(57)【要約】【課題】  目的音と、目的音の到来方向以外の任意の方向から到来する妨害音とを分離する処理において、目的音の到来方向がずれた場合でも、分離処理後の音の品質を保つ。【解決手段】  本発明は、音源分離装置に関する。そして、音源分離装置は、間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンの受音信号のうち２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて目的音の到来方向を含む所定の範囲内のいずれかの方向に信号抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、目的音抑圧スペクトルを生成する手段と、目的音優勢スペクトルを生成する手段と、目的音抑圧スペクトルと目的音優勢スペクトルとを用いて、受音信号の妨害音成分と目的音成分とを分離する手段とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
2011123370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成する目的音抑圧スペクトル生成手段と、
上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成する目的音優勢スペクトル生成手段と、
目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する分離手段と
を有することを特徴とする音源分離装置。
【請求項２】
上記目的音抑圧スペクトル生成手段は、目的音抑圧スペクトルの各成分について、上記目的音抑圧部の処理結果のうち最も絶対値の小さい値を適用することを特徴とする請求項１に記載の音源分離装置。
【請求項３】
上記目的音抑圧スペクトル生成手段、及び上記目的音優勢スペクトル生成手段を有するスペクトル生成処理部を複数備え、
上記分離手段は、それぞれの上記スペクトル生成処理部が生成する、目的音抑圧スペクトル及び目的音優勢スペクトルを利用して、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音源分離装置。
【請求項４】
音源分離装置に搭載されたコンピュータを、
間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成する目的音抑圧スペクトル生成手段と、
上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成する目的音優勢スペクトル生成手段と、
目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する分離手段と
して機能させることを特徴とする音源分離プログラム。
【請求項５】
音源分離装置により行われる音源分離方法において、
目的音抑圧スペクトル生成手段、目的音優勢スペクトル生成手段、分離手段を有し、
上記目的音抑圧スペクトル生成手段は、間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成し、
上記目的音優勢スペクトル生成手段は、上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成し、
上記分離手段は、目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する
ことを特徴とする音源分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音源分離装置、プログラム及び方法に関し、例えば、電話装置や音声認識装置等の音声捕捉における雑音除去に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
電話装置や音声認識装置では、マイクロフォンによりユーザ音声を捕捉するが、周囲雑音によって、音声認識の精度は極度に劣化したり、録音した音声が雑音のために聞き取りにくい場合がある。
【０００３】
このため、従来は、マイクロフォンアレーにより指向特性を制御する等して、所望の目的音だけを選択的に捕捉する試みがなされているが、このような指向特性の制御だけでは、所望の音声を背景雑音から分離して取り出すことは困難であった。
【０００４】
従来のマイクロフォンアレーの技術としては、例えば、遅延和アレー（ＤＳＡ：Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｓｕｍ  Ａｒｒａｙ）や、ＢＦ（Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ばれる指向特性制御に関する技術、あるいはＤＣＭＰ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ）アダプティブアレーによる指向特性制御に関する技術等がある。
【０００５】
