JP7497233B2 - 車内コミュニケーション支援システム - Google Patents

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Description

本発明は、車内の発話によるコミュニケーションを支援する技術に関するものである。
車内の発話によるコミュニケーションを支援する技術としては、自動車の第１の座席に着座したユーザの発話音声を第１の座席用のマイクで収音し、自動車の第２の座席用のスピーカから出力する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
また、このような技術において、第１の座席用のマイクで収音した音声から、第１の座席用のスピーカから出力されている音楽などの音をキャンセルした上で、第２の座席用のスピーカから出力する技術も知られている（たとえば、特許文献２）。
また、本発明に関する技術としては、騒音キャンセル位置の近傍に配置したマイクと、騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を騒音源の出力信号から生成する適応フィルタと、キャンセル音を出力するスピーカとを設け、適応フィルタにおいて、マイクの出力を補助フィルタを用いて補正した信号をエラー信号として伝達関数を適応的に設定する能動型騒音制御(ANC; Active Noise Control）の技術が知られている（たとえば、特許文献３、４）。
ここで、この技術では、補助フィルタには、予め学習した、騒音キャンセル位置にマイクが配置されていた場合にマイクから出力される信号に、マイクが実際に出力する信号を補正する伝達関数が設定されており、このような補助フィルタを用いることにより、マイクの位置と異なる騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルしている。
特開２００２-５１３９２号公報 特開２０１０-１６３０５４号公報 特開２０２０-１２９１７号公報 特開２０１８-７２７７０号公報
第１の座席のユーザと第２の座席のユーザが相互に異なる音楽を楽しむため等に、第１の座席用のスピーカから第１の音源の音を出力し第２の座席用のスピーカから第２の音源の音を出力している場合、両音源の音が第１の座席用のマイクに伝搬する環境下では、単に、第１の座席用のマイクで収音した音声から第１の音源の音をキャンセルするだけでは、第１の座席のユーザの発話音声をＳＮ比良く明瞭に第２の座席用のスピーカから第２の座席のユーザに対して出力することができない。
また、第１の座席のユーザと第２の座席のユーザが、それぞれ異なる音源の音を聴いている場合、各ユーザには、他のユーザが聴いている音源の音が聴こえないことが望ましい。
そこで、本発明は、自動車の各席のユーザが異なる音源の音を聴取している環境において、ユーザに他のユーザが聴取している音源の音が聞こえてしまうことを抑制しつつ、ユーザ間で良好に発話によるコミュニケーションを行える車内コミュニケーション支援システムを提供することを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、相互に異なる座席である第１席と第２席を有する自動車に搭載される、車内コミュニケーション支援システムに、前記第１席の音を収音するマイクと、第１の音源装置と、前記第１の音源装置の出力音を出力する、第１席のユーザ用のスピーカである第１スピーカと、第２の音源装置と、前記第２の音源装置の出力音を出力する、第２席のユーザ用のスピーカである第２スピーカと、第１席のユーザに対して、前記第２スピーカから出力される前記第２の音源装置の出力音をキャンセルするキャンセル音を前記第１スピーカから出力する騒音制御部と、発話音声出力部とを備えたものである。前記騒音制御部は、前記第２の音源装置の出力音を入力として、前記キャンセル音を生成する第１の適応フィルタと、前記第１の音源装置の出力音を入力とする第２の適応フィルタと、前記マイクの出力から少なくとも前記第２の適応フィルタの出力を減算した信号である第１信号を生成する第１信号生成部とを備えており、前記第１の適応フィルタと前記第２適応フィルタは、前記第１信号のレベルが小さくなるように、自信の伝達関数を更新する適応動作を行う。また、前記発話音声出力部は、前記第１信号を、前記第１席のユーザの発話音声として前記第２スピーカから出力する。
