(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を受信するマイクロフォン手段（２；２ａ，２ｂ，２Ｍ）と、受信した音声信号から音声を検出するための手段とからなる音声源を検出する装置において、
受信した信号の到達方向を判定する手段（１５，１７）と、
第１の音声源からの音声の第１の推定された到達方向と第２の音声源からの音声の推定された到達方向とを記憶する手段（１７）と、
前記受信した信号の到達方向と前記第１及び第２の推定された到達方向とを比較する手段（１８）と、
前記比較によって前記受信した信号の到達方向が前記第２の推定された到達方向よりも前記第１の推定された到達方向に近く、かつ前記受信した信号の到達方向が、前記第１の推定された到達方向とある許容差の範囲内で一致することが判明した場合には、前記音声源が前記第１の音声源であることを検出する手段（１８）と
を備えてなることを特徴とする音声源を検出する装置。
【請求項２】
前記マイクロフォン手段（２；２ａ，２ｂ，２Ｍ）がＭ（個の）マイクロフォン（２ａ，２ｂ）を備えてなり、ここでＭは整数であり、前記マイクロフォンが出力としてＭ個のマイクロフォン信号を生成するように配置されるとともに、前記装置が前記マイクロフォン信号に基づいて空間スペクトルを形成し、かつ前記スペクトル内で生ずるピークに基づいて前記スペクトル内での前記到達方向を判定するための手段（１５）を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スペクトル曲線の微分係数を計算し、かつ該微分係数が正から負に変化する微分係数のゼロ点を復元することによって前記到達方向を判定する手段（１５）を備えてなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロフォン手段（２；２ａ，２ｂ，２Ｍ）に対するある方向で音声を再生するための音声再生手段（７）を備えてなるとともに、前記第１の音声源が装置のユーザであり、前記第２の音声源が前記音声再生手段（７）であり、かつ、音声源を検出する前記手段（１８）は、前記比較の結果、前記受信した信号の到達方向が前記第２の推定された到達方向よりも前記第１の推定された到達方向に近いことが判明した場合には、前記装置のユーザが前記音声源であることを検出するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
音声源を検出する前記手段は、音声が前記第１の源及び前記第２の源から同時に入るような状況を示すように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
双方向音声伝送のための手段を備えてなり、その際に前記第１の源からの音声は伝送されるべき近端通話であり、前記第２の源からの音声は音声再生手段（７）を用いて再生されるように構成された受信された遠端通話であることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
音声信号が受信され、受信した音声信号から音声が検出されるようにした音声源を検出する方法において、
受信した信号の到達方向が判定され、
第１の源からの音声の第１の推定された到達方向と第２の源からの音声の推定された到達方向とが記憶され、
前記受信した信号の到達方向と前記第１及び第２の推定された到達方向とが比較され、
前記比較の結果、前記受信した信号の到達方向が前記第２の推定された到達方向よりも前記第１の推定された到達方向に近く、かつ前記受信した信号の到達方向が、前記第１の推定された到達方向とある許容差の範囲内で一致することが判明した場合には、前記音声源が前記第１の源であるものとされる
ことを特徴とする音声源を検出する方法。
【請求項８】
音声信号がＭ個のマイクロフォン（２ａ，２ｂ）から受信され、ここでＭは整数であり、Ｍ個のマイクロフォン信号が各マイクロフォンの出力として供給され、前記マイクロフォン信号に基づいて到達方向の空間スペクトルが生成され、かつ前記スペクトル内で生ずるピークに基づいて前記スペクトルから前記到達方向が判定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記到達方向が前記スペクトル曲線の微分係数を計算し、かつ該微分係数が正から負に変化する微分係数のゼロ点を復元することによって判定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
