JP4612302B2 - オーバーサンプルされたフィルタバンクを用いる指向性オーディオ信号処理 - Google Patents
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Description
Widrowによる“補聴器用マイクロフォンアレイ”に記載されている。
window)時間に適用する。
Brennan及びT. Schneiderによる米国特許第6,240,192号“特定用途向け集積回路及びプログラマブルデジタル信号プロセッサを含む、デジタル補聴器においてフィルタ処理する装置及び方法”に記載されており、該文献は参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、ここに開示される指向性処理システムの一般的枠組み内でのオーバーサンプル解析/合成フィルタバンクの該使用は、以前には報告されていない。
2)オーバーサンプルフィルタバンクのFFTによる、異なる周波数ビンにおける副バンド信号の直交化効果、
3)改善された高周波数分解能、
4)より良好な空間フィルタ処理、
5)処理能力の非常に僅かな犠牲での広範囲な利得調整、及び
6)他のアルゴリズムとの統合の容易さ。
1)より良好な聴き心地及び音声知覚(補聴器にとり特に重要である)、
2)音声及び話し手認識システムにとっての一層正確な認識、
3)より良好な指向性及び高いSNR、
4)小さな群遅延、及び
5)低消費電力、
を意味する。
Brennan及びT. Schneiderによる米国特許第6,236,731号“特に補聴器におけるオーディオ信号用の、情報信号を異なる帯域にフィルタ及び分離するフィルタバンク構造及び方法”に記載された加重重複加算(WOLA:weighted-overlap-add)フィルタバンクである。次いで、適応システム460が解析フィルタバンクの出力の加重和を発生するが、これら出力は乗算器425により出力に供給される。当該適応システム460の重み(フィルタタップとしても知られている)は、限定されるものではないが、最小平均二乗(LMS)及び再帰型最小二乗(RLS)に基づくものを含む良く知られた適応的方法により適応化される。次いで、乗算器425の出力は加算器430に渡され、該加算器は各々が元のマイクロフォン信号から導出された加重副バンドであるようなN個の出力を生成する。全体の適応化処理は、推定ブロック450及び後置フィルタ適応器455を有する副処理の出力により更に制御される。副処理の推定ブロック450は、音声活動検出器(Voice
Activity Detector: VAD)、目標対ジャマ比(Target-to-Jammer Ratio:TJR)推定器及び信号対雑音比(SNR)推定器の1以上を含むことができる。推定器ブロック450の出力は、次いで、重み適応化460を制御することにより適応化処理を低速化、高速化又は禁止するために使用されると共に、後置フィルタ435を制御するために後置フィルタ適応化455とも組み合わされる。適応プロセッサ460、425から受信される処理されたM×N個の入力をN個の副バンドに組み合わせる加算器430を通過した後、後置フィルタ435は、当該信号を後置フィルタ適応器455からの出力に依存して更に処理するために周波数ドメインで動作する。後置フィルタ処理の後、上記N個の副バンド周波数ドメイン出力は合成フィルタバンク440により処理されて、時間ドメイン出力490を発生する。
1)従来技術を使用した指向性処理は、他の研究者(1994年の9月、MIT、J.E. Greenbergの物理博士論文“マイクロフォンアレイ補聴器の改良された設計”参照)により報告されている通り、特に残響的環境においては非常に長い適応フィルタ長を必要とする。オーバーサンプルされたフィルタバンクを用いる副バンド適応化は、並列副バンド処理により長いフィルタの均等物を効率的に果たすことになる。
Brennan及びT. Schneiderによる米国特許第6,236,731号“特に補聴器におけるオーディオ信号用の、情報信号を異なる帯域にフィルタ及び分離するフィルタバンク構造及び方法”、及び1998年のProc.
IEEE Int. Symp. Circuit and Systemsの第569〜572頁におけるR. Brennan及びT. Schneiderによる“デジタル補聴器における徹底した信号操作のための柔軟性のあるフィルタバンク構造”を参照されたい。
Et(I)=Etot(I)−En(I) I=1,2,…,B
SNR(I)=Et(I)/En(I)
により推定される。
delay impulse response)との時間畳み込みである。音響出力段において外部雑音を除去する手段として、能動雑音相殺(ANC)モジュールが、T.
