JPH0728492A - 音源信号推定装置 - Google Patents
音源信号推定装置Info
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- JPH0728492A JPH0728492A JP5169440A JP16944093A JPH0728492A JP H0728492 A JPH0728492 A JP H0728492A JP 5169440 A JP5169440 A JP 5169440A JP 16944093 A JP16944093 A JP 16944093A JP H0728492 A JPH0728492 A JP H0728492A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 信号を雑音から確実に分離して抽出する。
【構成】 信号検出部２１は、マイクｍは入力された音
声信号を検出し、信号ｙm（ｔ）を出力する。このマイ
クｍの出力ｙm（ｔ）は、フーリエ変換部２２において
フーリエ領域に変換され、Ｙm（ω）となり、音源推定
誤差最小化部２４に出力される。マイクｍの出力ｙ
m（ｔ）は、伝達関数推定部２３にも出力されており、
伝達関数推定部２３は、ｙm（ｔ）を用いて伝達関数の
比Ｈm,s／Ｈm0,s0を推定する。音源推定誤差最小化部２
４は、Ｈm,s／Ｈm0,s0とＹm（ω）とを用いて音源信号
Ｘ’を推定する。伝達関数更新部２５は、音源信号Ｘ’
とＹm（ω）を用いてＨの更新量ｄＨを求めＨを更新
し、音源推定誤差最小化部２４は、更新されたＨにより
音源信号Ｘ’を再推定する。
声信号を検出し、信号ｙm（ｔ）を出力する。このマイ
クｍの出力ｙm（ｔ）は、フーリエ変換部２２において
フーリエ領域に変換され、Ｙm（ω）となり、音源推定
誤差最小化部２４に出力される。マイクｍの出力ｙ
m（ｔ）は、伝達関数推定部２３にも出力されており、
伝達関数推定部２３は、ｙm（ｔ）を用いて伝達関数の
比Ｈm,s／Ｈm0,s0を推定する。音源推定誤差最小化部２
４は、Ｈm,s／Ｈm0,s0とＹm（ω）とを用いて音源信号
Ｘ’を推定する。伝達関数更新部２５は、音源信号Ｘ’
とＹm（ω）を用いてＨの更新量ｄＨを求めＨを更新
し、音源推定誤差最小化部２４は、更新されたＨにより
音源信号Ｘ’を再推定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば周囲に雑音が多
い環境下において、所望の音声信号を抽出する場合に用
られる、所望の音源を推定する音源信号推定装置に関す
る。
い環境下において、所望の音声信号を抽出する場合に用
られる、所望の音源を推定する音源信号推定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の音声認識における重要な問題の１
つに、雑音あるいは対象とする人以外の音声から、所定
の音声信号を分離する問題がある。例えばオフィス等で
は、周囲にコンピュータのファンの音、空調の音などが
存在する。また、自動車の中では、エンジンノイズや走
行ノイズが非常に大きく、Ｓ／Ｎ比で−２０ｄＢ位の環
境となる。このように、周囲に雑音が存在する環境下で
音声認識装置を用いる場合、これらの雑音により、音声
認識の対象となる所望の音声信号がマスクされ、音声信
号を正確に検出できないといった問題があり、また音声
信号を雑音と共に取り込むと、音声認識の認識率の致命
的な低下を招く。
つに、雑音あるいは対象とする人以外の音声から、所定
の音声信号を分離する問題がある。例えばオフィス等で
は、周囲にコンピュータのファンの音、空調の音などが
存在する。また、自動車の中では、エンジンノイズや走
行ノイズが非常に大きく、Ｓ／Ｎ比で−２０ｄＢ位の環
境となる。このように、周囲に雑音が存在する環境下で
音声認識装置を用いる場合、これらの雑音により、音声
認識の対象となる所望の音声信号がマスクされ、音声信
号を正確に検出できないといった問題があり、また音声
信号を雑音と共に取り込むと、音声認識の認識率の致命
的な低下を招く。
【０００３】このような問題に対して、従来より、例え
ば次のような方法が提案されている。 ［１］マイクの指向性を利用する方法。 ［２］定常信号を仮定したフィルタ（Wiener Filter）
を利用する方法。 ［３］適応信号処理により妨害音を推定し、除去する方
法。
ば次のような方法が提案されている。 ［１］マイクの指向性を利用する方法。 ［２］定常信号を仮定したフィルタ（Wiener Filter）
を利用する方法。 ［３］適応信号処理により妨害音を推定し、除去する方
法。
【０００４】上述した方法［１］の例を、図４に示す。
例えば目標とする音源がマイクアレイの大きさ（マイク
０からマイク（Ｍ−１）までの距離）に較べて十分遠
く、図４に示すように、各マイクに対する音源の方向が
平行な方向で近似できるものとする。このとき、各マイ
クの距離をｂとすると、マイクアレイが構成する直線
（図中、上下方向の直線）とω0の角度を持つ方向から
来る信号の音波は、ｂsinω0に比例する時間だけずれ
て、それぞれ隣のマイクに入力される。
例えば目標とする音源がマイクアレイの大きさ（マイク
０からマイク（Ｍ−１）までの距離）に較べて十分遠
く、図４に示すように、各マイクに対する音源の方向が
平行な方向で近似できるものとする。このとき、各マイ
クの距離をｂとすると、マイクアレイが構成する直線
（図中、上下方向の直線）とω0の角度を持つ方向から
来る信号の音波は、ｂsinω0に比例する時間だけずれ
て、それぞれ隣のマイクに入力される。
【０００５】いま、マイク０のこの音源からの音波に対
する応答を、 ｙ0,0（ｔ）＝ｓ（ｔ） ・・・（１） という時刻ｔの信号とすると、これによりｂ×ｍだけ離
れたマイクｍの応答は、 ｙm,0（ｔ）＝ｓ（ｔ＋ｍｂsinω0） ・・・（２） となる。
する応答を、 ｙ0,0（ｔ）＝ｓ（ｔ） ・・・（１） という時刻ｔの信号とすると、これによりｂ×ｍだけ離
れたマイクｍの応答は、 ｙm,0（ｔ）＝ｓ（ｔ＋ｍｂsinω0） ・・・（２） となる。
