(57)【要約】  車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供すること。車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、マイクロホンモジュールと分離されて車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、マイクロホンモジュールは、入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、複数の音響変換素子から入力した信号に対して、複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、感度補正部で処理された信号をヘッドユニットへ出力する。
2016132409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、前記マイクロホンモジュールと分離されて前記車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、
前記マイクロホンモジュールは、
入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、
前記複数の音響変換素子から入力した信号に対して、前記複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、
前記感度補正部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
車載用音響処理装置。
【請求項２】
前記マイクロホンモジュールは、
前記感度補正部で処理された信号から雑音成分を除去する雑音除去部をさらに具備し、
前記雑音除去部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項３】
前記マイクロホンモジュールは、
前記雑音除去部で処理された信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部をさらに具備し、
前記適応ビームフォーマ部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
請求項２に記載の車載用音響処理装置。
【請求項４】
前記マイクロホンモジュールは、
前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部をさらに具備し、
前記エコーキャンセラ部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
請求項３に記載の車載用音響処理装置。
【請求項５】
前記マイクロホンモジュールは、
前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタをさらに具備し、
前記常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタで処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
請求項４に記載の車載用音響処理装置。
【請求項６】
前記マイクロホンモジュールを構成する回路基板上に、デジタル伝送出力用のコネクタが実装されている、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項７】
前記マイクロホンモジュールを構成する回路基板上に、デジタル伝送用の配線ケーブルが実装されている、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項８】
前記マイクロホンモジュールの搭載位置が、前記車室内の天井またはオーバーヘッドコンソール内である、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項９】
前記ヘッドユニットは、
前記マイクロホンモジュールから入力した信号から雑音成分を除去する雑音除去部と、
前記雑音除去部で処理された信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部と、
前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１０】
前記ヘッドユニットは、
前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部と、
前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
請求項２に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１１】
前記ヘッドユニットは、
前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
請求項３に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１２】
前記ヘッドユニットは、
前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタを具備する、
請求項４に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１３】
