(57)【要約】【課題】本発明は、センサ数が多い場合でも、演算量を低減することができる混合信号分離・抽出装置を提供することにある。【解決手段】複数の到来波が各々に入射される第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎを所定間隔で配置しておき、第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎで所定の狭帯域にそれぞれ制限し、到来波推定処理部４７では狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、独立成分分析部５０では選択された推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により推定数分の到来波信号を分離・抽出する。【選択図】　　　図１
2004110404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の到来波が各々に入射される複数のセンサと、
前記複数のセンサからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力する複数の帯域制限ろ波器と、
前記複数の帯域制限ろ波器からの狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択する到来波推定処理部と、
前記到来波推定処理部により選択された前記推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記推定数分の到来波信号を分離・抽出する独立成分分析部とを備えたことを特徴とする混合信号分離・抽出装置。
【請求項２】
前記複数のセンサは、
所定間隔で配置された複数のアンテナ又は複数のマイクロフォンから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の混合信号分離・抽出装置。
【請求項３】
複数の到来波が各々に入射される複数のセンサを所定間隔で配置し、
前記複数のセンサからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限し、
前記狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、
前記選択された前記推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記推定数分の到来波信号を分離・抽出することを特徴とする混合信号分離・抽出方法。
【請求項４】
前記複数のセンサからの複数の混合信号は、複数のアンテナ又は複数のマイクロフォンから出力される複数の混合信号であることを特徴とする請求項３に記載の混合信号分離・抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセンサを配置するブラインド信号分離装置に関し、特に、センサ数が多い場合でも、演算量を低減することができる混合信号分離・抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定の間隔で配置された複数のセンサの各々に到達する、複数の信号の混合信号から原信号を得る方法として、ブラインド信号分離（ＢＳＳ：Ｂｌｉｎｄ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）の手法が知られている。
【０００３】
一般に、複数のセンサで観測された観測信号からブラインド信号分離の手法で受信信号を分離・抽出する場合、ある時間間隔で各センサに到達する混合信号をサンプリングしたデジタルデータを用いて演算している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、ブラインド信号分離を演算する手法においては、行列演算を行っている。
しかしながら、センサ数が多い場合、各センサで観測した全てのデータを用いて行列演算を行った場合、データ数が増え演算量が多くなり、この結果、演算時間が増大するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、センサ数が多い場合でも、演算量を低減することができる混合信号分離・抽出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の到来波が各々に入射される複数のセンサと、前記複数のセンサからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力する複数の帯域制限ろ波器と、前記複数の帯域制限ろ波器からの狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択する到来波推定処理部と、前記到来波推定処理部により選択された前記推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記推定数分の到来波信号を分離・抽出する独立成分分析部とを備えたことを要旨とする。
【０００７】
