JP3474131B2 - 高速信号探索方法、装置及びその記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号系列の中か
ら、あらかじめ登録した信号と類似した信号の堤所を探
し出す高速信号探索方法、装置及び高速信号探索方法を
コンピュータにより実行させるためのプログラムを記録
したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に関す
るものであり、例えば音響信号検出に利用することがで
きる。すなわち、放送の音響信号の中から特定のコマー
シャルの放映された時刻を検出し自動記録したり、特定
のテーマソングを検出してビデオ録画を開始したり停止
したりすることを可能とする信号検出技術に関連する。

【０００２】また、本発明は、放送から拍手音の発せら
れた時刻や、笑い声の発せられた時刻などを自動的に監
視したり、特定のシーンを検索したりすることを可能と
する技術にも関連する。さらに、本発明は、音響信号だ
けではなく、映像信号など一般の信号の検出に応用でき
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、目的とする信号（以下、参照信号
と記す。）が存在する領域を信号系列中から検出する手
法として、マッチトフィルターがある。マッチトフィル
ターは、入力された信号の注目領域（以下、注目窓と記
す。）における波形と、参照信号の波形との間における
相関値を、該注目窓を移動させながら計算し、該相関値
がある一定値以上になると、「参照信号がその注目窓内
に存在する」と判断する手法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法では、入力信号の全領域に対して注目窓の位置を細か
く移動させながら相関値を計算する必要があるために、
計算量が膨大になり、計算速度が遅くなるとういう問題
があった。この問題を解決するために、我々は、既に
「高速信号探索方法、装置およびその記録媒体」（特願
平１１−１３０６３０号）において、あらかじめ登録し
た音響信号と類似した音響信号の場所を探し出す音響信
号検出方法や、この方法の検出精度を改良した方法につ
いて提案した。

【０００５】しかし、これらの方法では、常に最悪の類
似度変化を想定して照合を進めるために、現実の信号に
対しては、無駄な照合が行われる場合があるという問題
があった。本発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであり、少ない照合計算回数で信号検出処理を行う
ことにより、より高速に信号探索を行うことができる高
速信号探索方法、装置及びその記録媒体を提供すること
を目的とする。特に、上述した「高速信号探索方法、装
置およびその記録媒体」（特願平１１−１３０６３０
号）において提案した方法に比べて、スキップ幅計算過
程において、この先願における実施の形態に比べて大き
い幅で注目窓のスキップを行い、新たにバックトラック
必要性判定過程を設けて検出もれを抑止することで、同
一の精度を保証したまま、より高速な信号検出を可能と
した点が発明の主眼である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の発明は、入力信号から、
予め登録した参照信号に類似した部分を探し出す高速信
号探索方法において、前記参照信号から特徴量系列を導
く参照特徴量計算過程と、前記入力信号から特徴量系列
を導き、その特徴量系列に対して注目窓を設定する入力
特徴量計算過程と、前記参照特徴量計算過程で導かれた
特徴量系列と、前記入力特徴量計算過程で設定した注目
窓内の特徴量系列との類似度を計算する類似度計算過程
と、前記類似度計算過程で計算された類似度に基づい
て、前記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅
だけ前記注目窓を移動させるスキップ幅計算過程と、前
記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置におい
て、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づいて、
前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか
否かを判定するバックトラック必要性判定過程と、を備
え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及びバッ
クトラック必要性判定過程による処理を繰り返して、前
記入力信号の複数箇所について、前記参照信号との類似
度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とする類似
度とを比較することにより、前記参照信号が、前記入力
信号の当該箇所に存在するか否かを決定することを特徴
とする。

【０００７】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の高速信号探索方法において、前記スキップ幅計算
過程は、類似度の確率密度分布に基づいて将来の類似度
の予測を行い、前記予測に基づいてスキップ幅を決定す
ることを特徴とする。

【０００８】また請求項３に記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載の高速信号探索方法において、前記参照特
徴量計算過程及び前記入力特徴量計算過程は、それぞれ
得られた特徴量系列に対してヒストグラムを作成し、前
記類似度計算過程において該ヒストグラムに基づいて類
似度を計算することを特徴とする。

【０００９】また請求項４に記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれかに記載の高速信号探索方法において、前
記注目窓は、前記参照信号と同一の時間長を有すること
を特徴とする。

【００１０】また請求項５に記載の発明は、入力信号か
ら、予め登録した参照信号に類似した部分を探し出す高
速信号探索装置であって、前記参照信号から特徴量系列
を導く参照特徴量計算手段と、前記入力信号から特徴量
系列を導き、その特徴量系列に対して注目窓を設定する
入力特徴量計算手段と、前記参照特徴量計算手段で導か
れた特徴量系列と、前記入力特徴量計算手段で設定した
注目窓内の特徴量系列との類似度を計算する類似度計算
手段と、前記類似度計算手段で計算された類似度に基づ
いて、前記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ
幅だけ前記注目窓を移動させるスキップ幅計算手段と、
前記スキップ幅計算手段で移動させた注目窓位置におい
て、前記類似度計算手段により計算された類似度に基づ
いて、前記移動させた注目窓を時間の逆方向に戻す必要
があるか否かを判定するバックトラック必要性判定手段
とを有し、前記類似度計算手段は、前記入力信号の複数
箇所について、前記参照信号との類似度を計算し、該類
似度と、予め設定した目標とする類似度とを比較するこ
とにより、前記参照信号が、前記入力信号の当該箇所に
存在するか否かを決定することを特徴とする。

