JPS61500329A - 音響源の角度位置を決定するための信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 音響方向同定システム 発廚の背景 １、技術分野 本発明は音響信号処理、よシ詳細には音響源の方向の同定及び検証のための信号 弁別装置に関する。

２、先行技術の説明 電話及びその他の音響通信システムにおいては、信号源から電気音響変換器に加 えられる音響は音響源と変換器との間の複数の多様な経路を横断する。直通路信 号に加えて、外周面からの遅延反響、並びに外来音響によるその他の信号が変換 器に到達する。これら直通路信号、反響信号及び外来信号が混って通信システム の質の低下を招くことがよくある。このような影響は、教室、会議室あるいは公 会堂などの環境において特に顕著である。

高品質を維持するために、標準マイクロホンなどの変換器を音響源の付近で使用 するか、指向性マイクロホンを使用するのが通常である。これら方法は、ノイズ と残響に対し直通路音響信号を強化するものである。

しかし、音響源の方向が変化したシ、あるいは予測できないような音響システム もしばしばある。例えば、会議装置においては、１つのスピーカホーン　セット で１つの部屋の中の複数の話者を扱かう場合がある。音響の方向は変化するし、 通常、部屋の反響を制御することも不可能である。従って、悪影響が顕著に現れ 、ある種の電子装置を使用して部屋の条件を変えることなくノイズ及び残響を減 少することが必要となる。

多経路残響干渉を減少するだめのあるタイプのシステムはそれぞれが同一音響の 異なるバージョンを受信する空間的に離された２個あるいはそれ以上のマイクロ ホンを使用する。マイクロホン出力は残響の影響が最小限になるように直接に結 合される。別の装置では、複数の空間的に離れて配置されたマイクロホンからの 信号が最少の残響干渉を持つ信号を選択できるように処理される。

しかし、これら装置はシステム内のあるマイクロホンが他のマイクロホンよりも 実質的に音響源に近いことが要求される。別の技術においては、複数のマイクロ ホン信号の各々のスペクトル部を選択するだめにスペクトル分析を行なう。これ ら選択されたスペクトル部が結合されて残響の少ない複合信号が生成される。し かし、このスペクトル技術は反響の影響を部分的に減少するのに比較的複雑な装 置を必要とする。

残響干渉問題についてのよシ直接的な解決策が１９７８年１２月２６日にニス・ ダブリュ・クリステンゼン（Ｓ、　Ｗ、　Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ　）らに発行 され、同譲受人に譲渡された合衆国特許第４，１３１，７６０号に開示されてい る。この発明によると、音響源からの音響は音声信号を得るために空間的に離れ て置かれた対のマイクロホンによって受信される。音声信号の各々は音響源から の直通路エネルギー　バースト及び反響エネルギー　バーストに対して急激に増 加する応答を持つ包絡線指標信号とエネルギー　バースト間の指数的に減衰する 部分とに変換される。音響源直通路エネルギー　バーストに対応する第１のパル スがその包絡線指標信号を越える最初の音声信号に応答して生成され、さらに反 響バーストに対応する最初のパルスが所定の期間だけ抑止される。音響源直通路 エネルギー　バーストに対応する第２のパルスがその包絡線指標信号を越える第 ２の音声信号に応答して生成され、さらに反響パルスに対応する第２のパルスが 所定の期間だけ抑止される。第１と第２の音声信号は位相においてこの第１のパ ルスと第２のパルス間の時間差に応答して整合される。

ノイズ及び残響問題に対する上記の解決策は個々の音声源が十分に分離されてい るときは満足できるものでちる。多数の人、例えば、公会堂内の聴衆が会議をす ることが必要なよう力場台には、前述の方法では、これら技術は所定の音響源の 方向以外の全ての音響を排除するように設計されていないためノイズ及び残響が 音響源にいくぶんの影響を与える。従って、雑音の高い環境において所望の音響 源の方向の同定及び検証を行なうだめの改良された音響信号弁別装置を開発する ことが望まれる。

発明の要約 本発明は共通音響源からの音声信号の発生方向をめるために空間的に離されてお かれたペアのマイクロホンを使用する音響信号処理システムに関する。個々のマ イクロホンからの音声信号は音声源からのピッチ　ピークあるいはエネルギー　 バーストに応答して急激な増加を示すパルス指標信号に変換される。この２つの 音声信号の対応するパルスは位相相関され、非音声音に鈍感な信号に変換され、 共通音響源に対する方向を決定するのに使用される。本発明の動作では、直通路 の先に到達したエネルギー　バーストに後に到達した反響と比較して非常に強い 優先を与えることによって音響信号の弁別が与えられ、これによってパルスの流 れが生成され、このパルス流の相互相関を使用して、時間間隔ヒストグラムが構 築され、このヒストグラムを定期的に読出すことによって話を行っている人に対 する方向が決定される。本システムは、従って、実時間にて指向性マイクロホン の機械的あるいは電気的照準を行ない、所望の音声源からの方向以外の全ての音 声を排除することによってノイズ及び残響を著しく減少するために使用すること ができる。

