(57)【要約】【課題】この発明は、マイクロホンアレーを構成する各マイクロホンの受信信号を、互いに遅延時間差のない信号に変換できるマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法を提供することを目的とする。【解決手段】可搬型機器に搭載されかつ可搬型機器を基準とした３次元空間のｘｙ平面上に原点から等しい距離に配置された３以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法において、各マイクロホンに目的音源信号が到達する際の遅延時間の差が０となるように、マイクロホンアレー座標系をｘ軸周りおよびｙ軸周りに回転させたとした場合の、ｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角を、所定時間毎に算出するステップ、および算出したｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角に基づいて各マイクロホンの受信信号を遅延時間差のない信号に変換するステップを備えている。【選択図】　図２
2004112701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可搬型機器に搭載されたマイクロホンアレーの座標系の逐次的補正方法において、
マイクロホンアレーに対する音源方向が一定に保たれるように、マイクロホンアレー座標系を逐次的に補正することを特徴とするマイクロホンアレー座標系の逐次的補正方法。
【請求項２】
可搬型機器に搭載されかつ可搬型機器を基準とした３次元空間のｘｙ平面上に原点から等しい距離に配置された３以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法において、
各マイクロホンに目的音源信号が到達する際の遅延時間の差が０となるように、マイクロホンアレー座標系をｘ軸周りおよびｙ軸周りに回転させたとした場合の、ｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角を、所定時間毎に算出するステップ、および
算出したｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角に基づいて各マイクロホンの受信信号を遅延時間差のない信号に変換するステップ、
を備えていることを特徴とするマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法。
【請求項３】
可搬型機器に搭載されかつ可搬型機器を基準とした３次元空間のｘｙ平面上に原点から等しい距離に配置された３以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正装置において、
各マイクロホンに目的音源信号が到達する際の遅延時間の差が０となるように、マイクロホンアレー座標系をｘ軸周りおよびｙ軸周りに回転させたとした場合の、ｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角を、所定時間毎に算出する手段、および
算出したｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角に基づいて各マイクロホンの受信信号を遅延時間差のない信号に変換する手段、
を備えていることを特徴とするマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロホンアレー座標系の逐次的補正方法、マイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法および補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、遠隔発話音声認識を実現するためのアプローチの１つとして、マイクロホンアレーを用いた雑音除去に関する研究が盛んに行われている。また、注目を浴びつつある携帯型音声認識装置において、現状では音声認識の性能確保のために接話マイクロホンを利用する必要があるが、将来的にはＰＤＡ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）　等でのマイクロホンアレーの利用が想定される。
【０００３】
しかし、モバイル機器でのマイクロホンアレーの利用は、各マイクロホン素子の空間的な位置が時々刻々と変化するため、音源方向が固定されていたとしても適応的にビームパターンを設計する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、マイクロホンアレーに対する音源方向を一定に保つことができ、固定ビームフォーミングの利用が可能となるマイクロホンアレー座標系の逐次的補正方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また、この発明は、マイクロホンアレーを構成する各マイクロホンの受信信号を、互いに遅延時間差のない信号に変換できるマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法および補正回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、可搬型機器に搭載されたマイクロホンアレーの座標系の逐次的補正方法において、マイクロホンアレーに対する音源方向が一定に保たれるように、マイクロホンアレー座標系を逐次的に補正することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、可搬型機器に搭載されかつ可搬型機器を基準とした３次元空間のｘｙ平面上に原点から等しい距離に配置された３以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正方法において、各マイクロホンに目的音源信号が到達する際の遅延時間の差が０となるように、マイクロホンアレー座標系をｘ軸周りおよびｙ軸周りに回転させたとした場合の、ｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角を、所定時間毎に算出するステップ、および算出したｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角に基づいて各マイクロホンの受信信号を遅延時間差のない信号に変換するステップを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、可搬型機器に搭載されかつ可搬型機器を基準とした３次元空間のｘｙ平面上に原点から等しい距離に配置された３以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号の補正装置において、各マイクロホンに目的音源信号が到達する際の遅延時間の差が０となるように、マイクロホンアレー座標系をｘ軸周りおよびｙ軸周りに回転させたとした場合の、ｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角を、所定時間毎に算出する手段、および算出したｘ軸周りの回転角およびｙ軸周りの回転角に基づいて各マイクロホンの受信信号を遅延時間差のない信号に変換する手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
〔１〕マイクロホンアレー座標系の定義
【００１１】
図１は、マイクロホンアレー座標系を示している。
【００１２】
