(57)【要約】  センサアレイのサイズを大きくすることなく、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、広帯域信号を各周波数で同程度に強調または抑圧することを実現する信号処理装置である。この信号処理装置は、目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求める方向推定部と、信号到来方向を用いて方向利得を計算する利得計算部と、方向利得と複数のセンサから受けた各信号を乗算する乗算器と、を備えたことを特徴とする。
2016136284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号を用いて、前記目的信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向を用いて方向利得を計算する第１利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差を求める第１位相差計算部と、
前記位相差を用いて方向利得を計算する第２利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
【請求項３】
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差と、前記目的信号の到来方向の、正面からのずれ方向とを求める第２位相差計算部と、
前記位相差と前記ずれ方向とを用いて方向利得を計算する第３利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
【請求項４】
空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向に対応した方向利得を入力信号に乗算して信号を選択的に強調または抑圧する、あるいは対応した入力信号の割合を入力信号から減算して信号を選択的に強調または抑圧する信号抑圧部と、
を備えた信号処理装置であって、
前記信号抑圧部は、選択的に強調したい到来方向に対しては大きな方向利得を前記入力信号に乗算し、抑圧したい到来方向に対しては小さな方向利得を前記入力信号に乗算し、あるいは、選択的に強調したい到来方向に対しては小さな割合を前記入力信号から減算し、抑圧したい到来方向に対しては大きな割合を前記入力信号から減算する信号処理装置。
【請求項５】
前記第２利得計算部が、前記位相差を用いて、周波数に依存する前記方向利得を計算する請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記第２利得計算部が、前記位相差を用いて、周波数に比例する前記方向利得を計算する請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項７】
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
を含む信号処理方法。
【請求項８】
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号とを乗算するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【請求項９】
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数の信号を捕捉するための複数のセンサを有し、
前記複数のセンサから受けた複数の信号を、請求項１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置で強調または抑圧する端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサが形成する指向性を用いて信号を強調または抑圧する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、非特許文献１および非特許文献２には、複数のセンサ信号を処理して強調された目的信号を生成し、その目的信号を抑圧することで妨害信号が相対的に強調された擬似妨害信号を生成する技術が開示されている。またさらに、その擬似妨害信号と相関のある成分を強調された目的信号から差し引くことで、目的信号を強調し、妨害信号を抑圧する記載がある。【０００３】
この技術は、複数のセンサにおける空間位置の違いに基づく信号の位相差を利用して指向性を形成し、形成した指向性に基づいて、特定の信号を強調または抑圧するものである。【０００４】
また、非特許文献３および非特許文献４には、センサ間隔の異なる複数のアレイを用いることにより、低域から高域まで複数の周波数帯域で、非特許文献１および非特許文献２の技術を組み合わせた構成の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ２０１３／００６４３９２Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】１９８２年１月、アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・シグナル・プロセッシング、第３０巻、第１号、(IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATIONS, VOL.３０, NO.１, PP.２７-３４, Jan. １９８２)２７〜３４ページ
【非特許文献２】２００１年、「マイクロホン・アレイズ」、第５章、シュプリンガー、ベルリン ハイデルベルグ ニューヨーク (CH.５, MICROPHONE ARRAYS, SPRINGER, BERLIN HEIDELBERG NEW YORK, ２００１.)
【非特許文献３】１９８５年５月、ジャーナル・オブ・アクースティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ、第７８巻、第５号、(JOURNAL OF ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, VOL.５, No. ５, PP.１５０８-１５１８, May １９８５) １５０８〜１５１８ ページ
【非特許文献４】１９９５年５月、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、第V巻、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNNAL PROCESSING, VOL.V, PP.２９９５-２９９８, May １９９５) ２９９５〜２９９８ ページ
【非特許文献５】２００７年、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、第II巻、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNNAL PROCESSING, VOL. ２, PP.７６１-７６４, APRIL ２００７) ７６１-７６４ページ
【非特許文献６】２００８年、「ハンドブック・オブ・スピーチ・プロセシング」、シュプリンガー、ベルリン ハイデルベルグ ニューヨーク(HANDBOOK OF SPEECH PROCESSING, SPRINGER, BERLIN HEIDELBERG NEW YORK, ２００８.)
【非特許文献７】２０１１年、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナル・プロセッシング、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNNAL PROCESSING, PP.４６４０-４６４３, MAY ２０１１) ４６４０-４６４３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の非特許文献１および非特許文献２に記載の技術では、低周波数の信号成分に対して十分な指向性を形成できない。これは、中高周波と比較して波が長い低周波数で中高周波と共通のセンサを用いると、相対的に狭くなったセンサ間隔が、複数センサ間で十分に大きな信号間位相差を生成できないためである。また、非特許文献３および非特許文献４に記載の技術は、増加したセンサ数によるコスト増や、低域に対応した広いセンサ間隔によるアレイサイズ増大が問題となる。さらに、非特許文献１から４に記載の技術は全てモノラル出力であり、入力において存在した多チャネル情報が欠落している。【０００８】
このため、これらの文献に記載の技術では、センサアレイのサイズを大きくしたり、センサ数を増加させたりすることなしに、広い周波数帯域で一様に信号を強調または抑圧することはできなかった。また、入力において存在した多チャネル情報を保持することができず、音像を十分に表現することができなかった。【０００９】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号を用いて、前記目的信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向を用いて方向利得を計算する第１利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置である。【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差を求める第１位相差計算部と、
前記位相差を用いて方向利得を計算する第２利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置である。【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差と、前記目的信号の到来方向の、正面からのずれ方向とを求める第２位相差計算部と、
前記位相差と前記ずれ方向とを用いて方向利得を計算する第３利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置である。【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向に対応した方向利得を入力信号に乗算して信号を選択的に強調または抑圧する、あるいは対応した入力信号の割合を入力信号から減算して信号を選択的に強調または抑圧する信号抑圧部と、
を備えた信号処理装置であって、
前記信号抑圧部は、選択的に強調したい到来方向に対しては大きな方向利得を前記入力信号に乗算し、抑圧したい到来方向に対しては小さな方向利得を前記入力信号に乗算し、あるいは、選択的に強調したい到来方向に対しては小さな割合を前記入力信号から減算し、抑圧したい到来方向に対しては大きな割合を前記入力信号から減算する信号処理装置である。【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
を含む信号処理方法である。【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号の位相差を求めるステップと、
前記位相差を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
を含む信号処理方法である。【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向を求めるステップと、
前記到来方向に対応した利得を入力信号に乗算して信号を選択的に強調または抑圧する、あるいは対応した入力信号の割合を入力信号から減算して信号を選択的に強調または抑圧するステップとを含み、
信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を設定し、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する信号処理方法である。【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号とを乗算するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラムである。【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号の位相差を求めるステップと、
前記位相差を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラムである。【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係る端末装置は、
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数の信号を捕捉するための複数のセンサを有し、
前記複数のセンサから受けた複数の信号を、上記信号処理装置で強調または抑圧する端末装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、センサアレイのサイズを大きくすることなく、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、広帯域信号を各周波数で同程度に強調または抑圧することができる。すなわち、広い周波数帯域で等しいビームまたはヌルの幅を有したアレイ処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る利得計算部で利用する位相差と利得の関係の第１の例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る利得計算部で利用する位相差と利得の関係の第２の例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る利得計算部で利用する位相差と利得の関係の第３の例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る利得計算部で利用する位相差と周波数と利得の関係の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第１０実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第１１実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第１１実施形態に係る利得計算部で利用する位相差と利得の関係の例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第１２実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第１３実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第１４実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第１５実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第１６実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図２４】本発明の第１７実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第１８実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明の第１乃至１８実施形態の第１の応用例を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第１乃至１８実施形態の第２の応用例を示すブロック図である。
