JPH08110794A - 信号分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相ズレのある場合でも精度の良い信号の分
離が可能で、かつエコーを生じない信号分離方法を提供
することを目的とする。 【構成】 各検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）は、適応フ
ィルタ３７と３８を介して抑制し合う信号分離フィルタ
２００に入力される。この信号分離フィルタ２００の出
力である分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）は抑制相手に対
応した各適応フィルタ３７或いは３８を介して、各検出
信号ｅ₁（ｔ）或いはｅ₂（ｔ）から減算器２５或いは２
６で減算される。また、各適応フィルタ３７と３８に対
してフィルタ係数調整部３９と４０が設けられ、抑制相
手の分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）のパワーを最小にす
るように適応フィルタ３７と３８のフィルタ係数が逐次
調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種通信システムや音
声認識システム等の音声入力装置における周囲雑音除去
や話者分離、あるいは生体電気信号計測時の信号源の分
離等のように、各種物理量検出時に雑音の中から信号成
分を分離する信号分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、複数の入力信号を動的に処理し
て、例えば静音化や消音等を図る技術、即ち信号分離方
法の発表が多くなされている。以下にこのような技術の
例につき説明する。なお、以下の例では扱う信号は全て
音声信号とする。

【０００３】図８は、そのような信号分離方法の一例を
示すものであり、本発明の信号分離方法の第１の従来例
を表すブロック図である。同図において、１はＨ−Ｊ
（Ｈｅｒａｕｌｔ−Ｊｕｔｔｅｎ）ネットワーク、２は
信号伝播経路、３は重み付き加算器、４はゲイン係数調
整部である。

【０００４】Ｉ個の信号源からの音声信号ｘ₁（ｔ）、
ｘ₂（ｔ）、・・・、ｘ_I（ｔ）は、信号伝播経路２を介
してそれぞれＩ個の検出信号ｅ₁（ｔ）、ｅ₂（ｔ）、・
・・、ｅ_I（ｔ）として検出され、Ｈ−Ｊネットワーク
１内で処理されて、分離信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）、・
・・、ｓ_I（ｔ）として出力される。

【０００５】ここで、上述の信号伝播経路２は、次式で
与えられる伝達特性を有しているとする。

【０００６】 Ｅ（ｔ）＝Ｇ・Ｘ（ｔ） （１） ここに、Ｅ（ｔ）＝［ｅ₁（ｔ）、ｅ₂（ｔ）、・・・、
ｅ_I（ｔ）］^T、Ｘ（ｔ）＝［ｘ₁（ｔ）、ｘ₂（ｔ）、・
・・、ｘ_I（ｔ）］^T、Ｇは逆行列Ｇ^-1が存在するＩ行Ｉ
列の定数行列である。なお、［・・・］^Tは転置を表
し、行列Ｇの各要素をｇ_ijとする。

【０００７】（１）式のような静的な（時間変化のない
一様な）伝達特性を表す行列Ｇの各要素ｇ_ijは、物理的
には、音声信号ｘ₁（ｔ）、ｘ₂（ｔ）、・・・、ｘ
_I（ｔ）が信号伝播経路２において減衰して混合しあう
量を表している。従って、以下、行列Ｇの各要素ｇ
_ijを、「減衰量ｇ_ij」と呼ぶ。

【０００８】さて、このような信号伝播経路２を介して
信号検出手段（図示せず）において、検出信号Ｅ（ｔ）
（＝［ｅ₁（ｔ）、ｅ₂（ｔ）、・・・、ｅ_I（ｔ）］^T）
として観測されるとき、Ｈ−Ｊネットワーク１の出力で
ある分離信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）、・・・、ｓ
_I（ｔ）は、ベクトル表現を用いて、次式で与えられ
る。

【０００９】 Ｓ（ｔ）＝Ｅ（ｔ）−Ｃ・Ｓ（ｔ） （２） ＝［Ｉ＋Ｃ］^-1Ｇ・Ｘ（ｔ） ここに、行列Ｃはゲイン係数ｃ_ij（但し、ｃ_ii＝０）を
要素とするＩ行Ｉ列の行列であり、ＩはＩ行Ｉ列の単位
行列である。なお、Ｓ（ｔ）＝［ｓ₁（ｔ）、ｓ
₂（ｔ）、・・・、ｓ_I（ｔ）］^Tである。

【００１０】式（２）より、行列ＣのＩ・（Ｉ−１）個
の要素が計算できるならば、音声信号Ｘ（ｔ）（＝［ｘ
₁（ｔ）、ｘ₂（ｔ）、・・・、ｘ_I（ｔ）］^T）は、復元
することができ、各々の分離信号ｓ_i（ｔ）は、ただ１
つのｘ_i（ｔ）に比例することになる。この式（２）を
書き下すと、次式（３）のようになる。

【００１１】

【数５】

【００１２】さて、説明を簡略化するためＩ＝２とし
て、２入力２出力のＨ−Ｊネットワークを例示する。図
９はそのような場合のＨ−Ｊネットワークを表してい
る。なお同図において、図８の重み付き加算器３は、加
算器５および乗算器６によって構成されている。

【００１３】このとき、式（２）は、

【００１４】

【数６】

【００１５】で表され、ゲイン係数ｃ_ijが次式（５）、
（６）の関係が成立すれば、分離信号ｓ_iは音声信号ｘ_i
に一次比例する。

【００１６】

【数７】

【００１７】のとき、ｓ₁＝ｇ₁₁ｘ₁、ｓ₂＝ｇ₂₂ｘ₂を得
る。または、

【００１８】

【数８】

【００１９】のとき、ｓ₁＝ｇ₁₂ｘ₂、ｓ₂＝ｇ₂₁ｘ₁を得
る。

【００２０】即ち、予め音声信号ｘ_iが信号検出手段に
至る間の減衰量ｇ_ijが分かれば、ゲイン係数ｃ_ijを式
（５）もしくは式（６）で算出し、式（３）に代入する
ことにより、音声信号ｘ_iに一次比例する分離信号ｓ_iを
得ることができるというものである。

【００２１】なお、行列Ｇが未知の場合には、音声信号
ｘ_iが互いに独立かつ、分離信号ｓ_iも互いに独立である
と仮定し、ゲイン係数ｃ_ijを次のようにして推定する。

【００２２】また、分離信号ｓ_iの各々のパワー（電
力）を最小にするようにゲイン係数ｃ_ijを調整すること
で上述の推定は達成でき、ゲイン係数ｃ_ijは勾配法を用
いて次の式（７）で調整される。

【００２３】

【数９】

【００２４】ここに、εは学習（上述の調整過程）の効
率を定める正の小さな値であり、関数ｆ₁（）とｆ₂（）
はｃ_ji≠ｃ_ijとするために導入された互いに異なる奇関
数である。

【００２５】さて、以上のような理論以外にも、例えば
騒音環境下で音楽や音声ソースを入力するときの騒音除
去技術として、以下の２つの方式が提案されている。図
１０はそのような信号分離方法の第２の従来例を表すブ
ロック図である。同図において、７は音声信号ｘ₁を入
力するための第１のマイクロフォン、８は騒音信号ｘ₂
を入力するための第２のマイクロフォンである。９は適
応フィルタ、１０は減算器である。

