(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンを配列して構成したマイクロホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置に於いて、
前記マイクロホンの出力信号を入力するフィルタと、
前記マイクロホンの出力信号と、雑音源信号と、前記フィルタを介したマイクロホンの出力信号の中の基準マイクロホンの出力信号から他のマイクロホンの出力信号を減算した残差信号とを入力し、該残差信号を基にした評価関数に従って前記フィルタの係数を求めるフィルタ係数計算部と
を備えたことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【請求項２】
前記フィルタの前段に接続した遅延器と、前記複数のマイクロホンの出力信号と前記雑音源信号との相互相関関数値を求めて該相互相関関数値が最大値となる条件を基に前記遅延器の遅延量を求める遅延計算部とを設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項３】
前記雑音源信号を、スピーカを駆動する信号としたことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイと共に、雑音源信号を出力する補助マイクロホンを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項５】
前記フィルタ係数計算部に於けるフィルタ係数の更新処理に於ける畳み込み演算のフィルタのメモリ値に対して、重み付けを小さくする為の巡回型ローパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項６】
複数のマイクロホンを配列して構成したマイクロホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置に於いて、
前記マイクロホンの出力信号を入力する線形予測フィルタと、
前記マイクロホンの出力信号を入力して前記線形予測フィルタのフィルタ係数を線形予測分析に従って更新する線形予測分析部と、
前記線形予測フィルタの出力信号の線形予測誤差信号を基に相関係数値を求め、該相関係数値が最大となる値を基に音源位置情報を出力する音源位置検出部と
を備えたことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【請求項７】
目的音源をスピーカとし、該スピーカを駆動する信号を入力して、前記複数のマイクロホン対応の前記線形予測フィルタに対するフィルタ係数更新の制御を行う線形予測分析部を設けたことを特徴とする請求項６記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項８】
複数のマイクロホンを配列して構成したマイクロホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置に於いて、
前記複数のマイクロホンの出力信号と音波の伝搬速度とを基に、前記マイクロホンの配置間隔に従って推定マイクロホンが配置されたと推定し、該推定マイクロホンの出力信号を前記マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの出力信号と共に出力する信号推定部と、
該信号推定部の前記マイクロホンアレイを構成するマイクロホン及び前記推定マイクロホンの出力信号の位相を合わせて加算する同期加算部
とを備えたことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【請求項９】
前記マイクロホンアレイを構成する複数のマイクロホンの配置線上に前記マイクロホンの配置間隔に従って配置した参照マイクロホンを設け、前記信号推定部は、前記マイクロホンアレイを構成する前記マイクロホンの出力信号を基に前記推定マイクロホンの配置位置及び該推定マイクロホンの出力信号を補正する構成を有することを特徴とする請求項８記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項１０】
前記参照マイクロホンの出力信号と前記信号推定部で推定した前記参照マイクロホンの配置位置の推定マイクロホンの出力信号との差の誤差信号に対して、聴覚特性に従った重み付けを行って聴覚感度が高い帯域の推定精度を高くする推定用係数決定部を設けたことを特徴とする請求項９記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項１１】
前記マイクロホンアレイに対する音源の方向を所定の角度に分割し、該分割した方向対応に、前記マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの出力信号及び該出力信号を基に推定した推定マイクロホンの出力信号とを出力する信号推定部と、該信号推定部の出力信号を位相を合わせて加算する同期加算部と、該同期加算部の出力信号の最大値を基に音源位置情報を出力する音源位置検出部とを有することを特徴とする請求項８又は９記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項１２】
複数のマイクロホンを配列して構成したマイクロホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置に於いて、
前記複数のマイクロホンの出力信号を基に音源位置を検出する音源位置検出部と、
前記音源を撮像するカメラと、
該カメラの撮像信号を基に前記音源位置を検出する検出部と、
前記音源位置検出部からの音源の位置情報と、前記検出部からの音源の位置情報とを基に、前記音源の位置を示す音源位置情報を出力する統合判定処理部と
を備えたことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のマイクロホンを配列して信号処理により音源位置検出，目的音強調，雑音抑制等を行うマイクロホンアレイ装置に関する。
マイクロホンアレイ装置は、例えば、無指向性の複数のマイクロホンを配列して、目的音強調や雑音抑制等により等価的に指向性を与えることができるものである。又複数のマイクロホンの出力信号の位相関係により音源位置を検出することにより、例えば、テレビ会議システム等に於ける発言者の方向にテレビカメラを自動的に移動して、発言者の音声と共に映像を伝送することができる。又その場合に周囲の雑音を抑制することによって、発言者の音声の明瞭化を図ることができる。又発言者の音声の位相を合わせて加算することにより発言者の音声強調を行うことができる。このようなマイクロホンアレイ装置の動作の安定化を図ることが要望されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来例のマイクロホンアレイ装置として、雑音抑制を目的とした場合、各マイクロホンにフィルタを接続し、雑音成分が最小となるように適応的或いは固定的にフィルタ係数を設定する構成が知られている（例えば、特開平５−１１１０９０号公報参照）。又音源位置検出を目的とした場合、各マイクロホンの出力信号の位相関係を求めて、音源方向及び音源までの距離を計測する構成が知られている（例えば、特開昭６３−１７７０８７号公報又は特開平４−２３６３８５号公報参照）。
【０００３】
又雑音抑制技術としてエコーキャンセラが知られている。例えば、図２０に示すように、ネットワーク２０３に電話機の送受信インタフェース部２０２が接続され、マイクロホン２０４とスピーカ２０５との間にエコーキャンセラ２０１が接続され、話者の音声をマイクロホン２０４に入力し、スピーカ２０５から相手話者の音声を再生することにより、相互に通話を行うことになる。
