JPH11304906A - 音源位置推定方法およびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐雑音性能に優れ、かつ、演算量の少ない音
源位置推定方法およびその記録媒体を提供すること。 【解決手段】 本発明では、複数のマイクロホンで受音
した信号を処理し、音源の位置を推定する方法におい
て、まず、受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホ
ンの組について計算し、次に、上記相互相関関数につい
て、基準マイクロホンと他のマイクロホンとの間の相互
相関関数の最大値を与える時間差を求め、これを予備推
定時間差とし、そして、全てのマイクロホンについての
遅延和のパワーを最大にする時間差を上記予備推定時間
差の近傍で探索して、これを推定時間差とし、最後に、
上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この方法は、話者自動追従カ
メラ、話者自動追従指向性集音装置等において、複数の
マイクロホン（以下、単に「マイク」と記載する場合あ
り）により受信した信号を用いて音源の位置を推定する
方法およびその記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】この節では、まず、音源位置推定の原理
を説明し、次に従来の音源位置推定法である遅延和法と
相互相関法について説明し、最後にそれら従来法の問題
点を述べる。

【０００３】§１． 予備的説明 まず、音源位置を推定できるための必要条件について説
明する。音源位置を複数のマイクロホンで受音した信号
から推定するということは、基本的には三角形の合同条
件により、空間内に、音源を共通の頂点とした３つ以上
の三角形を同定することに等しい。ここで、個々の三角
形は、二つのマイクロホンを通る直線上に一辺をとり、
その辺に相対する頂点に音源がある。三角形の合同条件
は、三辺相等、二角挟辺相等、そして、二辺挟角相等の
三つである。これら全ての条件は、必ず、一辺の長さが
必要であるが、音源位置推定においては、マイクロホン
の位置関係は既知なので、二つ以上のマイクロホンが通
る直線にこの辺をとる。いま、簡単のために、音源があ
る平面上にある場合について、これらの合同条件と位置
推定の関係を考える。

【０００４】三辺相等 この条件は三辺の長さがわかれば、三角形は一意に決ま
るということを意味している。この場合、三角形の頂点
は音源と二つのマイクロホンであり、それらの間の距離
が三辺の長さに対応する。

【０００５】二角挟辺相等 この条件は二つの角とそれらに挟まれる辺の長さがわか
れば、三角形が一意に決まるということを意味してい
る。この条件を使う場合、三つのマイクロホンを一直線
に並べ、この直線上に挟辺をとり、挟辺の二つの端点を
中央のマイクロホンとその左右のマイクロホンの中点と
考える。また、残りの頂点は音源である。そうすると、
条件中の二角は、右と中央のマイクロホン、と、左と中
央のマイクロホンから音源を見込む角度になる。

【０００６】二辺挟角相等 この条件は二辺とその二辺に挟まれた角がわかれば、三
角形が一意に決まるということを意味している。二辺の
うち、一辺は二つのマイクロホンを結ぶ直線上にとり、
その端点は二つのマイクロホンの中点と片方のマイクロ
ホンである。もう一辺は、音源とマイクロホンの中点を
端点とするものである。

【０００７】次に、従来法の説明に必要となる記号の定
義等を行う。図４は複数のマイクロホンにより音波を受
音する様子を説明する図であって、１１は音源を、１２
−１〜１２−Ｍはマイクロホンを、１３はＡ／Ｄ変換器
を、ｓ（ｋ）は時刻ｋの音源信号を、Ｍはマイクロホン
の総数を、ｄ（ｍ）、（ｍ＝１，２，...，Ｍ）は音源
とｍ番目のマイクロホンの間の距離を、また、ｘ（ｍ，
ｋ）は時刻ｋでのｍ番目のマイクロホンの受音信号を表
わす。本明細書では、時間（時刻）の表現は離散時間と
して、整数ｋで時間を表わすものとする。通常、音源か
らマイクロホンに直接到達する音の他に、壁、床等に反
射した後にマイクロホンに達する反射音が存在するが、
説明を簡単にするために図４の説明では直接音のみを考
慮する。また、マイクロホン１２−１〜１２−Ｍの位置
は既知であるとする。

