(57)【要約】【課題】従来のブラインド信号分離方法においては、出力信号間を互いに統計的に独立にするために、３次以上高次の複雑な統計量を使用するため、計算が複雑になるだけでなく、計算を近似するための誤差が無視できないという問題があり、また、各時刻の集合平均に基づく２次統計量に従って瞬時値の積などで近似する方法では、近似誤差が無視できないという問題があった。【解決手段】非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算（分離行列Ｃ）を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、その求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を上記観測信号に施すことにより、複数の観測信号から所望の源信号を分離するように構成した。【選択図】　　　　図１
2004109377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施すことにより、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離方法。
【請求項２】
　非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割する手段、
該手段により分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求める手段、および
該手段により求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施す手段
を具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離装置。
【請求項３】
　非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割するステップ、
該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求めるステップ、および
該求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施すステップ
を具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離のためのコンピュータプログラム。
【請求項４】
非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択し、該選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施すことにより、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離方法。
【請求項５】
非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割する手段、
該手段により分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択する手段、および
該手段により選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施す手段
を具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離装置。
【請求項６】
非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割するステップ、
該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択するステップ、および
該選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施すステップを具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするブラインド信号分離のためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラインド信号分離方法、装置およびそのためのコンピュータプログラム関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラインド信号分離方法とは、例えば、複数の人が会話をしている室内に、複数のマイクロホンを配置し、マイクロホンごとに近くにいる人の声が混ざって集音された複数の観測信号を得て、それら観測信号に、以下に説明するような線形演算を施すことにより、所望の人の声のみを分離して取り出す技術である。この、ブラインド信号分離方法によれば、出力信号間を互いに統計的に独立にすることにより、複数の観測信号から所望の源信号を分離できることが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、分離する信号は音声信号のみでなく、画像信号あるいはさまざまな測定データ等を対象とするものである。
【０００３】
しかし、ブラインド信号分離方法を実施するにあたって、出力信号間を互いに統計的に独立にするためには、出力信号間の２次の統計量である相互相関関数
【外１】
2004109377.tif 000003
を０にするだけでは不十分で、より高次の統計量を扱う必要があり、処理が複雑になる。ここに、
【外２】
2004109377.tif 000004
は、集合平均を表している。
【０００４】
例えば、出力信号間の独立性を近似するために、４次の統計量である
【外３】
2004109377.tif 000005
を０にするニューラルネットワークを利用している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
これに対して、別の文献においては、源信号が非定常という条件を付け加えることにより、出力信号を全ての時刻で互いに無相関化すれば（全てのｔに対して、
【数１】
2004109377.tif 000006
とする）、信号分離が可能であることを示している（例えば、非特許文献２参照）。
ただし、この方法では、相関関数を各時刻の集合平均に基づいて定義しているため、そのままでは実際への応用は難しく、出力信号の瞬時値の積などで相関関数を近似せざるを得ない。
【０００６】
【特許文献１】
特許公開２００２−８４５９３号公報
【特許文献２】
特許公表２００２−５０７３５１号公報