【０００４】
その時に、点線矢印経路でスピーカ２０５からマイクロホン２０４に回り込む音声が、相手電話機に対するエコー（雑音）となる。そこで、減算器２０６と、エコー成分生成部２０７と、係数計算部２０８とを含むエコーキャンセラ２０１が設けられている。このエコー生成部２０７は、スピーカ２０５を駆動する信号を基にエコー成分を生成するフィルタ構成とする場合が一般的であり、減算器２０６に於いてエコー成分を減算し、その残差を最小とするように、係数計算部２０８はエコー生成部２０７のフィルタ係数の更新制御を行うことになる。
【０００５】
このフィルタ構成のエコー成分生成部２０７のフィルタ係数ｃ１，ｃ２，・・・ｃｒの更新は、既に知られている最急降下法を適用して求めることができる。例えば、減算器２０６の出力信号ｅ（エコー成分の残差信号）を基に評価関数Ｊを、
Ｊ＝ｅ２                                                  …（１）
として、フィルタ係数ｃ１，ｃ２，・・・ｃｒの更新制御を行うものであり、
【数１】
0003541339.tif 000002
に示すものとなる。なお、＊は乗算記号、ｒはフィルタ次数を示し、又ｆ（１），・・・ｆ（ｒ）  はフィルタのメモリの値（サンプル単位で遅延させる遅延器の出力信号）を表し、又ノルムｆｎｏｒｍは（３）式に示すものとなる。又αは定数で、フィルタ係数の最適値への収束の速さと精度とを表すものである。
【０００６】
このようなエコーキャンセラ２０１に於いては、フィルタの次数が数１００となる。そこで、図２１に示すマイクロホンアレイを用いたエコーキャンセラが知られている。同図に於いて、２１１はエコーキャンセラ、２１２は送受信インタフェース部、２１４−１〜２１４−ｎはマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、２１５はスピーカ、２１６は減算器、２１７−１〜２１７−ｎはフィルタ、２１８はフィルタ係数計算部である。
【０００７】
この場合、マイクロホン２１４−１〜２１４−ｎに対してスピーカ２１５から点線矢印の経路で音声が入力されてエコーとなるから、スピーカ２１５が雑音源となる。そこで、話者が発音していない場合に、フィルタ２１７−１〜２１７−ｎのフィルタ係数ｃ１１，ｃ１２，・・・ｃ１ｒ，・・・ｃｎ１，ｃｎ２，・・・ｃｎｒの更新制御は、評価関数を（１）式と同一とすると、
【数２】
0003541339.tif 000003
に示すものとなる。
【０００８】
この場合、（４）式は、複数のマイクロホン２１４−１〜２１４−ｎの中のマイクロホン２１４−１を基準マイクロホンとして、この基準マイクロホンの出力信号を入力するフィルタ２１７−１のフィルタ係数ｃ１１，ｃ１２，・・・ｃ１ｒについて示し、又（５）式は、基準マイクロホン以外の他のマイクロホン２１４−２〜２１４−ｎの出力信号をそれぞれ入力するフィルタ２１７−２〜２１７−ｎのフィルタ係数ｃ２１，ｃ２２，・・・ｃ２ｒ，・・・・ｃｎ１，ｃｎ２，・・・ｃｎｒについて示す。そして、減算器２１６に於いては、基準マイクロホンに対応するフィルタ２１７−１の出力信号に対して、他のマイクロホンに対応するフィルタ２１７−２〜２１７−ｎの出力信号を減算する構成を有するものである。
【０００９】
図２２は従来例の音源位置検出及び目的音強調処理の説明図であり、２２１は目的音強調部、２２２は音源位置検出部、２２３，２２４は遅延器、２２５は遅延サンプル数計算部、２２６は加算器、２２７は相関係数値計算部、２２８は位置検出処理部、２２９−１，２２９−２はマイクロホンを示す。
【００１０】
目的音強調部２２１は、Ｚ−ｄａ  とＺ−ｄｂ  との遅延器２２３，２２４と、遅延サンプル数計算部２２５と、加算器２２６とを含む構成であり、又音源位置検出部２２２は、相関係数値計算部２２７と、位置検出処理部２２８とを含む構成である。この音源位置検出部２２２は、相関係数値計算部２２７により、マイクロホン２２９−１，２２９−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）の相関係数値ｒ（ｉ）を求め、位置検出処理部２２８により、相関係数値ｒ（ｉ）が最大となる時のｉの値ｉｍａｘにより音源位置を求めて、遅延サンプル数計算部２２５を制御するものである。
【００１１】
この相関係数値ｒ（ｉ）は、
ｒ（ｉ）＝Σｎ  ｊ＝１  ａ（ｊ）＊ｂ（ｊ＋ｉ）                    …（６）
で表される。なお、Σｎ  ｊ＝１  はｊ＝１からｊ＝ｎまで加算することを示し、又ｉは、−ｍ≦ｉ≦ｍの関係を有し、又ｍはマイクロホン２２９−１，２２９−２間の距離とサンプリング周波数とによって決まる値で、
ｍ＝（サンプリング周波数）＊（マイクロホン間距離）／（音速）  …（７）
となる。又ｎは畳み込み演算を行うサンプル数で、一般には数１００となる。
【００１２】
又Ｚ−ｄａ  の遅延器２２３とＺ−ｄｂ  の遅延器２２４との遅延サンプル数ｄａ，ｄｂは、相関係数値ｒ（ｉ）の値が最大となる時のｉの値より、
ｉ≧０の場合、ｄａ＝ｉ，ｄｂ＝０
ｉ＜０の場合、ｄａ＝０，ｄｂ＝−ｉ
とする。それによって、音源からの目的音の位相が一致されて加算器２２６により加算され、目的音が強調されて出力される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
雑音抑制の為の従来例に於いて、マイクロホンアレイと共にスピーカ等の雑音源を有する場合、目的音源の話者が発声しない場合に、スピーカからの再生音がマイクロホンアレイに回り込んだエコー成分をエコーキャンセラによって打ち消すことができる。しかし、話者の発声とスピーカからの再生音とが同時にマイクロホンアレイに入力された場合、エコー成分（雑音）を打ち消す為のフィルタ係数の更新が収束しない状態となる。即ち、（４）式及び（５）式の残差信号ｅは、減算器２１６によりエコー成分（雑音）を抑制できなかった成分と、話者の音声との和となるから、この残差信号ｅを最小とするようにフィルタ係数の更新を行うと、目的音としての話者の音声もエコー成分（雑音）と共に抑制することになり、目的の雑音抑制ができない問題があった。
【００１４】
又音源位置検出と目的音強調との為の従来例に於いて、例えば、図２２のマイクロホン２２９−１，２２９−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）は、一般には、サンプル値の近傍に於いて自己相関がある。なお、音源が白色雑音又はパルス雑音等の場合は、自己相関は小さくなり、音声等の場合は自己相関が大きくなる。前述の（６）式による相関関数値ｒ（ｉ）は、自己相関が大きい信号に対して、自己相関が小さい信号よりｉに対する値の変化が小さくなる。従って、正確な最大値を求めることが容易でなくなり、音源位置の検出を正確に且つ迅速に行うことが困難となる問題があった。
【００１５】
又目的音強調の為の同期加算を行う従来例に於いて、強調の程度はマイクロホンアレイを構成するマイクロホンの個数に依存することになり、目的音と雑音との間の相関が小さいと、Ｎ個のマイクロホンを用いることによりパワー比でＮ倍の強調を行うことができるが、目的音と雑音との間の相関が大きいと、そのパワー比は小さくなる。従って、目的音と雑音との間の相関が大きい場合の目的音強調を行う為には、マイクロホンの個数を増加する必要があり、マイクロホンアレイが大型化する問題がある。又前述の（６）式による相関係数値から目的音の音源位置を検出する場合に、雑音等が大きい環境では、音源位置の検出が困難となる場合が多くなる。