【０００８】さて、音速をサンプリング周波数で除した
量を正規化音速と呼び、ｃで表わすと、時刻ｋでのｍ番
目のマイクロホンの受音信号ｘ（ｍ，ｋ）はｄ（ｍ）／
ｃ時間前の音源信号に等しいので、次の式（１）が成立
する。 ｘ（ｍ，ｋ）＝ｓ（ｋ−ｄ（ｍ）／ｃ） ・・・（１）

【０００９】この式（１）は、音源とマイクロホンの距
離が音源信号とマイクロホンでの受音信号の時間差に変
換されることを示している。つまり、時間差が分かれ
ば、音源までの距離が分かり、距離から音源の位置が知
られる。また、ある基準になるマイクロホン（本明細書
ではマイクロホン１２−１）を決め、そのマイクロホン
の受音信号を遅れた音源信号とすれば、 ｘ（ｍ，ｋ）＝ｓ（ｋ−ｄ（ｍ）／ｃ） ＝ｓ（ｋ−ｄ（ｍ）／ｃ＋ｄ（１）／ｃ−ｄ（１）／ｃ） ＝ｓ（ｋ−ｄ（１）／ｃ−（ｄ（ｍ）−ｄ（１））／ｃ） ＝ｘ（１，ｋ−（ｄ（ｍ）−ｄ（１））／ｃ） ・・・（２） とかける。式（１）では、音源信号と各々のマイクロホ
ンの受音信号の時間差が未知数であったが、式（２）で
は、マイクロホン１と音源の時間差と、マイクロホン１
と他のマイクロホンとの時間差が未知数である。

【００１０】図５は二つのマイクロホンに平面波が入射
する様子を示しており、二つのマイクロホンの信号の時
間差が幾何的に何を意味しているかを説明するものであ
る。図５において、破線２１は音波の等位相面を表わ
し、入射音波がまずマイクロホン１２−１に、遅れてマ
イクロホン１２−２に到達する様子を描いている。図５
より、次式（３）のように、音波の到達時間差はマイク
ロホンの間隔と入射角度θの余角の積を正規化音速で除
したものになる。 音波到達時間差＝マイクロホン間隔ｃｏｓ（θ）／ｃ ・・・（３） 式（３）を変形すると、 θ＝ａｒｃｃｏｓ（ｃ音波到達時間差／マイクロホン間隔） ・・・（４） となる。従って、音波到達時間差とマイクロホン間隔が
分かると入射角θが計算できることがわかる。

【００１１】§２．従来の音源位置推定法 音源位置の推定法には、様々あるが、本明細書では、そ
の中でも最も簡単な部類に属する二つの方法、遅延和法
と相互相関法を説明する。

【００１２】（従来法１）遅延和法 遅延和法は先の分類によれば、三辺相等を利用する方式
である。あらかじめ、音源がありそうな位置を複数個仮
定しておき、その中である規範に尤もよく適合したもの
を音源位置とする。規範の計算には、マイクロホンと音
源の間の距離そのものではなく、基準マイクロホンと他
のマイクロホンの音波到来の時間差を使用する。式
（２）によると、すべてのマイクロホンでの受音信号は
基準マイクロホンの受音信号が時間的にずれたものであ
る。これらの信号を遅らせたり、進ませたりした後に加
算した信号を考えると、その加算した信号のパワーが最
大となるのは、マイクロホンｍ（ｍ＝１，２，...，
Ｍ）の信号を（ｄ（ｍ）−ｄ（１））／ｃだけ進ませ
（または、（ｄ（１）−ｄ（ｍ））／ｃだけ遅らせ）、
すべてのマイクロホンの信号がｘ（１，ｋ）と同位相に
なる場合である。実際には、信号を進ませることはでき
ないから、ｘ（１，ｋ）をＤsup（＞ｄ（ｍ）−ｄ
（１））だけ遅らせたｘ（１，ｋ−Ｄsup／ｃ）と同位
相になるように、すべてのマイクロホンの信号を遅らせ
る。このように、遅延和法は、受音信号を遅延し加算し
た信号のパワーを規範とし、その値を適合度とし、受音
した信号に対して、用意しておいた遅延を適用して、最
大の加算信号パワーを与えた遅延の組に対応する位置を
音源位置とする。以下により具体的な位置推定手順を説
明する。

