(57)【要約】【課題】発話推定を用いて音声処理システム全体の低消費電力化を図れる回路起動方法を提供する。【解決手段】本回路起動方法は、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することにより、音声処理システム全体の低消費電力化を図る。具体的には、本回路起動方法は、収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給ステップを備える。【選択図】図２
2010268324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収音装置を備えた音声処理システムの回路起動方法であって、
収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動方法。
【請求項２】
収音装置を備えた音声処理システムの回路起動方法であって、
一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
前記一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動方法。
【請求項３】
収音装置を備えた音声処理装置がネットワークで接続された音声処理システムの回路起動方法であって、
自ノードの一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
前記一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、自ノードの音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、
発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、他ノードに回路起動信号を送信する起動信号送信ステップと、
他ノードから回路起動信号を受信した場合に、自ノードの音声処理回路、収音装置、及び信号処理回路に電源を供給する自ノード電源供給ステップと、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動方法。
【請求項４】
前記発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、前記信号処理回路における信号データのビット長及び／又はサンプリング周波数を増大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発話推定による回路起動方法。
【請求項５】
前記発話推定ステップは、ゼロ交差数を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発話推定による回路起動方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の発話推定による回路起動方法の各ステップを、コンピュータに実行させる発話推定による回路起動プログラム。
【請求項７】
収音装置を備えた音声処理システムの回路起動装置であって、
収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給手段と、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動装置。
【請求項８】
収音装置を備えた音声処理システムの回路起動装置であって、
一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
前記一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給手段と、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動装置。
【請求項９】
収音装置を備えた音声処理装置がネットワークで接続された音声処理システムの回路起動装置であって、
自ノードの一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
前記一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、自ノードの音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給手段と、
発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、他ノードに回路起動信号を送信する起動信号送信手段と、
他ノードから回路起動信号を受信した場合に、自ノードの音声処理回路、収音装置、及び信号処理回路に電源を供給する自ノード電源供給手段と、
を備えたことを特徴とする発話推定による回路起動装置。
【請求項１０】
前記発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、前記信号処理回路における信号データのビット長及び／又はサンプリング周波数を増大させることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の発話推定による回路起動装置。
【請求項１１】
前記発話推定手段は、ゼロ交差数を用いることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の発話推定による回路起動装置。
【請求項１２】