【００２６】第１のマイクロフォン７では、音声信号ｘ
₁と、騒音信号ｘ₂が第１のマイクロフォン７まで伝播し
た信号ｘ₂ ^*が混合されて検出され、検出信号ｅ₁として
出力される。第２のマイクロフォン８は、その入力が主
として騒音信号ｘ₂となるような位置に配置され、検出
信号ｅ₂（≒ｘ₂）を得る。これら検出信号ｅ₁とｅ₂は、
適応フィルタ９に入力される。適応フィルタ９の出力ｙ
を検出信号ｅ₁から減算器１０で減算することにより、
検出信号ｅ₁から騒音成分ｘ₂を除去した信号ｓ₁を得る
というものである。

【００２７】このような騒音除去は、音声信号ｘ₁と騒
音信号ｘ₂が独立であると仮定し、信号ｓ₁のパワーを最
小にするよう適応フィルタ９の伝達特性を調整すること
により達成できる。

【００２８】このような適応フィルタ９は、式（８）で
表されるような漸化式から成る有限インパルス応答（以
下「ＦＩＲ」と略す）ディジタルフィルタで与えられ
る。

【００２９】

【数１０】

【００３０】ここに、Ｋはフィルタ段数である。なお、
フィルタ係数ａ_k（ｎ）は、（９）式の漸化式で表され
る最小二乗法アルゴリズムで調整される。

【００３１】 ａ_k（ｎ＋１）＝ａ_k（ｎ）＋εｓ₁（ｎ）ｅ₂（ｎ−ｋ） （９） ここに、εは最小二乗法アルゴリズムによる学習の効率
を定める正の小さな値である（例えば、特開平５−２２
３９２号公報あるいは特開平６−１１８９６７号公報な
ど）。

【００３２】さて、図１１は第３の従来例における信号
分離方法を用いた音声会議システムの話者選択システム
のブロック略図である。同図において、１１と１２はマ
イクロフォン、１３と１４は可変遅延器、１５は遅延時
間設定部、１６は加算器であり、マイクロフォン１１と
１２という２本のマイクロフォンを設置して、位置Ａ、
Ｂ、Ｃに居る話者の音声を検出しようというものであ
る。

【００３３】Ａに位置する話者の音声を強調するには、
位置Ａからマイクロフォン１１に至る音波伝播時間ｔ₁
と、位置Ａからマイクロフォン１２に至る音波伝播時間
ｔ₂を予め計測しておき、これらの時間差をそれぞれ可
変遅延器１３と１４で補正し、位置Ａの話者の音声波形
と同相にして可変遅延器１３と１４から出力する。この
例では、遅延時間設定部１５により可変遅延器１３には
（ｔ₂−ｔ₁）が、また可変遅延器１４には遅延時間０が
設定される。この２つの出力を加算器１６で加算するこ
とにより、位置Ａの話者の音声は強調されるというもの
である（例えば特開平５−１５８４９２号公報など）。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような３つの従来の信号分離方法では、それぞれ以下の
ような問題点があった。

【００３５】即ち、第１の従来例において示したＨ−Ｊ
ネットワークでは、式（１）から明らかなように行列Ｇ
は定数行列であるから、音源から発した音声信号ｘ
_i（ｔ）が信号検出手段によって検出されるまでの時間
差による位相のズレが考慮されていないため、ほとんど
の場合、実用に耐えないという問題点がある。

【００３６】例えば、図８のように２つの音源から音波
が発せられる場合を例にとると、２つの音源から信号伝
播経路２において伝わる音の強さは、障壁がなければ伝
播する距離に単純に反比例するから、音声信号ｘ₁とｘ₂
から検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）を得るまでの距離を
位相のズレをなくすためには、等距離にしなければなら
ないことになる。ところが等距離とすると、音源から発
せられた音波が検出手段で検出されるときには、２つの
音源からの音波が混合される割合は同一となってしま
う。これでは、式（１）の行列Ｇには逆行列が存在しな
くなり、信号分離が行えなくなってしまうのである。現
実の環境では、位相のズレが無視できるほど小さく、し
かも音声信号ｘ₁とｘ₂の混合の割合が十分異なるように
して検出信号ｅ₁とｅ₂が得られる場合は、殆ど存在しな
いのである。

【００３７】更にまた、第１の従来例では、式（１）に
おいて行列Ｇが定数行列であることから明らかなよう
に、音声信号ｘ_i（ｔ）は、その信号伝播経路２におい
て、全ての周波数成分が一様な減衰を仮定しており、減
衰の周波数特性が一様でないときには信号分離の効果が
劣化するという問題点もある。

【００３８】また第２の従来例では、適応フィルタ５に
おいて、位相と減衰の周波数特性が考慮されてはいる
が、騒音信号ｘ₂を検出する第２のマイクロフォン４で
は、音声信号ｘ₁が検出されないか、あるいは騒音信号
ｘ₂に較べて十分に小さいという仮定が存在している。
これにより、第２のマイクロフォン４でも音声信号ｘ₁
が検出される場合には、出力信号ｓ₁にはエコーを生じ
てしまうという問題点がある。

【００３９】また、このようなエコーが生じるため、適
応フィルタ５の適応過程において利用している信号ｓ₁
のパワーの最小化が、騒音成分のパワーを最小化するこ
ととは必ずしも一致しないという問題点もある。

【００４０】更にまた、第３の従来例では、２つのマイ
クロフォン１１と１２で検出される音声信号において、
選択した話者の音声信号を同相にして加算するので、選
択した話者の音声についてはエコーを生じることがない
が、他の話者の音声を十分に除去できないという問題点
がある。また、可変遅延器１３と１４に与える遅延時間
を適応的に調整する手段を有していないため、話者の位
置が固定されるという問題点もある。

【００４１】本発明は上記問題点に鑑み成されたもので
あり、位相ズレのある場合でも精度の良い信号の分離で
あり、かつエコーを生じない信号分離方法を提供するこ
とを目的とする。

【００４２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の信号分離方法は、時刻ｔにおいて、複数の
信号源から発せられた原信号ｘ_i（ｔ）（但しｉ＝１，
２，・・・，Ｉ）が所定の伝達特性を有する複数の経路
で混合されて伝播し、複数の信号検出手段において検出
信号ｅ_i（ｔ）として検出されるとき、これら検出信号
ｅ_i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）を推定し、
分離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信号分離方法
において、上記伝達特性に応じて決定される、所定のゲ
イン係数ｃ_ij（ｔ）と所定の遅延時間ｄ_ij（ｔ）を用い
て、上記分離信号ｓ_i（ｔ）を、

【００４３】

【数１１】

【００４４】なる式によって導出することを特徴とする
ものである。

【００４５】また、請求項２の方法では、上記遅延時間
ｄ_ij（ｔ）は、上記検出信号ｅ_i（ｔ）と上記分離信号
ｓ_i（ｔ）の間の相互相関関数を用いて、両者の相関が
高くなるように逐次的に調整され、上記ゲイン係数ｃ_ij
（ｔ）は、各々対応する上記分離信号ｓ_i（ｔ）のパワ
ーを最小化するよう逐次的に調整されることを特徴とす
るものである。