Schneider他による同時係属中の特許出願“音響心理学的モデル及びオーバーサンプルフィルタバンクを使用した音声了解度の向上”、カナダ国特許出願第2,354,755号、米国特許出願第10/214,056号(参照により本明細書に組み込まれるものとする)に記載されているシステムと同様の態様で、当該システムにオプションとして追加される。図8にも示されているように、上記ANCは、出力490に配置されたマイクロフォン820に、組合せマトリクス415に帰還を供給するループフィルタ830を加えて構成されている。
415 組合せマトリクス
420 解析フィルタバンク
425 乗算器
430 加算器
435 後置フィルタ
440 合成フィルタバンク
450 推定ブロック
455 後置フィルタ適応器
510 固定ビーム形成器
520 重み適応ブロック
710 ビーム形成フィルタ
810 ビーム形成フィルタ
815 狭帯域プロトタイプフィルタ
820 マイクロフォン
830 ループフィルタ
910 ローパスフィルタ
920 ハイパスフィルタ
1010 ニューラルネットワーク
Claims (25)
- 複数の情報信号をビーム形成する指向性信号処理システムにおいて、該指向性信号処理システムが、
複数のマイクロフォンと、
前記マイクロフォンからの時間ドメインの前記情報信号を変換ドメインの複数のチャンネル信号に変換する1つの解析フィルタバンクと、1つの合成フィルタバンクとを少なくとも有するオーバーサンプルされたフィルタバンクであって、該オーバーサンプルされたフィルタバンクが加重重複加算(WOLA)フィルタバンクであり、前記チャンネル信号が複素値の復調された時間/周波数信号であるようなフィルタバンクと、
複素値の復調された時間/周波数信号に基づいて前記情報信号をビーム形成するために、前記複素値の復調された時間/周波数信号を処理する信号プロセッサと、
を有し、
前記合成フィルタバンクが前記信号プロセッサの出力を時間ドメインの単一のデジタル情報信号に変換することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項1に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記変換ドメインが周波数ドメインであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項1に記載の指向性信号処理システムにおいて、
前記信号プロセッサと前記合成フィルタバンクとの間に設けられた後置フィルタ、
前記後置フィルタを制御するコントローラ、
音声活動検出器、
目標対ジャマ比推定器、
信号対雑音比推定器、
前記情報信号を複数のデジタル情報信号に変換し、これらデジタル情報信号を前記解析フィルタバンクに供給するアナログ/デジタル変換器、
前記合成フィルタバンクの出力を取得し、デジタル情報信号をアナログ情報信号に変換するデジタル/アナログ変換器、
前記アナログ/デジタル変換器と前記解析フィルタバンクとの間に配置されて、前記時間ドメインの情報信号を前処理する組合せマトリクス、
マイクロフォンとループフィルタとを有する能動雑音プロセッサ、
のうちの少なくとも何れか1つを更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項1に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記解析フィルタバンクは少なくとも1つのフィルタバンクプロトタイプウィンドウに対して少なくとも1つの部分遅延インパルス応答を適用することを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記コントローラは前記後置フィルタを、
前記音声活動検出器、
前記目標対ジャマ比推定器、
前記信号対雑音比推定器、
のうちの少なくとも何れか1つの出力に基づいて制御することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記組合せマトリクスがFIRフィルタであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記組合せマトリクスがIIRフィルタであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項1、2又は3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記解析フィルタバンクの出力を少なくとも1つの重み係数で乗算する少なくとも1つの乗算器と、
前記乗算器の出力を加算して前記チャンネル信号を形成する少なくとも1つの加算回路と、
を更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項8に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが前記重み係数を調整する適応プロセッサを更に有していることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項9に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記適応プロセッサは前記重み係数を、
音声活動検出器、
目標対ジャマ比推定器、
信号対雑音比推定器、
のうちの少なくとも何れか1つの出力に基づいて調整することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項1、2又は3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記解析フィルタバンクの出力を取得して前記情報信号を特定のビームパターンでビーム形成する少なくとも1つの固定ビーム形成器と、
前記固定ビーム形成器の出力を少なくとも1つの重み係数で乗算する少なくとも1つの乗算器と、