一方、遠隔発話による音声を分離する技術として、複数の固定マイクロフォンの出力信号を狭帯域スペクトル分析し、周波数帯域毎に最も大きな振幅を与えたマイクロフォンにその周波数帯域の音を割り当てる技術（ＳＡＦＩＡと称されている）としては、特許文献１の記載技術がある。特許文献１に記載されている帯域選択（ＢＳ：Ｂａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）による音声の分離技術では、所望の音声を得るために、所望の音声を発する音源に最も近いマイクロフォンを選び、そのマイクロフォンに割り当てられた周波数帯域の音を使って音声を合成する。
【０００６】
また、更なる技術として、帯域選択の方法に改良を加えた技術が特許文献２に記載されている。
【０００７】
特許文献２の記載技術では、目的音到来方向と直角または略直角をなす方向に並べて配置された２個のマイクロフォンに入力された信号を用いて、妨害音を抑圧して捕捉対象である目的音を強調した目的音優勢信号と、目的音を抑圧して妨害音を強調した目的音劣勢信号を作成し、その２種類の信号を目的音と妨害音の分離に利用している。
【０００８】
特許文献２では、目的音優勢信号及び目的音劣勢信号の生成について「空間フィルタ」と呼ばれるフィルタを用いて実現している。
【０００９】
図３は、空間フィルタの特性について示した説明図である。
【００１０】
以下では、２つのマイクロフォンＭ１、Ｍ２を結ぶ線に対する垂直平面を０度の方向と呼び、時計回りの方向を正の角度、反時計回りの方向を負の角度として方向を表すものとする。すなわち、上述の方向は−１８０度〜１８０度（−１８０度と１８０度は同じ方向）の範囲で表される。
【００１１】
図３では、間隔ｄで配置された２つのマイクロフォンＭ１、Ｍ２に対して角度θの方向から入力される音源があった場合について説明している。この場合、角度θの方向から入力される音源から２つのマイクロフォンＭ１、Ｍ２への距離で、ｄ×ｓｉｎθの距離差が生じ、結果として音の到達時間については、マイクロフォンＭ１、Ｍ２の間で、以下の（１）式で表される時間差τが生じる。
【数１】
2011123370.tif 000003
【００１２】
そこで、マイクロフォンＭ２の出力からマイクロフォンＭ１の出力を時間差τ遅延させた出力を減じると、お互いが相殺されθ方向の音は抑圧される。以下では、空間フィルタにおいて音を抑圧する方向の角度（上述の例ではθ）を「抑圧角度」と呼ぶ。
【００１３】
図４は、空間フィルタにおける指向特性について示した説明図である。
【００１４】
図４において、曲線Ｌは、空間フィルタの抑圧角度をθに設定した場合の指向特性を表しており、マイクロフォンＭ１、Ｍ２を結ぶ線の中点からの距離が長くなっている方向ほど、利得が大きく（抑圧の強度が弱い）、距離が短いほど利得が小さい（抑圧の強度が強い）ことを示している。
【００１５】
図４では、空間フィルタの抑圧角度をθの方向に設定しているため、その方向の抑圧の強度が最も大きくなるように設定されている様子を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−３１３４９７号公報
【特許文献２】特開２００６−１９７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１の記載技術では、２つの音が重なった状況において、よく両者を分離することができるが、音源が３つ以上となると、理論的には分離可能とされているものの、分離性能は極端に劣化する。従って、複数の雑音源が存在する状況下で、これらの複数の雑音から目的音を精度よく分離することは困難である。
【００１８】
また、特許文献２の記載技術では、空間フィルタを用いて、目的音を分離する処理を行っているが、分離する処理をしている途中で目的音の到来方向がずれた場合に、空間フィルタの特性が、分離後の目的音の品質に影響を及ぼす恐れがある。以下、特許文献２に記載の方法において、空間フィルタの特性が、分離後の目的音に及ぼす恐れがある影響について説明する。
【００１９】
図５は、空間フィルタにおける抑圧角度に近い方向の利得の変化特性について示した説明図である。
【００２０】
図５では、空間フィルタの抑圧角度をθとし、目的音が０度の方向（正面）から到来した場合の利得をＧ１、０度から反時計回りに僅かにずれた方向から目的音が到来した場合の利得をＧ２として説明している。
【００２１】
空間フィルタにおいて、抑圧角度の近くで、角度の変化に応じた利得の変化率が大きい場合には、図５に示すように、利得がＧ１となる方向と、Ｇ２となる方向との角度のずれが僅かであっても、Ｇ１とＧ２の差は大きくなってしまう恐れがある。
【００２２】
上述の特許文献２に記載されている目的音劣勢信号生成手段では、目的音が到来すると想定される方向に、空間フィルタの抑圧角度を向けて、目的音成分を抑圧するとともに、妨害音成分を抽出しているが、上述のように、目的音と妨害音とを分離する処理をしている途中で目的音の到来方向がずれると、僅かなずれであっても、出力音に大きなゆれを生じる結果となる恐れがある。