前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、アナログ信号である、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１４】
前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、デジタル信号である、
請求項１に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１５】
前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、多重伝送方式を用いて伝送される、
請求項１４に記載の車載用音響処理装置。
【請求項１６】
前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間の信号の入出力処理において、クロック同期を取るか、または、クロックの違いを吸収する、
請求項１４に記載の車載用音響処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車室内においてハンズフリー通話または音声認識に用いられる車載用音響処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車室内において、ハンズフリー通話、または、目的地検索等を行う車載ナビゲーションなどで使用される音声認識は、音響変換素子を含む車載用音響処理装置により実施される。しかしながら、音響変換素子に取込まれる音圧には、運転者、または、運転席以外の座席に座る同乗者などの発話者の音声以外に、エアコンのブロアー音（風雑音）、エンジン音、走行ノイズ等、車室内の空間に存在する雑音も含まれる。よって、ハンズフリー通話の場合、受話者は雑音が混じった発話者の声を聞くことになり、良好な会話が成立しにくくなる。また、音声認識の場合、音声認識率の低下が発生する。【０００３】
このような問題を解決する技術として、例えば以下のものが提案されている。例えば、特許文献１、２には、発話された音声を収集し、発話者の位置を推定することにより、音声認識率等を高める技術が開示されている。また、例えば、特許文献２、３には、音声信号処理技術を用いて、風雑音等のノイズを抑制する技術が開示されている。また、例えば、特許文献４には、雑音混入の防止可能なマイクロホンモジュールの搭載方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１―１３９９４号公報
【特許文献２】特開２０１０―２８３５０６号公報
【特許文献３】特許第３１４６８０４号公報
【特許文献４】特許第３９３６１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車載用音響処理装置には、発話者の音声を精度良く収集するためにマイクロホンモジュールが発話者の近傍に配置され、複数のマイクロホンモジュールとは別に設けられたヘッドユニットがマイクロホンモジュールに入力された音声の処理を行うものがある。しかしながら、車室内で生じる雑音は位置によって異なる。そのため、マイクロホンモジュールに入力される音声はマイクロホンモジュールの配置位置によっては雑音を多く含むことになり、音声処理の精度が低下するという課題がある。上述した特許文献１〜４には、このような課題を解決する構成について開示されていない。【０００６】
本発明の目的は、車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る車載用音響処理装置は、車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、前記マイクロホンモジュールと分離されて前記車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、前記マイクロホンモジュールは、入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、前記複数の音響変換素子から入力した信号に対して、前記複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、前記感度補正部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する構成を採る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図
【図３Ａ】本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールの構成を示す斜視図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールの構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置の音声信号処理の機能を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る音声信号処理の機能分担を示す図
【図６】本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールとヘッドユニットの各々の機能配分におけるＤＳＰの処理量の違い等を示す図
