(57)【要約】少なくとも２つのマイクロホン（２０５、２０７）の相対的な較正のための方法は、スピーカ（３０１）からの制御される音入力の必要性なしに、前記マイクロホン（２０５、２０７）の相対的な感度（ａ１、ａ２）を得ることができる。前記マイクロホン（２０５、２０７）の前記感度（ａ１、ａ２）の決定のために、較正アルゴリズム（ＣＡＬ）は、適応化後のビームフォーミングフィルタの係数（ｗ１、ｗ２、ｗ３）を使用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正する方法であって、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される、取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が決定される較正ステップ、
を有する第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正する方法において、前記較正ステップにおいて、前記入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることを特徴とする、第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正する方法。
【請求項２】
前記第１及び第２入力音声信号が、適応ビームフォーミングフィルタによって処理され、前記感度が、前記適応ビームフォーミングフィルタの重みを用いて計算を実施することによって決定される、請求項１に記載の第１及び第２マイクロホンを較正する方法。
【請求項３】
前記アルゴリズムが、
【数１】
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を計算するステップであって、Ｗ０が、適応化後の前記ビームフォーミングフィルタの前記重みの離散フーリエ変換であり、総和が、所定数Ｌの周波数Ωｋに渡っているステップを有することを特徴とする、請求項２に記載の第１及び第２マイクロホンを較正する方法。
【請求項４】
第１及び第２入力音声信号をそれぞれ取得する第１マイクロホン及び第２マイクロホンと、前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度を決定するプロセッサとを有する装置であって、前記プロセッサが、前記入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度を決定することができることを特徴とする装置。
【請求項５】
プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムであって、第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正する方法を記述しており、前記方法が、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される、取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が決定される較正ステップ、
を有する、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムにおいて、前記較正ステップにおいて、前記入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることを特徴とする、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラム。
【請求項６】
プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムを記憶するデータ担体あって、前記コンピュータプログラムは、第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正する方法を記述しており、前記方法が、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される、取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が決定される較正ステップ、
を有する、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムを記憶するデータ担体において、前記較正ステップにおいて、前記入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることを特徴とする、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムを記憶するデータ担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１マイクロホン及び第２マイクロホンの較正の方法であって、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される、取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が決定される較正ステップ、