請求項１記載の本発明によれば、図１に示すように、複数の到来波が各々に入射される第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎを所定間隔で配置しておき、第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎで所定の狭帯域にそれぞれ制限し、到来波推定処理部４７では狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、独立成分分析部５０では選択された推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により推定数分の到来波信号を分離・抽出することで、アンテナ数が多い場合でも、独立成分分析に関する演算量を低減することができ、演算時間の低減に寄与することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記複数のセンサは、所定間隔で配置された複数のアンテナ又はマイクロフォンから構成されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の到来波が各々に入射される複数のセンサを所定間隔で配置し、前記複数のセンサからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限し、前記狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、前記選択された前記推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記推定数分の到来波信号を分離・抽出することを要旨とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記複数のセンサからの複数の混合信号は、複数のアンテナ又は複数のマイクロフォンから出力される複数の混合信号であることを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置は、入射信号Ｓ１，・・・，ｎをブラインド信号分離の手法により求めるものである。ブラインド信号分離とは、センサの応答性や信号の性質、入射信号の予備知識なしでセンサ数と同数までの入射信号を分離するアルゴリズムである。このアルゴリズムは、ブラインド信号分離や独立成分分析（ＩＣＡ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）と呼ばれ、多くの公知文献が発表されている。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置は、センサとしてアンテナを使用し、複数のアンテナに入射された複数の入射信号の混合信号から原信号を分離して出力する。なお、以下では、説明を簡単にするために、アンテナの数を「ｎ」とし、入射信号の最大数を「ｎ」として説明するが、アンテナの数及び入射信号の数はこれらに限定されず任意である。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の構成を示すブロック図である。
この混合信号分離・抽出装置は、第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎ、第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎ、帯域制限制御器２５、サンプリング部３０、到来波推定処理部４７、独立成分分析部５０及び出力処理部６０から構成されている。
【００１４】
第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎとしては、バーチカルアンテナ、ダイポールアンテナといった無指向性のアンテナ、及び任意の指向性を持った八木アンテナ等が用いられ、種々の方位からの電波を受信する。これら第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎを設置する間隔や高さは任意である。
【００１５】
第１アンテナ１１１は、空中からの複数の入射信号（電波）Ｓ１〜Ｓｎを受信し、これらが混合された混合信号を第１帯域制限ろ波器２１１に送る。同様に、第２〜第ｎアンテナ１１２〜１１ｎは、空中からの複数の入射信号Ｓ２〜Ｓｎを受信し、これらが混合された混合信号を第２〜第ｎ帯域制限ろ波器２１２〜２１ｎにそれぞれ送る。
【００１６】
第１帯域制限ろ波器２１１は、第１アンテナ１１１からの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させてサンプリング部３０に送る。同様に、第２〜第ｎ帯域制限ろ波器２１２〜２１ｎは、第２〜第ｎアンテナ１１２〜１１ｎからの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させてサンプリング部３０に送る。なお、各第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎが通過させる周波数帯域は同じである。
【００１７】
帯域制限制御器２５は、通過させる周波数帯域、つまり通過させる周波数成分の範囲を指定するための制御信号を生成する。この帯域制限制御器２５で生成された制御信号は、第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎに送られる。第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎは、帯域制限制御器２５からの制御信号に従って、入力された混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させる。
【００１８】
この帯域制限制御器２５は、任意の帯域の周波数成分を通過させるような制御信号を生成できるように構成されている。したがって、帯域制限制御器２５からの制御信号を適宜変更することにより、第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎを通過する周波数帯域を任意に変化させることができる。
【００１９】
