JP6947183B2 - 音源位置推定装置及びウェアラブルデバイス - Google Patents
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Description
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
1.本実施形態に係るネックバンドの外観
2.ネックバンド型デバイスの装着ずれ
3.音源位置を特定するための演算
4.最適化計算について
5.音源位置推定装置の構成例
6.ビームフォーミング処理について
7.ネックバンド型デバイスの傾きと直径の設定
まず、図1を参照して、本開示の一実施形態に係るネックバンド型デバイス(リング状デバイス)1000の概略構成について説明する。図1に示すように、本実施形態に係るネックバンド型デバイス1000は、円形のリング状とされ、開口部1002が設けられている。ユーザは、開口部1002を開くことで、ネックバンド型デバイス1000を首に装着することができる。
ネックバンド型デバイス1000のようにユーザの体に固定されていないデバイスでは、基準とする装着状態からずれた状態となることがある(このようなずれを「装着ずれ」と称することとする)。図2及び図3は、装着ずれを説明するための模式図である。図2は、通常装着時を示しており、開口部1002の位置がユーザの正面を向いており、正しい装着状態を示している。一方、図3は、図2に対してネックバンド型デバイス1000の開口部1002が手前側に回転し、装着ずれが発生した状態を示している。
図1に示したように、ネックバンド型デバイス1000の形状は円Cに倣った略円形状である。このため、ネックバンド型デバイス1000の筐体に搭載された複数のマイクロフォン1010も円周上に存在する。これにより、図3に示した装着ずれは、ネックバンド型デバイス1000が張る2次元平面P(以降、回転面と呼ぶ)内における回転運動であり、その回転軸Sはネックバンド型デバイス1000が作る円Cの中心を通ると考えてよい。
d1 2=(x1−x0)2+(y1−y0)2+z0 2 ・・・(6)
d2 2=(x2−x0)2+(y2−y0)2+z0 2 ・・・(7)
di 2=(x1−xi)2+(y1−yi)2+z0 2 ・・・(11)
l1 2+l2 2=d2 ・・・(12)
d1 2+d2 2=d2+2z0 2 ・・・(13)
本実施形態における最適化計算では、式(1)の扱い方により2つの方法が考えられる。ここでは一般化のため、任意の位置に3つ以上のマイクロフォン1010が配置されている場合を考える。
図8は、上述した演算によりネックバンド型デバイス1000における音源位置を推定する音源位置推定装置100の構成を示す模式図である。図8に示すように、音源位置推定装置100は、スペクトル取得部102、音源距離演算部104、音源位置演算部106、を有して構成されている。音源位置演算部106によって算出された距離diは、ビームフォーミング演算部108へ送られる。スペクトル取得部102は、マイクロフォン1010で観測された信号をAD変換し、帯域分割処理を行うことにより、周波数スペクトルpiを取得する。音源距離演算部104は、上述した式(4)、式(5)(または式(9)、式(10))に基づいて、口元座標とマイク座標との距離diを求める。音源位置演算部106は、上述した式(1)、式(6)、式(7)(または式(1)、式(11))に基づいて、口元座標(x0,y0,z0)を演算する。また、音源位置演算部106は、求めた口元座標(x0,y0,z0)とマイク座標に基づいて、距離diを再計算し、より高精度に距離diを算出する。ビームフォーミング演算部108は、高精度に再計算された距離diに基づいて、ビームフォーミング処理を行う。図8に示す音源位置推定装置100は、ネックバンド型デバイス1000の内部に設けられるが、音源位置推定装置100を外部機器(クラウドコンピュータ等)に設け、ネックバンド型デバイス1000から外部機器へ必要なパラメータを送信し、外部機器側で演算された音源位置をネックバンド型デバイス1000が受信しても良い。図8に示す音源位置推定装置100の各構成要素は、回路(ハードウェア)、またはCPUなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム(ソフトウェア)から構成されることができる。また、そのプログラムは、メモリ等の記録媒体に格納されることができる。
図9は、ビームフォーミング演算部108の構成を示す模式図である。ビームフォーミング演算部108は、スペクトル取得部108a、ビームフォーミング処理部108b、ビームフォーミング係数算出部108cを有して構成される。なお、スペクトル取得部108aは、スペクトル取得部102と同一の機能を有する構成要素である。
