の総数を表し、予め1以上の整数値に設定されている。q番目(1≦q≦Q)の反射音情報成分rsq (ω,k)は、rsq (ω,k)=[rsAq(ω,k),rsBq(ω,k)]の2要素から成り、rsAq(ω,k)はq番目の反射音の到来振幅であり、rsBq(ω,k)はq番目の反射音の到来方向である。 The reflected sound information estimation unit 270 receives a frequency domain observation signal X (ω, k) and template information S (ω) as an input, and a set of Q reflected sound information components rs q (ω, k) ( However, the reflected sound information rs (ω, k) = [rs 1 (ω, k),..., Rs Q (ω, k)] T is calculated for each frame. k is output for each frequency ω (step S5). Here, Q represents the total number of reflected sounds to be estimated, and is set in advance to an integer value of 1 or more. The q-th (1 ≦ q ≦ Q) reflected sound information component rs q (ω, k) is expressed as rs q (ω, k) = [rsA q (ω, k), rsB q (ω, k)] RsA q (ω, k) is the arrival amplitude of the qth reflected sound, and rsB q (ω, k) is the arrival direction of the qth reflected sound.

反射音情報を推定する原理について説明する。図6に示すような2次元マイクロホンアレーを用いて観測した或る平面での音圧分布の一例を図8の左端の濃淡図として示す。濃淡図として示された音圧分布の見方について、黒い部分は音圧が小さく、白い部分は音圧が大きいことを示す。観測した音圧分布には直接音の音圧分布だけではなく、反射音の音圧分布も混入している。直接音や反射音が十分に遠方より到来する場合において、2次元平面上でのそれぞれの音圧分布は、図8の右側の3つの濃淡図のように縞模様となる。縞模様の「濃淡」が直接音ないし反射音の到来振幅、「回転・周期」が直接音ないし反射音の到来方向にそれぞれ対応する。図8の例では、到来振幅や到来方向が異なる直接音、反射音1、反射音2の各音圧分布の重畳で観測信号の音圧分布が構成されることを示している。周波数領域で考えると、直接音や各反射音は到来方向に応じて周波数の変化する複素正弦波で表され、観測信号は直接音と各反射音に対応する複数の複素正弦波が重畳したものとして表される。ところで、本発明で解決する問題は、観測信号のみを用いて、反射音の到来振幅および/または到来方向を推定することである。この課題解決は、図8の左端に描かれた音圧分布から図8の右側の3つの濃淡図の直接音や各反射音に対応する縞模様の「濃淡」や「回転・周期」を推定することに対応する。   The principle of estimating the reflected sound information will be described. An example of the sound pressure distribution in a certain plane observed using a two-dimensional microphone array as shown in FIG. 6 is shown as a shading diagram at the left end of FIG. Regarding the view of the sound pressure distribution shown as a shading diagram, the black portion indicates that the sound pressure is low and the white portion indicates that the sound pressure is high. The observed sound pressure distribution includes not only the sound pressure distribution of the direct sound but also the sound pressure distribution of the reflected sound. When the direct sound and the reflected sound come sufficiently far away, each sound pressure distribution on the two-dimensional plane has a striped pattern as shown in the three shades on the right side of FIG. Striped “shading” corresponds to the arrival amplitude of direct sound or reflected sound, and “rotation / period” corresponds to the direction of arrival of direct sound or reflected sound. In the example of FIG. 8, it is shown that the sound pressure distribution of the observation signal is configured by superimposing the sound pressure distributions of the direct sound, the reflected sound 1 and the reflected sound 2 having different arrival amplitudes and directions. When considered in the frequency domain, the direct sound and each reflected sound are represented by a complex sine wave whose frequency changes according to the direction of arrival, and the observation signal is a superposition of the direct sound and multiple complex sine waves corresponding to each reflected sound. Represented as: Incidentally, the problem to be solved by the present invention is to estimate the arrival amplitude and / or the arrival direction of the reflected sound using only the observation signal. The solution to this problem is to estimate the “tone” and “rotation / cycle” of the striped pattern corresponding to the direct sound and the reflected sounds of the three shades on the right side of FIG. 8 from the sound pressure distribution drawn at the left end of FIG. Corresponding to.

図9を参照して、反射音情報rs(ω,k)を推定する手法の概略について説明する。ある2次元平面で観測した観測信号に含まれているパワーの最も強い反射音0(q=1に相当し、最も強いパワーを持つことから、通常、この反射音0は「直接音」として理解される)を推定し、観測信号から当該反射音0を減算して残差信号E2を得る。次に当該残差信号E2に含まれているパワーの最も強い反射音1(q=2に相当する)を推定し、当該残差信号E2から当該反射音1を減算して新たな残差信号E3を得る。次に、当該残差信号E3に含まれているパワーの最も強い反射音2(q=Q=3に相当する)を推定する。ここでは、Q=3の場合を説明したが、一般的に、q番目の残差信号Eq(ただし1番目の残差信号は観測信号とする)に含まれているパワーの最も強いq番目の反射音q-1(ただし反射音0は直接音である)を減算する操作をq=Qまで逐次実行することでQ個の反射音情報成分(rs1 (ω,k),…,rsQ (ω,k))を得る。1番目の反射音情報成分rs1 (ω,k)は反射音0(直接音)に対応し、2番目の反射音情報成分rs2 (ω,k)は反射音1に対応し、3番目の反射音情報成分rs3 (ω,k)は反射音2に対応し、・・・、Q番目の反射音情報成分rsQ (ω,k)は反射音Q-1に対応する。Qは、計算パワーや反射音情報を用いるアプリケーションにも依存するが、30くらいに設定するのが良い。 With reference to FIG. 9, an outline of a method for estimating the reflected sound information rs (ω, k) will be described. The reflected sound 0 with the strongest power included in the observation signal observed on a two-dimensional plane (corresponding to q = 1 and having the strongest power, this reflected sound 0 is usually understood as a “direct sound”. to) estimates to obtain a residual signal E 2 from the observed signal by subtracting the reflected sound 0. Next, the reflected sound 1 having the strongest power (corresponding to q = 2) included in the residual signal E 2 is estimated, and the reflected sound 1 is subtracted from the residual signal E 2 to obtain a new residual sound. obtaining a difference signal E 3. Next, the reflected sound 2 having the strongest power (corresponding to q = Q = 3) included in the residual signal E 3 is estimated. Here, the case of Q = 3 has been described, but generally, the qth strongest power included in the qth residual signal E q (where the first residual signal is an observed signal) The reflected sound information components (rs 1 (ω, k),..., Are sequentially executed by subtracting the reflected sound q-1 (where reflected sound 0 is a direct sound) until q = Q. rs Q (ω, k)). The first reflected sound information component rs 1 (ω, k) corresponds to the reflected sound 0 (direct sound), the second reflected sound information component rs 2 (ω, k) corresponds to the reflected sound 1, The third reflected sound information component rs 3 (ω, k) corresponds to the reflected sound 2..., The Qth reflected sound information component rs Q (ω, k) corresponds to the reflected sound Q-1. To do. Q depends on the application using the calculation power and the reflected sound information, but is preferably set to about 30.