ビデオ通信会議に使用されるタイプのクローズ　アップテレビ　カメラの自動照 準に使用することも可能である。

本発明及び本発明の動作は添付の図面を参照しての以下の詳細な説明によって一 層鮮明に理解できるものでちる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理に従って動作する音響方向同定システムの機能ブロック図 を示し； 第２図は本発明に使用するのに適するマイクロホン前置増幅器セクション及び帯 域フィルタ　セクションの略図を示し； 第３図は本発明に使用される包絡線発生器の略図を示し； 第４図は本発明に使用される事象検出器及び二重単一安定多重振動子の略図を示 し； 第５図は本発明に使用されるレベル指標回路の略図を示し； 第６図は本発明に使用するのに適するマイクロコンピュータ並びに関連するメモ リ及びタイミング回路を示し；第７図は本発明に使用するのに適する位置ディス プレイの略図を示し； 第８図は第３図から第８図の空間配置を示し；第９図は本発明の原理に従がうプ ロセス、例えば、第１図に示される装置に具体化されるプロセスの流れ図を示し ； 第１０図は第２図及び第３図の回路の動作を図解するのに適当な波形を示し； 第１１図は第４図の回路の動作を図解するのに適当な波形を示し； 第１２図は第９図の流れ図を採用した場合の第６図のマイクロコンピュータ回路 の動作を図解するのに適当な波形を示す。

詳細な説明 第１図は本発明の原理に基づいて動作する音響方向同定システムの機能ブロック 図を示す。図示されるごとく、この同定システムはそれぞれ増幅器２００及び２ １０に接続されたマイクロホン１０１及び１０２を含む。これらマイクロホンは 、音響源の方向の同定及び検証を助けるために適当な距離、典型的には１−１／ ２フイートはなして置かれる。このシステムは２つのチャネルに分割されるが、 マイクロホン１０１はチャネル１への入力を提供し、マイクロホン１０２はチャ ネル２への入力を提供する。前置増幅器２００及び２１０はそれぞれマイクロホ ン１０１及び１０２からの信号レベルを適当なレベルに増加するために使用され る。

前置増幅器２００及び２１０の出力は、それぞれ、高周波数成分と位相がずれる 音声の低周波数成分を除去して、後の検出を楽にするためにピークの幅を減少す るために、関連する帯域フィルタ２５０及び２６０に供給される。これらフィル タはまた不用なスプリアス事象を生成する恐れのある高周波数ノイズを除去する 。

増幅器３１０はこれが帯域フィルタ２５０からの信号をステファン全通過回路網 ３３０に結合するときに、チャネル１内の信号に対していくらかの追加のフィル タリング及びインピーダンス　バッフ７リングを提供する。

同様に１増幅器３２０はこれが帯域フィルタ２６０からの信号をステファン全通 過回路網３４０に結合するときにチャネル２内の信号の処理を行なう。

この２つのチャネル内の帯域ろ波された音声はステファン全通過回路網３３０及 び３４０によって別々にヒルベルト変換され、同一の振幅を持つが互いに９０度 離れた位相を持つ２つの信号に生成される。これら信号は次に別々に関連する二 乗回路３５０．３５５．３６０及び３６５にて二乗される。次にチャネル１に対 する信号は加算器３７０によって加算され、またチャネル２に対する信号は加算 器３７５によって加算される。帯域ろ波された音声の分相、二乗及び加算処理に よって、音声のピッチ　ピークの実際の位置において時間との関係で非常に鋭い 立上りを持つ波形が提供され、従って、音声が最初に１つのマイクロホンに突き 当り次に他方のマイクロホンに突き当るまでの時間の遅延を正確に検出すること を可能にする。

加算器３７０及び３７５からの出力は一緒にレベル指示回路５００に結合される 。この回路は６レベル検出器として動作し、チャネル１及びチャネル２の両方に 対して６つのレベルの感度を提供する。

加算器３７０及び３７５はまたそれぞれ事象検出器４０１及び４０２に結合され る。これら事象検出器は音声包絡線内のピッチ　ピークをエネルギー　バースト 一致パルスに変換する。ノンピッチ　スプリアス事象がシステムによって検出さ れるのを避けるため、また非音声音に対する鈍感さを増加させるため、事象検出 器４０１及び４０２の出力はそれぞれ二重単一安定多重振動子４５０及び４６０ に結合される。これら多重振動子はそれぞれエネルギー　バースト　パルスのデ ジタル　パルス列を提供するが、ここで２つのマイクロホンに突き当るピッチ　 ピーク間に対応する時間の遅延がめているマイクロホン間の時間遅延を与える。