【００４６】また、請求項３の方法では、時刻ｔにおい
て、複数の信号源から発せられた原信号ｘ_i（ｔ）（但
しｉ＝１，２，・・・，Ｉ）が所定の伝達特性を有する
複数の経路で混合されて伝播し、複数の信号検出手段に
おいて検出信号ｅ_i（ｔ）として検出されるとき、これ
ら検出信号ｅ_i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）
を推定し、分離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信
号分離方法において、上記伝達特性のインパルス応答に
応じて決定されるフィルタ係数ａ_ijk（ｔ）（但しｋ＝
０，１，・・・、Ｋ−１）と所定の離散時間Ｔを用い
て、上記分離信号ｓ_i（ｔ）を、

【００４７】

【数１２】

【００４８】なる式によって導出することを特徴とする
ものである。

【００４９】また、請求項４の方法では、上記フィルタ
係数ａ_ijk（ｔ）は、ε_ijを任意の正の小さな値とした
とき、上記分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーを最小化するよ
う、

【００５０】

【数１３】

【００５１】なる式に従って逐次的に調整されることを
特徴とするものである。

【００５２】また、請求項５の方法では、時刻ｔにおい
て、複数の信号源から発せられた原信号ｘ_i（ｔ）（但
しｉ＝１，２，・・・，Ｉ）が所定の伝達特性を有する
複数の経路で混合されて伝播し、複数の信号検出手段に
おいて検出信号ｅ_i（ｔ）として検出されるとき、これ
ら検出信号ｅ_i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）
を推定し、分離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信
号分離方法において、上記伝達特性のインパルス応答に
応じて決定される関数ｇ_ij（ｔ）を用いて、上記分離信
号ｓ_i（ｔ）を、

【００５３】

【数１４】

【００５４】なる式によって導出することを特徴とする
ものである。

【００５５】

【作用】請求項１の方法によれば、Ｉ＝２としたとき、
障害物の無い自由空間に置かれた２つの音源から発せら
れる原信号ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）は、２つの信号検出手
段において、ｇ_ijを音波がｊ番目の音源からｉ番目の信
号検出手段まで伝播する間の減衰量、τ_ijをその伝播遅
延時間としたとき、ｉ＝１または２、ｊ＝１または２で
あるから、 ｅ₁（ｔ）＝ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁）＋ｇ₁₂ｘ₂（ｔ−
τ₁₂） ｅ₂（ｔ）＝ｇ₂₁ｘ₁（ｔ−τ₂₁）＋ｇ₂₂ｘ₂（ｔ−
τ₂₂） なる検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）として検出され、遅
延時間をｄ_ij、ゲイン係数をｃ_ijとしたとき、 ｄ₁₂＝τ₁₂−τ₂₂ ｄ₂₁＝τ₂₁−τ₁₁ ｃ₁₁＝ｇ₁₂／ｇ₂₂ ｃ₂₁＝ｇ₂₁／ｇ₁₁ で与えると、分離信号ｓ₁（ｔ）と原信号ｘ₁（ｔ）の関
係は、 ｓ₁（ｔ）−ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁）＝ｃ₁₂ｃ₂₁（ｓ₁（ｔ
−ｄ₁₂−ｄ₂₁）−ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁−ｄ₁₂−ｄ₂₁）） となり、ｃ₁₂ｃ₂₁＜１であれば時間ｔの経過とともに ｓ₁（ｔ）→ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁） ｓ₂（ｔ）→ｇ₂₂ｘ₂（ｔ−τ₂₂） というように漸近し、原信号ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）が分
離されることとなる。

【００５６】また、請求項２の方法によれば、各原信号
ｘ_i（ｔ）が独立であると仮定し、各分離信号ｓ_i（ｔ）
に対する遅延時間ｄ_ij（ｔ）の決定に際して検出信号ｅ
_i（ｔ）と分離信号ｓ_j（ｔ）の相互相関関数Ｒ_ij（ｄ）
を次式に則り求め（Ｅ［］は期待値の演算を表す）、 Ｒ_ij（ｄ）＝Ｅ［ｅ_i（ｔ）ｓ_j（ｔ−ｄ）］ 相関の最も高い遅延時間ｄ（ｄ≧０）を遅延時間ｄ
_ij（ｔ）の推定値とすることとなる。また、ゲイン係数
ｃ_ijの各々に対応する分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーを最
小化するように逐次調整することにより、分離信号ｓ_i
（ｔ）は、互いに独立となり、信号分離が達成されるこ
ととなる。

【００５７】また、請求項３の方法によれば、タップ係
数がフィルタ係数ａ_ijk（ｔ）であるＦＩＲディジタル
フィルタを構成し、分離信号ｓ_i（ｔ）の各周波数成分
について、請求項１におけるゲイン係数ｃ_ij（ｔ）およ
び遅延時間ｄ_ij（ｔ）が定義されたのと同様であると考
えることができるため、各々の周波数成分に対して原信
号ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）が分離されることとなる。

【００５８】また、請求項４の方法によれば、各原信号
ｘ_i（ｔ）が互いに独立であるとき、

【００５９】

【数１５】

【００６０】なる式を定義し、次式のようにｓ_i ²（ｔ）
をフィルタ係数ａ_ijk（ｔ）で偏微分して勾配を求め、

【００６１】

【数１６】

【００６２】この勾配方向と逆の方向に徐々に各フィル
タ係数ａ_ijk（ｔ）を逐次的に調整し、各分離信号ｓ
_i（ｔ）のパワーｓ_i ²（ｔ）の最小化を行われることと
なる。

【００６３】また、請求項５の方法によれば、インパル
ス応答ｇ_ij（ｔ）を有するアナログフィルタを構成し、
分離信号ｓ_i（ｔ）の各周波数成分について、請求項１
におけるゲイン係数ｃ_ij（ｔ）および遅延時間ｄ
_ij（ｔ）が定義されたのと同様であると考えることがで
きるため、各々の周波数成分に対して原信号ｘ₁（ｔ）
とｘ₂（ｔ）が分離されることとなる。

【００６４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の第１の実施例におけ
る信号分離方法を応用した装置のブロック図である。同
図において、１７と１８は音源、１９と２０はマイクロ
フォン、２１と２２は低域通過フィルタ、２３と２４は
アナログ・ディジタル変換器（以下「ＡＤ変換器」と略
す）、２５と２６は減算器、２７と２８は乗算器、２９
と３０は遅延器、３１と３２は相関器、３３と３４は遅
延時間調整部、３５と３６はゲイン係数調整部である。

【００６５】なお、減算器２５と２６、乗算器２７と２
８、遅延器２９と３０、相関器３１と３２、遅延時間調
整部３３と３４、およびゲイン係数調整部３５と３６
は、ＭＩＭＯ（多入力他出力）構造をもつ信号分離フィ
ルタ１００を構成する。以上のように構成された本発明
の実施例につき、以下にその動作を説明する。