なお、図8および図9の音圧分布はそれぞれ高解像度の濃淡図として示されているが、このような高解像度の濃淡図として音圧分布を示すためには極めて多くのマイクロホンを必要とし、実用的ではない。他方、実用レベルの2次元マトリクスマイクロホンアレーとして例えば100個のマイクロホンを10×10の2次元マトリクスマイクロホンアレーとして用いた場合でさえ、粗い(低解像度)濃淡図(図13参照)として示される音圧分布しか得られない。そこで、実用の観点から、低解像度の音圧分布しか得られないような状況の下で、精度良く反射音の到来振幅や到来方向を推定することが求められる。本発明では、空間分解能の向上のために任意の位置から到来する平面波を具体的に表現することとし(定式化)、パワーが大きな反射音の影響を受けてパワーの小さいな反射音を推定できなくなることを防止するために、既に推定された反射音を観測信号から除去して次の反射音を推定する(分解)。定式化についてはテンプレート情報として説明したとおりであり、分解については反射音情報rs(ω,k)の推定手法の概略で説明したとおりである。 Note that the sound pressure distributions in FIGS. 8 and 9 are shown as high-resolution shading diagrams, but in order to show the sound pressure distribution as such a high-resolution shading diagram, an extremely large number of microphones are required, Not practical. On the other hand, even when, for example, 100 microphones are used as a 10 × 10 two-dimensional matrix microphone array as a practical level two-dimensional matrix microphone array, the sound pressure shown as a rough (low resolution) gray scale (see FIG. 13). Only a distribution can be obtained. Thus, from a practical point of view, it is required to accurately estimate the arrival amplitude and direction of the reflected sound in a situation where only a low-resolution sound pressure distribution can be obtained. In the present invention, a plane wave arriving from an arbitrary position is specifically expressed in order to improve spatial resolution (formulation), and reflected sound with low power can be estimated under the influence of reflected sound with high power. In order to prevent disappearance, the already estimated reflected sound is removed from the observation signal to estimate the next reflected sound (decomposition). The formulation is as described in the template information, and the decomposition is as described in the outline of the estimation method of the reflected sound information rs (ω, k).

上で述べた反射音情報rs(ω,k)を推定する手法について詳細を述べる。説明に先立ち、記号の定義を行う。q番目の残差信号をEq (ω,k)=[Eq1(ω,k),…,EqM(ω,k)]T、q番目の反射音(q=1の場合は直接音を表す)をAq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))とする。反射音を構成するRq (ω,θq (ω,k))=[R1(ω,θq (ω,k)),…,RM(ω,θq (ω,k))]Tは、空間中の任意の位置[x,y,z]と各マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)であり、各マイクロホンに対する伝達特性を模擬した関数であれば何でもよい。このような伝達特性関数を反射音の構成要素とする理由は、反射音の推定されるべき到来方向に最も近いと考えられる方向に対応するテンプレートを決定して、そのテンプレートに対応する方向Dの近傍で当該方向Dを補正することにより、反射音の到来方向の推定精度を向上させるためである(この詳細は反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))の最適化として後述する)。通常、伝達特性関数を構成する各伝達特性Rm(ω,θq (ω,k))とテンプレートの各要素Spm(ω)の算出式とは同じである。この場合、方向情報θq (ω,k)で表される方向に在る位置[x,y,z]とm番目の受音点[um,vm,wm]との間の周波数ごとの伝達特性Rm(ω,θq (ω,k))は式(6)で表される。なお、方向情報θq (ω,k)で表される方向に在る位置[x,y,z]は、例えば、上記座標系原点から十分に離れた球面上の位置とすればよい。位置[x,y,z]を原点から十分に離れた位置とする理由は既述のとおりであり、詳しくは位置[x,y,z]はマイクロホンアレーが配置されている局所領域にて音源ないし仮想音源からの直接音ないし反射音を平面波として模擬できる距離にある空間中の任意の位置であることが好ましい。なお、3次元直交座標系と球座標系とは相互に転換可能であるから(座標変換)、式(6)の右辺は位置[x,y,z]でなく方向情報θq (ω,k)=[θq,pol(ω,k),θq,azi(ω,k)]を用いて、例えば式(6a)のように表すこともできる。ここで、dはマイクロホン間隔であり、マイクロホンアレーをΦ行Ξ列(Φ×Ξ=M)の2次元マイクロホンアレーとし、m番目のマイクロホンの位置をφ行ξ列(1≦φ≦Φ,1≦ξ≦Ξ)にあるとする。
The method for estimating the reflected sound information rs (ω, k) described above will be described in detail. Prior to explanation, symbols are defined. q q residual signal is represented by E q (ω, k) = [E q1 (ω, k), ..., E qM (ω, k)] T , qth reflected sound (if q = 1, direct A q (ω, k) R q (ω, θ q (ω, k)). R q (ω, θ q (ω, k)) = (R 1 (ω, θ q (ω, k)), ..., R M (ω, θ q (ω, k))] T is a function that simulates the transfer characteristics for each frequency between an arbitrary position [x, y, z] in space and each microphone (hereinafter referred to as the transfer characteristic function). Any function that simulates the transfer characteristics may be used. The reason why such a transfer characteristic function is a component of the reflected sound is that a template corresponding to the direction considered to be closest to the direction of arrival of the reflected sound is determined and the direction D corresponding to the template is determined. This is to improve the estimation accuracy of the arrival direction of the reflected sound by correcting the direction D in the vicinity (the details are reflected sound A q (ω, k) R q (ω, θ q (ω, It will be described later as optimization of k))). Usually, each transfer characteristic R m (ω, θ q (ω, k)) constituting the transfer characteristic function and the calculation formula for each element S pm (ω) of the template are the same. In this case, between the position [x, y, z] in the direction represented by the direction information θ q (ω, k) and the m th sound receiving point [u m , v m , w m ] The transfer characteristic R m (ω, θ q (ω, k)) for each frequency is expressed by equation (6). Note that the position [x, y, z] in the direction represented by the direction information θ q (ω, k) may be, for example, a position on a spherical surface sufficiently away from the coordinate system origin. The reason why the position [x, y, z] is sufficiently distant from the origin is as described above. Specifically, the position [x, y, z] is a sound source in the local region where the microphone array is arranged. Or it is preferably an arbitrary position in a space at a distance that can simulate a direct sound or reflected sound from a virtual sound source as a plane wave. Since the three-dimensional orthogonal coordinate system and the spherical coordinate system can be converted to each other (coordinate conversion), the right side of Equation (6) is not the position [x, y, z] but the direction information θ q (ω, Using k) = [θ q, pol (ω, k), θ q, azi (ω, k)], for example, it can also be expressed as in equation (6a). Here, d is a microphone interval, the microphone array is a two-dimensional microphone array of Φ rows and Ξ columns (Φ × Ξ = M), and the position of the mth microphone is φ rows and ξ columns (1 ≦ φ ≦ Φ, 1 ≦ ξ ≦ Ξ).

反射音を構成するAq(ω,k)は、音源200自身が持つ位相や壁での反射、距離による減衰といったテンプレートRq (ω,θq (ω,k))と反射音との相違を表し、到来振幅に相当する。qの昇順に残差信号から反射音を減算する上述の方法を式で表すと式(7)のようになる。ただし、1≦q≦Qであり、E1 (ω,k)=X(ω,k)である。
A q (ω, k) constituting the reflected sound is a template R q (ω, θ q (ω, k)) such as the phase of the sound source 200 itself, reflection on the wall, attenuation due to distance, and reflected sound. This corresponds to the arrival amplitude. The above-described method for subtracting the reflected sound from the residual signal in ascending order of q is expressed by equation (7). However, 1 ≦ q ≦ Q, and E 1 (ω, k) = X (ω, k).

次に、反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))を最適化する方法について説明する。
q番目の最適化された反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))は、式(7)で表されるq+1番目の残差信号Eq+1 (ω,k)のパワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)を最小とする基準に従って決定される。具体的には、伝達特性関数Rq (ω,θq (ω,k))が方向情報θq (ω,k)で決定されることに注意すると、q番目の反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))を表現するパラメータAq(ω,k),θq (ω,k)の最適値Aq,opt(ω,k),θq,opt (ω,k)は式(8)によって得られる。なお、記号Hは共役転置を表す。
Next, a method for optimizing the reflected sound A q (ω, k) R q (ω, θ q (ω, k)) will be described.
The q-th optimized reflected sound A q (ω, k) R q (ω, θ q (ω, k)) is expressed as q + 1-th residual signal E q + expressed by the equation (7). 1 (ω, k) power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 (ω, k) is determined according to a standard that minimizes the power. Specifically, when it is noted that the transfer characteristic function R q (ω, θ q (ω, k)) is determined by the direction information θ q (ω, k), the q-th reflected sound A q (ω, k) R q (ω, θ q (ω, k)) parameter A q (ω, k), θ q (ω, k) optimum value A q, opt (ω, k), θ q, opt (ω, k) is obtained by equation (8). Note that the symbol H represents conjugate transposition.