【００１１】また請求項６に記載の発明は、請求項５に
記載の高速信号探索装置において、前記参照特徴量計算
手段及び前記入力特徴量計算手段は、それぞれ得られた
特徴量系列に対してヒストグラムを作成し、前記類似度
計算手段において該ヒストグラムに基づいて類似度を計
算することを特徴とする。

【００１２】また請求項７に記載の発明は、請求項５ま
たは６のいずれかに記載の高速信号探索装置において、
前記注目窓は、前記参照信号と同一の時間長を有するこ
とを特徴とする。

【００１３】また請求項８に記載の発明は、入力信号か
ら、予め登録した参照信号に類似した部分を探し出す高
速信号探索方法において、前記参照信号から特徴量系列
を導く参照特徴量計算過程と、前記入力信号から特徴量
系列を導き、その特徴量系列に対して注目窓を設定する
入力特徴量計算過程と、前記参照特徴量計算過程で導か
れた特徴量系列と、前記入力特徴量計算過程で設定した
注目窓内の特徴量系列との類似度を計算する類似度計算
過程と、前記類似度計算過程で計算された類似度に基づ
いて、前記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ
幅だけ前記注目窓を移動させるスキップ幅計算過程と、
前記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置におい
て、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づいて、
前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか
否かを判定するバックトラック必要性判定過程とを備
え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及びバッ
クトラック必要性判定過程による処理を繰り返して、前
記入力信号の複数箇所について、前記参照信号との類似
度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とする類似
度とを比較することにより、前記参照信号が、前記入力
信号の当該箇所に存在するか否かを決定することを特徴
とする高速信号探索方法をコンピュータにより実行させ
るためのプログラムを記録したコンピュータにより読み
取り可能な記録媒体を要旨とする。

【００１４】請求項１乃至４に記載の発明によれば、入
力信号から、予め登録した参照信号に類似した部分を探
し出す高速信号探索方法において、信号探索時に入力信
号に設定された注目窓を移動する際に、スキップ幅計算
過程で大幅に注目窓を移動させ、移動した注目窓を時間
の逆方向に戻す必要があるか否かを判定するバックトラ
ック必要性判定過程を新たに設けて信号の検出漏れを抑
止するようにしたので、より少ない照合計算回数で信号
検出処理を行うことができ、より高速に信号を検索する
ことができる。

【００１５】また請求項５乃至７に記載の発明によれ
ば、入力信号から、予め登録した参照信号に類似した部
分を探し出す高速信号探索装置において、信号探索時に
入力信号に設定された注目窓を移動する際に、スキップ
幅計算手段により大幅に注目窓を移動させ、移動した注
目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか否かを判定する
バックトラック必要性判定手段を新たに設けて信号の検
出漏れを抑止するようにしたので、より少ない照合計算
回数で信号検出処理を行うことができ、より高速に信号
を検索することができる。

【００１６】更に請求項８に記載の発明によれば、入力
信号から、予め登録した参照信号に類似した部分を探し
出す高速信号探索方法において、前記参照信号から特徴
量系列を導く参照特徴量計算過程と、前記入力信号から
特徴量系列を導き、その特徴量系列に対して注目窓を設
定する入力特徴量計算過程と、前記参照特徴量計算過程
で導かれた特徴量系列と、前記入力特徴量計算過程で設
定した注目窓内の特徴量系列との類似度を計算する類似
度計算過程と、前記類似度計算過程で計算された類似度
に基づいて、前記注目窓のスキップ幅を計算し、そのス
キップ幅だけ前記注目窓を移動させるスキップ幅計算過
程と、前記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置
において、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づ
いて、前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要が
あるか否かを判定するバックトラック必要性判定過程と
を備え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及び
バックトラック必要性判定過程による処理を繰り返し
て、前記入力信号の複数箇所について、前記参照信号と
の類似度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とす
る類似度とを比較することにより、前記参照信号が、前
記入力信号の当該箇所に存在するか否かを決定すること
を特徴とする高速信号探索方法をコンピュータにより実
行させるためのプログラムをコンピュータにより読み取
り可能な記録媒体に記録するようにしたので、このプロ
グラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する
ことにより、従来より少ない照合計算回数で信号検出処
理を行うことができ、より高速に信号を検索することが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る高
速信号探索装置は、入力信号から、予め登録した参照信
号に類似した部分を探し出す高速信号探索方法であっ
て、前記参照信号から特徴量系列を導く参照特徴量計算
過程と、前記入力信号から特徴量系列を導き、その特徴
量系列に対して注目窓を設定する入力特徴量計算過程
と、前記参照特徴量計算過程で導かれた特徴量系列と、
前記入力特徴量計算過程で設定した注目窓内の特徴量系
列との類似度を計算する類似度計算過程と、前記類似度
計算過程で計算された類似度に基づいて、前記注目窓の
スキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ前記注目窓を
移動させるスキップ幅計算過程と、前記スキップ幅計算
過程で移動させた注目窓位置において、前記類似度計算
過程で得られた類似度に基づいて、前記移動した注目窓
を時間の逆方向に戻す必要があるか否かを判定するバッ
クトラック必要性判定過程と、を備え、前記類似度計算
過程、スキップ幅計算過程及びバックトラック必要性判
定過程による処理を繰り返して、前記入力信号の複数箇
所について、前記参照信号との類似度を計算し、該類似
度と、予め設定した目標とする類似度とを比較すること
により、前記参照信号が、前記入力信号の当該箇所に存
在するか否かを決定する高速信号探索方法を実施するた
めの装置である。