【図２８】本発明の第１８実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】本発明の第１９実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３０】本発明の第２０実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３１】本発明の第２１実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３２】本発明の第２２実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３３】本発明の第２３実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３４】本発明の第２４実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３５】本発明の第２５実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の説明中における「音声信号」とは、音声その他の音響に従って生ずる直接的の電気的変化であって、音声その他の音響を伝送するためのものをいい、音声に限定されない。
【００２３】
また、センサ数が４のものについて説明しているが、これはあくまで例示であり、２以上の任意のセンサ数について同じ説明が成り立つ。さらに、複数のセンサが同一直線状に等間隔で並んでいる例について説明するが、同一直線状に並んでいないセンサ配置や不等間隔のセンサに対しては、空間位置のずれを振幅と位相に関して補正することで、この後の説明と同じように議論することができる。同一直線状に並んでいないセンサ配置の例としては、円弧状配置や円周配置、さらに全くの自由空間配置がある。特に、自由空間配置は、複数人の所有する端末に装備されたセンサを利用したアドホックセンサアレイ信号処理としてその重要性が増しており、非特許文献５に詳細が開示されている。
【００２４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての信号処理装置１００について、図１を用いて説明する。信号処理装置１００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１に示すように、信号処理装置１００は、方向推定部１０５、利得計算部１０６、および乗算器１１０を含む。方向推定部１０５は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号を用いて、信号の到来方向を求める。利得計算部１０６は、方向推定部１０５から受けた信号到来方向を用いて方向利得を計算する。乗算器１１０は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号と方向利得を乗算し、その積を目的信号が強調された強調信号とする。すなわち、強調信号の数は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の数に等しく、図１では４である。
【００２５】
（信号到来方向の計算）
信号到来方向（Direction of Arrival: DOA)の推定法として様々なものが知られており、複数センサに到来する信号の位相差を利用した方法（例えば相互相関法、相互スペクトルパワー分析法、ＧＣＣ−ＰＨＡＴなど）、ＭＵＳＩＣ法に代表されるサブスペース法などが、非特許文献６に開示されている。
【００２６】
信号の到来方向を推定する際には、センサは最低２個あればよい。図１において、隣接する２センサの組合せは、センサ１０１とセンサ１０２、センサ１０２とセンサ１０３、センサ１０３とセンサ１０４の３組である。これらのセンサに到来した信号から求めた時刻ｋの信号到来方向をそれぞれ、φ１２（ｋ）、φ２３（ｋ）、φ３４（ｋ）とする。また、１つ飛ばして隣接する２センサの組合せは、センサ１０１とセンサ１０３、およびセンサ１０２とセンサ１０４の２組である。さらに、２つ飛ばして隣接する２センサの組合せ、センサ１０１とセンサ１０４もある。これらを用いて到来方向の推定をすることもできる。これらのセンサに到来した信号から求めた時刻ｋの信号到来方向をそれぞれ、φ１３（ｋ）、φ２４（ｋ）、φ１４（ｋ）とする。このように、複数のセンサのうちから２つを選択し、あらゆる異なった選択に対応した信号の到来方向を求めることもできる。さらに、２より大きい自然数で表されるセンサを用いて一つの信号到来方向を求めることもできる。
【００２７】
方向推定部１０５から出力する信号到来方向φ（ｋ）としては、これらのいずれかを選択して用いてもよい。また、これら複数の信号到来方向推定値を用いて、一つの信号到来方向φ（ｋ）を計算してもよい。例えば、これらのうちいくつか、または全部の中央値または平均値を求め、中央値または平均値を信号到来方向φ（ｋ）とすることができる。平均値と中央値は、複数の測定値に基づいてより正確な信号到来方向φ（ｋ）を与える。
【００２８】
同様に、複数の信号到来方向に関する推定値の統計値を用いてもよい。統計値の例としては、中央値と平均値以外に、最大値、最小値などをあげることができる。
【００２９】
最大値は、位相差がゼロ近傍の特性をより位相差が大きな領域に広げる効果がある。目的信号を強調する際には、信号通過帯域がゼロ近傍で広がることになり、計算誤差などによって誤って目的信号の一部を抑圧する確率を低減できる。目的信号を抑圧する際には、計算誤差などによって誤って目的信号以外の成分を残留させる確率を低減できる。
【００３０】
最小値は、最大値と反対の効果がある。すなわち、位相差が大きな領域の特性をより位相差が小さな領域に広げる効果がある。目的信号を強調する際には、信号通過帯域がゼロ近傍で狭まることになり、計算誤差などによって誤って目的信号以外の成分を残留させる確率を低減できる。目的信号を抑圧する際には、計算誤差などによって誤って目的信号の一部を抑圧する確率を低減できる。
【００３１】
（利得の計算）
利得計算部１０６は、方向推定部１０５から受けた信号到来方向φ（ｋ）を用いて、次のようにして方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算する。まず、あらかじめ定められた信号到来方向と利得の関係を用いて、方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算することができる。図２に信号到来方向φ（ｋ）と利得の関係の第１の例を示す。
【００３２】
図２において、横軸は信号到来方向φ（ｋ）を、縦軸は信号到来方向φ（ｋ）に対応する利得を表す。ここでは、利得が１と０の範囲に設定されている。利得が１であることは、入力を減衰なしにそのまま通過させることを表す。利得が０であることは、入力を完全に阻止して、何も通過させないことを表す。利得が１である連続した位相差の範囲を通過域または通過帯域という。利得が０である連続した位相差の範囲を阻止域または阻止帯域という。通過域と阻止域の間には、ゆるやかに利得が１から０に変化する遷移域または遷移帯域があってもよい。
【００３３】
図２では、通過域を白色、遷移域を薄いグレー、阻止域を濃いグレーで着色して見やすくしている。図から明らかなように、第１の例では、信号到来方向φ（ｋ）＝０の周辺に通過域が、０から離れた信号到来方向の領域に阻止域があり、両者は遷移域を介して連続している。この場合、信号到来方向φ（ｋ）が０に近い信号は減衰なしに通過し、信号到来方向φ（ｋ）が０から離れている信号は完全に阻止される。中間には、少し減衰される信号到来方向φ（ｋ）の遷移域が存在する。遷移域なしに、通過域と阻止域が直接連続してもよい。信号到来方向φ（ｋ）＝０は、信号到来方向を求めるために用いたセンサを結んだ直線に直角な方向から信号が到来する、すなわち正面信号であることを表す。したがって、正面方向から到来する信号は通過させ、それ以外の方向から到来する信号は阻止する、信号到来方向φ（ｋ）と方向利得Ｇｄ（ｋ）の特性であることが理解できる。
【００３４】
図２において、通過域と阻止域を交換することもできる。その際には、正面方向に対応した利得が０、正面から離れた方向から到来する信号は利得が０となる。したがって、正面方向から到来する信号は阻止し、それ以外の方向から到来する信号は通過させる、信号到来方向φ（ｋ）と方向利得Ｇｄ（ｋ）の特性であることが理解できる。さらに、複数の通過域や複数の阻止域を有するような、位相差対利得特性を有してもよい。
【００３５】
図３に信号到来方向φ（ｋ）と利得の関係の第２の例を示す。図２では、通過域から遷移域への変化点、および戦域から阻止域への変化点が明確にわかるような軌跡であった。図３では、これらの変化点近傍でゆるやかに、滑らかに軌跡が変化している。図２と同様に、図３の特性でも、通過域と阻止域を交換することができる。
【００３６】
図４に信号到来方向φ（ｋ）と利得の関係の第３の例を示す。図２および図３では、信号到来方向φ（ｋ）の正の値と負の値に対して、絶対値が等しければ、同じ利得が対応した。すなわち、位相差対利得の特性は左右対称であった。図４は左右非対称な信号到来方向対利得の一例である。特に、遷移域に関してもまた、信号到来方向φ（ｋ）＝０を中心として左右非対称である。また、図２および図３では最大利得ｍａｘ｛Ｇｄ（ｋ）｝＝１、最小利得ｍｉｎ｛Ｇｄ（ｋ）｝＝０であったが、図４では最大利得ｍａｘ｛Ｇｄ（ｋ）｝＜１、最小利得ｍｉｎ｛Ｇｄ（ｋ）｝＞０である。これは、通過域に該当する到来方向または位相差を有する信号にある程度の減衰が加わり、阻止域に該当する到来方向または位相差を有する信号が完全には抑圧されないことを表す。
【００３７】
図２から図４の特性において、全て利得を定数倍してみればわかるように、最大利得または最小利得のいずれか、あるいは双方が１を超える値をとることができる。これは、入力信号を増幅していることに相当する。
【００３８】
図２および図３に示すように、信号到来方向φ（ｋ）と利得の関係が信号到来方向φ（ｋ）＝０を中心として左右対称であれば、信号到来方向を求めるために用いた２つのセンサの定義を交換してもよいが、非対称なら定義の交換はできない。非対称のときは、物理的に考えてどちらのセンサの信号が他方に対して遅延しているかを考慮して、信号到来方向と利得の関係を表す特性を設計する必要がある。信号到来方向φ（ｋ）と利得の関係が対称であるときは、信号到来方向φ（ｋ）に続いてその絶対値｜φ（ｋ）｜を求め、信号到来方向の絶対値｜φ（ｋ）｜と利得の関係を利用して方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算することができる。信号到来方向と利得の関係が対称であれば、信号到来方向φ（ｋ）と方向利得Ｇｄ（ｋ）の関係を記憶しておくための記憶容量を半減することができる。
【００３９】
このような構成により、信号処理装置１００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【００４０】
なお、方向利得Ｇｄ（ｋ）は時間と共に変化する。すなわち、目的信号がそれ以外の成分よりも強いときには目的信号の方向が、反対に目的信号がそれ以外の成分よりも弱いときには、目的信号以外の成分の方向が、信号到来方向として得られる。このため、入力信号の成分構成に対応して異なった利得が得られることになり、非特許文献１から４に開示された従来のアレイ処理よりも、強調するべき信号と抑圧するべき信号の差がはっきりとついた出力信号が得られる。
【００４１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態としての信号処理装置５００について、図５を用いて説明する。信号処理装置５００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図５に示すように、信号処理装置５００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、および乗算器１１０を含む。位相差計算部５０１は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に対して、隣接するセンサにおける信号、すなわち、隣接チャネル信号の位相差を求める。利得計算部５０２は、位相差計算部５０１から受けた位相差を用いて方向利得を計算する。乗算器１１０は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号と方向利得を乗算し、その積を目的信号が強調された強調信号とする。すなわち、強調信号の数は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の数に等しく、図５では４である。
【００４２】
このような構成により、信号処理装置５００は、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【００４３】
