(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の音響センサを有し、話者からの声を効率的に検出するために、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングするシステムであり、前記話者および前記音響センサは、前記話者の距離だけ話者の方向に離れており、そして、前記話者は、前記音響センサに対して動くことが許されており結果的にある角度範囲で話者の方向が変化するもので、そしてさらに、各音響センサが話者の声に応動して電気信号を作る、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングするシステムであって、
前記システムが、
ａ）前記音響センサに作動的に結合され電気信号を受け取るビームフォーマを備え、前記ビームフォーマはＮ個の異なったビームを形成することができ、ここにおいてＮは１より大きい正の整数であって、各ビームは話者からの声を前記音響センサで検出するのに好ましい方向を規定し、各異なるビームはある角度範囲で実質的に異なった方向に向けられており、さらに前記ビームフォーマは前記音響センサが音声を検出すると各ビームのビームパワーを表わす出力信号を出力し、前記システムはさらに、
ｂ）話者の声を検出するのに一番好ましい方向を決定するように、各ビームのビームパワーを比較するためにビームフォーマに作動的に結合している比較器を備え、前記比較器は、話者の方向の変化に応じて話者の声の一番好ましい検出方向を決定するように、周期的に各ビームにビームパワーを比較するシステム。
【請求項２】
検出期間に話者からの声が検出されたとき、近い側の発話活性期間と規定する、音声活性度検出装置をさらに備え、前記比較器が近い側の発話活性期間においてのみ一番好ましい検出方向を決定する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記音声活性度検出装置が、さらに、検出期間にシステムを使って話者の声が検出されなかったときは近い側の発話不活性期間と規定することと、前記システムが、各ビームのビームパワーを受信するビームフォーマに動作的に結合されたパワー評価装置と雑音レベル評価装置をさらに備え、前記雑音レベル評価装置が近い側の発話不活性期間に周辺雑音を評価し、前記比較器が一番好ましい検出方向を決定するように、前記パワー評価装置が周辺雑音に基づいて各ビームのビームパワーを評価し、前記比較器に供給する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ビームフォーマからの出力信号を、ビームフォーマからの各ビームが前記パワー評価装置と雑音レベル評価装置に送られる前に、濾波するバンドパスフィルタをさらに備える請求項３記載のシステム。
【請求項５】
通信期間に遠い側の話者と通信するために、該システムを使って話者の声を伝送し、前記通信期間に遠い側の話者からの声に応動する遠い側の声信号を受信するトランシーバをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項６】
遠い側の発話不活性期間を表示する音声活性度検出装置をさらに備え、前記比較器が遠い側の発話不活性期間においてのみ一番好ましい検出方向を決定する請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記比較器に送られた遠い側の発話不活性度信号を作るために、遠い側の音声信号と音声活性度検出装置からの信号を受信し、遠い側の発話不活性期間を表示する、バブル雑音検出器をさらに備える請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記比較器が、一番好ましい検出方向を決定するためにあらかじめ定められた時間期間内において各ビームのビームパワーを比較することと、前記あらかじめ定められた期間に決定された一番好ましい検出方向が、前記あらかじめ定められた期間が終わると不変に保たれる請求項１記載のシステム。
【請求項９】
複数の音響センサを使用して、話者からの声を効率的に検出するために、少なくとも一つの話者の方向をトラッキングする方法であり、前記話者と前記音響センサは前記話者の距離だけ話者の方向に離れており、そして、前記話者は前記音響センサに対して動くことが許されており結果的にある角度範囲で話者の方向が変化するもので、そしてさらに、各音響センサが話者の声に応動して電気信号を作る、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングする方法であって、
