JP7131636B2 - 情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体に関する。
特許文献１には、個人認証機能を備えたヘッドフォンが開示されている。特許文献１には、更に、当該個人認証機能の一例として、耳の内部の音響特性に基づいて人物の判定を行う手法が開示されている。
特開２００４－６５３６３号公報
特許文献１に記載されているような装着型機器により取得される音響特性は、装着状態によって変化し得る。そのため、装着状態の違いが音響特性に基づく照合の精度に影響を与える可能性がある。
本発明は、装着型機器により取得される音響情報を用いた生体照合の精度を向上させることができる情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、を備える、情報処理装置が提供される。
本発明の他の一観点によれば、装着型機器であって、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している前記装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、を備える、装着型機器が提供される。
本発明の他の一観点によれば、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、を備える、情報処理方法が提供される。
本発明の他の一観点によれば、コンピュータに、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、を備える情報処理方法を実行させるためのプログラムが記憶された記憶媒体が提供される。
本発明によれば、装着型機器により取得される音響情報を用いた生体照合の精度を向上させることができる情報処理装置、装着型機器、情報処理方法及び記憶媒体が提供される。
第１実施形態に係る情報処理システムの全体構成を示す模式図である。 第１実施形態に係るイヤホンのハードウェア構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る情報通信装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るイヤホン及び情報通信装置の機能ブロック図である。 第１実施形態に係る情報通信装置により行われる装着判定処理を示すフローチャートである。 チャープ信号の特性を示すグラフである。 Ｍ系列信号又は白色雑音の特性を示すグラフである。 第２実施形態に係るイヤホン及び情報通信装置の機能ブロック図である。 第２実施形態に係る情報通信装置により行われる装着判定処理を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る情報処理システムの全体構成を示す模式図である。 第４実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。図面において同様の要素又は対応する要素には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。
［第１実施形態］
本実施形態に係る情報処理システムについて説明する。本実施形態の情報処理システムは、イヤホン等の装着型機器により生体照合を行うためのシステムである。
図１は、本実施形態に係る情報処理システムの全体構成を示す模式図である。情報処理システムは、互いに無線通信接続され得る情報通信装置１とイヤホン２とを備える。
イヤホン２は、イヤホン制御装置２０、スピーカ２６及びマイクロホン２７を備える。イヤホン２は、ユーザ３の耳に装着可能な音響機器であり、典型的にはワイヤレスイヤホン、ワイヤレスヘッドセット等である。スピーカ２６は、装着時にユーザ３の外耳道に向けて音波を発する音波発生部として機能するものであり、イヤホン２の装着面側に配されている。マイクロホン２７も装着時にユーザ３の外耳道等で反響した音波を受けることができるようにイヤホン２の装着面側に配されている。イヤホン制御装置２０は、スピーカ２６及びマイクロホン２７の制御及び情報通信装置１との通信を行う。
なお、本明細書において、音波、音声等の「音」は、周波数又は音圧レベルが可聴範囲外である非可聴音を含むものとする。
情報通信装置１は、例えば、イヤホン２と通信可能に接続されるコンピュータであり、音響情報に基づく生体照合を行う。情報通信装置１は、更に、イヤホン２の動作の制御、イヤホン２から発せられる音波の生成用の音声データの送信、イヤホン２が受けた音波から得られた音声データの受信等を行う。具体例としては、ユーザ３がイヤホン２を用いて音楽鑑賞を行う場合には、情報通信装置１は、音楽の圧縮データをイヤホン２に送信する。また、イヤホン２がイベント会場、病院等における業務指令用の電話装置である場合には、情報通信装置１は業務指示の音声データをイヤホン２に送信する。この場合、更に、ユーザ３の発話の音声データをイヤホン２から情報通信装置１に送信してもよい。
なお、この全体構成は一例であり、例えば、情報通信装置１とイヤホン２が有線接続されていてもよい。また、情報通信装置１とイヤホン２が一体の装置として構成されていてもよく、情報処理システム内に更に別の装置が含まれていてもよい。
図２は、イヤホン制御装置２０のハードウェア構成例を示すブロック図である。イヤホン制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３及びフラッシュメモリ２０４を備える。また、イヤホン制御装置２０は、スピーカＩ／Ｆ（Interface）２０５、マイクロホンＩ／Ｆ２０６、通信Ｉ／Ｆ２０７及びバッテリ２０８を備える。なお、イヤホン制御装置２０の各部は、不図示のバス、配線、駆動装置等を介して相互に接続される。
ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０３、フラッシュメモリ２０４等に記憶されたプログラムに従って所定の演算を行うとともに、イヤホン制御装置２０の各部を制御する機能をも有するプロセッサである。ＲＡＭ２０２は、揮発性記憶媒体から構成され、ＣＰＵ２０１の動作に必要な一時的なメモリ領域を提供する。ＲＯＭ２０３は、不揮発性記憶媒体から構成され、イヤホン制御装置２０の動作に用いられるプログラム等の必要な情報を記憶する。フラッシュメモリ２０４は、不揮発性記憶媒体から構成され、データの一時記憶、イヤホン制御装置２０の動作用プログラムの記憶等を行う記憶装置である。
通信Ｉ／Ｆ２０７は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格に基づく通信インターフェースであり、情報通信装置１との通信を行うためのモジュールである。
スピーカＩ／Ｆ２０５は、スピーカ２６を駆動するためのインターフェースである。スピーカＩ／Ｆ２０５は、デジタルアナログ変換回路、増幅器等を含む。スピーカＩ／Ｆ２０５は、音声データをアナログ信号に変換し、スピーカ２６に供給する。これによりスピーカ２６は、音声データに基づく音波を発する。
マイクロホンＩ／Ｆ２０６は、マイクロホン２７から信号を取得するためのインターフェースである。マイクロホンＩ／Ｆ２０６は、アナログデジタル変換回路、増幅器等を含む。マイクロホンＩ／Ｆ２０６は、マイクロホン２７が受け取った音波により生じたアナログ信号をデジタル信号に変換する。これにより、イヤホン制御装置２０は、受け取った音波に基づく音声データを取得する。
バッテリ２０８は、例えば二次電池であり、イヤホン２の動作に必要な電力を供給する。これにより、イヤホン２は、外部の電源に有線接続することなく、ワイヤレスで動作することができる。
なお、図２に示されているハードウェア構成は例示であり、これら以外の装置が追加されていてもよく、一部の装置が設けられていなくてもよい。また、一部の装置が同様の機能を有する別の装置に置換されていてもよい。例えば、イヤホン２はユーザ３による操作を受け付けることができるようにボタン等の入力装置を更に備えていてもよく、ユーザ３に情報を提供するためのディスプレイ、表示灯等の表示装置を更に備えていてもよい。このように図２に示されているハードウェア構成は適宜変更可能である。
図３は、情報通信装置１のハードウェア構成例を示すブロック図である。情報通信装置１は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４を備える。また、情報通信装置１は、通信Ｉ／Ｆ１０５、入力装置１０６及び出力装置１０７を備える。なお、情報通信装置１の各部は、不図示のバス、配線、駆動装置等を介して相互に接続される。
図３では、情報通信装置１を構成する各部が一体の装置として図示されているが、これらの機能の一部は外付け装置により提供されるものであってもよい。例えば、入力装置１０６及び出力装置１０７は、ＣＰＵ１０１等を含むコンピュータの機能を構成する部分とは別の外付け装置であってもよい。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３、ＨＤＤ１０４等に記憶されたプログラムに従って所定の演算を行うとともに、情報通信装置１の各部を制御する機能をも有するプロセッサである。ＲＡＭ１０２は、揮発性記憶媒体から構成され、ＣＰＵ１０１の動作に必要な一時的なメモリ領域を提供する。ＲＯＭ１０３は、不揮発性記憶媒体から構成され、情報通信装置１の動作に用いられるプログラム等の必要な情報を記憶する。ＨＤＤ１０４は、不揮発性記憶媒体から構成され、イヤホン２と送受信するデータの一時記憶、情報通信装置１の動作用プログラムの記憶等を行う記憶装置である。
通信Ｉ／Ｆ１０５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格に基づく通信インターフェースであり、イヤホン２等の他の装置との通信を行うためのモジュールである。
入力装置１０６は、キーボード、ポインティングデバイス等であって、ユーザ３が情報通信装置１を操作するために用いられる。ポインティングデバイスの例としては、マウス、トラックボール、タッチパネル、ペンタブレット等が挙げられる。
出力装置１０７は、例えば表示装置である。表示装置は、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等であって、情報の表示、操作入力用のＧＵＩ（Graphical User Interface）等の表示に用いられる。入力装置１０６及び出力装置１０７は、タッチパネルとして一体に形成されていてもよい。
なお、図３に示されているハードウェア構成は例示であり、これら以外の装置が追加されていてもよく、一部の装置が設けられていなくてもよい。また、一部の装置が同様の機能を有する別の装置に置換されていてもよい。更に、本実施形態の一部の機能がネットワークを介して他の装置により提供されてもよく、本実施形態の機能が複数の装置に分散されて実現されるものであってもよい。例えば、ＨＤＤ１０４は、半導体メモリを用いたＳＳＤ（Solid State Drive）に置換されていてもよく、クラウドストレージに置換されていてもよい。このように図３に示されているハードウェア構成は適宜変更可能である。
図４は、本実施形態に係るイヤホン２及び情報通信装置１の機能ブロック図である。情報通信装置１は、第１音響情報取得部１２１、第２音響情報取得部１２２、第３音響情報取得部１２３及び判定部１２４を備える。イヤホン２のブロック図の構成は図１と同様であるため説明を省略する。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３、ＨＤＤ１０４等に記憶されたプログラムをＲＡＭ１０２にロードして実行することで、所定の演算処理を行う。また、ＣＰＵ１０１は、当該プログラムに基づいて、通信Ｉ／Ｆ１０５等の情報通信装置１の各部を制御する。これにより、ＣＰＵ２０１は、第１音響情報取得部１２１、第２音響情報取得部１２２、第３音響情報取得部１２３及び判定部１２４の機能を実現する。各機能ブロックにより行われる具体的な処理の内容については後述する。
