JP5294603B2 - 音響信号推定装置、音響信号合成装置、音響信号推定合成装置、音響信号推定方法、音響信号合成方法、音響信号推定合成方法、これらの方法を用いたプログラム、及び記録媒体 - Google Patents
音響信号推定装置、音響信号合成装置、音響信号推定合成装置、音響信号推定方法、音響信号合成方法、音響信号推定合成方法、これらの方法を用いたプログラム、及び記録媒体 Download PDFInfo
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Description
青木真理子,山口義和,古家賢一,片岡章俊,"音源分離方式SAFIAを用いた高騒音下における近接音源の分離抽出",電子情報通信学会誌A,Vol.J88-A, No.4, pp.468-479, 2005. 松本恭輔,小野順貴,嵯峨山茂樹,"位相差拘束付複素スペクトル円心(CSCC)法による雑音抑圧の検討",日本音響学会講演論文集,3-1-11, pp.499-500, 2006.
本発明はこのような問題点を解決し、複数のマイクで収音された音から、音源を推定し、任意の位置での音を合成する方法を提供することにある。
なお、音響信号推定装置や音響信号合成装置は、上述の記録部を内部に備えていてもよい。
本発明の音響信号合成装置によれば、音源が推定できた音については、音源の位置または方向から指定された位置で収音される音を計算できる。また、音源が推定できない音については、各チャネルの残差帯域信号(帯域信号に含まれる音源が特定できない信号)から指定された位置で収音される音を計算できる。そして、これらを重み付け加算するので、指定された位置での音を合成できる。
このような効果があるので、例えば、複数の場所のカメラから任意の視点の画像・映像を合成する自由視点映像システムに対応した音響信号の合成も可能となる。
原理
図1は、4つのマイクと伝播した音が平面波と近似できるほど遠方の音源からの音の様子を示す例である。一般的には、最も離れたマイク同士の間隔より、10倍以上音源が離れた場合、平面波と近似できる。図1では、4つのマイク501〜504は直線状に配置されている。音源Aからの音は、マイクの配置と垂直な方向から来るとする。この場合には、到達する音波の波面がそろうので、音源Aからの各マイクへの入力信号は同一となる。音源Bからの音は、マイクの配置に対して垂直ではない方向から来るとする。この場合、各マイクへの音源Bからの音の到達時間が異なる。また、帯域ごとの帯域信号成分でみると位相が異なる。図2に、マイク501〜504が設置されている場所501〜504での、音源Aから伝播された音のスペクトルの例を示す。図3に場所501〜504での音源Bから伝播された音のスペクトルの例を示す。図3(A)は場所501での音源Bからの音のスペクトル、(B)は場所502での音源Bからの音のスペクトル、(C)は場所503での音源Bからの音のスペクトル、(D)は場所504での音源Bからの音のスペクトルである。また、図4から図6に場所501、502、503での、音源Aと音源Bからの音のスペクトルを示す。図4が場所501での音源Aと音源Bからの音のスペクトル、図5が場所502での音源Aと音源Bからの音のスペクトル、図6が場所503での音源Aと音源Bからの音のスペクトルである。
図8に、本発明の音響信号推定合成装置の機能構成例を示す。また、図9に、音響信号推定合成装置の処理フローの例を示す。本発明の音響信号推定合成装置100は、帯域分割部110、音源推定部120、記録部130、帯域信号成分推定部140、帯域信号成分加算部150、帯域統合部160から構成される。帯域分割部110は、K個(Kは2以上の整数)のマイクで収音したKチャネルの音響信号x1(t),x2(t),…,xK(t)を、チャネルごとに所定の周波数帯域ωごとに分割して帯域信号X1(ω),X2(ω),…,XK(ω)を生成する(S110)。音響信号x1(t)は、Tサンプルからなるフレーム中の1つのサンプル値(スカラー量)であり、tは0,…,T−1の値を取る。このような音響信号x1(t)から、所定の周波数帯域ごとの帯域信号X1(ω)を得る。帯域信号X1(ω)は、例えば複素スペクトルである。なお、帯域信号X1(ω)は帯域分割複素信号でもよいが、以下では複素スペクトルとして説明する。次式のように、時間領域のT点ごとのフレームを複素フーリエ変換し、T/2点の複素フーリエ係数を求めたものを帯域信号X1(ω)とする。
帯域信号X1(ω)は1番目のマイク(第1のチャネル)の位置での信号の、周波数帯ωごとの振幅と位相を示している。サンプリング周波数をf〔Hz〕としたとき、ωf/T〔Hz〕を中心周波数とする帯域信号とみなせる。なお、帯域分割部110への入力を、アナログの音響信号とし、帯域分割部110内でサンプリングした値を音響信号x1(t)としてもよい。どの場合も、出力は同じである。
本発明の音響信号推定合成装置100はこのような構成なので、音源が推定できた音と雑音などの音源が推定できない音に分けることができる。そして、音源が推定できた音については、音源の位置または方向から指定された位置Pでの音を計算できる。また、音源が推定できない音については、各チャネルの残差帯域信号(帯域信号に含まれる音源が特定できない信号)から指定された位置Pでの音を計算できる。そして、これらを重み付け加算するので、指定された位置Pでの音を合成できる。このような効果があるので、例えば、複数の場所のカメラから任意の視点の画像・映像を合成する自由視点映像システムに対応した音響信号の合成も可能となる。