前記方法が、
ａ）前記電気信号からＮ個の異なったビームを形成するステップを含み、ここにおいてＮは１以上の正の整数であり、各ビームが話者からの声を前記音響センサで検出するのに好ましい方向を規定し、各異なるビームはある角度範囲で実質的に異なった方向に向けられ、各ビームは電気信号に応動するビームパワーを有し、前記システムはさらに、
ｂ）話者の方向の変化に応じて話者の声を検出するのに一番好ましい方向を決定するために、各ビームのビームパワーを比較するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記話者の声が検出期間に検出されたとき、近い側の発話活性期間であると規定するステップをさらに有し、近い側の発話活性期間においてのみ一番好ましい検出方向を決定するように、検出期間の各ビームのビームパワーが互いに比較される請求項９記載の方法。
【請求項１１】
検出期間に話者の声が検出されなかったとき、近い側の発話不活性期間であると決定するステップと、
近い側の発話不活性期間内に周辺雑音を評価するステップと、
一番好ましい検出方向を決定するために各ビームの評価されたビームパワーを使うように、周辺雑音に基づいて、各ビームのビームパワーを評価するステップをさらに有する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
話者が、通信期間に遠隔地の遠い側の話者と通信することと、遠い側の話者の声を受信し、遠い側の発話不活性期間を表示するステップをさらに含み、遠い側の発話不活性期間においてのみ一番好ましい検出方向を決定するために各ビームのビームパワーが比較される請求項９記載の方法。
【請求項１３】
各ビームが前記ビームのパワーに関係するビームフォーマ出力を有することと、ステップｂ）において一番好ましい検出方向を決定する前に、各ビームのビームフォーマ出力を周波数に基づいて濾波する請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記ビームフォーマ出力が、周波数領域１ｋＨｚから２ｋＨｚのバンドパスフィルタで濾波される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
繰り返し周波数８Ｈｚから５０Ｈｚで一番好ましい検出方向が更新され、現在の一番好ましい検出方向と置き換えて新しい一番好ましい検出方向を得ることと、現在の一番好ましい検出方向と新しい一番好ましい検出方向のあいだのビームフォーマの出力の差を滑らかにするように、現在の一番好ましい検出方向ビームフォーマの一部と、新しい一番好ましい検出方向ビームフォーマの一部とを加え合わすステップをさらに有する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記ビームパワー比較ステップがあらかじめ定められた時間期間に実行されることと、前記ようにして決定された一番好ましい検出方向が、前記あらかじめ定められた時間期間が終わると不変に保たれる請求項９記載の方法。
【請求項１７】
前記音響センサが単一の列に配置されている請求項９記載の方法。
【請求項１８】
前記音響センサが２次元の列に配置されている請求項９記載の方法。
【請求項１９】
前記音響センサが３次元の列に配置されている請求項９記載の方法。
【請求項２０】
繰り返し周波数８Ｈｚから５０Ｈｚで一番好ましい検出方向が更新され、現在の一番好ましい検出方向および置き換えて新しい一番好ましい検出方向を得る請求項９記載の方法。
【請求項２１】
現在の一番好ましい検出方向と新しい一番好ましい検出方向とのあいだのビームフォーマの出力の差が２ｄＢを超えたときにのみ、現在の一番好ましい検出方向を新しい一番好ましい検出方向に置き換える請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
ステップｂ）において一番好ましい検出方向を決定する前に、各ビームのビームパワーを調節するように、話者の方向に従って各ビームに重み係数を割り当てるステップをさらに有する請求項９記載の方法。
【請求項２３】