図５の構成は、図１と比較すると、方向推定部１０５と利得計算部１０６が位相差計算部５０１と利得計算部５０２で置換されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である位相差計算部５０１と利得計算部５０２の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００４４】
［位相差の計算］
位相差計算部５０１は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号から、次のようにして隣接チャネル信号の位相差ΔΘ（ｋ）を求める。
【００４５】
隣接チャネル信号の位相差は、複数のセンサのうち、隣接する任意の２つを選択し、これらのセンサの信号を用いて計算する。まず、選択したセンサをセンサ１０１、１０２と仮定する。センサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の時刻ｋにおける値をそれぞれ、ｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）とすると、次式のようにｘ１（ｋ）とｘ２（ｋ）の位相差ΔΘ１２（ｋ）を求め、これを隣接チャネル信号の位相差とする。ΔΘ（ｋ）＝ΔΘ１２（ｋ）＝２πｆ・τ１２（ｋ）・・・（１）
ここにτ１２（ｋ）は、ｘ１（ｋ）とｘ２（ｋ）相対遅延である。τ１２（ｋ）は、ｘ１（ｋ−τｉ）とｘ２（ｋ）の最大相関Ｃｏｒ１２（ｋ）に対応するτｉであり、Ｃｏｒ１２（ｋ）は次式で求めることができる。
【数１】
2016136284.tif 000003
ここにｋｍａｘはセンサ１０１とセンサ１０２の間隔とサンプリング周波数で定まる最大サンプル数であり、アレイに対して横方向から到来する信号の相対遅延とサンプリング周波数の比に等しい。すなわち、ｋｍａｘ＝ｄ・ｓｉｎ（π／２）／ｃ・ｆｓ＝ｄ／ｃ・ｆｓ  ・・・（３）
ここに、ｄはセンサ間隔、ｃは音速、ｆｓはサンプリング周波数である。数式（１）を用いれば、任意の周波数ｆに対する隣接チャネル信号の位相差ΔΘ（ｋ）を求めることができる。同様に、ΔΘ１２（ｋ）の代わりにΔΘ２３（ｋ）またはΔΘ３４（ｋ）を用いてもよい。
【００４６】
隣接チャネル信号の位相差として、これら上記３つの値、すなわちΔΘ１２（ｋ）、ΔΘ２３（ｋ）、ΔΘ３１（ｋ）の統計値を用いてもよい。統計値としては、平均値、最大値、最小値、中央値などをあげることができる。平均値と中央値は、複数の測定値に基づいてより正確な隣接チャネル信号の位相差を与える。
【００４７】
最大値は、位相差がゼロ近傍の特性をより位相差が大きな領域に広げる効果がある。目的信号を強調する際には、信号通過帯域がゼロ近傍で広がることになり、計算誤差などによって誤って目的信号の一部を抑圧する確率を低減できる。目的信号を抑圧する際には、計算誤差などによって誤って目的信号以外の成分を残留させる確率を低減できる。
【００４８】
最小値は、最大値と反対の効果がある。すなわち、位相差が大きな領域の特性をより位相差が小さな領域に広げる効果がある。目的信号を強調する際には、信号通過帯域がゼロ近傍で狭まることになり、計算誤差などによって誤って目的信号以外の成分を残留させる確率を低減できる。目的信号を抑圧する際には、計算誤差などによって誤って目的信号の一部を抑圧する確率を低減できる。
【００４９】
隣接チャネル信号の位相差は、複数のセンサのうち、間に一つのセンサを挟んで隣接する任意の２つを選択し、これらのセンサの信号を用いて計算することもできる。このような組み合わせとしては、図５に示す４センサの例では、センサ１０１とセンサ１０３またはセンサ１０２とセンサ１０４がある。センサ１０１とセンサ１０３の場合を考えると、ｘ１（ｋ）とｘ３（ｋ）の位相差ΔΘ１３を求め、これを１／２倍して隣接チャネル信号の位相差とする。これは、位相差がセンサ間隔に比例するためである。ΔΘ（ｋ）＝ΔΘ１３（ｋ）／２＝πｆ・τ１３（ｋ）・・・（４）
【数２】
2016136284.tif 000004
ここにｋｍａｘはセンサ１０１とセンサ１０３の間隔とサンプリング周波数で定まる最大サンプル数である。数式（４）を用いれば、任意の周波数ｆに対する隣接チャネル信号の位相差ΔΘ（ｋ）を求めることができる。同様に、ΔΘ１３（ｋ）の代わりにΔΘ２４（ｋ）を用いてもよい。また、これらの統計値を利用できることも明らかである。
【００５０】
隣接チャネル信号の位相差は、複数のセンサのうち、間にＭ−１個のセンサを挟んで隣接する任意の２つを選択し、これらのセンサの信号を用いて計算することもできる。このような組み合わせとしては、図５に示す４センサの例では、Ｍ＝３でセンサ１０１とセンサ１０４がある。ｘ１（ｋ）とｘ４（ｋ）の位相差ΔΘ１４を求め、これを１／３倍して隣接チャネル信号の位相差とする。すなわち、間に挟まれるセンサの個数に１を加えた数Мで、求めた位相差を除してその商を用いることになる。ΔΘ（ｋ）＝ΔΘ１４（ｋ）／３＝πｆ・τ１４（ｋ）・・・（６）
【数３】
2016136284.tif 000005
ここにｋｍａｘはセンサ１０１とセンサ１０４の間隔とサンプリング周波数で定まる最大サンプル数である。
【００５１】
数式（６）を用いれば、任意の周波数ｆに対する隣接チャネル信号の位相差ΔΘ（ｋ）を求めることができる。ここではＭ＝３を例として説明したが、この説明はＭ≧１の任意の自然数に対してもあてはまる。Ｍ≧４では、この条件を満たす組合せが複数存在するので、それらの組合せのいずれを用いて位相差ΔΘ（ｋ）を求めてもよい。また、これらの統計値を利用できることも明らかである。
【００５２】
［利得の計算］
広く知られており、数式（３）からも理解できるように、相対遅延τ１２（ｋ）は信号到来方向φ（ｋ）に依存して数式（８）の関係を有する。したがって、数式（１）はまた、数式（９）のように表すことができる。τ１２（ｋ）＝ｄ・ｓｉｎφ（ｋ）／ｃ・・・（８）ΔΘ（ｋ）＝ΔΘ１２（ｋ）＝２πｆｄ・ｓｉｎφ（ｋ）／ｃ・・・（９）
同様に、数式（４）と数式（６）も、数式（８）においてｄがそれぞれ２ｄ、３ｄになることに注意すれば、数式（９）で表せることがわかる。数式（９）は、同一方向φ（ｋ）から到来する信号に対して、位相差ΔΘ（ｋ）が周波数ｆに比例することを表している。すなわち、同一方向φ（ｋ）から到来する信号に関する、２センサ間の信号の相対遅延τ（ｋ）は周波数によらず一定であり、２センサ間の信号の位相差ΔΘ（ｋ）は周波数に比例する。このため、位相差ΔΘ（ｋ）と利得の関係は、位相差ΔΘ（ｋ）が周波数に比例しなければならない。
【００５３】
まず、特定の周波数に関して位相差対利得の特性は、信号到来方向対利得と同様に定めることができる。例えば、図２から図４において、横軸の信号到来方向を対応する位相差に置き換えれば、信号到来方向対利得の特性を位相差対利得の特性として、そのまま利用することができる。
【００５４】
位相差ΔΘ（ｋ）が周波数に比例しなければならないので、上記の特定周波数（第１の周波数とする）とは異なる別の周波数（第２の周波数）に関する位相差対利得の特性は、第２の周波数と第１の周波数の比の値で、図２から図４の横軸を左右に拡張したものとなる。すなわち、図２から図４において、奥行き方向に周波数が高くなる周波数軸を設定して、通過域、遷移域、阻止域が手前から奥に向かって広くなるような特性とする。このような、位相差と周波数と利得に関する３次元特性を上方から見た場合の底面への射影の１例を図６に示す。
【００５５】
図６は横軸に周波数、縦軸に位相差ΔΘ（ｋ）を、紙面に垂直な方向に利得を表したものの１例で、図２に対応する。通過域が白、遷移域が薄いグレー、阻止域が濃いグレーに着色されている。周波数軸の右に行くほど、すなわち周波数が高くなるほど、通過域、遷移域、阻止域が広くなっていることがわかる。なお、最高の性能を望まない場合には、必ずしも位相差と周波数が比例する必要はない。単に、周波数が高くなるほど同じ利得に対応した位相差が大きくなるように設定すれば、広帯域信号に対して周波数に大きく依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。
【００５６】
図６では、左右対称の特性で、さらに対称の中心が正面方向に一致する。しかし、対称の中心が正面からずれている場合には、それを考慮して位相差と周波数の関係を定めなければならない。すなわち、対称の中心が正面からずれている量を補正して等価的に対称の中心が正面になるように補正を行ってから、位相差と周波数が比例するように、利得特性を設計する。
【００５７】
利得が周波数ごとに異なる特性は、乗算器１１０では実現することができない。周波数ごとに異なる利得は、乗算器１１０の代わりにセンサ数と同じ数、同じ特性のフィルタを用いることで実現できる。これらのフィルタの利得特性を利得計算部５０２が与え、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号をこれらのフィルタ入力として演算を行う。
【００５８】
このような構成により、信号処理装置５００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【００５９】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態としての信号処理装置７００について、図７を用いて説明する。信号処理装置７００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図７に示すように、信号処理装置７００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、および乗算器７０７を含む。
【００６０】
図７の構成は、図５と比較すると、統合部７０４、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７が追加されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００６１】
統合部７０４は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号ｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）を統合して統合信号ｘｓ（ｋ）を生成する。統合信号ｘｓ（ｋ）としては、ｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）のうち、いずれか任意のものを選択して用いることができる。あるいは、これらの信号に関する統計値を用いてもよい。統計値としては、平均値、最大値、最小値、中央値などをあげることができる。平均値と中央値は、センサ１から４の中央に存在する仮想センサにおける信号を与える。最大値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最短であるセンサにおける信号を与える。最小値は、信号が正面以外の方向から到来するときに、信号までの距離が最長であるセンサにおける信号を与える。さらに、これらの信号の単純加算を用いることもできる。あるいは、非特許文献２および非特許文献６に示される、従来のアレイ信号処理のいずれかを適用してもよい。従来のアレイ信号処理としては、遅延和ビームフォーマー、フィルタ和ビームフォーマー、ＭＳＮＲ（Maximum Signal-to-Noise）ビームフォーマー、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）ビームフォーマー、ＬＣＭＶ（Linearlly Constrained Minimum Variance）ビームフォーマー、入れ子（Nested）ビームフォーマーなどを含むが、これらに限定されない。このようにして計算された値を、統合信号とする。
【００６２】
雑音推定部７０５は、統合信号を受けてその中に含まれる雑音成分のパワーまたは絶対振幅を推定して、雑音推定値とする。このような雑音推定の数々の方法については、非特許文献７に開示されているので、ここでは説明を省略する。
【００６３】
利得計算部７０６は、雑音推定値と統合信号を受けて、統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）を計算する。利得の計算方法については、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）法や事後確率最大化（ＭＡＰ）法などがあるが、非特許文献６に詳細に開示されているので、ここでは省略する。
【００６４】
乗算器７０７は、信号利得Ｇｓ（ｋ）と方向利得Ｇｄ（ｋ）を乗算して、合成利得として積Ｇｓ（ｋ）・Ｇｄ（ｋ）を求める。乗算器７１０は、合成利得Ｇｓ（ｋ）・Ｇｄ（ｋ）と複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号を乗算し、その積を目的信号が強調された強調信号とする。すなわち、強調信号の数は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の数に等しく、図７では４である。
【００６５】
このような構成により、信号処理装置７００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）も複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に乗算するので、より目的信号が強調された出力が得られる。
【００６６】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態としての信号処理装置８００について、図８を用いて説明する。信号処理装置８００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図８に示すように、信号処理装置８００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、乗算器８０７、多重雑音推定部８０４、多重利得計算部８０５、および乗算器８０６を含む。
【００６７】