本発明の目的は、マイクロホンアレイを用いて雑音抑制，目的音強調，音源位置検出の処理を安定に且つ確実に行うことを可能とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロホンアレイ装置は、（１）複数のマイクロホン１−１〜１−ｎを配列して構成したマイクロホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置に於いて、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号を入力するフィルタ２−１〜２−ｎと、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号と、雑音源信号と、フィルタ２−１〜２−ｎを介したマイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号の中の基準マイクロホン１−１の出力信号から他のマイクロホン１−２〜１−ｎの出力信号を減算した残差信号とを入力し、この残差信号を基にした評価関数に従ってフィルタ２−１〜２−ｎの係数を求めるフィルタ係数計算部４とを備えている。
【００１７】
又（２）フィルタの前段に接続した遅延器と、複数のマイクロホンの出力信号と雑音源信号との相互相関関数値を求めて該相互相関関数値が最大値となる条件を基に前記遅延器の遅延量を求める遅延計算部とを設けることができる。従って、フィルタ係数計算部４には遅延器により位相がそろった信号が入力され、フィルタ係数の更新制御が容易となる。
【００１８】
又（３）雑音源信号を、スピーカを駆動する信号とする。即ち、マイクロホンアレイとスピーカとを有するシステムに於いて、スピーカからの再生音声がマイクロホンアレイに回り込んで雑音となるから、このスピーカを雑音源とした時、このスピーカを駆動する信号を雑音源信号として用いることにより、フィルタ係数計算部４に於ける処理が容易となる。
【００１９】
又（４）複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイと共に、雑音源信号を出力する補助マイクロホンを設けることができる。この場合は、マイクロホンアレイのみを有するシステムに於いて、補助マイクロホンの出力信号を雑音源信号として、フィルタ係数計算部４に於いてフィルタ係数の更新制御を行う。
【００２０】
又（５）フィルタ係数計算部に於けるフィルタ係数の更新処理に於ける畳み込み演算のフィルタのメモリ値に対して、重み付けを小さくする為の巡回型ローパスフィルタを設けることができる。
【００２１】
又（６）マイクロホンの出力信号を入力する線形予測フィルタと、マイクロホンの出力信号を入力して線形予測フィルタのフィルタ係数を線形予測分析に従って更新する線形予測分析部と、線形予測フィルタの出力信号の線形予測誤差信号を基に相関係数値を求め、この相関係数値が最大となる値を基に音源位置情報を出力する音源位置検出部とを備えることができる。
【００２２】
又（７）目的音源をスピーカとし、このスピーカを駆動する信号を入力して、複数のマイクロホン対応の線形予測フィルタに対するフィルタ係数更新の制御を行う線形予測分析部を設けることができる。この線形予測分析部は、マイクロホン対応の線形予測フィルタに対して共通化できることになる。
【００２３】
又（８）複数のマイクロホンの出力信号と音波の伝搬速度とを基に、マイクロホンの配置間隔に従って推定マイクロホンが配置されたと推定し、この推定マイクロホンの出力信号を、マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの出力信号と共に出力する信号推定部と、この信号推定部のマイクロホンアレイを構成するマイクロホン及び推定マイクロホンの出力信号の位相を合わせて加算する同期加算部とを備えることができる。
【００２４】
又（９）マイクロホンアレイを構成する複数のマイクロホンの配置線上に、マイクロホンの配置間隔に従って配置した参照マイクロホンを設け、信号推定部は、マイクロホンアレイを構成する複数のマイクロホンの出力信号を基に、推定マイクロホンの配置位置及び推定マイクロホンの出力信号を補正する構成とすることができる。従って、推定マイクロホンの演算処理に於ける誤差を小さくして目的音強調を行うことができる。
【００２５】
又（１０）参照マイクロホンの出力信号と信号推定部で推定した参照マイクロホンの配置位置の推定マイクロホンの出力信号との差の誤差信号に対して、聴覚特性に従った重み付けを行って聴覚感度が高い帯域の推定精度を高くする推定用係数決定部を設けることができる。
【００２６】
又（１２）マイクロホンアレイに対する音源の方向を所定の角度に分割し、この分割した方向対応に、マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの出力信号及びこの出力信号を基に推定した推定マイクロホンの出力信号とを出力する信号推定部と、この信号推定部の出力信号を位相を合わせて加算する同期加算部と、この同期加算部の出力信号の最大値を基に音源位置情報を出力する音源位置検出部とを備えることができる。
【００２７】
又（１２）複数のマイクロホンの出力信号を基に音源位置を検出する音源位置検出部と、音源を撮像するカメラと、このカメラの撮像信号を基に、音源位置を検出する検出部と、音源位置検出部からの位置情報と、検出部からの位置情報とを基に、音源の位置を示す音源位置情報を出力する統合判定処理部とを備えることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態の説明図であり、１−１〜１−ｎはマイクロホンアレイを構成するｎ個のマイクロホン、２−１〜２−ｎはフィルタ、３は加算器、４はフィルタ係数計算部、５は話者（目的音源）、６はスピーカ（雑音源）を示す。話者５からの音声がマイクロホン１−１〜１−ｎに入力されて電気信号に変換され、フィルタ２−１〜２−ｎと加算器３とを介して出力信号となり、ネットワーク等を介して相手側へ伝送される。又相手側からの音声信号を入力信号としてスピーカ６が駆動されて再生音声となる。それによって、話者５は、相手側と通話ができる。この場合、スピーカ６からの再生音声がマイクロホン１−１〜１−ｎに入力されるから、話者５からの音声に対して雑音となる。従って、スピーカ６は目的音源に対して雑音源となる。
【００２９】
そこで、本発明に於いては、フィルタ係数計算部４に、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号と、雑音源信号（雑音源としてのスピーカ６を駆動する為の入力信号）と、加算器３の出力信号（残差信号）とを入力して、フィルタ２−１〜２−ｎの係数更新を行わせるものである。この場合、マイクロホン１−１を基準マイクロホンとして、フィルタ２−１の出力信号に対して、他のフィルタ２−２〜２−ｎの出力信号を加算器３に於いて減算する構成としている。
【００３０】
又フィルタ２−１〜２−ｎは、例えば、図２に示す構成とすることができる。同図に於いて、１１−１〜１１−ｒ−１はＺ−１の遅延器、１２−１〜１２−ｒはフィルタ係数ｃｐ１，ｃｐ２，・・・ｃｐｒを乗算する為の係数器、１３，１４は加算器であり、ｒはフィルタの次数を示す。
【００３１】
雑音源（スピーカ６）からの信号をｘｐ（ｉ）とし、目的音源（話者５）からの信号をｙｐ（ｉ）とすると（但し、ｉはサンプル番号，ｐは１，２，・・・ｎ）、フィルタ２−１〜２−ｎのメモリの値（フィルタへの入力信号と遅延器１１−１〜１１−ｒ−１の出力信号）ｆｐ（ｉ）は、