前記発話推定手段および電源供給手段は、専用のハードウェアとして実装されるものであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の発話推定による回路起動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収音装置（マイクあるいはマイクアレイ）や信号処理回路（プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器など）ならびに音声処理回路（ＣＰＵ、メモリなど）の低消費電力化を図るべく、これらの収音装置や信号処理回路および音声処理回路の電源制御を行う回路起動方法及び回路起動装置に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声を利用するアプリケーションシステム（例えば、複数台のマイクをネットワークで接続するような音声会議システム、音声認識するロボットシステム、各種音声インタフェースを備えたシステム等）では、クリアな音声を利用するために、音源分離、雑音除去、エコーキャンセル等の様々な音声処理を行う必要がある。
これらの音声利用のアプリケーションシステムでは、マイクや機器の動作中、たとえ音声の存在しない区間が多く存在しても、常時、機器は作動しており、無駄な処理を行っていた。そのため、このような音声の存在しない区間における無駄な処理を削減し、それに伴う無駄な電力消費を削減し、アプリケーションシステム全体としての電力の低消費化を図ることが要望されている。
今後、ユビキタス機器における小型化あるいは大規模ネットワーク化や、センサノードやウェアラブル機器などのようなバッテリー動作機器の多用化が予想されており、低消費電力化のための技術が必要である。
【０００３】
かかる低消費電力化のための技術として、電話機能を有する携帯型情報処理装置において、使用形態に応じた電源供給を行うことにより省電力を図る携帯型情報処理装置が知られている（特許文献１）。この携帯型情報処理装置は、内蔵マイクと受話器を使用して音声通話を行っている途中は、液晶表示パネルへの電力供給を中断することで電力消費を抑制するものである。
また、音声通信システム全体をコントロールする上位装置からの指令により、個々のメモリなどの電源供給制御を行い、低消費電力化を図るシステムが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７６２６８号公報
【特許文献２】特開２００８−２８８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来から、携帯電話の低消費電力化のため、内蔵のマイクと受話器を使用して音声通話を行っている途中は、ＬＣＤ表示装置への電力供給を中断することで電力消費を抑えるものや、音声通信システムの個々のメモリなどのパワーを切り、低消費電力化を図るものは存在する。
しかしながら、人の音声の有無を推定（発話推定）して、音声会議システムなどのシステム全体の消費電力を抑制するといった考えはない。一般的に、発話推定は、雑音除去やエコーキャンセルなど音声処理を行った後に、音声認識の認識率を向上させるために使用する方法である。そのため、通常、発話推定は、音声処理の後、音声認識の直前に用いられるものである。
【０００６】
上記状況に鑑みて、本発明は、発話推定を用いて音声処理システム全体の低消費電力化を図れる回路起動方法、回路起動装置、及び回路起動プログラムを提供することを目的とする。
特に、個々のデバイスの低消費電力化のみならず、ネットワーク化されたマイクアレイシステムや音声会議システムなどのシステム全体の低消費電力化を図れる回路起動方法及び回路起動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明の第１の観点の回路起動方法は、収音装置を備えた音声処理システムの回路起動方法であって、
１−１）収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
１−２）収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
１−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
１−４）発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、を備えた構成とされる。
【０００８】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することで、音声処理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
ここで、１−１）収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップとは、具体的には、マイク装置への電源供給ラインと、マイク装置から出力されるアナログ信号を変換するＡ／Ｄ変換器への電源供給ラインとを制御する処理のことである。
【０００９】
また、１−２）収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップとは、具体的には、マイク装置からＡ／Ｄ変換器を通じて取り込んだ信号データを一時的にメモリに取り込むことである。
【００１０】
