直間比推定装置、音源距離測定装置、雑音除去装置、各装置の方法と、装置プログラム
【課題】１個のマイクロホンアレーで音源との間の距離を推定する。
【解決手段】この発明の音源距離測定装置は、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、距離判定部と、を具備する。複数の周波数領域変換部は、複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、受音信号を周波数領域の信号に変換する。直間比推定部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として受音信号の直間比を推定する。距離判定部は、直間比を入力として距離−直間比データベースを参照してその直間比と対応する音源距離推定値を推定する。
【解決手段】この発明の音源距離測定装置は、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、距離判定部と、を具備する。複数の周波数領域変換部は、複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、受音信号を周波数領域の信号に変換する。直間比推定部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として受音信号の直間比を推定する。距離判定部は、直間比を入力として距離−直間比データベースを参照してその直間比と対応する音源距離推定値を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、音声入力によって機器を操作するハンズフリー方式等に応用可能な、１個のマイクロホンアレーを用いてマイクロホンアレーから音源までの距離を推定する音源距離測定装置、及び音源距離測定装置に用いられる直間比推定装置と、音源距離測定装置を用いた雑音除去装置と、各装置の方法と、装置プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に、非特許文献１に開示された従来のマイクロホンと音源間の距離を測定する考え方を示して簡単に説明する。その考えは、三角測量の原理でマイクロホンと音源との距離を推定するものである。音源の音波の進行方向と直交する向きの直線上に距離Ｄ12の間隔を空けて２個のマイクロホンアレー１，２が配置される。
【０００３】
既知の距離Ｄ12とマイクロホンアレーで推定された角度θ１，θ２より、音源とマイクロホンアレー１と２が成す直線との間の距離Ｄを推定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M.Omologo and P.Svaizer,”Use of the Crosspower-Spectrum Phase in Acoustic Event Location,”IEEE TRANSACTIONS ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING,VOL.5,NO.3,MAY 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、マイクロホンと音源との間の距離を測定する方法は、上記した三角測量の原理に基づく方法しかなかった。三角法で距離Ｄを正確に測定するためにはマイクロホンアレー１，２からの見込み角θ1，θ2とが十分異なる必要があるため、ある程度大きな設置スペースを要する問題点がある。また、マイクロホンアレー間の距離が既知である必要があり、複数のマイクロホンアレーが必須である。よって、音源間距離の測定環境の設置作業が煩雑である。
【０００６】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、１個のマイクロホンアレーであっても、マイクロホンと音源との間の距離の推定を可能にするために、直間比（詳しくは後述する）を用いる新しい方法を提案する。そして、その直間比を用いた音源距離測定装置と、音源距離測定装置を構成する直間比推定装置と、音源距離測定装置を用いた雑音除去装置と、各装置の方法とプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の音源距離測定装置は、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、距離判定部と、を具備する。複数の周波数領域変換部は、複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、受音信号を周波数領域の信号に変換する。直間比推定部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として受音信号の直間比を推定する。距離判定部は、直間比を入力として距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する距離を推定する。
【０００８】
また、この発明の直間比推定装置は、この発明の音源距離測定装置と同じ、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、を具備する。
【０００９】
また、この発明の雑音除去装置は、この発明の音源距離測定装置の構成に、処理対象信号生成部と、対象信号調整部と、逆周波数領域変換部とを更に備える。処理対象信号生成部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を合成して処理対象信号を生成する。対象信号調整部は、処理対象信号と、直間比を入力としてその値に応じて処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する。逆周波数領域変換部は、処理後信号を時間領域の信号に変換する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の音源距離推定装置は、１個の小規模なマイクロホンアレーで音源とマイクロホンアレーとの間の距離の推定を可能とするため、省スペース化が可能である。また、設置毎に変化するマイクロホンアレー間の距離など、予め測定して置かなければならない情報も不要である。
【００１１】
また、この発明の直間比推定装置は、音源距離推定のための指標である直間比を提供することができる。また、この発明の雑音除去装置は、直間比を推定して、その値に応じて受音信号をフィルタリングする。直間比とは、受信音に含まれる直接音と間接音（残響音）との比であり、マイクロホンと音源間との距離に応じて単調に変化する値である。この値に応じて受信音をフィルタリングすることで一定の距離範囲内にあると判定された音源の成分だけを強調又は抑圧して収音することができる。その結果、１個のマイクロホンアレーで特定の距離にある音源の音だけを収音（雑音を除去）することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の音源距離測定装置１００を利用する場面の一例を示す図。
【図２】屋内での音の伝搬経路を示す図。
【図３】直間比とマイクロホン間距離との関係を示す図。
【図４】この発明の音源距離推定装置４００の機能構成例を示す図
【図５】音源距離推定装置４００の動作フローを示す図。
【図６】直間比推定部４３の機能構成例を示す図。
【図７】この発明の雑音除去装置７００の機能構成例を示す図。
【図８】雑音除去装置８００の動作フローを示す図。