【００１８】本発明の実施の形態に係る高速信号探索装
置の構成を図１に示す。本発明の実施の形態に係る高速
信号探索装置は、入力信号として音響信号を対象として
いる。図１において、本実施の形態に係る高速信号探索
装置１は、参照特徴量計算手段１０と、入力特徴量計算
手段１２と、類似度計算手段１４と、スキップ幅計算手
段１６と、バックトラック必要性判定手段１８とを有し
ている。

【００１９】ここで図１に示す高速信号探索装置は、具
体的には、ＣＰＵ（中央処理装置）およびその周辺回路
からなるコンピュータシステムにより構成される。該コ
ンピュータシステムは、所定の記録媒体（磁気ディス
ク、半導体メモリ等）に記録された制御プログラムで制
御されることによって、図１に示す各手段として機能す
る。なお、上記制御プログラムは通信回線を介して頒布
することが可能である。

【００２０】本実施の形態に係る高速信号探索装置１
は、入力端子１００より入力される参照信号、すなわち
見本となる検索したい音響信号と、入力端子１０２より
入力される入力信号、すなわち検索される音響信号を入
力とし、参照信号との類似度が予め設定した値（これを
探索閾値という）θ以上となる入力信号中の箇所を示す
データを出力端子１０４より出力する。

【００２１】参照特徴量計算手段１０は、参照信号から
特徴量系列を導く。また入力特徴量計算手段１２は、入
力信号から特徴量系列を導き、その特徴量系列に対して
注目窓を設定する。類似度計算手段１４は、上記参照特
徴量計算過程で導かれた特徴量系列と、上記入力特徴量
計算過程で設定した注目窓内の特徴量系列との類似度を
計算する。

【００２２】スキップ幅計算手段１６は、上記類似度計
算手段１４で計算された類似度に基づいて、注目窓のス
キップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ注目窓を移動さ
せる。 バックトラック必要性判定手段１８は、上記ス
キップ幅計算手段１６により移動した注目窓位置におい
て、類似度計算手段１４が出力する類似度に基づいて、
注目窓を時間の逆方向に戻す必要があるかどうかを判定
する。

【００２３】次に図１に示した本発明の実施の形態に係
る高速信号探索装置の動作について図２及び図３を参照
して具体的に説明する。図２は本実施の形態に係る高速
信号探索装置の動作を示すフローチャートであり、図３
は本実施の形態に係る高速信号探索装置のオーバースキ
ッピングの原理を示す説明図である。なお、以下では、
説明を簡潔にするために、注目窓を参照信号と同一の時
間長とした場合について説明するが、「高速信号探索方
法、装置およびその記録媒体」（特願平１１―１３０６
３０号）に記載されているように注目窓を時間的に分割
する場合にも同様に適用できる。

【００２４】参照特徴量計算手段１０では、はじめに、
与えられた参照信号を読み込む。次に、読み込んだ参照
信号に対して特徴抽出を行う（ステップ２０１）。本実
施の形態では、特徴としてスペクトル特徴を用いるの
で、特徴抽出は、例えば帯域通過フィルタによって行う
ことができる。特徴量抽出の具体例を以下に説明する。
例えば、テレビやラジオ等の放送信号から１５秒程度の
音響信号を探索したい場合、図４に示す装置で特徴量を
抽出すると、良い結果が得られる。すなわち、７個の帯
域通過フィルタを用い、それらの中心周波数を対数軸上
で等間隔に設定し、各帯域通過フィルタの出力波形に対
して６０ミリ秒程度の時間長の分析窓を設定し、その分
析窓内における出力波形の自乗の平均値を計算する。こ
のようにして得られた７個の平均値を一組にして７次元
特徴ベクトルとする。この分析窓を１０ミリ秒ずつ移動
させながら、順次、特徴ベクトルの算出を行う。

