JP4724054B2 - 特定方向収音装置、特定方向収音プログラム、記録媒体 - Google Patents
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Description
このとき遅延量Dmは、あらかじめ与えられた所望音源の方向θSから、それぞれ式(2)により導出することができる。
Dm=(dm/c)sinθS (2)
ここでcは音速であり、dmは図18においてθS方向から到来した音波から見たときの、マイクmと基準点oの間の距離で、式(3)により表される。
dm=pmsinθ+qmcosθ (3)
次にいま得られたym(n)を式(4)のように加算することで、所望位置から発せられる音を強調した信号z(n)が求められる。
このため強調したい音源の方向以外に非常に大きな音を発する雑音源が存在する場合に、従来技術の収音装置は所望音源に対する十分な強調効果が得られなかった。
また従来技術において、サイドローブを低減するには、マイクロホン数を増やし、またマイクロホンアレーを大型にしなければならず、実用する際には設置、運搬が困難であった。さらに従来技術による収音装置の指向特性は周波数によって変化するため、所望音や雑音のもつ周波数構造によっては、十分な強調効果が得られない問題があった。
更に、本発明による特定方向収音装置の特徴とする点は、前記した特定方向収音装置において、周波数領域信号の信号量は、信号の絶対値である、または、周波数帯域成分の信号量は、信号の絶対値であることを特徴とする。
更に、本発明による特定方向収音装置の特徴とする点は、前記した特定方向収音装置において、利得係数算出部の利得係数算出特性は所望方向の角度領域における信号量に対して、その他の角度領域における信号量が無視できる程度に微少値である場合、利得係数の値は所定の最大値で与えられ、所望方向の角度領域における信号量がその他の角度領域における信号量に対して、特定領域信号の量が無視できる程度に微少値である場合は利得係数の値はほぼ0に近い値となる特性で算出することを特徴とする。
また本発明による特定方向収音装置では、マイクロホンアレーによって受音された信号のパワー値又は絶対値を周波数成分ごとに推定して強調処理を行うため、所望音や雑音の持つ周波数構造によらず高い強調効果を得ることができる。
コンピュータに本発明による特定方向収音装置として機能させるには、コンピュータにインストールした特定方向収音プログラムによりコンピュータ内にマイクロホンアレーの出力信号を利用してそれぞれが異なる方向の角度領域から到来する音を強調して収音する複数のビームフォーマー部と、複数のビームフォーマー部が収音した角度領域信号のそれぞれを複数の帯域成分に分割した周波数領域信号に変換する周波数領域変換部と、各周波数領域変換部が出力する周波数領域信号の中の所望方向の角度領域の角度領域信号に所属する特定方向周波数領域信号を選択する特定方向選択部と、特定方向周波数領域信号の信号量と、他の方向の角度領域信号から周波数領域信号に変換された周波数領域信号の総和の量を推定する信号量推定部と、特定方向周波数領域信号の信号量と、他の方向の角度領域信号から周波数領域信号に変換された周波数領域信号の総和量を推定する信号量推定部と、特定方向周波数領域信号の信号量と、この特定方向周波数領域信号の信号量を含む他の周波数領域信号の総和量との比により周波数領域毎の利得係数を算出する利得係数算出部と、利得係数算出部が算出した利得係数を特定方向領域信号の各対応する周波数帯域の信号量に乗算する乗算部とを構築し、特定方向収音装置として機能させる。
ビームフォーマー部12−1〜12−Qでは、例えば図2に示すような指向性のビームBMを、図3であらかじめ与えられたQ個の方向領域Θ1〜ΘQのいずれかに向け、該当する方向領域で発せられる音を強調して収音する処理を行い、結果を出力する。各ビームフォーマー部12−1〜12−Qの出力信号y1(n)、y2(n)、…、yQ(n)はそれぞれ周波数領域変換部13−1〜13−Qに入力され、周波数領域変換部13−1〜13−Qの出力信号Y1(ω,l)、Y2(ω,l)、…YQ(ω,l)は信号量推定部14と特定方向選択部15にそれぞれ入力される。