図８の構成は、図７と比較すると、統合部７０４を削除して、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７、乗算器７１０に代えて、多重雑音推定部８０４、多重利得計算部８０５、乗算器８０６、乗算器８０７が用いられている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である多重雑音推定部８０４、多重利得計算部８０５、乗算器８０６、乗算器８０７の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００６８】
多重雑音推定部８０４には、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号が入力されている。多重雑音推定部８０４は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号のそれぞれに含まれる雑音成分を推定してセンサと同数（ここでは４つ）の多重雑音推定値を生成し、多重利得計算部８０５に供給する。多重利得計算部８０５は、４つの多重雑音推定値と複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号を用いて、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）４つを計算し、乗算器８０６に供給する。利得の計算方法については、利得計算部７０６と同様の方法を用いることができる。乗算器８０６は、多重利得計算部８０５から受けた信号利得Ｇｓ（ｋ）４つと利得計算部５０２から受けた方向利得Ｇｄ（ｋ）の積を計算して、４つの合成利得として乗算器８０７に供給する。乗算器８０７は、乗算器８０６から供給された４つの合成利得と複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた各信号の対応するもの同士を乗算して、その積を目的信号が強調された強調信号とする。つまり、センサ１０１からの信号と、その信号を用いて生成された合成利得とを乗算して第１の強調信号を生成し、センサ１０２からの信号と、その信号を用いて生成された合成利得とを乗算して、第２の強調信号を生成する。同様に、センサ１０３からの信号と、その信号を用いて生成された合成利得とを乗算して第３の強調信号を生成し、センサ１０４からの信号と、その信号を用いて生成された合成利得とを乗算して、第４の強調信号を生成する。すなわち、強調信号の数は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の数に等しく、図８では４である。［第３実施形態と第４実施形態の関係］
図７に示す第３実施形態では、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号を用いて複数のセンサにおける信号の位相差を求め、位相差に基づいて特定の方向から到来する信号を強調するための方向利得を求める。また、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号を統合して統合信号を求め、統合信号に含まれる雑音に対して１つの雑音推定値を求め、この雑音推定値と統合信号を用いて統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得１つを求める。さらに、方向利得と信号利得を乗算して合成利得を求め、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号のそれぞれと合成利得を乗算して４つの強調信号を求める。すなわち、信号利得は１つの値を有し、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に対して共通に適用される。
【００６９】
図８に示す第４実施形態では、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号を用いて複数のセンサにおける信号の位相差を求め、位相差に基づいて特定の方向から到来する信号を強調するための方向利得を求める。また、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号それぞれに含まれる雑音に対してそれぞれ１つの多重雑音推定値を求める。さらに、この多重雑音推定値と複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号を用いて複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得４つを求める。そして、方向利得と信号利得を乗算して合成利得４つを求め、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号のそれぞれと合成利得４つを乗算して４つの強調信号を求める。すなわち、信号利得は４つの値を有し、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号に対して異なった値が適用される。
【００７０】
第３実施形態と第４実施形態の違いは、雑音推定を統合信号に対して行って１つの雑音推定値と信号利得１つを求めるか、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けたそれぞれの信号に対してそれぞれ１つの多重雑音推定値と信号利得４つ、すなわちセンサ数に等しい雑音推定値と信号利得を求めるかにある。したがって、合成利得も、第３実施形態では１つ、第４実施形態では４つとなる。このため、第４実施形態では、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号のそれぞれに対して最適な信号利得を計算することができ、第３実施形態と比較して、目的とする信号がより一層強調され、雑音がより一層抑圧された高品質な強調信号を得ることができる。
【００７１】
これより後で説明する実施形態では、雑音推定を統合信号に対して行って１つの雑音推定値と信号利得１つを求める構成を対象とするが、センサ数に等しい雑音推定値と信号利得を求める構成もその実施形態に含まれる。
【００７２】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態としての信号処理装置９００について、図９を用いて説明する。信号処理装置９００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図９に示すように、信号処理装置９００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、および乗算器９０２を含む。
【００７３】
図９の構成は、図７と比較すると、乗算器７０７に代えて乗算器９０２が用いられている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である乗算器９０２の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００７４】
乗算器９０２は、信号利得Ｇｓ（ｋ）と複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号をそれぞれ乗算して、背景雑音の抑圧された中間信号４つを求める。乗算器９１０は、背景雑音の抑圧された中間信号４つと方向利得Ｇｄ（ｋ）を乗算し、乗算結果を雑音抑圧信号（強調信号）とする。すなわち、第５実施形態と第３実施形態は、複数の利得の乗算順序が入れ替わっただけであり、強調信号が等しい。
【００７５】
このような構成により、信号処理装置９００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）も複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に乗算するので、より目的信号が強調された出力が得られる。
【００７６】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態としての信号処理装置１０００について、図１０を用いて説明する。信号処理装置１０００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１０に示すように、信号処理装置１０００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器１１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、および乗算器１００４を含む。
【００７７】
図１０の構成は、図９と比較すると、乗算器９０２に代えて乗算器１００４が用いられている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である乗算器１００４の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００７８】
乗算器１００４は、信号利得Ｇｓ（ｋ）と乗算器１１０の出力４つを乗算して、乗算結果を強調信号とする。すなわち、第６実施形態と第３および第５実施形態は、複数の利得の乗算順序が入れ替わっただけであり、強調信号が等しい。
【００７９】
このような構成により、信号処理装置１０００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）も複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に乗算するので、より目的信号が強調された出力が得られる。
【００８０】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態としての信号処理装置１１００について、図１１を用いて説明する。信号処理装置１１００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１１に示すように、信号処理装置１１００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器１１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、および乗算器１００４を含む。
【００８１】
図１１の構成は、図５と比較すると、統合部７０４、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器１００４が追加されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である統合部７０４、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器１００４の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００８２】
統合部７０４は、乗算器１１０の出力４つを統合して統合信号を生成する。統合部７０４の動作は、第３実施形態としての信号処理装置７００について、図７を用いて説明したとおりである。
【００８３】
雑音推定部７０５は、統合信号を受けてその中に含まれる雑音成分のパワーまたは絶対振幅を推定して雑音推定値とする。利得計算部７０６は、雑音推定値と統合部７０４の出力を受けて、乗算器１１０の出力に含まれる雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）を計算する。雑音推定部７０５と利得計算部７０６の動作は、第３実施形態としての信号処理装置７００について、図７を用いて説明したとおりである。乗算器１００４は、乗算器１１０の出力それぞれと信号利得Ｇｓ（ｋ）を乗算して、乗算結果を強調信号とする。すなわち、強調信号の数は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号の数に等しく、図１１では４である。
【００８４】
このような構成により、信号処理装置１１００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を抑圧するための信号利得Ｇｓ（ｋ）も複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号に乗算するので、より目的信号が強調された出力が得られる。
【００８５】
なお、方向利得Ｇｄ（ｋ）によって、目的信号以外の成分が方向に基づいて抑圧された結果が乗算器１１０の出力に得られており、その結果を用いて雑音推定部７０５が雑音推定を行う。このため、第３から第６実施形態と比較して、より正確に目的信号を取り出すことが可能となる。
【００８６】
これまで、第３および第５から第７実施形態において、位相差に基づいて方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算する第２実施形態に、信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせた例について説明してきた。同様に、信号到来方向に基づいて方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算する第１実施形態に、第３および第５から第７実施形態に示した構成で信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせた例についても、同様の効果が得られる。
【００８７】
また、これより後で説明する実施形態では、第３実施形態に基づいて信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせる構成を対象とするが、第５から第７実施形態に基づいて信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせる構成もその実施形態に含まれる。
【００８８】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態としての信号処理装置１２００について、図１２を用いて説明する。信号処理装置１２００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１２に示すように、信号処理装置１２００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部１２０４、利得計算部７０６、および乗算器７０７を含む。
【００８９】