マイクロコンピュータ６１０はリアルタイムにて二重単一安定多重振動子４５０ 及び４６０からの２つのデジタル　パルス列を処理する。各相関事象に対して起 こる時間遅延を表わす絶えず更新されるメモリからなるヒストグラムを使用して 、音響源の方向の同定及び検証を高精度でリアルタイムにて得ることが可能であ る。タイミング回路６３００制御下において、マイクロコンピュータ６１０は直 接アクセスメモリ回路６２０を使用して、音声源の方向を表わす初期データを格 納する。非常に短期間の間に、同−源から音声が連続して発生すると、マイクロ コンピュータ６１０はこの後続のデータを蓄積し、これを前のデータと結合して 時間間隔ヒストグラムを作成する。格納されたデータの値が同定に対する所定の いき値を越えると、マイクロコンピュータによって良い同定が得られたとみなさ れる。次に、話者の方向と対応する信号出力が出力フネクタ７２０に出力され、 遠隔位置に伝送するためあるいは必要に応じてその他に使用するために他のシス テムに接続される。設定及び正しい動作の検証を避けるために、マイクロホンと 部屋の中に話を行っている人との角位置を表わす位置ディスプレイ７３０が提供 される。

第２図には、マイクロホン前置増幅器セクション２２０及び帯域フィルタ　セク ション２７０が示されるが、この両者は、それぞれ、第１図の構成の前置増幅器 ２００及び２１０並びに帯域フィルタ２５０及び２６０として使用することが適 当である。このセクションの動作をより容易に理解するために第１０図に示され る波形を併せて参照されたい。音響方位同定システムの動作は入力音声信号内に 第１０図の波形１００１によって示されるような周期ピークが存在することに依 存する。これらピークを含む音声信号が入力ライン１０３及び１０４を介してラ イン１０５及び１０６に供給されるが、この音声信号はここから必要に応じて遠 隔地、あるいは変成器２２１に送られる。システムは対の標準マイクロホンにて 十分に満足に動作するが、この動作は１９８２年１月１９日にアール−ｘル・ウ オリス（Ｗ、　Ｌ、　Ｗａｌｌｉｃｅ　）に発行された合衆国特許第４．．３１ １，８７４号に開示されるタイプの線形アレイ　マイクロホンによって更に強化 される。変成器２２１はこの音声信号を増幅器２２２、抵抗体２２３から２２６ 及びコンデンサ２２７から２２９からなる低ノイズ演算増幅器回路に結合する。

マイクロホン前置増幅器セクション２２０の出力は帯域フィルタ　セクション２ ７０の入力に結合されるが、該セクション２７０は１　ｋ　Ｈｚ及び８ｋＨｚに て６　ｄＢのフォールオフ　ポイントを与えるようにセットされた値を持つ抵抗 体２７１から２７６から形成される集積回路にて得ることができる。このフィル タ　セクションは１通常、高周波数成分と位相がずれる低周波数成分を除去し、 信号ピークの幅を減少して、これらの検出を容易にすることを目的とする。帯域 フィルタはまた高周波数ノイズを除去し、これによって好ましくないスプリアス 事象が生成されるのを避ける。第１０図に示される波形１００５は第２図のライ ン１０８上に存在する帯域ろ波された音声信号出力を示す。

、　第３図には包絡線発生器が示されるが、これは音声内のピッチ　ピークの発 生を正確にマークするだめの非常に鋭いピークを提供する。この包絡線発生器は 増幅器３１０及び３２０、ステファン全通過回路網３３０及び３４０、二乗回路 ３５０．３５５．３６０及び３６５、並びに２つの加算器回路３７０及び３７５ を含む。発生器は入力としてペアの帯域ろ波された音声信号、例えば、第２図の 前置増幅器セクション２２０及び帯域フィルタセクション２７０によって提供さ れる信号を使用する。

これら入力信号は、それぞれ、チャネル１及びチャネル２として入力ライン１１ ０及び１１１を通じて供給されるが、この両者とも共通の大地基準を持つ。チャ ネル１及びチャネル２の包絡線検出器回路はここで詳細に説明するチャネル１と 同一でちる。チャネル２の回路の動作を理解するためには、チャネル１の同一名 あるいは類似の構成の要素を参照すること。

チャネル１０入力信号は可変抵抗体３０１を介して増幅器３１０に結合されるが 、該可変抵抗体は入力音声信号のレベルを調節するのに使用される。増幅器３１ ０は高出力インピーダンスを提供するために後続の構成内に使用される演算増幅 器３１１及び音声信号に追加のフィルタリングを提供する演算増幅器３１２を含 む。増幅器°　３１０内にはさらに演算増幅器３１１と関連するコンテ増幅器３ １２と関連するコンデンサ３１６が含まれる。