ステップｂ）において一番好ましい検出方向を決定する前に、各ビームのビームパワーを調節するように、話者の位置に従って各ビームに重み係数を割り当てるステップをさらに有する請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ねスピーカ（話者）の声の方向をトラック（追跡）するマイクロフォン列に関するもので、さらに詳しく述べると、手を使わない携帯電話に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話は普通に自動車の中で使われ、自動車のドライバに便利な通信手段を提供している。使用者は、自動車を止めたりパーキングエリアに自動車を持って行くことなく、電話を車内で使用できる。しかし、運転中の携帯電話の使用には、安全上の改善が望まれる。それは、運転者が、片手に持っている電話の位置を常に調整しなければならないという運転者への負担を解消することである。このことは、運転へ注意を払うことから運転者をそらすことを防ぐ。
【０００３】
単一のマイクロフォンと運転者からある距離を隔てておかれた拡声器を使用する、ハンドフリー電話自動車電話システムは、運転中の安全性に関する前記問題の一つの改善策である。しかし、そのような手を使わないハンドフリー電話システムの音声品質は、使用者の手によって支持されたハンドセットを有する電話で通常得られる品質からはほど遠くわるい。前述のハンドフリー電話を使用したときの大きな不都合は、マイクロフォンと使用者の口とのあいだにかなりの距離があり、そして、走行中の自動車内の雑音レベルが高いという事実による。マイクロフォンと使用者の口とのあいだの距離が増加すると、音声／周辺雑音比が劇的に減少する。さらに、音声は容赦なく残響し、自然でなくなり、そして明瞭でなくなる。
【０００４】
幾つかのマイクロフォンを使う（いいかえればマルチマイクロフォン形）ハンドフリー電話は、マイクロフォンを使用者の口元に近づけることなく、音声／周辺雑音比を改善し、音声信号音をもっと自然にすることができる。この方法は、使用者の快適さや利便性を犠牲にするものではない。
【０００５】
マルチマイクロフォンシステムにおける音声強調は、アナログ式またはデジタル式ビームフォーミング技術によって達成される。デジタル式ビームフォーミング技術は、複数のマイクロフォンで受信された電気−音響信号を濾波する複数のデジタル式フィルタを使用するビームフォーマを含み、その濾波された信号は合算される。そのビームフォーマはある方向から到来した信号に応動するマイクロフォン信号を増幅し、他の方向から到来した信号を減衰させる。マイクロフォンシステムの音声／周辺雑音比を改善するために、事実上、そのビームフォーマは感度を増大させたビームを選択された方向の音源に向ける。理想的には、マルチマイクロフォンシステムの出力信号は、使用者の口元に接近して置かれたマイクロフォンのものと同等の音であるべきである。
【０００６】
ビームフォーミング技術自体は公知である。たとえば、エイチ．ワン（H. Wang）とピー．チュー（P. Chu）の「ビデオ会議における自動カメラ照準システムのための音源位置特定」（米国電気電子学会１９９７年音声および音響への信号処理の応用についてのワークショップの議事録  １９９７年（Proceedings of IEEE 1997 Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics 1997））は、音源位置特定のアルゴリズムを開示している。この音源位置特定アルゴリズムの主な欠点は、そのアルゴリズムがマイクロフォンのあいだの間隔が充分に大きいことの必要性であり、たとえば、一つの方向では２３ｃｍ（９”）であり、他方の方向では３０ｃｍ（１１．７”）の間隔であるマイクロフォンシステムでしか使用できないことである。さらに、そこで開示されたマイクロフォンシステムの性能は、周辺雑音レベルが高くそして残響が大きい環境では信頼性に欠ける。
【０００７】
エス．アッフェス（S. Affes）とワイ．グレニア（Y. Grenier）による「音声マイクロフォン列処理のための信号サブスペーストラッキング」（米国電気電子学会の話声および音声の処理についての会報第５巻（IEEE Transaction on Speech and Audio Processing. Vol.5、No.5、pp.425-437））は、サブスペース（局所）トラッキングを有する適合型フィルタを使用する適応型マイクロフォン列ビームフォーミングの方法を開示している。エス．アッフェスとワイ．グレニアによって開示されたシステムの成果もまた、周辺雑音レベルが高くそして残響が大きい環境では信頼性に欠ける。さらに、このシステムは、使用者に約１０ｃｍ（２．５４”）の円の中で、わずかに動くことしか許さない。したがって、前述の両システムは、周辺雑音レベルが常に高く、動きまわる適当な空間を有する一人以上のスピーカ（話者）が居る走行中の自動車の環境の中では、信頼性のある動作をしない。
