(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１車両内に取り付けられ、当該第１車両の外部からの音信号を受信し、当該音信号を処理しマイクロフォン信号を出力するように構成されたマイクロフォンユニット（２１）と、
複数の第２車両によって発せられる複数のサイレン信号パターンの各サイレン信号パターンに関して、前記複数のサイレン信号パターンにそれぞれ対応するスパースモデルの成分を含むデータベースを格納する記憶ユニット（２２）と、及び、
前記マイクロフォン信号を前記スパースモデルの前記成分とマッチングし、当該マッチングの結果に基づいて、前記複数のサイレン信号パターンの内の一つのサイレン信号パターンを発している前記第２車両の内の少なくとも一つを検出するように構成された同定ユニット（２３）と、を備えたシステム（２０）。
【請求項２】
前記同定ユニットは、前記マイクロフォン信号を、前記マイクロフォン信号の連続する時間インスタントにおける前記スパースモデルの前記成分とマッチングし、当該マッチングの結果に基づいて前記少なくとも１つの第２車両によって発せられる前記サイレン信号パターンを同定し、この同定されたサイレン信号パターンに基づいて前記少なくとも１つの第２車両を認識するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データベースは、前記スパースモデルの少なくとも二つの異なる周波数成分を有するバージョンを含み、そして
前記同定ユニットは、前記マイクロフォン信号を、前記マイクロフォン信号の連続する時間インスタントにおける前記スパースモデルの各バージョンの前記成分とマッチングし、そして、当該マッチングの結果に基づいて、
前記少なくとも１つの第２車両によって発せられる前記サイレン信号パターンを同定し、この同定されたサイレン信号パターンに基づいて前記少なくとも１つの第２車両を認識し、及び／又は、
前記同定されたサイレン信号パターンが始まる時間インスタントを検出し、及び／又は、
前記少なくとも１つの第２車両の速度、及び／又は、前記少なくとも１つの第２車両が前記第１車両に接近しているのか離間しているのか、を検出するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記同定ユニットは、前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルから再モデル化された再モデル化サイレン信号を前記マイクロフォン信号から減算し、そこから前記再モデル化サイレン信号が除去された前記マイクロフォン信号の前記スパースモデルの前記成分とのマッチングを継続するように構成されている、請求項２又は３に記載のシステム。
【請求項５】
位置特定ユニット（２４）をさらに備え、
前記マイクロフォンユニットはそれぞれがマイクロフォン信号を出力する少なくとも三つのマイクロフォンを有し、
前記同定ユニットは前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれに関して前記マッチングを行い、前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれのタイミングに対応するタイミングで前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を前記位置特定ユニットに出力するように構成され、そして
前記位置特定ユニットは、前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のタイミング間の差に基づいて前記少なくとも１つの第２車両を位置特定するように構成されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記マイクロフォンユニットは第１マイクロフォンと第２マイクロフォンと第３マイクロフォンとを有し、これらは一つの平面に配置されると共にそれぞれ第１マイクロフォン信号と第２マイクロフォン信号と第３マイクロフォン信号を出力し、
前記同定ユニットは、前記第１マイクロフォン信号、前記第２マイクロフォン信号、及び前記第３マイクロフォン信号のそれぞれに関して前記マイクロフォン信号の前記マッチングを行い、当該マッチングの結果に基づいて前記少なくとも１つの第２車両によって発せられた前記サイレン信号パターンを同定し、前記第１マイクロフォン信号のタイミングに対応する第１タイミングで前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力し、前記第２マイクロフォン信号のタイミングに対応する第２タイミングで前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力し、前記第３マイクロフォン信号のタイミングに対応する第３タイミングで前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力するように構成され、そして
前記第１タイミング、前記第２タイミング、及び、前記第３タイミング間の差に基づいて前記少なくとも１つの第２車両を位置特定するように構成された位置特定ユニット（２４）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記位置特定ユニットは、前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれ関して前記同定ユニットによって連続的に出力される前記再モデル化サイレン信号に基づいて前記少なくとも１つの第２車両の位置の変化を追跡するように構成されている、請求項５又は６に記載のシステム。
【請求項８】