サンプリング部３０は、第１〜第ｎ中間周波数変換器３１１〜３１ｎ、局部発振器３５、第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎ及び発振器４５から構成されている。
局部発振器３５は、受信電波を中間周波数に変換するために必要とする発信周波数を有する信号を生成する。この局部発振器３５で生成された信号は、第１〜第ｎ中間周波数変換器３１１〜３１ｎに送られる。
第１〜第ｎ間周波数変換器３１１〜３１ｎの各々は、何れも図示を省略するが、高周波増幅器、周波数混合器及び中間周波数増幅器から構成されている。
【００２０】
高周波増幅器は、受信周波数帯の高周波を、次段の周波数混合器の入力電圧として適当な大きさになるように増幅する。周波数混合器は、高周波増幅器で増幅された信号と局部発振器３５の出力信号とを混合し、それらの和又は差の周波数を作ることにより中間周波数の信号に変換する。中間周波数増幅器は、受信電波の周波数を、より低い中間周波数に変換して増幅する。これにより、安定で高利得の増幅を行うことができ、感度を向上させることができる。
上記のように構成される第１〜第ｎ中間周波数変換器３１１〜３１ｎから出力される信号は、第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎにそれぞれ送られる。
【００２１】
発振器４５は、第１〜第ｎ中間周波数変換器３１１〜３１ｎからの信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを生成する。この発振器４５で生成されたサンプリングクロックは第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎに送られる。
【００２２】
第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎは、発振器４５からの信号をサンプリングクロックとして、第１〜第ｎ中間周波数変換器３１１〜３１ｎからのアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号にそれぞれ変換する。第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎの各々から出力されるデジタル信号は、到来波推定処理部４７に供給される。
【００２３】
到来波推定処理部４７は、到来波の信号数ｋを推定してｎ個のセンサ信号Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）の中からｋ個を無作為に選択して観測信号ｘ１，・・・，ｋ（ｔ）として独立成分分析部５０に送る。到来波推定処理部４７の詳細は後述する。到来波推定処理部４７から出力される観測信号ｘ１，・・・，ｋ（ｔ）は、独立成分分析部５０に供給される。
【００２４】
独立成分分析部５０は、ブラインド信号分離の手法により原信号（入射信号Ｓ１〜Ｓ４）が混合されてなる観測信号から原信号を分離・抽出する。この独立成分分析部５０の詳細は後述する。この独立成分分析部５０で抽出された信号は出力処理部６０に送られる。
【００２５】
出力処理部６０は、第１〜第ｋＤ／Ａ変換器６１１〜６１ｋから構成されている。第１〜第ｋＤ／Ａ変換器６１１〜６１ｋは、独立成分分析部５０からのデジタル信号をアナログ信号にそれぞれ変換し、分離信号Ｏ１〜Ｏｋとしてそれぞれ出力する。
【００２６】
次に、上記のように構成される本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の動作を説明する。
【００２７】
各アンテナ１１１〜１１ｎで観測される入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎにそれぞれ送られる。第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎは、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）の所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部３０に送る。
【００２８】
サンプリング部３０の第１中間周波数変換器３１１は、第１帯域制限ろ波器２１１からの混合信号ｘ１（ｔ）を入力して中間周波数の信号に変換する。
詳しくは、第１中間周波数変換器３１１内の高周波増幅器は混合信号ｘ１（ｔ）を高周波増幅する。この高周波増幅された信号は、局部発振器３５からの信号と混合されてそれらの和又は差の周波数が作られることにより中間周波数の信号に変換される。中間周波数の信号は中間周波数増幅器により増幅されて第１Ａ／Ｄ変換器４１１に送られる。
【００２９】
第１Ａ／Ｄ変換器４１１は、第１中間周波数変換器３１１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
【００３０】
同様に、第２〜第ｎ中間周波数変換器３１２〜３１ｎは、第２〜第ｎ帯域制限ろ波器２１２〜２１ｎからの混合信号ｘ２，・・・，ｎ（ｔ）をそれぞれ入力して中間周波数の信号に変換し、第２〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１２〜４１ｎにそれぞれ送る。
【００３１】
第２〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１２〜４１ｎ、第２〜第ｎ中間周波数変換器３１２〜３１ｎからのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，・・・，ｎ（ｔ）として出力する。この際、サンプリング間隔（サンプリングクロックの周波数）は、各アンテナ１１１〜１１ｎに到達する入射信号Ｓ１，・・・，ｎの時間差の影響が出ない値に調整される。このようにしてサンプリング部３０で生成された観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、到来波推定処理部４７に送られる。