増幅器３１０の出力はライン１１２を通じてステファン全通過回路網３３０に結 合されるが、ここでこれはまず１ｋＨｚから８　ｋ　Ｈｚの範囲の帯域ろ波周波 数の同一の振幅を持つが位相が９０度だけ異なる２つの信号を生成するためにヒ ルベルト変換される。この信号の１つは０度移相信号とみなされ、ライン１１４ を介して二乗回路３５０に提供される。他の１つは、９０度移相信号とみなされ 、ライン１１６を介して二乗回路３５５に提供される。これら信号の各々は二乗 回路３５０及び３５５にて二乗されるが、該二乗回路はモトロラ社（Ｍｏｔｎｒ ｏｌａ　）から部品番号ＭＣ１４９４として市販されている４つの四分円アナロ グ掛は算器からなる。二乗された信号は次に第１０図の波形１０１０に示される 包絡線を生成するために加算器回路３７０内で加算されるが、該包絡線は音声の ピッチ　ピークの実際の位置の所に時間において非常に鋭い立上シを持つ。

音声包絡線には、通常、幾らかの正のＤＣ電圧オフセットが発生する。例えば、 純粋の正弦波入力ｓｉｎｗｔ　はゼロ度移相信号及び９０度移相信号として、ｓ ｉｎ　ｗｔ　及びｃｏｓｗｔ　を生成する。これを二乗及び加算するとｄａ定電 圧生成される。この電圧を相殺するために、可調節抵抗体３８０から負のＤＣ電 圧が出力ライン１１８に加えられる。

第４図は音声包絡線内のピッチ　ピークをエネルギーバースト一致パルスに変換 するための事象検出器を示す。

この事象検出器はアナログ　スイッチ４１０及び４２０並びに比較器４３０及び ４４０を含む。第３図の包絡線検出器によって生成された音声包絡線信号をライ ン１１８から１２１を通じて事象検出器に結合される。チャネル１に対する音声 包絡線信号はライン１１８及び１２０上に存在し、チャネル２に対する音声包絡 線信号はライン１１９及び１２１上に存在する。チャネル１とチャネル２には同 一の事象検出回路が使用されるが、ここではチャネル１内の回路の動作のみを詳 細に説明する。

第１０図及び第１１図に示される波形についても参照すること。

第１０図に示される波形１０１０を持つ音声包絡線信号はアナログ　スイッチ４ １０及び比較器４３０にも加えられる。これら信号は同一の包絡線を持つ。ただ し、信号ライン１１８は第３図に示される抵抗体３８０を通じて加えられる負の ＤＣ電圧によってゼロにされる正のＤＣオフセット電圧を持つ。

動作において、包絡線信号内にピッチ　ピークが発生すると、比較器４３０がオ ンとなシ、アナログ　スイッチ４１０を閉じ、コンデンサ４１１が音声包絡線レ ベルの電位まで充電することを許す。コンデンサ４１１は抵抗体４１２と一体と なってＲＣＣ時間性波提供するが、これは電位が除去されると大地に放電される 。この組合せは減衰包絡線を生成するが、これは音声包絡線レベルが減衰包絡線 レベル以上に上がると音声包絡線レベルに充電し、音声包絡線信号が減衰包絡線 以下に落ちると指数的に減衰する。

第１０図の波形１０１０の音声包絡線信号は、第１１図の波形１１０１として第 ４図のライン１２２上に存在し、第１１図において１１０２として示される重複 減衰包絡線信号とともに示される。減衰包絡線がその指数的な減衰からその上昇 にスイッチされるたびに、事象検出・器回路は事象がおそらく発生したことを検 出する。この事象はマイクロホンの所で受信される検出可能な音声信゛号で、任 意の時間において片方のマイクロホンに到達する前に他方のマイクロホンに到達 するような音声信号である。第１１図の波形１１０５に示されるデジタル　パ・ Ｊｌ、スはこの事象と同期して生成される。比較器４３０がらの出力は、従って 、音声包絡線信号内のピッチ　ピークの立上シエッジに同期されたデジタル　パ ルス列である。

第４図の事象検出回路内にはさらに各チャネルに対するノイズ校正回路が含まれ る。この回路はシステムが周囲の部屋のノイズに対して鈍感になるように同定シ ステム回路の感度を設定するために提供される。これはその部屋に存在する全て のものがノイズいき値電位差計３８０及び３８１が周囲の空調あるいはその他の 周囲のノイズによってシステムに事象が発生しないように調節されたとき無音に とどまるようにすることによって達成される。