前記同定ユニットは、所定の時間窓における前記マイクロフォン信号を、前記所定の時間窓に関して生成された前記スパースモデルの前記成分とマッチングするように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
第１車両内に取り付けられ、当該第１車両の外部からの音信号を受信し、当該音信号を処理しマイクロフォン信号を出力するように構成されたマイクロフォンユニット（２１）と、複数の第２車両によって発せられる複数のサイレン信号パターンの各サイレン信号パターンに関して、前記複数のサイレン信号パターンにそれぞれ対応するスパースモデルの成分を含むデータベースを格納する記憶ユニット（２２）、とを備えたシステム（２０）のための方法であって、
前記マイクロフォン信号を前記スパースモデルの前記成分とマッチングし、そして
前記マッチングの結果に基づいて、前記複数のサイレン信号パターンのうちの一つのサイレン信号パターンを発する前記複数の第２車両の内の少なくとも１つを検出する、マッチング工程を含む方法。
【請求項１０】
前記マッチング工程は、
前記マイクロフォン信号を、前記マイクロフォン信号の連続する時間インスタントにおける前記スパースモデルの前記成分とマッチングし、
当該マッチングの結果に基づいて前記少なくとも１つの第２車両によって発せられる前記サイレン信号パターンを同定し、そして
前記同定されたサイレン信号パターンに基づいて前記少なくとも１つの第２車両を認識する、工程を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記データベースは、前記スパースモデルの少なくとも二つの異なる周波数成分を有するバージョンを含み、前記方法は以下の工程を含む、
前記マイクロフォン信号を、前記マイクロフォン信号の連続する時間インスタントにおける前記スパースモデルの各バージョンの前記成分とマッチングする、そして、当該マッチングの結果に基づいて、
前記少なくとも１つの第２車両によって発せられる前記サイレン信号パターンを同定し、この同定されたサイレン信号パターンに基づいて前記少なくとも１つの第２車両を認識する、及び／又は、
前記同定されたサイレン信号パターンが始まる時間インスタントを検出する、及び／又は
前記少なくとも１つの第２車両のスピード、及び／又は、前記少なくとも１つの第２車両が前記第１車両に接近しているのか、それとも離間しているのか、を検出する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルから再モデル化された再モデル化サイレン信号を前記マイクロフォン信号から減算し、そこから前記再モデル化サイレン信号が除去された前記マイクロフォン信号の前記スパースモデルの前記成分とのマッチングを継続する、工程を含む請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロフォンユニットはそれぞれがマイクロフォン信号を出力する少なくとも三つのマイクロフォンを備えており、そして前記方法は以下の工程を含む、
前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれに関して前記マッチングを行い、前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれのタイミングに対応するタイミングで前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力する、そして
前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のタイミング間の差に基づいて前記少なくとも１つの第２車両を位置特定する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記マイクロフォンユニットは第１マイクロフォンと第２マイクロフォンと第３マイクロフォンとを有し、これらは一つの平面に配置されると共にそれぞれ第１マイクロフォン信号と第２マイクロフォン信号と第３マイクロフォン信号を出力し、そして前記方法は以下の工程を含む、
前記第１マイクロフォン信号、前記第２マイクロフォン信号、及び前記第３マイクロフォン信号のそれぞれに関して前記マイクロフォン信号の前記マッチングを行う、
当該マッチングの結果に基づいて前記少なくとも１つの第２車両によって発せられる前記サイレン信号パターンを同定する、
前記第１マイクロフォン信号のタイミングに対応する第１タイミングで前記同定されたサイレン信号パターンに対応する前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力し、前記第２マイクロフォン信号のタイミングに対応する第２タイミングで前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力し、前記第３マイクロフォン信号のタイミングに対応する第３タイミングで前記スパースモデルからの再モデル化サイレン信号を出力する、そして
前記第１タイミング、前記第２タイミング、及び、前記第３タイミング間の差に基づいて前記少なくとも１つの第２車両を位置特定する、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも三つのマイクロフォンの信号のそれぞれ関して連続的に出力される前記再モデル化サイレン信号に基づいて前記少なくとも１つの第２車両の位置の変化を追跡する、工程を更に含む請求項１３又は１４の記載の方法。
【請求項１６】
前記マッチング工程は、