【００６６】音源１７と１８から発せられた音波ｘ
₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）は、マイクロフォン１９と２０で検
出する。マイクロフォン１９の出力は低域通過フィルタ
２１においてエーリアシング防止のための帯域制限を施
し、ＡＤ変換器２３において所定の標本化周期Ｔで標本
化し、検出信号ｅ₁（ｎ）として出力する。マイクロフ
ォン２０の出力は同様に、低域通過フィルタ２２におい
てエーリアシング防止のための帯域制限を施し、ＡＤ変
換器２４において所定の標本化周期Ｔで標本化し、検出
信号ｅ₂（ｎ）として出力される。ここに、ｔ＝ｎＴで
ある。

【００６７】これら検出信号ｅ₁（ｎ）とｅ₂（ｎ）は、
信号分離フィルタ１００において、

【００６８】

【数１７】

【００６９】なる演算がｉ＝１，２について行い、分離
信号ｓ₁（ｎ）、ｓ₂（ｎ）を出力するものである。ここ
に、ｄ_ij（ｔ）＝ｄｎ_ij（ｎ）Ｔである。

【００７０】この演算過程を図１のブロック図の構成で
の信号の流れに則り説明すると、分離信号ｓ₂（ｎ）
は、遅延器３０に入力され、遅延時間調整部３４で設定
された遅延時間ｄｎ₁₂（ｎ）だけ遅延される。遅延器３
０は、乗算器２８に信号ｓ₂（ｎ−ｄｎ₁₂（ｎ））を出
力し、この信号ｓ₂（ｎ−ｄｎ₁₂（ｎ））は、乗算器２
８においてゲイン係数ｃ₁₂（ｎ）を乗ぜられ、加算器２
５において検出信号ｅ₁（ｎ）から減算されて分離信号
ｓ₁（ｎ）として出力される。

【００７１】一方、この分離信号ｓ₁（ｎ）は、遅延器
２９に入力され、遅延時間調整部３３で設定された遅延
時間ｄｎ₂₁（ｎ）だけ遅延される。遅延器２９は、乗算
器２７に信号ｓ₁（ｎ−ｄｎ₂₁（ｎ））を出力し、この
信号ｓ₁（ｎ−ｄｎ₂₁（ｎ））は、乗算器２７において
ゲイン係数ｃ₂₁（ｎ）を乗ぜられ、加算器２６において
検出信号ｅ₂（ｎ）から減算されて分離信号ｓ₂（ｎ）と
して出力される。

【００７２】さて、上述の遅延時間ｄｎ₁₂（ｎ）は、次
のような過程で計算される。検出信号ｅ₁（ｎ）と分離
信号ｓ₂（ｎ）を相関器３２に入力し、次式（１１）に
おいてｉ＝１、ｊ＝２として相互相関関数Ｒ₁₂（ｄ₀）
を求め、

【００７３】

【数１８】

【００７４】遅延時間設定部３４に出力する。ここに、
ｄ₀はｄ₀≧０であり、遅延時間ｄｎ₁₂（）の推定値であ
る。

【００７５】遅延時間設定部３４では、相互相関関数Ｒ
₁₂（ｄ₀）の絶対値が最大となる遅延時間ｄ₀を選択し、
これを遅延時間ｄｎ₁₂（ｎ＋１）として遅延器３０に送
り、次回（ｎ＋１）のときの演算に使用する。

【００７６】同様に、上述の遅延時間ｄｎ₂₁（ｎ）は、
次のような過程で計算される。検出信号ｅ₂（ｎ）と分
離信号ｓ₁（ｎ）を相関器３１に入力し、上式（１１）
に従って相互相関関数Ｒ₂₁（ｄ₀）を求め、遅延時間設
定部３３に出力する。遅延時間設定部３３では、相互相
関関数Ｒ₂₁（ｄ₀）の絶対値が最大となる遅延時間ｄ₀を
選択し、これを遅延時間ｄｎ₂₁（ｎ＋１）として遅延器
２９に送り、次回（ｎ＋１）のときの演算に使用する。

【００７７】また、上述のゲイン係数ｃ₁₂（ｎ）は、次
のような過程で計算される。分離信号ｓ₁（ｎ）と遅延
器３０の出力信号ｓ₂（ｎ−ｄｎ₁₂（ｎ））がゲイン係
数調整部３６に入力され、ゲイン係数調整部３６は、分
離信号ｓ₁（ｎ）のパワーを最小化するようにゲイン係
数ｃ₁₂（ｎ）を次式（１２）で表される漸化式において
ｉ＝１、ｊ＝２として更新する。

【００７８】 ｃ_ij（ｎ＋１）＝ｃ_ij（ｎ）＋ε_ijｓ_i（ｎ）ｓ_j（ｎ−ｄｎ_ij（ｎ）） ・・・ （１２） このとき、ゲイン係数ｃ₁₂（ｎ＋１）として乗算器２８
に出力する。このゲイン係数ｃ₁₂（ｎ＋１）は、次回
（ｎ＋１）において演算に用いる。なお、ここにε
_ijは、学習の効率を定める小さな正の値である。

【００７９】同様に、上述のゲイン係数ｃ₂₁（ｎ）は、
次のような過程で計算される。分離信号ｓ₂（ｎ）と遅
延器２９の出力信号ｓ₁（ｎ−ｄｎ₂₁（ｎ））がゲイン
係数調整部３５に入力され、ゲイン係数調整部３５は、
分離信号ｓ₂（ｎ）のパワーを最小化するようにゲイン
係数ｃ₂₁（ｎ）を上式（１２）で表される漸化式におい
てｉ＝２、ｊ＝１として更新し、ゲイン係数ｃ₂₁（ｎ＋
１）として乗算器２７に出力する。

【００８０】このゲイン係数ｃ₂₁（ｎ＋１）は、次回
（ｎ＋１）において演算に用いる。このように、信号分
離フィルタ１００は、離散的に実現できるので、専用ハ
ードウェアは無論のこと、ディジタルシグナルプロセッ
サやマイクロプロセッサ等上でソフトウェアによって容
易に実現できる。

【００８１】さて、上述のような信号分離フィルタ１０
０によって、なぜ原信号ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）が混じり
あって検出された検出信号ｅ₁（ｎ）とｅ₂（ｎ）から、
原信号ｘ₁（ｔ）に比例した分離信号ｓ₁（ｎ）と原信号
ｘ₂（ｔ）に比例した分離信号ｓ₂（ｎ）に分離されるか
について、以下に説明する。なお、以下、離散時間ｎＴ
を連続時間ｔと近似するが、この処置によっても動作は
本質的に同質であると考えられる。

【００８２】障害物の無い自由空間に置かれた２つの音
源１７と１８から発せられる原信号ｘ₁（ｔ）とｘ
₂（ｔ）は、マイクロフォン１９と２０において混合し
合い、検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）として検出される
ものとする。このとき、検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）
は、 ｅ₁（ｔ）＝ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁）＋ｇ₁₂ｘ₂（ｔ−τ₁₂） （１３） ｅ₂（ｔ）＝ｇ₂₁ｘ₁（ｔ−τ₂₁）＋ｇ₂₂ｘ₂（ｔ−τ₂₂） （１４） として表される。ここに、ｇ_ijは減衰量、τ_ijは伝播遅
延時間である。また、ｉ＝１または２、ｊ＝１または２
である。