【０００６】また、妨害波がマイク０乃至Ｍ−１に対し
て角度ω1の方向から来るとする。この妨害波（雑音）
に対するマイク０の応答を、 ｙ0,1（ｔ）＝ｎ（ｔ） ・・・（３） とすれば、マイクｍの応答は、 ｙm,1（ｔ）＝ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1） ・・・（４） となる。
て角度ω1の方向から来るとする。この妨害波（雑音）
に対するマイク０の応答を、 ｙ0,1（ｔ）＝ｎ（ｔ） ・・・（３） とすれば、マイクｍの応答は、 ｙm,1（ｔ）＝ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1） ・・・（４） となる。
【０００７】したがって、マイク０乃至Ｍ−１の出力
を、目標信号に対応する時間差だけ遅延回路０乃至Ｍ−
１により遅延した後、加算器１で加算することにより、
目標の音に対して同期加算を実行することができる。任
意のマイクｍの出力は、 ｙm（ｔ）＝ｙm,0（ｔ）＋ｙm,1（ｔ） ・・・（５） と表すことができるから、図４でマイクｍの出力後の遅
延時間を、ｍｂsinω0に設定することにより、遅延後の
信号ｚm（ｔ）は、 ｚm（ｔ）＝ｙm（ｔ−ｍｂsinω0） ＝ｙm,0（ｔ−ｍｂsinω0）＋ｙm,1（ｔ−ｍｂsinω0） ＝ｓ（ｔ＋ｍｂsinω0−ｍｂsinω0） ＋ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1−ｍｂsinω0） ＝ｓ（ｔ）＋ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1−ｍｂsinω0） ・・・（６） となる。
を、目標信号に対応する時間差だけ遅延回路０乃至Ｍ−
１により遅延した後、加算器１で加算することにより、
目標の音に対して同期加算を実行することができる。任
意のマイクｍの出力は、 ｙm（ｔ）＝ｙm,0（ｔ）＋ｙm,1（ｔ） ・・・（５） と表すことができるから、図４でマイクｍの出力後の遅
延時間を、ｍｂsinω0に設定することにより、遅延後の
信号ｚm（ｔ）は、 ｚm（ｔ）＝ｙm（ｔ−ｍｂsinω0） ＝ｙm,0（ｔ−ｍｂsinω0）＋ｙm,1（ｔ−ｍｂsinω0） ＝ｓ（ｔ＋ｍｂsinω0−ｍｂsinω0） ＋ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1−ｍｂsinω0） ＝ｓ（ｔ）＋ｎ（ｔ＋ｍｂsinω1−ｍｂsinω0） ・・・（６） となる。
【０００８】その結果、すべてのｍについて加算する加
算器１の出力ｕ（ｔ）は、次のようになる。
算器１の出力ｕ（ｔ）は、次のようになる。
【０００９】
【数１】
【００１０】従って、目標信号ｓ（ｔ）は、その振幅が
Ｍ倍になるが、妨害波信号ｎ（ｔ）は、上式のように遅
延平均を取られることとなり、低域通過型のフィルタを
通ることとなり、そのレベルは低下する。
Ｍ倍になるが、妨害波信号ｎ（ｔ）は、上式のように遅
延平均を取られることとなり、低域通過型のフィルタを
通ることとなり、そのレベルは低下する。
【００１１】一方、上記方法［２］は、マイクで検出し
た信号から、Wiener Filter （バンドパスフィルタ）を
用いて、所望の周波数帯域の信号成分を抽出するもので
ある。
た信号から、Wiener Filter （バンドパスフィルタ）を
用いて、所望の周波数帯域の信号成分を抽出するもので
ある。
【００１２】さらに、上記方法［３］の例を、図５に示
す。例えば時刻ｔにおける音声ｓ（ｔ）をマイク１５で
検出しようとすると、エンジン１１が発生するエンジン
ノイズｎ1（ｔ）がマイク１５で同時に検出される。そ
こで、エンジンノイズ（エンジンノイズに関係する振
動）だけを検出する（音声ｓ（ｔ）を検出しない）ピッ
クアップ１２を、エンジンルームに直接設置する。ピッ
クアップ１２の出力ｎ2（ｔ）を可変タップＷiを有する
適応フィルタ１３に供給し、所望の特性に制御して、信
号ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ）を得る。そして、この信号を減算
器１４に供給し、マイク１５の出力ｙ（ｔ）（＝ｓ
（ｔ）＋ｎ1（ｔ））から差し引き、次式の誤差信号を
得る。 ｙ（ｔ）−ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｎ1（ｔ）−ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ） ・・・（８）
す。例えば時刻ｔにおける音声ｓ（ｔ）をマイク１５で
検出しようとすると、エンジン１１が発生するエンジン
ノイズｎ1（ｔ）がマイク１５で同時に検出される。そ
こで、エンジンノイズ（エンジンノイズに関係する振
動）だけを検出する（音声ｓ（ｔ）を検出しない）ピッ
クアップ１２を、エンジンルームに直接設置する。ピッ
クアップ１２の出力ｎ2（ｔ）を可変タップＷiを有する
適応フィルタ１３に供給し、所望の特性に制御して、信
号ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ）を得る。そして、この信号を減算
器１４に供給し、マイク１５の出力ｙ（ｔ）（＝ｓ
（ｔ）＋ｎ1（ｔ））から差し引き、次式の誤差信号を
得る。 ｙ（ｔ）−ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｎ1（ｔ）−ｈ（ｔ）ｎ2（ｔ） ・・・（８）
【００１３】この誤差信号をＬＭＳ回路１６に供給し、
その二乗平均が最小になる適用フィルタ１３の係数（可
変タップＷi）を勾配法を用いて演算する。
その二乗平均が最小になる適用フィルタ１３の係数（可
変タップＷi）を勾配法を用いて演算する。
【００１４】すなわち、通常ＬＭＳアルゴリズムでは、
ｙ（ｔ），ｎ2（ｔ），ｈ（ｔ）のサンプル系列を時刻
インデックスｋを用いてｙ（ｋ），ｎ2（ｋ），ｈ
（ｋ）で表すと、適用フィルタ１３の出力ｈ（ｋ）ｎ2
（ｋ）は次式で示される。
ｙ（ｔ），ｎ2（ｔ），ｈ（ｔ）のサンプル系列を時刻
インデックスｋを用いてｙ（ｋ），ｎ2（ｋ），ｈ