所定の時間窓における前記マイクロフォン信号を、前記所定の時間窓に関して生成された前記スパースモデルの前記成分とマッチングする、工程を含む請求項９〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
処理装置のためのプログラムを含むコンピュータプログラム製品であって、
前記プログラムが前記処理装置上で実行される時に請求項９〜１６のいずれか一項に記載の工程を実行するためのソフトウエアコード部分を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
前記ソフトウエアコード部分が格納されたコンピュータ読み取り可能媒体を備えた、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
前記プログラムは前記処理装置の内部メモリに直接にロード可能である、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイレン信号源の検出、認識及び位置特定に関する。詳しくは、本発明は、音センサを使用することによって緊急車両（ＥＶ）を検出、認識及び位置特定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のドライバ、又は、車両乗員一般にとって、サイレン信号を発している緊急車両（ＥＶ）の認識は困難であり、それは多くの要因に依存する。これらの要因としては、空調、エンジン騒音、道路／タイヤ及び風の騒音等、車両環境に存在する広帯域な騒音源、がある。
【０００３】
更に、事故現場に向かう又は事故現場から離れていく、ＥＶの移動によっても、聴取者（「感知側車両」内の）にとって、ドップラー効果によって知覚されるサイレン信号の周波数の変化がおこる。ＥＶが感知側車両に接近している時には、知覚されるサイレン信号は高いピッチを有し、ＥＶが感知側車両から遠ざかっている時には、知覚されるサイレン信号はＥＶが静止している場合のピッチと比較して低いピッチを有するものとなる。
【０００４】
これらの要因により、ドライバにとってＥＶを認識し位置特定することは困難であり、多くの場合、ドライバは、ＥＶが近くに存在し、それがはっきり見える時にしか認識、位置特定できない。
【０００５】
従来技術において、基本的に、ＥＶ認識のために単一周波数検出が使用されるが、これはロバストではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、サイレン信号をロバストに検出し、それらのサイレン信号を発しているＥＶを確実に認識することにある。
【０００７】
これは、添付の請求項に定義されるシステム、方法、コンピュータプログラム製品によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に依れば、複数のマイクロフォンが車両（たとえば乗用車）の内部に取り付けられ、複数の緊急車両（たとえば、パトカー、救急車及び消防車）が、たとえそれらが同時にサイレン信号を発している時においても、認識され、それらの方向（二次元での）とスピードが推定される。
【０００９】
この点に関して、事故の場合におけるＥＶの介入処置のシナリオを示している図１を参照する。図１において、三種類のＥＶ車両が一つの事故現場に集合しようとしている。交差点に存在する車両のドライバには、三種類の異なるサイレン信号が混じって聞こえる。
【００１０】
本発明の前記システムは、たとえば、その走行レーンをクリアにするために早期の処置を提供することを可能とするべく、緊急車両の存在、位置、スピード、方向及びタイプを前記車両の前記ドライバに知らせることによって前記ドライバを援助するために利用することができる。
【００１１】
本発明の実施例に依れば、前記システムは、少数（a reduced number）のマイクロフォンと、デジタル処理部とを有し、前記デジタル処理部は、基底展開関数決定機能（basis expansion function determination）と、マルチスケールマッチングパースート（multi-scale Matching Pursuit）アルゴリズムに基づく緊急車両の検出・認識統合機能と、前記ＥＶに対する到着方向（Direction-Of-Arrival（DOA））推定に基づく複数同時ＥＶ位置特定機能、を有する。前記マイクロフォンは車両の内部に取り付けられているので、サイレン信号検出は、車両の悪環境に対してロバストである。
【００１２】
更に、設置が困難かつ信頼性の低い車両外部に複数のマイクロフォンを取り付ける従来技術のシステムと比較して、設置が容易な車両内部においてより少ない数のマイクロフォンを使用する低コストで空間節約的な解決構成が提供される。
【００１３】
本発明は、すべての道路車両（たとえば、乗用車、トラック及びバス）に適している。
【００１４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明を、その実施例とインプリメンテーション例（implementation examples）によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＥＶ介入シナリオを図示する図解である。
【図２】本発明の実施例によるシステムのアーキテクチャを図示する概略ブロック図である。
【図３】本発明のインプリメンテーション例によるシステムのアーキテクチャを図示する概略ブロック図である。
【図４Ａ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図４Ｂ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図４Ｃ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図５Ａ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図５Ｂ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図５Ｃ】本発明によるマイクロフォン設置の具体例を示す図解である。