このとき、q番目の反射音情報成分rsq (ω,k)=[rsAq(ω,k),rsBq(ω,k)]は式(9)、式(10)で与えられる。
At this time, the q-th reflected sound information component rs q (ω, k) = [rsA q (ω, k), rsB q (ω, k)] is given by equations (9) and (10).

式(8)の具体的な計算方法は種々考えられるが、ここではその一例を示す。下記に説明する最適化方法はqの昇順に各qに対して適用される。   Various specific calculation methods of the formula (8) are conceivable, but an example is shown here. The optimization method described below is applied to each q in ascending order of q.

§1 方向情報の初期値設定
最初に、方向情報θq (ω,k)の初期値θini,q (ω,k)をテンプレート情報S(ω)を用いて決定する。このために、推定されるべき到来方向に最も近いと考えられる方向に対応するテンプレートを決定し、この決定されたテンプレートに対応する方向情報を方向情報θq (ω,k)の初期値θini,q (ω,k)とすればよい。
§1 Initial value setting of direction information First, initial value θ ini, q (ω, k) of direction information θ q (ω, k) is determined using template information S (ω). For this purpose, a template corresponding to the direction considered to be closest to the direction of arrival to be estimated is determined, and the direction information corresponding to the determined template is determined as the initial value θ of the direction information θ q (ω, k). ini, q (ω, k).

そこで、テンプレート情報の中から上述のようなテンプレートを決定するために、便宜上、反射音をAq(ω,k,g(ω,q))Sg(ω,q) (ω)と表すことにする。ここで、g(ω,q)は、テンプレート情報の中でq番目の反射音を最も精度良く表現できるテンプレートのインデックスを表す。反射音を構成する係数Aq(ω,k,g(ω,q))は、音源200自身が持つ位相や壁での反射、距離による減衰などによるテンプレートSg(ω,q) (ω)と反射音との相違を表す。この場合、q+1番目の残差信号Eq+1 (ω,k)は式(11)のように表される。ただしE1 (ω,k)=X(ω,k)である。
Therefore, in order to determine the template as described above from the template information, the reflected sound is expressed as A q (ω, k, g (ω, q)) S g (ω, q) (ω) for convenience. I will decide. Here, g (ω, q) represents an index of a template that can represent the q-th reflected sound most accurately in the template information. The coefficient A q (ω, k, g (ω, q)) constituting the reflected sound is a template S g (ω, q) (ω due to the phase of the sound source 200 itself, reflection on the wall, attenuation due to distance, etc. ) And the reflected sound. In this case, the q + 1-th residual signal E q + 1 (ω, k) is expressed as in Expression (11). However, E 1 (ω, k) = X (ω, k).

反射音Aq(ω,k,g(ω,q))Sg(ω,q) (ω)は、式(11)に基づくq+1番目の残差信号Eq+1 (ω,k)のパワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)を最小とする基準に従って推定される。推定方法は様々あるが、そのうちの一つの方法について述べる。反射音は、Aq(ω,k,g(ω,q))とSg(ω,q) (ω)の2つの要素で構成されるので、2つの要素に対して最適化することが必要となる。後述の<処理1>と<処理2>はqの昇順に各qについて行われる。 The reflected sound A q (ω, k, g (ω, q)) S g (ω, q) (ω) is expressed as q + 1th residual signal E q + 1 (ω, k) based on the equation (11). ) Power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 (ω, k) is estimated according to a standard that minimizes. There are various estimation methods, but one of them will be described. The reflected sound consists of two elements, A q (ω, k, g (ω, q)) and S g (ω, q) (ω). Is required. <Process 1> and <Process 2> to be described later are performed for each q in ascending order of q.

<処理1>
記号Λはインデックスpの全体の集合{1,…,p,…,P}から後述する式(13)により決定されたインデックスの集合を除いた集合である。つまり、Λ={1,…,p,…,P}-{g(ω,1),…,g(ω,q-1)}とする。ただし、初めて<処理1>を行うときはΛ={1,…,p,…,P}である。
p番目のテンプレートSp (ω)が残差信号Eq+1 (ω,k)のパワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)を最小化するための最適なテンプレートであると仮定した場合の係数Aq(ω,k,p)は、最小二乗法に基づき、式(12)により求められる。なお、この段階では、式(9)左辺のqは意味を持たないことに留意されたい。
<Process 1>
The symbol Λ is a set obtained by excluding the set of indexes determined by Equation (13) described later from the entire set {1,..., P,. That is, Λ = {1, ..., p, ..., P}-{g (ω, 1), ..., g (ω, q-1)}. However, when <Process 1> is performed for the first time, Λ = {1,..., P,.
The p-th template S p (ω) is the power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 (ω, k) of the residual signal E q + 1 (ω, k) The coefficient A q (ω, k, p) when it is assumed that the template is the optimum template for minimization is obtained by Expression (12) based on the least square method. Note that at this stage, q on the left side of Equation (9) has no meaning.

<処理2>
集合Λの要素の個数(濃度)を|Λ|とすると、式(12)に基づき得られた|Λ|個の係数Aq(ω,k,p)(p∈Λ)を用いて、テンプレートSg(ω,q) (ω)のインデックスを表すg(ω,q)は、残差信号Eq+1 (ω,k)のパワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)を最小とするインデックスとして式(13)により得られる。
<Process 2>
If the number (concentration) of elements of the set Λ is | Λ |, the | Λ | coefficients A q (ω, k, p) (p∈Λ) obtained based on the equation (12) are used to generate a template. G (ω, q) representing the index of S g (ω, q) (ω) is the power of the residual signal E q + 1 (ω, k) (E q + 1 (ω, k)) As an index that minimizes H E q + 1 (ω, k), it is obtained by Expression (13).

従って、方向情報θq (ω,k)の初期値θini,q (ω,k)は、式(13)により得られるg(ω,q)をインデックスに持つテンプレートSg(ω,q) (ω)に対応する方向情報θg(ω,q) (ω)=[θg(ω,q),pol(ω),θg(ω,q),azi(ω)]として与えられる。すなわち、θini,q (ω,k)=[θg(ω,q),pol(ω),θg(ω,q),azi(ω)]である。初期値θini,q (ω,k)はフレームインデックスkに依存しないことに留意されたい。 Therefore, the initial value θ ini, q (ω, k) of the direction information θ q (ω, k) is a template S g (ω, k) having g (ω, q) obtained by the equation (13) as an index . q) Direction information corresponding to (ω) θ g (ω, q) (ω) = [θ g (ω, q), pol (ω), θ g (ω, q), azi (ω)] As given. That is, θ ini, q (ω, k) = [θ g (ω, q), pol (ω), θ g (ω, q), azi (ω)]. Note that the initial value θ ini, q (ω, k) does not depend on the frame index k.