を有する、第１マイクロホン及び第２マイクロホンの較正の方法に関する。
【０００２】
本発明は、第１及び第２入力音声信号をそれぞれ取得する第１マイクロホン及び第２マイクロホンと、前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度を決定するプロセッサとを有する装置にも関する。
【０００３】
本発明は、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムであって、第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正するプログラムコードを有し、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が決定される較正ステップ、
を有する、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムにも関する。
【０００４】
本発明は、プロセッサによる実行用のコンピュータプログラムを記憶するデータ担体であって、第１マイクロホン及び第２マイクロホンを較正するプログラムコードを有し、該プログラムコードが、
―  第１入力音声信号が、前記第１マイクロホンによって取得され、第２入力音声信号が、前記第２マイクロホンによって取得される取得ステップ、及び
―  前記第１マイクロホンの第１感度、及び前記第２マイクロホンの第２感度が、決定される較正ステップ、
を有するデータ担体にも関する。
【背景技術】
【０００５】
マイクロホンを較正する装置は、国際公開第ＷＯ−Ａ―０２０１９１５号明細書から知られている。前記既知の装置は、多数のマイクロホンを有し、例えば遠隔会議に便利である。前記多数のマイクロホンによって、話者のスピーチのより良いキャプチャが可能になり、受信者側における明瞭度が高くなる。前記複数のマイクロホンを活用するアルゴリズムには、該マイクロホンの正確な較正が必要である。これは、工場において無響室内で行われることができるが、このことは、費用がかかる。前記既知の装置は、購入後の較正を実施し、その場における付加的なマイクロホンの接続及び較正を可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、不利な点は、前記マイクロホンの感度は、前記マイクロホンに供給される所定の音響入力信号と、該マイクロホンからの測定された電気出力信号との間の関係として、決定されることにある。
【０００７】
本発明の第１の目的は、冒頭段落に記載した種類の方法であって、少なくとも２つのマイクロホンを較正し、その使用が多用途である方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、冒頭段落に記載した種類の装置であって、その使用が多用途である装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第３の目的は、本発明による前記方法を符号化するプログラムコードを有する、プロセッサ上の実行用のコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１０】
本発明の第４の目的は、本発明によるコンピュータプログラムを記憶するデータ担体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記第１の目的は、前記較正ステップにおいて、前記入力音声信号の発生用のスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることによって達成される。前記既知の装置において感度を決定するには、スピーカが必要であり、該スピーカは、事前指定された音を発し、前記マイクロホンに対する音響入力として機能する。本発明の方法において、前記較正は、前記マイクロホンが、人（例えば、前記方法を実行する人）からのスピーチ、又は街頭で捕捉される音のような、自然に存在する音によって較正されることを可能にするアルゴリズムを使用することにより、実施される。このことによって、スピーカを持ち歩くことが回避されるので、前記方法と該方法を利用する装置とは、実用的な使用状況に、より使用可能なものになる。
【００１２】
当該方法の実施例において、前記第１及び第２入力音声信号は、適応ビームフォーミングフィルタによって処理され、前記感度は、該適応ビームフォーミングフィルタの重みを用いて計算を実施することによって決定される。ビームフォーミングとは、広く使用されているアルゴリズムであって、複数のマイクロホンの入力信号を利用することにより、話者の方向に増加された感度、及び／又は雑音源の方向に低減された感度を得るアルゴリズムである。前記実施例において、前記マイクロホンの感度が、ビームフォーマによって使用されるフィルタの係数から推論されることができるという事実が利用されている。
【００１３】
当該方法の更に具体的な実施例において、前記アルゴリズムは、