事象は発光ダイオード４７１及び４７２の点灯を使用してみることができる。

音声以外のものに対する鈍感さを得るために、比較器４３０の出力は二重単一安 定振動子４３０に送られるが、該振動子は前のトリガー信号によって起動されて いる間に再トリガーすることが可能である。男性及び女性の３から１０ミリ秒の 範囲の人間の音声の通常のピッチを対象にした場合、３ミリ秒以下の間隔のパル スはスプリアス　ノイズ源からのものであシ、音声でない可能性が高い。これら スプリアス、あるいはノンピッチ事象ヲ避けるため、最初の多重振動子はパルス なしに少なくとも３ミリ秒の無音期間によって先行されない全てのパルスを除去 する。これがどのように達成されるかについては、第１１図の波形から理解でき よう。波形１１１０内のパルスはライン１２４上に存在するものであシ、最低３ ミリ秒の間隔をおいて発生する。従って、波形１１０５内に示される１１０６と 呼ばれる２つのスプリアス事象に□よるパルスは波形１１１０にみられるように 最初の多重振動子によっては再生されない。

第２の多重振動子は１００マイクロ秒の均一の幅を持つ最終的な出力パルスを生 成する。これは後に説明するマイクロコンピュータ６１０に結合される全ての情 報に対して均一なパルス幅を提供する。波形１１１５はチャネル２内に検出され るピッチ　ピークによってライン１２５上に生成されるパルスを示し、また、こ れらが、この例では、チャネル１内のパルスとの関係でいかに遅延されているか を示す。音響方向同定システムの回路のこの時点において、事象の２つのデジタ ル　パルス列が存在するが、ここで、２つのチャネル内の対応する事象間の時間 遅延はマイクロホン間のめている時間遅延を与える。

第３図の包絡線検出器のチャネル１の出力は、ライン１２０を通じてレベル指示 回路５ｏｏに接続され、チャネル２の出力はうイン１２１を通じてレベル指示回 路５００に接続される。レベル指示回路はチャネル１及びチャネル２に対する６ つのレベルの感度を提供する６レベル検出器として動作する。これは１２個の比 較器を含むが、比較器５１１から５１６はチャネル１に使用され、比較器５３０ から５３６はチャネル２に使用される。６つの可能な基準電圧ｖ１からｖ６の１ つは、チャネル１及びチャネル２の両方に１つの比較器を割当てられ、割当てら れた比較器の２つの入力の１つに接続される。これら電圧にはｖｌを最低とし、 ｖ６を最高とする次第に増加する値が割り当てられる。これら同一の基準電圧は また多重抵抗体５１７から５２２及び５３７から５４２の１つの反対側にも提供 されるが、これらは一方、それぞれ、関連する比較器の出力に接続される。そし て、回線１２０あるいは１２１上の信号レベルは比較器への別め入力を含む。信 号レベルが比較されている特定の基準電圧レベルより低いときは、比較を行なっ ている比較器の出力は高値をとシ、多重発光ダイオード５２３から５２８及び５ ４３から５４８の関連する１つがオンされる。信号レベルが比較された基準レベ ルを越えると、この比較器の出力レベルは低レベルとなり、関連する発光ダイオ ードをオフにする。

第６図に示すごとく、二重単一安定多重振動子４５０及び４６０からの一連のデ ジタルパルスはそれぞれ１２４及び１２５を通じて処理のためにマイクロコンピ ュータ６１０に結合される。ここに説明の用途に適当なこのマイクロコンピュー タはインテル社（ＩＮ置Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）から部品番号８７４８とし て市販されておシ、適当なプログラミングにて使用できる。マイクロコンピュー タ６１０の動作のための設計には、さらに外部メモリ　セクション６２０が含ま れるが、これはシステムに対して各々が６３の要素を持つ４つのヒストグラムを 格納するだめの２５６バイトのメモリを持つ。マイクロコンピュータ６１０に必 要なタイミングはタイミング回路６３０によって提供されるが、これは第１のク ロック６３１及び第２のクロック６３６を含む。関連する要素、つまシ抵抗体６ ３２及び６３３及びコンデンサ６３４を持つ第１のクロックは、マイクロコンピ ュータによって使用される１００ＫＨｚ　の基準周波数を提供するが、これによ って事象間の遅延、っ″ｌ！ｌ１１チャネル１内の事象とチャネル２内の事象発 生の間、ちるいはこの逆の間の間隔を得ることができる。例えば、クロック速度 を１００　Ｋ　Ｈｚ　に設定すると、時間Ｔｍａｘ内に２５６パルスが可能であ るが、該時間Ｔ　ｍａｘは２．５６ミリ秒、あるいは２つのマイクロホンが２− １／２フイート離れて位置され、ゼロ度と１８０度の間の角度の範囲を測定する ように設定されたとき、この２つのマイクロホン間に音が伝わるのに必要な時間 である。