§2 反射音の最適化
次に、方向情報θq (ω,k)の初期値θini,q (ω,k)を起点として、式(7)で表されるq+1番目の残差信号Eq+1 (ω,k)のパワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)を最小とするように、反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))を最適化する。反射音は、係数Aq(ω,k)とRq (ω,θq (ω,k))の2つの要素で構成されるので、2つの要素に対して最適化することが必要となる。この最適化方法は様々あるが、そのうちの一つの方法(勾配法)について述べる。例示する方法では、方向情報θq (ω,k)の補正と係数Aq(ω,k)の補正が交互に所定回数(δ回)反復して行われることにより反射音Aq(ω,k)Rq (ω,θq (ω,k))が最適化される。δは例えば50程度の値とされるが1でもよい。
§2 Optimization of reflected sound Next, starting from the initial value θ ini, q (ω, k) of the direction information θ q (ω, k), the q + 1th residual represented by equation (7) In order to minimize the power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 (ω, k) of the signal E q + 1 (ω, k), the reflected sound A q (ω, k) k) Optimize R q (ω, θ q (ω, k)). The reflected sound is composed of two elements: coefficient A q (ω, k) and R q (ω, θ q (ω, k)), so it is necessary to optimize for the two elements It becomes. There are various optimization methods, but one of them (gradient method) will be described. In the illustrated method, correction of the direction information θ q (ω, k) and correction of the coefficient A q (ω, k) are alternately repeated a predetermined number of times (δ times), whereby the reflected sound A q (ω , k) R q (ω, θ q (ω, k)) is optimized. For example, δ is about 50, but may be 1.

§2.1 方向情報の補正
方向情報θq (ω,k)=[θq,pol(ω,k),θq,azi(ω,k)]の補正は、式(14)による更新によって行われる。初めて§2.1の処理を行う場合、式(14)右辺の方向情報θq (ω,k)は§1の処理で得られた初期値θini,q (ω,k)であり、§2.1の処理が初めてではない場合、式(14)右辺の方向情報θq (ω,k)は直前の§2.1の処理で得られた方向情報とする。また、初めて§2.1の処理を行う場合、パワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)の計算に用いられる係数Aq(ω,k)は式(12)で得られたAq(ω,k,p)とし、§2.1の処理が初めてではない場合、パワー(Eq+1 (ω,k))HEq+1 (ω,k)の計算に用いられる係数Aq(ω,k)は直前の§2.2の処理(後述する)で得られた係数Aq(ω,k)とする。ステップ幅α1およびα2は小さい正の定数であり、収束速度などを考慮して決定されるが、例えばそれぞれ0.1程度の値とされる。
§2.1 Correction of direction information Correction of direction information θ q (ω, k) = [θ q, pol (ω, k), θ q, azi (ω, k)] is updated by equation (14) Is done by. When the processing of §2.1 is performed for the first time, the direction information θ q (ω, k) on the right side of Expression (14) is the initial value θ ini, q (ω, k) obtained by the processing of §1. If the processing in §2.1 is not the first time, the direction information θ q (ω, k) on the right side of equation (14) is the direction information obtained in the immediately preceding processing in §2.1. Further, when the processing of §2.1 is performed for the first time, the coefficient A q (ω, k) used for calculating the power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 (ω, k) Is A q (ω, k, p) obtained in Equation (12), and if the processing in §2.1 is not the first time, the power (E q + 1 (ω, k)) H E q + 1 → The coefficient A q (ω, k) used in the calculation of (ω, k) is the coefficient A q (ω, k) obtained in the immediately preceding §2.2 process (described later). The step widths α 1 and α 2 are small positive constants, which are determined in consideration of the convergence speed and the like, and are each about 0.1, for example.

§2.2 係数の補正
係数Aq(ω,k)の補正は、最小二乗法に基づき、式(15)に従って新たな係数Aq(ω,k)を求めることにより行われる。式(15)で用いるRq (ω,θq (ω,k))は§2.1の処理で得られた方向情報θq (ω,k)と式(6)から得られる。
§2.2 Correction of coefficient The coefficient A q (ω, k) is corrected by obtaining a new coefficient A q (ω, k) according to the equation (15) based on the least square method. R q (ω, θ q (ω, k)) used in Expression (15) is obtained from the direction information θ q (ω, k) obtained by the processing of §2.1 and Expression (6). .

δ回の反復処理が終了した時点で得られている係数Aq(ω,k)と方向情報θq (ω,k)がAq,opt(ω,k)とθq,opt (ω,k)であり、q番目の反射音情報成分rsq (ω,k)となる。すなわち、q番目の反射音情報成分rsq (ω,k)=[rsAq(ω,k),rsBq(ω,k)]は式(16)、式(17)で与えられる。
The coefficient A q (ω, k) and direction information θ q (ω, k) obtained when δ iterations are completed are A q, opt (ω, k) and θ q, opt ( ω, k), and the q-th reflected sound information component rs q (ω, k). That is, the q-th reflected sound information component rs q (ω, k) = [rsA q (ω, k), rsB q (ω, k)] is given by the equations (16) and (17).

以上の過程により、Q個の反射音情報成分rsq (ω,k)=[rsAq(ω,k),rsBq(ω,k)](q=1,…,Q)が求められる。なお、δ=1に設定されている場合、係数の補正を行わないことにより、反射音情報として到来方向のみを求めることができる。 Through the above process, Q reflected sound information components rs q (ω, k) = [rsA q (ω, k), rsB q (ω, k)] (q = 1,..., Q) are obtained. . When δ = 1 is set, only the direction of arrival can be obtained as reflected sound information by not correcting the coefficient.

《第2実施形態》
第1実施形態ではテンプレート情報S(ω)を用いて反射音情報rs(ω,k)を求めたが、P個のテンプレートSp (ω)の集合であるテンプレート情報S(ω)を事前に求めておくことは必ずしも必須ではない。テンプレート情報S(ω)を事前に求めておかない実施形態を第2実施形態として説明する。
<< Second Embodiment >>
In the first embodiment, the reflected sound information rs (ω, k) is obtained using the template information S (ω). However, the template information S (ω) is a set of P templates Sp (ω). ) Is not necessarily required in advance. An embodiment in which template information S (ω) is not obtained in advance will be described as a second embodiment.

第2実施形態では、第1実施形態におけるステップS1−S4の各処理が実施されるが、第1実施形態におけるステップSpの処理が不要であり、さらに第1実施形態のステップS5の処理に替えてステップS5aの処理が行われる(図10参照)。そこで、第1実施形態と同じ事項については重複説明を省略し、第1実施形態と異なる事項について説明する。   In the second embodiment, the processes in steps S1 to S4 in the first embodiment are performed. However, the process in step Sp in the first embodiment is not necessary, and is further replaced with the process in step S5 in the first embodiment. Then, the process of step S5a is performed (see FIG. 10). Therefore, the duplicated description of the same items as those in the first embodiment will be omitted, and items different from those in the first embodiment will be described.

第2実施形態におけるステップS5aの処理を説明する。第2実施形態におけるステップS5aの処理では、「§1 方向情報の初期値設定」が第1実施形態と異なる。方向情報θq (ω,k)の初期値θini,q (ω,k)を、例えばビームフォーマ法などの到来方位推定方法によって定める。ビームフォーマ法は、指向性ビームを空間走査し、得られた電力スペクトルから電力が大きくなる方向を探索する方法である。ここでは、ビームフォーマ法によりP個の到来方向が推定できたとする。 The process of step S5a in 2nd Embodiment is demonstrated. In the process of step S5a in the second embodiment, “§1 Initial value setting of direction information” is different from the first embodiment. The initial value θ ini, q (ω, k) of the direction information θ q (ω, k) is determined by an arrival direction estimation method such as a beam former method. The beam former method is a method in which a directional beam is spatially scanned and a direction in which power is increased is searched for from the obtained power spectrum. Here, it is assumed that P arrival directions can be estimated by the beamformer method.