ここで、このような車内コミュニケーション支援システムは、前記騒音制御部に、前記第２の音源装置の出力音を入力とする補助フィルタを設け、前記第１信号生成部において、前記マイクの出力から前記第２の適応フィルタの出力と前記補助フィルタの出力を減算した信号を前記第１信号として生成しするように構成してもよい。ただし、前記補助フィルタの出力を前記マイクの出力から減算することにより、前記マイクの出力が第１席のユーザの音の聴取位置で収音した音に補正される伝達関数として予め求めた伝達関数を、前記補助フィルタに設定する。
また、以上の車内コミュニケーション支援システムは、前記発話音声出力部において、前記第１信号が所定のレベルよりも大きいときに、当該第１信号を前記第２スピーカから出力するように構成してもよい。
また、この場合には、前記発話音声出力部において、前記第１信号が所定のレベルよりも大きいときに、前記第１の適応フィルタと前記第２適応フィルタの適応動作を停止してもよい。
以上のような車内コミュニケーション支援システムによれば、第１席のユーザに第２席のユーザが聴取している第２の音源装置の音が聞こえてしまうことを抑制しつつ、第２席のユーザに対して、第２スピーカから第１席のユーザの発話音声をSN比良く出力して、第１席のユーザの発話音声の聴取を支援することができる。
以上のように、本発明によれば、自動車の各席のユーザが異なる音源の音を聴取している環境において、ユーザに他のユーザが聴取している音源の音が聞こえてしまうことを抑制しつつ、ユーザ間で良好に発話によるコミュニケーションを行える車内コミュニケーション支援システムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る車内コミュニケーション支援システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る車内コミュニケーション支援システムのスピーカと第１席マイクの配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る能動型騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る発話音声中継処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの伝達関数の学習の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る車内コミュニケーション支援システムの構成を示す。
車内コミュニケーション支援システムは、自動車に搭載されるシステムであり、図示するように、第２席オーディオソース１、第１席オーディオソース２、能動型騒音制御装置３、ＩＣＣ処理部４（In-Car Communication処理部４)、第２席スピーカ５、第１席スピーカ６、第２席スピーカ用加算部７、第１席スピーカ用加算部８、第１席マイク９を備えている。
図２に示すように、自動車の一つの席を第１席とし、第１席以外の他の一つの席を第２席として、第１席スピーカ６は第１席近くに配置された第１席のユーザ用のスピーカであり、第２席スピーカ５は第２席近くに配置された第２席のユーザ用のスピーカである。なお、図２の配置は一例であり、第１席スピーカ６が主として第１席のユーザを対象として音を放射し、第２席スピーカ５が主として第２席のユーザを対象として音を放射するものであれば、第１席スピーカ６や第２席スピーカ５の配置や個数は任意でよい。
また、第１席マイク９は、たとえば、図２のように第１席の近くに配置されたマイクである。
図１に戻り、第１席オーディオソース２は、第１席のユーザが聴取する音楽等の音を出力する音源であり、第１席オーディオソース２が出力した音は第１席スピーカ用加算部８を介して第１席スピーカ６から出力される。