【０００８】
米国特許第４，７４１，０３８号明細書（エルコ他（Elko et al））は、一またはそれ以上の特定の方向からの音を遮断するために、複数の受信ビームを形成するための複数の電気−音響トランスデューサを使用している音源特定装置を開示している。その開示された装置では、少なくとも一つのビームは走査可能、すなわち左右に振らすことができる。その走査可能なビームは複数の所定の位置をスキャンするために使われ、それらの位置からの音は現在選択されている位置からの音と比較される。
【０００９】
ダブリュー．ケラーマン（W. Kellermann）による「自動操縦デジタルマイクロフォン列」（アイシーエーエスエスピーの議事録−９１の３５８１〜８５８４頁  １９９１年（Proceeding of ICASSP-91, pp.3581-3584、1991））は、新しい投票（競合）アルゴリズムを使う投票によってビームの方向を選択する方法が開示されている。
【００１０】
ジェー．エル．フラナガン他（J. L. Flanagan et al）による「自動方向決定マイクロフォンシステム」（アコースティカ第７３巻５８〜７１頁（Acoustica、Vol.73、pp.58-71））は、マイクロフォンシステムが所望の話者の位置に向けて動的に左右に振られまたは照準合わせされる、講堂のための２方向ビームフォーミングを開示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の諸システムは、複雑過ぎるか、または、周辺雑音レベルが高く、そして車内の話者が広い範囲で動くことが許されている走行中の自動車の車内などの環境で実施するようには設計されていないかの、いずれかである。さらに、前述の諸システムでは、通信の近い側の話者の声とハンドフリー電話システムの拡声器を通った通信の遠い側の話者の声とを区別することができない。
【００１２】
本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、構造が簡単で、かつ、走行中の車内などの環境で使用することができ、通信の近い側の話者の声とハンドフリー電話システムの拡声器を通った通信の遠い側の話者の声とを区別することができる話者をトラッキングする方法およびシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、複数の音響センサを使用して、話者からの声を効率的に検出するために、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングするシステムであり、前記話者および前記音響センサは、前記話者の距離だけ話者の方向に離れており、そして、前記話者は、前記音響センサに対して動くことが許されており結果的にある角度範囲で話者の方向が変化するもので、そしてさらに、各音響センサが話者の声に応動して電気信号を作る、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングするシステムを提供することである。前記システムは、ａ）前記音響センサに作動的に結合され電気信号を受け取るビームフォーマを備え、前記ビームフォーマはＮ個の異なったビームを形成することができ、そして各ビームは話者からの声を前記音響センサで検出するのに好ましい方向を規定し、各異なるビームはある角度範囲で実質的に異なった方向に向けられており、さらに前記ビームフォーマは各ビーム毎に前記音響センサで検出された音声に応動するビームパワーを出力し、前記システムはさらに、ｂ）話者の声を検出するのに一番好ましい方向を決定するように、各ビームのビームパワーを比較するためにビームフォーマに作動的に結合している比較器を備え、前記比較器は、話者の方向の変化に応じて一番好ましい検出方向を決定するように、周期的に各ビームのビームパワーを比較する。
【００１４】