【００２３】
そのため、目的音と、目的音の到来方向以外の任意の方向から到来する妨害音とを分離する処理において、目的音の到来方向がずれた場合でも、分離処理後の音の品質を保つことができる音源分離装置、プログラム及び方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
第１の本発明の音源分離装置は、（１）間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成する目的音抑圧スペクトル生成手段と、（２）上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成する目的音優勢スペクトル生成手段と、（３）目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する分離手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
第２の本発明の音源分離プログラムは、音源分離装置に搭載されたコンピュータを、（１）間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成する目的音抑圧スペクトル生成手段と、（２）上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成する目的音優勢スペクトル生成手段と、（３）目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離する分離手段として機能させることを特徴とする。
【００２６】
第３の本発明は、音源分離装置により行われる音源分離方法において、（１）目的音抑圧スペクトル生成手段、目的音優勢スペクトル生成手段、分離手段を有し、（２）上記目的音抑圧スペクトル生成手段は、間隔を置いて配置された複数個のマイクロフォンのうち、２個のマイクロフォンの受音信号のスペクトルについて、目的音が到来すると想定される想定到来方向を含む所定の範囲内で、それぞれ異なる方向に、成分抑圧の指向性を向けて処理する複数の目的音抑圧部を用いて、上記受音信号のスペクトルから、上記目的音の成分を抑圧した目的音抑圧スペクトルを生成し、（３）上記目的音優勢スペクトル生成手段は、上記受音信号のスペクトルについて、上記所定の範囲以外の任意の方向から到来する妨害音を抑圧した目的音優勢スペクトルを生成し、（４）上記分離手段は、目的音抑圧スペクトルと、目的音優勢スペクトルとを用いて、上記受音信号について、上記妨害音の成分と上記目的音の成分とを分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、目的音と、目的音の到来方向以外の任意の方向から到来する妨害音とを分離する処理において、目的音の到来方向がずれた場合でも、分離処理後の音の品質を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態に係る音源分離装置の機能的構成について示したブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る音源分離装置の機能的構成について示したブロック図である。
【図３】従来の空間フィルタの特性について示した説明図である。
【図４】従来の空間フィルタにおける指向特性について示した説明図である。
【図５】従来の空間フィルタにおける抑圧角度に近い方向の利得の変化特性について示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による音源分離装置、プログラム及び方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００３０】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成及び動作
図１は、第１の実施形態の音源分離装置１０の機能的構成について示したブロック図である。
【００３１】
音源分離装置１０は、目的音と、目的音の到来方向以外の任意の方向から到来する妨害音とを分離するものである。音源分離装置１０の用途は限定されるものではないが、例えば、音声認識装置や、携帯電話などの電話装置に搭載して、音声捕捉に用いるようにしても良い。具体的には、例えば、音源分離装置１０を電話会議装置に搭載して、遠隔発話を行う複数の話者による混合音声から任意の話者の音声を目的音として分離したり、遠隔発話を行う話者の音声とその他の音との混合音から話者の音声を目的音として分離したりすることに用いるようにしても良い。また、例えば、音声対話を行うロボット、カーナビゲーションシステム等の車載機器についての音声操作、会議の議事録作成等の音声認識において、目的音となるユーザの音声の分離に用いるようにしても良い。
【００３２】
音源分離装置１０は、大きくは、入力手段２０、分析手段３０、分離手段４０、除去手段５０、生成手段６０を有する。
【００３３】
