(57)【要約】【課題】従来技術と比べて反射波や残響、ノイズの影響を受けずらい音場推定装置、その方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】音場推定装置は、複数のマイクロホンにより収音された収音信号から収音された音の特徴を推定する特徴推定部と、収音信号と推定された音の特徴とから音場係数を得る音場係数取得部と、音場係数を用いて所望の位置の音場を推定する音場推定部とを含み、音場係数取得部は推定された特徴を拘束条件として用いる。【選択図】図１
2019086581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンにより収音された収音信号から収音された音の特徴を推定する特徴推定部と、
前記収音信号と推定された音の特徴とから音場係数を得る音場係数取得部と、
前記音場係数を用いて前記所望の位置の音場を推定する音場推定部とを含み、
前記音場係数取得部は前記推定された特徴を拘束条件として用いる、
音場推定装置。
【請求項２】
請求項１の音場推定装置であって、
前記音の特徴は、前記収音された音の発せられた方向及びパワーである、
音場推定装置。
【請求項３】
請求項２の音場推定装置であって、
前記音場係数取得部において、前記収音された音のパワーの推定値が大きいほど、その推定値及びその推定値に対応する方向が拘束条件として用いられやすい、
音場推定装置。
【請求項４】
請求項３の音場推定装置であって、
前記収音された音の発せられた方向としてK個の方向を想定し、MSを2以上K以下の整数の何れかとし、前記収音された音のパワーの推定値が大きいほうから順にMS個の前記収音された音のパワーの推定値及びそのパワーの推定値に対応する方向を拘束条件とする、
音場推定装置。
【請求項５】
請求項４の音場推定装置であって、
前記音場係数取得部は、
一番目に大きい音のパワーの推定値とそのパワーの推定値に対応する方向を拘束条件として音場係数を取得し、
i=2,3,…,MSとし、i番目に大きい音のパワーとそのパワーに対応する方向を拘束条件として、i-1番目に大きい音のパワーとそのパワーに対応する方向を拘束条件として取得または更新した音場係数を更新する第一フィッティング部を含む、
音場推定装置。
【請求項６】
請求項５の音場推定装置であって、
前記音場係数取得部は、
前記第一フィッティング部において音場係数を更新する際に得られる残留誤差PM_Sに対して第一フィッティング部と同じ処理を繰り返す第二フィッティング部を含む、
音場推定装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６の何れかの音場推定装置であって、
前記特徴推定部は、前記収音された音のパワーの推定値を、前記収音された音に基づき補正する補正部を含む、
音場推定装置。
【請求項８】
複数のマイクロホンにより収音された収音信号から収音された音の特徴を推定する特徴推定ステップと、
前記収音信号と推定された音の特徴とから音場係数を得る音場係数取得ステップと、
前記音場係数を用いて前記所望の位置の音場を推定する音場推定ステップとを含み、
前記音場係数取得ステップは前記推定された特徴を拘束条件として用いる、
音場推定方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７の何れかの音場推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある位置に配置されたマイクロホンの収音信号を用いて、他の位置にマイクロホンを仮想的に配置した場合に得られる収音信号を推定する音場推定装置、その方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ再生に使われるチャネル数およびスピーカ数は、臨場感をより高めたり再生エリアを拡大するために、2から、5.1へ、さらには22.1へと増加している。チャネル数等が拡張された再生手法の評価検証には、再生された音場を測定し推定することが重要になる。
【０００３】
このような音場推定法の一例として、球面マイクロホンアレーを用いる方法が非特許文献１で提案されている。この方法では、２つのオープン型球面マイクロホンアレー上の複数マイクロホンで信号を収音し、そのマルチチャネル信号から音場の平面波分解を求め、音場を推定している。この推定は音場のスパース表現およびL1ノルムからなるコスト関数の最適化を信号処理の基礎として使っている。
【０００４】
以下音場のスパース表現とコスト関数の最適化について説明する。上記のような方法ではまずJ個のマイクロホンからの収音信号を短時間フーリエ変換で周波数領域に変換する。周波数ωにおいて、この収音信号は
【０００５】
【数１】
2019086581.tif 000003
【０００６】
とベクトルであらわされる。p(ω)を収音信号ベクトルともいう。
【０００７】