【００２５】次に、特徴ベクトルの時系列から、特徴ベ
クトルのヒストグラムを作成する（ステップ２０２）。
これらのヒストグラムは、いずれも特徴ベクトルの各要
素がとり得る値の範囲（最小値から最大値まで）を複数
のビン（区間）に分割することによって作成される。例
えば、各要素がとり得る値の範囲を３つの区間（仮に区
間Ａ，Ｂ，Ｃとする。）に分割し、各特徴ベクトルの要
素数が７であるとすれば、７個の要素のそれぞれは区間
Ａ，Ｂ，Ｃのうちいずれかに属することになる。

【００２６】したがって、１つの特徴ベクトルについて
考えると、該特徴ベクトルの要素の組合わせとしては、
７個の要素が全て区間Ａに属することを示す（Ａ，Ａ，
Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ）から７個の要素が全て区間Ｃに属
することを示す（Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｃ）まで、
合計で３の７乗通りの組み合わせが考えられる。以上の
ことから、特徴ベクトルのヒストグラムの全体のビン
数、すなわちヒストグラムの横軸に配置される区間の数
は３の７乗個となる。したがって、このようにヒストグ
ラムの横軸を設定する場合には、各特徴ベクトルは、こ
の３の７乗個の区間のうちのどれか一つに分類されるこ
ととなる。

【００２７】入力特徴量計算手段１２では、はじめに、
入力信号である音響信号を入力端子１０２より読み込
む。次に、読み込んだ入力音響信号に対して特徴抽出を
行う（ステップ２０３）。特徴抽出は、上記参照特徴量
計算手段１０において行ったのと同じ操作を行う。続い
て、入力信号の特徴ベクトルの系列に対して注目窓を設
定する（ステップ２０４）。まず、参照特徴量計算手段
１０に与えられた参照信号と同じ時間長の注目窓を設定
する。検出の開始当初は、注目窓を時間軸上で入力信号
の先頭に設定するが、検出の過程では、後で述べるよう
に、注目窓を順次、時間軸方向にずらしながら検出を進
めていく。時間軸方向にずらす量は、スキップ幅計算手
段１６で与えられる。

【００２８】次に、注目窓内の特徴ベクトルの時系列か
ら、特徴ベクトルのヒストグラムを作成する（ステップ
２０５）。ヒストグラムは、特徴ベクトルの各要素の値
をいくつかのビン（区間）に分割することによって作成
する。分類の仕方は、参照特徴量計算手段１０で行った
のと同じ方法によって行う。 類似度計算手段１４で
は、はじめに、参照特徴量計算手段１０と入力特徴量計
算手段１２から出力される、特徴ベクトルのヒストグラ
ムを読み込む。

【００２９】参照特徴量計算手段１０から出力されるヒ
ストグラムをＨR、入力特徴量計算手段２から出力され
るヒストグラムをＨIとする。ただし、Ｒ、Iはそれぞれ
ヒストグラムが参照信号の特徴ベクトル、入力信号の特
徴ベクトルから作られたものであることを表す。 続い
て、類似度計算手段１４は参照信号のヒストグラムと、
入力信号のヒストグラムとの類似度ＳRIを計算する（ス
テップ２０６）。参照信号のヒストグラムＨRと、入力
信号のヒストグラムＨIとの類似度ＳRIは、次のように
定義される。

【数１】 ただし、Ｌはヒストグラムのビンの総数（上記の例では
３の７乗）、Ｄはヒストグラムの総度数（一つの参照信
号から導かれた特徴ベクトルの総数）であり、ｈRL、ｈ
Il，は、それぞれＨR、ＨIのl番目のビンに含まれる特
徴ベクトルの数（度数）を表す。

【００３０】類似度計算手段１４は、類似度ＳRIの値
を、スキップ幅計算手段１６に対して出力する。これに
加えて、仮に、類似度ＳRIの値が予め設定した値θを越
えている場合（注目窓を時間軸方向に分割した場合にあ
っては、全ての時間分割において類似度の値が予め設定
した値を越えていることが判明した場合）は（ステップ
２０７）、その参照信号が入力信号中に存在したことを
意味するので、類似度計算手段１４は、信号検出結果と
して、参照信号の番号と、入力信号に対する注目窓の現
在位置とを出力端子１０４より出力する（ステップ２１
２）。

【００３１】一方、スキップ幅計算手段１６では、はじ
めに、類似度計算手段１４から出力された、類似度ＳＲ
Ｉを読み込み、この類似度ＳＲＩに基づいてスキップ可
能幅ｗを計算する（ステップ２０８）。すでに我々が提
案した信号検出方法によれば、スキップ可能幅ｗは、次
式で求められる。

【数２】 ただしｗの単位は特徴ベクトルの個数であり、ｆｌｏｏ
ｒ（・）は切り下げを表す。式（２）は現時点でＳＲＩ
＜θならば、ｗ−１だけ注目窓をずらしてもＳＲＩは決
してθを越えないことを意味している。これは、注目窓
をずらしたとき、注目窓外に出ていく特徴ベクトルが全
てヒストグラムの重なりに寄与していないものであり、
注目窓内に入ってくる特徴ベクトルが全てヒストグラム
の重なりに寄与するものである場合（類似度が最も早く
設定値に達する場合）を考えれば、容易に理解される。
すなわち、注目窓をｗ−１だけずらしたときのＳＲＩの
上限値がθとなる。