また、第２席オーディオソース１は、第２席のユーザが聴取する音楽等の音を出力する音源であり、第２席オーディオソース１が出力した音は第２席スピーカ用加算部７を介して第２席スピーカ５から出力される。
能動型騒音制御装置３には、第２席オーディオソース１の音と、第１席オーディオソース２の音と、第１席マイク９で収音した音が入力し、能動型騒音制御装置３は、これらの入力する音から、第１席のユーザの位置において第１席のユーザ聞こえる第２席オーディオソース１の音をキャンセルするキャンセル音を生成し、第１席スピーカ用加算部８を介して第１席スピーカ６から出力する。
また、能動型騒音制御装置３は、入力する音を用いて、第１席マイク９で収音した音に含まれる第１席のユーザの発話音声Euを抽出し、ＩＣＣ処理部４に出力する。
そして、ＩＣＣ処理部４は、能動型騒音制御装置３から入力する発話音声Eu、もしくは、発話音声Euに所定の音響処理を施した音声を、第２席スピーカ用加算部７を介して第２席スピーカ５から出力することにより、第２席のユーザの第１席のユーザの発話音声の聴取を支援する。
次に、図３に、能動型騒音制御装置３の構成を示す。
図示するように、能動型騒音制御装置３は、第１可変フィルタ３１、第１適応アルゴリズム実行部３２、予め伝達関数S^(z)が設定された推定フィルタ３３、第１減算器３４、予め伝達関数H(z)が設定された補助フィルタ３５、第２可変フィルタ３６、第２適応アルゴリズム実行部３７、第２減算器３８を備えている。
第２席オーディオソース１から入力する音は、第１可変フィルタ３１を通ってキャンセル音として、第１席スピーカ用加算部８を介して第１席スピーカ６から出力される。
また、第２席オーディオソース１から入力する音は、補助フィルタ３５を通って、第１減算器３４に送られる。
第１減算器３４は、第１席マイク９で収音した音から補助フィルタ３５の出力を減算し、第２減算器３８に送る。
補助フィルタ３５には、第１減算器３４の出力が、第１席のユーザの耳の位置に第１席マイク９が位置していた場合に第１席マイク９から出力される信号になるように、第１席マイク９が実際に出力する信号を補正する伝達関数H(z)が予め設定されている。この補助フィルタ３５の伝達関数H(z)の設定法については後述する。
一方、第１席オーディオソース２から入力する音は、第２可変フィルタ３６を通って第２減算器３８に送られる。
第２減算器３８は、第１減算器３４の出力から、第２可変フィルタ３６の出力を減算した信号Euを、第１適応アルゴリズム実行部３２と第２適応アルゴリズム実行部３７に出力すると共に、発話音声EuとしてＩＣＣ処理部４に出力する。
次に、推定フィルタ３３には、能動型騒音制御装置３から第１席マイク９までの伝達関数S(z)を実測等により推定した推定伝達特性S^(z)が予め設定されており、推定フィルタ３３は、伝達特性S^(z)を入力した第１席オーディオソース２から入力する音に畳み込んで、第１適応アルゴリズム実行部３２に出力する。
第１可変フィルタ３１と第１適応アルゴリズム実行部３２と推定フィルタ３３はFiltered-X適応フィルタを構成している。
第１適応アルゴリズム実行部３２は、推定フィルタ３３で伝達関数S^(z)が畳み込まれた信号と第２減算器３８から出力される信号Euを用いて、第２減算器３８から出力される信号をエラーとしてNLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、第２減算器３８から出力される信号Euのレベルが最小となるように第１可変フィルタ３１の伝達関数W(z)を更新する適応動作を行う。そして、この適応動作によって、第１可変フィルタ３１の伝達関数W(z)は、信号Euに含まれる第２席オーディオソース１の出力する音の成分が最小になるように更新される。そして、この結果、第１可変フィルタ３１は、第１席のユーザの耳の位置で第２席オーディオソース１の出力する音をキャンセルするキャンセル音を出力するように適応される。
また、第２可変フィルタ３６と第２適応アルゴリズム実行部３７も、適応フィルタを構成している。