音源分離装置１０は、マイクロフォン等のハードウェア以外の構成要素に関しては、プロセッサ（ＣＰＵ等）を有する装置に、実施形態の音源分離プログラムをインストールすることにより実現するようにしても良いし、一部又は全部の構成要素について、専用のハードウェア（例えば、半導体チップ）を用いて実現するようにしても良い。
【００３４】
入力手段２０は、間隔を置いて配置された２個のマイクロフォン２１、２２と、これらの２個のマイクロフォン２１、２２の受音信号をアナログ/ディジタル信号変換器（図示せず）を用いてディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を分析手段３０に与える。
【００３５】
以下では、上述の図３〜図５と同様に、２つのマイクロフォン２１、２２を結ぶ線に対する垂直平面を０度の方向と呼び、時計回りの方向を正の角度、反時計回りの方向を負の角度として方向を表すものとする。すなわち、上述の方向は−１８０度〜１８０度（−１８０度と１８０度とは同じ方向）の範囲で表される。
【００３６】
また、以下では、例として、音源分離装置１０は、目的音が概ね０度の方向から到来することを想定した構成として説明する。
【００３７】
以下の説明においては、マイク２１から出力されるディジタル音声信号をｘ１（ｎ）とする。また、同様にマイク２２から出力されるディジタル音声信号をｘ２（ｎ）とする。但し、ｎは、ｎ番目のデータ（サンプル）を表すものとする。
【００３８】
ディジタル音声信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）は、例えば、マイクロフォンなどの音声入力装置から入力されたアナログ音声信号を、アナログ／ディジタル変換し、標本化周期Ｔ毎に標本化することにより得られるものである。標本化周期Ｔは、例えば、３１．２５マイクロ秒〜１２５マイクロ秒程度とすることが望ましい。
【００３９】
同一時間区間における、Ｎ個の連続するｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）を１つの分析単位（フレーム）として、後述する分析手段３０、分離手段４０、除去手段５０、生成手段６０の処理は行われるものとする。
【００４０】
以下の説明において、音源分離装置１０では、例としてＮ＝１０２４とする。そして、音源分離装置１０では、処理対象分析単位に対する当該音源分離の一連の処理が終了すると、ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）のうち後半の３Ｎ／４個のデータを前半にシフトし、新たに入力された連続するＮ／４個のデータを後半に接続するものとする。これにより、音源分離装置１０では、新たなＮ個の連続するｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）を生成し、１つの分析単位として新たな処理を行うものとする。音源分離装置１０では、このような処理対象分析単位の処理を繰り返すようになされているものとする。
【００４１】
なお、分析手段３０に入力されるディジタル音声信号はマイクロフォンが捕捉してアナログ／ディジタル変換されたものに限定されない。例えば、記録媒体などから読み出されたものであっても良いし、他の装置から通信によって与えられたものであっても良い。すなわち、音源分離装置１０において、ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）が保持できれば、入力手段２０を省略した構成としても良い。
【００４２】
分析手段３０は、雑音の混在したディジタル音声信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）が、入力手段２０から与えられると、ｘ１（ｎ）を周波数分析部３１で、ｘ２（ｎ）を周波数分析部３２で、それぞれＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理等を行い、その結果を分離手段４０に与える。分析手段３０では、ＦＦＴ処理にあたっては、Ｎ個の連続するｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）に対し、窓関数をかけるものとする。なお、窓関数ｗ（ｎ）としては、各種の窓関数を適用可能であるが、例えば、以下の（２）式に示すようなハニング窓を適用するようにしても良い。
【数２】
2011123370.tif 000004
【００４３】
分析手段３０による上述の窓処理は、後述する生成手段６０における分析単位の接続処理を考慮してなされる処理である。ただし、上述の窓関数を適用することは好ましいが、必須ではない。
【００４４】
以下では、周波数分析部３１、３２の出力を、それぞれＤ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）と表すものとする。なお、Ｄ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）は複素数である。