を更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項11に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記乗算器の出力を加算して前記チャンネル信号を形成する加算回路、
前記重み係数を調整する適応プロセッサ、
のうちの少なくとも何れか1つを更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項11に記載の指向性信号処理システムにおいて、少なくとも1つの固定ビーム形成器が前記チャンネル信号を処理して該チャンネル内で略線形な位相応答を達成する回路を有し、該回路が1以上のフィルタを少なくとも1つのチャンネル信号に適用することを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項13に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記フィルタがIIRフィルタであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項1、2又は3に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記解析フィルタバンクの出力を少なくとも1つのビーム形成フィルタタップで乗算する少なくとも1つの乗算器と、
前記情報信号をビーム形成するために、前記乗算器の出力を加算して前記チャンネル信号を形成する少なくとも1つの加算回路と、
を更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項15に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記ビーム形成フィルタタップを調整する適応プロセッサ、
複数のチャンネル信号を処理して当該チャンネル内で略線形な位相応答を達成する回路であって、少なくとも1つのチャンネル信号に対して1以上のフィルタを適用するような回路、
前記解析フィルタバンクの出力を、少なくとも1つのチャンネル信号が他のチャンネル信号とは別に処理され得るように分割するプロセッサ、
のうちの少なくとも何れか1つを更に有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項16に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記回路がIIRフィルタであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項16に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記解析フィルタバンクの出力を分割するプロセッサが、少なくとも1つのハイパスフィルタと少なくとも1つのローパスフィルタとを含んでいることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項16に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記加算回路が、前記乗算器の出力と、別に処理された前記チャンネル信号のうちの少なくとも何れか1つとを取得することを特徴とする指向性信号処理システム。
- 請求項1又は請求項2に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記信号プロセッサが、
前記解析フィルタバンクの出力を取得するニューラルネットワーク、
前記ニューラルネットワークの出力を前記解析フィルタバンクの出力で乗算する乗算器、
前記乗算器の出力を加算して複数のチャンネル信号を形成する加算回路、
前記加算回路と、前記合成フィルタバンクとの間に配設される後置フィルタ、
前記後置フィルタを制御するコントローラ、
のうちの少なくとも何れか1つを有することを特徴とする指向性信号処理システム。 - 請求項20に記載の指向性信号処理システムにおいて、前記ニューラルネットワークが縦続接続複合ニューラルネットワークであることを特徴とする指向性信号処理システム。
- 略線形な位相応答を達成するために時間ドメインの少なくとも1つの情報信号を処理する方法において、該方法が、
少なくとも1つのオーバーサンプルされた解析フィルタバンクを使用してオーバーサンプルされた変換を実行するステップであって、前記オーバーサンプルされた変換が前記時間ドメインの情報信号を変換ドメインの複数のチャンネル信号に変換し、前記オーバーサンプルされたフィルタバンクが加重重複加算(WOLA)フィルタバンクであり、前記チャンネル信号が複素値の復調された時間/周波数信号であるようなステップと、
前記オーバーサンプルされた解析フィルタバンクから前記複素値の復調された時間/周波数信号を出力するステップと、
前記略線形な位相応答を達成するために、前記複素値の復調された時間/周波数信号に1以上のフィルタを適用することによりフィルタ処理を実行するステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 請求項22に記載の少なくとも1つの情報信号を処理する方法において、前記フィルタがIIRフィルタであることを特徴とする方法。
- 請求項22又は23に記載の少なくとも1つの情報信号を処理する方法において、前記オーバーサンプルされた変換を実行するステップが、
前記少なくとも1つのオーバーサンプルされた解析フィルタバンクにおいて、少なくとも1つの部分遅延インパルス応答を少なくとも1つのフィルタバンクプロトタイプウィンドウに適用するステップ、
を有していることを特徴とする方法。 - 請求項22ないし24の何れか一項に記載の少なくとも1つの情報信号を処理する方法において、
合成フィルタバンクにおいて、前記フィルタからの1以上の出力を時間ドメインの出力信号に変換するステップ、
を更に有することを特徴とする方法。
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