そして、第２適応アルゴリズム実行部３７は、第１席オーディオソース２が出力する音と第２減算器３８から出力される信号Euを用いて、第２減算器３８から出力される信号をエラーとしてNLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、第２減算器３８から出力される信号Euのレベルが最小となるように第２可変フィルタ３６の伝達関数U(z)を更新する適応動作を行う。そして、この適応動作によって、第２可変フィルタ３６の伝達関数U(z)は、信号Euに含まれる第１席オーディオソース２の出力する音の成分が最小になるように更新される。
さて、このような能動型騒音制御装置３の動作によって、ＩＣＣ処理部４に送られる信号Euに含まれる第２席オーディオソース１の出力する音の成分と、第１席オーディオソース２の出力する音の成分とは最小化される。
したがって、第１席のユーザの発話した音声が第１席マイク９で収音した音に含まれているときには、能動型騒音制御装置３からＩＣＣ処理部４に送られる発話音声Euは、第１席のユーザの発話音声を表すものとなる。
次に、ＩＣＣ処理部４が、第１席のユーザの発話音声Euを第２席スピーカ用加算部７を介して第２席スピーカ５から出力するために行う発話音声中継処理について説明する。
図４に、この発話音声中継処理の手順を示す。
図示するように、ＩＣＣ処理部４は、発話音声中継処理において、能動型騒音制御装置３から入力する発話音声Euのレベルの測定(ステップ４０２）を、測定したレベルが所定のしきい値を超えるまで（ステップ４０４）、繰り返す。
そして、測定した発話音声Euのレベルが所定のしきい値を超えたならば（ステップ４０４）、発話音声出力動作を開始する（ステップ４０６）。
ここで、発話音声出力動作では、能動型騒音制御装置３から入力する発話音声Euを第２席スピーカ用加算部７に出力することにより第２席スピーカ５から出力する動作を行う。ただし、発話音声出力動作では、能動型騒音制御装置３から入力する発話音声Euに所定の音響処理を施した上で、第２席スピーカ用加算部７に出力することにより第２席スピーカ５から出力する動作を行ってもよい。
そして、第１可変フィルタ３１の伝達関数W(z)の更新と、第２可変フィルタ３６の伝達関数U(z)の更新とを停止することにより、能動型騒音制御装置３の適応動作を停止する（ステップ４０８）。より具体的には、第１適応アルゴリズム実行部３２が行う伝達関数W(z)の更新のゲインを定めるステップサイズと、第２適応アルゴリズム実行部３７が行う伝達関数U(z)の更新のゲインを定めるステップサイズとを０に設定することにより、第１可変フィルタ３１の伝達関数W(z)の更新と、第２可変フィルタ３６の伝達関数U(z)の更新とを停止する
次に、能動型騒音制御装置３から入力する発話音声Euのレベルの測定(ステップ４１０）を、測定したレベルがしきい値以下となるまで（ステップ４１２）繰り返す。
そして、測定した発話音声Euのレベルがしきい値以下となったならば（ステップ４１２）、発話音声出力動作を停止する（ステップ４１４）。
そして、能動型騒音制御装置３の適応動作を再開する（ステップ４１６）。より具体的には、ステップ４１４では、第１適応アルゴリズム実行部３２が行う伝達関数W(z)の更新のゲインを定めるステップサイズと、第２適応アルゴリズム実行部３７が行う伝達関数U(z)の更新のゲインを定めるステップサイズとを、ステップ４０８で適応動作を停止する前の元の値に復帰する。
以上、ＩＣＣ処理部４が行う発話音声中継処理について説明した。
このような発話音声中継処理によれば、第１席のユーザの発話を精度良く検出し、第１席のユーザの発話中、おおよそ発話音声の成分のみからなる音声を第２席スピーカ５から出力する発話音声出力動作を行って、第１席のユーザの発話音声の第２席のユーザの発話音声の聴取を支援することができる。
なお、以上の発話音声中継処理において、発話音声出力動作中に、能動型騒音制御装置３の適応動作を停止するのは、第１席のユーザの発話音声が外乱として作用し、適応動作によって誤動作してしまうことを抑止するためである。
次に、上述した能動型騒音制御装置３の補助フィルタ３５の伝達関数H(z)の設定法について説明する。
補助フィルタ３５の伝達関数H(z)は、たとえば、予め次のような第１段階の学習処理と第２段階の学習処理を、第２席オーディオソース１が出力した音を第２席スピーカ５から出力しながら行うことにより設定する。