図１２の構成は、図７と比較すると、雑音推定部７０５が、雑音推定部１２０４で置換されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である雑音推定部１２０４の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００９０】
雑音推定部１２０４は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を受けてその中に含まれる目的信号以外の成分のパワーまたは絶対振幅を推定して、雑音推定値とする。具体的には、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を入力とするヌルビーム形成器（ｎｕｌｌ  ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）として動作することで、目的信号以外の成分のパワーまたは絶対振幅の推定を行う。ヌルビーム形成器に関しては、非特許文献２、６に詳細に開示されているので、ここでは省略する。
【００９１】
このような構成により、信号処理装置１２００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を推定するためにヌルビーム形成器を用いているので、背景雑音以外の方向性信号の影響を低減することができ、正確な背景雑音推定を通じて高音質の強調音声を出力に得ることができる。
【００９２】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態としての信号処理装置１３００について、図１３を用いて説明する。信号処理装置１３００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１３に示すように、信号処理装置１３００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７、および位相調整部１３０１を含む。
【００９３】
図１３の構成は、図７と比較すると、位相調整部１３０１が追加されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である位相調整部１３０１の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【００９４】
位相調整部１３０１は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの複数の信号を受けて、目的信号が等価的に正面から到来したと見えるように、各センサからの信号の位相を調整し、複数の位相調整信号を生成する。これは、ビームステアリングと呼ばれる処理であり、非特許文献２と６に詳細に開示されているので、ここでは省略する。
【００９５】
このような構成により、信号処理装置１３００は、広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【００９６】
［第１０実施形態］
本発明の第１０実施形態としての信号処理装置１４００について、図１４を用いて説明する。信号処理装置１４００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１４に示すように、信号処理装置１４００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部１２０４、利得計算部７０６、乗算器７０７、および位相調整部１３０１を含む。
【００９７】
図１４の構成は、図１３と比較すると、雑音推定部７０５が雑音推定部１２０４で置換されている以外、同一の構成となっている。これは、図１２と図７の関係に等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【００９８】
このような構成により、信号処理装置１４００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を推定するためにヌルビーム形成器を用いているので、背景雑音以外の方向性信号の影響を低減することができ、正確な背景雑音推定を通じて高音質の強調音声を出力に得ることができる。さらに、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【００９９】
第９および第１０実施形態は、第３および第８実施形態に正面以外から到来する目的信号に対応するためのビームステアリング機能を付加したものである。したがって、第１、第２、第４から第７および第８実施形態ばかりでなく、信号到来方向に基づいて方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算する第１実施形態に、第３から第８実施形態に示した構成で信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせた例についても、ビームステアリング機能を付加することができ、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【０１００】
［第１１実施形態］
本発明の第１１実施形態としての信号処理装置１５００について、図１５を用いて説明する。信号処理装置１５００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１５に示すように、信号処理装置１５００は、位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、および乗算器７０７を含む。
【０１０１】
図１５の構成は、図１３と比較すると、位相調整部１３０１を削除して、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４を位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３で置換している以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【０１０２】
位相差計算部１５０１は、位相差計算部５０１の機能に加えて、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を受けて、目的信号が等価的に正面から到来したと見えるような、各センサからの信号の位相調整量δ（目的信号の到来方向が、正面からどれだけずれているかを示すずれ方向）を求める機能を有する。求めた位相調整量δを、位相差ΔΘ（ｋ）と共に利得計算部１５０２に供給する。
【０１０３】
利得計算部１５０２はまず、図１６に示すように、位相差対利得の特性をδだけ横方向へシフトした補正方向利得を計算する。横方向へのシフトδにより、等価的に正面がδずれたことになり、ビームステアリングとして機能する。すなわち、位相差計算部１５０１は位相調整部１３０１の機能と位相差計算部５０１の機能を併せ持つ。これに合わせて、統合部１５０３でもビームステアリングが必要になる。このため、統合部１５０３は、位相調整部１３０１の機能と統合部７０４の機能を併せ持つ。統合部１５０３はまず、目的信号の到来方向を推定して、この到来方向が正面に来るように複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号に関して位相を調整することで、ビームステアリングを行う。ビームステアリングを行った信号に対して、統合部７０４と同じ処理で統合信号を生成する。
【０１０４】
このような構成により、信号処理装置１５００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【０１０５】
［第１２実施形態］
本発明の第１２実施形態としての信号処理装置１７００について、図１７を用いて説明する。信号処理装置１７００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１７に示すように、信号処理装置１７００は、位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３、乗算器７１０、雑音推定部１２０４、利得計算部７０６、および乗算器７０７を含む。
【０１０６】
図１７の構成は、図１４と比較すると、位相調整部１３０１を削除して、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４が位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３で置換されている以外、同一の構成となっている。これは、図１５と図１３の関係に等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１０７】
このような構成により、信号処理装置１７００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を推定するためにヌルビーム形成器を用いているので、背景雑音以外の方向性信号の影響を低減することができ、正確な背景雑音推定を通じて高音質の強調音声を出力に得ることができる。さらに、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【０１０８】
第１１および第１２実施形態は、第３および第８実施形態に、第９および第１０実施形態と異なる構成で、正面以外から到来する目的信号に対応するためのビームステアリング機能を付加したものである。したがって、第１、第２、第４から第７および第８実施形態ばかりでなく、信号到来方向に基づいて方向利得Ｇｄ（ｋ）を計算する第１実施形態に、第３から第８実施形態に示した構成で信号利得Ｇｓ（ｋ）を組み合わせた例についても、第１１および第１２実施形態に示したビームステアリング機能を付加することができる。そして、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。
【０１０９】
［第１３実施形態］
本発明の第１３実施形態としての信号処理装置１８００について、図１８を用いて説明する。信号処理装置１８００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１８に示すように、信号処理装置１８００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７、位相調整部１３０１、変換部１８０１〜１８０４、および逆変換部１８０５を含む。
【０１１０】
図１８の構成は、図１３と比較すると、変換部１８０１〜１８０４と逆変換部１８０５が追加されている以外、同一の構成となっている。そこで、異なる構成要素である変換部１８０１〜１８０４と逆変換部１８０５の動作だけ説明し、それ以外は省略する。
【０１１１】
変換部１８０１〜１８０４は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号に独立に変換を適用し、複数の周波数に対応した複数の変換信号（周波数領域信号）に変換してから、出力する。これまで説明してきた全ての処理を、それぞれの周波数に対応したデータに対して独立に行う。信号に変換を適用する具体的な手続き、および装置の構成については、特許文献１に開示されているので、省略する。
【０１１２】
逆変換部１８０５は、乗算器７１０の出力であり、複数の周波数に対応したデータから構成される複数の強調信号を逆変換して、複数の時間領域信号にしてから出力する。
【０１１３】
このような構成により、信号処理装置１８００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。さらに、信号処理を複数の周波数成分に対して独立に適用するので、各周波数に対応した適切な処理によって、より高音質な処理結果を得ることができる。
【０１１４】
［第１４実施形態］
本発明の第１４実施形態としての信号処理装置１９００について、図１９を用いて説明する。信号処理装置１９００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図１９に示すように、信号処理装置１９００は、位相差計算部５０１、利得計算部５０２、統合部７０４、乗算器７１０、雑音推定部１２０４、利得計算部７０６、乗算器７０７、位相調整部１３０１、変換部１８０１〜１８０４、および逆変換部１８０５を含む。
【０１１５】
図１９の構成は、図１４と比較すると、変換部１８０１〜１８０４と逆変換部１８０５が追加されている以外、同一の構成となっている。これは、図１８と図１３の関係に等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１１６】
このような構成により、信号処理装置１９００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を推定するためにヌルビーム形成器を用いているので、背景雑音以外の方向性信号の影響を低減することができ、正確な背景雑音推定を通じて高音質の強調音声を出力に得ることができる。さらに、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。また、周波数成分に分離してからの処理によって、信号処理を複数の周波数成分に対して独立に適用するので、各周波数に対応した適切な処理によって、より高音質な処理結果を得ることができる。
【０１１７】
［第１５実施形態］
本発明の第１５実施形態としての信号処理装置２０００について、図２０を用いて説明する。信号処理装置２０００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図２０に示すように、信号処理装置２０００は、位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３、乗算器７１０、雑音推定部７０５、利得計算部７０６、乗算器７０７、変換部１８０１〜１８０４、および逆変換部１８０５を含む。
【０１１８】
図２０の構成は、図１５と比較すると、変換部１８０１〜１８０４と逆変換部１８０５が追加されている以外、同一の構成となっている。これは、図１８と図１３の関係に等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１１９】