（ｋ）で表すと、適用フィルタ１３の出力ｈ（ｋ）ｎ2
（ｋ）は次式で示される。
【００１５】
【数２】
【００１６】そして、次式から更新量ｄＷiを演算し、 ｄＷi＝−αｎ2（ｋ−ｉ）（ｙ（ｋ）−ｈ（ｋ）ｎ2（ｋ）） ・・・（１０） この更新量ｄＷiにより、Ｗi←Ｗi＋ｄＷiとして可変タ
ップＷiを更新量ｄＷiだけ変化させて更新するものであ
る。尚、”←”は置き換えを意味する記号であり、αは
正の定数である。
ップＷiを更新量ｄＷiだけ変化させて更新するものであ
る。尚、”←”は置き換えを意味する記号であり、αは
正の定数である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の手法においては、以下のような課題がある。す
なわち、上記した複数のマイクの出力を所定時間遅延し
て加算する方法［１］は、同期加算が基本なので、理想
的な状態でも、１個のマイクにつき３ｄＢしかＳ／Ｎの
向上を期待することができない。このため、実際に音声
認識適用することは困難である。
た従来の手法においては、以下のような課題がある。す
なわち、上記した複数のマイクの出力を所定時間遅延し
て加算する方法［１］は、同期加算が基本なので、理想
的な状態でも、１個のマイクにつき３ｄＢしかＳ／Ｎの
向上を期待することができない。このため、実際に音声
認識適用することは困難である。
【００１８】また、フィルタで所定の周波数帯域の信号
を抽出する方法［２］は、定常妨害音に対してのみ有効
であり、また目標とする信号と雑音の周波数帯域が重な
っている場合には、目標の信号成分も失われる。
を抽出する方法［２］は、定常妨害音に対してのみ有効
であり、また目標とする信号と雑音の周波数帯域が重な
っている場合には、目標の信号成分も失われる。
【００１９】さらに、図５に示した方法［３］は、妨害
音に関係する信号だけをピックアップしなければならな
いが、そのようなことは実際には不可能である場合が多
い。
音に関係する信号だけをピックアップしなければならな
いが、そのようなことは実際には不可能である場合が多
い。
【００２０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、音源を正確に推定することにより、雑音に影響
されずに、目標とする信号を確実に検出することのでき
る音源信号推定装置を提供することを目的としている。
であり、音源を正確に推定することにより、雑音に影響
されずに、目標とする信号を確実に検出することのでき
る音源信号推定装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の音源信号推定装
置は、複数の音源から発生した信号を検出する検出手段
としての信号検出部２１と、信号検出部２１の出力に対
応して音源から信号検出部２１までの音源から発生した
信号の伝達関数を推定する伝達関数推定手段としての伝
達関数推定部２３と、伝達関数と音源から発生した信号
とに基づいて、信号を発生した音源を推定し推定信号を
生成する音源推定手段としての音源推定誤差最小化部２
４と、伝達関数と音源から発生した信号とに基づいて、
伝達関数を補正する補正手段としての伝達関数更新部２
５とを備え、音源推定誤差最小化部２４は、伝達関数更
新部２５により補正された伝達関数により推定信号を補
正する。
置は、複数の音源から発生した信号を検出する検出手段
としての信号検出部２１と、信号検出部２１の出力に対
応して音源から信号検出部２１までの音源から発生した
信号の伝達関数を推定する伝達関数推定手段としての伝
達関数推定部２３と、伝達関数と音源から発生した信号
とに基づいて、信号を発生した音源を推定し推定信号を
生成する音源推定手段としての音源推定誤差最小化部２
４と、伝達関数と音源から発生した信号とに基づいて、
伝達関数を補正する補正手段としての伝達関数更新部２
５とを備え、音源推定誤差最小化部２４は、伝達関数更
新部２５により補正された伝達関数により推定信号を補
正する。
【００２２】伝達関数更新部２５は、音源推定誤差最小
化部２４で補正された前記推定信号に基づいて前記伝達
関数を補正することができる。
化部２４で補正された前記推定信号に基づいて前記伝達
関数を補正することができる。
【００２３】信号検出部２１により検出された信号をフ
ーリエ変換する変換手段としてのフーリエ変換部２２を
さらに設けることができる。
ーリエ変換する変換手段としてのフーリエ変換部２２を
さらに設けることができる。
【００２４】
【作用】上記構成の音源信号推定装置においては、伝達
関数推定部２３により音源から信号検出部２１までの音
源から発生した信号の伝達関数を推定するとともに、音
源推定誤差最小化部２４が伝達関数更新部２５によって
補正された伝達関数により推定信号を補正することで、
音源を正確に推定することにより、雑音に影響されず
に、目標とする信号を確実に検出することを可能として
いる。
関数推定部２３により音源から信号検出部２１までの音
源から発生した信号の伝達関数を推定するとともに、音
源推定誤差最小化部２４が伝達関数更新部２５によって
補正された伝達関数により推定信号を補正することで、
音源を正確に推定することにより、雑音に影響されず
に、目標とする信号を確実に検出することを可能として
いる。
【００２５】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて述べる。
ついて述べる。
【００２６】図１乃至図３は、本発明の一実施例に係わ
り、図１は、本発明の音源信号推定装置の一実施例の構
成を示すブロック図、図２は、図１の実施例における信
号検出部２１のマイクの配置を説明する説明図、図３
は、図１の実施例における信号検出部２１のマイクと音
源の位置を説明する説明図である。
り、図１は、本発明の音源信号推定装置の一実施例の構
成を示すブロック図、図２は、図１の実施例における信
号検出部２１のマイクの配置を説明する説明図、図３
は、図１の実施例における信号検出部２１のマイクと音
源の位置を説明する説明図である。
【００２７】まず最初に、本実施例における妨害音分離