ｆｐ（ｉ）＝ｘｐ（ｉ）＋ｙｐ（ｉ）                          …（８）
となる。
【００３２】
従来例のマイクロホンアレイを用いたエコーキャンセラでは、図１に於ける加算器３の出力信号ｅは、
【数３】
0003541339.tif 000004
となる。この場合、加算器３に於いて、フィルタ２−１の出力信号から、フィルタ２−２〜２−ｎの出力信号を減算することを示すものである。なお、ｆ１（１），ｆ１（２），・・・ｆ１（ｒ），・・・ｆｉ（１），ｆｉ（２），・・・ｆｉ（ｒ）  はフィルタのメモリの値を示す。
【００３３】
これに対して、本発明では、雑音源からの信号ｘｐ（ｉ）の位相を合わせてから畳み込むと、加算器３の出力信号ｅ’は、
【数４】
0003541339.tif 000005
となる。なお、ｘ（１）（ｐ），  ・・・ｘ（ｑ）（ｐ）の（ｐ）  は、マイクロホン１−１〜１−ｎの位相を合わせた雑音源からの信号であることを示し、ｑは畳み込み演算を行うサンプル数を示す。
【００３４】
雑音源からの信号ｘｐ（ｉ）と目的音源からの信号ｙｐ（ｉ）との両方が同時に入力される場合、即ち、話者５の発声とスピーカ６からの再生音声とが同時に生じた場合、異なる人間の音声であるから両者の相関は小さいものであり、従って、（１１）式は、
【数５】
0003541339.tif 000006
となる。
【００３５】
この（１２）式から判るように、〔ｆｐ（１）’，  ・・・ｆｐ（ｒ）’〕に於ける目的音源からの信号ｙｐ（ｉ）の影響が小さくなる。この（１２）式を用いて（１０）式の信号ｅ’を求め、これを基に評価関数Ｊ＝（ｅ’）２  を求め、この評価関数Ｊ＝（ｅ’）２  を基にフィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数の更新制御を行うものである。即ち、話者（目的音源）５とスピーカ（雑音源）６とから同時にマイクロホン１−１〜１−ｎに音声が入力される状態に於いても、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号に含まれる雑音源信号は、フィルタ係数計算部４に入力されるスピーカ６を駆動する為の入力信号との相関が大きく、又目的音源信号との相関は小さくなるから、評価関数Ｊ＝（ｅ’）２  に従ったフィルタ係数の更新制御が可能となる。従って、加算器３の出力信号は、雑音が抑制された話者５の音声信号となる。
【００３６】
図３は本発明の第２の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、８−１〜８−ｎは遅延器（Ｚ−ｄ１  〜Ｚ−ｄｎ  ）、９は遅延計算部である。この実施の形態は、マイクロホン１−１〜１−ｎからの信号の位相を合わせるように遅延器８−１〜８−ｎの遅延サンプル数を遅延計算部９に於いて算出し、フィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数をフィルタ係数計算部４に於いて算出して更新制御する。その為に、遅延計算部９に、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号と、スピーカ６を駆動する為の入力信号（雑音源信号）とを入力し、フィルタ係数計算部４に、遅延器８−１〜８−ｎの出力信号と、加算器３の出力信号と、スピーカ６を駆動する為の入力信号（雑音源信号）とを入力する。
【００３７】
マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号をｇｐ（ｊ）（但し、ｐ＝１，２，・・・ｎ、ｊ＝サンプル番号）とし、雑音源からの信号ｘ（ｊ）との相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）を次式に示すように求める。
Ｒｐ（ｉ）＝ΣＳ  ｊ＝１  ｇｐ（ｊ＋ｉ）＊ｘ（ｊ）              …（１３）
なお、ΣＳ  ｊ＝１  はｊ＝１からｊ＝ｓまでの加算を示し、ｓは畳み込み演算を行うサンプル数を示す。このサンプル数ｓは通常は数１０〜数１００サンプルとすることができる。又雑音源からマイクロホンまでの距離に対応した最大遅延サンプル数をＤとすると、（１３）式に於けるｉは、ｉ＝０，１，２，・・・Ｄとする。
【００３８】
例えば、雑音源とマイクロホンとの間の距離の最大値を５０ｃｍ、サンプリング周波数を８ｋＨｚとすると、音速は約３４０ｍ／ｓであるから、最大遅延サンプル数Ｄは、
0003541339.tif 000007
とすることができる。従って、この場合のｉは、ｉ＝１〜１２の範囲とする。又雑音源とマイクロホンとの間の距離の最大値を１ｍとすると、最大遅延サンプル数Ｄは２４となる。
【００３９】
又（１３）式により求めた相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）の絶対値が最大となる時のｉの値ｉｐ（ｐ＝１，２，・・ｎ）を求め、更に、ｉｐの最大値ｉｍａｘを求める。この処理は、図４の（Ａ１）〜（Ａ１１）に示すステップに従ったものとなる。即ち、ｉｍａｘ＝初期値（例えば、０）とし、且つｐ＝１とし（Ａ１）、次に、Ｒｐｍａｘ＝初期値（例えば、０．０），ｉｐ＝初期値（例えば、０）とし、且つｉ＝０とし（Ａ２）、前述の（１３）式による相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）を求める（Ａ３）。
【００４０】
そして、相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）がＲｐｍａｘより大きいか否かを判定し（Ａ４）、大きい場合は、その時のＲｐ（ｉ）をＲｐｍａｘとし（Ａ５）、小さい時は、ｉ＝ｉ＋１とする（Ａ６）。そして、ｉ≦Ｄか否かを判定し（Ａ７）、ｉが最大遅延サンプル数Ｄ以下の時はステップ（Ａ３）に移行し、ｉが最大遅延サンプル数Ｄを超えるとステップ（Ａ８）に移行する。このステップ（Ａ８）に於いて、ｉｐがｉｍａｘより大きいか否かを判定し、大きい場合は、その時のｉｐをｉｍａｘとし（Ａ９）、大きくない場合は、ｐ＝ｐ＋１とし（Ａ１０）、ｐ≦ｎか否かを判定し（Ａ１１）、ｐ≦ｎの条件の時はステップ（Ａ２）に移行し、その条件を満足しない時は、相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）の検索が終了し、ｉ≦Ｄの範囲に於けるｉｐの最大値ｉｍａｘが得られる。
【００４１】
前述の最大値検出により得られたｉｐとｉｍａｘとを用いて、遅延器の遅延サンプル数ｄｐを次式によって求める。
ｄｐ＝ｉｍａｘ−ｉｐ                                      …（１４）
それによって、遅延器８−１〜８−ｎの遅延サンプル数ｄ１〜ｄｎが遅延計算部９によって設定される。
【００４２】
又フィルタ２−１〜２−ｎは、前述のように、図２に示す構成を適用することができるものであり、各フィルタ２−１〜２−ｎの出力信号をｏｕｔｐ（ｐ＝１，２，・・・ｎ）とすると、
ｏｕｔｐ＝Σｎ  ｉ＝１  ｃｐｉ＊ｆｐ（ｉ）                      …（１５）
となる。なお、Σｎ  ｉ＝１  は、ｉ＝１からｉ＝ｎまでの加算を示し、ｃｐｉはフィルタ係数、ｆｐ（ｉ）はフィルタのメモリの値を表し、この場合のフィルタの入力信号でもある。
【００４３】
又フィルタ係数計算部４に於いては、現在と過去とのフィルタ２−１〜２−ｎの入力信号と、雑音源からの信号との相互相関関数値を計算して、フィルタ係数の更新を行うものであり、相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’は、