【非特許文献１】
甘利俊一「独立成分解析：多変量データの新しい分解法」情報処理４１巻１０号、１０９０−１０９５　頁、情報処理学会（２０００年１０月刊行）
【非特許文献２】
Ｋ．Ｍａｔｓｕｏｋａ，Ｍ．Ｏｈｙａ　ａｎｄ　Ｍ．Ｋａｗａｍｏｔｏ　，“　Ａ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔ　ｆｏｒ　Ｂｌｉｎｄ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆ　Ｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　Ｓｉｇｎａｌｓ　”Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗａｒｋｓ　，Ｖｏｌ．８，　Ｎｏ．３，　ｐｐ．４１１−４１９（１９９５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のブラインド信号分離方法においては、出力信号間を互いに統計的に独立にするために、３次以上高次の複雑な統計量を使用するため、計算が複雑になるだけでなく、計算を近似するための誤差が無視できないという問題があった（甘利俊一の文献をはじめとする、ほとんどのブラインド信号分離方法において）。
【０００８】
また、Ｋ．Ｍａｔｓｕｏｋａらの文献に記載の方法によれば、各時刻の集合平均に基づく２次統計量に従って瞬時値の積などで近似しているため、近似誤差が無視できないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、従来のブラインド信号分離方法において問題であった計算の複雑さや、無視できない近似誤差といった点を排除したブラインド信号分離方法、装置およびそのためのコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し、より高性能なブラインド信号分離方法を行うためには、なるべく低次の統計量（相関関数が望ましい）に基づき、かつ、その統計量を高精度に近似することが可能な方法が必要であるという認識に基づいて、本発明では、複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、その分割した各ブロックごとに処理を行うようにしたものである。
【００１１】
人の声など実際に扱う信号は、短時間では定常性が仮定できるが、ある一定時間を超えると、非定常であるという性質をもつ。そのため、いま、ブロックの時間長を、定常性が仮定できる範囲の長さに選べば、その定常性に従って、集合平均に基づくブロック内相関関数を、時間平均に基づく相関関数で求めることが可能になる。
【００１２】
また、ブラインド信号分離方法において、信号を分離する線形演算は、出力信号を互いに統計的に独立化する演算であることが知られている。一方、統計的に独立な２つの信号は無相関であるが、無相関な２つの信号は統計的に独立であるとは限らず、独立性は無相関性より一層厳しい条件となっている。従って、出力信号を無相関化する線形演算の集合には、出力信号を独立化する真の分離解だけでなく、出力信号を単に無相関化するだけの演算も含まれている。ところが、ブロック間で非定常性が成り立てば、線形演算の集合の共通部分は、ブロック数を増やすに従ってその要素数が減少し、いずれは、真の分離解に収束する。
【００１３】
本発明によるブラインド信号分離方法、装置およびそのためのコンピュータプログラムは、人の声などの信号には上記のような性質があるということに基づいて、ブロック分割の処理と、時間平均に基づいた相関関数を用い、各ブロックごとに出力信号を互いに無相関化する線形演算（分離行列）の集合を求め、得られた線形演算の集合の共通部分を求めていくことによって、真の分離解を算出し、信号分離を行うという手法を用いてブラインド信号分離を行うものである。
【００１４】
すなわち、本発明ブラインド信号分離方法は、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施すことにより、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明ブラインド信号分離装置は、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割する手段、　該手段により分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求める手段、および該手段により求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施す手段を具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明ブラインド信号分離のためのコンピュータプログラムは、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割するステップ、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求めるステップ、および該求めた線形演算の集合の共通部分として得られた線形演算を前記観測信号に施すステップを具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明ブラインド信号分離方法は、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割し、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択し、該選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施すことにより、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明ブラインド信号分離装置は、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割する手段、該手段により分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択する手段、および該手段により選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施す手段を具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明ブラインド信号分離のためのコンピュータプログラムは、非定常な複数の源信号が線形に混合された複数の観測信号を一定時間ごとのブロックに分割するステップ、該分割した各ブロックごとの観測信号に線形演算を施して得られた出力信号を互いに無相関にする線形演算の集合を求め、該求めた線形演算の集合の共通部分と、新たに追加したブロックについて求めた線形演算の集合との共通部分の集合をさらに求め、該求めた共通部分の集合から線形演算を１つ選択するステップ、および該選択した線形演算を前記新たに追加したブロックの観測信号に施すステップを具えて、前記複数の観測信号から所望の源信号を逐次的に分離するようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明によるブラインド信号分離のための手順の一実施形態をブロック図にて示している。