【００３２】一方、ＳRI≧θならば、類似度のローカル
ピークを見い出すためにｗ＝1（全探索）とする。これ
に対して、本発明の主眼は、既に我々が提案した方法に
比して、探索閾値θ以下の類似度を与える照合の回数を
削減すること（すなわち無駄な照合計算を削減するこ
と）にある。この照合回数削減の原理を以下に説明す
る。図３において、いま、入力信号の時刻ｔ0において
参照信号との照合を行い、類似度Ｓ0を得たものとす
る。式（１）より、類似度の変化率の絶対値は１／Ｄを
越えないので、類似度の上限値は図３に示す傾き１／Ｄ
の直線Ｍで表される。従って、直線Ｍと直線Ｓ＝θとの
交点の時刻ｔθ=ｔ0＋ｗが、既に我々が提案した信号検
出方法におけるスキップ位置である。

【００３３】これに対し、本実施の形態に係る高速信号
探索装置で時間窓を移動させるのに行われる、オーバー
スキッピングでは、時刻ｔp（＞ｔθ）までスキップす
る。点（ｔθ，θ）を通る傾き−１／Ｄの直線Ｎは、時
刻ｔ0から最も急に類似度が増加して探索閾値に達し、
その後最も急に類似度が減少した場合の類似度の下限値
を表す。もし時刻ｔpにおける類似度Ｓ_REALが直線Ｎ以
下であれば、時刻ｔ0から時刻ｔpまでの間に類似度は決
して探索閾値θを越えていなかったことが分かる。従っ
て、そのまま探索を続行しても探索もれは生じない。

【００３４】一方、類似度Ｓ_REALが直線Ｎよりも上であ
れば、時刻ｔ0から時刻ｔpまでの間に類似度が探索閾値
θを越えた可能性があるので、実際に類似度がθを越え
たのかどうかを、バックトラック（すなわち注目窓を逆
行）して調べる。頻繁にバックトラックが生じると、既
に我々が提案した方法よりもかえって照合回数が増加す
るため、オーバースキッピング位置を適切に定めること
は重要である。

【００３５】オーバースキップ率αを

【数３】 とし、バックトラック危険率をｐとすると、照合回数比
（オーバースキップを行った場合の照合回数の、オーバ
ースキップを行わない場合に対する比。ただし類似度が
閾値以下の場合）の期待値Ｒは

【数４】 で与えられる。ここでｕはバックトラック１回あたり必
要になる平均照合回数である。

【００３６】これらの式から、

【数５】 および

【数６】 が導かれる（Ｓ0＜θ，Ｓ_P＜θ）。ただしＳ_Pはｔpにお
ける直線Ｎの値である。

【００３７】Ｒ^-1は照合回数の削減効果を表すので、こ
れを最大化すれば良い。例えば、類似度の正規分布Ｎ
（ｍ＝０.３，σ²＝０.０５²）を仮定してＳ_P＝ｍ＋ｃ
σ（ｃは定数）とし、ｕ＝１、θ＝０．８、Ｓｏ＝ｍと
すると、

【数７】 となり、ｃ＝２付近で最大値は、およそ１.７６となる
（照合回数比０.５７）。すなわち、無駄な照合回数が
４割以上削減されることが期待できる。このとき、公知
の方法と厳密に同一の精度が保証されている。

【００３８】類似度が比較的小さい区間（定常区間）で
は、類似度の蓄積結果から類似度分布を推定できる。類
似度が比較的大きい区間（類似区間）では、スキップ可
能幅が小さいため、スキップに伴う時間窓内の特徴ベク
トルの入れ替わりが少なく、このことを類似度分布の推
定に加味する必要がある。例えば、類似度変化を線形予
測する方法が考えられる。スキップ幅計算手段１６から
は、以上のような原理に基づいて、注目窓のスキップ幅
をαｗとして算出し（ステップ２０８）、スキップ幅α
ｗのデータを入力特徴量計算手段１２に出力する。

【００３９】バックトラック必要判定手段１８によりバ
ックトラックの必要性がないと判定された場合には（ス
テップ２０９）、入力特徴量計算手段１２では、αｗだ
け注目窓をずらして、入力信号注目窓の位置を決定し
（ステップ２１１）、類似度計算手段１４は参照信号の
有無を判定し（ステップ２１２）、ステップ２０５に戻
り、既に説明した処理を繰り返す。また、αｗだけ注目
窓をずらしたとき、注目窓が入力信号の終端を越えたな
らば、全入力信号を探索したことになるので、信号検出
処理を終了する。

【００４０】バックトラック必要性判定手段１８では、
はじめに、スキップ幅計算手段１６から出力された、類
似度ＳRIを読み込む。類似度ＳRIは、図３において、Ｓ
_REALに相当する。バックトラック必要性判定手段１８で
は、まず、スキップ幅計算手段１６から出力されたスキ
ップ幅（１回前の照合で出力されたもの）を受け取る。
これにより、図３における時刻ｔpのデータが得られ
る。次に、バックトラック必要性判定手段１８は、時刻
ｔpにおける、直線Ｎ（図３）の値を計算する。