【００３２】
到来波推定処理部４７は、第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎからの観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）をそれぞれ入力し、後述する第１および第２の手法に基づいて、到来波信号の推定数ｋを推定する。
【００３３】
ここで、第１の手法では、観測された時系列データＸ１，Λ，ｎ（ｔ）の相関行列をＲｘｘの固有値で表すと、
【数１】
2004110404.tif 000003
という関係式を得る。
【００３４】
まず、この式（１）から観測データの相関行列の固有値を求め、雑音電力σ２より大きく実質的に有効な信号に関する固有値の数から到来波信号の推定数ｍを推定することができる。
【００３５】
次いで、第２の手法では、例えば文献（ＭＡＴＩ　ＭＡＸ，ＴＨＯＭＡＳ　ＫＡＩＬＡＴＨ，　’Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌｓ　ｂｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　Ｃｒｉｔｅｒｉａ’，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，　Ｓｐｅｅｃｈ，　ａｎｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，　Ｖｏｌ．　ＡＳＳＰ−３３，　Ｎｏ．２，　Ａｐｒｉｌ　１９８５）で示す手法でＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｒｉｔｅｒｉａ）やＭＤＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　Ｌｅｎｇｔｈ）がある。
【００３６】
ＡＩＣ（ｋ）は、ｋ＝１〜ｎの範囲で、
【数２】
2004110404.tif 000004
という計算を行い、最小となるｋの値を到来波信号の推定数ｋとして推定する。
【００３７】
また、ＭＤＬ（ｋ）は、ｋ＝１〜ｎの範囲で、
【数３】
2004110404.tif 000005
という計算を行い、最小となるｋの値を到来波信号の推定数ｋとして推定する。
【００３８】
このように、到来波推定処理部４７では、以上の第１および第２の手法を用いて、到来波信号の推定数ｍ，ｋを推定しておき、推定数ｍ，ｋが（ｍ≦ｋ＜ｎ）を満足する場合には、Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）の中から（ｍ≦ｋ＜ｎ）となるようなｋ個のセンサ信号Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）を無作為に選択して観測信号ｘ１，・・・，ｋ（ｔ）として独立成分分析部５０に送る。
【００３９】
また、複数のアンテナで受信された到来波信号の推定数ｋが推定できた場合、この推定数ｋよりも多く、全アンテナ数より少ない数分のセンサ数の信号を使用してブラインド信号分離を行うことにより演算量を低減するようにしてもよい。
【００４０】
なお、Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）の中から無作為にｋ個を選択する方法としては、例えば、１番目〜ｋ番目までのＸ１，Λ，ｋ（ｔ）をｋ個だけ順に選ぶ方法、１〜ｎの範囲のｋ個の重複しない乱数を発生させてこの乱数番目のＸ１，Λ，ｋ（ｔ）をｋ個だけ選ぶ方法等がある。
【００４１】
独立成分分析部５０は、観測信号ｘ１，・・・，ｋ（ｔ）として送られてくるｋ個のサンプリング時系列を用いて、ブラインド信号分離のアルゴリズムにより、選択された帯域内の信号ｙ（ｔ）を分離・抽出する。
【００４２】
以下、分離・抽出の手順を詳細に説明する。
この第１の実施の形態におけるブラインド信号分離は、時間遅れなく混合された信号の分離に対して用いられる。先ず、その基本となるブラインド信号分離の問題についてここで定義する。信号源が下記式（４）のベクトルで与えられるとする。
【００４３】
【数４】
2004110404.tif 000006
但し、ｓ（ｔ）は、ｎ個の入射信号であり、平均「０」であって、互いに独立であるとする。また、Ｔは転置を表す。
【００４４】
観測信号は、各アンテナ１１１〜１１ｎで観測され帯域制限された時系列データを意味しており、
【数５】
2004110404.tif 000007
で表すものとする。これは、１，・・・，ｎの各アンテナ１１１〜１１ｎで観測された信号であると考えることができる。一般には、アンテナの数と信号源の数とは必ずしも一致しないが、ここでは一致しているものとする。
【００４５】
単純なＩＣＡの問題では、ｓ（ｔ）とｘ（ｔ）との間に、
【数６】
2004110404.tif 000008
なる単純な線形関係を仮定する。Ａは、各アンテナ１１１〜１１ｎの配置と特性で決まる信号混合行列（ｎ行×ｎ列）の実数行列である。ｓ（ｔ）やＡに関する知識を持たずｘ（ｔ）を独立な信号成分に分離する。
【００４６】
即ち、あるｎ×ｎの実数行列を求めることにより、
【数７】
2004110404.tif 000009