【００１３】図６は遅延和法の信号の流れを説明する図
であって、３１は遅延器を、３２は加算器を、Ｄ（ｉ，
ｍ）、（ｉ＝１，２，…，Ｉ）は次式（５）で定義され
るように、ｉ番目の音源仮定位置に音源がある場合に全
てのマイクロホンの信号が同相になるようなｍ番目のマ
イクロホンの遅延量を、Ｉはあらかじめ仮定した音源位
置の数を、ｙ（ｉ，ｋ）は遅延Ｄ（ｉ，ｍ）に対応した
加算器の出力信号を表わし、遅延和と呼ぶ。 Ｄ（ｍ，ｉ）＝Ｄsup＋ｄ（ｉ，ｍ）／ｃ ・・・（５） ただし、ｄ（ｉ，ｍ）は、ｉ番目の音源仮定位置とマイ
クロホンｍの距離である。

【００１４】マイクロホン１２で受音された信号ｘ
（ｍ，ｋ）は遅延器３１でＤ（ｉ，ｍ）だけ遅延させら
れた後、加算器３２で加算され、出力信号ｙ（ｉ，ｋ）
となる。この出力信号ｙ（ｉ，ｋ）は、次式（６）で計
算される。 ｙ（ｉ，ｋ）＝Σｘ（ｍ，ｋ−Ｄ（ｉ，ｍ）） ・・・（６） ただし、Σはマイクロホン番号ｍに関するものである。
推定音源位置は、

【数１】 となるｉに対応する位置である。ただし、

【数２】 はａの二乗を、Ｅ［ａ］はａの平均をとることを意味す
る。これらの計算手順を図７に示す。

【００１５】（従来法２）相互相関法 相互相関法は先の分類によれば、二角挟辺相等を利用す
る方式である。相互相関法では、基準マイクロホンと他
のマイクロホンの信号との時間差を相互相関関数の最大
値を与える時間差とみなし、その時間差とマイクロホン
間隔から入射角を得る。基準マイクロホン１２−１とマ
イクロホン１２−ｍの信号の相互相関関数ｒ（τ，ｍ）
は次式（８）で定義される。 ｒ（τ，１，ｍ）＝Ｅ［ｘ（１，ｋ）ｘ（ｍ，ｋ＋τ）］・・・（８） マイクロホン間隔／正規化音速以上の時間差が生じるこ
とはないので、時間差τが、−（マイクロホン間隔／正
規化音速）から＋（マイクロホン間隔／正規化音速）ま
での範囲で相互相関関数を求める。雑音が無ければ、相
互相関関数はτ（ｍ）＝（ｄ（ｍ）−ｄ（１））／ｃの
ときに最大値

【数３】 をとるので、相互相関関数の最大値を与える時間差をマ
イクロホン間の音波到来時間差とみなすことができる。
相互相関法を使う時には、特別なマイクロホンの配置を
選び、音源位置が簡単に計算できるようにする。例え
ば、一般に三角法と呼ばれている方法を図８で説明す
る。三角法では図８にあるように、三つのマイクロホン
を一直線上に配置する。マイクロホン１２−１を基準マ
イクロホンとし、基準マイクロホンとマイクロホン１２
−２，１２−３の信号の遅れ時間を相互相関関数から決
定し、次に、式（４）より、この二つの遅れ時間から、
それぞれ、マイクロホン１２−１，１２−２に関する音
源からの音波の入射角θ2と、マイクロホン１２−１，
１２−３に関する入射角θ3を計算する。すると、音
源、マイクロホン１２−１と１２−２の中点、マイクロ
ホン１２−１と１２−３の中点を結んでできる三角形は
二角とその挟辺が決定するので、一意に三角形が決定さ
れ、音源位置が決定する。以上の手順を図９に示す。

【００１６】§３．従来法間の比較 従来法である遅延和法と相互相関法について、演算量と
耐雑音性能について比較する。まず、平均操作を除いた
演算量を比較する。遅延和法の主な計算は式（６）の遅
延和ｙ（ｉ，ｋ）、（ｉ＝１，２，...，Ｉ）を計算す
る部分であるから、演算量は、マイクロホンの数Ｍと仮
定した音源位置の数Ｉの積と見積もられる。一方、相互
相関法では、計算の主要部分は、式（８）であり、その
演算量は（マイクロホンの数−１）と、平均的マイクロ
ホン間隔を正規化音速で除したものと、の積の二倍程度
と見積もられる。この二つの方法の演算量を比較する
と、どちらも、ほぼ、マイクロホンの数に比例する点は
同じであり、相違点は、遅延和法では、仮定した音源位
置数Ｉに、相互相関法では、マイクロホン間隔を正規化
音速で除した数に比例する点である。