本発明の第２の態様は、複数の音響センサを使用し、話者から声を効率的に検出するために、少なくとも一人の話者の方向をトラッキングする方法であり、前記話者と前記音響センサは前記話者の距離だけ話者の方向に離れており、そして、前記話者は前記音響センサに対して動くことが許されており結果的にある角度範囲で話者の方向が変化するもので、そしてさらに、各音響センサが話者の声に応動して電気信号を作るものを、提供することである。前記方法は、ａ）各ビームが話者からの声を前記音響センサで検出するのに好ましい方向を規定し、各異なるビームはある角度範囲で実質的に異なった方向に向けられるように、前記電気信号からＮ個の異なったビームを形成するステップを含み、ここにおいて、各ビームは電気信号に応動するビームパワーを有し、前記システムはさらに、ｂ）話者の方向の変化に応じて話者の声を検出するのに一番好ましい方向を決定するように、各ビームのビームパワーを周期的に比較するステップを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は図１〜４に関連する詳細な説明を読めば明瞭になるであろう。
【００１６】
図１は、スピーカトラッキングシステム１０の前方に位置する２人のスピーカ（話者）ＡおよびＢの音声を検出し処理するために、列状に配置されている複数のマイクロフォンすなわち音響センサ２０を含む、スピーカトラッキングシステム１０を示している。この配置は、自動車の中で使用するハンドフリー電話と見ることができ、その際、話者Ａは運転者であり、話者Ｂは後部座席の同乗者である。実際上は、それらの話者は一定の範囲で動くことが許されている。話者Ａの運動範囲は符号１０２が付されたループで示されている。角度δＡで示されている大略の方向に沿った、音響センサ２０から話者Ａまでの大略の距離はＤＡで示されている。同様に、話者Ｂの運動範囲は符号１０４が付されたループで示されている。また、角度δＢで示されている大略の方向に沿った、音響センサ２０から話者Ｂまでの大略の距離はＤＢで示されている。
【００１７】
スピーカトラッキングシステム１０は、喋っている話者への好ましい検出方向を選択するために使われる。複数の運動範囲と複数の話者の位置を考慮する際、スピーカトラッキングシステム１０は、角度範囲αの中のＮ個の異なった方向をカバーするように、Ｎ個の異なったビームを形成するように設計されている。各ビームは、α／Ｎの角度範囲をほぼカバーする。好ましい検出方向で検出された生の話者の声に応動している信号が、出力信号６２（Ｔｘ−信号）と表わされている。デジタル形式またはアナログ形式の出力信号６２は、トランシーバ６２（図２参照）に送られ、話者ＡおよびＢは、遠隔の地にいる相手の話者と通信できる。
【００１８】
好ましくは、その音響センサ２０は、水平な線にほぼ沿った単一の列に配置される。しかし、その音響センサ２０は、異なった方向や、２次元または３次元に配置することも可能である。スピーカトラッキングシステム１０が、たとえば自動車内のように比較的小さな空間で使用されるときは、音響センサ２０の数は好ましくは４から６である。しかし、音響センサ２０の数は、利用可能な据え付け空間または希望されるビーム分解能に応じて、それより多くなったり少なくなったりすることができる。
【００１９】
好ましくは、隣接する音響センサ２０のあいだの間隔は約９ｃｍ（３．５４”）である。しかし、隣接する音響センサ２０のあいだの間隔は、音響センサ列の中の音響センサの数に応じて、それより長くなったり短くなったりすることができる。
【００２０】
好ましくは、角度範囲αは約１２０度であるが、それより大きくなったり小さくなったりすることができる。
【００２１】
好ましくは、ビームの数Ｎは６から８であるが、それらのビームのカバーする角度範囲および希望するビーム分解能に応じて、それより多くなったり少なくなったりすることができる。ここで注意するべきことは、各ビームのカバー角度α／Ｎは、そのビームのメインローブからのみ評価したものであることである。実際上、サイドローブのカバー角度はα／Ｎよりずっと大きいものである。
【００２２】
図２は、本発明のスピーカトラッキングシステム１０を使用している、ハンドフリー電話等の遠隔通信装置１００を示している。この遠隔通信装置１００は、１人またはそれ以上の近い側の話者（図１のＡ、Ｂ）が、遠隔の地にいる遠い側の（図示しない）話者と通信することを可能にする。図示されているように、出力信号６２（Ｔｘ−信号）は、遠い側の話者に伝送するためにトランシーバ１４に送られる。任意的に、利得制御装置（ＡＧＣ）１２が出力信号６２の電力レベルを調節するために使われる。