【００４５】
なお、分析手段３０における分析方法は、ＦＦＴに限定されず、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）などの他の周波数分析方法を適用するようにしても良い。
【００４６】
また、音源分離装置１０が搭載される装置によっては、他の目的の処理装置における分析に関する構成を、この音源分離装置１０の構成として流用するようにしても良い。例えば、当該音源分離装置１０が搭載される装置がＩＰ電話装置の場合には、このような流用が可能である。ＩＰ電話装置の場合、ＩＰパケットのペイロードにはＦＦＴ出力を符号化したものを挿入するが、そのＦＦＴ出力を、上述した分析手段３０の出力として流用することができる。
【００４７】
また、後述する分離手段４０の処理では、スペクトルＤ（ｍ）の性質Ｄ（ｍ）＝Ｄ＊（Ｎ−ｍ）（ただし、１≦ｍ≦Ｎ／２−１、Ｄ＊（Ｎ−ｍ）はＤ（Ｎ−ｍ）の共役複素数を表す）から、０≦ｍ≦Ｎ／２の範囲で行えば良い。
【００４８】
分離手段４０は、妨害音抑圧部４１及び目的音抑圧部４２を有している。
【００４９】
妨害音抑圧部４１は、Ｄ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）を利用して、妨害音の成分を抑圧し、目的音の成分が強調されたスペクトルを生成する。そして、目的音抑圧部４２は、Ｄ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）を利用して、目的音の成分を抑圧し、妨害音の成分が強調されたスペクトルを生成する。
【００５０】
次に、妨害音抑圧部４１の構成について説明する。
【００５１】
妨害音抑圧部４１は、２つの空間フィルタ４１１、４１２及び最小選択部４１３を有している。
【００５２】
空間フィルタ４１１、４１２の抑圧角度は、それぞれ、９０度、−９０度に設定されているものとする。
【００５３】
上述の通り、音源分離装置１０では、目的音は、概ね０度の方向から到来することが想定されているため、妨害音抑圧部４１では、目的音が到来する方向とは異なる方向に、空間フィルタの抑圧角度を向けているが、目的音が到来すると想定される方向に応じて、空間フィルタの数や抑圧角度の組み合わせを変更するようにしても良い。
【００５４】
空間フィルタ４１１の具体的な処理としては、以下の（３）式を用いて、Ｅ１（ｍ）を求める。また、空間フィルタ４１２は、以下の（４）式を用いて、Ｅ２（ｍ）を求める。以下の（３）式、（４）式において、ｆはサンプリング周波数であり、例えば、１６００Ｈｚを適用するようにしても良い。
【００５５】
そして、最小選択部４１３は、以下の（５）式に示すように、空間フィルタ４１１の出力Ｅ１（ｍ）と空間フィルタ４１２の出力Ｅ２（ｍ）の絶対値の最小値Ｍ（ｍ）を、算出してＭ（ｍ）を求める。この出力Ｍ（ｍ）は、目的音の成分を抽出したものとして、最小選択部４１３から除去手段５０に与えられる。
【数３】
2011123370.tif 000005
【００５６】
次に、目的音抑圧部４２の構成について説明する。
【００５７】
目的音抑圧部４２は、３つの空間フィルタ４２１、４２２、４２３及び最小選択部４２４を有している。
【００５８】
空間フィルタ４２１、４２２、４２３の抑圧角度は、それぞれ、０度、５度、−５度の方向に設定されているものとする。
【００５９】
上述の通り、音源分離装置１０では、目的音は、概ね０度の方向から到来することが想定されているため、目的音抑圧部４２では、空間フィルタ４２１の抑圧角度を０度に設定し、０度の方向から、わずか（±５度程度）にずらした方向に、空間フィルタ４２２及び空間フィルタ４２３の抑圧角度を設定している。音源分離装置１０では、上述の例のように、目的音が到来すると想定される方向を中心として、左右対称の対になるように空間フィルタの抑圧角度を設定することが望ましい。
【００６０】
目的音抑圧部４２では、３つの空間フィルタを用いているが、目的音が到来すると想定される方向（音源分離装置１０では０度）を含む所定の範囲内（音源分離装置１０では−５度〜＋５度の範囲内）で、複数の空間フィルタにより、それぞれ異なる抑圧角度が向けられていれば、空間フィルタの数やその抑圧角度の組み合わせは限定されないものである。
【００６１】
空間フィルタ４２１具体的な処理としては、以下の（６）式を用いて、Ｆ０（ｍ）を求める。
【００６２】
空間フィルタ４２２は、以下の（７）式を用いて、Ｆ１（ｍ）を求める。なお、（７）式において、τ5は抑圧角度＝＋５度に相当する遅延である。
【００６３】
空間フィルタ４２３は、以下の（８）式を用いて、Ｆ２（ｍ）を求める。なお、（８）式において、τ-5は抑圧角度＝−５度に相当する遅延である。
【００６４】
そして、最小選択部４２４は、以下の（９）式に示すように、Ｆ０（ｍ）、Ｆ１（ｍ）、Ｆ２（ｍ）の絶対値の最小値Ｎ（ｍ）を算出する。この出力Ｎ（ｍ）は、妨害音の成分を抽出したものとして、最小選択部４２４から除去手段５０に与えられる。
【数４】
2011123370.tif 000006