【００１７】仮定する音源位置数は、用途によっても異
なるが、話者の位置にカメラを向けたり、話者の音声を
選択的に集音する用途では、高い位置の分解能が要求さ
れるので、数千から数万になる。例えば、話者追従カメ
ラの場合、カメラを中心として、水平角を１度の分解能
で１２０度の範囲、仰角を１度の分解能で３０度の範
囲、距離を５０ｃｍの分解能で５ｍの範囲で話者の位置
を探索すると、およそＩ＝１２０×３０×（５／０．
５）＝３６０００となる。

【００１８】他方、相互相関法のマイクロホン間隔を正
規化音速で除した数は、高々１００程度である。例え
ば、マイクロホンの間隔が５０ｃｍで、サンプリング周
波数が１６ｋＨｚ、音速が３４０ｍ／ｓのとき、２＊
０．５／（３４０／１６０００）＝４７である。以上よ
り、遅延和法の演算量は相互相関法の演算量の１００か
ら１０００倍であることがわかる。

【００１９】次に、耐雑音性能を比較する。図４では考
慮しなかったが、実際に音源位置の推定を行う場合に
は、部屋の残響や暗騒音が存在し位置推定性能が劣化す
る。これら音源からの直接音以外をまとめて雑音とし
て、ｎ（ｍ，ｋ）と表わすと、改めて、マイクロホンｍ
の時刻ｋでの受音信号は、 ｘ（ｍ，ｋ）＝ｓ（ｋ−ｄ（ｍ）／ｃ）＋ｎ（ｍ，ｋ） ・・・（９） と、表わすことができる。

【００２０】雑音耐性は、マイクロホン配置や音源の周
波数帯域にも依存するので、一概には言いにくいが、こ
こでは、正しくマイクロホンの遅延時間を設定したとき
の、式（６）のｙと式（８）のｒにおける音源信号ｓの
パワーとそれ以外の成分の絶対値の比で議論することと
する。遅延和法の場合、式（６）において、Ｄ（ｉ，
ｍ）＝Ｄsup−ｄ（ｍ）／ｃとすると、音源信号ｓが次
式（１０）のように同相になる。

【数４】

【００２１】このとき、遅延和のパワー

【数５】 は、

【数６】 と、かける。ただし、

【数７】 は音源信号ｓのパワーであり、２行目第４項のΣΣはマ
イクロホン番号ｍ、ｍ’（ｍ≠ｍ’）に関するものであ
り、それ以外のΣはｍに関するものである。

【００２２】上式（１１）の右辺について、詳しくみて
いく。まず、第１項は音源信号のパワーを

【数８】 倍したものであり、雑音がなければ、この項だけしか現
れない。第２項は音源信号と雑音の相関を意味してい
る。雑音の中には残響など、音源と相関のある成分があ
り、この相関の平均値Ｅ［ｓ（ｋ−Ｄsup）ｎ（ｍ，ｋ
−Ｄ（ｉ，ｍ））］をηｓｎと表わす。第３項は各マイ
クロホンの雑音のパワーの和を意味する項である。各マ
イクロホンの雑音のパワーは、音源位置ｉ＝１，
２，...，Ｉに関して一定であるので、第３項は位置の
推定には影響を与えない。最後に、第４項は雑音の相互
相関の平均を意味しており、これをηｎｎと表わす。

【００２３】以上の議論を踏まえて、式（１１）右辺の
意味のある部分は、次のように書き直すことができる。

【数９】 従って、

【数１０】 中の音源信号ｓのパワーとそれ以外の絶対値の比は、

【数１１】 となる。ただし、ａｂｓ（ｘ）はｘの絶対値を表わす。
この式（１３）から、マイクロホンの個数Ｍに比例して
音源信号ｓのパワーの比率が大きくなっていくことがわ
かる。