【００４１】バックトラック必要性判定手段１８は、図
３において、Ｓ_REALが直線Ｎ以下であれば、時刻ｔ0か
ら時刻ｔpまでの間に類似度が探索閾値θを越えた可能
性はないので、バックトラック（注目窓を逆行させるこ
と）は必要ないと判定する（ステップ２０９）。Ｓ_REAL
が直線Ｎよりも上であれば、時刻ｔoから時刻ｔpまでの
間に類似度が探索閾値θを越えた可能性があるので、バ
ックトラックの必要があると判定する（ステップ２０
９）。

【００４２】この場合、バックトラック必要性判定手段
１８は、バックトラック幅を計算し、そのバックトラッ
ク幅を、スキップ幅計算手段１６を介して入力特徴量計
算手段１２に送る（ステップ２１０）。最適なバックト
ラック幅は、そのバックトラック位置で照合を行うこと
により、類似度値が探索閾値θを越えた可能性のある時
間区間（これを未評価区間と呼ぶ）を最も多く排除でき
る時刻である。この時刻も、類似度変化の予測によって
推定可能であるが、通常は未評価区間は短いはずなの
で、未評価区間の中央をバックトラック位置とする等の
簡易な方法でも、余分なバックトラック照合が必要な事
態にはなりにくい（ほとんどの場合ｕ＝１で済む）と考
えられる。

【００４３】もし、バックトラック位置での照合によっ
て未評価区間が無くなれば、バックトラックを終了して
前向きの探索を再開する。未評価区間が残れば、未評価
区間が無くなるまで、バツクトラック必要性を有りと判
定し、各未評価区間について同様の照合を繰り返す。一
連のバックトラック照合において、類似度が探索閾値を
越えたならば、その前後で、従来法と同様、全探索（ス
キップを行わない）を行う。

【００４４】次に、本実施の形態に係る高速信号探索装
置の動作実験例を示す。本発明の効果を確認するため、
６時間の音響信号を入力信号とし、無作為に選択した８
個の参照信号（１５秒間）に対して探索を行い、類似度
が探索閾値以下であった照合回数が、本発明を適用しな
かった場合に比べてどのくらいの割合であるか（本明細
書ではこれを照合回数比という）を調べた。探索のパラ
メータは、サンプリング周波数＝11.025ｋＨｚ、帯域フ
ィルタの数＝７、周波数分析の分析窓長＝６０ｍｓ、分
析窓シフト＝１０ｍｓ、各特徴次元におけるビン数＝
３、時間窓分割なし、探索閾値θ＝０.８とした。

【００４５】本実験では、類似度０.５未満を定常区
間、それ以外を類似区間とみなした。定常区間ではＳｐ
＝ｍ＋2σとして式（５）から照合ごとにαを設定し
た。また類似区間では、類似度の外挿直線と分散の推定
値を用いてαを設定した。本実験の結果、上記照合回数
の平均は、従来法で２５０３回、提案法で１６０３回で
あった。すなわち照合回数比は０.６４であった。これ
を図５に示す。また、図６に、３分間の入力信号に対す
る探索結果を示す。図６の縦線が、実際に照合が行われ
た時刻を示している。本発明の実施の形態に係る高速信
号探索装置より、照合回数が減少した様子を確認するこ
とができる。

【００４６】以上、説明したように、本発明の実施の形
態に係る高速信号探索装置によれば、従来よりも大幅な
注目窓の移動を行うとともに、検出もれを防ぐ手段（バ
ックトラック必要性判定手段）を設けることにより、無
駄な照合計算を省きながら検索を行うことによって、従
来に比較して、少ない照合計算回数で信号検出処理を行
うことにより、より高速な信号検出を行うことができる
という効果がある。

【００４７】また入力信号から、予め登録した参照信号
に類似した部分を探し出す高速信号探索方法において、
前記参照信号から特徴量系列を導く参照特徴量計算過程
と、前記入力信号から特徴量系列を導き、その特徴量系
列に対して注目窓を設定する入力特徴量計算過程と、前
記参照特徴量計算過程で導かれた特徴量系列と、前記入
力特徴量計算過程で設定した注目窓内の特徴量系列との
類似度を計算する類似度計算過程と、前記類似度計算過
程で計算された類似度に基づいて、前記注目窓のスキッ
プ幅を計算し、そのスキップ幅だけ前記注目窓を移動さ
せるスキップ幅計算過程と、前記スキップ幅計算過程で
移動させた注目窓位置において、前記類似度計算過程で
得られた類似度に基づいて、前記移動した注目窓を時間
の逆方向に戻す必要があるか否かを判定するバックトラ
ック必要性判定過程とを備え、前記類似度計算過程、ス
キップ幅計算過程及びバックトラック必要性判定過程に
よる処理を繰り返して、前記入力信号の複数箇所につい
て、前記参照信号との類似度を計算し、該類似度と、予
め設定した目標とする類似度とを比較することにより、
前記参照信号が、前記入力信号の当該箇所に存在するか
否かを決定することを特徴とする高速信号探索方法をコ
ンピュータにより実行させるためのプログラムをコンピ
ュータにより読み取り可能な記録媒体記録して、この記
録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステム
に読み込ませ、実行することにより、高速信号探索装置
の機能を実現するようにしてもよい。