【図９】効果確認実験の実験条件を示す図。
【図１０】直間比の一例を示す図。
【図１１】非特許文献１に開示された従来のマイクロホンと音源間の距離を測定する考え方を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。また、以下の説明において、テキスト中で使用する記号「￣」や「＾」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。
【００１４】
実施例の説明の前にこの発明の考えについて説明する。
【００１５】
〔この発明の考え〕
この発明は、単一のマイクロホンアレーを用いて、マイクロホンアレーと音源との間の距離を推定するものである。図１にこの発明の音源距離推定装置４００を利用する場面を例示する。残響特性を持つ部屋１０の中に、１個のマイクロホンアレー１１と、発話者１２が存在している。マイクロホンアレー１１と発話者１２は距離を置いて配置されている。
【００１６】
この状況において、発話者１２とマイクロホンアレー１１との間の距離Ｄを推定したい。そこで、この発明は、直間比を用いて音源間との距離を推定する。
【００１７】
直間比とは、受信音に含まれる直接音と間接音（残響音）との比である。図２に屋内にマイクロホンを置いて音を収録した際の、音源２１からマイクロホン２２までの音の伝搬経路を示す。直接音とは、音源２１からマイクロホンまで直接到達する太い実線で示す音波である。一方の残響音とは、音源２１から発した音が壁や床や天井などで反射してからマイクロホン２２に到達する破線で示す音波である。
【００１８】
図３に直間比とマイクロホン間距離との関係を示す。図３の横軸はマイクロホンから音源までの距離、縦軸は直間比である。一般的に間接音はマイクロホンからの距離に依存しない一定の大きさを示す。その間接音に対して直接音は、マイクロホンからの距離の増加に伴って単調に減少する特性を示す。その直接音を間接音で除した直間比は、直接音と同様に距離の増加に伴って単調に減少する特性になる。
【００１９】
この発明の音源距離推定装置は、この直間比を用いることで、１個のマイクロホンアレーで受音した受信音からマイクロホンアレーと音源との間の距離の推定を可能にする。この発明の直間比推定装置は、直間比を出力する。また、この発明の雑音除去装置は、直間比推定装置が出力する直間比に応じて受音信号の雑音を除去する。
【実施例１】
【００２０】
図４にこの発明の音源距離推定装置４００の機能構成例を示す。その動作フローを図５に示す。雑音除去装置４００は、１個のマイクロホンアレー４１と、複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mと、直間比推定部４３と、距離−直間比データベース（以降、距離−直間比ＤＢと称する）４４と、距離判定部４５と、を具備する。マイクロホンアレー４１を除く各機能構成部は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるものである。
【００２１】
マイクロホンアレー４１は複数のマイクロホンｍ1，…ｍMから成る。複数の周波数領域変換部４２1，…，４２Mは、複数のマイクロホンｍ1，…ｍMで受音された受音信号ｘm（ｎ）がそれぞれ入力され、各受音信号を周波数領域の信号に変換する（ステップＳ４２）。周波数領域変換部４２1，…，４２Mは、受音信号ｘm（ｎ）を、例えばサンプリング周波数１６ｋＨｚでサンプリングしてディジタル信号に変換し、例えば２５６個のサンプルを１フレームとして、それぞれのフレームにおいて離散フーリエ変換を行い周波数成分Ｘm（ω，ｌ）を出力する（ステップＳ４２）。ωは周波数、ｌはフレーム番号である。なお、受音信号ｘm（ｎ）をディジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器は省略している。
【００２２】
直間比推定部４３は、複数の周波数領域変換部４２1，…，４２mが出力する周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を入力として受音信号の直間比Ｅを推定する（ステップＳ４３）。
【００２３】
距離−直間比ＤＢ４４は、直間比Ｅとマイクロホンアレーと音源との距離との関係を記録している。距離判定部４５は、直間比を入力として距離−直間比ＤＢ４４を参照してその直間比と対応する距離を推定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４２〜ステップＳ４５までの動作は、全ての受音信号ｘm（ｎ）が終了するまで継続される。
【００２４】
以上の動作により、１個のマイクロホンアレーによって、例えば、特定の距離範囲にある音だけを強調し、その範囲外の音は抑圧して雑音除去が行われる。以降、各部のより具体的な機能構成例を示して更に詳しくこの発明を説明する。
【００２５】
〔直間比推定部〕
図６に直間比推定部４３機能構成例を示す。直間比推定部４３は、空間相関行列算出手段４３１と、信号パワー推定手段４３２と、直間比算出手段４３３と、を備える。空間相関行列算出手段４３１は、複数の周波数領域変換手段４２1，…，４２Mが出力する周波数領域の信号Ｘ1（ω，ｌ），…，ＸM（ω，ｌ）を入力として、周波数領域の信号Ｘ1（ω，ｌ），…，ＸM（ω，ｌ）をベクトル化し、その入力信号を用いて式（１）に示す空間相関行列Ｒ（ω）を算出する。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここでＴは行列の転置、Ｈは共役転置を、Ｌは平均を求めるフレームの数を表す。
空間相関行列Ｒ（ω）は、信号パワー推定手段４３２に入力される。
【００２８】
信号パワー推定部４３２は、空間相関行列算出手段４３１が出力する空間相関行列Ｒ（ω）の各成分Ｒij（ω）と、予め与えられているマイクロホンアレーのマイクロホン配置と、音源の方向より与えられる行列Ｒd（ω）（式（３））と、行列Ｒr（ω）（式（４））の各成分ｄij（ω）と、各成分ｒij（ω）より、それぞれ構成される式（５）に示す行列Ａ（ω）と、式（６）に示すＢ（ω）を用いる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ここで、Ｄmnはｍ番目のマイクロホンとｎ番目のマイクロホンの距離、θはマイクロホンアレーの正面から見た音源の方向である。ここでは、マイクロホンアレーの形状は直線配置とし、マイクロホンアレーの正面とはマイクロホンの並ぶ直線の法線方向を意味する。
【００３１】
【数３】
【００３２】
そして、式（７）に示す連立方程式を立て、これを解くことで直接音のパワーＰd（ω）と残響音のパワーＰr（ω）で構成されるベクトルＰ（ω）（式（８））を求め、直接音パワーＰd（ω）と残響音パワーＰr（ω）をそれぞれ出力する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
なお、マイクロホンアレーの配置が直線以外の配置の場合の行列Ｒd（ω）は、より一般的な式（９）に示す形式で表せる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
ここでＤmn（θ）￣は、角度θ°方向から見たときのｍ番目のマイクロホンとｎ番目のマイクロホンの距離差を表す。また、式（７）の連立方程式の解の導出は、例えば式（１１）に示すようにＡ（ω）の擬似逆行列Ａ＋（ω）（式（１０））を、Ｂ（ω）の左から掛ける方法で行われる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