【数２】
2005538633.tif 000003
を計算するステップを有し、ここで、Ｗ０は、適応化後の前記ビームフォーミングフィルタの前記重みの離散フーリエ変換であって、総和は、所定数Ｌの周波数Ωｋに渡るものである。フーリエ領域における計算の実施は、前記感度の決定を、より強固なものにする。
【００１４】
前記第２の目的は、前記プロセッサが、入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度を決定することができることによって、達成される。しばしば、前記マイクロホンは、遠隔会議装置のように、自身を較正をすることができる装置内に組み込まれる。
【００１５】
前記第３の目的は、前記較正ステップにおいて、入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることによって達成される。
【００１６】
前記第４の目的は、前記較正ステップにおいて、入力音声信号を発生するスピーカなしに、前記感度の決定を可能にするアルゴリズムが利用されることによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による方法、装置、コンピュータプログラム及びデータ担体の、これら及び他の見地は、以下に記載される実施及び実施例を参照し、非限定的な説明として単に機能する添付図面を参照することによって、明らかになり、説明される。
【００１８】
添付図面において、破線で描かれているエレメントは、オプションであって、所望の実施例に依存する。
【００１９】
図１に、遠隔会議セッションが示されている。ローカル側に居る人１０７が、表示器１１１上に示されているような、リモート側の人１０９と通信をしている。スピーチの通信の場合、音声通信装置が必要であり、これは、コンソール１０１によって表されている。これは、例えば、ボタン、小型の状態表示器、リモート側の人１０９によって発話されるスピーチの再生用のスピーカ、及びマイクロホンを含み得る。慣例によれば、ローカル側に居る人１０７は、リモート側の人１０９に、自分が言っていることを理解して欲しい場合には、コンソール１０１内のマイクロホンに非常に接近しなければならないことがわかっている。ローカル側に居る人１０７が、自身が好むいかなる場所にも居ることができれば、非常に実用的である。これを達成するように、１つ以上のマイクロホンが使用され、図１において、第１マイクロホン１０３及び第２マイクロホン１０５によって示されている。話者のスピーチをより良くキャプチャするために、複数のマイクロホンの空間配置を利用する技法が、開発されている。このビームフォーミング技法は、図３によって説明される。ビームフォーミング、及び更に詳細には、本明細書に記載されている少なくとも２つのマイクロホンの相対的な較正のための当該方法によって利益を得る多数のアプリケーションが存在する。１つの例は、音声による制御である。例えば、テレビジョン装置は、キーワードに基づく遠隔制御を備えることができる。ビームフォーミングは、キーワード認識誤り率の低減化に役立つ。携帯用装置は、２つ以上のマイクロホンを備えることもできる。
【００２０】
図２において、第１マイクロホン２０５から到来する第１入力音声信号ｕ１、及び第２マイクロホン２０７から到来する第２入力音声信号ｕ２が、取得ステップＡＣＱの間に取得される。入力音声信号ｕ１、ｕ２の両方が、較正ステップＣＡＬにおいて使用されて、第１マイクロホン２０５の第１感度ａ１、及び第２マイクロホン２０７の第２感度ａ２を決定する。
【００２１】
図３は、フィルタリングされた総和ビームフォーミング（ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｓｕｍ  ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を、複数（例えば３つ）のマイクロホンの出力に利用することができる装置２４１を示している。第１音源は、話者２０１からのスピーチである。前記スピーチは、単一の波長を含み、スピーチの波面２３３は、平面であり、第１マイクロホン２０５及び第２マイクロホン２０７を通過して走る想像上の線に平行であると仮定する。そうであれば、各マイクロホンは、同一の音の信号を捕捉する。前記第１マイクロホン２０５は、前記音をサンプルされた第１電気音声信号ｕ１に変換し、同様のことが第２マイクロホン２０７と、存在すれば、他のマイクロホンとにも該当する。マイクロホン２０５及び２０７の感度が等しい場合、前記サンプルされた電気音声信号ｕ１及びｕ２は、等しい。更に、第２音源２０３が、例えば、角度θでマイクロホンアレイ上に当たる平面波面を有する単一の波長の音楽を生じると仮定する。そうであれば、音楽の波面２３１は、第１マイクロホン２０５に、第２マイクロホン２０７によりも早く、到着する。このことは、電気音声信号ｕ１及びｕ２が、ある一定の空間波長λｓの正弦曲線の異なる位相におけるサンプルであることを意味し、入射方向θ、及び第２音源２０３の音楽の波長λに関連している。ハイパス空間フィルタであって、無限の空間波長λｓを有する話者２０１からのスピーチを透過させ、第２音源２０３からの望まない干渉を遮断するハイパス空間フィルタを、設計することができる。各マイクロホンに対する単一の乗算係数から成る空間フィルタは、固定された位置、即ち単一波長の音源に対しては、十分である。