実際には、ビームフォーマ法によって得られる電力スペクトルは到来方向に対して急峻でないことがあり、このような場合、例えば、予め定めたスペクトル強度以上のスペクトル強度を示す電力スペクトルに対応する方向の範囲にて予め定めた間隔で到来方向を定めればよい。具体例として、極角5°、方位角10°から20°の範囲で予め定めたスペクトル強度以上のスペクトル強度を示す電力スペクトルが得られたとすると、予め定めた間隔2°ごとに到来方向を定めるとして、(極角5°,方位角10°),(極角5°,方位角12°),(極角5°,方位角14°),(極角5°,方位角16°),(極角5°,方位角18°),(極角5°,方位角20°)を到来方向とすればよい。   In practice, the power spectrum obtained by the beamformer method may not be steep with respect to the direction of arrival. In such a case, for example, the range of the direction corresponding to the power spectrum showing the spectral intensity equal to or higher than the predetermined spectral intensity. The arrival direction may be determined at predetermined intervals. As a specific example, assuming that a power spectrum showing a spectral intensity equal to or higher than a predetermined spectral intensity in a polar angle range of 5 ° and an azimuth angle of 10 ° to 20 ° is obtained, the direction of arrival is determined every predetermined interval of 2 °. (Polar angle 5 °, azimuth angle 10 °), (polar angle 5 °, azimuth angle 12 °), (polar angle 5 °, azimuth angle 14 °), (polar angle 5 °, azimuth angle 16 °), (Polar angle 5 °, azimuth angle 18 °), (polar angle 5 °, azimuth angle 20 °) may be the arrival direction.

また、電力スペクトルが或る方向にて急峻なピークを示したとしても、単純に当該方向を到来方向の一つとして定めるのではなく、当該方向の所定の範囲で到来方向を定めてもよい。具体例として、極角30°、方位角50°で急峻なピークを示す電力スペクトルが得られたとすると、所定の範囲(極角±4°,方位角±4°,間隔2°)で到来方向を定めるとして、(極角26°,方位角46°),(極角28°,方位角46°),(極角30°,方位角46°),(極角32°,方位角46°),(極角34°,方位角46°),(極角26°,方位角48°),(極角28°,方位角48°),(極角30°,方位角48°),(極角32°,方位角48°),(極角34°,方位角48°),(極角26°,方位角50°),(極角28°,方位角50°),(極角30°,方位角50°),(極角32°,方位角50°),(極角34°,方位角50°),(極角26°,方位角52°),(極角28°,方位角52°),(極角30°,方位角52°),(極角32°,方位角52°),(極角34°,方位角52°),(極角26°,方位角54°),(極角28°,方位角54°),(極角30°,方位角54°),(極角32°,方位角54°),(極角34°,方位角54°)を到来方向とすればよい。なお、第1実施形態ではPは固定値であったが、第2実施形態ではPはビームフォーマ法などの到来方位推定方法による推定成果に依存する値であることに留意されたい。   Even if the power spectrum shows a steep peak in a certain direction, the direction of arrival may be determined within a predetermined range of the direction instead of simply determining that direction as one of the directions of arrival. As a specific example, assuming that a power spectrum showing a steep peak at a polar angle of 30 ° and an azimuth angle of 50 ° is obtained, the direction of arrival is within a predetermined range (polar angle ± 4 °, azimuth angle ± 4 °, interval 2 °). (Polar angle 26 °, azimuth angle 46 °), (polar angle 28 °, azimuth angle 46 °), (polar angle 30 °, azimuth angle 46 °), (polar angle 32 °, azimuth angle 46 ° ), (Polar angle 34 °, azimuth angle 46 °), (polar angle 26 °, azimuth angle 48 °), (polar angle 28 °, azimuth angle 48 °), (polar angle 30 °, azimuth angle 48 °), (Polar angle 32 °, azimuth angle 48 °), (polar angle 34 °, azimuth angle 48 °), (polar angle 26 °, azimuth angle 50 °), (polar angle 28 °, azimuth angle 50 °), (polar Angle 30 °, azimuth angle 50 °), polar angle 32 °, azimuth angle 50 °, polar angle 34 °, azimuth angle 50 °, polar angle 26 °, azimuth angle 52 °, and polar angle 28 °, azimuth angle 52 °), (polar angle 30 °, azimuth 52 °), (polar angle 32 °, azimuth angle 52 °), (polar angle 34 °, azimuth angle 52 °), (polar angle 26 °, azimuth angle 54 °), (polar angle 28 °, azimuth angle 54 ° ), (Polar angle 30 °, azimuth angle 54 °), (polar angle 32 °, azimuth angle 54 °), and (polar angle 34 °, azimuth angle 54 °). Note that P is a fixed value in the first embodiment, but in the second embodiment, P is a value that depends on an estimation result obtained by an arrival direction estimation method such as a beamformer method.

ビームフォーマ法によって得られたP個の到来方向についてテンプレートを生成する。テンプレートの各要素の算出式は例えば式(6)である。このP個のテンプレート(テンプレート情報S(ω))を用いて第1実施形態で説明した「§1 方向情報の初期値設定」を行えばよい。初期値設定以降の処理は第1実施形態で説明したとおりである。 A template is generated for P arrival directions obtained by the beamformer method. A calculation formula for each element of the template is, for example, Formula (6). The “§1 initial value setting of direction information” described in the first embodiment may be performed using the P templates (template information S (ω)). The processing after the initial value setting is as described in the first embodiment.

<変形例>
上述の第1実施形態では周波数ごとに観測信号X(ω,k)を用いて反射音情報rs(ω,k)を推定したが、周波数ごとに反射音情報を推定すると、一意に推定されるべき仮想音源の方向(推定到来方向)以外の方向に関する情報も含んでしまうことがあり、この結果、反射音情報に誤差が生じることがありうる。例えば、図11(a)に示すように推定到来方向に関する情報だけを抽出できることが望ましいが、実際には図11(b)に示すように推定到来方向以外の方向に関する情報が混在してしまうことがありえる。
<Modification>
In the first embodiment described above, the reflected sound information rs (ω, k) is estimated using the observation signal X (ω, k) for each frequency. However, when the reflected sound information is estimated for each frequency, the reflected sound information is estimated uniquely. Information on directions other than the direction of the virtual sound source to be performed (estimated arrival direction) may be included, and as a result, errors may occur in the reflected sound information. For example, it is desirable that only information related to the estimated arrival direction can be extracted as shown in FIG. 11A, but in reality, information related to directions other than the estimated arrival direction is mixed as shown in FIG. 11B. There can be.

そこで変形例では、全周波数に亘り一括してパワーを算出することで、反射音情報の推定誤差を小さくする。つまり、図12に示すように、残差信号のパワーを全周波数に亘り統括することによって、推定到来方向以外の方向の影響を極力減らすことができる。一般的に推定到来方向以外の方向では各周波数でのパワーにバラつきが生じるので、残差信号のパワーを全周波数に亘り統括することにより、推定到来方向のパワーに比してそれ以外の方向のパワーの相対的な影響を低減することができる。なお、図12では、縦軸のパワーは相対値を示しているので各グラフのスケールが同じであるわけではないことに留意されたい。   Therefore, in the modification, the estimation error of the reflected sound information is reduced by calculating the power collectively over all frequencies. That is, as shown in FIG. 12, the influence of directions other than the estimated arrival direction can be reduced as much as possible by integrating the power of the residual signal over all frequencies. In general, the power at each frequency varies in directions other than the estimated direction of arrival. Therefore, by integrating the power of the residual signal over all frequencies, the power in the other direction compared to the power in the estimated direction of arrival. The relative influence of power can be reduced. In FIG. 12, it should be noted that the scale of each graph is not the same because the power on the vertical axis indicates a relative value.