なお、図４において、情報通信装置１内に記載されている機能ブロックの各機能の一部又は全部は、情報通信装置１ではなくイヤホン制御装置２０に設けられていてもよい。すなわち、上述の各機能は、情報通信装置１によって実現されてもよく、イヤホン制御装置２０によって実現されてもよく、情報通信装置１とイヤホン制御装置２０とが協働することにより実現されてもよい。情報通信装置１及びイヤホン制御装置２０は、より一般的に情報処理装置と呼ばれることもある。以下の説明では、特記されている場合を除き、図４に示されているとおり、音響情報の取得及び判定に関する各機能ブロックは情報通信装置１内に設けられているものとする。
図５は、本実施形態に係る情報通信装置１により行われる生体照合処理を示すフローチャートである。図５を参照して、情報通信装置１の動作を説明する。
図５の生体照合処理は、例えば、ユーザ３がイヤホン２を操作することにより使用を開始したときに実行される。あるいは、図５の生体照合処理は、イヤホン２の電源がオンであるときに所定の時間が経過するごとに実行されてもよい。
ステップＳ１０１において、第１音響情報取得部１２１は、イヤホン制御装置２０に対し、検査音を発するための指示を行う。イヤホン制御装置２０は、スピーカ２６に検査用信号を送信し、スピーカ２６は、検査用信号に基づいて生成された検査音をユーザ３の外耳道に発する。なお、スピーカ２６は、より一般的に第１音源と呼ばれることもある。
なお、後述の処理において、検査音の反響音に基づく音響情報とユーザ３の声に基づく音響情報との間で演算処理を行うため、検査音の周波数帯域は、ユーザ３の声の周波数帯域、すなわち、可聴音の周波数帯域と少なくとも一部が重複している。
ステップＳ１０２において、マイクロホン２７は外耳道における反響音（耳音響）を受信して電気信号に変換する。マイクロホン２７は、耳音響に基づく電気信号をイヤホン制御装置２０に送信し、イヤホン制御装置２０は、当該信号を情報通信装置１に送信する。
ステップＳ１０３において、第１音響情報取得部１２１は、外耳道における反響音に基づく第１音響情報を取得する。第１音響情報は、ユーザ３の外耳道の伝達特性を含む。取得された第１音響情報は、ＨＤＤ１０４に記憶される。
ステップＳ１０４において、第２音響情報取得部１２２は、イヤホン制御装置２０に対し、ユーザ３に声を発するように促すための指示を行う。ユーザ３に発声を促す処理について一例を説明する。第２音響情報取得部１２２は、ユーザ３に声を発するように促すため通知情報を生成する。この通知情報は、例えば音声情報であり、イヤホン制御装置２０を介してスピーカ２６を「声を出してください」、「『○○○（特定のキーワード）』と発声してください」等というようなメッセージ音声を発するよう制御するために用いられる情報である。このように、ユーザ３にメッセージを通知することにより発声を促すことができる。情報通信装置１又はイヤホン２にユーザ３が見ることができる表示装置が存在している場合には、上述のメッセージを表示装置に表示してもよい。なお、特定のキーワードを発するように通知する理由は、ユーザ３が発した言葉の違いによる周波数特性（フォルマント）の差の影響を低減するためである。
なお、上述の事項を言い換えると、ユーザ３の声帯、肺、口腔、鼻腔等の発音器官は、第２音響情報取得部１２２の取得のための音源であるともいえる。そのため、ユーザ３の発音器官は、より一般的に第２音源と呼ばれることもある。
ステップＳ１０５において、マイクロホン２７はユーザ３の声に基づく音を受信して電気信号に変換する。マイクロホン２７は、ユーザ３の声に基づく電気信号をイヤホン制御装置２０に送信し、イヤホン制御装置２０は、当該信号を情報通信装置１に送信する。
ステップＳ１０６において、第２音響情報取得部１２２は、ユーザ３の声に基づく第２音響情報を取得する。第１音響情報は、ユーザ３の発音器官からイヤホン２までの声の伝達特性とユーザ３の声の周波数特性（声紋）とを含む。取得された第２音響情報は、ＨＤＤ１０４に記憶される。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０３における第１音響情報の取得と、ステップＳ１０４からステップＳ１０６における第２音響情報の取得の順序は逆であってもよく、これらの少なくとも一部が並行して行われてもよい。
ステップＳ１０７において、第３音響情報取得部１２３は、第１音響情報と第２音響情報とをＨＤＤ１０４から読み出して、これらに基づいて、第３音響情報を生成する。この処理は、第２音響情報から第１音響情報を減算又は除算するものであり得る。あるいは、第１音響情報から第２音響情報を減算又は除算するものであってもよい。言い換えると、この処理は、第１音響情報及び第２音響情報の一方から他方を減算又は除算することにより第３音響情報を生成して取得する処理である。第３音響情報はユーザ３の生体照合に用いられる。
ステップＳ１０８において、判定部１２４は、ユーザ３の生体情報を含む第３音響情報と、あらかじめＨＤＤ１０４に記録されている登録者の生体情報とを照合することにより、ユーザ３が登録者であるか否かを判定する。ユーザ３が登録者であると判定された場合（ステップＳ１０９におけるＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１１０に移行する。ユーザ３が登録者ではないと判定された場合（ステップＳ１０９におけるＮＯ）、処理は、ステップＳ１１１に移行する。
ステップＳ１１０において、情報通信装置１は、ユーザ３によるイヤホン２の使用を許可することを示す制御信号をイヤホン２に送信する。これにより。イヤホン２はユーザ３により利用可能な状態となる。