直間比算出手段４３は、直接音パワーＰd（ω）と残響音パワーＰr（ω）より、式（１２）によって直間比Ｅを算出して出力する。
【００３９】
【数７】
【００４０】
以上説明した直間比推定部４３と、１個のマイクロホンアレー４１と、複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mの構成で、直間比Ｅを出力する直間比推定装置７１が構成できる。また、直間比は、空間相関行列Ｒ（ω）を固有値展開して求めた固有値から求めても良い。
【００４１】
距離−直間比ＤＢ４４には、距離と直間比との関係に関する情報が予め記録されている。距離と直間比との関係に関する情報とは、実際に実験により求めた距離と直間比とを対応付けた組（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…を線形補間して得られる関数や、（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…の組から求めた近似関数等の距離と直間比との関係を示す関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）とする。関数ｆ（Ｅ）は、例えば、参考文献「M.Tohyama et. al.”The Nature and Technology of Acoustic Space,”Academic Press,1995.」に記載されている。
【００４２】
距離判定部４５は、直間比推定部４３から入力される直間比Ｅと、距離−直間比ＤＢ４４に記録されている距離と直間比との関係を参照して、直間比Ｅに対応する音源距離推定値ｄ＾を出力する。
【００４３】
距離と直間比とを対応付けた組（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…そのものが距離−直間比ＤＢ４４に格納されている場合は、次の三つのステップにより音源距離推定値ｄ＾を求めて出力する。
【００４４】
第一ステップ：距離−直間比ＤＢ４４に格納されたＥ1，Ｅ2，…の内、直間比推定部４３で求めた直間比Ｅに隣接する２つの直間比ＥmとＥnを求める。
【００４５】
第二ステップ：直間比ＥmとＥnのそれぞれに対応する距離ｄmとｄnを距離−直間比ＤＢ４４より求める。
【００４６】
第三ステップ：距離ｄmとｄnとから音源距離推定値ｄ＾を式（１３）に示すように線形補間して求める。
【００４７】
【数８】
【００４８】
また、距離判定部４５は、関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）が距離−直間比ＤＢ４４に格納されている場合には、直間比推定部４３から入力される直間比Ｅから音源距離推定値ｄ＾を計算して出力する。
【実施例２】
【００４９】
直間比算出手段４３３は、式（１２）に示したように全ての周波数ωの直接音パワーの累積値ΣωPd（ω）を、全ての周波数ωの間接音の累積値ΣωPr（ω）で除した値を直間比Ｅとして算出した。受音信号の中には、特定の周波数帯域に成分が集中しているものもある。そのような受音信号の直間比Ｅを、直間比算出手段４３３で算出した場合、直間比Ｅの推定精度は劣化してしまう。
【００５０】
そこで、式（１４）に示すように、特定の周波数領域Ωにおける直間比Ｅを算出する直間比算出手段４３３′（図６）を用いることで、直間比の推定精度を向上させることが出来る。
【００５１】
【数９】
【００５２】
ここで周波数領域Ωは、例えば信号成分の集中する周波数帯域を選択するなどして決定される。例えば、任意のｍ番目のマイクロホンに接続された周波数領域変換部４２mの出力Ｘm（ω,ｌ）のうち、式（１５）に示す様にＸm（ω,ｌ）の絶対値が予め設定された閾値Ｐthより大きい値を持つ周波数ωを選んだり、Ｘm（ω,ｌ）の絶対値が大きい方からＫ番目までの周波数ωを選ぶことで決定される。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、Ｐthは、例えば｜Ｘm（ω,ｌ）｜の全周波数の平均値などが用いられる。
【実施例３】
【００５５】
図７に、この発明の雑音除去装置７００の機能構成例を示す。その動作フローを図８に示す。雑音除去装置７００は、実施例１で述べた直間比推定装置７１と、処理対象信号生成部７２と、対象信号調整部７３と、逆周波数領域変換部７４と、を具備する。
【００５６】
処理対象信号生成部７２は、直間比推定装置７１内の複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mが出力する周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を入力として処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）を出力する（ステップＳ７２）。処理対象信号Ｙ（ω，ｌ）は、周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を例えば図示しない加算手段等で合成したものである。加算する前に、各周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）に、重みを乗じる様にしても良い。
【００５７】
対象信号調整部７３は、直間比推定装置７１が出力する直間比Ｅ（ω）と、処理対象信号生成部７２が出力する処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）を入力として、処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）の振幅を調整した処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を生成する（ステップＳ７３）。逆周波数領域変換部７４は、処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を時間領域の信号ｙ（ｎ）に変換する（ステップＳ７４）。
【００５８】
対象信号調整部７３は、例えば、距離算出手段７２１、フィルタ形成手段７２２、乗算手段７２３、を備える。距離算出手段７２１は、マイクロホンアレー４１と音源との間の距離と、直間比Ｅとの関係を示す関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）を内蔵し、入力される直間比Ｅに応じた音源距離推定値ｄ＾を算出する（距離算出ステップＳ７２１）。
【００５９】
フィルタ形成手段７２２は、式（１６）に示すように、音源距離推定値ｄ＾が、２つの大きさが異なる閾値ｄfとｄnの間の値を取る時間周波数成分を強調するように設定し、２つの距離区間内の帯状の領域にある音源だけを強調するフィルタを形成する。
【００６０】
【数１１】
【００６１】
ここで、Ｇ（ω，ｌ）のｌとωは、上記した直間比推定部４３の処理の内、空間相関行列算出手段４３１において式（１）で平均を行ったＬ個のフレーム及び直間比算出手段４３３において平均を行った周波数Ω（式（１４））に含まれる全ての周波数に対して、同じＧ（ω，ｌ）が乗算される。また、式（１６）においてＧ（ω，ｌ）の値は必ずしも１と０である必要は無く、例えば、０.９と０.１のように十分大きさが異なる値でも良い。
【００６２】