この変形例での処理は次のとおりである。解析する周波数帯域に含まれる周波数のインデックスωの集合をΩとする。例えば、音声信号を扱うのであれば、1.0〜3.0kHz帯域に対応するインデックスの集合をΩとすればよい。そして、テンプレートSg(ω,q) (ω)のインデックスg(ω,q)を式(13)の替わりに式(18)によって求める。また、方向情報θq (ω,k)=[θq,pol(ω,k),θq,azi(ω,k)]の補正は、式(14)の替わりに式(19)による更新によって行われる。
The processing in this modification is as follows. A set of frequency indexes ω included in the frequency band to be analyzed is Ω. For example, if an audio signal is handled, the set of indexes corresponding to the 1.0 to 3.0 kHz band may be Ω. Then, the index g (ω, q) of the template S g (ω, q) (ω) is obtained by Expression (18) instead of Expression (13). Further, the correction of the direction information θ q (ω, k) = [θ q, pol (ω, k), θ q, azi (ω, k)] is performed by the equation (19) instead of the equation (14). Done by renewal.

<応用例>
反射音情報は人間が生活する上で、非常に重要な音声情報である。例えば、視覚障害者は、タッピングによって発した音源信号が壁や天井等で反射して耳で観測することにより、環境を把握している。また、日常会話でも、適度な反射が生じる部屋で会話することと、反射音が比較的少ない環境で会話することでは会話のしやすさに相違が生じる。以下、本発明により推定された反射音情報を用いたサービス例について述べる。
1つ目は、会議システムに本発明を組み込んだ例である。指向性音源の向きに応じて反射音の振幅は変化するので、反射音情報が分かると、どの方向に音源が向いているのかを推定することができる。会議システムに音源向きの推定装置を組み込めば、誰に向かって発言したのかを提示することに応用できる。
2つ目は、自由な位置で映像や音声を鑑賞できるシステムである。遠方にある音は直接到来する音源のパワーが小さいので収音することが困難である。反射音情報が分かると、直接音だけでなく、反射音も強調収音できるので、遠方の音を強調することが可能となる。また、音声処理の分野では、方向別に音源の強調収音は可能であるが、距離別に音声を強調収音することは非常に難しいとされている。反射音情報が分かると、距離に対応する物理的な特徴量が得られるので、距離別に収音することが可能となる。遠方の音を収音したり、方向別、距離別に収音することができれば、視聴者の選択した位置に対応した音場を擬似的に生成することが可能となる。
<Application example>
The reflected sound information is very important voice information for human life. For example, a visually impaired person grasps the environment by reflecting a sound source signal generated by tapping on a wall or ceiling and observing with an ear. Further, even in everyday conversation, there is a difference in the ease of conversation between talking in a room where moderate reflection occurs and talking in an environment with relatively few reflected sounds. Hereinafter, service examples using reflected sound information estimated according to the present invention will be described.
The first is an example in which the present invention is incorporated in a conference system. Since the amplitude of the reflected sound changes according to the direction of the directional sound source, if the reflected sound information is known, it is possible to estimate in which direction the sound source is directed. If a sound source direction estimation device is incorporated in the conference system, it can be applied to presenting who spoke.
The second is a system that allows users to view video and audio at any position. Sound far away is difficult to pick up because the power of the sound source coming directly is small. If the reflected sound information is known, not only the direct sound but also the reflected sound can be picked up and collected, so that it is possible to enhance the sound in the distance. In the field of audio processing, it is possible to emphasize and collect sound sources by direction, but it is very difficult to emphasize and collect sounds by distance. If the reflected sound information is known, a physical feature amount corresponding to the distance can be obtained, so that sound can be collected for each distance. If far-field sounds can be picked up or picked up by direction and distance, a sound field corresponding to the position selected by the viewer can be generated in a pseudo manner.

音声通信システムにおいて、反射音情報を推定することは、直接音だけでは得られなかった音場の情報を得ることにつながる。反射音情報が分かれば、これまでの音声強調技術ではできなかったような遠方音の収音や距離別の収音に結びついたり、従来の収音技術では推定できなかった音場の情報(例えば音源の向き)を推定できる。こういった音場の情報の推定は、これまでの技術では実現できなかった音声処理装置の開発に繋がる。反射音情報の推定に関する従来技術は、インパルス応答を求めるために特殊な信号を観測する必要があったが、本発明は音声信号のような一般的な観測信号で反射音情報を得られるという利点を持つ。   In a voice communication system, estimating reflected sound information leads to obtaining information on a sound field that could not be obtained only by direct sound. If the reflected sound information is known, it will lead to far-field sound collection and sound collection by distance, which could not be done with conventional speech enhancement technology, or information on the sound field that could not be estimated with conventional sound collection technology (for example, The direction of the sound source can be estimated. Such estimation of sound field information leads to the development of a speech processing apparatus that could not be realized by the conventional technology. The prior art related to the estimation of reflected sound information required observation of a special signal in order to obtain an impulse response, but the present invention has an advantage that reflected sound information can be obtained with a general observation signal such as an audio signal. have.

<反射音情報推定装置のハードウェア構成例>
上述の実施形態に関わる反射音情報推定装置は、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部、CPU(Central Processing Unit)〔キャッシュメモリなどを備えていてもよい。〕、メモリであるRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)と、ハードディスクである外部記憶装置、並びにこれらの入力部、出力部、CPU、RAM、ROM、外部記憶装置間のデータのやり取りが可能なように接続するバスなどを備えている。また必要に応じて、反射音情報推定装置に、CD−ROMなどの記憶媒体を読み書きできる装置(ドライブ)などを設けるとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。
<Example of hardware configuration of reflected sound information estimation device>
The reflected sound information estimation apparatus according to the above-described embodiments may include an input unit to which a keyboard or the like can be connected, an output unit to which a liquid crystal display or the like can be connected, a CPU (Central Processing Unit) [cache memory, or the like. ] RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory) and external storage device as a hard disk, and data exchange between these input unit, output unit, CPU, RAM, ROM, and external storage device It has a bus that can be connected. Further, if necessary, the reflected sound information estimation device may be provided with a device (drive) that can read and write a storage medium such as a CD-ROM. A physical entity having such hardware resources includes a general-purpose computer.

反射音情報推定装置の外部記憶装置には、反射音情報を推定するためのプログラム並びにこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている〔外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるROMに記憶させておくなどでもよい。〕。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、RAMや外部記憶装置などに適宜に記憶される。以下、データやその格納領域のアドレスなどを記憶する記憶装置を単に「記憶部」と呼ぶことにする。   The external storage device of the reflected sound information estimation device stores a program for estimating reflected sound information and data necessary for processing of the program [not limited to the external storage device, for example, a program is read-only. You may memorize | store in ROM which is a memory | storage device. ]. Data obtained by the processing of these programs is appropriately stored in a RAM or an external storage device. Hereinafter, a storage device that stores data, addresses of storage areas, and the like is simply referred to as a “storage unit”.

反射音情報推定装置の記憶部には、アナログ信号に対してAD変換を行うためのプログラム、フレーム分割処理を行うためのプログラム、フレームごとのデジタル信号を周波数領域の観測信号に変換するためのプログラム、テンプレート情報を生成するためのプログラム、周波数領域の観測信号とテンプレート情報を用いて反射音情報を推定するためのプログラムが記憶されている。   The storage unit of the reflected sound information estimation device has a program for performing AD conversion on an analog signal, a program for performing frame division processing, and a program for converting a digital signal for each frame into an observation signal in the frequency domain A program for generating template information and a program for estimating reflected sound information using frequency domain observation signals and template information are stored.

反射音情報推定装置では、記憶部に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてRAMに読み込まれて、CPUで解釈実行・処理される。この結果、CPUが所定の機能(AD変換部、フレーム分割部、周波数領域変換部、テンプレート生成部、反射音情報推定部)を実現することで反射音情報の推定が実現される。   In the reflected sound information estimation apparatus, each program stored in the storage unit and data necessary for processing each program are read into the RAM as necessary, and are interpreted and processed by the CPU. As a result, the CPU realizes the predetermined functions (AD conversion unit, frame division unit, frequency domain conversion unit, template generation unit, reflection sound information estimation unit), thereby realizing the reflection sound information estimation.