また、１−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップとは、所定の発話推定アルゴリズムに従って、収音ステップで取り込んだ信号データを処理することである。この発話推定アルゴリズムには、音圧を用いる発話推定、ゼロ交差数を用いる発話推定、自己相関を用いる発話推定、音声特徴量を用いる発話推定など各種の公知のアルゴリズムを使用できる。それぞれの発話推定アルゴリズムは、その精度と演算量、必要となる信号データのサンプリング周波数およびビット幅で違いがある。
【００１１】
音圧を用いる発話推定アルゴリズムは、演算量が少なく簡易処理であるものの、精度が低く、またＳＮ比が低い場合は使用が困難であるという特徴を有する。ゼロ交差数を用いる発話推定アルゴリズムは、演算量が音圧を用いた発話推定よりも多少多いものの演算量は少なく簡易で、精度も比較的高く、多少ＳＮ比が低くても動作できるという特徴を有する。自己相関を用いる発話推定アルゴリズムは、演算量が多く、簡易性に若干欠けるが、精度が高く、音声のレベル変化に影響を受けないという特徴を有する。音声特徴量を用いる発話推定アルゴリズムは、最も精度が高いものの、演算量が多いという特徴を有する。
【００１２】
システム全体の低消費電力化を図れる回路起動方法に必要とされる発話推定の精度は、それほど要求されず、むしろ、簡易性を重視する。そのため、ゼロ交差数を用いる発話推定アルゴリズム又は自己相関を用いる発話推定アルゴリズムを用いることが好ましい。
【００１３】
簡易動作の発話推定アルゴリズムを採用する場合、必要となる信号データのサンプリング周波数およびビット幅を削減することが可能となる。よって、発話推定中において、電源制御に加え、信号処理回路（Ａ／Ｄ変換器）のサンプリング周波数およびビット幅の制御を行い、消費電力を削減することが可能である。
【００１４】
また、１−４）発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給ステップとは、上述の発話推定アルゴリズムから音声が含まれていると推定された場合に、発話区間、すわなち、音声が含まれている時間帯、音声処理回路に電源を供給するラインを制御して電源を供給することである。
また、音声処理回路とは、雑音除去回路、エコーキャンセル回路、音源分離回路、音源方向特定回路、音声認識回路、録音回路などをいう。
【００１５】
次に、本発明の第２の観点の回路起動方法は、収音装置を備えた音声処理システムの回路起動方法であって、
２−１）一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
２−２）一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
２−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
２−４）発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、を備えた構成とされる。
【００１６】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することに加えて、複数の収音装置がある場合に、一部の収音装置および信号処理回路にだけ電源を供給し、使用する収音装置等の数を削減することで、音声処理システム全体の更なる低消費電力化を図ることが可能となる。
第２の観点の回路起動方法は、第１の観点の回路起動方法と異なり、上記２−４）のように、発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路のみならず、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する。
すなわち、収音装置（マイクアレイ）において、最小限の構成で信号を取り込み、その信号を発話推定し、人間の音声に合致した場合のみ、他のチャネル信号パスに電力供給し、また、雑音除去回路などの後段の音声処理装置に電力供給することにより、システム全体の低消費電力化を図るのである。
【００１７】
次に、本発明の第３の観点の回路起動方法は、収音装置を備えた音声処理装置がネットワークで接続された音声処理システムの回路起動方法であって、
３−１）自ノードの一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給ステップと、
３−２）一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音ステップと、
３−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定ステップと、
３−４）発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、自ノードの音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給ステップと、
３−５）発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、他ノードに回路起動信号を送信する起動信号送信ステップと、
３−６）他ノードから回路起動信号を受信した場合に、自ノードの音声処理回路、収音装置、及び信号処理回路に電源を供給する自ノード電源供給ステップと、を備えた構成とされる。