乗算手段７２３は、処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）に、フィルタＧ（ω，ｌ）を乗じて処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を生成する。したがって、処理後信号Ｙ（ω，ｌ）は、２つの距離区間内、つまり、マイクロホンアレー４１から特定の距離範囲に位置する音源の音声が、強調若しくは抑圧されたものとなる。この処理後信号Ｙ（ω，ｌ）は、逆周波数領域変換部７３で時間領域の信号ｙ（ｎ）に変換される。
【００６３】
〔実験結果〕
この発明の効果を確認する目的で、マイクロホンアレーから見て同じ方向で異なる位置に、２つの音源をそれぞれ配置し、マイクロホンアレーから遠い方の音源の音を抑圧するコンピュータシミュレーションを行った。
【００６４】
図９にシミュレーション条件を示す。平面サイズが４×６ｍで、高さが２.５ｍの部屋を想定した。３個のマイクロホンが直線状に４ｃｍの間隔を空けて並べられたマイクロホンアレーを用いた。マイクロホンアレーの大きさは８ｃｍである。マイクロホンアレーは、中央のマイクロホンを高さ１.５ｍで４ｍの壁から１ｍの位置に配置した。そして中央のマイクロホンの中心軸から角度１０°の方向に正規分布に従う白色雑音を発する音源を置き、マイクロホンアレーからの距離を変えて、その都度、直間比を推定した結果を図１０に示す。
【００６５】
図１０の、横軸はマイクロホンアレーと音源間との距離[ｃｍ]、縦軸は直間比[ｄＢ]である。この発明の方法で推定した直間比を○でプロットする。インパルス応答から求めた実際の直間比を□でプロットする。２０ｃｍ以下では、実際の値と異なる傾向を示すが、３０ｃｍ以上の距離においては、実際の値と同じ傾向を示すことから、正しく直間比が求められていることが分かる。
【００６６】
この直間比の値から距離が求められることも、図１０から良く理解することが出来る。
【００６７】
このように、小型の１個のマイクロホンアレーであっても、マイクロホンと音源との間の距離の推定を可能にすることが出来る。この発明の考えは、直間比推定装置、その直間比推定装置を用いた音源距離推定装置、また、雑音除去装置に応用可能である。
【００６８】
なお、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行され
るのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
【００６９】
また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
【００７０】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【００７１】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００７２】
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、音声入力によって機器を操作するハンズフリー方式等に応用可能な、１個のマイクロホンアレーを用いてマイクロホンアレーから音源までの距離を推定する音源距離測定装置、及び音源距離測定装置に用いられる直間比推定装置と、音源距離測定装置を用いた雑音除去装置と、各装置の方法と、装置プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に、非特許文献１に開示された従来のマイクロホンと音源間の距離を測定する考え方を示して簡単に説明する。その考えは、三角測量の原理でマイクロホンと音源との距離を推定するものである。音源の音波の進行方向と直交する向きの直線上に距離Ｄ12の間隔を空けて２個のマイクロホンアレー１，２が配置される。
【０００３】
既知の距離Ｄ12とマイクロホンアレーで推定された角度θ１，θ２より、音源とマイクロホンアレー１と２が成す直線との間の距離Ｄを推定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M.Omologo and P.Svaizer,”Use of the Crosspower-Spectrum Phase in Acoustic Event Location,”IEEE TRANSACTIONS ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING,VOL.5,NO.3,MAY 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、マイクロホンと音源との間の距離を測定する方法は、上記した三角測量の原理に基づく方法しかなかった。三角法で距離Ｄを正確に測定するためにはマイクロホンアレー１，２からの見込み角θ1，θ2とが十分異なる必要があるため、ある程度大きな設置スペースを要する問題点がある。また、マイクロホンアレー間の距離が既知である必要があり、複数のマイクロホンアレーが必須である。よって、音源間距離の測定環境の設置作業が煩雑である。
【０００６】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、１個のマイクロホンアレーであっても、マイクロホンと音源との間の距離の推定を可能にするために、直間比（詳しくは後述する）を用いる新しい方法を提案する。そして、その直間比を用いた音源距離測定装置と、音源距離測定装置を構成する直間比推定装置と、音源距離測定装置を用いた雑音除去装置と、各装置の方法とプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の音源距離測定装置は、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、距離判定部と、を具備する。複数の周波数領域変換部は、複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、受音信号を周波数領域の信号に変換する。直間比推定部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として受音信号の直間比を推定する。距離判定部は、直間比を入力として距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する距離を推定する。
【０００８】
また、この発明の直間比推定装置は、この発明の音源距離測定装置と同じ、複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、複数の周波数領域変換部と、直間比推定部と、を具備する。
【０００９】
また、この発明の雑音除去装置は、この発明の音源距離測定装置の構成に、処理対象信号生成部と、対象信号調整部と、逆周波数領域変換部とを更に備える。処理対象信号生成部は、複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を合成して処理対象信号を生成する。対象信号調整部は、処理対象信号と、直間比を入力としてその値に応じて処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する。逆周波数領域変換部は、処理後信号を時間領域の信号に変換する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の音源距離推定装置は、１個の小規模なマイクロホンアレーで音源とマイクロホンアレーとの間の距離の推定を可能とするため、省スペース化が可能である。また、設置毎に変化するマイクロホンアレー間の距離など、予め測定して置かなければならない情報も不要である。
【００１１】