このような構成により、信号処理装置２０００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。さらに、信号処理を複数の周波数成分に対して独立に適用するので、各周波数に対応した適切な処理によって、より高音質な処理結果を得ることができる。
【０１２０】
［第１６実施形態］
本発明の第１６実施形態としての信号処理装置２１００について、図２１を用いて説明する。信号処理装置２１００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図２１に示すように、信号処理装置２１００は、位相差計算部１５０１、利得計算部１５０２、統合部１５０３、乗算器７１０、雑音推定部１２０４、利得計算部７０６、乗算器７０７、変換部１８０１〜１８０４および逆変換部１８０５を含む。
【０１２１】
図２１の構成は、図１７と比較すると、変換部１８０１〜１８０４と逆変換部１８０５が追加されている以外、同一の構成となっている。これは、図１８と図１３の関係に等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１２２】
このような構成により、信号処理装置２１００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。また、背景雑音を推定するためにヌルビーム形成器を用いているので、背景雑音以外の方向性信号の影響を低減することができ、正確な背景雑音推定を通じて高音質の強調音声を出力に得ることができる。さらに、ビームステアリング機能を有するので、正面以外から到来する目的信号に対しても、正面から到来する目的信号に対する効果と同等の効果が得られる。また、周波数成分に分離してからの処理によって、信号処理を複数の周波数成分に対して独立に適用するので、各周波数に対応した適切な処理によって、より高音質な処理結果を得ることができる。
【０１２３】
図２２は、第２実施形態にかかる信号処理装置２２００を、ソフトウェアを用いて実現する場合のハードウェア構成について説明する図である。
【０１２４】
信号処理装置２２００は、プロセッサ２２１０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２２０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２４０、ストレージ２２５０、入出力インタフェース２２６０、操作部２２６１、入力部２２６２、および出力部２２６３を備えている。プロセッサ２２１０は中央処理部であって、様々なプログラムを実行することにより信号処理装置２２００全体を制御する。
【０１２５】
ＲＯＭ２２２０は、プロセッサ２２１０が最初に実行すべきブートプログラムの他、各種パラメータ等を記憶している。ＲＡＭ２２４０は、不図示のプログラムロード領域の他に、入力信号２２４０ａ、位相差２２４０ｂ、利得２２４０ｃ、強調信号２２４０ｅ（出力信号）等を記憶する領域を有している。
【０１２６】
また、ストレージ２２５０は、信号処理プログラム２２５１を格納している。信号処理プログラム２２５１は、位相差計算モジュール２２５１ａ、利得計算モジュール２２５１ｂ、および乗算モジュール２２５１ｄを含んでいる。信号処理プログラム２２５１に含まれる各モジュールをプロセッサ２２１０が実行することにより、図５の位相差計算部５０１、利得計算部５０２、および乗算器１１０の各機能を実現できる。
【０１２７】
プロセッサ２２１０が実行した信号処理プログラム２２５１に関する出力である強調信号２２４０ｅは、入出力インタフェース２２６０を介して出力部２２６３から出力される。これにより、例えば、入力部２２６２から入力した入力信号２２４０ａに含まれる雑音や妨害信号などを抑圧し、音声などの目的信号を強調することができる。
【０１２８】
図２３は、信号処理プログラム２２５１による、雑音や妨害信号に混合された音声等の目的信号を強調する処理の流れを説明するためのフローチャートである。ステップＳ２３０１では、センサ１０１、１０２、１０３、１０４からの複数の入力信号２２４０ａが位相差計算部に供給される。ステップＳ２３０３では、位相差計算部５０１が、入力信号の位相差を計算する。
【０１２９】
次にステップＳ２３０５において、位相差に応じた方向利得を計算する処理を実行させる。ステップＳ２３０９において、センサ１０１、１０２、１０３、１０４からの複数の入力信号２２４０ａと方向利得を乗算して、強調信号を生成する。
【０１３０】
最終的には、ステップＳ２３１１では、センサ１０１、１０２、１０３、１０４からの複数の入力信号と方向利得の積を、目的信号、すなわち音声が強調され、それ以外が抑圧された複数の信号として出力させる。
【０１３１】
図２３では、本実施形態にかかる信号処理装置５００をソフトウェアで実現する場合の処理の流れを説明するためのフローチャートを示した。しかし、第１実施形態、第３乃至第１５実施形態、第１６実施形態に関しても、各々のブロック図における違いを適宜省略および追加することで、同様に実現できる。
【０１３２】
以上の構成により、本実施形態によれば、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１３３】
［第１７実施形態］
本発明の第１７実施形態としての信号処理装置２４００について、図２４を用いて説明する。信号処理装置２４００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図２４に示すように、信号処理装置２４００は、方向推定部２４０５、利得計算部２４０６、乗算器２４１０を含み、利得計算部２４０６と乗算器２４１０は合わせて、方向利得による信号抑圧部２４０１として動作する。方向推定部２４０５は、空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに入力する信号を用いて信号の相対遅延あるいは等価的に信号の到来方向を求める。信号抑圧部２４０１は、相対遅延あるいは到来方向に対応した利得を複数センサからの入力信号に乗算することで、信号を到来方向に基づいて選択的に強調または抑圧する。
【０１３４】
以上の構成により、本実施形態によれば、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１３５】
［第１８実施形態］
上記実施形態において乗算の代わりに減算を用いて強調信号を生成してもよい。複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４から受けた信号ｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）と｛１−Ｇｄ（ｋ）｝の積を求めて、これをｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）から減算すれば、方向利得Ｇｄ（ｋ）とｘ１（ｋ）、ｘ２（ｋ）、ｘ３（ｋ）、ｘ４（ｋ）の積そのものになることから、明らかである。また、信号到来方向に応じて異なる利得を与えることは、信号到来方向に応じて異なる減算量を設定することでも実現できる。例えば、非特許文献６に開示されているスペクトルサブトラクションにおける減算量を、信号を抑圧したい方向に対して大きく、強調したい方向に対して小さく設定した信号到来方向対減算量の特性をあらかじめ準備しておき、これを信号到来方向に応じて利用することで、上述の方法を実現できる。このような構成を、本発明の第１８実施形態として説明する。
【０１３６】
図２５は、本発明の第１８実施形態としての信号処理装置２５００について説明するための図である。信号処理装置２５００は、複数のセンサ１０１、１０２、１０３、１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。図２５に示すように、信号処理装置２５００は、方向推定部１０５、減算量計算部２５１１、減算器２５１０を含み、減算量計算部２５１１と減算器２５１０は合わせて、方向利得による抑圧部２５０１として動作する。方向推定部１０５は、空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに入力する信号を用いて信号の相対遅延あるいは等価的に信号の到来方向を求める。
【０１３７】
減算量計算部２５１１は、相対遅延あるいは到来方向に対応した入力信号の割合を設定する。入力信号の割合は、到来方向に対してゼロのような小さな値、到来方向から離れるにつれてそれよりも大きな値で最大値を１とする。減算器２５１０は、入力信号の割合に対応した減算量を複数センサからの入力信号に基づいてそれぞれ計算して、複数センサからの入力信号から減算することで、信号を到来方向に基づいて選択的に強調または抑圧する。すなわち、方向利得による抑圧部は、相対遅延あるいは到来方向に対応した割合の入力信号を複数センサからの入力信号から減算することで、信号を到来方向に基づいて選択的に強調または抑圧する。
【０１３８】
本実施形態の本質は、図２４および図２５に示すように、空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに入力する信号を用いて信号の相対遅延あるいは等価的に信号の到来方向を求め、その相対遅延あるいは到来方向に対応した利得を複数の入力信号に作用させ、あるいは対応した割合の入力信号を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧することにある。図２５に示すように、減算は乗算器１１０に代えて減算器２５１０が行う。信号を選択的に強調したい到来方向あるいは相対遅延に対しては大きな利得を、抑圧したい到来方向あるいは相対遅延に対しては小さな利得を設定する。大きな利得と小さな利得の代表的な値は１と０であるが、相対的に大きな値と小さな値であれば、いかなる値を用いてもよい。これは、図２から図４に示した通りである。
【０１３９】
このような利得は、あらかじめ計算して記憶装置に格納しておいてもよいし、時々刻々計算してもよい。時々刻々計算する例としては、計算に用いる位相差または信号到来方向と利得の関係を表す関数または多項式などを記憶装置に格納しておき、その都度利得を計算する方法が挙げられる。もちろん、これらの関係式（関数、多項式など）を複数準備して切り替えて使用したり、適宜組み合わせて使用したりすることも可能である。時々刻々計算することによって、入力信号の特性に応じて、強調したい信号と抑圧したい信号を変化させることができ、より様々な設計上の要求に対応することができる。また、全ての特性を記憶するよりも記憶容量を削減することができる。さらに、計算する代わりに、複数の利得を記憶装置に格納しておき、これを適宜切り替えて使用してもよい。この場合、記憶容量は増加するが、演算量を低減できるので、演算量に対してより要求条件が厳しい場合に有効である。
【０１４０】
［第１９実施形態］
本発明の適用例として、机上に置いたタブレットＰＣを利用して、ネットワークを介したビデオチャットや遠隔通信を行うものが考えられる。図２６に、そのような適用例を上から見た上面図を示す。
【０１４１】
マイクロホンで実現された４つのセンサを含むセンサアレイ２６００をタブレットＰＣ２６０１の表面上部に配置する。これらのマイクロホンで取得した音響信号を第１から第１８実施形態のいずれかで処理することによって、ソファーに着座したユーザー２６０３の声を強調し、その背後にいる人２６０４の声およびユーザー正面奥にある左右スピーカー２６０５から発生される音楽信号を抑圧することができる。このため、ユーザーの音声だけが出力として得られ、この出力を通話や音声認識に利用することで、快適な通話や高い音声認識率が実現できる。
【０１４２】
また、図２７に示すように、ユーザーから離れた位置に置いたテレビ受信機２７０１を利用して、ネットワークを介したビデオチャットや遠隔通信を行うことも考えられる。図２７は、そのような適用例を上から見た上面図を示す。
【０１４３】
マイクロホンで実現された４つセンサを含むセンサアレイ２７００をテレビ受信機２７０１の表面上部に配置する。これらのマイクロホンで取得した音響信号を第１から第１８実施形態のいずれかで処理することによって、ソファーに着座したユーザー２７０３の声を強調し、テレビ受信機２７０１の斜め前にいる人２７０４の声およびテレビ受信機側方にある左右スピーカー２７０５から発生される音楽信号を抑圧することができる。このため、ユーザー２７０３の音声だけが出力として得られ、この出力を通話や音声認識に利用することで、快適な通話や高い音声認識率が実現できる。特に、この音声認識機能によってテレビ受信機２７０１を制御することによって、ユーザー２７０３は音声を用いてテレビ受信機２７０１のチャネルやボリュームを変更することができる。
【０１４４】
［第２０実施形態］
本発明の第２０実施形態としての信号処理装置２８００について、図２８を用いて説明する。信号処理装置２８００は、複数のセンサ２８０３、２８０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。
【０１４５】
図２８に示すように、信号処理装置２８００は、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２、センサ２８０３、２８０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、および左右の外部スピーカー２８０７、２８０８を含む。音量調整部２８０６と外部スピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。このように画像表示部を有した信号処理装置としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット、携帯電話、テレビ受像機、ボイスレコーダー、オーディオプレーヤーなどがある。なお、図２８に示す第２０実施形態では、センサとスピーカーの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。センサ数とスピーカー数は通常等しく設定するが、異なっていてもよい。センサ数よりスピーカー数が多いときはダウンミックス処理を、少ないときにはアップミックス処理を、信号強調・抑圧部における処理の後で適用する。
【０１４６】