【図６】サイレン信号パターンの例を示す図解である。
【図７】サイレン信号パターンの例を示す図解である。
【図８】本発明のインプリメンテーション例によるサイレン信号パターンのスパースモデルの構成を図示する概略図である。
【図９】前記スパースモデルのための展開関数の具体例を図示する図解である。
【図１０】ドップラシフトによる前記スパースモデルの展開を図示している。
【図１１】サイレン信号パターン１内でのベスト関数検索の具体例を図示している。
【図１２】本発明の実施例による、サイレン信号パターンを同定するための処理を図示するフローチャートである。
【図１３】本発明のインプリメンテーション例による複数同時ＥＶ位置特定のためのアーキテクチャを図示する概略ブロック図である。
【図１４】本発明の実施例による複数同時ＥＶ位置特定のための処理を図示する概略ブロック図である。
【図１５】本発明の実施例によるＥＶの認識と位置特定の結果を図示している。
【図１６】本発明に実施例によるＥＶ速度推定を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例とインプリメンテーション例を説明する。
【００１７】
図２は、本発明の実施例によるシステム２０のアーキテクチャを示す概略ブロック図である。
【００１８】
前記システム２０は、車両（以下「第１車両」とも称する）内に取り付けられるマイクロフォンユニット２１を有する。当該マイクロフォンユニット２１は、前記第１車両の外部からの音信号を受信し、この音信号を処理してマイクロフォン信号を出力する。ここでは、前記音信号はアナログ処理される、たとえば、増幅されローパスフィルタを通され、その後、デジタルに変換されて、デジタルのマイクロフォン信号が前記マイクロフォンユニット２１から出力されるものとする。
【００１９】
図３に示されるインプリメンテーション例に依れば、前記マイクロフォンユニット２１は、三機マイクロフォン限定車内設置構成（three microphones only in-vehicle setting）（三機マイクロフォンアレイ）３１であり、これについては後に詳述する。もちろん、不要ではあるがより多くのマイクロフォンを使用することも可能である。
【００２０】
再び図２を参照すると、前記システム２０は、更に、記憶ユニット２２を有し、これは、緊急車両（以下、「第２車両」とも称する）等の複数の車両によって発せられる複数のサイレン信号パターンの各サイレン信号パターンに関して、後に詳述する、これら複数のサイレン信号パターンのそれぞれに対応するスパースモデルの成分を含むデータベースを格納している。図３に示されるインプリメンテーション例においては、スパースサイレンモデルデータベース３２が前記記憶ユニット２２として機能する。
【００２１】
前記システム２０は、更に、前記マイクロフォン信号を前記スパースモデルの前記成分とマッチングさせ、このマッチングの結果に基づいて、後に更に詳しく説明するように、前記複数のサイレン信号パターンのうちの一つのサイレン信号パターンを発している前記複数の第２車両のうちの少なくとも一台を検出する、同定ユニット２３を有する。図３に示されているインプリメンテーション例に依れば、前記同定ユニット２３は、ブロック３４〜３７の機能を有する。
【００２２】
尚、前記マイクロフォンユニット２１は前記第１車両内に取り付けられるものではあるが、前記記憶ユニット２２と前記同定ユニット２３とは別の場所に設置してもよく、これらユニット間の通信は無線式にしてもよい。
【００２３】
前記システム２０は、更に、後述する位置特定ユニット２４を有する。
【００２４】
次に、図３に図示のインプリメンテーション例について更に詳しく説明する。図３に示される前記システムは、前記三機マイクロフォン限定車内設置構成３１と、本発明の課題の一部を構成するものではないノイズリダクション／音楽キャンセレーションブロック３３と、サイレン信号パターン又は数学モデル（スパースモデル）ブロック３４のための基本分解成分（basic decompositions）を含む前記スパースサイレン信号モデルデータベース３２とを有する。前記システムは、更に、アダプティブマルチ-スケールマッチングパースートブロック３５、ＥＶタイプに関する決定を行う（実際には、この決定は前記マルチ-スケールマッチングパースートブロック３５内部において行ってもよい）分類ブロック３６、複数のサイレン信号パターンを同時に発している複数のＥＶの位置を突き止め、その位置の変化を追跡するマルチ到着方向（Direction-Of-Arrival（DOA））推定ブロック３７とを有する。
【００２５】
１）マイクロフォンユニット２１
低コスト空間節約解決構成としての本発明のインプリメンテーション例に依れば、三機のマイクロフォンのみからなるアレイ３１が使用される。これらのマイクロフォンは二次元空間に配置される。様々な設置構成が可能である。例えば、三種類の可能な設置例が図４Ａ〜図４Ｃと図５Ａ〜図５Ｃに示されている。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｃは、設置例１〜３の平面図（plane view）であり、図５Ａ〜図５Ｃはこれら設置例の上面図（top view）である。空間エイリアシングを避けるためには、前記マイクロフォン間の距離が重要である。例１の場合のいくつかの可能な値は、d11=4.5cm; d21=4.5cm; d13=6.36cmである。