音場について、以下２つを想定する。(i)J個のマイクロホンに、J以下の到来方向から平面波が到達する、(ii)その到来方向はあらかじめ想定されたK（≫J）個の方向のいずれかである。
【０００８】
k番目の方向からの平面波が単独で到達したとき、周波数ωで収音信号ベクトルp(ω)は
p(ω)=dk(ω)ak(ω)    (2)
とあらわされる。ここでak(ω)は平面波の振幅と位相に対応する。dk(ω)は、k番目方向の平面波が各マイクロホンに到達するときの位相差を記述しており、各マイクロホンの相対位置関係と到来方向とで決まる。例えば、
【数２】
2019086581.tif 000004
【０００９】
とする。
【００１０】
平面波が複数の方向から到達するとき、周波数ωで収音信号は
【００１１】
【数３】
2019086581.tif 000005
【００１２】
と表現される。上記の収音信号ベクトルp(ω)と平面波モデルとの関係は、行列とベクトルをもちいると、
p(ω)=D(ω)a(ω)        (4)
であらわされる。ただし、
【００１３】
【数４】
2019086581.tif 000006
【００１４】
と定義する。以下、D(ω)を辞書行列と呼ぶ。
【００１５】
上記のa(ω)はK個の音場係数ak(ω)からなるK次元ベクトルであり音場係数ベクトルともいい、Kは収音信号ベクトルの次元Jよりもずっと大きい(K≫J)。そのため一般的には、収音信号ベクトルp(ω)から音場係数ベクトルa(ω)を一意にもとめられない。しかし、音場係数ベクトルa(ω)が十分スパースなとき、すなわち成分として０を多く含んでいて非０成分の数が収音信号ベクトルp(ω)の次元Jより少ないとき、Least Absolute Shrinkage and Selection Operator（LASSO）（非特許文献２）により音場係数ベクトルa(ω)を求められることが知られている。具体的には、L1ノルム|○|1を含むコスト関数
【００１６】
【数５】
2019086581.tif 000007
【００１７】
を最適化することで、スパースな音場係数ベクトルa(ω)がもとめられる。なお、λはハイパーパラメータと呼ばれる0以上の実数であり、λを大きくすると音場係数ベクトルa(ω)に含まれる0の個数が大きくなり(スパースとなり)、λを小さくすると音場係数ベクトルa(ω)に含まれる0の個数が小さくなる。ハイパーパラメータは、辞書行列Dに依存して決まる値であり、シミュレーションや人手により決定される。
【００１８】
この音場係数ベクトルa(ω)をもちいると、空間位置rでの音場を
【００１９】
【数６】
2019086581.tif 000008
【００２０】
で推定できる。q(ω,r)は音場の推定値を示す。ただしcは音速であり、j=√(-1)である。またnkはｋ番目の平面波の進行方向を示すベクトルであり、その2乗ノルムは||nk||2=1である。またnk・rは、ベクトルnkと空間位置rの内積をとることを意味する。
【００２１】
上記は収音信号ベクトルp(ω)が単一の場合を示した。収音信号ベクトルが複数の場合を以下に示す。収音信号からM個の信号区間(フレーム)をとりだし、それぞれ短時間フーリエ変換することで、M本の収音信号ベクトルpm(ω)が得られる。ただし、m=1,2,…,Mである。これを行列化した
P(ω)=[p1(ω)       pM(ω)]        (8)
をもちいると、収音信号行列P(ω)と平面波モデル(辞書行列D(ω))との関係は、
P(ω)=D(ω)A(ω)        (9)
とあらわされる。ただし
【００２２】
【数７】
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【００２３】
である。音場係数行列A(ω)の縦方向は各到来方向に対応し、横方向は各信号区間に対応する。
【００２４】
上記のようにベクトルでなく行列だけで収音信号行列と平面波モデルとの関係が記述される場合に、LASSOの拡張であるgroup LASSO（非特許文献３）をもちいることで、K×M個の音場係数am,k(ω)からなる行列である音場係数行列A(ω)を求められる。この方法は最適化問題
A(ω)=argmin |P(ω)-D(ω)A(ω)|F2+λ||A(ω)||12        (11)
を解く。ただし第１項の|X|Fは行列のフロベニウスノルムをとることを意味する。第２項のノルム項は
【００２５】
【数８】
2019086581.tif 000010
【００２６】
で定義される。ただしam,k*(ω)はam,k(ω)の複素共役である。このノルム項をつかうことで、音場係数行列Aの縦方向すなわち平面波の到来方向(k)についてスパースな音場係数行列Aが求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】江村、「２つの球面マイクアレーによる音場補間推定」、日本音響学会2016年春季研究発表会講演論文集、pp. 589-590.