ｆｐ（ｉ）’＝Σｑ  ｊ＝１  ｘ（ｊ）＊ｆｐ（ｉ＋ｊ−１）        …（１６）
となる。なお、Σｑ  ｊ＝１  はｊ＝１からｊ＝ｑまでの加算を示し、ｑは相互相関関数値を計算する時の畳み込み演算を行うサンプル数を示し、一般には、数１０〜数１００サンプルである。
【００４４】
このような相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’を用いて、加算器３の出力信号ｅ’を求める。即ち、
0003541339.tif 000008
として求めることができ、畳み込み演算であるから、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）によって算出することができる。この場合、加算器３は、フィルタ２−１を介した基準マイクロホン１−１の出力信号から、フィルタ２−２〜２−ｎを介した他のマイクロホン１−２〜１−ｎの出力信号を減算して出力信号ｅ’を出力することになる。
【００４５】
前述の加算器３の出力信号ｅ’を誤差信号として、評価関数Ｊ＝（ｅ’）２  とするもので、この評価関数Ｊ＝（ｅ’）２  を基にフィルタ係数を求める。例えば、前述のように、最急降下法により求めることができ、次式によりフィルタ係数ｃ１１，ｃ１２，・・・ｃ１ｒ，・・・ｃｎ１，ｃｎ２，・・・ｃｎｒを求めることができる。
【数６】
0003541339.tif 000009
なお、ノルムｆｐｎｏｒｍは、（３）式に対応したものであり、
0003541339.tif 000010
となる。又（１８），（１９）式に於けるαは、前述のように、定数で、フィルタ係数の最適値への収束の速さと精度とを表すものである。
【００４６】
従って、加算器３の出力信号ｅ’は、
ｅ’＝ｏｕｔ１−Σｎ  ｉ＝２  ｏｕｔｉ                          …（２１）
となり、フィルタ２−１〜２−ｎへの入力信号の位相を遅延器８−１〜８−ｎによって揃えることができるから、フィルタ係数計算部４によるフィルタ係数の更新が容易となり、且つ話者５とスピーカ６とから同時に発音する状態の場合に於いても、フィルタ係数の更新制御が可能となり、雑音源としてのスピーカ６からマイクロホン１−１〜１−ｎに回り込む雑音を確実に抑制することができる。
【００４７】
図５は本発明の第３の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１６は雑音源、２１は補助マイクロホンである。この補助マイクロホン２１は、マイクロホンアレイを構成するマイクロホン１−１〜１−ｎと同一構成のマイクロホンとすることができる。
【００４８】
この実施の形態は、図１に示す実施の形態とほぼ同一であるが、補助マイクロホン２１の出力信号を、雑音源の信号としてフィルタ係数計算部４に入力するものである。従って、雑音源１６は、話者５又は任意の目的音源に対して、スピーカ以外の空調音等の任意の雑音源とした場合に於いても、図１に関連して説明したように、フィルタ係数の更新に用いる評価関数Ｊ＝（ｅ’）２を基に雑音抑制が可能となる。
【００４９】
図６は本発明の第４の実施の形態の説明図であり、図３及び図５と同一符号は同一部分を示す。この実施の形態は、図３に示す実施の形態とほぼ同一であるが、補助マイクロホン２１の出力信号を、雑音源の信号として遅延計算部９及びフィルタ係数計算部４に入力するものである。従って、図３に示す実施の形態の場合と同様に、遅延計算部９により遅延器８−１〜８−ｎの遅延サンプル数を制御し、フィルタ係数計算部４によりフィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数の更新制御を行って、雑音抑制を行うことができる。
【００５０】
図７は本発明の実施の形態のフィルタ係数更新処理に於けるローパスフィルタの説明図であり、２２，２３は係数器、２４は加算器、２５は遅延器である。前述の相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’を、図７に示すローパスフィルタを用いて算出する場合を示し、係数器２３の係数をβとし、係数器２２の係数を１−βとした場合を示す。
0003541339.tif 000011
なお、係数βは、０．０＜β＜１．０の条件で設定され、又ｆｐ（ｉ）’ｏｌｄ  はローパスフィルタのメモリ（遅延器２５）の値を示す。
【００５１】
この巡回型ローパスフィルタを用いることにより、過去の信号の重み付けを小さくして、畳み込み演算に於ける出力値が過大になることを防止し、安定に相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’を求めることができる。
【００５２】
図８はＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）を用いた本発明の実施の形態の説明図であり、１−１〜１−ｎはマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、３０はディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、３１−１〜３１−ｎはローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３２−１〜３２−ｎはＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）、３３はＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）、３４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３５は増幅器、３６はスピーカを示す。
【００５３】
図１に示す実施の形態に於けるフィルタ２−１〜２−ｎとフィルタ係数計算部４及び図３に示す実施の形態に於けるフィルタ２−１〜２−ｎとフィルタ係数計算部４及び遅延器８−１〜８−ｎと遅延計算部９とは、繰り返し処理と積和演算と条件分岐との組合せによって実現できるから、このような処理をディジタル・シグナル・プロセッサ３０の演算機能によって実現するものである。
【００５４】
又ローパスフィルタ３１−１〜３１−ｎ，３４は、例えば、音声帯域以外の信号成分を除去するものであり、又ＡＤ変換器３２−１〜３２−ｎは、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号をローパスフィルタ３１−１〜３１−ｎを介して入力してディジタル信号に変換するもので、例えば、８ｋＨｚでサンプリングして、ディジタル・シグナル・プロセッサ３０に於いて処理するビット数に対応して８ビットや１４ビット等に変換する。
【００５５】
又ネットワーク等を介した入力信号は、ＤＡ変換器３３によりアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ３４を介して増幅器３５に入力され、増幅してスピーカ３６を駆動することになる。この場合のスピーカ３６の再生音は、マイクロホン１−１〜１−ｎに対しては雑音となる。しかし、前述のように、ディジタル・シグナル・プロセッサ３０によるフィルタ係数の更新等によって雑音を抑制することができる。
【００５６】
図９は本発明の実施の形態のＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）の処理機能の説明図であり、図３及び図８と同一符号は同一部分を示し、図８に於けるローパスフィルタ３１−１〜３１−ｎ，３４と、ＡＤ変換器３２−１〜３２−ｎと、ＤＡ変換器３３と、増幅器３５との図示を省略している。又フィルタ係数計算部４は、相互相関計算部４１とフィルタ係数更新部４２とを含み、遅延計算部９は、相互相関計算部４３と最大値検出部４４と遅延サンプル数計算部４５とを含むものである。