（抑制）の原理について説明する。いま仮に、音源（こ
の音源には、抽出すべき信号を発生する音源だけでな
く、抑制すべき雑音を発生する音源も含む）がＳ個、こ
の音源からの音声信号を検出する信号検出器（マイク）
がＭ個あるものとする。音源ｓから信号検出器ｍまでの
伝達関数をＨm,sとする。このとき、音源ｓにおける信
号ｘs（ｔ）あるいはフーリエ変換であるＸs（ω）と、
信号検出器ｍにおける信号ｙm（ｔ）あるいはフーリエ
変換であるＹm（ω）との関係は、次式で表される。 Ｙm（ω）＝Ｈm,sＸs（ω） ・・・（１１） ただし、ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１、ｓ＝０，１，・
・・，Ｓ−１である。
（抑制）の原理について説明する。いま仮に、音源（こ
の音源には、抽出すべき信号を発生する音源だけでな
く、抑制すべき雑音を発生する音源も含む）がＳ個、こ
の音源からの音声信号を検出する信号検出器（マイク）
がＭ個あるものとする。音源ｓから信号検出器ｍまでの
伝達関数をＨm,sとする。このとき、音源ｓにおける信
号ｘs（ｔ）あるいはフーリエ変換であるＸs（ω）と、
信号検出器ｍにおける信号ｙm（ｔ）あるいはフーリエ
変換であるＹm（ω）との関係は、次式で表される。 Ｙm（ω）＝Ｈm,sＸs（ω） ・・・（１１） ただし、ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１、ｓ＝０，１，・
・・，Ｓ−１である。
【００２８】また、上式は、行列で表すと、次のように
なる。 Ｙ＝ＨＸ ・・・（１２）
なる。 Ｙ＝ＨＸ ・・・（１２）
【００２９】ここで、Ｙ，Ｈ，Ｘは、それぞれ次式で表
され、式中の［］tは、行列の転置を表す。 Ｙ＝［Ｙ0（ω），Ｙ1（ω），・・・，ＹM-1（ω）］t ・・・（１３） Ｘ＝［Ｘ0（ω），Ｘ1（ω），・・・，ＸS-1（ω）］t ・・・（１４）
され、式中の［］tは、行列の転置を表す。 Ｙ＝［Ｙ0（ω），Ｙ1（ω），・・・，ＹM-1（ω）］t ・・・（１３） Ｘ＝［Ｘ0（ω），Ｘ1（ω），・・・，ＸS-1（ω）］t ・・・（１４）
【００３０】
【数３】
【００３１】従って、Ｈが正則な正方行列ならば、上式
よりＸ、すなわち各音源を独立に求めることができる。
また、Ｈが正方でないあるいは正則でない場合でも、一
般化逆行列ＨL -1を用いれば最小二乗的な意味でＸを推
定することができる。
よりＸ、すなわち各音源を独立に求めることができる。
また、Ｈが正方でないあるいは正則でない場合でも、一
般化逆行列ＨL -1を用いれば最小二乗的な意味でＸを推
定することができる。
【００３２】ところで、上述のように音源Ｘを推定する
ためには、Ｈが既知であるか、あるいは精度よく推定さ
れている必要がある。本実施例は、このＨの推定、適用
制御を行うことを特徴とする音源信号推定装置に関す
る。
ためには、Ｈが既知であるか、あるいは精度よく推定さ
れている必要がある。本実施例は、このＨの推定、適用
制御を行うことを特徴とする音源信号推定装置に関す
る。
【００３３】以下、図面を参照して、上記原理を応用し
た具体例の構成について説明する。いま、音源ｓがＭ個
（ｓ＝０，１，・・・，Ｍ−１）存在するものと仮定す
る。信号検出部２１は、Ｍ個のマイクｍ（ｍ＝０，１，
・・・，Ｍ−１）で構成される。任意の音源ｓから任意
のマイクｍまでの空間は、伝達関数Ｈm,sを有するもの
とする。
た具体例の構成について説明する。いま、音源ｓがＭ個
（ｓ＝０，１，・・・，Ｍ−１）存在するものと仮定す
る。信号検出部２１は、Ｍ個のマイクｍ（ｍ＝０，１，
・・・，Ｍ−１）で構成される。任意の音源ｓから任意
のマイクｍまでの空間は、伝達関数Ｈm,sを有するもの
とする。
【００３４】本実施例の音源信号推定装置においては、
図１に示すように、信号検出部２１は、マイクｍは入力
された音声信号を検出し、信号ｙm（ｔ）（サンプル系
列ではｙm（ｋ））を出力する。このマイクｍの出力ｙm
（ｔ）は、フーリエ変換部２２においてフーリエ領域に
変換され、Ｙm（ω）となり、音源推定誤差最小化部２
４に出力される。
図１に示すように、信号検出部２１は、マイクｍは入力
された音声信号を検出し、信号ｙm（ｔ）（サンプル系
列ではｙm（ｋ））を出力する。このマイクｍの出力ｙm
（ｔ）は、フーリエ変換部２２においてフーリエ領域に
変換され、Ｙm（ω）となり、音源推定誤差最小化部２
４に出力される。
【００３５】また、マイクｍの出力ｙm（ｔ）は、伝達
関数推定部２３にも出力されており、伝達関数推定部２
３は、ｙm（ｔ）を用いて伝達関数の比Ｈm,s／Ｈm0,s0
を推定する。このＨm,s／Ｈm0,s0は音源推定誤差最小化
部２４に出力され、音源推定誤差最小化部２４は、Ｈ
m,s／Ｈm0,s0とＹm（ω）とを用いて音源信号Ｘ’を推
定する。推定された音源信号Ｘ’と前記Ｙm（ω）とが
伝達関数更新部２５に出力される。この伝達関数更新部
２５は、音源信号Ｘ’とＹm（ω）を用いてＨの更新量
ｄＨを求めＨを更新し、そして、音源推定誤差最小化部
２４は更新されたＨにより音源信号Ｘ’を再推定するよ
うに構成されている。
関数推定部２３にも出力されており、伝達関数推定部２
３は、ｙm（ｔ）を用いて伝達関数の比Ｈm,s／Ｈm0,s0
を推定する。このＨm,s／Ｈm0,s0は音源推定誤差最小化
部２４に出力され、音源推定誤差最小化部２４は、Ｈ
m,s／Ｈm0,s0とＹm（ω）とを用いて音源信号Ｘ’を推
定する。推定された音源信号Ｘ’と前記Ｙm（ω）とが
伝達関数更新部２５に出力される。この伝達関数更新部
２５は、音源信号Ｘ’とＹm（ω）を用いてＨの更新量
ｄＨを求めＨを更新し、そして、音源推定誤差最小化部
２４は更新されたＨにより音源信号Ｘ’を再推定するよ
うに構成されている。
【００３６】次に、このように構成された本実施例の音
源信号推定装置の作用について説明する。
源信号推定装置の作用について説明する。
【００３７】信号検出部２１のＭ個のマイクの配置は既
知であり、図２に示すように、マイク０を原点として、
任意のマイクｍの座標を位置ベクトルＡmで表す。マイ
クｍは音源０乃至Ｍ−１からの信号（音声信号または雑