【非特許文献２】T. Hastie, R. Tibshirani, and J. Friedman, "The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference and Prediction", Springer, New York, 2001. p68,69
【非特許文献３】M. Yuan and Y. Lin, “Model selection and estimation in regression with grouped variables”, Journal of the Royal Statistical Society: Series B, Vol.68, Issue 1, pp.49-67, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記のLASSO, group LASSOにもとづく音場推定法は反射波のほとんどない状況では音場を確実に推定することができる。しかしながら、通常の部屋で上記の音場推定方法をもちいると、音源からの直接波と同時に反射波や残響、ノイズも収音される。この反射波や残響、ノイズのために推定精度は著しく劣化してしまい、主要波面の抽出・推定が困難になる。
【００２９】
本発明は、従来技術と比べて反射波や残響、ノイズの影響を受けずらい音場推定装置、その方法、及びプログラム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】
【００３０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、音場推定装置は、複数のマイクロホンにより収音された収音信号から収音された音の特徴を推定する特徴推定部と、収音信号と推定された音の特徴とから音場係数を得る音場係数取得部と、音場係数を用いて所望の位置の音場を推定する音場推定部とを含み、音場係数取得部は推定された特徴を拘束条件として用いる。
【００３１】
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、音場推定方法は、複数のマイクロホンにより収音された収音信号から収音された音の特徴を推定する特徴推定ステップと、収音信号と推定された音の特徴とから音場係数を得る音場係数取得ステップと、音場係数を用いて所望の位置の音場を推定する音場推定ステップとを含み、音場係数取得ステップは推定された特徴を拘束条件として用いる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、音場推定を行う際に従来技術と比べて反射波や残響、ノイズの影響を受けずらいという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第一実施形態に係る音場推定装置の機能ブロック図。
【図２】第一実施形態に係る音場推定装置の処理フローの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「^」は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
【００３５】
＜第一実施形態＞
図１は第一実施形態に係る音場推定装置の機能ブロック図を、図２はその処理フローを示す。
【００３６】
第一実施形態に係る音場推定装置は、短時間フーリエ変換部１０７、特徴推定部１０１、音場係数取得部１０５、音場推定部１０６及び短時間逆フーリエ変換部１０８を含む。
【００３７】