ステップＳ１１１において、情報通信装置１は、ユーザ３によるイヤホン２の使用を許可しないことを示す制御信号をイヤホン２に送信する。これにより、イヤホン２はユーザ３により利用不可能な状態となる。利用不可能な状態とは、例えば、イヤホン２のスピーカ２６から音声が発せられない状態等であり得る。なお、ステップＳ１１０、Ｓ１１１での制御は、イヤホン２側を制御するものではなく、情報通信装置１側を制御するものであってもよい。例えば、情報通信装置１とイヤホン２との通信接続の状態を異ならせることにより、使用許可状態と使用不許可状態を切り替えるものであってもよい。
ステップＳ１０１においてスピーカ２６が発する検査音について具体例を挙げてより詳細に説明する。検査音の生成に用いられる検査用信号の例としては、チャープ信号、Ｍ系列（Maximum Length Sequence）信号又は白色雑音等の所定範囲の周波数成分を含む信号が用いられ得る。これにより、検査音の周波数範囲を装着判定に用いることができる。
図６は、チャープ信号の特性を示すグラフである。図６は、強度と時間の関係、周波数と時間の関係及び強度と周波数の関係をそれぞれ示している。チャープ信号は、周波数が時間に応じて連続的に変化する信号である。図６には、周波数が時間に対して線形に増加するチャープ信号の例が示されている。
図７は、Ｍ系列信号又は白色雑音の特性を示すグラフである。Ｍ系列信号は、白色雑音に近い疑似雑音を生成する信号であるため、Ｍ系列信号及び白色雑音の特性はほぼ同様である。図７も図６と同様に、強度と時間の関係、周波数と時間の関係及び強度と周波数の関係をそれぞれ示している。図７に示されるようにＭ系列信号又は白色雑音は、広範囲の周波数の信号を均等に含む信号である。
チャープ信号、Ｍ系列信号又は白色雑音は、広範囲にわたって周波数が変動する周波数特性を有している。そのため、これらの信号を検査音として用いることにより、後続のステップＳ１０２において広範囲の周波数成分を含む反響音を取得することができる。
ステップＳ１０７における第３音響情報の生成の処理について具体例を挙げてより詳細に説明する。第１音響情報取得部１２１により取得される信号（第１音響情報）は、以下の式（１）のように表すことができる。
Figure 0007131636000001
ここで、Ｘはスピーカ２６から外耳道に発せられる検査音の周波数スペクトルを示す関数である。ＹＳｉ，ｗｊは、マイクロホン２７により取得される反響音の周波数スペクトルを示す関数である。これらの周波数スペクトルは、例えば、時系列による入出力信号をフーリエ変換により周波数ドメインに変換することにより得られる。ｓｉ（ｉ＝１、２、…）は、照合対象となる人物を示す引数であり、式（１）は、ｓ１が用いられているため、１番目のユーザに関する式である。ｗｊ（ｊ＝１、２、…）は、イヤホン２の装着状況を示す引数であり、式（１）は、ｗ１が用いられているため、１番目の装着状況に関する式である。
Ｃｓｉは、ｉ番目のユーザの耳音響の伝達特性を示す周波数ドメインの関数である。外耳道の形状は人物により固有であるため、Ｃｓｉは、ユーザにより異なる関数となる。言い換えると、Ｃｓｉは人物の識別に用いられ得る生体情報であるといえる。Ｇｗｊは、装着状態の違いによる伝達特性の変化を示す周波数ドメインの関数である。Ｇｗｊはイヤホン２を装着し直すたびに異なる関数に変化するため、Ｃｓｉに対するノイズとして作用し得る。マイクロホン２７により取得される反響音には、耳音響の伝達特性と装着状態に依存する伝達特性の変化が混合した状態で含まれているが、式（１）ではこれらがＣｓｉとＧｗｊの積の形に分離できるものとしている。
第２音響情報取得部１２２により取得される信号（第２音響情報）は、以下の式（２）のように表すことができる。
Figure 0007131636000002
ここで、Ｕｎｋ，ｔは、ユーザ３が発した声の周波数スペクトルを示す関数である。Ｖｓｉ，ｗｊ，ｎｋ，ｔは、マイクロホン２７により取得される音の周波数スペクトルを示す関数である。これらの周波数スペクトルは、例えば、時系列による入出力信号をフーリエ変換により周波数ドメインに変換することにより得られる。ｎｋ（ｋ＝１、２、…）は、発話内容、話者に依存する声紋の特徴等の、声に含まれる種々の状況を示す引数である。式（１）は、ｎ１が用いられているため、１番目の状況に関する式である。ｔ（ｔは実数）は、時刻を示す引数である。ユーザ３がある文章又はフレーズを発生する場合、時刻に応じて周波数スペクトルが変化する。例えば、ユーザ３が「ＡＢＣ」と発声した場合、「Ａ」を発声した瞬間の周波数スペクトルと、「Ｂ」を発声した瞬間の周波数スペクトルは異なる。また、ユーザ３が同じ言葉を複数回発声した場合であっても、時刻によって周波数スペクトルが異なることもある。したがって、時刻ｔも声の周波数スペクトルの特定に必要な引数であり得る。Ｄｓｉは、ｉ番目のユーザの声の伝達特性を示す周波数ドメインの関数である。声紋はユーザに固有であるため、Ｕｎｋ，ｔは、ユーザにより異なる関数となる。また、声の伝達特性はユーザの頭蓋骨、口腔等の形状に依存するため、Ｄｓｉもユーザにより異なる関数となる。言い換えると、Ｕｎｋ，ｔ、Ｄｓｉは人物の識別に用いられ得る生体情報であるといえる。式（２）においては、Ｇｗｊは式（１）と共通であるという特徴がある。これは、ユーザ３がイヤホン２を装着し、その後、イヤホン２の着脱をせずに同じ装着状態で第１音響情報と第２音響情報とを続けて取得すると、装着状態を示すＧｗｊは一致するためである。
ここで、式（１）及び式（２）に対して両辺を対数に変換する操作を行う。これらの式は、それぞれ、以下の式（３）及び式（４）のように変換される。なお、式（３）及び式（４）では、対数の底の値の表記は省略されているが、底の値は任意である。
Figure 0007131636000003
Figure 0007131636000004