【００６５】
次に、除去手段５０の構成について説明する。
【００６６】
除去手段５０は、分離手段４０から与えられるＭ（ｍ）とＮ（ｍ）とを用いて、Ｄ１（ｍ）における、妨害音を除去するための妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求めて、生成手段６０に与える。
【００６７】
以下では、除去手段５０が求める妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）の一例について説明する。
【００６８】
除去手段５０では最小選択部４１３の出力Ｍ（ｍ）と最小選択部４２４の出力Ｎ（ｍ）から、以下の（１０）式を用いて、Ｓ（ｍ）を求める。さらに、除去手段５０は、０≦ｍ≦Ｎ／２の範囲で求められたＳ（ｍ）に対して、以下の（１１）式を用いて、除去手段５０の出力である妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求める。なお、（１０）式、（１１）式において、Ｄ１をＤ２に置き換えるようにしても良い。
【数５】
2011123370.tif 000007
【００６９】
Ｈ（ｍ）＝  Ｓ（ｍ）  Ｄ１（ｍ）  …（１１）
また、除去手段５０は、Ｈ（ｍ）＝Ｈ＊（Ｎ−ｍ）（ただし、Ｎ／２＋１≦ｍ≦Ｎ−１）の性質を利用して、０≦ｍ≦Ｎ−１の範囲の妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求め、生成手段６０に与える。
【００７０】
生成手段６０は、妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）をＮ点逆ＦＦＴ処理し、音源分離信号ｈ（ｎ）を得る。そして、生成手段６０は、以下の（１２）式に示すように、現在の音源分離信号ｈ（ｎ）と、直前の分析単位についての音源分離信号ｈ’（ｎ）の後半の３Ｎ／４個のデータを加算して、出力ｙ（ｎ）を得る。
【００７１】
ｙ（ｎ）  ＝  ｈ（ｎ）  ＋  ｈ’（ｎ＋Ｎ／４）  …（１２）
音源分離装置１０では、相前後する分析単位でデータ（サンプル）を重複させるように、Ｎ／４個のデータをシフトしながら、上述した処理を行う例について説明したが、これは、波形接続を円滑に行うためであるため、必ずしも必要な処理ではなく、Ｎ個ずつ処理するようにしても良い。なお、Ｎ／４個のデータをシフトしながら処理する場合、１つの分析単位に対し、分析手段３０から当該生成手段６０までの上述した一連の処理に要する時間は、ＮＴ／４を上限とすることが望ましい。
【００７２】
（Ａ−２）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７３】
音源分離装置１０では、目的音抑圧部４２の、３つの空間フィルタに、それぞれ０度、５度、−５度の指向性を持たせており、最小選択部４２４では、３つの空間フィルタの出力値のうち最も小さい絶対値となる出力値をＮ（ｍ）に適用している。すなわち、目的音抑圧部４２では、目的音が０度方向の近辺から到来した場合には、０度方向の近辺の成分については、空間フィルタ４２１の出力値の絶対値が最も小さいため、これがＮ（ｍ）に反映される。一方、５度方向の近辺のから目的音が到来した場合には、５度方向の近辺の成分については、空間フィルタ４２２の出力値がＮ（ｍ）に反映されることになる。このように、目的音抑圧部４２では、目的音の到来方向に応じて、選択して適用される空間フィルタ群を設けることにより、目的音が到来する方向が少しずれた場合でも、Ｎ（ｍ）に目的音成分が混入することを防ぎ、音源分離装置１０が出力する音質劣化を防いでいる。
【００７４】
したがって、上述のように、目的音の到来方向に応じて選択して適用される空間フィルタ群を用いて目的音抑圧部４２を構成することにより、目的音の到来方向がずれた場合でも、分離後の目的音の音声の品質を向上させ、聞きやすくすることができる。
【００７５】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による音源分離装置、プログラム及び方法の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００７６】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
図２は、第２の実施形態の音源分離装置１０Ａの全体構成を示すブロック図である。
【００７７】
第１の実施形態の音源分離装置１０では、入力手段２０、分析手段３０、分離手段４０をそれぞれ一つずつ有する構成であったが、第２の実施形態の音源分離装置１０Ａでは、入力手段２０、分析手段３０、分離手段４０の組を、複数組備える点で異なっている。また、第２の実施形態の音源分離装置１０Ａでは、除去手段５０が除去手段５０Ａに置き換わっている点で、第１の実施形態と異なっている。
【００７８】