【００２７】
前記車両内部のマイクロフォンの位置は特に限定されるものではない。前記三機のマイクロフォン設置は容易に一体化するために十分に小さなものとすることができる。
【００２８】
２）ノイズリダクション／音楽キャンセレーションブロック３３（本発明の課題の一部を構成するものではない）
もしもなんらかのバックグランド音楽／ラジオ、ナビシステム音声、あるいは一般に車両マルチメディアシステムが作動中で音声を発している場合、この干渉はキャンセルされる。その後、前記車内及び環境ノイズが低減される。音楽キャンセレーション及び車両ノイズ低減のためのアルゴリズムは本発明の課題の一部を構成するものではない。本発明に依れば、前記マイクロフォンユニット２１／前記三機マイクロフォンアレイ３１からのマイクロフォン信号出力は音楽キャンセレーション及び車両ノイズ低減のためのアルゴリズムの作用を既に受けているものとされる。
【００２９】
３）記憶ユニット２２
この記憶ユニット２２は、複数のサイレン信号パターンの各サイレン信号パターンに関して、これら複数のサイレン信号パターンにそれぞれ対応するスパースモデルの成分を含むデータベース（たとえばサイレンデータベース３２）を格納している。
【００３０】
最も単純なＥＶサイレン信号パターンは、二つのトーンのメロディーによって構成される。各トーンは、リッチ周波数成分を有し、ある時間、持続する。これは通常、救急車と消防車の場合にあてはまる。より複雑なＥＶサイレン信号パターンは、同様にリッチ周波数成分と持続時間とを有する掃引周波数メロディーから構成することができる。これはしばしばパトカーのサイレンに使用される。
【００３１】
これらの二つのポイントは、ＥＶタイプを認識するためになぜ単一周波数検出を行うとロバストでないのかを説明するものである。
【００３２】
前記サイレン信号パターンは国ごとに異なるものであるかもしれない。スパースモデルの前記データベース３２は、すべての必要なモデルを含むことができ、あるいは、特定の標的国に適合させることも可能である。
【００３３】
図６は、救急車サイレン信号パターンと消防車サイレン信号パターン（これらのパターンはパターン１と称される）を示している。図６は、サイレン信号の時間-周波数分析を表している。ｘ軸は時間、そしてｙ軸は対数目盛での周波数成分である。これらのサイレン信号パターンは共にツートーンであるが、その周波数成分は異なる。図示から理解されるように、高調波成分は無視できるものではない。
【００３４】
図７は、警察によって使用されるいくつかのサイレン信号パターン２〜４を示している。パターン２〜４は掃引周波数パターンを示している。図７は、サイレン信号の時間-周波数分析を表している。ｘ軸は時間、そしてｙ軸は対数目盛での周波数成分である。ここでも、高調波成分は無視できるものではないものであることが判る。又、パターン４は、二つの異なる掃引周波数パターンの混合から成ることもわかる。ある国において、パトカーが、そのそれぞれがなんらかのアクションに関連する複数のサイレンパターン（たとえば、一つのサイレンパターンは緊急介入用、別のサイレンパターンはドライバに車を停止させるためのもの、等）を有することは異常ではない。従って、前記パターン４の二つのサイレンパターンのうちの一つを同定するだけでもそれがパトカーであるというのに十分であるかもしれないが、前記混合を同定することによって警察の意図が判るかもしれない。
【００３５】
本発明の実施例に依れば、サイレン信号はスパースアプローチを使用してモデル化される。これは、サイレン信号の実際の記録がいくつかの候補記録と比較されるのではなく、少数のパラメータのみを使用しモデルがコンパクトなサポートを有するようになる（有限数のポイントだけがゼロ以外である）ことを考慮してモデルが構築される、ことを意味する。
【００３６】
前記サイレン信号パターンは、リアルで、（サンプリング後において）ディスクリートで、以下のようにモデル化される。
【数１】
0006627340.tif 000002
【００３７】
ここで、Siは前記サイレン信号パターンモデルi（救急車パターン、警察パターン及び消防車パターン）、Si,kはk番目の残差での前記サイレンパターンモデル、K(n)は前記サイレンモデルを構成するコア要素の数であって、時間インスタント（time instant）nに依存、Nは前記サイレン信号に含まれる異なる時間パターンの数、gk,nは前記所与のサイレン信号パターンの前記スパースモデルの成分、kはコア関数の数、そして＜a,b＞は下記の定義によって与えられるaとbの間のスカラ積である、
【数２】
0006627340.tif 000003
【００３８】
前記サイレン信号パターンは、周波数と時間とにおいてモデル化される。
【００３９】
前記サイレン信号パターンのリニア展開の成分を表すgk,nの値はデータベース３２に格納される。例えば、フーリエ分析の場合、前記サイレン信号パターンは、サインとコサインとによって形成される基礎関数に基づいて分解される。本発明に依れば、前記サイレン信号パターンの分解は、これらサイレン信号パターンを忠実に記載可能な任意の関数によって行うことができる。
【００４０】
図８は、スパースサイレン信号パターンモデルの前記データベース３２のアーキテクチャを示している。この図８から理解されるように、前記データベース３２は、各ＥＶサイレン信号モデルの複数のモデルから構成されている。各サイレン信号パターンモデルは、組み合わされた時にサイレン信号を完全にモデル化する複数のコア関数から構成される。サイレン信号を完全にモデル化するためのコア関数の数は時間変化するかもしれない。
【００４１】