マイクロホンアレーは、可搬型機器に搭載されている。マイクロホンＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、可搬型機器を基準とした３次元空間（３次元座標系）のｘｙ平面上に、原点ｏを重心とする１辺の長さが２ｄの正三角形の頂点に配置されている。マイクロホンＭｉ　（ｉ＝１，２，３）の座標ｐｉ　は、幾何学的な関係から次式（１），（２），（３）のように表される。
【００１３】
【数１】
2004112701.tif 000003
【００１４】
また、座標系をｘ，ｙ軸周りに回転する場合の回転角θｘ　，　θｙ　は、回転軸となる座標軸の正の方向側から原点ｏを見て、座標を反時計周りに回す場合に回転角が正の値をとるように定義する。このとき、ｘ，ｙ軸周りの回転に関する回転行列Ｔｘ　（θｘ　），　Ｔｙ　（θｙ　）は、次式（４）、（５）のように与えられる。
【００１５】
【数２】
2004112701.tif 000004
【００１６】
したがって、時刻ｊにおける回転角をθｘ　，　θｙ　とすると、マイクロホンＭｉ　の座標ｐｉ　（ｊ）　は、次式（６）のように与えられる。
【００１７】
【数３】
2004112701.tif 000005
【００１８】
〔２〕マイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号を補正するための回路の説明
【００１９】
図２は、マイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号を補正するための回路を示している。
【００２０】
各マイクロホンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の受信信号ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）は、補正回路１０に送られる。補正回路１０は、受信信号ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）の遅延時間の差が０となるように、受信信号ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）を補正し、信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ），ｙ３（ｔ）として出力する。以下、補正回路１０による補正方法について説明する。
【００２１】
この実施の形態では、簡単化のために信号はすべて平面波で到来すると仮定する。目的音源信号をｓ（ｔ）　とし、これがマイクロホンＭｉ　へ到来する際の遅延時間をδｉ　とすると、マイクロホンＭｉ　での受音信号ｘｉ　（ｔ）　は、一般に次式（７）のように表される。
【００２２】
【数４】
2004112701.tif 000006
【００２３】
ただし、ｎｉ　（ｔ）　はマイクロホンＭｉ　での雑音信号である。
【００２４】
ここで、マイクロホンアレーに対する目的音源方向が、ｚ軸上、すなわち、各マイクロホン間の遅延時間差が０になるようにマイクロホンアレー座標系を回転角θｘ　，　θｙ　だけ回転したとする。
【００２５】
このとき、遅延時間δｉ　は、回転角θｘ　，　θｙ　を用いて、次式（８）のように表すことができる。
【００２６】
【数５】
2004112701.tif 000007
【００２７】
ただし、ｃは音速である。この遅延時間δｉ　（θｘ　，　θｙ　）を用いて補正された出力信号ｙｉ　（ｔ）　は、次式（９）のように表すことができる。
【００２８】
【数６】
2004112701.tif 000008
【００２９】
ただし、ｓｉｎｃ（ｘ）　＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘ　で与えられ、Ｔはサンプリング間隔である。ここで、次式（１０）のような二乗誤差ｅを用いる。
【００３０】
【数７】
2004112701.tif 000009
【００３１】
これは、各出力信号ｙｉ　間の遅延時間差が０になった際に最小値をとる評価関数である。この二乗誤差ｅを最小化する回転角θｘ　，　θｙ　の推定に最急降下法を用いると、ｋ＋１回目に推定された回転角θｘ　（ｋ＋１）　，　θｙ　（ｋ＋１）　は、ｋ回目に推定された回転角θｘ　（ｋ）　，　θｙ　（ｋ）　によって、次式（１１），（１２）のように求められる。
【００３２】
【数８】
2004112701.tif 000010
【００３３】
ただし、μはステップサイズパラメータである。
【００３４】
つまり、補正回路１０は、上記式（１１），（１２）に基づいて、前回算出した出力信号ｙｉ　間の遅延時間差が０となるような回転角θｘ　，　θｙ　を算出し、得られた回転角θｘ　，　θｙ　と上記式（１０）とに基づいて、出力信号ｙｉ　を算出する。
【００３５】
なお、前回算出した出力信号ｙｉ　間の遅延時間差が０となるような回転角θｘ　，　θｙ　を算出することは、言い換えれば、マイクロホンアレーに対する音源方向が一定に保たれるように、マイクロホンアレー座標系を補正することに相当する。
【００３６】
〔３〕評価
本発明手法の有効性を確認するため、計算機シミュレーションによる評価を行った。
【００３７】
〔３．１〕シミュレーション条件
目的音源信号は平均０，分散０．０５のｓｈａｐｅｄ　ｇａｕｓｓｉａｎ　ｎｏｉｓｅ　を用いた。雑音信号は０とした。なお、マイクロホン間距離２ｄは０．１ｍ，　サンプリング周波数は４８ｋＨｚ　とした。
【００３８】
マイクロホンＭｉ　での受音信号ｘｉ　（ｔ）　は、目的音源信号を＋３，−５，＋２サンプル，および−４，＋３，＋１サンプルシフトしたもので模擬した。ただし，１サンプルはサンプリング間隔Ｔである。
【００３９】
また、回転角θｘ　，　θｙ　の推定における式（１１），（１２）のステップサイズパラメータμは０．０１とし、回転角の初期値θｘ　（０）　，　θｙ　（０）　は０ｒａｄ　とした。
【００４０】
〔３．２〕シミュレーション結果
シミュレーション結果を図３に示す。横軸は更新回数ｋ，縦軸は推定した回転角θｘ　，　θｙ　である。実線は、目的音源信号を＋３，−５，＋２サンプルシフトし模擬した受音信号ｘｉ　（ｔ）　な対する結果を示し、破線は目的音源信号を−４，＋３，＋１サンプルシフトし模擬した受音信号ｘｉ　（ｔ）　に対する結果を示している。回転角の推定値は、理論値（θｘ　，　θｙ　）＝（０．３０，０．５９），（０．１４，−０．５１）にそれぞれ収束していることが確認できる。
【００４１】
〔４〕まとめ
モバイル機器での利用が想定される可搬型マイクロホンアレーにおいて、マイクロホンアレーに対する音源方向が一定に保たれるように、マイクロホンアレー座標系を逐次的に補正する手法を提案し、計算機シミュレーションにより、補正が可能であることを確認した。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、マイクロホンアレーに対する音源方向を一定に保つことができ、固定ビームフォーミングの利用が可能となる。
【００４３】
この発明によれば、マイクロホンアレーを構成する各マイクロホンの受信信号を、互いに遅延時間差のない信号に変換できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロホンアレー座標系を示す模式図である。
【図２】マイクロホンアレーにおけるマイクロホン受信信号を補正するための回路の構成を示すブロック図である。
【図３】シミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：マイクロホン
【図１】
2004112701.tif 000011
【図２】
2004112701.tif 000012
【図３】
2004112701.tif 000013