特定方向選択部15は、強調したい方向領域に指向性のビームを向けたビームフォーマー部の出力を選択しYS(ω,l)として出力する。
ビームフォーマー部12−1〜12−Q、信号量推定部14,利得係数算出部16,特定方向選択部15の詳細は別の図を用いて以下に順に説明する。
図4はビームフォーマー部12−1〜12−Qの中の一つの例えばビームフォーマー部12−qの構成を示している。同様の処理がすべてのビームフォーマー部において行われる。入力された信号xm(n)(m=1,2,…,M)はフィルタ処理部FC1〜FCMに入力される。フィルタ処理部FC1〜FCMではあらかじめ与えられた(決定方法は後述する)フィルタ係数Wqm(n)を、式(5)に示す畳み込み演算に代入して得られる信号x’qm(n)を出力する。
図5は信号量推定部14の構成を示している。信号量推定部14に入力される周波数成分Y1(ω,l)、Y2(ω,l)、…、YQ(ω,l)はそれぞれパワー演算部PW−1〜PW−Qに入力され、信号のパワー値|Y1(ω,l)|2、|Y2(ω,l)|2、…、|YQ(ω,l)|2が出力され、ベクトル化部14Aに入力される。ベクトル化部14Aでは、入力されたパワー値を式(7)のようにベクトル形式でまとめた、ビームフォーマー部出力パワーベクトルY※(ω,l)を出力する。
図7は特定方向選択部15の構成を示している。特定方向選択部15では各ビームフォーマー部12−1〜12−Qより周波数領域変換部13−1〜13−Qを経て入力された周波数成分Y1(ω,l)からYQ(ω,l)のうち、強調したい第qs方向領域に対応するものを選択してYS(ω,l)として出力する。
YS(ω,l)=Yqs(ω,l) (11)
図8は利得係数算出部16における処理の流れを示している。信号量推定部14より入力された推定信号パワーベクトルXest※(ω,l)はベクトル要素抽出部16Aに入力される。ベクトル要素抽出部16Aでは式(12)に示すように、入力された推定信号パワーベクトルの第1成分を第1方向領域信号推定パワー|S1(ω,l)|2、第2成分を第2方向領域信号推定パワー、|S2(ω,l)|2のように第q成分を第q方向領域からの信号推定パワーとしてそれぞれ出力し、それらはSN比推定部16Bに入力される。
各同一帯域成分収集部20−1〜20−Ωにはそれぞれに信号量推定部14と、特定方向選択部15と、利得係数算出部16と、乗算部17とを設ける。従って、この実施例3での特徴は信号量推定部14と、特定方向選択部15と、利得係数算出部16,乗算部17の各処理がΩ個の異なる同一帯域成分収集部20−1、20−2、…20−Ωにおいて別々に行われ、同一帯域成分収集部20−1〜20−Ωに設けた乗算部17の出力が帯域合成部21により合成されている点を特徴とする。
ゲイン行列T※の各要素は式(8)と同様にビームフォーマー部の各方向領域に対する指向特性が求められるパラメータであり、フィルタ係数から計算される指向特性のゲイン量から式(22)により定義され、事前に与えられる。
次に図16に示す利得係数算出部16ではベクトル要素抽出部16Aは式(23)に示すように入力された推定信号絶対値ベクトルの第1成分を|S1(ω,l)|、第2成分を|S2(ω,l)|、第3成分を|S3(ω,l)|、…としてそれぞれ出力し、それらはSN比推定部16Bに入力される。
なおこの実施例4は実施例2の信号量推定部14と利得係数算出部16に対しても適用することができる。図17は実施例2に本実施例4の変更を加えた場合の利得係数算出部16の構成を示す。
12−1〜12−Q ビームフォーマー部 17 乗算部
13−1〜13−Q 周波数領域変換部 18 逆周波数領域変換部
14 信号量推定部 19−1〜19−Q 帯域分割部
15 特定方向選択部 20−1〜20−Ω 同一帯域成分収集部
21 帯域合成部
Claims (10)
- 複数のマイクロホンを搭載して構成されるマイクロホンアレーの出力信号を利用してそれぞれが異なる方向の角度領域から到来する音を強調して収音する複数のビームフォーマー部と、
前記複数のビームフォーマー部が収音した角度領域信号のそれぞれを複数の帯域成分に分割した周波数領域信号に変換する周波数領域変換部と、
各周波数領域変換部が出力する周波数領域信号の中の所望方向の角度領域の角度領域信号に所属する特定方向周波数領域信号を選択する特定方向選択部と、