センサ２８０３、２８０４は、端末２８０１または画像表示部２８０２の上部に水平に設置されている。水平とは、センサ２８０３、２８０４を結ぶ直線が画像表示部の長辺に対して完全に平行な場合だけでなく、小さな角度をなす場合も含む。センサ２８０３、２８０４をこのように水平に設置することによって、水平平面上の異なった方向に存在する複数の信号源に対して、センサ２８０３、２８０４の信号が相対的に遅延を有し、方向または相対遅延を用いた信号の強調・抑圧を行うことができる。なお、図２８に示す第２０実施形態では、センサは画像表示部の上側に設置されているが、画像表示部の下側に設置されていても、これまでの説明はそのまま適用できる。
【０１４７】
センサ２８０３、２８０４が捕捉した信号は信号強調・抑圧部２８０５に供給される。信号強調・抑圧部２８０５は、これまでに説明した第１〜第１８実施形態のいずれかである。信号強調・抑圧部２８０５は、空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに入力する信号を用いて信号の相対遅延あるいは等価的に信号の到来方向を求める。そしてさらに信号強調・抑圧部２８０５は、その相対遅延あるいは到来方向に対応した利得(方向利得)を複数の入力信号に作用させ、あるいは対応した割合の入力信号を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する。ここで方向利得は、相対遅延あるいは信号の到来方向によって決定されるもので、遅延または方向と利得の関係は事前に設定しておいてもよいし、信号強調・抑圧処理の実施とともに計算によって設定してもよい。信号強調・抑圧部２８０５の出力信号は音量調整部２８０６に供給される。音量調整部２８０６は信号の音量を増幅または減衰によって適切に調整し、スピーカー２８０７、２８０８に供給する。スピーカー２８０７、２８０８は、音量調整部２８０６から受けた信号を再生し、音場を再現する。
【０１４８】
本実施形態は、長辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部の上部または下部の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求める。そして、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置である。ここで、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１４９】
このような構成により、信号処理装置２８００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１５０】
［第２１実施形態］
本発明の第２１実施形態としての信号処理装置２９００について、図２９を用いて説明する。信号処理装置２９００は、複数のセンサ２９０３、２９０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。なお、本実施形態ではセンサの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。
【０１５１】
図２９に示すように、信号処理装置２９００は、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２、センサ２９０３、２９０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１５２】
図２９の構成は、図２８と比較すると、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２が９０度回転されている以外、同一の構成となっている。センサ２９０３、センサ２９０４は、センサ２８０３、２８０４と同様に、画像表示部の上部に水平に設置されている。すなわち、本実施形態は、第２０実施形態の長方形端末２８０１を、短辺が水平になるように保持して利用する場合に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２０実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１５３】
本実施形態は、短辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部の上部の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求める。さらに、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１５４】
このような構成により、信号処理装置２９００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１５５】
［第２２実施形態］
本発明の第２２実施形態としての信号処理装置３０００について、図３０を用いて説明する。信号処理装置３０００は、複数のセンサ３００３、３００４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。なお、図３０に示す本実施形態ではセンサの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。
【０１５６】
図３０に示すように、信号処理装置３０００は、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２、センサ３００３、３００４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１５７】
図３０の構成は、図２８と比較すると、センサ３００３、３００４の位置以外、同一の構成となっている。センサ３００３、センサ３００４は、センサ２８０３、２８０４とは異なって、画像表示部の両横にほぼ水平に設置されている。すなわち、本実施形態は、第２０実施形態のセンサ位置を、画像表示部の上部または下部から両横に変更した場合に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２０実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１５８】
本実施形態は、長辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部の横の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１５９】
このような構成により、信号処理装置３０００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１６０】
なお、本実施形態は第２０実施形態に比べてセンサの間隔の最小値が大きい。したがって、本実施形態の方が第２０実施形態よりも、センサに入力される信号に対して優れた指向性を生成することができ、目的信号の強調または抑圧能力が高い。
【０１６１】
［第２３実施形態］
本発明の第２３実施形態としての信号処理装置３１００について、図３１を用いて説明する。信号処理装置３１００は、複数のセンサ３１０３、３１０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。なお、図３１に示す本実施形態ではセンサの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。
【０１６２】
図３１に示すように、信号処理装置３１００は、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２、センサ３１０３、３１０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１６３】
図３１の構成は、図３０と比較すると、端末２８０１、画像表示部(スクリーン)２８０２が９０度回転されている以外、同一の構成となっている。センサ３１０３、センサ３１０４は、センサ３００３、３００４と同様に、画像表示部の横部に水平に設置されている。すなわち、本実施形態は、第２２実施形態の長方形端末２８０１を、短辺が水平になるように保持して利用する場合に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２２実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１６４】
本実施形態は、短辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部の横の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１６５】
このような構成により、信号処理装置３１００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１６６】
なお、本実施形態は第２２実施形態に比べてセンサの間隔の最小値が小さいが、第２０実施形態に比べると大きな最小値を有する。したがって、センサに入力される信号に対する指向性は、第２０実施形態、本実施形態、第２２実施形態の順で優れたものとなり、同じ順で目的信号の強調または抑圧能力が高い。
【０１６７】
［第２４実施形態］
本発明の第２４実施形態としての信号処理装置３２００について、図３２を用いて説明する。信号処理装置３２００は、複数のセンサ３２０３、３２０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。
【０１６８】
図３２に示すように、信号処理装置３２００は、端末２８０１、画像入力部(レンズおよびセンサなど)３２１０、センサ３２０３、３２０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１６９】
このように画像入力部を有した信号処理装置としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット、携帯電話などがあり、端末の使用者以外の被写体を撮影する際に同時に環境音を収録する使い方に適している。なお、図３２に示す本実施形態では、センサとスピーカーの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。
【０１７０】
図３２の構成は、図２８を用いて説明した第２０実施形態と比較すると、画像表示部(スクリーン)２８０２が画像入力部(レンズおよびセンサなど)３２１０と置換されている以外、同一の構成となっている。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２０実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１７１】
なお、画像入力部は画像表示部より小さいために、センサ３２０３、３２０４の配置に関しては制約が少ない。すなわち、センサ３２０３、３２０４は画像入力部３２１０と同一水平線上に配置する必要はなく、図３２の位置から上方または下方に任意に移動した位置に設置してもよい。さらに、センサ３２０３、３２０４の中点に画像入力部３２１０が配置される必要もなく、センサ３２０３、３２０４は図３２の位置から左右方向に任意に移動した位置に設置してもよい。
【０１７２】
本実施形態は、長辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部裏面に存在する画像入力部をはさむ空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１７３】
このような構成により、信号処理装置３２００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１７４】
なお、本実施形態は第１９、２０、２１、２３実施形態に比べてセンサ配置の自由度が大きいという特徴を有する。したがって、内部に配置される部品による端末設計の制約が少なくなり、設計コストを低減したり、設計期間を短縮したりすることが可能となる。
【０１７５】
［第２５実施形態］
本発明の第２５実施形態としての信号処理装置３３００について、図３３を用いて説明する。信号処理装置３３００は、複数のセンサ３３０３、３３０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。なお、図３３に示す本実施形態ではセンサの数を２としてあるが、２以上の任意の自然数でもこの後の説明はそのまま適用できる。
【０１７６】
図３３に示すように、信号処理装置３３００は、端末２８０１、画像入力部(レンズおよびセンサなど)３３１０、センサ３３０３、３３０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１７７】
図３３の構成は、図３２と比較すると、端末２８０１が９０度回転されて画像入力部(レンズおよびセンサなど)３３１０の位置が変更されている以外、同一の構成となっている。センサ３３０３、センサ３３０４は、センサ３２０３、３２０４と同様に、画像入力部(レンズおよびセンサなど)３３１０をはさんでほぼ水平に設置されている。すなわち、本実施形態は、第２４実施形態の長方形端末２８０１を、短辺が水平になるように保持して利用する場合に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２４実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１７８】
なお、第２４実施形態と同様に、センサ３３０３、３３０４の配置に関しては制約が少ない。すなわち、センサ３３０３、３３０４は画像入力部３３１０と同一水平線上に配置する必要はなく、図３３の位置から上方または下方に任意に移動した位置に設置してもよい。さらに、センサ３３０３、３３０４の中点に画像入力部３３１０が配置される必要もなく、センサ３３０３、３３０４は図３３の位置から左右方向に任意に移動した位置に設置してもよい。
【０１７９】
本実施形態は、短辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部裏面に存在する画像入力部をはさむ空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１８０】
このような構成により、信号処理装置３３００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１８１】