音源分離装置１０Ａでは、図２に示すように、入力手段２０、分析手段３０、分離手段４０の組を２組有する。すなわち、２つの入力手段２０（２０−１、２０−２）、２つの分析手段３０（３０−１、３０−２）、及び２つの分離手段４０（４０−１、４０−２）を有している。また、入力手段２０−１は、２つのマイクロフォン２１−１、２２−１を有し、入力手段２０−２も２つのマイクロフォン２１−２、２２−２を有している。
【００７９】
入力手段２０−１、２０−２、分析手段３０−１、３０−２、分離手段４０−１、４０−２のそれぞれの処理については、第１の実施形態の入力手段２０、分析手段３０、分離手段４０と同様であるので詳しい説明は省略する。
【００８０】
また、以下では、分離手段４０−１における、妨害音抑圧部の出力をＭＡ（ｍ）、目的音抑圧部の出力をＮＡ（ｍ）と表す。また、分離手段４０−２における、妨害音抑圧部の出力をＭＢ（ｍ）、目的音抑圧部の出力をＮＢ（ｍ）と表す。また、マイクロフォン２１−１からの信号を、分析手段３０−１で処理したものをＤ１（ｍ）と表すものとする。
【００８１】
次に、除去手段５０Ａの構成について説明する。
【００８２】
除去手段５０Ａは、分離手段４０−１から与えられるＭＡ（ｍ）、ＮＡ（ｍ）と、４０−２から与えられる、ＭＢ（ｍ）、ＮＢ（ｍ）とを用いて、Ｄ１（ｍ）における、妨害音を除去するための妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求めて、生成手段６０に与える。
【００８３】
以下では、除去手段５０Ａが求める妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）の一例について説明する。
【００８４】
除去手段５０Ａは、分離手段４０−１から与えられるＭＡ（ｍ）、ＮＡ（ｍ）と、４０−２から与えられる、ＭＢ（ｍ）、ＮＢ（ｍ）とを、以下の（１３）式に適用し、Ｓ（ｍ）を求める。さらに、除去手段５０Ａは、０≦ｍ≦Ｎ／２の範囲で求められたＳ（ｍ）に対して、以下の（１４）式を用いて、除去手段５０Ａの出力である妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求める。なお、（１３）式、（１４）式において、Ｄ１を、他のマイクロフォンからの信号に基づくスペクトルに置き換えるようにしても良い。
【数６】
2011123370.tif 000008
【００８５】
Ｈ（ｍ）＝  Ｓ（ｍ）  Ｄ１（ｍ）  …（１４）
また、Ｈ（ｍ）＝Ｈ＊（Ｎ−ｍ）（ただし、Ｎ／２＋１≦ｍ≦Ｎ−１）の性質を利用して、０≦ｍ≦Ｎ−１の範囲の妨害音除去スペクトルＨ（ｍ）を求め、生成手段６０に与える。
【００８６】
生成手段６０の処理については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８７】
（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
第２の実施形態の音源分離装置１０Ａでは、入力手段において、２個よりも多い数のマイクロフォンを用いた場合でも、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８８】
（Ｃ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【００８９】
（Ｃ−１）第１の実施形態において、音源分離装置１０の用途によっては、生成手段６０を省略したり、他の装置が有する生成部を流用したりすることができる。例えば、音源分離装置が音声認識装置に利用される場合であれば、分離スペクトルＨ（ｍ）を認識用特徴量として用いるようにして生成手段６０を省略することができる。また例えば、音源分離装置がＩＰ電話機に利用される場合であれば、ＩＰ電話機が生成部に相当する手段を有するので、その生成部を流用するようにしても良い。
【００９０】
（Ｃ−２）第２の実施形態において、４つのマイクロフォン２１−１、２２−１、２１−２、２２−２を用いる例について説明したが、入力手段２０−１と入力手段２０−２との間で、１個を共通に使うことにより３個のマイクロフォンによって構成するようにしても良い。この場合、共通に用いるマイクロフォンが受音した信号の処理を共通にすることができるため演算量を低減させることができる。また、用いるマイクロフォンの数をさらに増加させた場合でも、同様に入力手段の間で共通のマイクロフォンを用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００９１】
１０…音源分離装置、２０…入力手段、２１、２２…マイクロフォン、３０…分析手段、３１、３２…周波数分析部、４０…分離手段、４１…妨害音抑圧部、４１１、４１２…空間フィルタ、４１３…最小選択部、４２…目的音抑圧部、４２１、４２２、４２３空間フィルタ、４２４…最小選択部、５０…除去手段、６０…生成手段。
【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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