【００２４】他方、相互相関法では、ｒ（τ，１，ｍ）
において、雑音が存在しない場合にはτ＝（ｄ（ｍ）−
ｄ（１））／ｃのときに、ｓが同相になり、ｒが最大に
なった。雑音がある状況下で、τ＝（ｄ（ｍ）−ｄ
（１））／ｃのときのｒは、

【数１２】 となる。遅延和法と同様に、

【数１３】 となり、ｒ中の音源信号ｓのパワーとそれ以外の絶対値
の比は、

【数１４】 となる。この値はマイクロホンの数Ｍには依存せず、Ｍ
＝２の場合の遅延和法と同じ値である。従って、遅延和
法と相互相関法を比較すると、遅延和法の方がマイクロ
ホンの数Ｍ／２だけ、音源信号ｓの比率が大きく、雑音
耐性に優れていることがわかる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来法の遅延和法では、演算量が多いという問題点があ
り、また、相互相関法は、遅延和法に比べて耐雑音性能
が劣るという問題点がある。この発明は、相互相関法に
より音源位置を予備推定して音源位置探索範囲を狭める
ことによって、遅延和法の上記問題を解決し、耐雑音性
能を保ったままで、遅延和法と同一の音源位置推定性能
を得ることを可能にするものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、複数
のマイクロホンで受音した信号を処理し、音源の位置を
推定する方法において、上記受音信号の相互相関関数を
全てのマイクロホンの組について計算する第１ステップ
と、上記相互相関関数について、基準マイクロホンと他
のマイクロホンとの間の相互相関関数の最大値を与える
時間差を求め、これを予備推定時間差とする第２ステッ
プと、全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを
最大にする時間差を上記予備推定時間差の近傍で探索し
て、これを推定時間差とする第３ステップと、上記推定
時間差に基づいて音源位置を計算する第４ステップとを
具備することを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下にこの発明を詳細に説明す
る。説明の出発点として、遅延和法の計算式を再掲す
る。この計算式は、

【数１５】 と展開できる。ただし、２行目第２項のΣΣはマイクロ
ホン番号ｍ、ｍ’（ｍ≠ｍ’）に関するものであり、そ
れ以外のΣはｍに関するものである。式（１９）におい
て、右辺第１項はｍ番目のマイクロホンの信号のパワー
であり、音源位置ｉに関して共通であり、

【数１６】 の最大値をみつける式（１８）の結果に影響しないので
計算の必要はない。

【００２８】また、右辺第２項はＭ（Ｍ−１）／２個の
相互相関関数の和であり、個々の相互相関関数Ｅ［ｘ
（ｍ，ｋ−Ｄ（ｉ，ｍ））ｘ（ｍ’，ｋ−Ｄ（ｉ，
ｍ’））］は音源位置ｉを変化させたときにＤ（ｉ，
ｍ）−Ｄ（ｉ，ｍ’）がとりうる範囲、即ち、最大で
も、−（マイクロホンｍとｍ’との間の距離／正規化音
速）から＋（マイクロホンｍとｍ’との間の距離／正規
化音速）までの範囲、で計算しておけば、その中に必ず
存在する。このように、

【数１７】 は相互相関関数の和で評価できることがわかる。

【００２９】さて、遅延和法の演算量が多い原因は、十
分な性能を得るために、仮定する音源位置の数が多くな
るというところにあった。そこで、この発明では、その
問題を解決するために、まず、相互相関関数によってマ
イクロホン間の時間差を推定することで、時間差（つま
り音源位置）を大まかに推定し、次に、その時間差の近
傍で遅延和法と同じように遅延和のパワー

【数１８】 を最大にする時間差を探索する。最後に、求められた時
間差から位置を逆算する。

【００３０】具体的には、 手順１：相互相関関数を計算する。 手順２：相互相関法により、マイクロホン１２−１とマ
イクロホン１２−ｍとの間の音波の到来時間差を推定す
る。マイクロホン１２−１とマイクロホン１２−ｍの時
間差をτ（ｍ）と表わすことにする。 手順３：手順２で求めた遅延時間の近傍、 τ（ｍ）−δτ（ｍ）≦ｔ（ｍ）≦τ（ｍ）＋δτ（ｍ） （但し、δτ（ｍ）＞０） ・・・（２０） で、次式（２１）を最大にするｔ（ｍ）を探索する。δ
τの典型的な値は１から５の間である。 ΣΣＥ［ｘ（ｍ，ｋ−ｔ（ｍ））ｘ（ｍ’，ｋ−ｔ（ｍ’））］ ・・・（２１） 手順４：手順３で求められた音波到来時間差ｔ（ｍ）に
基づいて、音源位置を求める。この時間差と位置の変換
は、相互相関法で説明した三角法や位置に関する連立方
程式を立てて、それを解くことで行う。