なお、本実施形態は第２４実施形態と同様に、第１９、２０、２１，２３実施形態に比べてセンサ配置の自由度が大きいという特徴を有する。したがって、内部に配置される部品による端末設計の制約が少なくなり、設計コストを低減したり、設計期間を短縮したりすることが可能となる。
【０１８２】
［第２６実施形態］
本発明の第２６実施形態としての信号処理装置３４００について、図３４を用いて説明する。信号処理装置３４００は、複数のセンサ３４０３、３４０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。
【０１８３】
図３４に示すように、信号処理装置３４００は、端末２８０１、画像入力部(レンズおよびセンサなど)３４１０、センサ３４０３、３４０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１８４】
図３４の構成は、図３２を用いて説明した第２４実施形態と比較すると、センサ３４０３、３４０４が、画像入力部(レンズおよびセンサなど)をはさむ位置ではなく画像入力部の片側に変更されている以外、同一の構成となっている。センサ３４０３、３４０４の配置は、図３２の例から画像入力部に対して右の方向に移動した一例に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２４実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１８５】
本実施形態は、長辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部裏面に存在する画像入力部の片側の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１８６】
このような構成により、信号処理装置３４００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１８７】
本実施形態は第２４実施形態と異なり、センサが画像入力部の両側ではなく片側に配置されているという特徴を有する。したがって、第２４実施形態と比較して、内部に配置される部品による端末設計の制約が少なくなり、設計コストを低減したり、設計期間を短縮したりすることが可能となる。
【０１８８】
［第２７実施形態］
本発明の第２７実施形態としての信号処理装置３５００について、図３５を用いて説明する。信号処理装置３５００は、複数のセンサ３５０３、３５０４からの信号を用いて広帯域信号を強調または抑圧する装置である。
【０１８９】
図３５に示すように、信号処理装置３５００は、端末２８０１、画像入力部(レンズおよびセンサなど)３５１０、センサ３５０３、３５０４、信号強調・抑圧部２８０５、音量調整部（アンプ）２８０６、左スピーカー２８０７、右スピーカー２８０８を含む。音量調整部２８０６とスピーカー２８０７、２８０８は、信号処理装置に含まずに、外部装置として接続することもできる。
【０１９０】
図３５の構成は、図３３を用いて説明した第２４実施形態と比較すると、センサ３５０３、３５０４が、画像入力部(レンズおよびセンサなど)をはさむ位置ではなく画像入力部の片側に変更されている以外、同一の構成となっている。センサ３５０３、３５０４の配置は、図３３の例から画像入力部に対して右の方向に移動した一例に相当する。したがって、本実施形態の本質的な動作は第２５実施形態と等しく、すでに説明したので、説明を省略する。
【０１９１】
本実施形態は、短辺が地平とほぼ並行になるように保持された端末または画像表示部裏面に存在する画像入力部の片側の空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向または等価的に信号の相対遅延を求め、到来方向または相対遅延に対応した利得を複数の入力信号に乗算し、あるいは対応した入力信号の割合を複数の入力信号から減算することで、信号を選択的に強調または抑圧する装置であり、信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する。
【０１９２】
このような構成により、信号処理装置３５００は、センサと同じ数の広帯域信号に対して周波数に依存しない指向性（信号到来方向に基づく利得）を付与することができる。したがって、入力と同様の音像表現能力を維持しながら、センサアレイのサイズを大きくすることなく、広帯域信号を効果的に強調または抑圧することができる。
【０１９３】
本実施形態は第２５実施形態と異なり、センサが画像入力部の両側ではなく片側に配置されているという特徴を有する。したがって、第２５実施形態と比較して、内部に配置される部品による端末設計の制約が少なくなり、設計コストを低減したり、設計期間を短縮したりすることが可能となる。
【０１９４】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【０１９５】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ（World Wide Web）サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【０１９６】
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号を用いて、前記目的信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向を用いて方向利得を計算する第１利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
（付記２）
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差を求める第１位相差計算部と、
前記位相差を用いて方向利得を計算する第２利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
（付記３）
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数のセンサから受けた複数の信号の位相差と、前記目的信号の到来方向の、正面からのずれ方向とを求める第２位相差計算部と、
前記位相差と前記ずれ方向とを用いて方向利得を計算する第３利得計算部と、
前記複数の信号のそれぞれと前記方向利得とを乗算する第１乗算器と、
を備えた信号処理装置。
（付記４）
空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向を推定する方向推定部と、
前記到来方向に対応した方向利得を入力信号に乗算して信号を選択的に強調または抑圧する、あるいは対応した入力信号の割合を入力信号から減算して信号を選択的に強調または抑圧する信号抑圧部と、
を備えた信号処理装置であって、
前記信号抑圧部は、選択的に強調したい到来方向に対しては大きな方向利得を前記入力信号に乗算し、抑圧したい到来方向に対しては小さな方向利得を前記入力信号に乗算し、あるいは、選択的に強調したい到来方向に対しては小さな割合を前記入力信号から減算し、抑圧したい到来方向に対しては大きな割合を前記入力信号から減算する信号処理装置。
（付記５）
前記第２利得計算部が、前記位相差を用いて、周波数に依存する前記方向利得を計算する付記２に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記第２利得計算部が、前記位相差を用いて、周波数に比例する前記方向利得を計算する付記２に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記複数の信号を統合して統合信号を求める統合部と、
前記統合信号に含まれる雑音に対して雑音推定値を求める第１雑音推定部と、
前記雑音推定値と前記統合信号とを用いて、前記統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得を計算する第４利得計算部と、
前記方向利得と前記信号利得とを乗算して合成利得を求める第２乗算器と、
をさらに備え、
前記第１乗算器が前記複数のセンサから受けた各信号と前記合成利得とを乗算する付記１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記複数の信号のそれぞれに含まれる雑音に対して前記センサと同数の雑音推定値を求める多重雑音推定部と、
前記センサと同数の雑音推定値と前記複数の信号とを用いて、前記複数の信号に含まれる雑音を抑圧するための前記センサと同数の多重利得を計算する多重利得計算部と、
前記方向利得と前記多重利得のそれぞれとを乗算してセンサと同数の合成利得を求める第３乗算器と、
をさらに備え、
前記第１乗算器は、前記複数の信号および前記合成利得のうち対応するもの同士を乗算する付記１から７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記９）
前記複数の信号を統合して統合信号を求める統合部と、
前記統合信号に含まれる雑音に対して雑音推定値を求める第１雑音推定部と、
前記雑音推定値と前記統合信号とを用いて、前記統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得を計算する第５利得計算部と、
前記複数の信号と前記信号利得とを乗算して雑音抑圧信号を求める第４乗算器と、
をさらに備え、
前記第１乗算器が前記方向利得と前記雑音抑圧信号とを乗算する付記１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１０）
前記複数の信号を統合して統合信号を求める統合部と、
前記統合信号に含まれる雑音に対して雑音推定値を求める第１雑音推定部と、
前記雑音推定値と前記統合信号とを用いて前記統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得を計算する第６利得計算部と、
前記第１乗算器の出力と前記信号利得とを乗算する第５乗算器と、
をさらに備えた付記１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１１）
前記第１乗算器の出力を統合して統合信号を求める統合部と、
前記統合信号に含まれる雑音に対して雑音推定値を求める第１雑音推定部と、
前記雑音推定値と前記統合信号とを用いて前記統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得を計算する第７利得計算部と、
前記第１乗算器の出力と前記信号利得とを乗算する第６乗算器と、
をさらに備えた付記１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１２）
前記複数のセンサから受けた信号を統合して統合信号を求める統合部と、
前記複数のセンサから受けた信号に含まれる雑音に対して雑音推定値を求める第２雑音推定部と、
前記雑音推定値と前記統合信号とを用いて前記統合信号に含まれる雑音を抑圧するための信号利得を計算する第８利得計算部と、
前記方向利得と前記信号利得とを乗算して合成利得を求める第７乗算器と、
をさらに備え、
前記第１乗算器が前記複数の信号のそれぞれと前記合成利得とを乗算する付記１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１３）
前記複数のセンサから出力された信号の位相を調整した複数の位相調整信号を求める位相調整部をさらに備え、
前記複数の信号は、前記位相調整信号である付記１から１２のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１４）
前記複数のセンサから出力された信号に対してそれぞれ独立に変換を適用して複数の周波数成分を含む複数の変換信号を求める複数の変換部をさらに備え、
前記複数の信号は、前記複数の変換信号である付記１から１３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１５）
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
を含む信号処理方法。
（付記１６）
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号の位相差を求めるステップと、
前記位相差を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
を含む信号処理方法。
（付記１７）
空間的に異なった位置に存在する複数のセンサに対する入力信号を用いて信号の到来方向を求めるステップと、
前記到来方向に対応した利得を入力信号に乗算して信号を選択的に強調または抑圧する、あるいは対応した入力信号の割合を入力信号から減算して信号を選択的に強調または抑圧するステップとを含み、
信号を選択的に強調したい到来方向に対しては大きな利得または小さな割合を設定し、抑圧したい到来方向に対しては小さな利得または大きな割合を設定する信号処理方法。
（付記１８）
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号到来方向を求めるステップと、
前記信号到来方向を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号とを乗算するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
（付記１９）
目的信号と雑音を含む、複数のセンサから受けた信号に対して信号の位相差を求めるステップと、
前記位相差を用いて方向利得を計算するステップと、
前記方向利得と前記複数のセンサから受けた各信号を乗算するステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
（付記２０）
それぞれが目的信号と雑音とを含む、複数の信号を捕捉するための複数のセンサを有し、
前記複数のセンサから受けた複数の信号を、付記１から１９のいずれかに記載の信号処理装置で強調または抑圧する端末装置。
【０１９７】
この出願は、２０１５年２月２３日に出願された日本出願特願２０１５−３３４３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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