コンピュータ６１０は時間遅延がＴ　ｍａｘより大きな事象を排除するように簡 単にプログラムできる。Ｔ　ｍａｘ以下の遅延を持つ報告された事象では、これ ら事象はマイクロコンピュータ６１０によって相関があるものとみなされ、８ビ ツト　カウントの３個の最下位ピットが全部で３２の可能な時分割を与えるよう にシフトされる。正しいヒストグラム要素はチャネル１が最初の事象を持っとき は３２から遅延を引くことによって、またチャネル２が最初であるときは、３２ に遅延を加えることによって発見される。抵抗体６３７及び６３８並びにコンデ ンサ６３９を持つ第２のクロック６３６は外部から２から２０ヘルツに調節する ことが可能であシ、ヒストグラム内容を読出し及び報告する頻度を支配する。こ のり。ツクは、後に詳細に説明するごとく、チるヒストグラムの結果を報告する 時間がくるたびに、マイクロコンピュータ割込みラインに１ミリ秒パルスを提供 する。

共通ヒストグラム受入れ／破棄いき値を設定するために、１６．８．４及び２の ２進レベルに対応する４つの単極双投スイッチ６１１から６１４が使用される。

これらスイッチの調節は重要度の量は報告間隔当たシの相関事象の数であるため 、報告頻度調節と関連して行なわれる。

提供される情報から、コンピュータ６１０は入シ音声がどこからくるかその方向 を示すデジタル信号を計算する。音声源の角度は時間遅延の７−り　コサインに 比例することが知られている。従って、この方向を等しい角増分にて報告するた めには、要求される角度の範囲を持つ探索テーブルが対応する時間遅延のアーク 　コサインを得ることができるように電気的なプログラマブル読出し専用メモリ 　セクションにプログラムされる。これは各種の時間遅延に対して等しい内分布 を示す。ゼロから１８０度の探索テーブルに加えて、本発明に於いて具体化され る２番目に良く使用される探索テーブルは、４５度から１３５度のアーク　コサ イン値を持つが、これはこの角度の範囲内に源を持つ音声の位置を知るのに使用 される。適切なプログラミングによって、必要な範囲、例えば、この角度の範囲 の外に源を持つ音声はシステムによって無視できる。これは部屋の中の正当であ るとあらかじめ定められた位置から話す人の音声のみを同定するのに特に有利で ある。

設定及び正しい動作を検証するために、ローカル位置ディスプレイ、例えば、第 ７図に示されるような発光ダイオードを備えるディスプレイが提供される。この 位置ディスプレイ回路はデータ　バス１３０を介してマイクロコンピュータ６１ ０に接続される。マイクロコンピュータからの５つの最上位ビットはここで説明 の各種の用途に対する出力信号を提供するためにバッファ及び反転回路７１０並 びに出力コネクタ７２０に提供される。バッファ及び反転回路の出力はデマルチ プレクサ回路７３０に提供されるが、これは２進データ′の５ビツトを取シ、こ れを３２の別個の出力に復号する。これら３２個の出力は、それぞれ、発光ダイ オードを駆動するが、これらは部屋の内部の話者の角位置を反映するように起動 される。

電話会議装置に使用される場合は、遠隔位置からの音声信号が受信されていると き、システムを不能にすることが必要である。これは比較器７４０及びこれと関 連する要素、つまシミ話会議装置内のスイッチ保護電圧を抵抗体７４１及び７４ ２からなる抵抗体側シ算器ネットワークによって提供される定電圧いき値と比較 する抵抗体７４１から７４３によって達成される。比較器７４０の出力はこの信 号をライン１３１を通じてマイクロコンピュータ６１０に提供するが、これはマ イクロコンピュータに発見される事象を無視させ、従ってラウドスピーカが同定 されないようにする。

第９図は音響方向同定システムの動作を図解する流れ図を示す。マイクロコンピ ュータ６１０によって提供され機能は、好ましくは、マイクロコンピュータ６１ ０のプロセッサ部分内に格納されるプロセスあるいはプログラムによって決定さ れる。

第９図の流れ図の理解を助けるため、第１０図及びここに示される波形も参照す ること。プロセス内の主ループＡはチャネル１あるいはチャネル２内の事象、お るいはステップ９０５からの標識を探し、ステップ９２０に結果を報告する時間 がきたことを通知する。チャネルの１つ、例えば、チャネル１内に１つの事象が 発見されると、ステップ９１０はステップ９２５として示されるようにタイマを 始動し、システムはステップ９１５において他方のチャネル内の事象の探索に入 る。ステップ９３０において第２の事象が発見されると、ステップ９４０におい てタイマが停止され、時間遅延が読出され、との読値が相関事象メモリに使用さ れるヒストグラム内の正しい要素にアドレスするのに使用される。これら要素は 次に適当な単位にて増分され、システムはループＡに復帰スる。２つのマイクロ ホン間の可能な最大時間遅延であるｔ　ｍａｘに時間ｔに達する前に第２の事象 が発見されないときは、ステップ９３５はプログラムをとストダラムを変更する ことなしにループＡに復帰させる。