音）を検出し、検出信号ｙm（ｔ）をフーリエ変換部２
２と、伝達関数推定部２３へ出力する。
知であり、図２に示すように、マイク０を原点として、
任意のマイクｍの座標を位置ベクトルＡmで表す。マイ
クｍは音源０乃至Ｍ−１からの信号（音声信号または雑
音）を検出し、検出信号ｙm（ｔ）をフーリエ変換部２
２と、伝達関数推定部２３へ出力する。
【００３８】フーリエ変換部２２は、マイク出力ｙ
m（ｔ）を処理しやすいように次式に従ってフーリエ変
換する。 Ｙm（ω）＝∫ｇ（ｔ）ｙm（ｔ）ｅｘｐ（−ｊωｔ） ・・・（１６） ただし、ｇ（ｔ）は窓関数で、例えばハニング窓であ
る。このようにして得られたＹm（ω）は、音源推定誤
差最小化部２４および伝達関数更新部２５に出力され
る。
m（ｔ）を処理しやすいように次式に従ってフーリエ変
換する。 Ｙm（ω）＝∫ｇ（ｔ）ｙm（ｔ）ｅｘｐ（−ｊωｔ） ・・・（１６） ただし、ｇ（ｔ）は窓関数で、例えばハニング窓であ
る。このようにして得られたＹm（ω）は、音源推定誤
差最小化部２４および伝達関数更新部２５に出力され
る。
【００３９】一方、伝達関数推定部２３は、音源ｓとマ
イクｍとの間の伝達関数Ｈm,sに関する推定を行う。こ
の推定は、伝達関数Ｈm,sを音波の伝達時間によりモデ
ル化し、さらにマイク間の伝達時間差により定式化し、
そして、伝達時間差を音源の方向による関数とみなして
その方向を求めることで行われる。
イクｍとの間の伝達関数Ｈm,sに関する推定を行う。こ
の推定は、伝達関数Ｈm,sを音波の伝達時間によりモデ
ル化し、さらにマイク間の伝達時間差により定式化し、
そして、伝達時間差を音源の方向による関数とみなして
その方向を求めることで行われる。
【００４０】最初に、伝達関数Ｈm,sのモデル化につい
て説明する。本実施例では、伝達関数Ｈm,sを次のよう
に近似（モデル化）する。 Ｈm,s＝Ｒｈm,sｅｘｐ（−ｊωτm,s） ・・・（１
７） ここで、Ｒｈm,sは振幅を表し、τm,sは音源ｓからマイ
クｍまでの距離を音速で割った値（到達時間）である。
て説明する。本実施例では、伝達関数Ｈm,sを次のよう
に近似（モデル化）する。 Ｈm,s＝Ｒｈm,sｅｘｐ（−ｊωτm,s） ・・・（１
７） ここで、Ｒｈm,sは振幅を表し、τm,sは音源ｓからマイ
クｍまでの距離を音速で割った値（到達時間）である。
【００４１】さらに、所定のマイク、仮にそれをマイク
０（ｍ＝０のマイク）とすると、そのマイク０で検出さ
れた音源ｓからの信号Ｙ0（ω）（＝Ｈ0,sＸs（ω））
を基準として、式（１２）を次のように変形する。 Ｙ’＝Ｈ’Ｘ ・・・（１８） ただし、Ｈ’は次式で表される。
０（ｍ＝０のマイク）とすると、そのマイク０で検出さ
れた音源ｓからの信号Ｙ0（ω）（＝Ｈ0,sＸs（ω））
を基準として、式（１２）を次のように変形する。 Ｙ’＝Ｈ’Ｘ ・・・（１８） ただし、Ｈ’は次式で表される。
【００４２】
【数４】
【００４３】式（１７）を用いれば、式（１９）中にお
ける要素Ｈm,s／Ｈ0,sは、次式で表すことができる。 Ｈm,s／Ｈ0,s＝（Ｒｈm,s／Ｒｈ0,s）ｅｘｐ（ｊωΔτm,s） ・・・（２０） ここで、Δτm,sは伝達時間差であり、 Δτm,s＝τm,s−τ0,s ・・・（２１） である。
ける要素Ｈm,s／Ｈ0,sは、次式で表すことができる。 Ｈm,s／Ｈ0,s＝（Ｒｈm,s／Ｒｈ0,s）ｅｘｐ（ｊωΔτm,s） ・・・（２０） ここで、Δτm,sは伝達時間差であり、 Δτm,s＝τm,s−τ0,s ・・・（２１） である。
【００４４】いま、Ｒｈm,s／Ｒｈ0,s≒１と仮定すれ
ば、Ｈ’（伝達関数の比）は音源ｓのマイク０とマイク
ｍへの伝達時間差Δτm,sのみに依存する。すなわち、
初めに推定されるべきは上記伝達時間差Δτm,sであ
る。尚、Ｒｈm,s／Ｒｈ0,sの推定は、後述する伝達関数
更新部２５で、適応的に行われる。
ば、Ｈ’（伝達関数の比）は音源ｓのマイク０とマイク
ｍへの伝達時間差Δτm,sのみに依存する。すなわち、
初めに推定されるべきは上記伝達時間差Δτm,sであ
る。尚、Ｒｈm,s／Ｒｈ0,sの推定は、後述する伝達関数
更新部２５で、適応的に行われる。
【００４５】そこで、伝達時間差Δτm,sの推定が行わ
れる。この伝達時間差Δτm,sの推定について説明す
る。
れる。この伝達時間差Δτm,sの推定について説明す
る。
【００４６】いま、各マイク間の距離よりも、各マイク
から音源までの距離が十分大きいものと仮定すると、伝
達時間差Δτm,sは音源ｓの方向のみに依存するように
なる。図３に示すように、原点に配置されたマイク０か
ら音源ｓの方向経の単位ベクトルをＢsとすると、次式
が成立する。すなわち、伝達時間差Δτm,sはマイクｍ
の位置ベクトルＡmtとＢsとの内積で表される。 Δτm,s＝Ａmt・Ｂs ・・・（２２）
から音源までの距離が十分大きいものと仮定すると、伝
達時間差Δτm,sは音源ｓの方向のみに依存するように
なる。図３に示すように、原点に配置されたマイク０か
ら音源ｓの方向経の単位ベクトルをＢsとすると、次式
が成立する。すなわち、伝達時間差Δτm,sはマイクｍ
の位置ベクトルＡmtとＢsとの内積で表される。 Δτm,s＝Ａmt・Ｂs ・・・（２２）
【００４７】具体的に伝達時間差を求めるにはいくつか
の方法があるが、例えば基準となるマイクと他の各マイ
クで得られる２つの信号間の相互相関係数のピークをサ
ーチすることで伝達時間差を求めることができる。すな
わち、例えばマイク０で得られた信号ｙ0（ｔ）と、マ
イクｍで得られた信号ｙm（ｔ）との間の相互相関係数
Ｃr0,m（τ）は、次式で表され、これが極大となるτを
大きい順にＳ個求め、このτを伝達時間差とする。
の方法があるが、例えば基準となるマイクと他の各マイ
クで得られる２つの信号間の相互相関係数のピークをサ
ーチすることで伝達時間差を求めることができる。すな
わち、例えばマイク０で得られた信号ｙ0（ｔ）と、マ
イクｍで得られた信号ｙm（ｔ）との間の相互相関係数
Ｃr0,m（τ）は、次式で表され、これが極大となるτを
大きい順にＳ個求め、このτを伝達時間差とする。