【００８３】いま、これらの検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ
₂（ｔ）を、信号分離フィルタ１００を通過させて、出
力である分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）が、

【００８４】

【数１９】

【００８５】なる式で関係づけられるものとする。ここ
に、ｃ_ij（ｔ）はゲイン係数、ｄ_ij（ｔ）は遅延時間で
ある。

【００８６】このとき、ゲイン係数ｃ_ij（ｔ）と遅延時
間ｄ_ij（ｔ）を定数、かつ ｄ₁₂＝τ₁₂−τ₂₂ （１６） ｄ₂₁＝τ₂₁−τ₁₁ （１７） ｃ₁₁＝ｇ₁₂／ｇ₂₂ （１８） ｃ₂₁＝ｇ₂₁／ｇ₁₁ （１９） とすると、分離信号ｓ₁（ｔ）と原信号ｘ₁（ｔ）の関係
は、次式（２０）で与えられる。

【００８７】 ｓ₁（ｔ）−ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁） ＝ｃ₁₂ｃ₂₁（ｓ₁（ｔ−ｄ₁₂−ｄ₂₁）−ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁−ｄ₁₂−ｄ₂₁）） ・・・ （２０） ここで、ｃ₁₂ｃ₂₁＜１であれば時間ｔの経過とともに、 ｓ₁（ｔ）→ｇ₁₁ｘ₁（ｔ−τ₁₁） （２１） というように漸近する。

【００８８】また、同様に、分離信号ｓ₂（ｔ）と原信
号ｘ₂（ｔ）の関係は、 ｓ₂（ｔ）→ｇ₂₂ｘ₂（ｔ−τ₂₂） （２２） というように漸近し、原信号ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）は、
分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）として分離されて出力さ
れる。また、この分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）には、
エコーを含まないことが（２１）式と（２２）式から分
かる。

【００８９】また、各原信号ｘ_i（ｔ）が独立であると
仮定し、各分離信号ｓ_i（ｔ）に対する遅延時間ｄ
_ij（ｔ）の決定に際して、検出信号ｅ_i（ｔ）と分離信
号ｓ_j（ｔ）の相互相関関数Ｒ_ij（ｄ）を、 Ｒ_ij（ｄ）＝Ｅ［ｅ_i（ｔ）ｓ_j（ｔ−ｄ）］ （２３） として求める。ここに、Ｅ［］は期待値の演算を表す。

【００９０】このとき、相関の最も高い遅延時間ｄ（ｄ
≧０）を遅延時間ｄ_ij（ｔ）の推定値とする。このよう
に、逐次的に遅延時間ｄ_ij（ｔ）を調整すれば、原信号
ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）の遅延時間τが未知あるいは時間
変動のある場合においても、常に最適に調整されるもの
である。なお、信号源が２つより多い場合において、初
期動作時に必ずしも最適な遅延時間ｄ_ij（ｔ）が得られ
ない場合も存在するが、逐次調整が行われて行く過程に
おいて、徐々に最適な値に近づいていく。

【００９１】また、ゲイン係数ｃ_ijの各々に対応する分
離信号ｓ_i（ｔ）のパワーを最小化するように逐次調整
することにより、分離信号ｓ_i（ｔ）は、互いに独立と
なり、信号分離が達成されることとなる。

【００９２】次に、この分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーの
最小化が、各分離信号ｓ_i（ｔ）を互いに独立にするこ
とにつながることについて説明する。ここで、「各分離
信号ｓ_i（ｔ）が互いに独立」とは、原信号ｘ_i（ｔ）が
独立であり、その伝播経路において混合されて検出信号
ｅ_i（ｔ）となるのであるから、この過程は原信号ｘ
_i（ｔ）間の線形和をとることに相当する。これを再び
独立に戻すということは、原信号ｘ_i（ｔ）に一次比例
する分離信号ｓ_i（ｔ）を得ること、即ち信号の分離を
意味することになる。

【００９３】いま、説明を簡単にするため、原信号ｘ_i
（ｔ）はランダム過程であり、その期待値Ｅ［ｘ
_i（ｔ）］は０であると仮定する。このとき、検出信号
ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）は、遅延時間ｄ₁₂とｄ₂₁に関して
のみ相互相関が存在する。これら分離信号ｓ₁（ｔ）と
ｓ₂（ｔ）および検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）を２次
元のベクトルとして表すと、図２のようになる。

【００９４】同図において、ある時刻ｔ₁における分離
信号ｓ₁（ｔ₁）は、式（１５）に示されるように、検出
信号ｅ₁（ｔ₁）から分離信号ｓ₂（ｔ₁−ｄ₁₂）を減算し
た形となっている。このとき図２において、ゲイン係数
ｃ₁₂を変化させると、分離信号のベクトルｓ₁（ｔ₁）
は、検出信号のベクトルｅ₁（ｔ₁）の終点Ｂに接し、か
つ分離信号のベクトルｓ₂（ｔ₁−ｄ₁₂）と平行な線上Ｌ
を移動することができる。

【００９５】図２から明らかなように、分離信号のベク
トルｓ₁（ｔ₁）が最小となるのは、分離信号のベクトル
ｓ₁（ｔ₁）とｓ₂（ｔ₁−ｄ₁₂）が直交するときである。
このとき、 Ｅ［ｓ₁（ｔ₁）ｓ₂（ｔ₁−ｄ₁₂）］＝０ （２４） となり、（２４）式は、遅延時間ｄ₁₂に関して分離信号
ｓ₁（ｔ₁）とｓ₂（ｔ₁−ｄ₁₂）が無相関になることを意
味する。即ち、分離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）は独立と
なり、原信号ｘ_i（ｔ）に一次比例する分離信号ｓ
_i（ｔ）を得ること、換言すれば信号の分離が達成され
る。

【００９６】以上のように、本実施例によれば、信号分
離フィルタ１００を実現するための（１５）式におい
て、遅延時間ｄ_ij（ｔ）として時間変動を含めた形で考
慮し、かつゲイン係数をｃ_ij（ｔ）として時間変動を考
慮した形式としているので、原信号ｘ_i（ｔ）から検出
信号ｅ_i（ｔ）への伝達において、時間変動のある動的
な遅延を含む場合でも精度の良い信号の分離が可能とな
り、かつ（２１）式と（２２）式から明らかなようにエ
コーも十分に抑制されるという効果がある。

【００９７】図３は、本発明の第２の実施例における信
号分離方法を応用した装置のブロック図を示すものであ
る。同図において、２５と２６は減算器、３７と３８は
適応フィルタ、３９と４０はフィルタ係数調整部であ
る。また、減算器２５と２６、適応フィルタ３７と３
８、フィルタ係数調整部３９と４０は、信号分離フィル
タ２００を構成する。以上のように構成された本実施例
につき、以下にその動作を説明する。