<補記>
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
<Supplementary note>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. In addition, the processing described in the above embodiment may be executed not only in time series according to the order of description but also in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processing. .

また、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ(反射音情報推定装置)における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。   When the processing functions in the hardware entity (reflected sound information estimation apparatus) described in the above embodiment are realized by a computer, the processing contents of the functions that the hardware entity should have are described by a program. Then, by executing this program on a computer, the processing functions in the hardware entity are realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape or the like, and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only). Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. Can be used.

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。   The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。   A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、ハードウェアエンティティを構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。   In this embodiment, a hardware entity is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

Claims (15)

Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を記憶する記憶部と、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを入力とし、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものを上記観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する反射音情報推定部と
を含む反射音情報推定装置。
A template representing transfer characteristics for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer of 1 to P. A storage unit for storing template information that is a set;
A signal obtained by collecting audio signals with M microphones and obtained by converting the M sound collection signals into the frequency domain (hereinafter referred to as an observation signal) and the template information, and (1) pth The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound expressed by multiplying the template by the p-th complex amplitude from the observed signal is minimized. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the p-th complex amplitude by the p-th template from the observed signal is obtained for each p, and the minimum power is given among them. Determine the template
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by the complex amplitude is subtracted from the observed signal to correct the direction D so that the power of the residual signal E is minimized, and the reflected sound information estimation unit estimates the arrival direction of the reflected sound. The reflected sound information estimation apparatus including.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を記憶する記憶部と、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを入力とし、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものを上記観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する上記伝達特性関数に乗じられた上記複素振幅を反射音の到来振幅として推定する反射音情報推定部と
を含む反射音情報推定装置。
A template representing transfer characteristics for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer of 1 to P. A storage unit for storing template information that is a set;
A signal obtained by collecting audio signals with M microphones and obtained by converting the M sound collection signals into the frequency domain (hereinafter referred to as an observation signal) and the template information, and (1) pth The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound expressed by multiplying the template by the p-th complex amplitude from the observed signal is minimized. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the p-th complex amplitude by the p-th template from the observed signal is obtained for each p, and the minimum power is given among them. Determine the template
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Is multiplied by the complex amplitude and subtracted from the observed signal to estimate the arrival direction of the reflected sound by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. A reflected sound information estimation device including a reflected sound information estimation unit that estimates the complex amplitude multiplied by the transfer characteristic function corresponding to as the arrival amplitude of the reflected sound.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を記憶する記憶部と、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを入力とし、Qを1以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は上記観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する反射音情報推定部と
を含む反射音情報推定装置。
A template representing a transfer characteristic for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P. A storage unit for storing template information that is a set of
A sound signal obtained by picking up sound signals with M microphones is input to a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by converting M sound pickup signals into the frequency domain and the template information, and Q is set to 1 or more. A predetermined integer, q is an integer between 1 and Q, and for each q, (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth minimum P-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the residual signal (where the first minimum residual signal is the observed signal) is minimized. The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth complex amplitude by the pth template from the qth minimum residual signal is obtained for each p, and The te that gave the least power Plate to determine,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by the complex amplitude is subtracted from the q-th minimum residual signal, and the direction D of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. A reflected sound information estimation device including a reflected sound information estimation unit.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報を記憶する記憶部と、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを入力とし、Qを1以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は上記観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する上記伝達特性関数に乗じられた上記複素振幅を反射音の到来振幅として推定する反射音情報推定部と
を含む反射音情報推定装置。
A template representing a transfer characteristic for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged, where P is a predetermined integer of 2 or more and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P. A storage unit for storing template information that is a set of
A sound signal obtained by picking up sound signals with M microphones is input to a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by converting M sound pickup signals into the frequency domain and the template information, and Q is set to 1 or more. A predetermined integer, q is an integer between 1 and Q, and for each q, (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth minimum P-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the residual signal (where the first minimum residual signal is the observed signal) is minimized. The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth complex amplitude by the pth template from the qth minimum residual signal is obtained for each p, and The te that gave the least power Plate to determine,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by the complex amplitude is subtracted from the q-th minimum residual signal, and the direction D of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. And a reflected sound information estimation unit including a reflected sound information estimation unit that estimates the complex amplitude multiplied by the transfer characteristic function corresponding to the arrival direction as the arrival amplitude of the reflected sound.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の反射音情報推定装置において、
上記残差信号のパワーはそれぞれ、全ての上記周波数に亘って加算して得られたパワーであり、
上記到来方向は、全ての上記周波数に亘って加算して得られた上記残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより推定される
ことを特徴とする反射音情報推定装置。
In the reflected sound information estimation device according to any one of claims 1 to 4,
The power of the residual signal is the power obtained by adding over all the frequencies,
The reflected sound information is characterized in that the arrival direction is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by adding over all the frequencies is minimized. Estimating device.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の反射音情報推定装置において、
周波数をω、周波数ωの集合をΩ、iを虚数単位、cを音速、p番目の位置[xp,yp,zp]とm番目(1≦m≦M)のマイクロホンが配置される位置[um,vm,wm]との間の伝達特性をSpm(ω)、ただし
として、上記テンプレートSp(ω)={Sp1(ω),…,SpM(ω)}(ω∈Ω)の集合である上記テンプレート情報{S1(ω),…,SP(ω)}(ω∈Ω)を生成するテンプレート生成部を
さらに含むことを特徴とする反射音情報推定装置。
In the reflected sound information estimation device according to any one of claims 1 to 5,
Ω is the frequency, Ω is the set of frequencies ω, i is the imaginary unit, c is the speed of sound, the p th position [x p , y p , z p ] and the m th (1 ≦ m ≦ M) microphone are arranged. S pm (ω), the transfer characteristic between positions [u m , v m , w m ], where
As, the template S p (ω) = {S p1 (ω), ..., S pM (ω)} the template information which is a set of (ω∈Ω) {S 1 (ω ), ..., S P (ω )} Further includes a template generation unit for generating (ω∈Ω).
請求項1から請求項6のいずれかに記載の反射音情報推定装置において、
上記伝達特性関数は、空間中の任意の位置[x,y,z]とM個のマイクロホンが配置される各位置[um,vm,wm]との間の周波数ごとの各伝達特性Rm(ω)(1≦m≦M)によって表され、当該伝達特性Rm(ω)は、周波数をω、iを虚数単位、cを音速として、
で表されることを特徴とする反射音情報推定装置。
In the reflected sound information estimation device according to any one of claims 1 to 6,
The transfer characteristic function is a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position [x, y, z] in space and each position [u m , v m , w m ] where M microphones are arranged. R m (ω) (1 ≦ m ≦ M), and the transfer characteristic R m (ω) has a frequency as ω, i as an imaginary unit, and c as a speed of sound.
The reflected sound information estimation apparatus characterized by the above-mentioned.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、記憶部には、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報が記憶されているとし、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを用い、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものを上記観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する反射音情報推定過程