で求まる互いに独立なｙ（ｔ）を再構成することがＩＣＡの目的である。Ｂは理想的にはＡ−１となればよいわけだが、そうはならず順番の入れ違い（ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）と大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の任意性は残ってしまう。
【００４７】
この問題の解法の１つとして、確率分布の独立性に基づく分離法がある。各ｓｉ（ｔ）が（強）定常でガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）でないという仮定のもとで、ｙｉ（ｔ）が互いに独立になるようにＢを求める手法がさまざまに提案されているが、それらの多くは次のようにまとめることができる。ｙ（ｔ）を強定常過程として、その同時分布の密度関数を、
【数８】
2004110404.tif 000010
とすると、独立性の定義はｐ（ｙｉ）をｐ（ｙ）のｙｉについての周辺分布として、
【数９】
2004110404.tif 000011
とかける。
【００４８】
同時分布と周辺分布の積との間Ｋｕｌｌｂａｃｋ−Ｌｅｉｂｌｅｒ　発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）は、
【数１０】
2004110404.tif 000012
となる。但し、Ｈ（Ｙ；Ｂ）は同時分布ｐ（ｙ）のエントロピー、Ｈ（Ｙｉ；Ｂ）は周辺分布ｐ（ｙｉ）のエントロピーである。
【００４９】
これは｛Ｙｉ｝（ｉ＝１，・・・，ｎ）の相互情報量である。信号源が正規分布でないという仮定からＫＬ（Ｂ）はｐ（ｙｉ）が互いに独立な場合に限り「０」となる。これらはｐ（ｘ）とＢによって定まるものである。
【００５０】
ここで、ｐ（ｙ）ｄｙ＝ｐ（ｘ）ｄｘ、ｐ（ｙ）＝ｐ（ｘ）／｜Ｂ｜（｜Ｂ｜はＢの行列式）であることに注意すると、
【数１１】
2004110404.tif 000013
となる。
【００５１】
一方、周辺分布のエントロピーは、
【数１２】
2004110404.tif 000014
である。よって、
【数１３】
2004110404.tif 000015
となり、
【数１４】
2004110404.tif 000016
のようにすれば最急降下法として正しいＢを求めることができる。上記式（１４）の中で問題となるのは逆行列（ＢＴ）−１を計算している点である。
【００５２】
収束性に関しては、これにいかなる正定値行列を掛けても構わないことから、ＢＴＢを掛ければ（これは正則な行列の多様体上でのリーマン（Ｒｉｅｍａｎ）計量に対応している）、
【数１５】
2004110404.tif 000017
が新たな学習則となる。定常性の仮定よりｐ（ｓ）、ｐ（ｘ）とｐ（ｙ）は時間的に独立である。この仮定のもと、アンサンブル平均を時間平均に置き換えることができる。
【００５３】
【数１６】
2004110404.tif 000018
したがって、ηを正の定数とし、データが観測される毎に下記式（１７）に従ってパラメータを更新すればＢｔが得られる。
【００５４】
【数１７】
2004110404.tif 000019
ここで、当然問題になるのは、上記式（１３）のｐ（ｙｉ）或いはψ（ｙ）をいかに定義するかである。通常、これはパラメトリックな非線形関数や統計的な展開法が用いられる。
【００５５】
大雑把な考え方を示すと、もしｐ（ｙｉ）が正規分布ならはψ（ｙ）は線形関数となる。一方、正規分布より裾が”重い”場合（ｓｕｂ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）多項式などで近似するのがよく、正規分布より裾が”軽い”場合（ｓｕｐｅｒ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）シグモイド（Ｓｉｇｍｏｉｄ）関数などで近似するのがよいとされている。音声信号などは裾が”軽い”ので、シグモイド関数などがうまく働く。
以上のようにして独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｋ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００５６】
出力処理部６０では、独立成分分析部５０からのデジタル信号として送られてくる信号ｙ１，・・・，ｋ（ｔ）をアナログ信号に変換する。より詳しくは、出力処理部６０から出力される信号ｙ１（ｔ）は、第１Ｄ／Ａ変換器６１でデジタル信号に変換され、分離信号Ｏ１として外部に送出される。同様に、信号ｙ２，・・・，ｋ（ｔ）は、第２〜第ｋＤ／Ａ変換器６１２〜６１ｋでデジタル信号にそれぞれ変換され、分離信号Ｏ２〜Ｏｋとして外部にそれぞれ送出される。
【００５７】
この結果、独立成分分析部５０ではｋ個の観測信号により独立成分分析の演算を行うので、従来のようにｎ個で演算するよりも演算量を低減でき、演算時間の短縮に寄与することができる。
【００５８】
以上説明したように、この第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置によれば、複数の到来波が各々に入射される第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎを所定間隔で配置しておき、第１〜第ｎアンテナ１１１〜１１ｎからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を第１〜第ｎ帯域制限ろ波器２１１〜２１ｎで所定の狭帯域にそれぞれ制限し、到来波推定処理部４７では狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、独立成分分析部５０では選択された推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により推定数分の到来波信号を分離・抽出することで、アンテナ数が多い場合でも、独立成分分析に関する演算量を低減することができ、演算時間の低減に寄与することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置は、センサとしてマイクロフォンを使用し、複数のマイクロフォンに入射された複数の入射信号の混合信号から原信号を分離して出力する。