【００４８】
【数５】
【００４９】また、ｙ0（ｔ），・・・，ｙM-1（ｔ）を
そのまま用いたのでは、相互相関係数Ｃr0,m（τ）を極
大にするτが十分に求められない場合があるが、そのよ
うな場合には、ｙm（ｔ）を適当なフィルタを用いて帯
域制限したうえで、各帯域について同様な操作を行うこ
とにより、周波数成分の異なる音源の伝達時間差を求め
ることができる。
そのまま用いたのでは、相互相関係数Ｃr0,m（τ）を極
大にするτが十分に求められない場合があるが、そのよ
うな場合には、ｙm（ｔ）を適当なフィルタを用いて帯
域制限したうえで、各帯域について同様な操作を行うこ
とにより、周波数成分の異なる音源の伝達時間差を求め
ることができる。
【００５０】マイクの数がＭ＝２の場合には上述して求
められたτを各音源から各マイクへの伝達時間差とする
ことができるが、Ｍ≧３の場合には、それぞれどの伝達
時間差が一つの音源信号に対応しているかを矛盾のない
ように決定しなければならない。
められたτを各音源から各マイクへの伝達時間差とする
ことができるが、Ｍ≧３の場合には、それぞれどの伝達
時間差が一つの音源信号に対応しているかを矛盾のない
ように決定しなければならない。
【００５１】そのため、例えばマイク０、１の伝達時間
差τから、図３に示すように、ｘｙ平面内におけるｘ軸
からの角度がθ1でｘｙ平面に対する角度がθ2である方
向（θ1，θ2）に音源ｓがあると仮定して、その他のマ
イクは音源ｓの方向と伝達時間差が矛盾しないようなτ
を選び、マイク０乃至Ｍ−１の出力を、その伝達時間差
を合わせて加算することで、次式で示されるｙ（θ1，
θ2）を得る。
差τから、図３に示すように、ｘｙ平面内におけるｘ軸
からの角度がθ1でｘｙ平面に対する角度がθ2である方
向（θ1，θ2）に音源ｓがあると仮定して、その他のマ
イクは音源ｓの方向と伝達時間差が矛盾しないようなτ
を選び、マイク０乃至Ｍ−１の出力を、その伝達時間差
を合わせて加算することで、次式で示されるｙ（θ1，
θ2）を得る。
【００５２】
【数６】
【００５３】ここで、Ｓ（θ1，θ2）は、方向（θ1，
θ2）への単位ベクトルであり次式で表される。 Ｓ（θ1，θ2）＝［cosθ2，cosθ1，cosθ2，sinθ1，sinθ2］ ・・・（２５）
θ2）への単位ベクトルであり次式で表される。 Ｓ（θ1，θ2）＝［cosθ2，cosθ1，cosθ2，sinθ1，sinθ2］ ・・・（２５）
【００５４】すべてのτの組み合わせについて、このｙ
（θ1，θ2）のパワー（強度）を検出し、大きい順にＳ
個のτの組み合わせを取り、それを音源の方向とする。
これによりＨ’の推定値を算出する。
（θ1，θ2）のパワー（強度）を検出し、大きい順にＳ
個のτの組み合わせを取り、それを音源の方向とする。
これによりＨ’の推定値を算出する。
【００５５】このように伝達関数推定部２３で推定され
た伝達関数行列Ｈ’と、フーリエ変換部２２の出力Ｙと
から、音源推定誤差最小化部２４では、音源信号Ｘ’を
推定する。
た伝達関数行列Ｈ’と、フーリエ変換部２２の出力Ｙと
から、音源推定誤差最小化部２４では、音源信号Ｘ’を
推定する。
【００５６】すなわち、Ｈ’の一般化逆行列ＨL -1を求
め、 Ｘ＝ＨL -1Ｙ ・・・（２６） によりＸ’を推定する。
め、 Ｘ＝ＨL -1Ｙ ・・・（２６） によりＸ’を推定する。
【００５７】ここで、一般化逆行列を求める代わりに、
最小二乗に基づいて、 Ｅ1（Ｘ）＝‖Ｙ−ＨＸ‖2 ・・・（２７） という評価関数Ｅ1（Ｘ）を最小化することによりＸを
推定することも可能である。尚、‖‖はＬ2ノルムを示
す。
最小二乗に基づいて、 Ｅ1（Ｘ）＝‖Ｙ−ＨＸ‖2 ・・・（２７） という評価関数Ｅ1（Ｘ）を最小化することによりＸを
推定することも可能である。尚、‖‖はＬ2ノルムを示
す。
【００５８】さらに、Ｘに関しての制約をかけることに
より、Ｈのランクｒがｒ≦ＳであってもＸに関して適当
な解を求めることが可能となる。
より、Ｈのランクｒがｒ≦ＳであってもＸに関して適当
な解を求めることが可能となる。
【００５９】伝達関数推定部２３で推定された伝達関数
行列Ｈ’と、音源推定誤差最小化部２４で推定された
Ｘ’とから、伝達関数更新部２５では、Ｈ’の推定値を
更新する。すなわち、Ｈに関する評価関数Ｅ（Ｈ）＝‖
Ｙ−ＨＸ‖2に勾配法を適応してＨを更新する。
行列Ｈ’と、音源推定誤差最小化部２４で推定された
Ｘ’とから、伝達関数更新部２５では、Ｈ’の推定値を
更新する。すなわち、Ｈに関する評価関数Ｅ（Ｈ）＝‖
Ｙ−ＨＸ‖2に勾配法を適応してＨを更新する。
【００６０】式（１７）と式（２２）を用いて式（１
９）を書き直すと、次式になる。
９）を書き直すと、次式になる。
【００６１】
【数７】
【００６２】次に、Ｈの振幅Ｒｈm,s及び伝達時間差Δ
τm,sのそれぞれに関して勾配法を適用する。
τm,sのそれぞれに関して勾配法を適用する。
【００６３】まず、振幅のパラメータｒs＝［１，Ｒｈ
1,s，・・・，ＲｈM-1,s］に関して勾配法を適用し、評
価関数Ｅ（Ｈ）を振幅パラメータｒsで変微分すると、
次式となる。
1,s，・・・，ＲｈM-1,s］に関して勾配法を適用し、評
価関数Ｅ（Ｈ）を振幅パラメータｒsで変微分すると、
次式となる。
【００６４】
【数８】
【００６５】同様にして、Δτs＝［１，Δτ1,s，・・
・，ΔτM-1,s］（伝達時間差のパラメータ）に関して
勾配法を適用し、評価関数Ｅ（Ｈ）を伝達時間差パラメ
ータΔτsで変微分すると、次式となる。
・，ΔτM-1,s］（伝達時間差のパラメータ）に関して
勾配法を適用し、評価関数Ｅ（Ｈ）を伝達時間差パラメ
ータΔτsで変微分すると、次式となる。
【００６６】
【数９】
【００６７】ただし、 Ｈ＝［ｈ0，ｈ1，・・・，ｈS-1］ ・・・（３２） としてｈsを定義する。
【００６８】これら∂Ｅ（Ｈ）／∂ｒs及び∂Ｅ（Ｈ）
／∂ΔτsをｄＨとしてＨを更新する。すなわち、 Ｈ＝Ｈ＋ｄＨ ・・・（３３） として更新していく。
／∂ΔτsをｄＨとしてＨを更新する。すなわち、 Ｈ＝Ｈ＋ｄＨ ・・・（３３） として更新していく。