【図７】本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、図１を用いて、本実施の形態の車載用音響処理装置の配置例について説明する。図１は、本実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図である。なお、図１では、説明の便宜上、右ハンドルタイプの車両を示しているが、本実施の形態の車載用音響処理装置が搭載される車両は、左ハンドルタイプの車両であってもよい。また、本実施の形態では、車両が自動車である場合を例として説明するが、車両は自動車に限定されない。
【００１２】
図１に示すように、車両１は、フロントガラス２、ハンドル４、オーバーヘッドコンソール（ＯＨＣ）５、ヘッドユニット７を備えている。オーバーヘッドコンソール５は、運転者３の頭上左方向、すなわち、車両１の内部の天井において前方中央部に取り付けられている。このオーバーヘッドコンソール５には、車両１の乗員（運転者、同乗者）の音声などの音圧が侵入する音圧侵入孔６が設けられている。音圧侵入孔６の裏側には、後述するマイクロホンモジュール（図２、図３参照）が配置される。
【００１３】
ヘッドユニット７は、マイクロホンモジュールとともに本実施の形態の車載用音響処理装置を構成する装置である。ヘッドユニット７は、運転席の前方部分に配置され、マイクロホンモジュールと電気配線により接続されており（図示せず）、マイクロホンモジュールから出力された音声信号を入力する。
【００１４】
本実施の形態の車載用音響処理装置は、マイクロホンモジュールとヘッドユニットとが分離して配置され、マイクロホンモジュールが車両内部の天井に配置される構成とする。この構成は、マイクロホンモジュールがヘッドユニットに内蔵される構成と比べて、発話者（乗員）とマイクロホンモジュールとの距離が近くなるため、マイクロホンモジュールの性能をより発揮させることができる。例えば、マイクロホンモジュールと発話者の距離が３倍になると、マイクロホンモジュールのＳＮ比は約１０ｄＢ悪化する（距離の対数に比例し悪化する）。従って、マイクロホンモジュールと発話者との距離は極力近づけた方が良く、マイクロホンモジュールは、実用上、車両内部の天井に配置することが最も望ましい。
【００１５】
図１では、マイクロホンモジュールをオーバーヘッドコンソール５内に設置する例としたが、マイクロホンモジュールは車両１の天井に埋め込んでもよい。この構成でも、マイクロホンモジュールを発話者の近傍に配置することができる。マイクロホンモジュールを車両の天井に埋め込んだ構成の例を図２に示す。
【００１６】
図２に示すように、車両１は、マイクロホンモジュール９ａ〜９ｆ、ヘッドユニット１０、中継モジュール１１、電気配線１２を備える。ヘッドユニット１０は、図１と同様に運転席の前方部分に配置してもよいし、車両１の名部の天井に配置してもよい。中継モジュール１１は、マイクロホンモジュール９ａ〜９ｆとヘッドユニット１０とを中継する装置である。また、各座席の近傍に設けられたマイクロホンモジュール９ａ〜９ｆは、電気配線１２を介して中継モジュール１１と接続されている。また、中継モジュール１１は、電気配線１２を介してヘッドユニット１０に接続されている。よって、図２の例では、マイクロホンモジュール９ａ〜９ｆにて入力された音声は、音声信号として、中継モジュール１１を介してヘッドユニット１０へ出力される。
【００１７】
マイクロホンモジュール９ａ〜９ｆとヘッドユニット１０との間の電気配線１２の伝送方式は、アナログ伝送方式でもよいし、デジタル伝送方式でもよい。ただし、図２に示すようにマイクロホンモジュールが複数個存在する場合、あるいはマイクロホンモジュール内の音響素子が２個以上存在する場合には、デジタル伝送方式を使用すると信号の多重化が実施可能となるので、デジタル伝送方式を使用するほうが望ましい。また、デジタル伝送方式を使用することにより、後述するように、エコーキャンセルを実施する際に、マイクロホンモジュールとヘッドユニット間のクロック同期をほぼ一致させることができ、アナログ伝送と比べて、車載用音響処理装置の性能を高めることができる。
【００１８】
デジタル伝送方式としては、Ｉ２Ｓ、ＣＸＰＩ、ＬＩＮ、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、ＭＯＳＴ、ＩＥＥＥ１３９４（愛称“FireWire”（登録商標））、ＬＶＤＳ、ＵＳＢ等が、一般的に車載ＬＡＮ用に使用されているため、望ましい。
【００１９】
また、マイクロホンモジュール９ａ〜９ｆとヘッドユニット１０間のデジタル信号のやりとりに多重伝送方式（信号の多重化）を用いた場合、音響変換素子あるいはマイクロホンモジュールの数が多くなっても、用いる配線数を少なくすることができる。よって、車載用音響処理装置の車両搭載時に配線に要する費用を削減でき、有利となる。
【００２０】
次に、図３を用いて、図１および図２を用いて説明したマイクロホンモジュールの構成例について説明する。図３Ａは、マイクロホンモジュールの構成を示す斜視図であり、図３Ｂは、マイクロホンモジュールの構成を示す断面図である。
【００２１】
図３Ａにおいて、マイクロホンモジュール１３は、上部ケース１４を有する。上部ケース１４の上面にはごみ等の侵入を防ぐ面布を配置してもよい。また、マイクロホンモジュール１３は、音響変換素子を保持するホルダー１５、音響変換素子１６を有する。図３Ａ、図３Ｂでは、音響変換素子１６が２個の形態で示されているが、２個に限定するものではなく、２個以上が配置されてもよい。