【００１８】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することに加えて、複数の収音装置を備えたノードがネットワークで接続されるシステムにおいて、それぞれのノードが、一部の収音装置および信号処理回路にだけ電源を供給し、各ノードの使用する収音装置等の数を削減することで、音声処理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
【００１９】
第３の観点の回路起動方法は、第２の観点の回路起動方法と異なり、上記３−５）のように、発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、他ノードに回路起動信号を送信する。また、第３の観点の回路起動方法は、第２の観点の回路起動方法と異なり、上記３−６）のように、他ノードから回路起動信号を受信した場合に、自ノードの音声処理回路、収音装置、及び信号処理回路に電源を供給する自ノード電源供給する。
すなわち、収音装置（マイクアレイ）において、最小限の構成で信号を取り込み、その信号を発話推定し、人間の音声に合致した場合のみ、他のチャネル信号パスに電力供給し、また、雑音除去回路などの後段の音声処理装置に電力供給し、さらに、他のネットワークノードの収音装置や音声処理回路に電力供給するよう指令信号を出力することにより、システム全体の低消費電力化を図るのである。
【００２０】
上記の第１〜第３の観点の回路起動方法において、発話推定ステップの推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、信号処理回路における信号データのビット長及び／又はサンプリング周波数を増大させることが好ましい。
これにより、発話推定中において、電源制御に加え、信号処理回路（Ａ／Ｄ変換器）のサンプリング周波数およびビット幅の制御を行い、消費電力を削減することが可能となる。
【００２１】
また、上記の第１〜第３の観点の回路起動方法において、発話推定ステップは、ゼロ交差数を用いることがより好ましい。
ゼロ交差数を用いる発話推定アルゴリズムは、演算量が音圧を用いた発話推定よりも多少多いものの演算量は少なく簡易で、精度も比較的高く、多少ＳＮ比が低くても動作できるという特徴を有する。なお、演算量は少なく簡易な音圧を単純に利用した発話推定では、ＳＮ比が低い環境で誤動作が多くなる。
【００２２】
次に、本発明の回路起動プログラムは、収音装置を備えた音声処理装置がネットワークで接続された音声処理システムの回路起動プログラムであって、
コンピュータに、上述の第１の観点〜第３の観点の回路起動方法のいずれかの方法を構成するステップを実行させるものである。
【００２３】
次に、本発明の第１の観点の回路起動装置は、収音装置を備えた音声処理システムの回路起動装置であって、
Ａ−１）収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
Ａ−２）収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
Ａ−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
Ａ−４）発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給手段と、を備えた構成とされる。
【００２４】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することにより、音声処理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
ここで、Ａ−１）収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段とは、具体的には、マイク装置への電源供給ラインと、そのマイク装置から出力されるアナログ信号を変換するＡ／Ｄ変換器への電源供給ラインとを制御する制御回路のことである。
また、Ａ−２）収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段とは、具体的には、マイク装置からＡ／Ｄ変換器を通じて取り込んだ信号データを一時的に保存格納するメモリのことである。
また、Ａ−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段とは、所定の発話推定アルゴリズムに従って、収音手段を用いて取り込んだ信号データの処理回路のことである。
また、１−４）発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路に電源を供給する電源供給手段とは、発話推定アルゴリズムから音声が含まれていると推定された場合に、発話区間、すわなち、音声が含まれている一定時間帯、音声処理回路への電源供給ラインを制御して電源を供給することである。
なお、発話推定アルゴリズム、発話区間、音声処理回路については、上述の説明と同様であり説明は省略する。
【００２５】
また、本発明の第２の観点の回路起動装置は、収音装置を備えた音声処理システムの回路起動装置であって、
Ｂ−１）一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
Ｂ−２）一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
Ｂ−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
Ｂ−４）発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給手段と、を備えた構成とされる。