また、この発明の直間比推定装置は、音源距離推定のための指標である直間比を提供することができる。また、この発明の雑音除去装置は、直間比を推定して、その値に応じて受音信号をフィルタリングする。直間比とは、受信音に含まれる直接音と間接音（残響音）との比であり、マイクロホンと音源間との距離に応じて単調に変化する値である。この値に応じて受信音をフィルタリングすることで一定の距離範囲内にあると判定された音源の成分だけを強調又は抑圧して収音することができる。その結果、１個のマイクロホンアレーで特定の距離にある音源の音だけを収音（雑音を除去）することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の音源距離測定装置１００を利用する場面の一例を示す図。
【図２】屋内での音の伝搬経路を示す図。
【図３】直間比とマイクロホン間距離との関係を示す図。
【図４】この発明の音源距離推定装置４００の機能構成例を示す図
【図５】音源距離推定装置４００の動作フローを示す図。
【図６】直間比推定部４３の機能構成例を示す図。
【図７】この発明の雑音除去装置７００の機能構成例を示す図。
【図８】雑音除去装置８００の動作フローを示す図。
【図９】効果確認実験の実験条件を示す図。
【図１０】直間比の一例を示す図。
【図１１】非特許文献１に開示された従来のマイクロホンと音源間の距離を測定する考え方を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。また、以下の説明において、テキスト中で使用する記号「￣」や「＾」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。
【００１４】
実施例の説明の前にこの発明の考えについて説明する。
【００１５】
〔この発明の考え〕
この発明は、単一のマイクロホンアレーを用いて、マイクロホンアレーと音源との間の距離を推定するものである。図１にこの発明の音源距離推定装置４００を利用する場面を例示する。残響特性を持つ部屋１０の中に、１個のマイクロホンアレー１１と、発話者１２が存在している。マイクロホンアレー１１と発話者１２は距離を置いて配置されている。
【００１６】
この状況において、発話者１２とマイクロホンアレー１１との間の距離Ｄを推定したい。そこで、この発明は、直間比を用いて音源間との距離を推定する。
【００１７】
直間比とは、受信音に含まれる直接音と間接音（残響音）との比である。図２に屋内にマイクロホンを置いて音を収録した際の、音源２１からマイクロホン２２までの音の伝搬経路を示す。直接音とは、音源２１からマイクロホンまで直接到達する太い実線で示す音波である。一方の残響音とは、音源２１から発した音が壁や床や天井などで反射してからマイクロホン２２に到達する破線で示す音波である。
【００１８】
図３に直間比とマイクロホン間距離との関係を示す。図３の横軸はマイクロホンから音源までの距離、縦軸は直間比である。一般的に間接音はマイクロホンからの距離に依存しない一定の大きさを示す。その間接音に対して直接音は、マイクロホンからの距離の増加に伴って単調に減少する特性を示す。その直接音を間接音で除した直間比は、直接音と同様に距離の増加に伴って単調に減少する特性になる。
【００１９】
この発明の音源距離推定装置は、この直間比を用いることで、１個のマイクロホンアレーで受音した受信音からマイクロホンアレーと音源との間の距離の推定を可能にする。この発明の直間比推定装置は、直間比を出力する。また、この発明の雑音除去装置は、直間比推定装置が出力する直間比に応じて受音信号の雑音を除去する。
【実施例１】
【００２０】
図４にこの発明の音源距離推定装置４００の機能構成例を示す。その動作フローを図５に示す。雑音除去装置４００は、１個のマイクロホンアレー４１と、複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mと、直間比推定部４３と、距離−直間比データベース（以降、距離−直間比ＤＢと称する）４４と、距離判定部４５と、を具備する。マイクロホンアレー４１を除く各機能構成部は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるものである。
【００２１】
マイクロホンアレー４１は複数のマイクロホンｍ1，…ｍMから成る。複数の周波数領域変換部４２1，…，４２Mは、複数のマイクロホンｍ1，…ｍMで受音された受音信号ｘm（ｎ）がそれぞれ入力され、各受音信号を周波数領域の信号に変換する（ステップＳ４２）。周波数領域変換部４２1，…，４２Mは、受音信号ｘm（ｎ）を、例えばサンプリング周波数１６ｋＨｚでサンプリングしてディジタル信号に変換し、例えば２５６個のサンプルを１フレームとして、それぞれのフレームにおいて離散フーリエ変換を行い周波数成分Ｘm（ω，ｌ）を出力する（ステップＳ４２）。ωは周波数、ｌはフレーム番号である。なお、受音信号ｘm（ｎ）をディジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器は省略している。
【００２２】
直間比推定部４３は、複数の周波数領域変換部４２1，…，４２mが出力する周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を入力として受音信号の直間比Ｅを推定する（ステップＳ４３）。
【００２３】
距離−直間比ＤＢ４４は、直間比Ｅとマイクロホンアレーと音源との距離との関係を記録している。距離判定部４５は、直間比を入力として距離−直間比ＤＢ４４を参照してその直間比と対応する距離を推定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４２〜ステップＳ４５までの動作は、全ての受音信号ｘm（ｎ）が終了するまで継続される。
【００２４】
以上の動作により、１個のマイクロホンアレーによって、例えば、特定の距離範囲にある音だけを強調し、その範囲外の音は抑圧して雑音除去が行われる。以降、各部のより具体的な機能構成例を示して更に詳しくこの発明を説明する。
【００２５】
〔直間比推定部〕
図６に直間比推定部４３機能構成例を示す。直間比推定部４３は、空間相関行列算出手段４３１と、信号パワー推定手段４３２と、直間比算出手段４３３と、を備える。空間相関行列算出手段４３１は、複数の周波数領域変換手段４２1，…，４２Mが出力する周波数領域の信号Ｘ1（ω，ｌ），…，ＸM（ω，ｌ）を入力として、周波数領域の信号Ｘ1（ω，ｌ），…，ＸM（ω，ｌ）をベクトル化し、その入力信号を用いて式（１）に示す空間相関行列Ｒ（ω）を算出する。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここでＴは行列の転置、Ｈは共役転置を、Ｌは平均を求めるフレームの数を表す。
空間相関行列Ｒ（ω）は、信号パワー推定手段４３２に入力される。
【００２８】
信号パワー推定部４３２は、空間相関行列算出手段４３１が出力する空間相関行列Ｒ（ω）の各成分Ｒij（ω）と、予め与えられているマイクロホンアレーのマイクロホン配置と、音源の方向より与えられる行列Ｒd（ω）（式（３））と、行列Ｒr（ω）（式（４））の各成分ｄij（ω）と、各成分ｒij（ω）より、それぞれ構成される式（５）に示す行列Ａ（ω）と、式（６）に示すＢ（ω）を用いる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ここで、Ｄmnはｍ番目のマイクロホンとｎ番目のマイクロホンの距離、θはマイクロホンアレーの正面から見た音源の方向である。ここでは、マイクロホンアレーの形状は直線配置とし、マイクロホンアレーの正面とはマイクロホンの並ぶ直線の法線方向を意味する。