【００２２】
複数の波長を発する広帯域音源に対しては、単一の乗算係数の代わりに、時間フィルタが、各マイクロホンに後置される。例えば、第１時間フィルタ２２１が、第１マイクロホン２０５の電気音声信号ｕ１をフィルタリングする。ｕ１の連続的なサンプルは、第１遅延素子２２７のような遅延素子によって遅延され、遅延されたサンプルは、第２フィルタ係数２２８のようなフィルタ係数によって乗算され、第１加算器２２９のような加算器によって一緒に加算される。フィルタ係数の数は、音信号からの幾つのサンプルが望ましいか、及び幾つのコンピュータリソースが利用可能であるかに依存する。前記時間フィルタ２２１及び２２３の出力は、空間総和器（ｓｐａｔｉａｌ  ｓｕｍｍａｔｉｏｎ）２３０によって総和されて、時空間フィルタ出力ｚを得る。時空間フィルタ２４０は、式〔１〕：
【数３】
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によって数学的に記述されることができる。
【００２３】
フィルタリングされた総和ビームフォーマを記述している式〔１〕において、ｎは離散時間指数、ｌはフィルタ係数ｗの指数、Ｔはサンプル間の時間差分、ｍはマイクロホン（２０５及び２０７）及び時間フィルタ（２２１及び２２３）の１つに対応するマイクロホン指数である。
【００２４】
干渉する第２音源２０３の音声信号を厳密に取り除くために、前記フィルタ係数は、ビームフォーミングの適応化段階の間に、適切な値を得なければならない。適応化が、例えば、ｚ（ｎ）の電力を最大化するアルゴリズムを、全ての周波数Ωｋに対して、
【数４】
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（ここで、Ｗｍ（Ωｋ）はフィルタｗｍ（ｎ）の離散フーリエ変換、Ｃは定数）の条件が満たされる制約の下で使用する場合、適応化後の最適なフィルタ係数は、式〔３〕：
【数５】
2005538633.tif 000006
を満たす。
【００２５】
式〔３〕において、Ｈ＊ｍ（Ωｋ）は、指数ｍを有するマイクロホンに関する音響インパルス応答の離散フーリエ変換の複素共役である。例えば、図３における第１音響インパルス応答ｈ１は、話者２０１から第１マイクロホン２０５までの音の伝達をモデルとしている音響インパルス応答である。α（Ωｋ）は、全ての時間フィルタ２２１、２２３及び２２５に共通のオールパス項である。
【００２６】
音楽の波面２３１のような平面波面の場合は、音響伝達関数は、伝搬遅延であって、従って、各周波数ｋ及びマイクロホン指数ｍに対して、式〔４〕：
【数６】
2005538633.tif 000007
が当てはまる。
【００２７】
残響室においては、このモデルは単純すぎる。例えば話者２０１から、例えば第１マイクロホン２０５まで、直接的に進行する音は、例えば話者２０１からの前記音の、近傍の壁における第１反射と、建設的又は破壊的に、干渉し得る。このことは、例えば、第１マイクロホン２０５の位置において、周波数Ωｋで存在する音出力は、ほとんどないことを意味する。前記干渉が、第１マイクロホン２０５のような、マイクロホンの空間位置における、全ての取り得る周波数Ωｋに対して生じることは、かなりありそうにない。従って、式〔５〕：
【数７】
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が、非常に有効そうである。
【００２８】
話者２０１からの前記音が、マイクロホン２０５及び２０７にほぼ等しく伝達されるのを保証する式〔５〕を使用すると、各マイクロホンの相対的な感度ａｍが、式〔６〕：
【数８】
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から得られることを、証明することができる。
【００２９】
従って、マイクロホン２０５及び２０７を等しい感度にするために、電気音声信号ｕ１及びｕ２に関して乗算する補正係数（図３における２１１及び２１３）を導入することができる。
【００３０】
これらの補正係数は、式〔７〕：
【数９】
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におけるように計算されることができ、ここで、ｃは定数である。
【００３１】
フィルタリングされた総和ビームフォーマ〔３〕を実施する時空間フィルタ２４０は、較正中に測定される音源と、前記マイクロホンとの間の音響伝達関数を、全てのマイクロホンに共通である未知の誤差因子までは、識別する。誤差因子が、全てのマイクロホンに共通であるという事実は、互いに相対的なマイクロホンの較正を可能にする。
【００３２】