本実施形態においては、源信号、観測信号および出力信号をそれぞれＮ個ずつ扱うものとし、ブロツク長をＴ、ブロツク番号をｔ、ブロツク内の時刻をτで表し、また、ｔ番目のブロツクについてτ番目の源信号、観測信号、出力信号の各ベクトルをそれぞれ
【外４】
2004109377.tif 000007
【外５】
2004109377.tif 000008
【外６】
2004109377.tif 000009
と記す。
なお、Ｋ．Ｍａｔｓｕｏｋａらによる従来のブラインド信号分離方法は、観測信号をブロックに分割していないので、図１において、例えば、“ｓｔ　（１）（τ）”と記されているところを瞬時値を表す“ｔ”を用いて“ｓ（１）（ｔ）”に置き換えたかたちで表現される。
【００２１】
ここで、〔外４〕、〔外５〕、〔外６〕は、それぞれ（１），（２），（３）式で表される。
【数２】
2004109377.tif 000010
【数３】
2004109377.tif 000011
【数４】
2004109377.tif 000012
【００２２】
図２は、本発明により、信号を一定時間ごとのブロックに分割して各ブロックごとに無相関化する処理を示している。
ここで、源信号は非定常信号であるが、各ブロック内では定常となるようにブロック長Ｔを選ぶものとする。
いま、図１に示す混合過程、分離過程における線形演算（それぞれ混合行列、分離行列）をそれぞれＡ，Ｃで表すと、混合過程、分離過程はそれぞれ（４），（５）式で表される。
【数５】
2004109377.tif 000013
【数６】
2004109377.tif 000014
【００２３】
また、
【外７】
2004109377.tif 000015
【外８】
2004109377.tif 000016
を、それぞれ源信号および出力信号のベクトル〔外４〕、〔外６〕のｉ番目の要素とする（図１参照）。このとき、源信号のｉ番目の要素〔外７〕とｊ番目の要素
【外９】
2004109377.tif 000017
との相関関数
【外１０】
2004109377.tif 000018
は、（６）式
【数７】
2004109377.tif 000019
で推定できるものとする。
【００２４】
同様に、出力信号のｉ番目の要素〔外８〕とｊ番目の要素
【外１１】
2004109377.tif 000020
との相関関数
【外１２】
2004109377.tif 000021
は、（７）式
【数８】
2004109377.tif 000022
で推定できるものとする。
【００２５】
次に、各ブロックごとに、上記求めた出力信号のｉ番目の要素〔外８〕とｊ番目の要素〔外１１〕との相関関数〔外１２〕（ここに、ｉ，ｊ＝１，・・・，Ｎ；ｉ≠ｊ）を０にする線形演算（分離行列Ｃ）の集合を求めていく。
【００２６】
いま、ｔ番目のブロックで得られた線形演算の集合を
【外１３】
2004109377.tif 000023
で表し、出力信号を互いに統計的に独立とする線形演算の集合を
【外１４】
2004109377.tif 000024
で表すものとする。
このとき、出力信号が互いに統計的に独立ならば、互いに無相関であるから、（８）式
【数９】
2004109377.tif 000025
が成り立つ。
【００２７】
いま、
【数１０】
2004109377.tif 000026
とおくと、
【外１５】
2004109377.tif 000027
は単調減少の集合列であり、ｔを大きくしていくにつれて
【外１６】
2004109377.tif 000028
に収束する。
図３は、この収束する様子、すなわち、出力信号を無相関化する線形演算の集合が、真に信号を分離する線形演算に収束する様子を示している。
【００２８】
このとき、もし、
【数１１】
2004109377.tif 000029
が成立すれば、互いに統計的に独立な出力信号が得られ、信号は分離されたことになる。
なお、源信号、観測信号、出力信号がそれぞれ２個ずつの場合には、ｔブロックにおける出力信号の相関関数は、
【外１７】
2004109377.tif 000030
で表される。この場合には、〔外１７〕を最小化する線形演算（分離行列Ｃ）を最急降下法などを用いて求めればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラインド信号分離を行うに際して、時間平均に基づいて相関関数を計算しているため、相関関数の推定精度が向上し、結果として、より精度の高い分離性能が期待できる。これに対し、従来の方法（Ｋ．Ｍａｔｓｕｏｋａらの方法）では、出力信号の相関関数の代わりに瞬時値の積を使用しているため、近似誤差が無視できなくなるという問題があった。
【００３０】
なお、本発明は、ブラインド信号分離に関する基本的な発明であるから、ブラインド信号分離が適用できるすべての分野、例えば、音源分離、画像分離、種々の測定データの分離等に使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラインド信号分離のための手順の一実施形態をブロック図にて示している。
【図２】本発明により、信号を一定時間ごとのブロックに分割して各ブロックごとに無相関化する処理を示している。
【図３】出力信号を無相関化する分離行列の集合が、真に信号を分離する分離行列に収束する様子を示している。
【符号の説明】
Ａ　　混合過程における線形演算（混合行列）
Ｃ　　分離過程における線形演算（分離行列）
【図１】
2004109377.tif 000031
【図２】
2004109377.tif 000032
【図３】
2004109377.tif 000033