【００２３】
受信機１４によって受信された遠い側の信号３６（Ｒｘ−信号）は、増幅器１６によって処理され増幅される。つぎに、遠い側の話者の声を近い側の話者がハンドフリーで聞くができるように、拡声器１８が使用されて、その処理された信号に応動する音信号１９を作る。
【００２４】
図３はスピーカトラッキングシステム１０の構造を示す。図示されているように、各音響センサ２０は、音響センサ２０からの電気−音響信号がビームフォーマ４０にデジタル形式で送られるように、動作的にＡ／Ｄ変換器２０に結合されている。ビームフォーマ４０は、興味あるすべての領域をカバーするようにＮ個の異なった方向をカバーする、Ｎ個の異なったビームを形成するために使われる。そのビームフォーマ４０のＮ個の信号出力５０はスピーカトラッキングプロセッサ７０に送られ、スピーカトラッキングプロセッサ７０は、Ｎ個の出力信号５０を比較し、そのＮ個の信号出力５０の中で最大の信号／周辺雑音レベルのものを決める。そして、スピーカトラッキングプロセッサ７０は、ある時間の窓において話者の声を受信するのに一番好ましい方向を選択し、信号９０をたとえば重ね合わせ加算器６０などのビームパワー選択装置に送る。その信号９０は、一番好ましい検出方向である到達方向（ＤＯＡと略称する）を示す情報を含んでいる。ビームフォーマ４０からもＮ個の出力信号５０を受信する、その重ね合わせ加算器６０は、スピーカトラッキングプロセッサ７０によって送られたＤＯＡに応じて、出力信号を選択する。そのビームフォーマ４０は、あるサンプリング周期ＦでそれらのＮ個の出力信号を更新、そして、ＤＯＡを更新するために、そのＮ個の更新された出力信号５０をスピーカトラッキングプロセッサ７０に送る。もし、声の好ましい検出方向が変化しなければ、そのＤＯＡは同じままであり、その重ね合わせ加算器６０は新しい出力信号に変化させる必要はない。しかし、もし、話者が動いたり別の話者が喋ったりすると、そのスピーカトラッキングプロセッサ７０は新しいＤＯＡ信号９０を重ね合わせ加算器６０に送る。そして、その重ね合わせ加算器は、そのＮ個の更新された出力信号５０の中から新しい出力信号を選択する。Ｔｘ信号で送られるときの音レベルの急激な変化を避けるために、前のビーム方向と新しいビーム方向に対応する、連続するビームフォーマ出力の部分を組み合わせる重ね合わせ加算処理が使われる。
【００２５】
周辺雑音が大きい環境では、話者の声から雑音を区別するために、音声活性度検出装置を使うことが好ましい。あらかじめ検出レベルを定めることにより、音声活性度検出装置は、音声が存在することと、雑音だけがあることを表示することができる。図示されているように、音声活性度検出装置（Ｔｘ−ＶＡＤ）３２は、話者が喋っている期間と雑音だけの期間とを示すように、スピーカトラッキングプロセッサ７０に信号３３を送るために使われる。同様に、音声活性度検出装置（Ｒｘ−ＶＡＤ）３４は、遠い側の話者の声が検出されたときと、および、遠い側から雑音以外が検出されないときとを示すために、スピーカトラッキングプロセッサ７０に信号３５を送るために使われる。ここで注意するべきことは、その音声活性度検出装置３４はスピーカトラッキングプロセッサ７０の近くにスピーカトラッキングシステム１０の一部として実装することができ、または、信号３５に関する情報をスピーカトラッキングプロセッサ７０に送るために、遠い側の話者の送信端に実装することもできることである。
【００２６】
さらに、遠い側の話者の音に応動する信号３６は、バブル雑音評価のためにスピーカトラッキングプロセッサ７０に送られる。これについては、のちに図４を参照しながら説明する。
【００２７】
好ましくは、方向評価のための更新周波数Ｆは８Ｈｚから５０Ｈｚである。しかし、それより高くすることも低くすることも可能である。信号９０によって表わされているＤＯＡは一般的に１／Ｆで規定される時間窓における好ましい検出方向を表わし、８Ｈｚから５０Ｈｚの更新周波数を用いると、２０ｍｓから１２５ｍｓの範囲の時間窓における好ましい検出方向が得られる。
【００２８】
任意的ではあるが、スピーカトラッキングシステム１０は少なくとも２つの異なるモードで動作させることができる。
１）ＯＮモードでは、スピーカトラッキングシステム１０は、連続的に一番好ましい検出方向を決定するために、各ビームのビームパワーを周期的に比較する、そして