報告ステップ９２０においてヒストグラム内の要素の単位が同定のために前もっ て格納された受入れ／破棄いき値を越えることが発見されると、この要素の同定 が話者の位置として割当てられ、七してプロセッサは話者の位置に対応する時間 遅延を出力する。ヒストグラムは消去され、後に説明するペデスタル単位が話者 の位置に対応する選択された要素内に置かれる。

第１２図に示すようにこの音響方向同定システムは４個の６３要素ヒストグラム １２０１から１２０４を使用するが、これらが順番に読出される。この４個のヒ ストグラムにて、事象の密度が高いときは、ある報告から次の報告をＴｒｅＰｏ ｒｔにおいて行なうことによって簡便な同定を行なうことができ、一方、低レベ ル話者に通常みられるように事象の密度が低いときは、４　Ｔｒｅｐｏｒｔとい う長い間隔にて同定を提供することができる。しかし、当業者にとって明白であ るごとく、本発明を実現するにあたっては４個以外の任意の数のヒストグラムを 使用できる。さらに、ヒストグラム内の要素の数も６３以外にすることが可能で ある。従って、本発明は特定の数の要素を含む特定の数のヒストグラムに制限さ れるものであると解釈されるべきものでない。６３個の要素によってカバーされ る時間遅延範囲は−ｔ　ｍａｘから＋ｔｍＢｚであるが、この範囲は、本システ ムでは、−例として、ゼロ度から１８０度の角度に対応するものとして示される 〇次にプロセッサのデータを集めこれを報告する動作の詳細を説明するが、相関 事象が発見されるたびに、プロセッサは４個のヒストグラムのそれぞれをこの中 に単位レベルをおくことによって増分する。４個の全てのヒストグラムを増分す るには概むね２００マイクロ秒が必要であることから、発生する全ての相関事象 が検出できることがわかる。個々の相関事象が発見されると、４つのヒストグラ ムの全ての適当な要素が増分されるが、該要素は第１２図の波形１２０１から１ ２０４の横軸の番号ｌから６３として示され、これは測定された時間遅延に対応 する。

ヒストグラムの読出しにおいて、全ての要素が調べられ、ここに格納された中で 最も相関の強い要素、が２つのマイクロホン間の時間遅延、あるいは音声がくる 角度を反映する。検出されたものが音声であシ、空調による相関事象でないこと を確保するために、前もって設定することが可能な受入れ／破棄いき値１２０５ がヒストグラム内の増分される要素のレベルを比較するために提供される。この 比較によって、存在する情報がこれを音声から誘導されたものであるとみなすの に十分であるか、否かの判定がなされる。この受入れ／破棄いき値は、二重単一 安定多重振動子４５０及び４６０によって提供される３ミリ秒ろ波と一体となっ て、基本的に非音声音に応答しないシステムを提供する。

報告クロック６３６の制御下において、個々のヒストグラムが順番にこれらが増 分されるよシもがなシ遅い速度にて読出される。例えば、１秒の１ｏ分の１のサ ンプリング時間及び時間Ｔ＝Ｏを仮定すると、まず最初に４個のヒストグラムの 最初の１つが読出される。このヒストグラムにおいて最も多い数の単位量を持つ 要素が決定される。前述したごとく、要素内の単位量がいき値を越えると、ペデ スタル１２ｏ６の場合と同様に、それが話者の正当な位置であるとの同定が行な われる。次に全ヒストグラムが全ての要素をゼロにて消去し、同定が行なわれた 位置にペデスタル、例えば、１２ｏ７あるいは１２０８を挿入する。同一のペデ スタルを他の３つのヒストグラムにも加える。このペデスタルの目的は同一の話 者に優先を与え、同一の話者が同一の位置あるいは異なる位置から話しを継続し たとき、その話者を再び同定するのを助けることにある。

時間Ｔ＝Ｏと時間Ｔ＝１秒の１ｏ分の１の間に、システムはデータを集め、相関 事象が発見されるたびに４個の全てのヒストグラム内の適当な要素を増分する。

時間Ｔ＝１秒の１０分の１の時点で、第２のヒストグラムが調べられる。このヒ ストグラムでも、最初のヒストグラムと同様のプロセスが繰り返される。ヒスト グラムが調べられ、最高数の単位量を持つ要素がいき値と比較され、ヒストグラ ムが消去され、正当な同定が行なわれたときは、ペデスタルが加えられる。この プロセスは次の１秒の１０分の１まで継続され、データが集められ、４個の全て のヒストグラムが発見された個々の正当な相関事象に対して増分される。時間Ｔ ＝１秒の１ｏ分の２において、第３のヒストグラムが調べられ、７２１秒の１０ 分の３において、第４のヒストグラムが調べらし、７２１秒の１０分の４の所で このサイクルは再び最初のヒストグラムを調べることを開始する。