【００６９】更新されたＨを再び音源推定誤差最小化部
２４に出力する。そして音源Ｘを推定し直し、再推定さ
れたＸを用いてＨを更新する。この処理を両者が収束す
るまで、あるいはある回数を上限として繰り返し、その
繰り返し計算の結果を分離された音源信号の推定値とす
る。
２４に出力する。そして音源Ｘを推定し直し、再推定さ
れたＸを用いてＨを更新する。この処理を両者が収束す
るまで、あるいはある回数を上限として繰り返し、その
繰り返し計算の結果を分離された音源信号の推定値とす
る。
【００７０】このように本実施例の音源信号推定装置に
よれば、伝達関数更新部２５で評価関数Ｅ（Ｈ）に対し
て振幅パラメータｒs及び伝達時間差パラメータΔτsに
関する勾配法を適用して伝達関数Ｈを更新し、更新した
Ｈにより音源信号Ｘを再推定し、さらに再推定されたＸ
によりＨを更新する処理を繰り返し、音源信号の推定値
を得ているので、正確な伝達関数Ｈを得ることができ、
従ってこの伝達関数によって各音源信号を独立に推定す
ることができる。そして、この音源には、抽出すべき音
声信号の信号源はもとより、雑音を発生する音源も信号
源として含まれているので、各音源信号を独立に推定す
ることにより雑音と完全に分離した音声信号を得ること
ができる。
よれば、伝達関数更新部２５で評価関数Ｅ（Ｈ）に対し
て振幅パラメータｒs及び伝達時間差パラメータΔτsに
関する勾配法を適用して伝達関数Ｈを更新し、更新した
Ｈにより音源信号Ｘを再推定し、さらに再推定されたＸ
によりＨを更新する処理を繰り返し、音源信号の推定値
を得ているので、正確な伝達関数Ｈを得ることができ、
従ってこの伝達関数によって各音源信号を独立に推定す
ることができる。そして、この音源には、抽出すべき音
声信号の信号源はもとより、雑音を発生する音源も信号
源として含まれているので、各音源信号を独立に推定す
ることにより雑音と完全に分離した音声信号を得ること
ができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の音源信号推
定装置によれば、伝達関数推定手段により音源から検出
手段までの音源から発生した信号の伝達関数を推定する
とともに、音源推定手段が補正手段によって補正された
伝達関数により推定信号を補正するので、音源を正確に
推定することにより、雑音に影響されずに、目標とする
信号を確実に検出することができるという効果がある。
定装置によれば、伝達関数推定手段により音源から検出
手段までの音源から発生した信号の伝達関数を推定する
とともに、音源推定手段が補正手段によって補正された
伝達関数により推定信号を補正するので、音源を正確に
推定することにより、雑音に影響されずに、目標とする
信号を確実に検出することができるという効果がある。
【図１】本発明の音源信号推定装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】図１の実施例における信号検出部２１のマイク
の配置を説明する説明図である。
の配置を説明する説明図である。
【図３】図１の実施例における信号検出部２１のマイク
と音源の位置を説明する説明図である。
と音源の位置を説明する説明図である。
【図４】従来の音源信号推定装置の一例の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】従来の音源信号推定装置の他の例の構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
２１ 信号検出部 ２２ フーリエ変換部 ２３ 伝達関数推定部 ２４ 音源推定誤差最小化部 ２５ 伝達関数更新部
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の音源から発生した信号を検出する
検出手段と、 前記検出手段の出力に対応して、前記音源から前記検出
手段までの前記信号の伝達関数を推定する伝達関数推定
手段と、 前記伝達関数と前記信号とに基づいて、前記信号を発生
した前記音源を推定し推定信号を生成する音源推定手段
と、 前記伝達関数と前記信号とに基づいて、前記伝達関数を
補正する補正手段とを備え、 前記音源推定手段は、前記補正手段により補正された前
記伝達関数に基づいて前記推定信号を補正することを特
徴とする音源信号推定装置。 - 【請求項２】 前記補正手段は、前記音源推定手段で補
正された前記推定信号に基づいて前記伝達関数を補正す
ることを特徴とする請求項１に記載の音源信号推定装
置。 - 【請求項３】 前記信号をフーリエ変換する変換手段を
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の音源信号推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16944093A JP3424761B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 音源信号推定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16944093A JP3424761B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 音源信号推定装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0728492A true JPH0728492A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3424761B2 JP3424761B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=15886648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16944093A Expired - Fee Related JP3424761B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 音源信号推定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3424761B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002175096A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Denso Corp | マイク制御装置 |