【００９８】さて、図示しないが、検出信号ｅ₁（ｔ）
とｅ₂（ｔ）は、第１の実施例と同様に２つの音源から
発せられた音波ｘ₁（ｔ）とｘ₂（ｔ）を２つのマイクロ
フォンで検出し、それぞれ低域通過フィルタとＡＤ変換
器を介して検出される。

【００９９】これら検出信号ｅ₁（ｎ）とｅ₂（ｎ）は、
信号分離フィルタ２００において、

【０１００】

【数２０】

【０１０１】なる演算がｉ＝１，２について行い、分離
信号ｓ₁（ｎ）、ｓ₂（ｎ）を出力するものである。

【０１０２】分離信号ｓ₂（ｎ）は、適応フィルタ３８
に入力され、その出力ｙ₁₂（ｎ）が次式（２６）で算出
される。

【０１０３】

【数２１】

【０１０４】ここに、ａ_ijk（ｎ）（ｋ＝０，１，・・
・，Ｋ−１）はフィルタ係数である。

【０１０５】適応フィルタ３８の出力ｙ₁₂（ｎ）は、減
算器２５において検出信号ｅ₁（ｎ）から減算され、分
離信号ｓ₁（ｎ）が出力される。同様に、分離信号ｓ
₁（ｎ）は、適応フィルタ３７に入力され、その出力ｙ
₂₁（ｎ）が式（２６）で算出され、減算器２６において
検出信号ｅ₂（ｎ）から減算されて分離信号ｓ₂（ｎ）と
して出力される。

【０１０６】更に、分離信号ｓ₁（ｎ）とｓ₂（ｎ）は、
フィルタ係数調整部３９と４０に入力され、フィルタ係
数調整部４０では分離信号ｓ₁（ｎ）のパワーを最小化
するようにフィルタ係数ａ_12k（ｎ）を次式（２７） ａ_ijk（ｎ＋１）＝ａ_ijk（ｎ）＋ε_ijｓ_i（ｎ）ｓ_j（ｎ−ｋ） （２７） で調整する。ここに、ε_ijは、学習の効率を定める小さ
な正の値である。

【０１０７】同様に、フィルタ係数調整部３９では、分
離信号ｓ₂（ｎ）のパワーを最小化するようにフィルタ
係数ａ_21k（ｎ）を上式（２７）で調整する。

【０１０８】本実施例における信号分離フィルタ２００
の演算も、第１の実施例における信号分離フィルタ１０
０の演算と同様に、ディジタルシグナルプロセッサやマ
イクロプロセッサ等の上のソフトウェアにより実現でき
るが、式（２５）にそれぞれの値を当てはめて分離信号
ｓ₁（ｎ）とｓ₂（ｎ）を計算しようとすると、右辺にｓ
_j（ｎ）を含むため、このままの形では計算できない。

【０１０９】そこで、式（２５）の右辺から時間刻みｎ
の分離信号ｓ_j（ｎ）を消去した形（式（２８）〜（３
１）に変形する。なお、説明を簡略化するため、図３の
ように信号分離フィルタ２００を２入力２出力とする。

【０１１０】

【数２２】

【０１１１】

【数２３】

【０１１２】ここに、

【０１１３】

【数２４】

【０１１４】

【数２５】

【０１１５】である。なお、式（２９）〜（３１）は、
式（２５）を単に変形したものであるから、完全に等価
である。

【０１１６】さて、上式（２７）は、次式（３２）

【０１１７】

【数２６】

【０１１８】を離散化したものである。この式（３２）
は、以下のようにして導出される。

【０１１９】各分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーｓ_i ²（ｔ）
を最小化するためには、次式（３３）

【０１２０】

【数２７】

【０１２１】を、次式（３４）のようにフィルタ係数ａ
_ijk（ｔ）で偏微分すればよい。

【０１２２】

【数２８】

【０１２３】この式（３４）で与えられた勾配方向と逆
の方向に徐々にフィルタ係数ａ_ijk（ｔ）を調整すれ
ば、分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーｓ_i ²（ｔ）を最小化す
ることができる。

【０１２４】式（３２）はこのようなフィルタ係数ａ
_ijk（ｔ）の調整方法を表し、この式に則りフィルタ係
数ａ_ijk（ｔ）を逐次的に調整することにより、各遅延
時間ｋＴに関して分離信号ｓ_i（ｔ）（ここではｓ
₁（ｔ）とｓ₂（ｔ））は、互いに独立となり、信号の分
離が達成される。

【０１２５】以上のように、本実施例によれば、信号分
離フィルタ２００を実現するための（２５）式におい
て、遅延時間を時間刻みｋとして時間変動を含めた形で
考慮し、かつフィルタ係数をａ_ijk（ｔ）として時間変
動を考慮した形式としているので、原信号ｘ_i（ｔ）か
ら検出信号ｅ_i（ｔ）への伝達において、時間変動のあ
る動的な遅延を含む場合でも精度の良い信号の分離が可
能となるという効果がある。

【０１２６】図４は、本発明の第３の実施例における信
号分離方法を応用した装置の回路ブロック図を示すもの
である。同図において、４１−１〜４１−（Ｋ−１）は
トランスコンダクタンス増幅器、４２−１〜４２−（Ｋ
−１）はコンデンサ、４３−０〜４３−（Ｋ−１）と４
４−０〜４４−（Ｋ−１）は乗算器、４５−０〜４５−
（Ｋ−１）は積分器である。以上のように構成された本
実施例につき、以下にその動作を説明する。

【０１２７】同図の回路は、第２の実施例における適応
フィルタ３８とフィルタ係数調整部４０に相当し、分離
信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）から出力ｙ₁₂（ｔ）を生成す
る過程のみを表している。

【０１２８】分離信号ｓ₂（ｔ）は、トランスコンダク
タンス増幅器４１−１とコンデンサ４２−１で構成され
た１次の低域通過フィルタ（フォロワ積分回路）をＫ−
１個縦続結合した遅延回路網４００に入力される。この
とき、コンデンサの容量は、低域通過フィルタ１段分の
遅延時間が第２の実施例における標本化時間Ｔと等価な
ように設計する。

【０１２９】この遅延回路網４００の各ノードｋにおけ
る出力信号は、それぞれ乗算器４３−ｋと４４−ｋの両
方に入力され、それぞれの乗算器４４−ｋでは分離信号
ｓ₁（ｔ）との積が取られ、その積は積分器４５−ｋに
入力されて積分される。このとき積分器４５−ｋでは式
（２８）によるフィルタ係数ａ_12k（ｔ）の調整が行わ
れる。また、式（２８）における学習の効率ε₁₂は、そ
れぞれの積分器４５−ｋに与えられる時定数によって設
定される。

【０１３０】積分器４５−ｋの出力であるフィルタ係数
ａ_12k（ｔ）は、それぞれの乗算器４３−ｋに入力さ
れ、遅延回路網４００の各ノードｋの出力信号ｓ₂（ｔ
−（ｋ−１）Ｔ）との積が取られる。ついで各乗算器４
３−ｋで得られた各々の積は、加算器４６−ｋで全て加
算され、出力信号ｙ₁₂（ｔ）が出力される。この信号ｙ
₁₂（ｔ）は、図３における適応フィルタ３８の出力に相
当する。なお、全く同様の回路によって、図３の適応フ
ィルタ３７とフィルタ係数調整部３９を構成することが
できる。