【００２２】
また、図３Ａ、図３Ｂでは、マイクロホンモジュール１３を、エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）として示しているが、ＭＥＭＳマイクロホンと呼ばれる別形態の音響変換素子であっても構わない。
【００２３】
また、マイクロホンモジュール１３は、コネクタ１７、回路基板１８、コネクタ１９、コネクタ２０、電気電子部品２１、底面ケース２２を有する。コネクタ１７は、音響変換素子１６を回路基板１８へ接続するためのものである。コネクタ１９は、回路基板１８上に設けられ、コネクタ１７を接続するためのものである。コネクタ２０は、マイクロホンモジュール１３から電気信号を出力するためのものである。電気電子部品２１は、複数個あり、音響変換素子１６に入力された音声信号（音圧）を電気信号に変換するものである。電気電子部品２１は、音響信号処理を実施するデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）も含まれる。
【００２４】
なお、コネクタ２０の出力形式は、アナログ出力でもデジタル出力でもよく、特に規定するものではない。また、コネクタ２０を設けず、回路基板１８より電気信号出力用の配線を直接、接続もしくは接合する形態でも構わない。
【００２５】
次に、図４を用いて、本実施の形態の車載用音響処理装置の音声信号処理について説明する。図４は、車載用音響処理装置の音声信号処理の機能を示す図である。図４に示す２３〜２８の各機能は、後述する図５で示すように、マイクロホンモジュールまたはヘッドユニットのどちらか一方に実装される。
【００２６】
図４に示すように、マイクロホンモジュールは、複数の音響変換素子２３を備えている。複数の音響変換素子２３は、音声信号（例えば、発話者の音声と雑音が混在した音）を入力し、その音声信号を電気信号に変換する。
【００２７】
感度補正機能２４（感度補正部ともいう）は、複数の音響変換素子２３から入力した信号に対して複数の音響変換素子２３間の感度または位相のばらつきを補正する。なお、図４、図５では、感度補正機能２４を「感度、位相補正」と図示している。
【００２８】
雑音除去機能２５（雑音除去部ともいう）は、感度補正機能２４から入力した信号に対して無相関成分抽出を行い、風、振動、熱雑音等の雑音を抑圧して除去する。なお、図４、図５では、雑音除去機能２５を「振動・風・熱雑音除去」と図示している。
【００２９】
適応ビームフォーマ２６（適応ビームフォーマ部ともいう）は、雑音除去機能２５から入力した信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する。
【００３０】
エコーキャンセラ２７（エコーキャンセラ部ともいう）は、適応ビームフォーマ２６から入力した信号に対して、例えばハンズフリー通話を実施する際のエコーと発話者の音声との分離を行う。エコーキャンセラを実施する際には、スピーカ信号が必要であるためエコーキャンセラ２７にはスピーカ信号３２が入力される。
【００３１】
常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ（Ｍｃｈ ＷＦ）２８は、エコーキャンセラ２７から入力した信号に対して、線形または非線形演算を行い、音の分離を行う。
【００３２】
また、図４において、２９、３０、３１および３３は電気信号を表しており、２９は目的音（発話者の音声など）とノイズの混在信号、３０は目的音を多く含む信号、３１はノイズを多く含む信号、３３はスピーカから入力される信号を示している。
【００３３】
次に、上述した音声信号処理の機能分担について説明する。図５は、図４で示した音声信号処理の各機能をマイクロホンモジュールとヘッドユニットとで分担して実装した例を示している。図５では、［１］〜［６］の６種類の機能分担の例を示している。
【００３４】
図５の［１］は、マイクロホンモジュールに複数の音響変換素子のみが搭載されており、ヘッドユニットには、図４に示した感度補正機能２４〜常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ２８が実装された形態を示している。［１］に示す機能配置（機能配分）は、車載用音響処理装置の機能配置として市販されている。
【００３５】
図５の［２］〜［６］は、それぞれ、図４に示した感度補正機能２４〜常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ２８のうち少なくとも１つをマイクロホンモジュールに実装した形態を示している。
【００３６】
本実施の形態の車載用音響処理装置は、図５の［２］〜［６］のいずれかの機能配置を採る。上述した［２］〜［６］の機能配置の選択は、図６に示す条件を考慮されて決定される。
【００３７】
次に、図６を用いて、上述した機能配置の選択に考慮される条件について説明する。図６は、図５に示した［１］〜［６］の機能配置におけるＤＳＰの処理量の違いを示すとともに、マイクロホンモジュールにスピーカ信号の入力が必要か否かの違い（図４参照）を示した表である。図６中の、[ＭＩＰＳ]とは、ＤＳＰの処理能力を示す単位であり、「Million Instructions Per Second」の略である。なお、図６の［１］〜［６］のＭＩＰＳ数は、一般的なＤＳＰを使用した際の概ねの概算値であり、必ずしもこの値に固定されるわけではない。