第1実施形態では、音響信号推定合成装置100を説明した。しかし、各音源の位置または方向と周波数帯域ごとの音源帯域信号、および各チャネルの残差帯域信号を推定するまでを1つの装置(音響信号推定装置)としても良い。また、各音源の位置または方向と周波数帯域ごとの音源帯域信号、および各チャネルの残差帯域信号から、指定された位置Pでの音を合成するまでを1つの装置(音響信号合成装置)としても良い。
このように、いくつかの装置に分割して全体で音響信号推定合成装置を形成しても、第1実施形態と同じ効果を得ることができる。
Claims (8)
- 周波数帯域ωごとの各音源m(m=1,2,…,Mω、Mωは周波数帯域ωにおける音源の数)の位置または方向Dω,mと当該音源の位置または方向に対応づけられた周波数帯域ωごとの強度と位相Sω,mと、前記音源の位置または方向に対応づけられていない信号で各チャネルk(k=1,2,…,K、Kはチャネルの数)と周波数帯域ωに対応づけられた信号である残差帯域信号Nk(ω)、音を合成する位置を入力とする音響信号合成装置であって、
周波数帯域ωごとに、各音源の位置または方向Dω,m と周波数帯域ごとの強度と位相Sω,m から、指定された位置での前記各音源からの信号を合成した帯域信号Z(ω)を推定する帯域信号成分推定部と、
各マイクkと前記指定された位置との距離に応じた重みをαkとしたとき、周波数帯域ωごとに、前記帯域信号Z(ω)と前記残差帯域信号Nk(ω)とから、
前記指定された位置での帯域信号Y(ω)を、時間領域の信号に変換する帯域統合部と
を備える音響信号合成装置。 - K個(Kは2以上の整数)のマイクで収音したKチャネルの音響信号を、チャネルk(k=1,2,…,K)ごとに所定の周波数帯域ωごとに分割して帯域信号Xk(ω)を生成する帯域分割部と、
周波数帯域ωごとに、各音源m(m=1,2,…,Mω、Mωは周波数帯域ωにおける音源の数)の位置または方向Dω,mと強度と位相Sω,mと各マイクkの位置での各音源mからの信号Uk,ω,mを推定し、前記帯域信号Xk(ω)と前記信号Uk,ω,mとから、
各音源の位置または方向Dω,mと周波数帯域ωごとの強度と位相Sω,m、および各チャネルの残差帯域信号Nk(ω)を記録する記録部と、
周波数帯域ωごとに、各音源の位置または方向Dω,mと周波数帯域ごとの強度と位相Sω,mから、指定された位置での各音源からの信号を合成した帯域信号Z(ω)を推定する帯域信号成分推定部と、
各マイクkと前記指定された位置との距離に応じた重みをαkとしたとき、周波数帯域ωごとに、前記帯域信号Z(ω)と前記残差帯域信号Nk(ω)とから、
前記指定された位置での帯域信号Y(ω)を、時間領域の信号に変換する帯域統合部と
を備える音響信号推定合成装置。 - 周波数帯域ωごとの各音源m(m=1,2,…,Mω、Mωは周波数帯域ωにおける音源の数)の位置または方向Dω,mと当該音源の位置または方向に対応づけられた周波数帯域ωごとの強度と位相Sω,mと、前記音源の位置または方向に対応づけられていない信号で各チャネルk(k=1,2,…,K、Kはチャネルの数)と周波数帯域ωに対応づけられた信号である残差帯域信号Nk(ω)、音を合成する位置を入力とする音響信号合成方法であって、
帯域信号成分推定部で、周波数帯域ωごとに、各音源の位置または方向Dω,m と周波数帯域ごとの強度と位相Sω,m から、指定された位置での前記各音源からの信号を合成した帯域信号Z(ω)を推定する帯域信号成分推定ステップと、
帯域信号成分加算部で、各マイクkと前記指定された位置との距離に応じた重みをαkとしたとき、周波数帯域ωごとに、前記帯域信号Z(ω)と前記残差帯域信号Nk(ω)とから、
帯域統合部で、前記指定された位置での帯域信号Y(ω)を、時間領域の信号に変換する帯域統合ステップと
を有する音響信号合成方法。 - 帯域分割部で、K個(Kは2以上の整数)のマイクで収音したKチャネルの音響信号を、チャネルk(k=1,2,…,K)ごとに所定の周波数帯域ωごとに分割して帯域信号Xk(ω)を生成する帯域分割ステップと、
音源推定部で、周波数帯域ωごとに、各音源m(m=1,2,…,Mω、Mωは周波数帯域ωにおける音源の数)の位置または方向Dω,mと強度と位相Sω,mと各マイクkの位置での各音源mからの信号Uk,ω,mを推定し、前記帯域信号Xk(ω)と前記信号Uk,ω,mとから、
帯域信号成分推定部で、周波数帯域ωごとに、各音源の位置または方向Dω,mと周波数帯域ごとの強度と位相Sω,mから、指定された位置での各音源からの信号を合成した帯域信号Z(ω)を推定する帯域信号成分推定ステップと、
帯域信号成分加算部で、各マイクkと前記指定された位置との距離に応じた重みをαkとしたとき、周波数帯域ωごとに、前記帯域信号Z(ω)と前記残差帯域信号Nk(ω)とから、
帯域統合部で、前記指定された位置での帯域信号Y(ω)を、時間領域の信号に変換する帯域統合ステップと
を有する音響信号推定合成方法。 - 請求項4から6のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
- 請求項7記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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