【０１３１】また、遅延回路網４００は、図５に示す回
路によっても実現できる。同図において、５２−１〜５
２−（Ｋ−１）と５３−１〜５３−（Ｋ−１）は、アナ
ログスイッチ、５４−１〜５４−（Ｋ−１）と５５−１
〜５５−（Ｋ−１）はトランスコンダクタンス増幅器、
５６−１〜５６−（Ｋ−１）と５７−１〜５７−（Ｋ−
１）はコンデンサである。これらはサンプル・ホールド
回路５００−１〜５００−（Ｋ−１）を構成している。

【０１３２】アナログスイッチ５２−ｋは、サンプルホ
ールド信号Ｓ／Ｈ１によって開閉が制御され、アナログ
スイッチ５３−ｋは、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ２に
よって開閉が制御される。これらサンプルホールド信号
Ｓ／Ｈ１とＳ／Ｈ２は、位相がそれぞれπだけずれた２
相の信号であり、アナログスイッチ５２−ｋをサンプル
ホールド信号Ｓ／Ｈ１で開閉することにより、各ノード
ｋの信号ｓ₂（ｔ−ｋＴ）を保持し、所定時間Ｔ後にア
ナログスイッチ５３−ｋを開閉することにより、次段
（ｋ＋１）に信号ｓ₂（ｔ−（ｋ＋１）Ｔ）が伝えられ
る。

【０１３３】なお、同図におけるノード１〜（Ｋ−１）
の各点は、図４におけるノード１〜（Ｋ−１）までの各
点に対応しており、この連続動作により遅延回路網とし
て機能する。

【０１３４】なお、このような回路構成は、アナログＣ
ＭＯＳ（コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミ
コンダクタ）回路等によって容易に設計できる。

【０１３５】以上のように、本実施例によれば、アナロ
グ回路によって第２の実施例における信号分離方法を実
現しているで、ＡＤ変換器を省略することができ、構成
を簡略化できるという効果がある。

【０１３６】さて、図６は、本発明の第４の実施例にお
ける信号分離方法を応用した装置を表すブロック略図で
ある。同図において、音源１７と１８、マイクロフォン
１９と２０および減算器２５と２６は、第１の実施例に
おけるそれらと同一であり、詳しい説明は省略する。６
０と６１はアナログフィルタである。なお、フィルタ６
０と６１および減算器２５と２６は信号分離フィルタ６
００を構成する。以上のように構成された本実施例につ
き、以下にその動作を説明する。

【０１３７】音源１７から発せられた音波ｘ₁（ｔ）と
音源１８から発せられた音波ｘ₂（ｔ）は、図示のよう
な伝達関数Ｈ₁₁（ω）、Ｈ₁₂（ω）、Ｈ₂₁（ω）、Ｈ₂₂
（ω）を有する伝達経路を介してマイクロフォン１９と
２０に集音されて、検出信号ｅ₁（ｔ）とｅ₂（ｔ）にな
る。ここに、Ｈ_ij（ω）は、音波ｘ_j（ｔ）から検出信
号ｅ_i（ｔ）までの伝達関数であり、ωは角周波数を表
し、またｉ＝１，２、ｊ＝１，２である。

【０１３８】これら伝達関数Ｈ₁₁（ω）、Ｈ₁₂（ω）、
Ｈ₂₁（ω）、Ｈ₂₂（ω）が既に計測されており、既知と
すると、アナログフィルタ６０と６１の伝達関数Ｇ
₁₂（ω）とＧ₂₁（ω）を次式（３５）と（３６）のよう
にして求める。

【０１３９】 Ｇ₁₂（ω）＝Ｈ₁₂（ω）／Ｈ₂₂（ω） （３５） Ｇ₂₁（ω）＝Ｈ₂₁（ω）／Ｈ₁₁（ω） （３６） これら式（３５）と式（３６）で表される伝達関数Ｇ₁₂
（ω）とＧ₂₁（ω）のインパルス応答、換言すれば周波
数領域で記述された伝達関数を時間領域へ逆フーリエ変
換した変換結果を、それぞれｇ₁₂（ｔ）とｇ₂₁（ｔ）と
すると、信号分離フィルタ６００の出力分離信号ｓ
₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）は、次式（３７）で与えられる。

【０１４０】

【数２９】

【０１４１】ここに、ｉ＝１，２、ｊ＝１，２である。

【０１４２】なお、同式（３７）において、時間積分項
は、インパルス応答ｇ₁₂（ｔ）（またはｇ₂₁（ｔ））と
分離信号ｓ₂（ｔ）（またはｓ₁（ｔ））との間の畳み込
みを表しており、アナログフィルタ６０（または６１）
を分離信号ｓ₂（ｔ）（またはｓ₁（ｔ））が通過した結
果を表している。

【０１４３】このような式（３７）で表されるインパル
ス応答ｇ_ij（ｔ）は、第２の実施例における式（２５）
で表した離散時間表現の方程式において、フィルタ係数
ａ_ijk（ｎ）を連続時間において固定値化したものにす
ぎない。従って、第２の実施例と同様の議論によって分
離信号ｓ₁（ｔ）とｓ₂（ｔ）を独立とし、検出信号ｅ₁
（ｔ）とｅ₂（ｔ）を分離することができることは、自
明となる。

【０１４４】以上のように本実施例によれば、予め音源
１７と１８からの伝達経路の伝達関数を計測し、アナロ
グフィルタ６０と６１を決定するようにしているので、
第１の実施例から第３の実施例のように複雑な調整過程
を必要としないという効果がある。

【０１４５】さて、参考のため、以上のような信号分離
方法を用いた装置の応用例として、送話音声から周囲騒
音成分を除去する電話機のハンドセットを図７にあげ
る。同図において、携帯電話機のハンドセット４７に
は、送話音声を検出する第１のマイクロフォン４８のほ
かに、ハンドセット４７の背面に周囲騒音検出用の第２
のマイクロフォン４９が設置される。この第２のマイク
ロフォン４９は、送話者の音声をできる限り混入するの
を避けるために受話部５０の背面に設置する。

【０１４６】第１のマイクロフォン４８の検出信号ｅ₁
（ｔ）と第２のマイクロフォン４９の検出信号ｅ
₂（ｔ）は、信号分離回路５１に入力される。この信号
分離回路５１に用いる信号分離方法は、上述の第１〜第
３の実施例のいずれでもよい。

【０１４７】このとき、分離信号ｓ₁（ｔ）には、検出
信号ｅ₁（ｔ）から周囲騒音が除去された信号が出力さ
れ、これが送話信号として送信される。これにより、Ｓ
／Ｎ比（信号対雑音比）の良い送話信号の送信が可能と
なるものである。また、信号分離回路５１を第３の実施
例に示したようなアナログ回路で構成し、これをＣＭＯ
Ｓ回路で設計すれば、非常に低消費電力の装置が構成で
きることとなる。