ここで、式（４）から式（３）を減算して整理すると、両辺に共通するｌｏｇＧｗ１の項がキャンセルされ、以下の式（５）が得られる。
Figure 0007131636000005
Figure 0007131636000006
左辺の項は、マイクロホン２７に取得される観測信号又は既知の信号である。右辺の項は、ユーザにより異なる関数であり、生体情報として用いられ得る。式（５）より左辺の右辺が等しいので、観測信号から生体情報を算出することができる。このように、式（１）で示される第１音響情報と式（２）で示される第２音響情報から上述の演算により式（５）の左辺を算出し、これを第３音響情報として生体照合に用いることができる。式（５）から理解されるように、第３音響情報は、装着状態の違いによる影響を示すＧｗｊの項を含まない。そのため、第３音響情報は装着状況に起因するノイズに対して頑健である。したがって、第３音響情報を生体照合に用いることにより、生体照合の精度が向上される。
なお、上述の例においては計算の便宜のために対数への変換を行っているがこれは必須ではない。対数への変換を行わない場合には、式（４）から式（３）を減算する演算は、式（４）から式（３）を除算する演算に置き換えられる。
また、上述の例において、第１音響情報と第２音響情報との間で相互に加減算を行うために、典型的には、第１音響情報の周波数帯域と第２音響情報の周波数帯域は少なくとも一部が重複している。第２音響情報がユーザ３の声に基づくものである場合には、第１音響情報はユーザ３の声に含まれる可聴音の周波数帯域を含む。
ステップＳ１０８における判定の処理について、特徴量抽出の手法を用いた具体例によって詳細に説明する。判定部１２４は、第３音響情報に含まれる周波数特性から所定のアルゴリズムにより特徴量を算出する。その後、判定部１２４は第３音響情報の特徴量と、同様の手法により抽出された登録者の特徴量とを比較することにより、特徴量同士の類似度を示す照合スコアを算出する。登録者が複数人存在する場合には複数の登録者のそれぞれに対して同様の処理が行われる。そして、判定部１２４は、照合スコアが所定の閾値を超えているか否かに基づいて、ユーザ３が登録者であるか否かを判定する。登録者が複数人存在する場合には、複数の登録者のうちのいずれか１名に対して照合スコアが所定の閾値を超えていれば、ユーザ３が登録者であると判定される。
以上のように、本実施形態によれば、互いに異なる音源に基づく第１音響情報と第２音響情報を用いて生体照合に用いられる第３音響情報を生成することにより、生体照合の精度が向上される。したがって、装着型機器により取得される音響情報を用いた生体照合の精度を向上させることができる情報処理装置が提供される。
［第２実施形態］
本実施形態の情報処理システムは、登録者であるか否かを判定するための処理の内容が第１実施形態と相違する。以下では主として第１実施形態との相違点について説明するものとし、共通部分については説明を省略又は簡略化する。
図８は、本実施形態に係るイヤホン２及び情報通信装置１の機能ブロック図である。本実施形態では、判定部１２４が、第３音響情報取得部１２３により取得される第３音響情報だけでなく、第１音響情報取得部１２１により取得される第１音響情報を更に用いて判定を行う点が第１実施形態と相違する。
図９は、本実施形態に係る情報通信装置１により行われる生体照合処理を示すフローチャートである。第１実施形態との相違点はステップＳ１０８がステップＳ１１２に置き換えられている点のみであるため、ここではステップＳ１１２について説明する。
ステップＳ１１２において、判定部１２４は、第１音響情報と第３音響情報とを統合して得られる情報と、あらかじめＨＤＤ１０４に記録されている登録者の生体情報とを照合することにより、ユーザ３が登録者であるか否かを判定する。ユーザ３が登録者であると判定された場合（ステップＳ１０９におけるＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１１０に移行する。ユーザ３が登録者ではないと判定された場合（ステップＳ１０９におけるＮＯ）、処理は、ステップＳ１１１に移行する。
ステップＳ１１２における第１音響情報と第３音響情報との統合についてより詳細に説明する。第１音響情報は、主としてユーザ３の耳音響に基づく情報であり、第３音響情報は、ユーザ３の耳音響と声の音響と相互に演算処理して得られた情報である。そのため、第１音響情報と第３音響情報とは、異なる生体情報を含んでいる。一般に、異なる二種の生体情報を用いた二要素照合を行うと、照合の精度は向上する。そこで、本実施形態では、ステップＳ１１２において第１音響情報と第３音響情報とを統合して、統合結果を用いて二要素照合を行う。これにより、照合精度をより向上させることができる。
音響情報の統合の具体例を説明する。第１実施形態で説明したように、判定部１２４での照合において音響情報から特徴量を抽出し、特徴量の類似度を示す照合スコアを算出する手法が用いられている場合を想定する。この場合、判定部１２４は、第１音響情報に基づく第１照合スコアと、第３音響情報に基づく第２照合スコアをそれぞれ算出する。その後、判定部１２４は、第１照合スコアと第２照合スコアとを加算、平均化、線形結合、乗算等の処理により組み合わせた第３照合スコアを算出する。その後、判定部１２４は、第３照合スコアが所定の閾値を超えているか否かに基づいて、ユーザ３が登録者であるか否かを判定する。この手法を用いることにより、複数の生体情報を統合して用いる二要素照合が実現され照合精度がより向上される。
第１音響情報と第３音響情報とに基づく照合であれば上述の手法以外の手法が用いられてもよい。例えば、第１音響情報に基づく第１照合と第３音響情報に基づく第２照合とを行い、第１照合の結果と第２照合の結果の論理積あるいは論理和を最終的な照合結果として用いて判定を行うという手法であってもよい。また、第１照合の結果と第２照合の結果が異なる場合には判定不能という照合結果を出力してもよい。