相関事象の後にヒストグラムを増分するとき、発見された時間遅延に対応する要 素を２だけ増分し、隣接する要素を１だけ増分することによって、容易で、しか も話者の頭の移動による影響がよシ少ない同定を得ることができることが経験的 に知られている。従って、本発明において開示されるごとく、正当な同定が行な われた後にヒストグラム内に残されるペデスタル単位量は選択された要素内に１ 単位量を含み、隣接する個々の要素内に２分の１単位量を含む。こうして、報告 が要求されるたびに、４個のヒストグラムの内の１つが読出され、１秒の１０分 の４秒に値する情報が集められる。さらに、最後の読みが行なわれた後、１秒の １ｏ分の１のみが経過することがわかる。従って、本システムは、必要であれば 迅速に応答する一方で、必要であれば長時間の期間を通じてデータを集めること も可能である。

既に説明のものに加えて、本音響方向同定システムの他の多くの用途が考えられ 、当業者にとってこれらを実現することは容易なことである。例えば、遠隔黒板 に使用するビデオ　カーソルが可能である。音響方向同定システムからの制御信 号に応答して、このカーソルは第２の位置の黒板上のカーソルを第１の位置の特 定の位置から話者が話すたびに黒板上の所定の位置に移動することによって第１ の位置の参加者を第２の位置に対して同定することが可能である。

この音響方向同定システムを低速走査テレビと使用することも可能である。遠隔 ビデオカーソルを特定のカメラ及びレンズと整合すると、誰かが部屋内の任意の 位置から話すたびに、カーソルが遠隔位置の低速モニタ上のその上の位置に出現 する。

もう１つの可能な用途は通信会議における音声の向上を計かるための音声交換装 置である。遠隔位置からの音声を１つあるいは複数のラウドスピーカ−に向けて 、遠隔話者への空間位置の幻想を与えることが可能である。

本音響方向同定システムはこれを追加の音声チャネルなしに実現できる。

それにもう１つの本音響方向同定システムの用途として、この２つのシステムを 組合せて、音響源からの方位角及び距離、あるいは方位角及び音響源の両方を決 定するのに使用することもできる。

最後に、ピクチャーホン　ミーティング　サービス（ｐＩｃＴＵＲＥＰＨＯＮＥ 　Ｍｅｅｔｉｎｇ　５ｅｒｖｉｃｅ　）会議システム内のカメラを切り替えする ための本システムの１つは、会議の出席者の首につるした個々のラバリア　マイ クロホンからの音声スイッチングに基づく。この音響方向同定システムは個別の マイクロホンの必要性を排除し、ピクチャーホン　ミーティングサービス（ＰＩ ＣＴＵＲＥＰＨＯＮＥＭｅｅｔｉｎｇ　５ｅｒｖｉｃｅ　）に真の意味の１ハン ド　フリー電話方式”を提供する。

本音響方向同定システムの修正も可能でアシ、当業者にとって本発明の精神及び 範囲から逸脱することなくこれらを実現できることは明白である。従って、特に 説明したもの以外でも付録の請求の範囲内で本発明を実現することが可能でちる 。

ＦＩ６．９ 国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．共通の音響源からの音響に応答する第１及び第２の空間的に離れて位置され た音響検出装置を持つ信号処理システムにおいて、 各々の検出装置（１０１、１０２）内で検出される音響のバースト エネルギー に対応する第１のパルス及び第２のパルスが生成され、 音響の該エネルギー バースト間の位相関係が該第１及び第２のパルスから決定 され（６１０）、そして該音響源の角位置を同定する出力信号（７２０）が該エ ネルギー バースト間の位置関係及び所定の時間間隔内の所定の音響いき値レベ ルを越える複数のエネルギーバーストの累積値の両方に応答して生成されること を特徴とする信号処理装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の信号処理装置において、該第１のパルスの発生と 該第２のパルスの発生の間の時間差によつて音響の各々のエネルギーバースト間 の位相関係が測定されることを特徴とする信号処理装置。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の信号処理装置において、パルス検出装置内のタイ マ（６３１）が第１のパルスの発生の検出と同時にカウントを開始し、該第２の パルスの発生の検出と同時にカウントを停止し、該カウントの値が該音響検出装 置に対する共通音響源の角位置の指標とされることを特徴とする信号処理装置。