例えば、前記ポリスサイレン信号パターン２の場合、一つの展開モデルExpansionk,nは以下の形式で記載することができる。ここでkとnは前と同様にコア関数の数と時間インスタント（time instant）である。
【数３】
0006627340.tif 000004
【００４２】
ここで、φ(l)は、瞬時周波数をモデル化する任意の非リニア関数、lはディスクリートな時間インスタント（time instant）、そしてα(l)はより良好な周波数識別を達成するための窓関数である。それは以下によって記載されるバートレット-ハン（Bartlett-Hahn）窓とすることができる。
【数４】
0006627340.tif 000005
【００４３】
ここで、Mは窓長である。従って、前記関数φ(l)はたとえば以下のような多項式、
【数５】
0006627340.tif 000006
あるいは、対数、指数、又はその他任意の適当なタイプのものであってよい。このように、この方法からは、モデルの複雑性に制限はない。しかしながら、関数の長さは重要なパラメータでもある。時間及び周波数解像度を最大化するために一つのコア関数の長さが調節される。各コア関数はそれぞれ異なる長さを有するものとすることができる。
【００４４】
図９は、一つのデータベース展開関数の一例を示し、これは前記ＥＶサイレン信号の一つの要素を構成する。
【００４５】
展開関数はすべての目的のＥＶサイレンパターンに関して見つけられる、但し、それらはまだドップラー効果に対してロバストなものではない。上述したように、発生源が移動している時、感知されるサイレン信号は、静止状態におけるものと異なる周波数成分を有する。従って、本発明の実施例に依れば、前記定義されたモデルのワープトバージョン（warped versions）が前記データベース３２に追加される。
【００４６】
図１０において、左側には、前記モデルのデータベースが各サイレン信号パターンと、そして、前記サイレン信号パターンを発しているＥＶが最高１５０ｋｍ／ｈの速度で接近し離間している時のドップラシフトによるこのサイレン信号パターンのすべての展開関数に関して完成していることが示されている。
【００４７】
図１０の右側は、ＥＶが静止している時（下側の曲線）のサイレン信号パターンモデルの時間-周波数の表示を示し、ＥＶが９０ｋｍ／ｈで接近している時には、前記モデルがより高い周波数成分においてワープしている。
【００４８】
前記瞬時周波数は、算出周波数を、以下によって変化させることによって変更される。
【数６】
0006627340.tif 000007
【数７】
0006627340.tif 000008
【００４９】
ここで、cは音速（たとえば３４６ｍ／ｓ）、そしてVEVはｍ／ｓ単位でのＥＶスピードである。
【００５０】
これらの式において、fmodel staticは単一の周波数値に限定されるものではなく、前記スパースモデルに従って時間変化する。
【００５１】
４）同定ユニット２３（マルチ-スケールマッチングパースートブロック３５と分類ブロック３６）
上述したように、本発明に依れば、音楽はキャンセリングされ、車両環境騒音は低減されるものとされる。本発明の実施例に依れば、分類（すなわち、ＥＶが存在するとの決定）は、マッチングパースートアルゴリズム内において達成可能である。
【００５２】
前記マッチングパースートは、信号のアダプティブ時間-周波数分解を作り出すアルゴリズムである。本発明に依れば、このアルゴリズムは以下を達成するように構成される。
−  ＥＶの検出と認識、そして
−  すべてのＥＶが見つかるまでの反復、
−  再モデル化され検出認識されたＥＶの位置特定ユニット２４への引き渡し（delivery）。
【００５３】
前記展開関数のデータベース３２は、ＥＶの検出と認識を達成するために使用される。前記マイクロフォンユニット２１（たとえば、前記三機マイクロフォンアレイ３１）からのノイズの無い信号出力が前記データベース３２に含まれる前記展開関数に写像（project）され、どの要素によってスカラ積＜信号、展開関数＞が最大化されるかを見つける検索が行われる。
【００５４】
前記処理工程は以下の通りである。
【００５５】
a.  検索基準（criteria）を使用して前記検出のための複数の展開関数を組み合わせる。ここで一つの可能な検索基準候補は（但しそれに限定されるものではない）以下の通りである。
【数８】
0006627340.tif 000009
【００５６】
ここで、Mpは反復pにおける前記三機マイクロフォンアレイ３１からの処理済みマイクロフォン信号出力、そしてgk,pは反復pにおける展開関数である。δは疑似瞬間判定基準（pseudo-instantaneous criteria）である。これは、認識の第１要素として、それがサイレン信号パターンの一部を検出することを意味するが、但し、前記サイレン信号パターンはある長さを有するので、ＥＶタイプの確認は後に行われる。
【００５７】
b.  前記ワープト展開関数を介してベストマッチング組み合わせを見つける。これによってドップラシフトの概算も可能になる。前記展開関数データベース３２は三つの次元、即ち、全部のサイレン信号パターン、ワープト周波数成分展開関数、そして時間-アダプティブ展開関数、を有する。
【００５８】
すべての可能な候補のリストは下記の等式によって与えられる。
【数９】
0006627340.tif 000010
【００５９】
ここで、Pはサイレン信号パターン候補のリスト、δi,w,kはサイレンパターンi、ワープ関数w及び時間関数kの前記疑似瞬時判定基準である。γはサイレン信号パターン候補がそれよりも大きいものでなければならない最小閾値である。
【００６０】