２）フリーズ（ＦＲＥＥＺＥ）モードでは、スピーカトラッキングシステム１０は、短い操縦時間（たとえば数秒）内における一番好ましい検出方向を決定するために、各ビームのビームパワーを比較し、そして、そのようにして決定された一番好ましい検出方向はその操縦時間が終わると不変に保たれる。
【００２９】
動作モードを選択するために、モード制御装置３８が使われ、そのスピーカトラッキングプロセッサ７０にモード信号３９が送られる。
【００３０】
好ましくは、方向を滑らかにするための重ね合わせ加算過程はつぎのようにして行なわれる。ビームフォーマ４０の出力の重ね合わせフレームは台形の窓関数で区切られれ、そしてその重ね合わせ窓フレームが互いに加算される。その窓の傾きは、ビーム方向の変化によって起こる効果を滑らかにするのに充分なだけ長くされている。Ｔｘ信号６２は、重ね合わせ加算装置６０で滑らかにされたときの、サンプリング窓の中において選択ビームのビームパワーを表わしている。典型的な重ね合わせ時間は５０ｍｓである。
【００３１】
図４は、本発明のスピーカトラッキングプロセッサ７０によって実行される方向評価プロセスを示す。図示されているように、Ｎ個出力信号５０のそれぞれは、音声／周辺雑音比とビームフォーマ指向性を最適にするために、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７２によって濾波される。好ましくは、そのバンドパスフィルタ周波数は１ｋＨｚから２ｋＨｚである。そのバンドパスフィルタを通った信号７３は、同時に、雑音レベル評価装置８２およびビームパワー評価装置７４に送られる。音声活性度検出器３２（図３参照）で作られたＴｘ−ＶＡＤ信号３３は、雑音レベル評価装置８２および比較決定装置８０の両方に送られる。
【００３２】
Ｔｘ−ＶＡＤ信号３３によって雑音だけの期間と示されているあいだは、雑音レベル評価装置８２は各ビームの雑音レベルを評価する。好ましくは、雑音パワーレベルは、下記の方程式で表わされる一次の無限インパルス応答（ＩＩＲ）プロセスで評価される：
ｎk,i+1＝α1ｎk,i＋（１−α1）ΣFLENｘ2k,i／ＦＬＥＮ
ここおいて、ｎk,iはサンプリング窓ｉにおけるｋ番目のビームの雑音パワーレベル、αlは１以下の定数、そしてｘk,iは雑音だけの期間におけるフィルタを通ったＮ個の信号出力７３の中の、ｋ番目のフィルタを通ったビームフォーマ出力のｉ番目のフレームのものである。ＦＬＥＮは雑音評価のために使われるフレームの長さである。Ｎ個のビームのそれぞれについて評価された雑音パワーレベル８３は、ビームパワー評価装置７４に送られる。
【００３３】
バンドパスフィルタを通ったビームフォーマの出力７３と、対応するビーム方向の評価された雑音パワーレベル８３に基づいて、ビームパワー評価装置７４は、以下の方程式で表わされるプロセスで、バンドパスフィルタを通ったそれぞれの出力７３のパワーレベルを評価する。
【００３４】
Ｐk,i+1＝α2Ｐk,i＋（１−α2）ΣFLENｘ2k,i／（ＦＬＥＮ*ｎk,i）
ここにおいて、Ｐk,iはサンプリング窓ｉにおけるｋ番目のビームのパワーレベル、そしてα2は１以下の定数である。各パワーレベルは、対応するビームの雑音レベルで規格化される。この規格化プロセスは、異なったビーム方向の音声のパワーの差だけを取り出すことに役立つ。これは、また、生じ得るビームの幅の相違によるパワーレベルの相違を少なくすることに役立つ。
【００３５】
評価されたパワーレベルＰk,i+1（ｋ＝１，Ｎ）は、つぎのＤＯＡを選択するためのパワーレベル調節器７８に、信号７５として送られる。
【００３６】
音響センサ２０から話者Ａまでの距離は音響センサ２０から話者Ｂまでの距離より短いので、音響センサで検出されたとき、話者Ｂからの音響レベルのほうが一般的には小さい。より弱い音を大きくするために、異なった話者からの音に応動するそれぞれの信号に重み係数を与えることが可能である。たとえば、ほぼ話者Ｂの方向に向けられているビームには重み係数１を与え、他方、ほぼ話者Ａの方向に向けられているビームには重み係数０．８を与えることができる。しかし、もし運転者を優先するスピーカトラッキングシステムを設計することが好ましければ、そのときは、大きな重み係数を大略運転者の方向に向いているビームに与えることができる。
【００３７】
調節されたパワーレベル７９は、比較決定装置８０に送られる。
【００３８】