【００５７】
遅延計算部９の相互相関計算部４３は、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号ｇｐ（ｊ）と、雑音源としてのスピーカ３６の駆動信号とを入力し、（１３）式に示す相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）を算出する。又最大値検出部４４は、図４に示すフローチャートに従って相互相関関数値Ｒｐ（ｉ）の最大値を検出し、遅延サンプル数計算部４５は、最大値検出により得られたｉｐとｉｍａｘとを用いて、遅延器８−１〜８−ｎの遅延サンプル数ｄｐを（１４）式に従って求め、遅延器８−１〜８−ｎの遅延サンプル数を設定する。
【００５８】
又フィルタ係数計算部４の相互相関計算部４１は、遅延器８−１〜８−ｎによって雑音源の信号の位相を合わせた信号と、雑音源としてのスピーカ３６の駆動信号と、加算器３の出力信号とを入力し、前述の（１６）式に従って相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’を算出する。この相互相関関数値ｆｐ（ｉ）’の算出過程に於いて、図７に示すローパスフィルタの処理を含めることができる。又フィルタ係数更新部４２は、（１７），（１８），（１９）式に従ってフィルタ係数ｃｐｒを算出し、例えば、図２に示す機能のフィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数の更新を行うものである。
【００５９】
図１０は遅延器の説明図であり、４６はメモリ、４７は書込制御部、４８は読出制御部、９は遅延計算部である。ディジタル・シグナル・プロセッサの内部メモリを用いて遅延器を実現した場合を示し、メモリ４６は、遅延サンプル数の最大値Ｄの領域を有し、書込制御部４７の制御によって書込みが行われ、又読出制御部４８の制御により読出される。又遅延計算部９により算出された遅延サンプル数ｄｐの間隔で書込ポインタＷＰと読出ポインタＲＰとが設定され、且つ点線矢印方向に、書込み読出しのタイミング毎にシフトされる。従って、書込ポインタＷＰにより指示されたアドレスに書込まれた信号は、設定された遅延サンプル数ｄｐの後の読出ポインタＲＰにより指示された時に読出される。
【００６０】
図１１は本発明の第５の実施の形態の説明図であり、５１−１，５１−２はマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、５２−１，５２−２は線形予測フィルタ、５３−１，５３−２は線形予測分析部、５４は音源位置検出部、５５は話者等の音源を示す。マイクロホンアレイを構成するマイクロホンは更に多数設けることも可能であるが、以下説明の便宜上２個のマイクロホン５１−１，５１−２を設けた場合について説明する。
【００６１】
マイクロホン５１−１，５１−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）をそれぞれ線形予測分析部５３−１，５３−２と、線形予測フィルタ５２−１，５２−２とに入力し、線形予測分析部５３−１，５３−２に於いて自己相関関数値を求めて線形予測係数を算出し、この線形予測係数を用いて線形予測フィルタ５２−１，５２−２のフィルタ係数の更新を行い、線形予測フィルタ５２−１，５２−２の出力信号の線形予測誤差信号を基に、音源検出部５４に於いて音源５５の位置を検出し、音源位置情報を出力する。
【００６２】
図１２は図１１に示す各部の機能を更に詳細に示すもので、図１１と同一符号は同一部分を示し、５６−１，５６−２は自己相関関数値計算部、５７−１，５７−２は線形予測係数計算部、５８は相関係数値計算部、５９は位置検出処理部である。線形予測分析部５３−１，５３−２は、自己相関関数値計算部５６−１，５６−２と、線形予測係数計算部５７−１，５７−２とを含む構成であり、マイクロホン５１−１，５１−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）が自己相関関数値計算部５６−１，５６−２に入力される。
【００６３】
線形予測分析部５３−１の自己相関関数値計算部５６−１は、マイクロホン５１−１の出力信号ａ（ｉ）を基に自己相関関数値Ｒａ（ｉ）を次式により算出する。
Ｒａ（ｉ）＝Σｎ  ｊ＝１  ａ（ｊ）＊ａ（ｊ＋ｉ）                …（２３）
なお、Σｎ  ｊ＝１  はｊ＝１からｊ＝ｎまでの加算を示し、ｎは畳み込み演算のサンプル数で、一般に数１００の値となる。又ｑを線形予測フィルタの次数とすると、０≦ｉ≦ｑとなる。
【００６４】
又線形予測係数計算部５７−１は、自己相関関数値Ｒａ（ｉ）を基に線形予測係数αａ１  ，αａ２  ，・・・，αａｑ  を算出する。この線形予測係数は、相関法，偏自己相関法，共分散法等の既に知られた各種の方法によって求めることができる。従って、前述のディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）の演算機能によっても実現できる。
【００６５】
又マイクロホン５１−２に対応する線形予測分析部５３−２に於いても、自己相関関数値計算部５６−２により、マイクロホン５１−２の出力信号ｂ（ｊ）を基に自己相関関数値Ｒｂ（ｉ）を（２３）式と同様にして算出し、線形予測係数計算部５７−２により、線形予測係数αｂ１  ，αｂ２  ，・・・，αｂｑ  を算出する。
【００６６】
線形予測フィルタ５２−１，５２−２は、ｑ次のＦＩＲフィルタの構成とすることができるもので、フィルタ係数ｃ１  ，ｃ２  ，・・・，ｃｑ  は、それぞれ線形予測係数αａ１  ，αａ２  ，・・・，αａｑ  ，αｂ１  ，αｂ２  ，・・・，αｂｑ  によって更新される。この線形予測フィルタ５２−１，５２−２のフィルタ次数ｑは、
0003541339.tif 000012
により定まる値であり、右辺は前述の（７）式と同様のものとなる。
【００６７】
又音源位置検出部５４は、相関係数値計算部５８と、位置検出処理部５９とを含み、相関係数値計算部５８は、線形予測フィルタ５２−１，５２−２の出力信号、即ち、マイクロホン５１−１，５１−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）の線形予測誤差信号ａ’（ｊ），ｂ’（ｊ）を用いて相関係数値ｒ’（ｉ）を算出する。この場合のｉの範囲は、−ｑ≦ｉ≦ｑとなる。
【００６８】
位置検出処理部５９は、相関係数値ｒ’（ｉ）の値を最大とするｉの値ｉｍａｘを求め、その値ｉｍａｘにより音源５５の位置を示す音源位置情報を出力する。この場合の音源位置とｉｍａｘとの関係は図１３に示すものとなる。即ち、ｉｍａｘ＝０の場合は、音源５５がマイクロホン５１−１，５１−２の前方又は後方で、マイクロホン５１−１，５１−２から等距離の位置に存在することになる。又ｉｍａｘ＝ｑの場合は、マイクロホン５１−１，５１−２の配置線上のマイクロホン５１−１側に存在し、ｉｍａｘ＝−ｑの場合は、マイクロホン５１−２側に存在することになる。なお、マイクロホンを３個以上とすれば、音源までの距離を含めて音源位置を検出することができる。
【００６９】
音声信号は、自己相関関数値が一般に大きいものであり、マイクロホン５１−１，５１−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）を用いて相関係数値ｒ（ｉ）を求める従来例は、相関係数値ｒ（ｉ）のｉに対する値の変化が小さいことにより、音源位置の検出が容易でないものであったが、前述の本発明の実施の形態によれば、自己相関関数値が大きい場合でも、線形予測誤差信号を用いて相関係数値ｒ’（ｉ）を求めるもので、等価的に、自己相関を小さくすることに相当し、音源位置の検出が容易となる。