【００２６】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することに加えて、複数の収音装置がある場合に、一部の収音装置および信号処理回路にだけ電源を供給し、使用する収音装置等の数を削減することで、音声処理システム全体の更なる低消費電力化を図ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の第３の観点の回路起動装置は、収音装置を備えた音声処理装置がネットワークで接続された音声処理システムの回路起動装置であって、
Ｃ−１）自ノードの一部の収音装置および信号処理回路に電源を供給する一部電源供給手段と、
Ｃ−２）一部の収音装置から信号処理回路を通じて音を入力する収音手段と、
Ｃ−３）入力された音に音声が含まれているかを推定する発話推定手段と、
Ｃ−４）発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、発話区間の間、自ノードの音声処理回路、他の収音装置、及び他の信号処理回路に電源を供給する電源供給手段と、
Ｃ−５）発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合に、他ノードに回路起動信号を送信する起動信号送信手段と、
Ｃ−６）他ノードから回路起動信号を受信した場合に、自ノードの音声処理回路、収音装置、及び信号処理回路に電源を供給する自ノード電源供給手段と、を備えた構成とされる。
【００２８】
かかる構成によれば、発話推定処理を音声処理の前に行い、音声処理以下の回路電源を制御することに加えて、複数の収音装置を備えたノードがネットワークで接続されるシステムにおいて、それぞれのノードが、一部の収音装置および信号処理回路にだけ電源を供給し、各ノードの使用する収音装置等の数を削減することで、音声処理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、最小限の収音装置構成で信号を取り込み、その信号を発話推定し、人間の音声に合致した場合のみ、他のチャネル信号パスに電力供給し、また、雑音除去などの音声処理装置に電力供給し、さらに、他のネットワークノードの収音装置や信号処理回路に対して電力供給指令信号を出力することにより、マイクアレイシステム、音声会議システム、音声を用いる情報家電など、発話推定を用いて音声処理システム全体の低消費電力化を図れるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の回路起動装置を組込んだ音声処理システムのブロック図
【図２】本発明の回路起動方法１のフロー
【図３】本発明の回路起動方法２のフロー
【図４】本発明の回路起動方法３のフロー
【図５】実施例１のシステム構成およびセンサノードのブロック図
【図６】実施例１の発話推定アルゴリズムの説明図
【図７】実施例１の発話推定アルゴリズムのフローチャート
【図８】実施例１の発話推定回路モジュールのハードウェアブロック図
【図９】雑音区間（非発話区間）におけるセンサノード内の各回路状態
【図１０】発話区間におけるセンサノード内の各回路状態
【図１１】実施例１のセンサノードの処理フロー（１）
【図１２】実施例１のセンサノードの処理フロー（２）
【図１３】実施例１の発話推定回路モジュールのＳ／Ｎ劣化に対する耐性を示すグラフ
【図１４】実施例１のシステムにおける発話時と非発話時でのセンサノード全体の消費電力を示すグラフ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【００３２】
本発明の回路起動装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の回路起動装置を組込んだ音声処理システムのブロック図を示している。
本発明の回路起動装置は、具体的には、図１における発話推定回路１２と電力供給回路１３で構成される。図１は、複数のマイク（収音装置）を備えた音声処理装置１０がネットワーク２で接続されている。一つのマイク（収音装置）ｍ１およびＡ／Ｄコンバータ（信号処理回路）１１に対して、電源が供給されている状態で、その一つのマイクｍ１からＡ／Ｄコンバータ１１を通じて、発話推定回路１２に音が入力される。発話推定回路１２は、入力された音に音声が含まれているかを推定する。発話推定回路１２は、発話推定手段の推定結果から音声が含まれていると推定された場合、発話区間の間、電力供給管理回路１３に対して信号Ｓ２を出力する。電力供給管理回路１３は、音声処理回路１６、メモリ１５、他のマイク（ｍ２〜ｍ１６）、及び他のＡ／Ｄコンバータ１４に電源を供給する。そして、電力供給管理回路１３は、他ノード（２０〜４０）に回路起動信号を送信する。
また、電力供給管理回路１３は、他ノードから回路起動信号を受信した場合に、音声処理回路１６、メモリ１５、他のマイク（ｍ２〜ｍ１６）、及び他のＡ／Ｄコンバータ１４に電源を供給する。
【００３３】
次に、本発明の回路起動方法の一実施形態について説明する。図２〜６は、本発明の回路起動方法の処理フローを示している。
先ず、図２に示す本発明の回路起動方法１は、マイク（収音装置）とＡ／Ｄコンバータ（信号処理回路）に電源供給する（Ｓ１０１）。次に、収音装置と信号処理回路を通じて収音する（Ｓ１０３）。次に、収音したものに対して、発話推定を行う（Ｓ１０５）。そして、推定の結果、人の音声に合致するかどうかを判別し（Ｓ１０７）、発話と推定した場合、音声処理回路に電源供給する（Ｓ１０９）。また、非発話（これは雑音で音声が認識されない場合も含まれる）と推定した場合、音声処理回路に電源供給しない（Ｓ１１１）こととし、収音装置と信号処理回路を通じて収音する処理（Ｓ１０３）に戻る。