音場推定装置は、例えば、中央演算処理装置（CPU: Central Processing Unit）、主記憶装置（RAM: Random Access Memory）などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。音場推定装置は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。音場推定装置に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて中央演算処理装置へ読み出されて他の処理に利用される。音場推定装置の各処理部は、少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。音場推定装置が備える各記憶部は、例えば、RAM（Random Access Memory）などの主記憶装置、ハードディスクや光ディスクもしくはフラッシュメモリ（Flash Memory）のような半導体メモリ素子により構成される補助記憶装置、またはリレーショナルデータベースやキーバリューストアなどのミドルウェアにより構成することができる。
【００３８】
第一実施形態に係る音場推定装置は、Jチャネルの収音信号p1(t) p2(t) … pJ(t)を入力とし、空間位置rにおける音場を推定し、推定値q(t,r)を出力する。なお、音場の推定値q(t,r)は、空間位置rにマイクロホンが配置された場合に時刻tにおいて得られる収音信号に対応する値である。例えば、所望の範囲に格子状に複数の空間位置rを設定することでその所望の範囲の音場を推定することができる。
【００３９】
以下、各部の処理内容を説明する。
【００４０】
＜短時間フーリエ変換部１０７＞
短時間フーリエ変換部１０７は、J個のマイクロホンを含むマイクロホンアレーにより収音されたJチャネルの時間領域の収音信号p1(t) … pJ(t)を入力とし、フレームごとに短時間フーリエ変換する（Ｓ１０７）。その周波数ω、フレームmでの変換結果を
【００４１】
【数９】
2019086581.tif 000011
【００４２】
のようにベクトル化し、周波数領域の収音信号ベクトルpm(ω)を出力する。
【００４３】
＜特徴推定部１０１＞
特徴推定部１０１は、周波数領域の収音信号ベクトルpm(ω)を入力とし、収音信号ベクトルpm(ω)から収音された音の特徴を推定し（Ｓ１０１）、出力する。例えば、音の特徴として、収音された音の発せられた方向及びパワーを推定する。この例では、特徴推定部１０１は、到来波ノイズ分解部１０１１及び推定パワー補正部１０１２を含む。
【００４４】
（到来波ノイズ分解部１０１１）
到来波ノイズ分解部１０１１は、周波数領域の収音信号ベクトルpm(ω)を入力とし、収音された音の発せられた方向及びパワーを推定する。推定方法としては様々な公知の技術を利用することができる。例えば、到来波ノイズ分解部１０１１は、次式により、まず相関行列R(ω)を算出する。
【００４５】
【数１０】
2019086581.tif 000012
【００４６】
ただしpmH(ω)は収音信号ベクトルpm(ω)を転置し複素共役をとったベクトルである。この相関行列R(ω)から、到来波ノイズ分解部１０１１は、非特許文献４に記載の方法をもちいて複数の到来波のパワーおよび各マイクロホンでのノイズパワーを推定し、到来波のパワーの推定値uk(ω)(k=1,2,…,K)とノイズパワーの推定値νj(ω)(j=1,2,…,J)を取得する。前出の辞書行列Dをもちいて平面波の到来可能方向を指定すると、この方法により相関行列R(ω)は以下のように分解される。より詳しく言うと、相関行列R(ω)を所定のモデルに合うように分解して再構成し(フィッティング)、相関行列Rの推定値R^を次式により求める。
【００４７】
【数１１】
2019086581.tif 000013
【００４８】
ただし、IJは、J×Jの単位行列である。ここでu1(ω)〜uK(ω)が各到来波のパワーの推定値になり、ν1(ω)〜νJ(ω)がノイズのパワーの推定値になる。
（非特許文献４）P. Stoica, P. Babu, and J. Li,"SPICE A sparse covariance-based estimation method for array processing", IEEE Transactions on signal processing, vol. 59, no. 2, 2011, 629-638.