各角度領域に含まれる信号の総和をその角度領域の信号量とし、前記複数のビームフォーマー部の各角度領域に対する指向特性から求められるパラメータを要素とするゲイン行列の逆行列に対し、各周波数領域変換部が出力する周波数領域信号の信号量を乗じ、各角度領域の信号量を推定する信号量推定部と、
所望方向の角度領域における信号量と、全ての角度領域における信号量の総和との比により、周波数帯域毎の利得係数を算出する利得係数算出部と、
前記利得係数算出部が算出した利得係数を前記特定方向周波数領域信号の各対応する周波数帯域の信号量に乗算する乗算部と、
を備えることを特徴とする特定方向収音装置。 - 複数のマイクロホンを搭載して構成されているマイクロホンアレーの出力信号を利用してそれぞれが異なる方向の角度領域から到来する音を強調して収音する複数のビームフォーマー部と、
前記複数のビームフォーマー部が収音した角度領域信号のそれぞれを複数の帯域成分に分割した周波数領域信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域変換部が出力する周波数領域信号を周波数帯域成分に分割する帯域分割部と、
前記帯域分割部が出力する帯域成分を同一帯域成分毎に収集する同一帯域成分収集部と、
前記同一帯域成分収集部の出力側に設けられ、各同一帯域成分収集部から出力される帯域成分を合成する帯域合成部と、
を備え、
前記同一帯域成分収集部は、
前記ビームフォーマー部の何れかが収音する所望方向の角度領域信号に所属する特定方向帯域成分を選択する特定方向選択部と、
各角度領域に含まれる信号の総和をその角度領域の信号量とし、前記複数のビームフォーマー部の各角度領域及び周波数帯域に対する指向特性から求められるパラメータを要素とするゲイン行列の逆行列に対し、各帯域分割部が出力する周波数帯域成分の信号量を乗じ、各角度領域の信号量を推定する信号量推定部と、
所望方向の角度領域における信号量と、全ての角度領域における信号量の総和との比により、利得係数を算出する利得係数算出部と、
前記利得係数算出部が算出した利得係数を前記特定方向帯域成分に乗算する乗算部と、
を備えることを特徴とする特定方向収音装置。 - 請求項1に記載の特定方向収音装置において、前記周波数領域信号の信号量は、信号のパワー値であることを特徴とする特定方向収音装置。
- 請求項1に記載の特定方向収音装置において、前記周波数領域信号の信号量は、信号の絶対値であることを特徴とする特定方向収音装置。
- 請求項2に記載の特定方向収音装置において、前記周波数帯域成分の信号量は、信号のパワー値であることを特徴とする特定方向収音装置。
- 請求項2に記載の特定方向収音装置において、前記周波数帯域成分の信号量は、信号の絶対値であることを特徴とする特定方向収音装置。
- 請求項1乃至6の何れかに記載の特定方向収音装置において、前記利得係数算出部の利得係数算出特性は前記所望方向の角度領域における信号量に対して、その他の角度領域における信号量が無視できる程度に微少値である場合、前記利得係数の値は所定の最大値で与えられ、前記所望方向の角度領域における信号量がその他の角度領域における信号量に対して無視できる程度に微少値である場合は前記利得係数の値はほぼ0に近い値となる特性で算出することを特徴とする特定方向収音装置。
- 請求項1乃至6の何れかに記載の特定方向収音装置において、前記利得係数算出部の利得係数算出特性は、前記所望方向の角度領域における信号量に対してその他の角度領域の信号量が小さい帯域では前記利得係数の値を最大値乃至は最大値に近い値に維持させ、前記所望方向の角度領域における信号量に対し、その他の角度領域の信号量が大きい領域では前記利得係数の値をほぼ0乃至0に近い値に維持させる特性で算出することを特徴とする特定方向収音装置。
- コンピュータが解読可能なプログラム言語によって記述され、コンピュータに請求項1乃至8の何れかに記載の特定方向収音装置として機能させる特定方向収音プログラム。
- コンピュータが読み取り可能な記録媒体によって構成され、この記録媒体に請求項9記載の特定方向収音プログラムを記録した記録媒体。
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