なお、以下では、説明を簡単にするために、アンテナの数を「ｎ」とし、入射信号の数を「ｎ」として説明するが、マイクロフォンの数及び入射信号の数はこれらに限定されず任意である。また、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００６０】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の構成を示すブロック図である。
この混合信号分離・抽出装置は、第１〜第ｎマイクロフォン７１１〜７１ｎ、第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎ、帯域制限制御器２５、サンプリング部９０、到来波推定処理部４７、独立成分分析部５０及び出力処理部６０から構成されている。
【００６１】
第１〜第ｎマイクロフォン７１１〜７１ｎとしては、無指向性、及び任意の指向性を持った種々のマイクロフォンを用いることができ、全方位からの音を受信する。これら第１〜第ｎマイクロフォン７１１〜７１ｎを設置する間隔や高さは任意である。
【００６２】
第１マイクロフォン７１１は、空中からの複数の入射信号（音波）Ｓ１〜ｎを受信し、これらが混合された混合信号を第１帯域制限ろ波モジュール８１１に送る。同様に、第２〜第ｎマイクロフォン７１２〜７１ｎは、空中からの複数の入射信号Ｓ１〜Ｓｎを受信し、これらが混合された混合信号を第２〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎにそれぞれ送る。
【００６３】
第１帯域制限ろ波モジュール８１１は、第１マイクロフォン７１１からの混合信号を増幅するプリアンプと混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させる帯域制限ろ波器とから構成されている。この第１帯域制限ろ波モジュール８１１は、第１マイクロフォン７１１からの混合信号を増幅し、増幅された混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させてサンプリング部９０に送る。
【００６４】
同様に、第２〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１２〜８１ｎは、第２〜第ｎマイクロフォン７１２〜７１ｎからの混合信号を増幅するプリアンプと混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させる帯域制限ろ波器とから構成されている。これらの第２〜第４帯域制限ろ波モジュール８１２〜８１ｎは、第２〜第４マイクロフォン７１２〜７１ｎからの混合信号をそれぞれ増幅し、増幅された混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させてサンプリング部９０にそれぞれ送る。なお、各第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎが通過させる周波数帯域は同じである。
【００６５】
帯域制限制御器２５は、第１の実施の形態のそれと同じである。したがって、帯域制限制御器２５からの制御信号を適宜変更することにより、第１〜第４帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎを通過する周波数帯域を任意に変化させることができる。
【００６６】
サンプリング部９０は、第１〜第ｎ増幅器９１１〜９１ｎ、第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎ及び発振器４５から構成されている。
第１〜第ｎ増幅器９１１〜９１ｎは、第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎからの信号をそれぞれ増幅する。第１〜第ｎ増幅器９１１〜９１ｎで増幅された信号は、第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎにそれぞれ送られる。第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎ及び発振器４５の構成は、第１の実施の形態のそれらと同じである。第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１１〜４１ｎの各々から出力されるデジタル信号は、到来波推定処理部４７に供給される。
到来波推定処理部４７、独立成分分析部５０及び出力処理部６０の構成は、第１の実施の形態のそれらと同じである。
【００６７】
次に、上記のように構成される本発明の第２の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の動作を説明する。
各マイクロフォン７１１〜７１ｎで観測される複数の入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎにそれぞれ送られる。第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎは、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）を増幅した後、所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部９０に送る。