【００３４】
次に、図３に示す本発明の回路起動方法２は、上述の回路起動方法１の処理とほぼ同様であるが、最初は一部のマイク（収音装置）とＡ／Ｄコンバータ（信号処理回路）にだけ電源供給する（Ｓ２０１）。そして、発話推定処理（Ｓ２０５）により人の音声に合致した場合、音声処理回路と他の全ての収音装置と信号処理回路に電源供給する（Ｓ２０９）。
【００３５】
また、図４に示す本発明の回路起動方法は、ネットワークで接続されたノードの処理を想定しており、上述の回路起動方法２と処理とほぼ同様であるが、発話推定処理（Ｓ３０５）により人の音声に合致した場合、他ノードに回路起動信号を送信し（Ｓ３０９）、音声処理回路と他の全ての収音装置と信号処理回路に電源供給する（Ｓ３１３）。また、他ノードから回路起動信号を受信した場合に（Ｓ３１７）、自ノードの音声処理回路、収音装置及び信号処理回路に電源を供給する（Ｓ３１９）。
【実施例１】
【００３６】
本発明の回路起動装置の実施例として、音声信号処理を行うユビキタス・センサ・システムを例に挙げ、具体的にどの程度、システムの消費電力を削減できるかも含めて説明する。
音声インタフェースは最も基本となる伝達手段であり、応用範囲が広い。例えば、１２８チャネルのマイクアレイを使用した会議システムでは、各センサノードは信号の収集と雑音除去を行い、また、各センサノードは人の位置の推定，音声認識処理，話し手の特定などの様々な処理を担っている。
【００３７】
図５に、ユビキタス・センサ・ネットワークの概念図とセンサノード単体のブロック図を示す。各センサノードは、本発明の回路起動装置の構成となっており、マイクロプロセッサ（μP）とマイクアレイから構成されている。
各センサノードの消費電力について説明する。各センサノードが消費する電力を見積ると、無線データ通信に14.0ｍＡ、マイク1つで0.1ｍＡ程度、マイクロプロセッサが10ｍＡ程度の電力を消費すると見積れる。各センサノードは、電源を入れたままにした場合、150ｍＡｈのボタン電池（一般的なボタン電池は大体、60−200ｍＡｈのエネルギーを供給できる）で約７時間稼働できることになる。従って、各センサノードが２４時間稼働するためには、6.25ｍＡ程度まで消費電力を下げる必要がある。
【００３８】
図５のような本発明の回路起動装置の構成を備えるセンサノードにおいては、従来のセンサノードと異なり、発話推定回路モジュールと電力供給管理回路モジュールの２つのハードウェアが追加されている。発話推定回路モジュールは、入力信号に音声データが含まれているかどうかを電力供給管理回路モジュールに出力する。
【００３９】
発話推定回路モジュールが音声を検知した時のみ、電力供給管理回路モジュールによって、メインの各回路モジュール（メインアプリケーションモジュール、シグナルプロセッサモジュール、メモリ、Ａ／Ｄ）に電源が供給される。そのため、音声信号が検知されていない間は、電力供給管理回路モジュールによって、メインの各回路モジュールは電源を遮断されることになる。非発話の時間が長いと、その分電力を節約することができ、稼働時間の向上につながる。さらに、発話推定回路モジュールは非発話時も稼働するため、発話推定回路モジュール自体の消費電力を削減することにおり、さらなる稼働時間を向上させることが可能となる。
【００４０】
次に、発話推定回路モジュールについて説明する。発話推定回路モジュールに実装される発話推定アルゴリズムは、マイクから入力される音から、雑音と音声との特性の違いを利用し、発話区間を検出するアルゴリズムである。この発話推定アルゴリズムは、音声認識やインターネットやイントラネットなどネットワークを使って音声データを送受信する技術（ＶｏＩＰ：Voice over Internet Protocol）に活用されている。インターネット電話などの実時間システムでは、発話推定アルゴリズムは簡素なものが適しているとされてはいるが、従来の発話推定アルゴリズムの実装において、消費電力の観点はあまり考慮されていなかった。その結果、従来の発話推定アルゴリズムは、言語モデルに基づく複雑なものが数多く提案されている。
【００４１】
消費電力の観点から、発話推定回路モジュールの消費電力を削減するために、時間領域での発話推定アルゴリズムが適している。周波数領域での発話推定アルゴリズムに比べて、時間領域での発話推定アルゴリズムは精度が低いが計算量が少ない。また、周波数領域での発話推定アルゴリズムは悪いＳ／Ｎ環境下でも高い精度を出すが計算量が大きい。ゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムは、時間領域での発話推定アルゴリズムの中でも、低いエネルギーの音声でも推定可能であるという特長がある。
【００４２】
図６に、ゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムのメカニズムを示す。ゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムは、入力信号がトリガーレベルを越えた直後のオフセット線との交点をカウントするものである。ゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムは、発話時と非発話時でゼロ交差数の違いを検出して発話区間を検知するものである。
ゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムが動作するためには、入力信号がトリガーを越えたかどうかとオフセットと交わったかどうかさえ判別すればよいため、詳細な音声データは不要である。そのため、サンプリング周波数とビット数を最小限にまで削減することが可能である。
【００４３】
上述したように、発話推定回路モジュールが発話を検知すると、メインの信号処理が動作することから、サンプリング周波数とビット数は、発話を検知後は必要な値に上げている。本実施例では、メインの音声信号処理では、ほとんどの音声認識システムと同じく１６kHzのサンプリング周波数で１６bitsずつサンプルリングを行う。そして、発話推定アルゴリズムには、人間の発話を検知するには十分なＡＤＣ（Analog Digital Converter）のパラメータとして、２kHz のサンプリング周波数で１０bitsずつサンプルリングを行う。なお、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）のパラメータは、システムに実装されたメインアプリケーションモジュールなどの音声信号処理の処理内容によって決定されるべきものである。
【００４４】
ハードウェア実装を考慮した場合、ＡＤＣ（Analog
Digital Converter）回路との協調が重要である。図６に示されるオフセット（Offset）はＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路の出力の平均であり、温度・電圧・雑音・その他の環境に応じて変化するものである。そこで、一般的には、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路の出力を０〜１または−１〜１に正規化する。正規化することにより、長期的に動作し続けるシステムの動作を安定させることが可能となる。しかしながら、発話推定回路モジュールの演算量を削減するためには、すべての演算を小数点ではなく整数で実装した方がベターである。そのため、ゼロ交差数のアルゴリズムにおいて、すべての演算を小数点ではなく整数で行えるように、オフセットを調整する機構を用いている。
【００４５】
図７に、オフセットを調整する機構を含んだ発話推定アルゴリズムのフローチャートを示す。図７中の各ステップの具体的な処理内容は以下のとおりである。
【００４６】
・処理１（Step１）：オーバーフローしないように入力データを調整する。
・処理２（Step２）：入力データがゼロ交差しているかどうかを判定する。
・処理３（Step３）：ゼロ交差の条件を満たしていた場合、ゼロ交差数としてカウントする。
・処理４（Step４）：現在のフレームでの平均値を求めるために、入力データを足し合わせる。
・処理５（Step５）：フレーム長を調整するために入力データの長さをカウントする。
・処理６（Step６）：フレーム長でフレーム内の総和をシフト演算を利用して割り、現在のフレームでの平均値を求める。
・処理７（Step７）：平均値を使って、DCオフセットを調整する。
・処理８（Step８）：ゼロ交差数を使って出力状態を更新し、最初のステップに戻る。
【００４７】
上記の処理６で、入力振幅の平均を計算しているが、これは整数演算のみで実現するためである。加算器とシフト演算のみで平均値を求められるように、予めフレーム長は２の乗数で表現できる値にしておく。ＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路の出力の平均が求まると、発話推定回路モジュールは、処理２と処理３により、ゼロ交差数を求める。上記の処理１から処理８まで全体の計算量は約３KOPSである。
【００４８】
発話推定回路モジュールのハードウェアでの消費電力を検証するために、発話推定アルゴリズムをＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に実装した。測定した電力は、ＦＰＧＡボード全体の電力でマイクの電力は含まないが、ＡＤＣ回路の電力を含んでいる。
【００４９】
図８にＦＰＧＡボードのブロック図を示す。ＦＰＧＡボードへの供給電圧は５Ｖである。ＡＤＣ回路は１０bitsを１６kHzでサンプリングし、このサンプリングレートはＦＰＧＡ内に実装した回路によって制御される。図８では、ＡＤＣ回路でサンプルされたデータは直接ＦＰＧＡチップに入力され、発話検出の結果がＦＰＧＡから出力される構成となっている。このＦＰＧＡに実装した演算は、図７で示したフローとほぼ同一である。図８内のゼロ交差（Zero crossing），オフセット制御回路（Offset learning），発話判定回路（Judge）モジュールはそれぞれ図７の処理に対応している。すなわち、図８内のゼロ交差（Zero
crossing）は図７内の処理１と処理２に対応し、オフセット制御回路（Offset learning）は処理４と処理６と処理７に対応し、発話判定回路（Judge）は処理８に対応している。全計算は整数演算で構成されている。FPGAへの実装した際のハードウェア・リソースの使用状況は、分割フリップフロップが１０１５個で、４入力LUTsを３８３１個使用した。
【００５０】
かかるＦＰＧＡでの電力測定の結果、マイクを除いたボード全体の消費電流は0.42mAとなり、電力は2.10mWであった。従って、製作した発話推定回路モジュールのみを常時稼働させた場合は、150mAhのバッテリーで７０時間稼働することになる。