【００４８】この場合に高速信号探索装置の機能を実現
するためのプログラムをコンピュータにより読み取り可
能な記録媒体に記録するので、この記録媒体に記録され
たプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実
行することにより、従来より少ない照合計算回数で信号
検出処理を行うことができ、より高速に信号を検索する
ことができる。

【００４９】なお、ここでいう「コンピュータシステ
ム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むもの
とする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒
体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯ
Ｍ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体として流通する記憶媒
体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク
等の記憶装置のことをいう。

【００５０】

【発明の効果】請求項１乃至４に記載の発明によれば、
入力信号から、予め登録した参照信号に類似した部分を
探し出す高速信号探索方法において、信号探索時に入力
信号に設定された注目窓を移動する際に、スキップ幅計
算過程で大幅に注目窓を移動させ、移動した注目窓を時
間の逆方向に戻す必要があるか否かを判定するバックト
ラック必要性判定過程を新たに設けて信号の検出漏れを
抑止するようにしたので、より少ない照合計算回数で信
号検出処理を行うことができ、より高速に信号を検索す
ることができる。

【００５１】また請求項５乃至７に記載の発明によれ
ば、入力信号から、予め登録した参照信号に類似した部
分を探し出す高速信号探索装置において、信号探索時に
入力信号に設定された注目窓を移動する際に、スキップ
幅計算手段により大幅に注目窓を移動させ、移動した注
目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか否かを判定する
バックトラック必要性判定手段を新たに設けて信号の検
出漏れを抑止するようにしたので、より少ない照合計算
回数で信号検出処理を行うことができ、より高速に信号
を検索することができる。

【００５２】更に請求項８に記載の発明によれば、入力
信号から、予め登録した参照信号に類似した部分を探し
出す高速信号探索方法において、前記参照信号から特徴
量系列を導く参照特徴量計算過程と、前記入力信号から
特徴量系列を導き、その特徴量系列に対して注目窓を設
定する入力特徴量計算過程と、前記参照特徴量計算過程
で導かれた特徴量系列と、前記入力特徴量計算過程で設
定した注目窓内の特徴量系列との類似度を計算する類似
度計算過程と、前記類似度計算過程で計算された類似度
に基づいて、前記注目窓のスキップ幅を計算し、そのス
キップ幅だけ前記注目窓を移動させるスキップ幅計算過
程と、前記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置
において、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づ
いて、前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要が
あるか否かを判定するバックトラック必要性判定過程と
を備え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及び
バックトラック必要性判定過程による処理を繰り返し
て、前記入力信号の複数箇所について、前記参照信号と
の類似度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とす
る類似度とを比較することにより、前記参照信号が、前
記入力信号の当該箇所に存在するか否かを決定すること
を特徴とする高速信号探索方法をコンピュータにより実
行させるためのプログラムをコンピュータにより読み取
り可能な記録媒体に記録するようにしたので、このプロ
グラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する
ことにより、従来より少ない照合計算回数で信号検出処
理を行うことができ、より高速に信号を検索することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る高速信号探索装置
の構成を示すブロック図。