前記話者が、前記マイクロホンから一定の距離を隔てている場合であって、例えば、椅子に座り、音声によるコマンド用の複数のマイクロホンを有するテレビジョン装置を視聴する場合、音響インパルス応答ｈ１及びｈ２は、伝搬遅延に類似しており、全てのマイクロホンが、入力として本質的に同一の音を受信することを意味するので、前記方法は、十分に働く。例えば、ある周波数における、例えばマイクロホンに近接する壁からの強力な残響がある場合には、前記方法は、あまり良く働くことができない。悪い（ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ）周波数領域は、式〔６〕の代わりに以下の式〔８〕：
【数１０】
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を用いることにより、前記アルゴリズムを変更とすることによって、切捨てられることができる。
【００３３】
式〔８〕における総和は、周波数間隔〔ｋｉ、ｋｉ＋１〕の数ｉに渡ってとられており、例えば、Ｗｍ（Ωｋ）のスプリアス的な大きい値は、生じない。前記総和が、十分な周波数Ωｋをカバーする場合、ｄｍは、いまだ、ｍ番目のマイクロホンの相対的な感度の信頼できる基準である。Ｎｉは、全ての間隔〔ｋｉ、ｋｉ＋１〕における周波数を一緒にした総数である。精度を向上するのに、前記総和から、最小及び最大の周波数を落とすのも有利である。前記マイクロホンのいくつかは、これらの周波数領域においてスプリアス挙動を有し得るからである。
【００３４】
図４は、従来技術のマイクロホン較正装置を示している。電気スピーカ音声信号ｅは、信号源３０４からスピーカ３０１まで送信され、音３０２に変換され、マイクロホン３０３によって捕捉される。マイクロホン３０３は、前記音を電気マイクロホン音声信号ｓに変換する。既知の装置において、スピーカ音声信号ｅとマイクロホン音声信号ｓとの両方が、プロセッサ３０５に送信され、該プロセッサ３０５は、２つの前記音声信号から、マイクロホン感度３０７を決定することができる。
【００３５】
本発明において、スピーカ音声信号ｅは、較正アルゴリズムに必要ではない。話者２０１のような音源の入力で、十分である。
【００３６】
図５は、本発明による第１及び第２マイクロホン４０３及び４０５の相対的な較正用の装置４０１を示している。プロセッサ４０７は、第１マイクロホン４０３からの第１音声信号、及び第２マイクロホン４０５からの第２音声信号を利用することができる。図３に示されているような、本発明によるアルゴリズムであって、例えば、マイクロホン４０３及び４０５を較正するアルゴリズムを、構成要素の老朽化、又は温度関係の作用のような、時間的に変化する作用を防止するように、一定時間の後にプロセッサ４０５上で実行することが可能である。他のオプションは、例えば、ユーザが、例えば、当該装置を、異なる音響インパルス応答を有する異なる部屋へ持っていく度に、該ユーザが、例えばボタン４０９を押し、前記較正を開始することである。
【００３７】
興味深いオプションは、スピーチ検出器を付加することによって、前記マイクロホンに到来する前記音がスピーチである場合のみに、較正することである。
【００３８】
図６は、プロセッサ上の実行用のコンピュータプログラムであって、第１及び第２マイクロホンを較正する本発明による方法を記述しているコンピュータプログラムの記憶用のデータ担体を示している。
【００３９】
上述の実施例は、本発明を限定するというよりはむしろ説明するものであること、及び添付請求項の範囲から逸脱することなしに、当業者が代替を設計できることに留意されたい。前記請求項において組み合わされている本発明のエレメントの組み合わせから離れて、当業者によって知覚される本発明の範囲内のエレメントの他の組み合わせは、本発明によってカバーされる。いかなる組み合わせのエレメントも、単一の専用エレメントにおいて実現されることができる。前記請求項における括弧内に置かれたいかなる符号も、前記請求項を限定するようにみなしてはならない。「有する」という語は、前記請求項に記載されていないエレメント又は見地の存在を排除するものではない。単数形のエレメントは、複数のこのようなエレメントを排除するものではない。
【００４０】
本発明は、ハードウェアによって、又はコンピュータ上で走るソフトウェアによって、実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】遠隔会議セッションを、模式的に示している。
【図２】第１及び第２マイクロホンを較正する当該方法を、模式的に示している。
【図３】ビームフォーミング装置を模式的に示している。
【図４】従来技術のマイクロホン較正装置を、模式的に示している。
【図５】本発明による第１及び第２マイクロホンの相対的な較正用の装置を、模式的に示している。
【図６】データ担体を示している。
【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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【国際調査報告】
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2005538633.tif 000020
2005538633.tif 000021