【００３１】以上の手順を図１に示す。なお、本発明の
実行手段は、一例として、後述する音源位置推定部７１
０（図２，３参照）として構成される。この音源位置推
定部７１０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装置である。ま
た、図１に示す手順は、音源位置推定部７１０内におい
て、制御プログラムとして、半導体メモリ（ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ等）またはその他の記録媒体（磁気ディスク等）に
格納されている。そして、音源位置推定部７１０のＣＰ
Ｕは、上記制御プログラムに基づいて、本発明による音
源位置推定方法を実行する。

【００３２】式（２１）は式（１９）の右辺第２項にお
いて、係数の２を省き、Ｄ（ｉ，ｍ）とＤ（ｉ，ｍ’）
をそれぞれ、ｔ（ｍ）とｔ（ｍ’）に置き換えた式であ
る。式（１９）では、仮定音源位置ｉが変数であった
が、式（２１）では、遅延時間ｔ（ｍ）が変数となる。
従来法の比較でも述べたように、仮定音源位置の個数は
数千から数万である。一方、式（２１）では、遅延時間
の個数は

【数１９】 で、Ｍ＝４程度では、高々数千である。

【００３３】この発明の演算量と耐雑音性能について述
べる。この発明の演算量を見積もると、まず、手順１で
の相互相関関数の計算に、Ｍ（Ｍ−１）倍と平均的マイ
クロホン間隔を正規化音速で除したものとの積程度の演
算が必要である。また、音源位置推定のために、手順２
〜４を実行するが、これには、およそ

【数２０】 の演算が必要である。この演算量を遅延和法のそれと比
較してみる。例えば、Ｍ＝４、δτ（ｍ）＝２、他の条
件は「§３．従来法間の比較」の例と同じ場合、遅延和
法では、３６０００Ｍ＝１４０００、この発明では、

【数２１】 であり、遅延和法の約１００分の１である。耐雑音性能
については、この発明は遅延和法と同じく遅延和のパワ
ーを評価しているので、遅延和法と同一の耐雑音性能が
あり、相互相関法より優れている。

【００３４】以下には、この発明の実施にあたっての補
足事項を述べる。 相互相関関数などで、時間差はサンプリング周波数
の逆数を一単位とする整数時間として説明してきたが、
整数時間では十分な分解能が得られない場合がある。こ
のような場合には、相互相関関数を補間して、手順２、
３を繰り返す。補間するには、補間する相互相関の値の
周りの相互相関の値も必要となるので、相互相関を計算
する範囲を補間の際に使用するぶんだけ伸ばす必要があ
る。

【００３５】 この発明の演算量に大きく寄与してい
るのが

【数２２】 である。手順２で、より正確なτ（ｍ）が求まれば、δ
τ（ｍ）を小さく選べるので演算量を低減できる。手順
２でより正確なτ（ｍ）を求めるために、基準マイクロ
ホン以外のマイクロホンを２つ以上のグループに分け
て、その各々のグループと基準マイクロホンで、遅延和
法やこの発明の手順２、３を用いることができる。

【００３６】 約３００〜５００Ｈｚ以下の周波数の
音波は、波長が長いために、それ以上の周波数の音波に
比べて、同じ到来時間差でも振幅の変化が小さく、故
に、方向推定に有用な情報が少ない。それにも関わら
ず、音源（音声）は、この帯域でパワーが大きく、か
つ、減衰時間の長い部屋の低次の共振周波数と重なるの
で、鳴き竜現象と同様に、壁や天井など音源以外の方向
から到来する反射音波が増加し、音源方向推定誤差につ
ながる。以上の理由によって、相互相関関数の計算に利
用する信号の周波数帯域は約３００〜５００Ｈｚ以上と
する。