一般的に、声の周波数特性（声紋）を用いた照合方法に比べて耳音響を用いた照合の方が高い照合精度が得られることが知られている。そのため、上述のように第３音響情報に追加する音響情報は、主としてユーザ３の耳音響に基づく情報を含む第１音響情報であることが望ましい。しかしながら、声紋を用いた照合方法で十分な精度が得られる場合には、上述の第１音響情報に代えて第２音響情報を用いることにより、第２音響情報と第３音響情報を統合してもよい。
また、更に別の例として、第１音響情報と、第２音響情報と、第３音響情報との三者を統合してもよい。この場合、より多くの音響情報を考慮した照合が実現されるため、更に照合精度が向上する。
［第３実施形態］
本実施形態の情報処理システムは、ノイズキャンセルの機能を備えている点が第１実施形態と相違する。以下では主として第１実施形態との相違点について説明するものとし、共通部分については説明を省略又は簡略化する。
図１０は、本実施形態に係る情報処理システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態において、イヤホン２は、互いに異なる位置に配された複数のマイクロホン２７、２８を備えている。マイクロホン２８は、イヤホン制御装置２０によって制御される。マイクロホン２８は、装着時に外部から音波を受けることができるようにイヤホン２の装着面とは反対の背面側に配されている。
第１音響情報又は第２音響情報の取得において、外部の音はノイズになり得る。そこで、本実施形態では、イヤホン２に複数のマイクロホン２７、２８が配されており、マイクロホン２８で取得された音を用いてノイズキャンセルを行うことで、外部の環境音の影響を低減する機能を有している。ここで、環境音とは、ユーザ３の外界で生成された音だけでなく、ユーザ３又はスピーカ２６が発した音のうち、外界で反響した音等の照合においてノイズになり得る音も含み得る。なお、マイクロホン２７及びマイクロホン２８は、それぞれ、第１マイクロホン及び第２マイクロホンと呼ばれることもある。
ノイズキャンセルについて説明する。環境音は、マイクロホン２７、２８にほぼ同じ位相で入射される。そこで、マイクロホン２７で得られた音に対し、マイクロホン２８で得られた音を逆相で重畳させることにより、環境音の少なくとも一部をキャンセルすることができる。なお、マイクロホン２７、２８で受け取られる音はイヤホン２の筐体等による減衰に起因して強度が互いに異なる場合があるため、一方又は両方の音を増幅又は減衰させてから重畳させてもよい。
上述の音を逆相で重畳させる処理は、得られた音声データに対してデジタル的に行われる信号処理であってもよく、マイクロホン２８で得られた音と逆相の音をスピーカ２６で発することによりアナログ的に行われるものであってもよい。
上述の実施形態において説明したシステムは以下の第４実施形態のようにも構成することができる。
［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態に係る情報処理装置４の機能ブロック図である。情報処理装置４は、第１音響情報取得部４２１、第２音響情報取得部４２２及び第３音響情報取得部４２３を備える。第１音響情報取得部４２１は、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する。第２音響情報取得部４２２は、第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する。第３音響情報取得部４２３は、第１音響情報と第２音響情報とに基づいて、ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する。
本実施形態によれば、装着型機器により取得される音響情報を用いた生体照合の精度を向上させることができる情報処理装置４が提供される。
［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
上述の実施形態では、装着型機器の例としてイヤホン２を例示しているが、処理に必要な音響情報を取得可能であれば、耳に装着されるものに限定されるものではない。例えば、装着型機器は、骨伝導型の音響装置であってもよい。
上述の実施形態では、第２音響情報は、ユーザ３が発した声を受信することで得られることを前提としているが、これに限定されない。すなわち、第２音響情報の取得用の音波を生成する第２音源は、ユーザ３の発声器官以外であってもよい。例えば、スピーカ２６とは別の第２スピーカが別途イヤホン２又は別の機器に設けられている構成であれば、その第２スピーカが第２音源であってもよい。装着型機器がユーザ３の両耳に装着される一対のイヤホンである場合には、例えば、右耳のイヤホンが第１乃至第３実施形態で述べた耳音響照合の機能を備えたイヤホン２であり、左耳のイヤホンが上述の第２スピーカを備えたイヤホンであってもよい。この例では、左耳の第２スピーカから第２音響情報の取得用の音波を発し、その音波を右耳のマイクロホン２７で受けることにより、第１乃至第３実施形態と同様の処理が可能である。なお、第１乃至第３実施形態では、声を用いるために使用可能な周波数が人間の発することができる声の帯域内に制限されるが、本例では、声を用いないためそのような制約がなく、例えば超音波帯域等の周波数の非可聴音を用いることが可能である。非可聴音を用いることで、照合用の音波がユーザ３に知覚されにくくすることができ、利用時の快適性が向上する。
上述の実施形態の機能を実現するように該実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記録させ、記憶媒体に記録されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も各実施形態の範疇に含まれる。すなわち、コンピュータ読取可能な記憶媒体も各実施形態の範囲に含まれる。また、上述のプログラムが記録された記憶媒体だけでなく、そのプログラム自体も各実施形態に含まれる。また、上述の実施形態に含まれる１又は２以上の構成要素は、各構成要素の機能を実現するように構成されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路であってもよい。