【００６８】
サンプリング部９０の第１増幅器９１１は、第１帯域制限ろ波モジュール８１１からの混合信号ｘ１（ｔ）を入力して増幅する。この第１増幅器９１で増幅された信号は第１Ａ／Ｄ変換器４１１に送られる。
【００６９】
第１Ａ／Ｄ変換器４１１は、第１増幅器９１１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
【００７０】
同様に、第２〜第ｎ増幅器９１１〜９１ｎは、第２〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１２〜８１ｎからの混合信号ｘ２，・・・，ｎ（ｔ）をそれぞれ入力して増幅し、第２〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１２〜４１ｎにそれぞれ送る。
【００７１】
第２〜第ｎＡ／Ｄ変換器４１２〜４１ｎは、第２〜第ｎ増幅器９１２〜９１ｎからのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，・・・，ｎ（ｔ）として出力する。この際、サンプリング間隔（サンプリングクロックの周波数）は、各マイクロフォン７１２〜７１ｎに到達する入射信号Ｓ１，・・・，ｎの時間差の影響が出ない値に調整される。このようにしてサンプリング部９０で生成された観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、到来波推定処理部４７に送られる。
【００７２】
到来波推定処理部４７では、上述した第１および第２の手法を用いて、到来波の信号数ｍ，ｋを推定しておき、（ｍ≦ｋ＜ｎ）を満足する場合には、Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）の中から（ｍ≦ｋ＜ｎ）となるようなｋ個のセンサ信号Ｘ１，Λ，ｎ（ｔ）を無作為に選択して観測信号ｘ１，・・・，ｋ（ｔ）として独立成分分析部５０に送る。
【００７３】
独立成分分析部５０は、観測信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）として送られてくるｋ個のサンプリング時系列を用いて、ブラインド信号分離のアルゴリズムにより、選択された帯域内の信号ｙ（ｔ）を分離・抽出する。分離・抽出の手順は、第１の実施の形態で説明した手順と同じである。この独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００７４】
出力処理部６０では、独立成分分析部５０からのデジタル信号として送られてくる信号ｙ１，・・・，ｋ（ｔ）をアナログ信号に変換する。より詳しくは、出力処理部６０から出力される信号ｙ１（ｔ）は、第１Ｄ／Ａ変換器６１でデジタル信号に変換され、分離信号Ｏ１として外部に送出される。同様に、信号ｙ２，・・・，ｋ（ｔ）は、第２〜第ｎＤ／Ａ変換器６１１〜６１ｋでデジタル信号にそれぞれ変換され、分離信号Ｏ２〜Ｏｋとして外部にそれぞれ送出される。
【００７５】
以上説明したように、この第２の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置によれば、複数の到来波が各々に入射されるマイクロフォン７１１〜７１ｎを所定間隔で配置しておき、第１〜第ｎマイクロフォン７１１〜７１ｎからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール８１１〜８１ｎで所定の狭帯域にそれぞれ制限し、到来波推定処理部４７では狭帯域に制限された複数の観測信号に基づいて、到来波信号の数を推定して複数の観測信号の中から当該推定数分の観測信号を選択し、独立成分分析部５０では選択された推定数分の観測信号に基づいて、独立成分分析の手法により推定数分の到来波信号を分離・抽出することで、マイクロフォン数が多い場合でも、独立成分分析に関する演算量を低減することができ、演算時間の低減に寄与することができる。
【００７６】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、複数のセンサとして、複数のアンテナ及び複数のマイクロフォンを用いたが本発明はこれらに限定されるものではない。複数のセンサとして、例えば、生体の種々の状態を検知するセンサを用いることができる。
【００７７】
なお、独立成分分析部５０におけるブラインド信号分離、独立成分分析などの処理内容については、上述した内容と同様であるので、その説明を省略する。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の到来波を各々に入射するためのセンサ数が多い場合でも、独立成分分析に関する演算量を低減することができ、演算時間の低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１１〜１１ｎ　第１〜第ｎアンテナ
２１１〜２１ｎ　第１〜第ｎ帯域制限ろ波器
２５　帯域制限制御器
３０、９０　サンプリング部
３１〜３４　第１〜第４中間周波数変換器
３５　局部発振器
４１１〜４１ｎ　第１〜第ｎＡ／Ｄ変換器
４５　発振器
４７　到来波推定処理部
５０　独立成分分析部
６０　出力処理部
６１１〜６１ｎ　第１〜第ｎＤ／Ａ変換器
７１１〜７１ｎ　第１〜第ｎマイクロフォン
８１１〜８１ｎ　第１〜第ｎ帯域制限ろ波モジュール
９１１〜９１ｎ　第１〜第ｎ増幅器
【図１】
2004110404.tif 000020
【図２】
2004110404.tif 000021