【０１４８】なお、以上の説明では、信号分離フィルタ
は２入力２出力としたが、さらに多入力多出力のＭＩＭ
Ｏフィルタであっても同様の効果を得ることができる。
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、種々変形実施可能である。

【０１４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、請求項１
の方法では、各信号源と各信号検出手段の間の伝達特性
に関連して決定されるゲイン係数ｃ_ij（ｔ）と遅延時間
ｄ_ij（ｔ）を用いて、時刻ｔにおける分離信号ｓ
_i（ｔ）を請求項１に記載した式を用いて導出する事に
より、原信号ｘ_i（ｔ）が各信号検出手段まで伝播し、
各信号検出手段で検出される原信号ｘ_i（ｔ）間に時間
ズレがある場合でも、精度の良い信号の分離が可能とな
り、かつエコーも十分に抑制されるという効果がある。

【０１５０】また、請求項２の方法では、各分離信号ｓ
_i（ｔ）に対する遅延時間ｄ_ij（ｔ）の決定に際し、検
出信号ｅ_i（ｔ）と分離信号ｓ_j（ｔ）の相互相関関数を
求め、相関の高い遅延時間を採用することによって、遅
延時間ｄ_ij（ｔ）を逐次調整し、ゲイン係数ｃ_ij（ｔ）
は、各々対応する分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーを最小化
するように逐次調整することにより、上記伝達特性が未
知である場合や信号源の移動がある場合にも信号の分離
が可能になるという効果がある。

【０１５１】また、請求項３の方法では、各信号源と各
信号検出手段の間の伝達特性に関連して決定されるフィ
ルタ係数ａ_ijk（ｔ）（ｋ＝０，１，・・・，Ｋ−１）
を用いて、時刻ｔにおける分離信号ｓ_i（ｔ）を請求項
３に記載の式で算出することにより、原信号ｘ_i（ｔ）
の各検出過程における遅延特性と減衰特性が周波数軸上
で一様でない場合も精度よく信号を分離することができ
るという効果がある。

【０１５２】また、請求項４の方法では、請求項３の方
法において、フィルタ係数ａ_ijk（ｔ）を請求項４に記
載の式で調整することにより、上記伝達特性が未知の場
合や信号原の移動がある場合でも信号の分離が可能とな
るという効果がある。

【０１５３】また、請求項５の方法では、各信号源と各
信号検出手段の間の伝達特性に関連して決定されるイン
パルス応答ｇ_ij（ｔ）を用いて、時刻ｔにおける分離信
号ｓ_i（ｔ）を請求項５に記載の式で算出することによ
り、原信号ｘ_i（ｔ）の各検出過程における遅延特性と
減衰特性が周波数軸上で一様でない場合も精度よく信号
を分離することができるという効果がある。また、請求
項２と４の方法のような調整過程を含む必要がないとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。

【図２】 同実施例におけるゲイン係数の適応動作を説
明するベクトル図である。

【図３】 本発明の第２の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。

【図４】 本発明の第３の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。

【図５】 同実施例における遅延回路網の他の構成例を
示す回路図である。

【図６】 本発明の第４の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。

【図７】 本発明の信号分離方法を応用した装置を電話
機のハンドセットに適用した場合の構成図である。

【図８】 本発明の第１の従来例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。

【図９】 同従来例の装置を２入力２出力に簡略化した
場合のブロック図である。

【図１０】 本発明の第２の従来例における信号分離方
法を応用した装置のブロック図である。

【図１１】 本発明の第３の従来例における信号分離方
法を応用した装置のブロック図である。

【符号の説明】

１７、１８ 音源 １９、２０ マイクロフォン ２１、２２ 低域通過フィルタ ２３、２４ ＡＤ変換器 ２５、２６ 減算器 ２７、２８ 乗算器 ２９、３０ 遅延器 ３１、３２ 相関器 ３３、３４ 遅延時間調整部 ３５、３６ ゲイン係数調整部 ３７、３８ 適応フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庭本 浩明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 野村 竜也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時刻ｔにおいて、複数の信号源から発せ
   られた原信号ｘ_i（ｔ）（但しｉ＝１，２，・・・，
   Ｉ）が所定の伝達特性を有する複数の経路で混合されて
   伝播し、複数の信号検出手段において検出信号ｅ
   _i（ｔ）として検出されるとき、これら検出信号ｅ
   _i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）を推定し、分
   離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信号分離方法に
   おいて、 上記伝達特性に応じて決定される、所定のゲイン係数ｃ
   _ij（ｔ）と所定の遅延時間ｄ_ij（ｔ）を用いて、上記分
   離信号ｓ_i（ｔ）を、 【数１】 なる式によって導出することを特徴とする信号分離方
   法。
2. 【請求項２】 上記遅延時間ｄ_ij（ｔ）は、上記検出信
   号ｅ_i（ｔ）と上記分離信号ｓ_j（ｔ）の間の相互相関関
   数を用いて、両者の相関が高くなるように逐次的に調整
   され、上記ゲイン係数ｃ_ij（ｔ）は、各々対応する上記
   分離信号ｓ_i（ｔ）のパワーを最小化するよう逐次的に
   調整されることを特徴とする請求項１に記載の信号分離
   方法。
3. 【請求項３】 時刻ｔにおいて、複数の信号源から発せ
   られた原信号ｘ_i（ｔ）（但しｉ＝１，２，・・・，
   Ｉ）が所定の伝達特性を有する複数の経路で混合されて
   伝播し、複数の信号検出手段において検出信号ｅ
   _i（ｔ）として検出されるとき、これら検出信号ｅ
   _i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）を推定し、分
   離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信号分離方法に
   おいて、 上記伝達特性のインパルス応答に応じて決定されるフィ
   ルタ係数ａ_ijk（ｔ）（但しｋ＝０，１，・・・、Ｋ−
   １）と所定の離散時間Ｔを用いて、上記分離信号ｓ
   _i（ｔ）を、 【数２】 なる式によって導出することを特徴とする信号分離方
   法。
4. 【請求項４】 上記フィルタ係数ａ_ijk（ｔ）は、ε_ij
   を任意の正の小さな値としたとき、上記分離信号ｓ
   _i（ｔ）のパワーを最小化するよう、 【数３】 なる式に従って逐次的に調整されることを特徴とする請
   求項３に記載の信号分離方法。
5. 【請求項５】 時刻ｔにおいて、複数の信号源から発せ
   られた原信号ｘ_i（ｔ）（但しｉ＝１，２，・・・，
   Ｉ）が所定の伝達特性を有する複数の経路で混合されて
   伝播し、複数の信号検出手段において検出信号ｅ
   _i（ｔ）として検出されるとき、これら検出信号ｅ
   _i（ｔ）から混合前の上記原信号ｘ_i（ｔ）を推定し、分
   離信号ｓ_i（ｔ）として分離するための信号分離方法に
   おいて、 上記伝達特性のインパルス応答に応じて決定される関数
   ｇ_ij（ｔ）を用いて、上記分離信号ｓ_i（ｔ）を、 【数４】 なる式によって導出することを特徴とする信号分離方
   法。