該記憶媒体としては例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。また該記憶媒体に記録されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウェア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ（Operating System）上で動作して処理を実行するものも各実施形態の範疇に含まれる。
上述の各実施形態の機能により実現されるサービスは、ＳａａＳ（Software as a Service）の形態でユーザに対して提供することもできる。
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、
前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、
前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、
を備える、情報処理装置。
（付記２）
前記第１音響情報は、前記ユーザの外耳道の伝達特性を含む、
付記１に記載の情報処理装置。
（付記３）
前記第１音源は、前記装着型機器に設けられたスピーカである、
付記１又は２に記載の情報処理装置。
（付記４）
前記装着型機器は、前記ユーザの耳に装着されるイヤホンである、
付記１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記５）
前記第２音響情報は、前記ユーザが発した声の伝達特性を含む、
付記１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記６）
前記第２音源は、前記ユーザの発音器官である、
付記１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記７）
前記第１音源は、前記ユーザの一方の耳に装着される前記装着型機器に設けられたスピーカであり、
前記第２音源は、前記ユーザの他方の耳に装着される前記装着型機器又は他の装着型機器に設けられたスピーカである、
付記１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記８）
前記第３音響情報取得部は、前記第１音響情報及び前記第２音響情報の一方から他方を減算又は除算することにより前記第３音響情報を生成して取得する、
付記１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記９）
前記第１音響情報の周波数帯域と、前記第２音響情報の周波数帯域とは、少なくとも一部が重複している、
付記１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１０）
前記第３音響情報に基づいて、前記ユーザが登録者であるか否かを判定する判定部を更に備える、
付記１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１１）
前記第１音響情報及び前記第２音響情報の少なくとも１つと、前記第３音響情報とに基づいて、前記ユーザが登録者であるか否かを判定する判定部を更に備える、
付記１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１２）
前記装着型機器は、互いに異なる位置に配された第１マイクロホン及び第２マイクロホンを備え、
前記第１音響情報取得部及び前記第２音響情報取得部の少なくとも１つは、前記第１マイクロホンで受信された音波と、前記第２マイクロホンで受信された音波とに基づいて環境音の少なくとも一部がキャンセルされた音響情報を取得する、
付記１乃至１１のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１３）
装着型機器であって、
第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している前記装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、
前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、
前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、
を備える、装着型機器。
（付記１４）
第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、
前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、
前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、
を備える、情報処理方法。
（付記１５）
コンピュータに、
第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、
前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、
前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、
を備える情報処理方法を実行させるためのプログラムが記憶された記憶媒体。