【図２】 図１に示した本発明の実施の形態に係る高速
信号探索装置の動作を示すフローチャート。

【図３】 本発明の実施の形態に係る高速信号探索装置
におけるオーバースキッピングの原理を示す説明図。

【図４】 本発明の実施の形態に係る高速信号探索装置
において、スペクトル特徴を抽出するための構成例を示
すブロック図。

【図５】 本発明の実施の形態に係る高速信号探索装置
による信号探索時における照合回数の測定結果を従来例
と対比して示した説明図。

【図６】 本発明の実施の形態に係る高速信号探索装置
により音響信号を対象して信号探索した実験結果を従来
例と対比して示した説明図。

【符号の説明】

１ 高速信号探索装置 １０ 参照特徴量計算手段 １２ 入力特徴量計算手段 １４ 類似度計算手段 １６ スキップ幅計算手段 １８ バックトラック必要性判定手段 １００、１０２ 入力端子 １０４ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ１０Ｌ 3/00 ５６１Ｈ ５７１Ａ (56)参考文献 特開2000−312343（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−198999（ＪＰ，Ａ) 柏野邦夫，村瀬洋，複数の音響信号の 高速探索 −参照信号のＯＲ探索におけ る照合回数削減−，日本音響学会講演論 文集，1999年 ３月10日，ｐ．447−448 柏野邦夫，村瀬洋，オーバースキッピ ングによる時系列アクティブ探索法の高 速化，日本音響学会講演論文集，1999年 ９月29日，Ｐ．445−446 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 15/10 H04N 15/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号から、予め登録した参照信号に
   類似した部分を探し出す高速信号探索方法において、 前記参照信号から特徴量系列を導く参照特徴量計算過程
   と、 前記入力信号から特徴量系列を導き、その特徴量系列に
   対して注目窓を設定する入力特徴量計算過程と、 前記参照特徴量計算過程で導かれた特徴量系列と、前記
   入力特徴量計算過程で設定した注目窓内の特徴量系列と
   の類似度を計算する類似度計算過程と、 前記類似度計算過程で計算された類似度に基づいて、前
   記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ前
   記注目窓を移動させるスキップ幅計算過程と、 前記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置におい
   て、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づいて、
   前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか
   否かを判定するバックトラック必要性判定過程と、 を備え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及び
   バックトラック必要性判定過程による処理を繰り返し
   て、前記入力信号の複数箇所について、前記参照信号と
   の類似度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とす
   る類似度とを比較することにより、前記参照信号が、前
   記入力信号の当該箇所に存在するか否かを決定すること
   を特徴とする高速信号探索方法。
2. 【請求項２】 前記スキップ幅計算過程は、類似度の確
   率密度分布に基づいて将来の類似度の予測を行い、前記
   予測に基づいてスキップ幅を決定することを特徴とする
   請求項１に記載の高速信号探索方法。
3. 【請求項３】 前記参照特徴量計算過程及び前記入力特
   徴量計算過程は、それぞれ得られた特徴量系列に対して
   ヒストグラムを作成し、前記類似度計算過程において該
   ヒストグラムに基づいて類似度を計算することを特徴と
   する請求項１または２に記載の高速信号探索方法。
4. 【請求項４】 前記注目窓は、前記参照信号と同一の時
   間長を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の高速信号探索方法。
5. 【請求項５】 入力信号から、予め登録した参照信号に
   類似した部分を探し出す高速信号探索装置であって、 前記参照信号から特徴量系列を導く参照特徴量計算手段
   と、 前記入力信号から特徴量系列を導き、その特徴量系列に
   対して注目窓を設定する入力特徴量計算手段と、 前記参照特徴量計算手段で導かれた特徴量系列と、前記
   入力特徴量計算手段で設定した注目窓内の特徴量系列と
   の類似度を計算する類似度計算手段と、 前記類似度計算手段で計算された類似度に基づいて、前
   記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ前
   記注目窓を移動させるスキップ幅計算手段と、 前記スキップ幅計算手段で移動させた注目窓位置におい
   て、前記類似度計算手段により計算された類似度に基づ
   いて、前記移動させた注目窓を時間の逆方向に戻す必要
   があるか否かを判定するバックトラック必要性判定手段
   と、 を有し、 前記類似度計算手段は、前記入力信号の複数箇所につい
   て、前記参照信号との類似度を計算し、該類似度と、予
   め設定した目標とする類似度とを比較することにより、
   前記参照信号が、前記入力信号の当該箇所に存在するか
   否かを決定することを特徴とする高速信号探索装置。
6. 【請求項６】 前記参照特徴量計算手段及び前記入力特
   徴量計算手段は、それぞれ得られた特徴量系列に対して
   ヒストグラムを作成し、前記類似度計算手段において該
   ヒストグラムに基づいて類似度を計算することを特徴と
   する請求項５に記載の高速信号探索装置。
7. 【請求項７】 前記注目窓は、前記参照信号と同一の時
   間長を有することを特徴とする請求項５または６のいず
   れかに記載の高速信号探索装置。
8. 【請求項８】 入力信号から、予め登録した参照信号に
   類似した部分を探し出す高速信号探索方法において、 前記参照信号から特徴量系列を導く参照特徴量計算過程
   と、 前記入力信号から特徴量系列を導き、その特徴量系列に
   対して注目窓を設定する入力特徴量計算過程と、 前記参照特徴量計算過程で導かれた特徴量系列と、前記
   入力特徴量計算過程で設定した注目窓内の特徴量系列と
   の類似度を計算する類似度計算過程と、 前記類似度計算過程で計算された類似度に基づいて、前
   記注目窓のスキップ幅を計算し、そのスキップ幅だけ前
   記注目窓を移動させるスキップ幅計算過程と、 前記スキップ幅計算過程で移動させた注目窓位置におい
   て、前記類似度計算過程で得られた類似度に基づいて、
   前記移動した注目窓を時間の逆方向に戻す必要があるか
   否かを判定するバックトラック必要性判定過程と、 を備え、前記類似度計算過程、スキップ幅計算過程及び
   バックトラック必要性判定過程による処理を繰り返し
   て、前記入力信号の複数箇所について、前記参照信号と
   の類似度を計算し、該類似度と、予め設定した目標とす
   る類似度とを比較することにより、前記参照信号が、前
   記入力信号の当該箇所に存在するか否かを決定すること
   を特徴とする高速信号探索方法をコンピュータにより実
   行させるためのプログラムを記録したコンピュータによ
   り読み取り可能な記録媒体。