| KR100415335B1 (ko) * | 1995-02-22 | 2004-05-20 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 소스분리시스템 |
| JP2005253071A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Microsoft Corp | マイクロフォン・アレイを使用するビーム・フォーミングのシステムおよび方法 |
| WO2006131959A1 (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Saga University | 信号分離装置 |
| EP1755111A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and device for detecting pitch |
| JP2012039275A (ja) * | 2010-08-05 | 2012-02-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 反射音情報推定装置、反射音情報推定方法、プログラム |
| JP2012222518A (ja) * | 2011-04-06 | 2012-11-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フィルタ設計における反射物の配置決定方法、装置、プログラム |
| JP2015154207A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | 本田技研工業株式会社 | 音響処理装置、及び音響処理方法 |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP16944093A patent/JP3424761B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100415335B1 (ko) * | 1995-02-22 | 2004-05-20 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 소스분리시스템 |
| JP2002175096A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Denso Corp | マイク制御装置 |
| EP1755111A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and device for detecting pitch |
| EP1755112A1 (en) | 2004-02-20 | 2007-02-21 | Sony Corporation | Method and apparatus for separating a sound-source signal |
| US8073145B2 (en) | 2004-02-20 | 2011-12-06 | Sony Corporation | Method and apparatus for separating sound-source signal and method and device for detecting pitch |
| JP2005253071A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Microsoft Corp | マイクロフォン・アレイを使用するビーム・フォーミングのシステムおよび方法 |
| JP4690072B2 (ja) * | 2004-03-02 | 2011-06-01 | マイクロソフト コーポレーション | マイクロフォン・アレイを使用するビーム・フォーミングのシステムおよび方法 |
| WO2006131959A1 (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Saga University | 信号分離装置 |
| JP2012039275A (ja) * | 2010-08-05 | 2012-02-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 反射音情報推定装置、反射音情報推定方法、プログラム |
| JP2012222518A (ja) * | 2011-04-06 | 2012-11-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フィルタ設計における反射物の配置決定方法、装置、プログラム |
| JP2015154207A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | 本田技研工業株式会社 | 音響処理装置、及び音響処理方法 |
| US10139470B2 (en) | 2014-02-13 | 2018-11-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Sound processing apparatus and sound processing method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3424761B2 (ja) | 2003-07-07 |
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