次に、ネックバンド型デバイス1000の角度θと直径dの設定について説明する。上述した演算によりユーザの口元座標(x0,y0,z0)を算出する際には、角度θと直径dを所定値に定めておくことが望ましい。図10〜図13は、角度θと直径dを所望の値にするための構成を示す模式図である。ネックバンド型デバイス1000の内周面には、図10に示す領域Aにおいて、図11に示すような傾斜面(傾き調整部)1004が設けられている。傾斜面1004は、ネックバンド型デバイス1000がユーザの首に装着された場合に、首と接触する。このため、傾斜面1004の角度を最適な角度に設定することで、角度θを所望の値に設定することができる。好適には、ネックバンド型デバイス1000の開口部1002側に重みを持たせておくことにより、傾斜面1004を確実にユーザの首に接触させることができる。傾斜面1004を備えるアタッチメントをネックバンド型デバイス1000に装着できるようにしても良い。
(1) リング状のウェアラブルデバイスに設けられた複数のマイクロフォンで得られる音声に基づいて、音源の周波数スペクトルを取得するスペクトル取得部と、
前記周波数スペクトルに基づいて複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を演算する距離演算部と、
前記リング状のウェアラブルデバイスを円に近似して、前記リング状のウェアラブルデバイスを含む円柱面に前記音源が位置するものとして、前記それぞれの距離を半径とする球面と前記円柱面との交点を求めることで前記音源の位置を演算する音源位置演算部と、
を備える、音源位置推定装置。
(2) 前記音源位置演算部は、前記音源の位置を演算した後、前記音源の位置を再演算する際には、前記円柱面における前記円から前記音源までの距離を固定値として最適化演算を行うことで前記音源の位置を再演算する、前記(1)に記載の音源位置推定装置。
(3) 前記マイクロフォンは2つ設けられ、
音源位置演算部は、前記それぞれの距離を半径とする球面を表す2つの式と前記円柱面を表す式を連立して解くことで、前記球面と前記円柱面との交点を求める、前記(1)又は(2)に記載の音源位置推定装置。
(4) 前記マイクロフォンは3つ以上設けられ、
前記スペクトル取得部は、線形最適化により前記周波数スペクトルを取得する、前記(1)又は(2)に記載の音源位置推定装置。
(5) 前記マイクロフォンは3つ以上設けられ、
音源位置演算部は、前記それぞれの距離を半径とする球面を表す式と、前記円柱面を表す式とに基づいて、非線形最適化により前記音源の位置を演算する、(1)又は(2)に記載の音源位置推定装置。
(6) 前記音源位置演算部は、前記円柱面を表す式を制約条件として、非線形化最適化により前記音源の位置を演算する、前記(5)に記載の音源位置推定装置。
(7) 前記音源位置演算部は、前記リング状のウェアラブルデバイスを前記円に近似したことにより前記円柱面を表す式に含まれる誤差を考慮して、非線形化最適化により前記音源の位置を演算する、前記(5)に記載の音源位置推定装置。
(8) 前記マイクロフォンは前記円の中心に対して点対称の位置に設けられ、
前記音源位置演算部は、前記円柱面を表す式の代わりに、前記それぞれの距離と前記円の直径との関係を示す式を用いて前記球面と前記円柱面との交点を求める、前記(3)に記載の音源位置推定装置。
(9) 前記音源位置演算部は、前記音源の位置を演算した後、演算した前記音源の位置と複数の前記マイクロフォンのそれぞれの位置とに基づいて、複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を再計算する、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の音源位置推定装置。
(10) 前記音源位置演算部により再計算された前記音源までのそれぞれの距離に基づいて、ビームフォーミング処理が行われる、前記(9)に記載の音源位置推定装置。
(11) 前記スペクトル取得部は、複数の前記マイクロフォンで観測された信号をAD変換し、帯域分割処理を行うことにより、前記周波数スペクトルを取得する、前記(1)〜(10)のいずれかに記載の音源位置推定装置。
(12) 複数のマイクロフォンが設けられたリング状の筐体と、
複数の前記マイクロフォンで得られる音声に基づいて、音源の周波数スペクトルを取得するスペクトル取得部と、前記周波数スペクトルに基づいて複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を演算する距離演算部と、前記筐体を円に近似して、前記筐体を含む円柱面に前記音源が位置するものとして、前記それぞれの距離を半径とする球面と前記円柱面との交点を求めることで前記音源の位置を演算する音源位置演算部と、を備える、音源位置推定装置と、
を備える、ウェアラブルデバイス。
(13) 前記円柱面に前記音源が位置するように、身体の装着部位に対する前記筐体の傾きを調整する傾き調整部を備える、前記(12)に記載のウェアラブルデバイス。