【００３７】以上、この発明の実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

【００３８】

【実施例】第１の実施例は、話者自動追従指向性集音装
置である。図２にこの発明の方法を適用した話者自動追
従指向性装置の機能構成を示す。入力信号ｘ（ｋ，ｍ）
として音声信号が音源位置推定部７１０と遅延器３１に
供給され、遅延器３１の出力は荷重７２０で振幅を変化
させられた後に加算器３２で加算され、話者自動追従指
向性集音装置の出力ｙ（ｋ）となる。音源位置推定部７
１０は音源の位置を推定し、得られた推定音源位置を遅
延・荷重計算部７３０に送り、遅延・荷重計算部７３０
は、出力ｙ（ｋ）の信号対雑音比が最大になるように、
遅延時間と荷重を決定する。

【００３９】話者自動追従指向性集音装置はテレビ会議
システム等の拡声通話形において、話者の音声だけを選
択的に集音するための装置である。従来の机上のマイク
ロホンでは、邪魔になる、机と紙やペンとが衝突す
る音などの不快な音が混入しやすい、という問題があ
り、壁、天井、ディスプレイの周囲などに配置したマイ
クロホンによる集音が求められている。この際、マイク
ロホンが話者から離れることにより、マイクロホン一つ
当たりの信号対雑音比が低滅する。これを補うために複
数のマイクロホンで受音し、それらの信号を適切に遅
延、重み付けして加算することが必要となり、その適切
な遅延時間と荷重を求めるために音源位置を推定する必
要がある。

【００４０】このとき、推定音源位置が不正確だと、出
力音声の高域のパワーが低下し、こもった感じのする音
になるという問題が生じるので、より正確な音源位置推
定が必要とされる。この発明によれば、従来法である遅
延和法に対しては、演算量が格段に少なく、同じ処理装
置ならば、より分解能を高くすることができるので、よ
り正確な音源位置の推定が行える。また、同じく従来法
である相互相関法により、優れた耐雑音性能を有するの
で、より正確な音源位置推定が行える。その結果とし
て、この発明の方法を用いることで従来法を用いるより
高品質の音声が受音できる。

【００４１】第２の実施例は話者自動追従ビデオカメラ
である。図３にこの発明の方法を適用した話者自動追従
ビデオカメラの機能構成を示す。入力信号ｘ（ｋ，ｍ）
として音声信号が音源位置推定部７１０に供給され、音
源位置推定部７１０は音源の位置を推定し、得られた推
定音源位置をカメラ制御部８１０に送り、カメラ制御部
８１０はビデオカメラ８２０に制御信号を出し、その制
御信号に応じてビデオカメラ８２０が水平角、仰角やズ
ームを変更する。

【００４２】話者自動追従ビデオカメラはテレビ会議シ
ステム等において、自動的に話者をビデオカメラの視野
に適切に収めるための装置である。複数の人との会議
で、従来の固定式のビデオカメラでは、話者が誰なのか
がわからないことが有るという問題がある。また、人が
ビデオカメラを操作する場合には、手間が必要であると
いう問題がある。このような理由から、自動的に話者に
追従するビデオカメラが必要とされている。人をビデオ
カメラの視野に適切に収めるには、音源位置を高い精度
で知ることが要求される。推定音源位置が不正確だと、
画面からはみ出したり、ズームを引きすぎて話者の映像
が小さすぎたりし、目的を果たせないという問題が生じ
る。

【００４３】この発明によれば、従来法である遅延和法
に対しては、演算量が格段に少なく、同じ処理装置なら
ば、より分解能を高くすることができるので、より正確
な音源位置の推定が行える。また、同じく従来法である
相互相関法により、優れた耐雑音性能を有するので、よ
り正確な音源位置推定が行える。その結果、この発明の
方法を用いることで、従来法を用いるより適切に話者を
ビデオカメラの視野に収めることができる。

【００４４】第３の実施例は、異常音自動追尾監視カメ
ラである。この実施例は、第２の実施例において話者が
異常音発生源に置き換わったものなので、詳細は略す。

【００４５】

【発明の効果】この発明により、従来法である遅延和法
と比べ、音源推定精度を保ったまま、演算量を低減でき
るという効果が生じる。言い換えると、同じ演算装置が
与えられた場合、この発明により、より分解能をあげる
ことで正確な位置推定ができ、音源探索範囲を広げられ
るという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による音源位置推定方法
の手順を示すフローチャートである。