ビームパワー評価装置７４からの評価されたパワーレベルが直接に比較決定装置８０に送られるように、規格化装置７６とパワーレベル調節器７８を省略することもできる。受信したパワーレベルに基づいて、比較決定装置８０は最大のパワーを選択する。
【００３９】
遠隔地の遠い側の話者が近い側の話者（図１のＡ、Ｂ）に話すとき、遠い側の声はハンドフリー電話装置（図２参照）の拡声器で再生される。拡声器による遠い側の声は、どちらがＤＯＡの選択のために使われるべきかに関して、比較決定装置８０を混乱させるであろう。このため、遠い側の話者が喋っていないときに、つぎのＤＯＡの選択することが好ましい。この目的のために、Ｒｘ−信号３６とＲｘ−ＶＡＤ信号３５に基づいて、遠い側の話者の発話（発声）が不活性の期間を示す信号８５を作るバブル雑音検出器８４を使うことが好ましい。さらに、近い側の発話が活性の期間に（Ｔｘ−ＶＡＤ＝１）、つぎのＤＯＡを選択することが好ましい。Ｔｘ−ＶＡＤ＝１のとき、車内で誰かが喋っている。
【００４０】
このようにして、近い側の発話が活性で、遠い側の発話が不活性であるときにのみ、現在選択されている方向のパワーレベルは他の方向のパワーレベルと比較される。もし、他の方向の一つが明確により高いレベルであれば、たとえば、２ｄＢ以上の差異があれば、その方向が新しいＤＯＡとして選ばれる。ＶＡＤの大きな利点は、スピーカトラッキングシステム１０が真に近い側の発話にのみ反応し、雑音に関係しているインパルスや、ハンドフリー電話システムの拡声器からの遠い側の話者の声に反応しないことである。
【００４１】
以上に説明してきたものは、ハンドフリー自動車電話の中で使うことができるスピーカトラッキングシステムである。しかし、同じスピーカトラッキングシステムは異なった環境、たとえば、ビデオまたは遠隔通信会議等の状況においても使うことができる。さらに、図１〜４に関連する詳細な説明では、音響センサ２０からの電気／音響信号はデジタル形式でビームフォーマ４０に送られている。したがって、フィルタ−加算法によるビームフォーミング技術が使われている。しかし、音響センサ２０からの電気／音響信号はアナログ形式でもビームフォーマ４０に送られることができる。それに従って、ビームフォーミングのために、遅延−加算法による技術を使うことができる。さらに、音響センサ２０は、異なった配置で２次元または３次元に配置されることができる。ここで理解しておくべきことは、単一の音響センサ列を使うビームフォーミングプロセスでは、ビームを一方向に操舵する（左右に振らす）ことしかできないが、２次元に音響センサ列を使うビームフォーミングプロセスでは、ビームを２方向に操舵することができることである。３次元音響センサ列を使うと、話者の方向に加えて話者との距離を決定することができる。２次元または３次元音響センサ列を使うシステムは、構成は複雑になるが、スピーカトラッキングの原理は同じままである。
【００４２】
本発明がそれの好ましい実施例に関連して説明されてきたが、本発明の精神と技術的範囲から離れることなく、形式または詳細についての以上に述べたまたは種々の他の変形、省略、変更が可能であることは、当業者には理解できるであろう。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、構造が簡単で、かつ、走行中の車内などの環境で実施することができ、通信の近い側の話者の声とハンドフリー電話システムの拡声器を通った通信の遠い側の話者の声とを区別することができる話者の方向をトラッキングする方法およびシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のスピーカトラッキングシステムの概念図であり、異なった距離で異なった方向に位置する二人の話者からの音を検出するように、列状に並べられた複数のマイクロフォンを示している。
【図２】  本発明にかかわる遠隔通信装置として使われるトランシーバに接続されているスピーカトラッキングシステムを示すブロックダイアグラムである。
【図３】  本発明にかかわるスピーカトラッキングシステムの要素を示しているブロックダイアグラムである。
【図４】  本発明のスピーカトラッキングシステムの詳細を示しているブロックダイアグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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