この出願は、２０１９年１月１５日に出願された日本出願特願２０１９－００４００３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１ 情報通信装置
２ イヤホン
３ ユーザ
４ 情報処理装置
２０ イヤホン制御装置
２６ スピーカ
２７、２８ マイクロホン
１０１、２０１ ＣＰＵ
１０２、２０２ ＲＡＭ
１０３、２０３ ＲＯＭ
１０４ ＨＤＤ
１０５、２０７ 通信Ｉ／Ｆ
１０６ 入力装置
１０７ 出力装置
１２１、４２１ 第１音響情報取得部
１２２、４２２ 第２音響情報取得部
１２３、４２３ 第３音響情報取得部
１２４ 判定部
２０４ フラッシュメモリ
２０５ スピーカＩ／Ｆ
２０６ マイクロホンＩ／Ｆ
２０８ バッテリ

Claims (15)

  1. 第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、
    前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、
    前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、
    を備える、情報処理装置。
  2. 前記第１音響情報は、前記ユーザの外耳道の伝達特性を含む、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記第１音源は、前記装着型機器に設けられたスピーカである、
    請求項１又は２に記載の情報処理装置。
  4. 前記装着型機器は、前記ユーザの耳に装着されるイヤホンである、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  5. 前記第２音響情報は、前記ユーザが発した声の伝達特性を含む、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  6. 前記第２音源は、前記ユーザの発音器官である、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  7. 前記第１音源は、前記ユーザの一方の耳に装着される前記装着型機器に設けられたスピーカであり、
    前記第２音源は、前記ユーザの他方の耳に装着される前記装着型機器又は他の装着型機器に設けられたスピーカである、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  8. 前記第３音響情報取得部は、前記第１音響情報及び前記第２音響情報の一方から他方を減算又は除算することにより前記第３音響情報を生成して取得する、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  9. 前記第１音響情報の周波数帯域と、前記第２音響情報の周波数帯域とは、少なくとも一部が重複している、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  10. 前記第３音響情報に基づいて、前記ユーザが登録者であるか否かを判定する判定部を更に備える、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  11. 前記第１音響情報及び前記第２音響情報の少なくとも１つと、前記第３音響情報とに基づいて、前記ユーザが登録者であるか否かを判定する判定部を更に備える、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  12. 前記装着型機器は、互いに異なる位置に配された第１マイクロホン及び第２マイクロホンを備え、
    前記第１音響情報取得部及び前記第２音響情報取得部の少なくとも１つは、前記第１マイクロホンで受信された音波と、前記第２マイクロホンで受信された音波とに基づいて環境音の少なくとも一部がキャンセルされた音響情報を取得する、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  13. 装着型機器であって、
    第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している前記装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得する第１音響情報取得部と、
    前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得する第２音響情報取得部と、
    前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得する第３音響情報取得部と、
    を備える、装着型機器。
  14. コンピュータが、第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、
    前記コンピュータが、前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、
    前記コンピュータが、前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、
    を備える、情報処理方法。
  15. コンピュータに、
    第１音源から発せられた音波を、ユーザが装着している装着型機器で受信することにより得られた第１音響情報を取得するステップと、
    前記第１音源とは異なる第２音源から発せられた音波を、前記装着型機器で受信することにより得られた第２音響情報を取得するステップと、
    前記第１音響情報と前記第２音響情報とに基づいて、前記ユーザの生体照合に用いられる第３音響情報を取得するステップと、
    を備える情報処理方法を実行させるためのプログラム。
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