【図２】 本発明の第１実施例による話者自動追従指向
性集音装置の構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の第２実施例による話者自動追従ビデ
オカメラの構成を示すブロック図である。

【図４】 複数のマイクロホンを用いて音波を受音する
場合の一例を示す説明図である。

【図５】 ２つのマイクロホンに音波が到達する際の到
達時間差を示す説明図である。

【図６】 遅延和法を用いた場合の信号を流れを示す説
明図である。

【図７】 遅延和法の手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】 三角法の原理を示す説明図である。

【図９】 相互相関法の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１１……音源 １２−１，１２−２，１２−ｍ，１２−Ｍ……マイクロ
ホン（マイク） １３……Ａ／Ｄ変換器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定する方法において、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 上記相互相関関数について、基準マイクロホンと他のマ
   イクロホンとの間の相互相関関数の最大値を与える時間
   差を求め、これを予備推定時間差とする第２ステップ
   と、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記予備推定時間差の近傍で探索して、こ
   れを推定時間差とする第３ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第４ステ
   ップとを具備することを特徴とする音源位置推定方法。
2. 【請求項２】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定する方法において、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 基準マイクロホンと一部の他のマイクロホンについての
   遅延和が最大になる時間差を遅延和法により求め、これ
   を予備推定時間差とする第２ステップと、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記予備推定時間差の近傍で探索して、こ
   れを推定時間差とする第３ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第４ステ
   ップとを具備することを特徴とする音源位置推定方法。
3. 【請求項３】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定する方法において、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 上記相互相関関数について、基準マイクロホンと一部の
   他のマイクロホンとの間の相互相関関数の最大値を与え
   る時間差を求め、これを第１予備推定時間差とする第２
   ステップと、 基準マイクロホンと一部の他のマイクロホンについての
   遅延和のパワーを最大にする時間差を上記第１予備推定
   時間差の近傍で探索して、これを第２予備推定時間差と
   する第３ステップと、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記第２予備推定時間差の近傍で探索し
   て、これを推定時間差とする第４ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第５ステ
   ップとを具備することを特徴とする音源位置推定方法。
4. 【請求項４】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定するプログラムを記録した記録
   媒体であって、 コンピュータに、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 上記相互相関関数について、基準マイクロホンと他のマ
   イクロホンとの間の相互相関関数の最大値を与える時間
   差を求め、これを予備推定時間差とする第２ステップ
   と、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記予備推定時間差の近傍で探索して、こ
   れを推定時間差とする第３ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第４ステ
   ップとを実行させるためのプログラムを記録した記録媒
   体。
5. 【請求項５】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定するプログラムを記録した記録
   媒体であって、 コンピュータに、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 基準マイクロホンと一部の他のマイクロホンについての
   遅延和が最大になる時間差を遅延和法により求め、これ
   を予備推定時間差とする第２ステップと、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記予備推定時間差の近傍で探索して、こ
   れを推定時間差とする第３ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第４ステ
   ップとを実行させるためのプログラムを記録した記録媒
   体。
6. 【請求項６】 複数のマイクロホンで受音した信号を処
   理し、音源の位置を推定するプログラムを記録した記録
   媒体であって、 コンピュータに、 上記受音信号の相互相関関数を全てのマイクロホンの組
   について計算する第１ステップと、 上記相互相関関数について、基準マイクロホンと一部の
   他のマイクロホンとの間の相互相関関数の最大値を与え
   る時間差を求め、これを第１予備推定時間差とする第２
   ステップと、 基準マイクロホンと一部の他のマイクロホンについての
   遅延和のパワーを最大にする時間差を上記第１予備推定
   時間差の近傍で探索して、これを第２予備推定時間差と
   する第３ステップと、 全てのマイクロホンについての遅延和のパワーを最大に
   する時間差を上記第２予備推定時間差の近傍で探索し
   て、これを推定時間差とする第４ステップと、 上記推定時間差に基づいて音源位置を計算する第５ステ
   ップとを実行させるためのプログラムを記録した記録媒
   体。