【００３１】
【数３】
【００３２】
そして、式（７）に示す連立方程式を立て、これを解くことで直接音のパワーＰd（ω）と残響音のパワーＰr（ω）で構成されるベクトルＰ（ω）（式（８））を求め、直接音パワーＰd（ω）と残響音パワーＰr（ω）をそれぞれ出力する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
なお、マイクロホンアレーの配置が直線以外の配置の場合の行列Ｒd（ω）は、より一般的な式（９）に示す形式で表せる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
ここでＤmn（θ）￣は、角度θ°方向から見たときのｍ番目のマイクロホンとｎ番目のマイクロホンの距離差を表す。また、式（７）の連立方程式の解の導出は、例えば式（１１）に示すようにＡ（ω）の擬似逆行列Ａ＋（ω）（式（１０））を、Ｂ（ω）の左から掛ける方法で行われる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
直間比算出手段４３は、直接音パワーＰd（ω）と残響音パワーＰr（ω）より、式（１２）によって直間比Ｅを算出して出力する。
【００３９】
【数７】
【００４０】
以上説明した直間比推定部４３と、１個のマイクロホンアレー４１と、複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mの構成で、直間比Ｅを出力する直間比推定装置７１が構成できる。また、直間比は、空間相関行列Ｒ（ω）を固有値展開して求めた固有値から求めても良い。
【００４１】
距離−直間比ＤＢ４４には、距離と直間比との関係に関する情報が予め記録されている。距離と直間比との関係に関する情報とは、実際に実験により求めた距離と直間比とを対応付けた組（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…を線形補間して得られる関数や、（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…の組から求めた近似関数等の距離と直間比との関係を示す関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）とする。関数ｆ（Ｅ）は、例えば、参考文献「M.Tohyama et. al.”The Nature and Technology of Acoustic Space,”Academic Press,1995.」に記載されている。
【００４２】
距離判定部４５は、直間比推定部４３から入力される直間比Ｅと、距離−直間比ＤＢ４４に記録されている距離と直間比との関係を参照して、直間比Ｅに対応する音源距離推定値ｄ＾を出力する。
【００４３】
距離と直間比とを対応付けた組（ｄ1，Ｅ1），（ｄ2，Ｅ2），…そのものが距離−直間比ＤＢ４４に格納されている場合は、次の三つのステップにより音源距離推定値ｄ＾を求めて出力する。
【００４４】
第一ステップ：距離−直間比ＤＢ４４に格納されたＥ1，Ｅ2，…の内、直間比推定部４３で求めた直間比Ｅに隣接する２つの直間比ＥmとＥnを求める。
【００４５】
第二ステップ：直間比ＥmとＥnのそれぞれに対応する距離ｄmとｄnを距離−直間比ＤＢ４４より求める。
【００４６】
第三ステップ：距離ｄmとｄnとから音源距離推定値ｄ＾を式（１３）に示すように線形補間して求める。
【００４７】
【数８】
【００４８】
また、距離判定部４５は、関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）が距離−直間比ＤＢ４４に格納されている場合には、直間比推定部４３から入力される直間比Ｅから音源距離推定値ｄ＾を計算して出力する。
【実施例２】
【００４９】
直間比算出手段４３３は、式（１２）に示したように全ての周波数ωの直接音パワーの累積値ΣωPd（ω）を、全ての周波数ωの間接音の累積値ΣωPr（ω）で除した値を直間比Ｅとして算出した。受音信号の中には、特定の周波数帯域に成分が集中しているものもある。そのような受音信号の直間比Ｅを、直間比算出手段４３３で算出した場合、直間比Ｅの推定精度は劣化してしまう。
【００５０】
そこで、式（１４）に示すように、特定の周波数領域Ωにおける直間比Ｅを算出する直間比算出手段４３３′（図６）を用いることで、直間比の推定精度を向上させることが出来る。
【００５１】
【数９】
【００５２】
ここで周波数領域Ωは、例えば信号成分の集中する周波数帯域を選択するなどして決定される。例えば、任意のｍ番目のマイクロホンに接続された周波数領域変換部４２mの出力Ｘm（ω,ｌ）のうち、式（１５）に示す様にＸm（ω,ｌ）の絶対値が予め設定された閾値Ｐthより大きい値を持つ周波数ωを選んだり、Ｘm（ω,ｌ）の絶対値が大きい方からＫ番目までの周波数ωを選ぶことで決定される。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、Ｐthは、例えば｜Ｘm（ω,ｌ）｜の全周波数の平均値などが用いられる。
【実施例３】
【００５５】
図７に、この発明の雑音除去装置７００の機能構成例を示す。その動作フローを図８に示す。雑音除去装置７００は、実施例１で述べた直間比推定装置７１と、処理対象信号生成部７２と、対象信号調整部７３と、逆周波数領域変換部７４と、を具備する。
【００５６】
処理対象信号生成部７２は、直間比推定装置７１内の複数の周波数領域変換部４２1〜４２Mが出力する周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を入力として処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）を出力する（ステップＳ７２）。処理対象信号Ｙ（ω，ｌ）は、周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）を例えば図示しない加算手段等で合成したものである。加算する前に、各周波数領域の信号Ｘm（ω，ｌ）に、重みを乗じる様にしても良い。
【００５７】
対象信号調整部７３は、直間比推定装置７１が出力する直間比Ｅ（ω）と、処理対象信号生成部７２が出力する処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）を入力として、処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）の振幅を調整した処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を生成する（ステップＳ７３）。逆周波数領域変換部７４は、処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を時間領域の信号ｙ（ｎ）に変換する（ステップＳ７４）。
【００５８】
対象信号調整部７３は、例えば、距離算出手段７２１、フィルタ形成手段７２２、乗算手段７２３、を備える。距離算出手段７２１は、マイクロホンアレー４１と音源との間の距離と、直間比Ｅとの関係を示す関数式ｄ＝ｆ（Ｅ）を内蔵し、入力される直間比Ｅに応じた音源距離推定値ｄ＾を算出する（距離算出ステップＳ７２１）。
【００５９】