【００３８】
図６において、マイクロホンモジュールのＤＳＰ処理負荷は、［１］が最も小さく、［６］が最も大きい。一方、ヘッドユニットのＤＳＰ処理負荷は、［１］が最も大きく、［６］が最も小さい。また、マイクロホンモジュールへのスピーカ信号の入力は、［１］から［４］は不要であるが、［５］と［６］は必要となる。また、マイクロホンモジュール信号出力数は、［１］から［３］が多く、［４］と［５］は［１］から［３］と比べて少なくなり、さらに［６］は信号出力数が最小になる（図５における信号出力数（矢印の数）参照）。マイクロホンモジュールの信号を入力するヘッドユニットの入力数は、入力数がマイクロホンモジュールの［１］から［６］の出力数に対応して変化する。
【００３９】
マイクロホンモジュールとヘッドユニットとをどのような機能配置で車両に搭載するかは、車両搭載時の諸種の事情、および、上述した図６の諸条件を鑑みて決定される。
【００４０】
次に、図７を用いて、本実施例におけるエコーキャンセラ機能を不具合なく動作させる方法について記載する。
【００４１】
図７は、音（音圧）をマイクロホンモジュールで入力し、スピーカで音（音圧）を出力する車載用音響処理装置の模式図である。図７において、３４は音響変換素子そのものあるいはマイクロホンモジュール、３５はスピーカ、３６はマイクロホンモジュール３４で入力したアナログ信号をデジタル振動へ変換するＡ／Ｄ変換器、３７はデジタル信号処理を実施する信号処理部、３８はデジタル信号をアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器を示しており、図中の矢印は電気信号の流れを示している。スピーカ３５からは、アナログ信号を音として出力している。
【００４２】
図７は、アナログ信号である音声などの音を、一旦デジタル信号に変換し（Ａ／Ｄ変換）、デジタル信号処理の結果をアナログ信号に変換(Ｄ／Ａ変換)することを示している。アナログ入出力機器（Ａ／Ｄ変換器３６とＤ／Ａ変換器３８）の変換動作にはサンプリングクロックが用いられるが、機器同士のサンプリングクロックが異なることがあり、クロック同期を行うか、伝送されたデジタル信号に対して再度サンプリング処理を行って、クロックの違いを吸収する必要が生じる。サンプリング周波数が高くなると、ケーブルなどの伝送経路を経由したクロック同期は困難になるため、デジタル信号接続では非同期の通信方法を使用することもある。非同期通信で伝送したデジタル信号に対して再サンプリングを行うには、既にデジタル化された信号から非同期に別のクロックのデータにするために、オーバーサンプリングを用いる手法を採ってもよい。
【００４３】
上述したようにアナログ入出力機器間のクロック同期を取るか、または、クロックの違いを吸収する手法を採ることにより、エコーキャンセラ機能を不具合なく動作させることができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、図５に示す［２］〜［６］のいずれかの機能配置により、マイクロホンモジュールとヘッドユニットを構成するため、車室内で収集される音声の処理精度がマイクロホンモジュールの配置位置に依存することがない。よって、本実施の形態では、車室内で収集される音声の処理精度を向上させることができる。
【００４５】
２０１５年２月１６日出願の特願２０１５−０２７５２９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、自動車の車室内においてハンズフリー通話または音声認識に用いられる車載用音響処理装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  車両
２  フロントガラス
３  運転者
４  ハンドル
５  オーバーヘッドコンソール
６  音圧侵入孔
７、１０  ヘッドユニット
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、１３  マイクロホンモジュール
１１  中継モジュール
１２  電気配線
１４  上部ケース
１５  ホルダー
１６、２３  音響変換素子
１７、１９、２０  コネクタ
１８  回路基板
２１  電気電子部品
２２  底面ケース
２４  感度補正機能
２５  雑音除去機能
２６  適応ビームフォーマ
２７  エコーキャンセラ
２８  常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ
２９、３０、３１、３３  電気信号
３２  スピーカ信号
３４  音響変換素子またはマイクロホンモジュール
３５  スピーカ
３６  Ａ／Ｄ変換器
３７  信号処理部
３８  Ｄ／Ａ変換器
【図１】
2016132409.tif 000003
【図２】
2016132409.tif 000004
【図３Ａ】
2016132409.tif 000005
【図３Ｂ】
2016132409.tif 000006
【図４】
2016132409.tif 000007
【図５】
2016132409.tif 000008
【図６】
2016132409.tif 000009
【図７】
2016132409.tif 000010
【国際調査報告】
2016132409.tif 000011
2016132409.tif 000012
2016132409.tif 000013
2016132409.tif 000014