(14) 前記円柱面に前記音源が位置するように、前記筐体におけるリングの直径を調整する直径調整部を備える、前記(12)又は(13)に記載のウェアラブルデバイス。
102 スペクトル取得部
104 音源距離演算部
106 音源位置演算部
1004,1008 傾斜部
1006 突起部
1008 スライダー
Claims (14)
- リング状のウェアラブルデバイスに設けられた複数のマイクロフォンで得られる音声に基づいて、音源の周波数スペクトルを取得するスペクトル取得部と、
前記周波数スペクトルに基づいて複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を演算する距離演算部と、
前記リング状のウェアラブルデバイスを円に近似して、前記リング状のウェアラブルデバイスを含む円柱面に前記音源が位置するものとして、前記それぞれの距離を半径とする球面と前記円柱面との交点を求めることで前記音源の位置を演算する音源位置演算部と、
を備える、音源位置推定装置。 - 前記音源位置演算部は、前記音源の位置を演算した後、前記音源の位置を再演算する際には、前記円柱面における前記円から前記音源までの距離を固定値として最適化演算を行うことで前記音源の位置を再演算する、請求項1に記載の音源位置推定装置。
- 前記マイクロフォンは2つ設けられ、
音源位置演算部は、前記それぞれの距離を半径とする球面を表す2つの式と前記円柱面を表す式を連立して解くことで、前記球面と前記円柱面との交点を求める、請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。 - 前記マイクロフォンは3つ以上設けられ、
前記スペクトル取得部は、線形最適化により前記周波数スペクトルを取得する、請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。 - 前記マイクロフォンは3つ以上設けられ、
音源位置演算部は、前記それぞれの距離を半径とする球面を表す式と、前記円柱面を表す式とに基づいて、非線形最適化により前記音源の位置を演算する、請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。 - 前記音源位置演算部は、前記円柱面を表す式を制約条件として、非線形化最適化により前記音源の位置を演算する、請求項5に記載の音源位置推定装置。
- 前記音源位置演算部は、前記リング状のウェアラブルデバイスを前記円に近似したことにより前記円柱面を表す式に含まれる誤差を考慮して、非線形化最適化により前記音源の位置を演算する、請求項5に記載の音源位置推定装置。
- 前記マイクロフォンは前記円の中心に対して点対称の位置に設けられ、
前記音源位置演算部は、前記円柱面を表す式の代わりに、前記それぞれの距離と前記円の直径との関係を示す式を用いて前記球面と前記円柱面との交点を求める、請求項3に記載の音源位置推定装置。 - 前記音源位置演算部は、前記音源の位置を演算した後、演算した前記音源の位置と複数の前記マイクロフォンのそれぞれの位置とに基づいて、複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を再計算する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の音源位置推定装置。
- 前記音源位置演算部により再計算された前記音源までのそれぞれの距離に基づいて、ビームフォーミング処理が行われる、請求項9に記載の音源位置推定装置。
- 前記スペクトル取得部は、複数の前記マイクロフォンで観測された信号をAD変換し、帯域分割処理を行うことにより、前記周波数スペクトルを取得する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の音源位置推定装置。
- 複数のマイクロフォンが設けられたリング状の筐体と、
複数の前記マイクロフォンで得られる音声に基づいて、音源の周波数スペクトルを取得するスペクトル取得部と、前記周波数スペクトルに基づいて複数の前記マイクロフォンから前記音源までのそれぞれの距離を演算する距離演算部と、前記筐体を円に近似して、前記筐体を含む円柱面に前記音源が位置するものとして、前記それぞれの距離を半径とする球面と前記円柱面との交点を求めることで前記音源の位置を演算する音源位置演算部と、を備える、音源位置推定装置と、
を備える、ウェアラブルデバイス。 - 前記円柱面に前記音源が位置するように、身体の装着部位に対する前記筐体の傾きを調整する傾き調整部を備える、請求項12に記載のウェアラブルデバイス。
- 前記円柱面に前記音源が位置するように、前記筐体におけるリングの直径を調整する直径調整部を備える、請求項12又は13に記載のウェアラブルデバイス。
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