フィルタ形成手段７２２は、式（１６）に示すように、音源距離推定値ｄ＾が、２つの大きさが異なる閾値ｄfとｄnの間の値を取る時間周波数成分を強調するように設定し、２つの距離区間内の帯状の領域にある音源だけを強調するフィルタを形成する。
【００６０】
【数１１】
【００６１】
ここで、Ｇ（ω，ｌ）のｌとωは、上記した直間比推定部４３の処理の内、空間相関行列算出手段４３１において式（１）で平均を行ったＬ個のフレーム及び直間比算出手段４３３において平均を行った周波数Ω（式（１４））に含まれる全ての周波数に対して、同じＧ（ω，ｌ）が乗算される。また、式（１６）においてＧ（ω，ｌ）の値は必ずしも１と０である必要は無く、例えば、０.９と０.１のように十分大きさが異なる値でも良い。
【００６２】
乗算手段７２３は、処理対象信号Ｘ（ω，ｌ）に、フィルタＧ（ω，ｌ）を乗じて処理後信号Ｙ（ω，ｌ）を生成する。したがって、処理後信号Ｙ（ω，ｌ）は、２つの距離区間内、つまり、マイクロホンアレー４１から特定の距離範囲に位置する音源の音声が、強調若しくは抑圧されたものとなる。この処理後信号Ｙ（ω，ｌ）は、逆周波数領域変換部７３で時間領域の信号ｙ（ｎ）に変換される。
【００６３】
〔実験結果〕
この発明の効果を確認する目的で、マイクロホンアレーから見て同じ方向で異なる位置に、２つの音源をそれぞれ配置し、マイクロホンアレーから遠い方の音源の音を抑圧するコンピュータシミュレーションを行った。
【００６４】
図９にシミュレーション条件を示す。平面サイズが４×６ｍで、高さが２.５ｍの部屋を想定した。３個のマイクロホンが直線状に４ｃｍの間隔を空けて並べられたマイクロホンアレーを用いた。マイクロホンアレーの大きさは８ｃｍである。マイクロホンアレーは、中央のマイクロホンを高さ１.５ｍで４ｍの壁から１ｍの位置に配置した。そして中央のマイクロホンの中心軸から角度１０°の方向に正規分布に従う白色雑音を発する音源を置き、マイクロホンアレーからの距離を変えて、その都度、直間比を推定した結果を図１０に示す。
【００６５】
図１０の、横軸はマイクロホンアレーと音源間との距離[ｃｍ]、縦軸は直間比[ｄＢ]である。この発明の方法で推定した直間比を○でプロットする。インパルス応答から求めた実際の直間比を□でプロットする。２０ｃｍ以下では、実際の値と異なる傾向を示すが、３０ｃｍ以上の距離においては、実際の値と同じ傾向を示すことから、正しく直間比が求められていることが分かる。
【００６６】
この直間比の値から距離が求められることも、図１０から良く理解することが出来る。
【００６７】
このように、小型の１個のマイクロホンアレーであっても、マイクロホンと音源との間の距離の推定を可能にすることが出来る。この発明の考えは、直間比推定装置、その直間比推定装置を用いた音源距離推定装置、また、雑音除去装置に応用可能である。
【００６８】
なお、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行され
るのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
【００６９】
また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
【００７０】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【００７１】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００７２】
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、
上記複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換部と、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定部と、
を具備する直間比推定装置。
【請求項２】
複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、
上記複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換部と、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定部と、
上記直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、
上記直間比を入力として上記距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する音源距離推定値を推定する距離判定部と、
を具備する音源距離測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載した音源距離測定装置において、
上記直間比推定部は、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力としてその周波数領域の信号をベクトル化して空間相関行列を算出する空間相関行列算出手段と、
予め与えられる上記マイクロホンの配置情報と、上記空間相関行列とから直接音のパワーと残響音のパワーで構成されるベクトルを求め、直接音パワーと残響音パワーを出力する信号パワー推定手段と、
上記直接音パワーを上記残響音パワーで除した上記直間比を算出する直間比算出手段と、
を備え、
上記直接音パワーと上記残響音パワーのそれぞれが、特定の周波数領域における加算値であることを特徴とする音源距離測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載した直間比推定装置と、
上記直間比推定装置内の複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として処理対象信号を生成する処理対象信号生成部と、
請求項１に記載した直間比推定装置が出力する直間比と、上記処理対象信号とを入力として、当該直間比に応じて上記処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する対象信号調整部と、
上記処理後信号を時間領域の信号に変換する逆周波数領域変換部と、
を具備する雑音除去装置。
【請求項５】
複数の周波数領域変換部が、１個のマイクロホンアレーを構成する複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換過程と、
直間比推定部が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定過程と、
を含む直間比推定方法。
【請求項６】
複数の周波数領域変換部が、１個のマイクロホンアレーを構成する複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換過程と、
直間比推定部が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定過程と、
距離判定部が、上記直間比を入力として直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する音源距離推定値を推定する距離判定過程と、
を含む音源距離測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載した音源距離測定方法において、
上記直間比推定過程は、
空間相関行列算出手段が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力としてその周波数領域の信号をベクトル化して空間相関行列を算出する空間相関行列算出ステップと、