【００７０】
図１４は本発明の第６の実施の形態の説明図であり、図１１と同一符号は同一部分を示し、５３Ａは線形予測分析部、５５Ａは音源としてのスピーカである。音源としてのスピーカ５５Ａの駆動信号を線形予測分析部５３Ａに入力することにより、音源の信号を線形予測分析し、線形予測係数を求めるもので、線形予測フィルタ５２−１，５２−２に対して共通の線形予測分析部５３Ａとして、マイクロホン５１−１，５１−２の出力信号ａ（ｊ），ｂ（ｊ）の線形予測誤差信号を求め、音源位置検出部５４は、その線形予測誤差信号を用いて相関係数値ｒ’（ｉ）を求め、音源の位置を検出することができる。
【００７１】
図１５は本発明の第７の実施の形態の説明図であり、６１−１，６１−２はマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、６２は信号推定部、６３は同期加算部、６５は音源を示し、例えば、２個のマイクロホン６１−１，６１−２の配置線上に推定位置として点線で示すマイクロホン６４−１，６４−２，・・・が存在しているものとして同期加算部６３に於いてマイクロホン６１−１，６１−２の出力信号の同期加算を行って目的音強調を行う構成を示すものである。
【００７２】
図１６は本発明の第７の実施の形態の機能ブロック図であり、図１５と同一符号は同一部分を示し、６６は粒子速度計算部、６７は推定処理部、６８−１，６８−２，・・・は遅延器、６９は加算器である。マイクロホンアレイを構成する２個のマイクロホン６１−１，６１−２の配置線に対して音源６５がθの方向に位置している場合を示し、又マイクロホン６１−１，６１−２の配置線上に沿って点線で示すマイクロホン６４−１，６４−２，・・・が配置されていると推定して処理するものである。
【００７３】
又信号推定部６２は、粒子速度計算部６６と、推定処理部６７とを含む構成を有する。又音源６５からの音波は、その伝搬を波動方程式（Ｗａｖｅ  Ｅｑｕａｔｉｏｎ  ）で表すことができる。この場合、音圧をＰ、粒子速度をＶ、媒質の体積弾性率をＫ、媒質の密度をρとすると、媒質中を伝搬する音波は、
−∂Ｖ／∂ｘ＝（１／Ｋ）（∂Ｐ／∂ｔ）
−∂Ｐ／∂ｔ＝ρ（∂Ｖ／∂ｔ）                            …（２５）
の関係で表されることが知られている。
【００７４】
粒子速度計算部６６は、マイクロホン６１−１の出力信号ａ（ｊ）の振幅を音圧Ｐ（ｊ，０）、マイクロホン６１−２の出力信号ｂ（ｊ）の振幅を音圧Ｐ（ｊ，１）とし、その音圧差によって粒子速度Ｖを求める。即ち、マイクロホン６１−１に於ける粒子速度Ｖ（ｊ＋１，０）は、
0003541339.tif 000013
と表すことができる。なお、ｊはサンプル番号である。
【００７５】
推定処理部６７は、推定位置をｘとすると、
0003541339.tif 000014
によりマイクロホン６４−１，６４−２，・・・の推定位置を求めることができる。なお、β（ｘ）は推定係数である。
【００７６】
従って、マイクロホン６１−２の配置位置をｘ＝１、マイクロホン６１−１の配置位置をｘ＝０とすると、推定位置のマイクロホン６４−１はｘ＝２，マイクロホン６４−２はｘ＝３となり、推定処理部６２は、２個のマイクロホン６１−１，６１−２を用いて、マイクロホン６４−１，６４−２，・・・が恰も配置されているかのように、マイクロホン６４−１，６４−２，・・・のそれぞれの出力信号を同期加算部６３に入力する。従って、２個のマイクロホン６１−１，６１−２からなるマイクロホンアレイでもって、更に多数のマイクロホンを配置したマイクロホンアレイと同様に同期加算による目的音強調が可能となる。
【００７７】
同期加算部６３は、遅延器６８−１，６８−２，・・・と、加算器６９とを含み、遅延サンプル数をｄとすると、遅延器６８−１，６８−２，・・・は、Ｚ−ｄ，Ｚ−２ｄ  ，Ｚ−３ｄ  ，・・・とし、マイクロホン６１−１，６１−２の配置線に対する音源位置を前述の実施の形態によって求めた角度θを基に、
0003541339.tif 000015
によって遅延サンプル数ｄを求める。
【００７８】
それによって、マイクロホン６１−１，６１−２と推定位置のマイクロホン６４−１，６４−２，・・・のそれぞれの出力信号を遅延器６８−１，６８−２，・・・によって位相を合わせ、加算器６９により加算して、同期加算による目的音強調処理を行うことができる。従って、少ない個数のマイクロホンを用いて、目的音を推定マイクロホン数に対応したパワーになるように強調できる。
【００７９】
図１７は本発明の第８の実施の形態の説明図であり、図１５と同一符号は同一部分を示し、７１は参照マイクロホン、７２は減算器、７３は重み付けフィルタ、７４は推定用係数決定部である。この実施の形態は、位置ｘ＝０のマイクロホン６１−１と、位置ｘ＝１のマイクロホン６１−２との間隔と同一間隔で位置ｘ＝２に参照マイクロホン７１を配置し、推定位置誤差を減算器７２により求め、重み付けフィルタ７３により聴覚特性を与えて、推定用係数決定部７４により推定係数α（ｘ），β（ｘ），γ（ｘ）を決定する場合を示す。
【００８０】
即ち、位置ｘ＝２のマイクロホン６４−１（参照マイクロホン７１の位置の推定マイクロホン）の推定信号Ｐ（ｊ，２）と参照マイクロホン７１の出力信号ｒｅｆ（ｊ）との差の推定誤差ｅ（ｊ）を減算器７２により求める。
0003541339.tif 000016
【００８１】
この推定誤差ｅ（ｊ）の平均パワーが最小となるように、推定用係数決定部７４に於いて推定係数β（２）を決定することができる。即ち、信号推定部６２（図１５又は図１６参照）は、この推定誤差ｅ（ｊ）の平均パワーを最小とする推定係数β（２）をｘ＝２，３，４，・・・を用いて、推定マイクロホン６４−１，６４−２，・・・の出力信号を推定処理して出力することができる。
【００８２】
又図１７に於いては、重み付けフィルタ７３により、推定誤差ｅ（ｊ）に聴覚特性に従った重み付けを行うもので、聴覚特性は、等ラウドネス曲線として知られているように、４ｋＨｚ近傍の感度が高いを示している。そこで、推定誤差ｅ（ｊ）に対して感度の高い４ｋＨｚ近傍の帯域に対して重み付けを大きくするものである。従って、位置ｘ＝２以降の推定マイクロホンの出力信号の処理に於いても、聴覚の感度が大きい帯域の推定誤差を小さくして、同期加算により目的音強調を行うことができる。
【００８３】
図１８は本発明の第９の実施の形態の説明図であり、６１−１，６１−２はマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、６２−１，６２−２，・・・６２−ｓは信号推定部、６３−１，６３−２，・・・６３−ｓは同期加算部、６４−１，６４−２，・・・は推定マイクロホン、６５は音源、８０は音源位置検出部である。
【００８４】
マイクロホン６１−１，６１−２からなるマイクロホンアレイの方向に対して角度θ０  ，θ１  ，・・・θｓ  に分割し、それぞれ分割した角度θ０  ，θ１  ，・・・θｓ  対応に、信号推定部６２−１〜６２−ｓと同期加算部６３−１〜６３−ｓとを設ける。各信号推定部６２−１〜６２−ｓは、予め推定係数β（ｘ，θ）を求めておくもので、例えば、図１７に示すように、参照マイクロホンを設けて、推定係数β（ｘ，θ）を設定する。
【００８５】