【００４９】
到来波ノイズ分解部１０１１は、各到来波のパワーの推定値u1(ω)〜uK(ω)、相関行列R(ω)、その推定値R^(ω)を出力する。
【００５０】
（推定パワー補正部１０１２）
推定パワー補正部１０１２では、各到来波のパワーの推定値u1(ω)〜uK(ω)、相関行列R(ω)、その推定値R^(ω)を入力とし、パワーの推定値u1(ω)〜uK(ω)を、収音された音に基づき(より詳しく言うと、収音された音の相関行列とR(ω)とその推定値R^(ω)に基づき)補正し(Ｓ１０１２)、補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)を出力する。例えば、推定パワー補正部１０１２は、収音信号ベクトルpm(ω)の相関行列R(ω)から得られる信号パワーの和tr(R(ω))と到来波ノイズ分解部１０１１の処理結果から得られる信号パワーの和tr(R^(ω))から補正係数β(ω)を次式により求める。
【００５１】
【数１２】
2019086581.tif 000014
【００５２】
ただし、tr()は行列のトレースをとる関数である。上述の通り、相関行列R(ω)の推定値R^(ω)は、相関行列R(ω)を所定のモデルに合うように分解して再構成している(フィッティング)。フィッティングの際に実際の相関行列R(ω)とその推定値R^(ω)との間にズレが生じる。補正係数βを用いてこのズレを補正することができる。
【００５３】
推定パワー補正部１０１２は、各到来波のパワーの推定値u1(ω)〜uK(ω)に補正係数β(ω)を乗じることで、各到来波のパワーの推定値u1(ω)〜uK(ω)を補正する。補正した到来波のパワーの推定値をβ(ω)uk(ω)とする(k=1,2,…,K)。
【００５４】
＜音場係数取得部１０５＞
音場係数取得部１０５は、周波数領域の収音信号ベクトルpm(ω)と、補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)とを入力とし、収音信号ベクトルpm(ω)と推定された音の特徴(この例では補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)と到来波の方向に対応するベクトルd1(ω)〜dK(ω)(ただしdk(ω)はk番目の方向の平面が各マイクロホンに到達するときの位相差を示すベクトル))とから、推定された音の特徴を拘束条件として、音場係数ベクトルbi(ω)を得(Ｓ１０５)、出力する。ただし、i=1,2,…,KSであり、KSは2以上K以下の整数の何れかである。
【００５５】
この例では、音場係数取得部１０５は、ソート部１０５３及びフィッティング部１０５５を含み、補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)が大きい方向、及び、そのパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)を優先して拘束条件とする。
【００５６】
（ソート部１０５３）
ソート部１０５３は、補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)を入力とし、推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)を降順にソートして（Ｓ１０５３）、大きい方からKS個をとりだす。その結果を[β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)]とする。ただし、上付き添え字K_SはKSは意味する。g=1,2,…,KSとすると、β(ω)u(g)(ω)は、K個の推定値β(ω)uk(ω)の中でg番目に大きい推定値を意味する。そして各β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)に対応するベクトルdk(ω)を辞書行列D(ω)からとり出す。その結果を
[d(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)]    (17)
とし、ソート部１０５３は、β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)とd(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)とを出力する。ただし、ベクトルd(g)(ω)は、補正した到来波のパワーの推定値β(ω)u(g)(ω)に対応するベクトルを意味し、推定値β(ω)u1(ω)〜β(ω)uK(ω)とベクトルd1(ω)〜dK(ω)との対応関係は予め図示しない記憶部に記憶されており、推定値β(ω)u(g)(ω)を特定することで対応するベクトルd(g)(ω)を特定できるものとする。
【００５７】
（フィッティング部１０５５）