第１段階の学習処理は、図５ａに示す第１段階学習処理部５０と、第１席ユーザの耳の位置に配置した学習用マイク６０を用いて行う。
第１段階学習処理部５０は、第１段階学習処理部５０から学習用マイク６０までの伝達関数Sv(z)の推定値Sv^(z)が設定された学習用推定フィルタ５１、第１段階学習用可変フィルタ５２、第１段階学習用適応アルゴリズム実行部５３を備えている。
そして、このような構成において、第２席オーディオソース１の出力する音は第１段階学習用可変フィルタ５２に入力し、第１段階学習用可変フィルタ５２の出力は第１席スピーカ６に出力される。また、第２席オーディオソース１の出力する音は学習用推定フィルタ５１を通って第１段階学習用適応アルゴリズム実行部５３に入力し、第１段階学習用適応アルゴリズム実行部５３は、学習用マイク６０の出力をエラーとして学習用推定フィルタ５１の出力を用いながらNLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、第１段階学習用可変フィルタ５２の伝達関数W(z)を更新する。
そして、適応アルゴリズムの実行によって、収束安定した第１段階学習用可変フィルタ５２の伝達関数W(z)を第１段階の学習処理の結果として得る。
次に、第２段階の学習処理は、図５ｂに示す第２段階学習処理部７０を用いて行う。
第２段階学習処理部７０は、第１段階の学習処理の結果として得た伝達関数W(z)を伝達関数として設定した固定フィルタ７１と、第２段階学習用可変フィルタ７２と、第２段階学習用適応アルゴリズム実行部７３と、第２段階学習用減算器７４を備えている。
そして、このような構成において、第２席オーディオソース１の出力する音は固定フィルタ７１を通って第１席スピーカ６に出力される。
また、第２席オーディオソース１の出力する音は第２段階学習用可変フィルタ７２を通って第２段階学習用減算器７４に送られ、第２段階学習用減算器７４は第１席マイク９でピックアップした信号から第２段階学習用可変フィルタ７２の出力を減算し出力する。
第２段階適応アルゴリズム実行部７３は、第２段階学習用減算器７４の出力をエラーとして、第２席オーディオソース１の出力する音を用いながらNLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、第２段階学習用可変フィルタ７２の伝達関数H(z)を更新する。
そして、適応アルゴリズムの実行によって、収束安定した伝達関数H(z)を、能動型騒音制御装置３の補助フィルタ３５の伝達関数H(z)とする。
ここで、このようにして学習された伝達関数H(z)は、上述のように、能動型騒音制御装置３において、第１減算器３４の出力が、第１席のユーザの耳の位置に第１席マイク９が位置していた場合に第１席マイク９から出力される信号となることが期待できる伝達関数となる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
このように、本実施形態によれば、第１席のユーザに第２席のユーザが聴取している第２席オーディオソース１の音が聞こえてしまうことを抑制しつつ、第２席のユーザに対して、第２席スピーカ５から第１席のユーザの発話音声をSN比良く出力することができる。
なお、以上では、第１席スピーカ６、第２席スピーカ５、第１席マイク９を一つずつ設けた場合について示したが、これらはそれぞれ複数設けるようにしてもよい。また、第１席マイク９を複数設ける場合には、各第１席マイク毎に発話音声Euを生成し、図４の発話音声中継処理のステップ４０４では、各第１席マイク９について生成した発話音声Euの全てがしきい値を超えたときに、ステップ４０６に進んで発話音声出力動作を開始するようにする。
また、以上では、第１席のユーザに対して第２席オーディオソース１の音をキャンセルしつつ、第２席スピーカ５に第１席のユーザの発話音声を出力する場合について説明したが、本実施形態は、複数の席について、各席のユーザに対して他席のオーディオソースの音をキャンセルしつつ、各席のユーザの発話音声を他席のスピーカに出力する場合について同様に適用することができる。