【００５１】
次に、ゼロ交差数を用いた発話推定回路モジュールの全ブロックを、CMOS 0.18μｍプロセスを用いて実装した。CMOS 0.18μｍで実装した際のゼロ交差数を用いた発話推定回路モジュールの消費電力を測定すると、1.8V・100kHz動作で、3.49μＷであった。従って、発話推定のみの動作の場合、各センサノードは150mAhのバッテリーで１７００日間稼働することができることになる。
【００５２】
本発明のポイントは、従来技術として、人間がシステムの電源を入れてから、マイクとＣＰＵで音を検知しているが、上記の如く、音声検出専用のハードウェアを開発し、それがシステム全体の電源制御（スイッチを入れる）という点である。この音声検出から、それが人間の発話かどうかを調べ、それによって、システム全体を電力管理するのである。
すなわち、図９のような雑音区間の場合、音声検出専用のハードウェアである発話推定回路と電力供給管理回路によって、使用するマイクを削減し、また、センサノード内の音声処理やメイン処理の電力供給をＯＦＦにする。そして、図１０のような発話区間の場合、音声検出専用のハードウェアである発話推定回路と電力供給管理回路によって、使用するマイク数の制限を解除し、また、センサノード内の音声処理やメイン処理の電力供給をＯＮにするのである。
【００５３】
このセンサノード処理フローを図１１に示す。まず、マイク１ｃｈ分の電力供給とその音信号を入力する（Ｓ４０１）。入力された音は、発話推定回路によって、ゼロ交差数をカウントし（Ｓ４０３）、音声が含まれているかを判別する（Ｓ４０５）。そして、音声が含まれていると推測されれば、マイク数の制限を解除して、多ｃｈのマイクに電力供給し、音信号を入力する（Ｓ４０７）。また、音声処理回路やその他の信号処理回路に電力供給する（Ｓ４０９）。さらに、他ノードに起動信号を送信する（Ｓ４１１）。そして、音声処理されたものを音声出力する（Ｓ４１３）。
【００５４】
上述の説明では、発話推定中、発話区間のみマイク数の制限を解除し、音声処理回路等の電力供給をＯＮし、雑音区間はマイク数を制限し、音声処理回路等の電力供給をＯＦＦするものであった。
例えば、図１２に示すフローのように、発話推定により音声が含まれていない場合、それが発話後であったならば、所定の閾値時間の経過をまって（Ｓ５１５）、マイク数を制限し（Ｓ５１７）、音声処理回路等の電力供給をＯＦＦする（Ｓ５１９）ことでもかまわない。
【００５５】
次に、ハードウェアに実装したゼロ交差数を用いた発話推定アルゴリズムのＳ／Ｎ劣化に対する耐性を実験した。−２０ｄＢから２０ｄＢのＳ／Ｎ環境下で実験を行った。実験では、すべてのＳ／Ｎ環境下でまったく同一の音声データを使用した。音声データは１５分間で、２４種類のＡＴＲ音素バランス文で構成されている。図７に示す発話推定アルゴリズムのフレーム長は２５６サンプルとしたので、１５分の間に発話推定回路モジュールは７０３０回出力を行うことになる。
本実験において、correctの回数とsurplusの回数とdeficitの回数とをそれぞれカウントした。ここで、Correctとは、発話推定回路モジュールの正しい出力を示し、Surplusとは、非発話を間違って発話とした発話推定回路モジュールの出力を示し、Deficitとは、発話を間違って非発話とした発話推定回路モジュールの出力を示す。
【００５６】
図１３は、上記correct，surplus，deficitの結果のグラフを示している。ここで、図１３（１）は、発話推定回路モジュールの出力のうちcorrectの回数を示し、図１３（２）は、発話推定回路モジュールの出力のうちsurplusの回数を示し、図１３（３）は、発話推定回路モジュールの出力のうちdeficitの回数を示すものである。図１３（１）から、−２０ｄＢのＳ／Ｎ環境下でも８０％の精度を保つことがわかる。また、図１３（２）と（３）から、Ｓ／Ｎの劣化に依存して、発話推定回路モジュールによる電力削減の効率と安定性が劣化することがわかる。
【００５７】
図１４に、本実施例のセンサノード全体の電力の見積りを示す。無線通信・プロセッサ・マイクの電力は、上述した見積値を使用し、発話推定回路モジュールの電力は、ＦＰＧＡでの実装結果を使用している。発話を検知した場合（図１４（１））の消費電流26.02mAに対して、発話を非発話時の場合（図１４（２））の消費電流は0.52mAとなり、約２％程度の電力となり、約９８％の消費電力を低減できることになる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、マイクアレイシステム、音声会議システム、音声を用いる情報家電など、今後ユビキタスの採用により大規模化が必須の音声処理システムや、センサノードやウェアラブル端末の採用により、個々の情報処理端末がバッテリーで動作するような音声処理システムに有用である。
特に、発言中と非発言中の区分けがあるような音声会議システム、人の存在の有無の区分けがあるような対人ロボットシステムなど、発話区間と雑音区間が混在するような環境で利用される音声処理システムに効果的である。
【符号の説明】
【００５９】
１１、１４  Ａ／Ｄ変換器
１２  発話推定回路
１３  電力供給管理回路
１５  メモリ回路
１６  音声処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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