更なる説明のために、以下のダイアグラムが提供される。図１１は、いかにして前記リストPが得られるかを図解している。サイレン信号がマイクロフォンユニット２１によって感知される時、即ち、サイレン信号が最小マイクロフォン感度以上である時、どの特定時点でそのサイレン信号が発せられるかは判らない。従って、前記適切な時間インスタント（time instant）を見出す必要があり、これが図１１の左側に示されている。
【００６１】
同時に、感知側車両（第１車両）が移動中でありかつＥＶ（第２車両）も移動中であることを考慮すると、このタイムラップ（タイムラップは、たとえば、１０ミリ秒〜１秒とすることができる前記展開関数長さに依存する）に関して前記サイレン信号を最適にモデル化するワープ関数を見出すことが必要である。
【００６２】
上述した演算が前記データベース内のすべてのサイレン信号パターンに関して繰り返される。もしも、前記判定基準が所与の閾値よりも大きい場合は、前記候補は保持される。このレベルにおいて、乗員又はドライバの会話からの干渉もあり得ると想定される。これによって、更なる工程において除去される前記リストPの中で誤った候補が生まれる可能性がある。
【００６３】
c.  すべてのサイレン信号パターンを通してベストマッチング組み合わせを見つける。これは、すべてのサイレン信号パターンを通して前記候補リストPを最大化することによって行われる。最善の候補のみが保持される。従って、トータルな最大化（前の検索を含む）は以下によって与えられる。
【数１０】
0006627340.tif 000011
【００６４】
ここでCは可能なサイレン信号パターンSのリストPを通した推定ＥＶサイレン信号タイプ（同定されたサイレン信号パターン）、そしてβは前記閾値である。Cが見出されると、以下が判る。
○  ＥＶのタイプ
○  サイレン信号パターンが始まり終わる時間インスタント（時間分割又は検出）
○  ＥＶのスピード（又は相対スピード）とそれが接近しつつあるのかそれとも遠ざかりつつあるのかに関する情報
【００６５】
d.  第１ＥＶ（第１サイレン信号パターン）が同定されているので、その他のＥＶがあるかどうか、即ち、混じっている他のサイレン信号パターンがあるかどうか、をチェックする必要がある。複数のサイレン信号パターンは、前記スパース分解においてさえ、なんらかの重複する周波数成分を有している可能性が高い。従って、次の工程において、検出された信号が処理中のマイクロフォン信号から除去される。これは下記の式によって達成される。
【数１１】
0006627340.tif 000012
【００６６】
これは、次のアルゴリズム反復Mp+1において処理済みマイクロフォン信号を得るために、検出されたサイレン信号パターンがマイクロフォン信号から除去される、ということを意味する。
【００６７】
この原理は、図１２に図示の処理によって示されている。工程Ｓ１０において、現在の時間に関して、前述した工程a.〜c.が、所与の時間窓に関して前記マイクロフォン信号に対して行われる。工程Ｓ１１において、ＥＶ、即ち、サイレン信号パターンが検出／同定されたか否かがチェックされる。工程Ｓ１１においてもしもYesであれば、処理は工程Ｓ１２に進み、ここで、上述した工程d.が行われ、その後工程Ｓ１３が続く。そうでなければ、処理は現在時間に関して停止される。
【００６８】
工程Ｓ１３において、他のＥＶ、即ち、他のサイレン信号、が前記マイクロフォン信号中に存在するか否かがチェックされる。もしも残りのマイクロフォン信号が、ノイズしか存在しないとみなされる閾値以上であるならば、その時には、前記アルゴリズムは工程Ｓ１０に戻る。もしも残りのマイクロフォン信号が前記閾値以下であるならば、その時には、前記アルゴリズムは現在時間に関して停止され、全部のＥＶタイプ（時間インスタント、スピード、及び、接近又は離間の時の基本方向と共に）がより高レベルの処理と、正確なマルチ源位置特定を行う前記位置特定ユニット２４に送られる。
【００６９】
５）複数同時ＥＶ位置特定機能（位置特定ユニット２４）
本発明に依れば、複数の同時のＥＶを位置特定するために二つのアプローチが可能である。即ち、
−  前記マイクロフォンユニット２１からのマイクロフォン信号（ノイズリダクション及び音楽キャンセレーション後）出力をそのまま使用するブラインド法。
−  マルチスケールマッチングパースートアルゴリズムによって前の工程において行われた分解を使用することによる方法。
【００７０】
基本的には、前記アルゴリズムアーキテクチャは、両方のケースにおいて同じである。その違いは、アプローチが完全にブラインドである場合は、位置特定可能な同時源の最大数が２である（三機マイクロフォンアレイの場合）ことにある。もしも前記マッチングパースート処理から前記分解を利用するならば、その場合は、すべての存在するＥＶが位置特定可能である。
【００７１】
前記アルゴリズムは、マイクロフォン対からの方向を識別し、所与対から左右を分離するためにアダプティブフィルタの組み合わせを使用する。
【００７２】
図１３は、本発明のインプリメンテーション例に依る複数同時ＥＶ位置特定処理のアーキテクチャを示している。位置特定精度を最大化するために前記三機マイクロフォンアレイの三台のマイクロフォンすべてを使用する。これらマイクロフォンに到達する信号間の遅延を推定するために三種類のアダプティブフィルタを使用する。複数のＥＶは感知側車両（第１車両）から最低２メートル離間しており、従って、平面波伝播だけが考慮される。
【００７３】
前記アダプティブフィルタは、左部分と右部分の係数に分離される。これらの係数のピークがマイクロフォン対の信号間の遅延推定値である。これらのピークを使用し、二次元での位置特定に関する決定が行われる。可能なマイクロフォン対は、（マイクロフォン１、マイクロフォン２）、（マイクロフォン２、 マイクロフォン３）そして（マイクロフォン１、マイクロフォン３）である。二次元において一台のＥＶを位置特定するためには二対で十分である。但し、あいまいさを回避するために第３の対も使用することが可能である。