フィッティング部１０５５は、周波数領域の収音信号ベクトルpm(ω)と、推定値β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)とベクトルd(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)とを入力とし、一番目に大きい音のパワーの推定値β(ω)u(1)(ω)とそのパワーの推定値に対応する方向(より詳しく言うと、その方向に対するベクトルd(1)(ω))を拘束条件として、音場係数ベクトルb1(ω)を取得し、i番目に大きい音のパワーの推定値β(ω)u(i)(ω)とそのパワーに対応する方向(より詳しく言うと、その方向に対するベクトルd(i)(ω))を拘束条件として、i-1番目に大きい音のパワーの推定値β(ω)u(i-1)(ω)とそのパワーの推定値β(ω)u(i-1)(ω)に対応する方向(より詳しく言うと、その方向に対するベクトルd(i-1)(ω))を拘束条件として取得または更新した音場係数ベクトルbi-1(ω)を更新して（Ｓ１０５５）、音場係数ベクトルbi(ω)を得る。なお、ここではi=2,3,…, KSとする。フィッティング部１０５５は、音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK_S(ω)を出力する。つまり、音場係数取得部１０５では、収音された音のパワーの推定値が大きいほうから順にKS個の収音された音のパワーの推定値及びそのパワーの推定値に対応する方向を拘束条件としているといえる。
【００５８】
以下に処理例を示す。
【００５９】
フィッティング部１０５５は、M本の収音信号ベクトルpm(ω)からなる行列である収音信号行列
P(ω)=[p1(ω) … pM(ω)]        (18)
に対して、以下の繰り返し処理をおこなうことで、[d(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)]に対応する音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK_S(ω)(なお、音場係数ベクトルbi(ω)はd(i)(ω)に対応するK次元のベクトルである)を求める。
ステップ1:i=0,P0(ω)=P(ω)
ステップ2:i=i+1
ステップ3:bi(ω)=argmin |Pi-1(ω)-d(i)(ω)biT(ω)|F
拘束条件
【００６０】
【数１３】
2019086581.tif 000015
【００６１】
ただしbiT(ω)は、bi(ω)の転置ベクトルである。
ステップ4:
Pi(ω)=Pi-1(ω)-d(i)(ω)biT(ω)
ステップ5:i<KSならばステップ2に戻る。
【００６２】
この繰り返し処理の結果として、収音信号行列P(ω)は
【００６３】
【数１４】
2019086581.tif 000016
【００６４】
のように分解される。ここで音場係数ベクトルbiT(ω)は、ベクトルd(i)(ω)に対応する平面波の振幅と位相からなるベクトルである。
【００６５】
＜音場推定部１０６＞
音場推定部１０６では、音場係数ベクトルbi(ω)を入力とし、音場係数ベクトルbi(ω)を用いて所望の空間位置rのm番目(1≦ｍ≦M)の区間における音場を次式により推定し（Ｓ１０６）、推定値qm(ω,r)を出力する。
【００６６】
【数１５】
2019086581.tif 000017
【００６７】
ただしcは音速であり、bi,m(ω)は音場係数ベクトルbi(ω)のm番目の要素とする。またn(i)はベクトルd(i)(ω)に対応する平面波の空間内での進行方向である。推定値qm(ω,r)は、音圧に対応する値であり、空間位置rにマイクロホンを設置した際に得られる値に対応する。空間位置rを様々な値に設定することで、所望の範囲の音場を取得することができる。
【００６８】
＜短時間逆フーリエ変換部１０８＞
短時間逆フーリエ変換部１０８は、推定値qm(ω,r)を入力とし、推定値qm(ω,r)を短時間逆フーリエ変換し(Ｓ１０８)、時間領域の音場の推定値q(t,r)を得、出力する。なお、短時間逆フーリエ変換の方法は短時間フーリエ変換部１０７に対応するものであればよい。
【００６９】
＜効果＞
以上の構成により、収音された音の到来方向及びパワーを拘束条件とすることで、従来技術と比べて反射波や残響の影響を受けずらい音場推定装置を実現している。
【００７０】
＜変形例＞
本実施形態では、フィッティング部１０５５において、収音された音のパワーの推定値が大きいほうから順にKS個の収音された音のパワーの推定値及びそのパワーの推定値に対応する方向を拘束条件としているが、必ずしも大きいほうから順に拘束条件とする必要はなく、順番が多少入れ替わってもよい。よって、フィッティング部１０５５において、収音された音のパワーの推定値が大きいほど、その推定値及びその推定値に対応する方向が拘束条件として用いられやすいとも言える。
【００７１】
本実施形態では、特徴推定部１０１は推定パワー補正部１０１２を含むが、相関行列R(ω)とその推定値R^(ω)とのズレが小さい場合には特徴推定部１０１が推定パワー補正部１０１２を含まない構成としてもよい。この場合、到来波ノイズ分解部１０１１の出力値である到来波のパワーの推定値uk(ω)(k=1,2,…,K)をそのまま特徴推定部１０１の出力値として用いればよい。
【００７２】
＜第二実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７３】
この例では、音場係数取得部１０５は、ソート部１０５３、フィッティング部１０５５及び第二フィッティング部１０５６を含む。
【００７４】
第一実施形態のフィッティング部１０５５では、収音信号行列P(ω)からモデル化済みの要素が次々と引かれていき、その残留誤差としてPK_S(ω)が残る。第二実施形態は、より残留誤差の小さい音場係数のベクトルを得るために、フィッティング処理を続けて２回おこなう。
【００７５】
フィッティング部１０５５の処理は、第一実施形態のフィッティング部１０５５と同一である。フィッティング部１０５５は、収音信号行列P(ω)の残留誤差PK_S(ω)、β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)とd(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)と音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK_S(ω)とを出力する。