同期加算部６３−１〜６３−ｓは、信号推定部６２−１〜６２−ｓの出力信号の位相を合わせて加算するものであり、それぞれ角度θ０  〜θｓ  の方向に対応した出力信号を得ることができる。そこで、音源位置検出部８０は、各同期加算部６３−１〜６３−ｓの出力信号のパワーを比較し、最大値のパワーの出力信号対応の角度を音源６５の方向と判定し、音源位置情報を出力する。又最大値のパワーの出力信号を目的音強調信号として出力することができる。
【００８６】
図１９は本発明の第１０の実施の形態の説明図であり、９０はテレビカメラ等のカメラ、９１−１〜９１−２はマイクロホンアレイを構成するマイクロホン、９２は音源位置検出部、９３は音源の位置を検出する検出部としての顔位置検出部、９４は統合判定処理部、９５は音源を示す。
【００８７】
マイクロホン９１−１，９１−２と音源位置検出部９２とは、前述の各実施の形態の何れかを適用した構成として、音源位置検出部９２から音源９５の位置情報を統合判定処理部９４に入力する。又テレビカメラやディジタルカメラ等のカメラ９０により話者を撮像し、話者の顔の位置を検出する。例えば、顔のテンプレートを用いたテンプレートマッチング法により顔の位置を検出する方式や、カラー映像信号を基に肌色の領域を抽出して、顔の位置を検出する方式等を適用することができる。又統合判定処理部９４は、音源位置検出部９２による位置情報と、顔位置検出部９３による位置検出情報とを基に、音源９５の位置を判定して音源位置情報を出力する。
【００８８】
例えば、マイクロホン９１−１，９１−２の配置線とカメラ９０の撮像方向とに対して、話者（音源）の方向を複数の角度θ０  〜θｓ  に分割し、マイクロホン９１−１，９１−２の出力信号の線形予測誤差を用いた相関係数値算出による音源位置検出、或いは、マイクロホン９１−１，９１−２とその配置線上の推定マイクロホンとの出力信号を用いた音源位置検出等の手段により、音源方向の確率を示す位置情報ｉｎｆ−Ａ（θ）を求める。又カメラ９０からの映像信号を用いた話者（音源）の顔の方向の確率を示す位置情報ｉｎｆ−Ｖ（θ）とを求める。そして、統合判定処理部９４は、それぞれの位置情報ｉｎｆ−Ａ（θ），ｉｎｆ−Ｖ（θ）との積ｒｅｓ（θ）を算出し、この積ｒｅｓ（θ）が最大となる角度θを音源位置情報として出力する。従って、音源９５の方向を一層正確に検出することができる。又音源９５の方向を検出してカメラ９０のズーミング等の自動制御によって、音源９５を拡大撮像することも可能となる。
【００８９】
本発明は、前述の各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々付加変更することができるものであり、雑音抑制，目的音強調，音源位置検出等の目的に対応して前述の実施の形態を組み合わせることができる。又目的音強調や音源位置検出は、話者等の音声についてのみでなく、他の音波を発する音源の検出等荷も適用可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、マイクロホンアレイを構成するマイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号と、スピーカ６の駆動信号，補助マイクロホンの出力信号等の雑音源信号と、加算器３の出力の残差信号とをフィルタ係数計算部４に入力して、マイクロホン１−１〜１−ｎの出力信号を入力するフィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数の更新制御を行うことにより雑音抑制を行うもので、目的音としての話者の音声と、雑音としての音声とが同時にマイクロホン１−１〜１−ｎに入力される場合でも、両者の相互相関関数値が小さいとなることから、目的音としての話者の音声による影響を低減して、フィルタ係数の更新制御を継続して雑音抑制を行うことができる。
【００９１】
又フィルタ２−１〜２−ｎの前段に遅延器を接続して、雑音信号の位相を合わせることにより、フィルタ２−１〜２−ｎのフィルタ係数の更新制御が容易となるから、目的音としての話者の音声と、雑音としての音声等とが同時にマイクロホン１−１〜１−ｎに入力された場合でも、雑音抑制が容易となる。
【００９２】
又マイクロホンアレイの出力信号又は目的音源の信号を入力して線形予測分析を行って、マイクロホンの出力信号を入力する線形予測フィルタのフィルタ係数を更新し、線形予測フィルタの出力信号を基に音源位置を検出することにより、目的音源の話者の音声と、雑音源からの音声とが同時にマイクロホンに入力される場合でも、線形予測分析により音声信号の近傍サンプルの自己相関関数値を小さくして、目的音源の位置を確実に検出することができる。従って、その目的音源からの音声の強調、或いは、目的音源の音声以外を雑音として抑圧することができる。
【００９３】
又マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの配置間隔に従った間隔の推定マイクロホンの出力信号も含めて同期加算を行うことにより、少ない個数のマイクロホンで、多数のマイクロホンを用いたマイクロホンアレイと同様な目的音強調及び目的音源位置の検出を行うことができる利点がある。
【００９４】
又マイクロホンアレイによる音源位置の検出と目的音源の撮像信号による位置検出とを統合して判定することにより、目的音源の位置を迅速に且つ正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図２】フィルタの説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に於ける遅延計算部の処理フローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態のフィルタ係数更新処理に於けるローパスフィルタの説明図である。
【図８】ＤＳＰを用いた本発明の実施の形態の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態のＤＳＰの処理機能の説明図である。
【図１０】遅延器の説明図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態の機能ブロック図である。
【図１３】音源位置とｉｍａｘとの関係説明図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態の説明図である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態の説明図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態の機能ブロック図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態の説明図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態の説明図である。
【図１９】本発明の第１０の実施の形態の説明図である。
【図２０】従来例のエコーキャンセラの説明図である。
【図２１】従来例のマイクロホンアレイを用いたエコーキャンセラの説明図である。
【図２２】従来例の音源位置検出及び目的音強調処理の説明図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ  マイクロホン
２−１〜２−ｎ  フィルタ
３  加算器
４  フィルタ係数計算部
５  話者（目的音源）
６  スピーカ（雑音源）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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