また、本実施形態は、各席のオーディオソースが複数チャネルである場合や、ユーザの左右の耳のそれぞれについて他席のオーディオソースの音をキャンセルするように拡張して適用することもできる。
また、本実施形態の能動型騒音制御装置３の補助フィルタ３５は、これを省略してもよく、この場合にも、同様の効果を所定程度得ることができる。なお、この場合、第１席マイク９で収音した音から第２可変フィルタ３６の出力を減算した信号を信号Euとして用いる。
１…第２席オーディオソース、２…第１席オーディオソース、３…能動型騒音制御装置、４…ＩＣＣ処理部、５…第２席スピーカ、６…第１席スピーカ、７…第２席スピーカ用加算部、８…第１席スピーカ用加算部、９…第１席マイク、３１…第１可変フィルタ、３２…第１適応アルゴリズム実行部、３３…推定フィルタ、３４…第１減算器、３５…補助フィルタ、３６…第２可変フィルタ、３７…第２適応アルゴリズム実行部、３８…第２減算器、５０…第１段階学習処理部、５１…学習用推定フィルタ、５２…第１段階学習用可変フィルタ、５３…第１段階学習用適応アルゴリズム実行部、６０…学習用マイク、７０…第２段階学習処理部、７１…固定フィルタ、７２…第２段階学習用可変フィルタ、７３…第２段階学習用適応アルゴリズム実行部、７４…第２段階学習用減算器。

Claims (4)

  1. 相互に異なる座席である第１席と第２席を有する自動車に搭載される、車内コミュニケーション支援システムであって、
    前記第１席の音を収音するマイクと、
    第１の音源装置と、
    前記第１の音源装置の出力音を出力する、第１席のユーザ用のスピーカである第１スピーカと、
    第２の音源装置と、
    前記第２の音源装置の出力音を出力する、第２席のユーザ用のスピーカである第２スピーカと、
    第１席のユーザに対して、前記第２スピーカから出力される前記第２の音源装置の出力音をキャンセルするキャンセル音を前記第１スピーカから出力する騒音制御部と、
    発話音声出力部とを有し、
    前記騒音制御部は、
    前記第２の音源装置の出力音を入力として、前記キャンセル音を生成する第１の適応フィルタと、
    前記第１の音源装置の出力音を入力とする第２の適応フィルタと、
    前記マイクの出力から少なくとも前記第２の適応フィルタの出力を減算した信号である第１信号を生成する第１信号生成部とを有し、
    前記第１の適応フィルタと前記第２の適応フィルタは、前記第１信号のレベルが小さくなるように、自信の伝達関数を更新する適応動作を行い、
    前記発話音声出力部は、前記第１信号を、前記第１席のユーザの発話音声として前記第２スピーカから出力することを特徴とする車内コミュニケーション支援システム。
  2. 請求項１記載の車内コミュニケーション支援システムであって、
    前記騒音制御部は、前記第２の音源装置の出力音を入力とする補助フィルタを有し、
    前記第１信号生成部は、前記マイクの出力から前記第２の適応フィルタの出力と前記補助フィルタの出力を減算した信号を前記第１信号として生成し、
    前記補助フィルタの出力を前記マイクの出力から減算することにより、前記マイクの出力が第１席のユーザの音の聴取位置で収音した音に補正される伝達関数として予め求めた伝達関数が、前記補助フィルタに設定されていることを特徴とする車内コミュニケーション支援システム。
  3. 請求項１または２記載の車内コミュニケーション支援システムであって、
    前記発話音声出力部は、前記第１信号が所定のレベルよりも大きいときに、当該第１信号を前記第２スピーカから出力することを特徴とする車内コミュニケーション支援システム。
  4. 請求項３記載の車内コミュニケーション支援システムであって、
    前記発話音声出力部は、前記第１信号が所定のレベルよりも大きいときに、前記第１の適応フィルタと前記第２の適応フィルタの適応動作を停止することを特徴とする車内コミュニケーション支援システム。
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