信号パワー推定手段が、予め与えられる上記マイクロホンの配置情報と、上記空間相関行列とから直接音のパワーと残響音のパワーで構成されるベクトルを求め、直接音パワーと残響音パワーを出力する信号パワー推定ステップと、
直間比算出手段が、上記直接音パワーを上記残響音パワーで除した上記直間比を算出する直間比算出ステップと、
を含み、
上記直接音パワーと上記残響音パワーのそれぞれが、特定の周波数領域における加算値であることを特徴とする音源距離測定方法。
【請求項８】
請求項５に記載した直間比推定方法と、
処理対象信号生成部が、上記直間比推定方法で生成された複数の周波数領域の信号を入力として処理対象信号を生成する処理対象信号生成過程と、
請求項５に記載した直間比推定方法で推定した直間比と、
対象信号生成部が、請求項１に記載した直間比推定装置が出力する直間比と、上記処理対象信号とを入力として、当該直間比に応じて上記処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する対象信号調整過程と、
逆周波数領域変換部が、上記処理後信号を時間領域の信号に変換する逆周波数領域変換過程と、
を含む雑音除去方法。
【請求項９】
請求項１に記載した直間比推定装置、または、請求項２または３に記載した音源距離測定装置、または、請求項４に記載した雑音除去装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。
【請求項１】
複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、
上記複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換部と、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定部と、
を具備する直間比推定装置。
【請求項２】
複数のマイクロホンから成る１個のマイクロホンアレーと、
上記複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換部と、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定部と、
上記直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースと、
上記直間比を入力として上記距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する音源距離推定値を推定する距離判定部と、
を具備する音源距離測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載した音源距離測定装置において、
上記直間比推定部は、
上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力としてその周波数領域の信号をベクトル化して空間相関行列を算出する空間相関行列算出手段と、
予め与えられる上記マイクロホンの配置情報と、上記空間相関行列とから直接音のパワーと残響音のパワーで構成されるベクトルを求め、直接音パワーと残響音パワーを出力する信号パワー推定手段と、
上記直接音パワーを上記残響音パワーで除した上記直間比を算出する直間比算出手段と、
を備え、
上記直接音パワーと上記残響音パワーのそれぞれが、特定の周波数領域における加算値であることを特徴とする音源距離測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載した直間比推定装置と、
上記直間比推定装置内の複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として処理対象信号を生成する処理対象信号生成部と、
請求項１に記載した直間比推定装置が出力する直間比と、上記処理対象信号とを入力として、当該直間比に応じて上記処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する対象信号調整部と、
上記処理後信号を時間領域の信号に変換する逆周波数領域変換部と、
を具備する雑音除去装置。
【請求項５】
複数の周波数領域変換部が、１個のマイクロホンアレーを構成する複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換過程と、
直間比推定部が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定過程と、
を含む直間比推定方法。
【請求項６】
複数の周波数領域変換部が、１個のマイクロホンアレーを構成する複数のマイクロホンで受音された受音信号がそれぞれ入力され、上記受音信号を周波数領域の信号に変換する複数の周波数領域変換過程と、
直間比推定部が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力として上記受音信号の直間比を推定する直間比推定過程と、
距離判定部が、上記直間比を入力として直間比と距離との関係を記録した距離−直間比データベースを参照して当該直間比と対応する音源距離推定値を推定する距離判定過程と、
を含む音源距離測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載した音源距離測定方法において、
上記直間比推定過程は、
空間相関行列算出手段が、上記複数の周波数領域変換部の出力する周波数領域の信号を入力としてその周波数領域の信号をベクトル化して空間相関行列を算出する空間相関行列算出ステップと、
信号パワー推定手段が、予め与えられる上記マイクロホンの配置情報と、上記空間相関行列とから直接音のパワーと残響音のパワーで構成されるベクトルを求め、直接音パワーと残響音パワーを出力する信号パワー推定ステップと、
直間比算出手段が、上記直接音パワーを上記残響音パワーで除した上記直間比を算出する直間比算出ステップと、
を含み、
上記直接音パワーと上記残響音パワーのそれぞれが、特定の周波数領域における加算値であることを特徴とする音源距離測定方法。
【請求項８】
請求項５に記載した直間比推定方法と、
処理対象信号生成部が、上記直間比推定方法で生成された複数の周波数領域の信号を入力として処理対象信号を生成する処理対象信号生成過程と、
請求項５に記載した直間比推定方法で推定した直間比と、
対象信号生成部が、請求項１に記載した直間比推定装置が出力する直間比と、上記処理対象信号とを入力として、当該直間比に応じて上記処理対象信号の振幅を調整した処理後信号を生成する対象信号調整過程と、
逆周波数領域変換部が、上記処理後信号を時間領域の信号に変換する逆周波数領域変換過程と、
を含む雑音除去方法。
【請求項９】
請求項１に記載した直間比推定装置、または、請求項２または３に記載した音源距離測定装置、または、請求項４に記載した雑音除去装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５３０６２（Ｐ２０１１−５３０６２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１７２５（Ｐ２００９−２０１７２５）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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