【００７４】
すべてのＥＶを位置特定するべく、本発明の実施例に依れば、前記マルチスケールマッチングパースート信号分解処理を、図１３に示されているように前記複数同時ＥＶ位置特定処理と共に使用する、複合アプローチが採用される。即ち、三機マイクロフォン構成によって、本発明に依れば、そのそれぞれが認識されるサイレン信号パターンを発する４台以上のＥＶでも、位置特定することができる。
【００７５】
図１４は、本発明の実施例による複数同時ＥＶ位置特定のための処理を示す概略ブロック図である。上述され、図１４のブロック１３１-１３３において実行される前記マルチスケールマッチングパースート処理の各工程において、前記位置特定ユニット２４として機能する２次元源位置特定ブロック１３４が以下によって定義される三つの入力をうけとる。
【数１２】
0006627340.tif 000013
【００７６】
ここで、S1、S2及びS3は、ブロック１３１-１３３において行われる前述のマッチングパースートアルゴリズムの出力でありブロック１３４の入力である。これらの信号は、スパースモデルからの再構築され、同定されたサイレンパターンマイクロフォン信号であり、M1,p, M2,p, M3,pはp番目の反復における分解されたマイクロフォン信号である。各反復pは前記混合から認識されたＥＶを提供（deliver）する。
【００７７】
一度に一台のＥＶしか位置特定されないので、前記複合処理に依れば、精度は高く、二次元での位置特定において曖昧さが無い。前記マッチングパースートアルゴリズムが反復することによって、存在するすべてのＥＶ源の位置特定が反復して行われる。
【００７８】
前記マルチスケールマッチングパースート処理、ＥＶタイプの分類処理、及び複数同時ＥＶ位置特定処理が同時に実行されている時、それらのＥＶが前記サイレン信号を発しておりそれらのサイレン信号が感知側車両によって感知されている限り、この感知側車両のドライバは、それらのタイプ、スピード、位置及びそれらが接近しているのかそれとも離間しているのかに関する情報とともに、それらの発生の時点においてすべてのＥＶに関する信頼性の高い情報を得ることができる。
【００７９】
図１５は、別々に同時に発生する二台のＥＶがサイレン信号パターンを発する場合の結果を示している。パトカーサイレン信号と救急車サイレン信号とが存在する。前記パトカーサイレン信号は約７２度の角度で認識され位置特定され、これは、パトカーが感知側車両の背後のいることを意味する。時間変化インスタント（セグメンテーション）と位置とが図１５に示されている。
【００８０】
前記救急車サイレン信号は、３０秒後に始まり、約２７０度の角度で位置特定され、これは、救急車が感知側車両の前方左側にいることを意味する。時間インスタント（time instants）と位置とが図１５に示されている。即ち、同時ＥＶ事象が発声し、それらが認識され位置特定される。
【００８１】
図１６は、パトカーが交差点を通過中であって、その速度が前述した原理を使用して推定される場合を示している。図１６の左側部分は、ノイズ低減されたパトカーサイレン信号パターンの時間-周波数分析である。図１６の右側部分はドップラシフト推定を示している。図示された従来技術におけるドップラシフトの符号は単に接近しつつあるＥＶ（負の符号）かそれとも離間しつつあるＥＶ（正の符号）かについて知らせるだけである。図１６に示すケースにおいては、パトカーは１７ｋｍ／ｈの速度で前記交差点に到達し、通過時において４７ｋｍ／ｈに加速している。
【００８２】
本発明の実施例に依れば、マルチスケールマッチングパースートアルゴリズムに使用されるサイレン信号パターンのスパース表示を使用する、速度推定を含む複数同時ＥＶ認識が提供される。更に、本発明の実施例に依れば、マッチングパースート反復とマイクロフォン対間の遅延推定との組み合わせに基づく、複数同時ＥＶ位置特定が提供される。一インプリメンテーション例に依れば、感知側車両内部の三台のマイクロフォンのみを使用するマイクロフォン設置が採用される。
【００８３】
上述した記載は本発明を図示するものであって、本発明を限定するものと見なされてはならない。添付の請求項に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく当業者は様々な改造及び応用に想到するであろう。
【図１】
0006627340.tif 000014
【図２】
0006627340.tif 000015
【図３】
0006627340.tif 000016
【図４Ａ】
0006627340.tif 000017
【図４Ｂ】
0006627340.tif 000018
【図４Ｃ】
0006627340.tif 000019
【図５Ａ】
0006627340.tif 000020
【図５Ｂ】
0006627340.tif 000021
【図５Ｃ】
0006627340.tif 000022
【図６】
0006627340.tif 000023
【図７】
0006627340.tif 000024
【図８】
0006627340.tif 000025
【図９】
0006627340.tif 000026
【図１０】
0006627340.tif 000027
【図１１】
0006627340.tif 000028
【図１２】
0006627340.tif 000029
【図１３】
0006627340.tif 000030
【図１４】
0006627340.tif 000031
【図１５】
0006627340.tif 000032
【図１６】
0006627340.tif 000033