【００７６】
（第二フィッティング部１０５６）
第二フィッティング部１０５６は、フィッティング部１０５５の収音信号行列P(ω)の残留誤差PK_S(ω)、β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)とd(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)と音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK_S(ω)とを入力とし、収音信号行列P(ω)に代えて残留誤差PK_Sを用い、残留誤差PK_Sに対してフィッティング部１０５５と同じ処理を繰り返す。例えば、以下の繰り返し処理をおこなう。
ステップ1:i=0,P'0(ω)=PK_S(ω)
ステップ2:i=i+1
ステップ3:b'i(ω)=argmin |P'i-1(ω)-d(i)(ω)b'iT(ω)|F
拘束条件
【００７７】
【数１６】
2019086581.tif 000018
【００７８】
ステップ4:
P'i(ω)=P'i-1(ω)-d(i)(ω)b'iT(ω)
ステップ5:i<KSならばステップ2に戻る。
【００７９】
そして、音場係数ベクトルb'i(ω)を
bi(ω)←bi(ω)+b'i(ω)        (21)
により更新する。ただし、i=1,2,…,MSである。
【００８０】
これにより、残留誤差をより小さくする音場係数ベクトルbi(ω)が得られる。第二フィッティング部１０５６は、式(21)により得られる音場係数ベクトルbi(ω)を出力する。
【００８１】
＜効果＞
以上の構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、残留誤差をより小さくする音場係数ベクトルbi(ω)を用いることで第一実施形態よりも精度の高い音場を推定することができる。
【００８２】
＜第三実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８３】
この例は、ソート部１０５３を含まず、フィッティング部１０５５の内部処理がよりシンプルになる。フィッティング部１０５５は、M本の収音信号ベクトルpm(ω)からなる行列である収音信号行列
P(ω)=[p1(ω) … pM(ω)]        (18)
と推定値β(ω)u(1)(ω) β(ω)u(2)(ω) … β(ω)u(K_S)(ω)とベクトルd(1)(ω) d(2)(ω) … d(K_S)(ω)とを入力とし、収音信号行列P(ω)に対して、以下の最適化処理を１回おこなうことで、音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK (ω)を求め、出力する。具体的には、コスト関数
【００８４】
【数１７】
2019086581.tif 000019
【００８５】
を最小化する音場係数ベクトルb1(ω),b2(ω),…,bK(ω)を、拘束条件
【００８６】
【数１８】
2019086581.tif 000020
【００８７】
のもとに最適化する。β(ω)には、式(16)で算出されるβ(ω)、もしくは
【００８８】
【数１９】
2019086581.tif 000021
【００８９】
で算出されるβ’(ω)を使う。後者のβ’(ω)は、前者のβ(ω)よりも拘束を緩く設定する効果がある。
【００９０】
＜第四実施形態＞
第三実施形態と異なる部分を中心に説明する。
フィッティング部１０５５は、M本の収音信号ベクトルpm(ω)に対して、音場係数ベクトルa1(ω),…,aM (ω)を求める。具体的には、ノイズパワーの推定値にもとづく拘束条件
【００９１】
【数２０】
2019086581.tif 000022
【００９２】
のもとで、コスト関数
【００９３】
【数２１】
2019086581.tif 000023
【００９４】
を最小化する音場係数ベクトルをフレームごとに求める。β(ω)には、式(16)で算出されるβ(ω)、もしくはβ’(ω)を使う。
【００９５】
＜その他の変形例＞
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００９６】
＜プログラム及び記録媒体＞
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
【００９７】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
【００９８】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させてもよい。
【００９９】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実施形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【０１００】
また、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、各装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
2019086581.tif 000024
【図２】
2019086581.tif 000025