を有する反射音情報推定方法。
Assuming that P is a predetermined integer of 2 or more, p is an integer of 1 to P, and the storage unit transmits information for each frequency between the pth position and each position where M microphones are arranged. Assume that template information that is a set of templates representing characteristics is stored,
(1) The p-th signal is obtained by using a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by collecting M sound pickup signals obtained by picking up sound signals with M microphones into the frequency domain and the template information. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the template by the p-th complex amplitude from the observed signal is minimized. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the p-th complex amplitude by the p-th template from the observed signal was obtained for each p, and the minimum power was given among them. Determine the template,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by complex amplitude is subtracted from the observed signal to correct the direction D so that the power of the residual signal E is minimized, thereby estimating the arrival direction of the reflected sound information. A method for estimating reflected sound information.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1以上P以下の各整数として、記憶部には、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報が記憶されているとし、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを用い、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音を上記観測信号から減じて得られる残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものを上記観測信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する上記伝達特性関数に乗じられた上記複素振幅を反射音の到来振幅として推定する反射音情報推定過程
を有する反射音情報推定方法。
Assuming that P is a predetermined integer of 2 or more, p is an integer of 1 to P, and the storage unit transmits information for each frequency between the pth position and each position where M microphones are arranged. Assume that template information that is a set of templates representing characteristics is stored,
(1) The p-th signal is obtained by using a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by collecting M sound pickup signals obtained by picking up sound signals with M microphones into the frequency domain and the template information. The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the template by the p-th complex amplitude from the observed signal is minimized. The power of the residual signal obtained by subtracting the p-th reflected sound represented by multiplying the p-th complex amplitude by the p-th template from the observed signal was obtained for each p, and the minimum power was given among them. Determine the template,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Is multiplied by the complex amplitude and subtracted from the observed signal to estimate the arrival direction of the reflected sound by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. A reflected sound information estimation method including a reflected sound information estimation process in which the complex amplitude multiplied by the transfer characteristic function corresponding to is estimated as an arrival amplitude of the reflected sound.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、記憶部には、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報が記憶されているとし、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを用い、Qを2以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は上記観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定する反射音情報推定過程
を有する反射音情報推定方法。
Assuming that P is a predetermined integer equal to or greater than 2, and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P, the storage unit is configured for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged. Assume that template information that is a set of templates representing transfer characteristics is stored,
Using a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by collecting M sound pickup signals obtained by collecting sound signals with M microphones into the frequency domain and the template information, Q is set to 2 or more in advance. For each q, a defined integer, q is an integer between 1 and Q, and (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth smallest The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the residual signal (where the first minimum residual signal is the observed signal) is minimized, and the determined p The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth template and the qth residual signal is obtained for each p. The balance that gave the least power To determine the over door,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by the complex amplitude is subtracted from the q-th minimum residual signal, and the direction D of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. A reflected sound information estimation method including a reflected sound information estimation process.
Pを2以上の予め定められた整数、pを1≦p≦Pを満たす整数として、記憶部には、p番目の位置とM個のマイクロホンが配置される各位置との間の周波数ごとの伝達特性を表すテンプレートの集合であるテンプレート情報が記憶されているとし、
音声信号をM個のマイクロホンで収音して得られるM個の収音信号がそれぞれ周波数領域に変換された信号(以下、観測信号という)と上記テンプレート情報とを用い、Qを2以上の予め定められた整数、qを1以上Q以下の各整数として、各qについて、(1)p番目のテンプレートにp番目の複素振幅を乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号(ただし、1番目の最小の残差信号は上記観測信号とする)から減じて得られる残差信号のパワーが最小になるようにp番目の複素振幅を決定し、決定されたp番目の複素振幅をp番目のテンプレートに乗じて表されるp番目の反射音をq番目の最小の残差信号から減じて得られるq+1番目の残差信号のパワーを各pについて求め、これらのうち最小のパワーを与えたテンプレートを決定し、
(2)決定されたテンプレートに対応する上記位置により定まる方向Dの近傍で、空間中の任意の位置と各上記マイクロホンとの間の周波数ごとの伝達特性を模擬した関数(以下、伝達特性関数という)に複素振幅を乗じたものをq番目の最小の残差信号から減じて得られる残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより反射音の到来方向を推定するとともに、当該到来方向に対応する上記伝達特性関数に乗じられた上記複素振幅を反射音の到来振幅として推定する反射音情報推定過程
を有する反射音情報推定方法。
Assuming that P is a predetermined integer equal to or greater than 2, and p is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ P, the storage unit is configured for each frequency between the p-th position and each position where M microphones are arranged. Assume that template information that is a set of templates representing transfer characteristics is stored,
Using a signal (hereinafter referred to as an observation signal) obtained by collecting M sound pickup signals obtained by collecting sound signals with M microphones into the frequency domain and the template information, Q is set to 2 or more in advance. For each q, a defined integer, q is an integer between 1 and Q, and (1) the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth complex amplitude is the qth smallest The p-th complex amplitude is determined so that the power of the residual signal obtained by subtracting from the residual signal (where the first minimum residual signal is the observed signal) is minimized, and the determined p The power of the q + 1th residual signal obtained by subtracting the pth reflected sound represented by multiplying the pth template by the pth template and the qth residual signal is obtained for each p. The balance that gave the least power To determine the over door,
(2) A function simulating a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position in the space and each of the microphones in the vicinity of the direction D determined by the position corresponding to the determined template (hereinafter referred to as a transfer characteristic function). ) Multiplied by the complex amplitude is subtracted from the q-th minimum residual signal, and the direction D of the reflected sound is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E is minimized. And a reflected sound information estimation method including a reflected sound information estimation step of estimating the complex amplitude multiplied by the transfer characteristic function corresponding to the arrival direction as an arrival amplitude of the reflected sound.
請求項8から請求項11のいずれかに記載の反射音情報推定方法において、
上記残差信号のパワーはそれぞれ、全ての上記周波数に亘って加算して得られたパワーであり、
上記到来方向は、全ての上記周波数に亘って加算して得られた上記残差信号Eのパワーが最小になるように当該方向Dを補正することにより推定される
ことを特徴とする反射音情報推定方法。
The reflected sound information estimation method according to any one of claims 8 to 11,
The power of the residual signal is the power obtained by adding over all the frequencies,
The reflected sound information is characterized in that the arrival direction is estimated by correcting the direction D so that the power of the residual signal E obtained by adding over all the frequencies is minimized. Estimation method.
請求項8から請求項12のいずれかに記載の反射音情報推定方法において、
周波数をω、周波数ωの集合をΩ、iを虚数単位、cを音速、p番目の位置[xp,yp,zp]とm番目(1≦m≦M)のマイクロホンが配置される位置[um,vm,wm]との間の伝達特性をSpm(ω)、ただし
として、上記テンプレートSp(ω)={Sp1(ω),…,SpM(ω)}(ω∈Ω)の集合である上記テンプレート情報{S1(ω),…,SP(ω)}(ω∈Ω)を生成するテンプレート生成過程を
さらに有することを特徴とする反射音情報推定方法。
In the reflected sound information estimation method according to any one of claims 8 to 12,
Ω is the frequency, Ω is the set of frequencies ω, i is the imaginary unit, c is the speed of sound, the p th position [x p , y p , z p ] and the m th (1 ≦ m ≦ M) microphone are arranged. S pm (ω), the transfer characteristic between positions [u m , v m , w m ], where
As, the template S p (ω) = {S p1 (ω), ..., S pM (ω)} the template information which is a set of (ω∈Ω) {S 1 (ω ), ..., S P (ω )} (Ω∈Ω) is further included in the template generation process, and the reflected sound information estimation method is characterized.
請求項8から請求項13のいずれかに記載の反射音情報推定方法において、
上記伝達特性関数は、空間中の任意の位置[x,y,z]とM個のマイクロホンが配置される各位置[um,vm,wm]との間の周波数ごとの各伝達特性Rm(ω)(1≦m≦M)によって表され、当該伝達特性Rm(ω)は、周波数をω、iを虚数単位、cを音速として、
で表されることを特徴とする反射音情報推定方法。
In the reflected sound information estimation method according to any one of claims 8 to 13,
The transfer characteristic function is a transfer characteristic for each frequency between an arbitrary position [x, y, z] in space and each position [u m , v m , w m ] where M microphones are arranged. R m (ω) (1 ≦ m ≦ M), and the transfer characteristic R m (ω) has a frequency as ω, i as an imaginary unit, and c as a speed of sound.
The reflected sound information estimation method characterized by the above-mentioned.
コンピュータに、請求項8から請求項14のいずれかに記載の反射音情報推定方法の処理を実行させるためのプログラム。       The program for making a computer perform the process of the reflected sound information estimation method in any one of Claims 8-14.
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