空間スペクトルの各ピークが前記源の到達方向を記述するパラメータ（ｆｄｏａ）と、前記到達方向が出現する確率を記述するパラメータ（ｐｄｏａ）及びパラメータ（ｐｏｗｄｏａ）からなり、前記源からの音声の強度と前記源の前記到達方向とが各パラメータ（ｆｄｏａ，ｐｄｏａ，ｐｏｗｄｏａ）を個々に平均化することによって判定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音声信号を受信するためのマイクロフォン手段と、受信した音声信号内の音声を検出する検出手段とを備えてなる音声源検出方法と検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電話での会話はエコーによって妨害されることが多い。これは特に、以下の異なる４通りの、すなわち、アイドル、近端（ｎｅａｒ−ｅｎｄ）通話、遠端（ｆａｒ−ｅｎｄ）通話、およびダブルトーク（ｄｏｕｂｌｅ−ｔａｌｋ）の通話状態を有する全二重電話の場合である。エコーは通常は、通話が遠端から入り、受信した遠端信号がスピーカで再生され、マイクロフォンを介して遠端に戻される場合に発生する。エコー問題は特に、スピーカが高音量の音声を周囲に対して再生し、そのようにしてスピーカからの音声がマイクロフォンに容易に戻されるようなハンドフリーの通話方法で発生する。
【０００３】
エコーを除去するために適応化された信号処理が採用される。ハンドフリーの移動電話の応用例では、公知のエコーキャンセラおよびエコー抑制器を使用して、スピーカからマイクロフォンへの妨害が多い音響フィードバック、すなわち音響エコーを有効に除去することが可能である。エコーキャンセラは、出信号からのエコー信号、すなわち受信側に遠端信号が存在する場合に、通常は遠端から来た信号を抑制する適応ディジタル・フィルタを利用して実施することができる。
このようにして、遠端信号が遠端に戻ることを防止するための努力がなされている。適応フィルタの各パラメータは通常は、何らかの状況の条件をできる限り正確に考慮に入れるために、遠端通話が生じた時に常に更新される。エコー抑制器については、送信される近端信号を減衰するために使用される。
【０００４】
近端通話と遠端通話が同時に生ずるような状況はダブルトーク状況と呼ばれている。ダブルトーク中、エコーキャンセラはエコー信号を有効に除去することができない。その理由は、エコー信号は送信される近端信号内で加算され、その場合、エコーキャンセラは除去されるべきエコー信号の正確なモデルを形成できないからである。このような場合、エコーキャンセラの適応フィルタはスピーカとマイクロフォンとの間の空間の音響応答に適正に適応することができず、従って、近端通話信号が存在する場合は、送信される信号から音響エコーを除去することができない。そのため、エコーキャンセラに対するダブルトークの妨害作用を除去するために、ダブルトーク検出器が使用されることが多い。通常は、ダブルトーク状況は遠端通話と同時に近端通話が存在しているか否かを検出することによって検知される。ダブルトーク中、エコーキャンセラの適応フィルタの各パラメータは更新されないが、適応フィルタの更新は近端の人が通話している間は中断されなければならない。エコー抑制器はまた、近端の人が通話している間に送信される信号を不適切に（過度に）減衰しないように、近端の通話者の通話活性に関する情報が必要である。
【０００５】
ＧＭＳ移動電話で使用される割り込み可能な送信にはエコーキャンセリングおよび抑制に加えて、近端通話活性に関する情報が必要である。割り込み可能な送信の概念とは、通話活動中だけに通話信号を送信すること、すなわち、近端の通話者が休止している間は、電力を節減するために近端信号は送信されないということである。割り込み可能な送信に起因するバックグラウンドノイズ・レベルが過度に変動することを避けるため、アイドル状態である種の快適なノイズを送信し、しかも送信中に必要なビットを節減することが可能である。そのために、ＧＳＭの割り込み可能な送信によって送信される通話の音質を低下させないようにするため、近端通話活性は正確、迅速かつ確実に検知されなければならない。
【０００６】
図１はエコーキャンセリングおよびダブルトーク検出のための従来から公知の構成１を示している。近端信号３はマイクロフォン２から届き、近端通話活性検出器４，ＶＡＤ（音声活性検出器）を用いてそれが検出される。遠端信号５は入力接続部Ｉから届き（これはハンドフリーの装置では入力コネクタ、定置電話の場合はワイヤ・コネクタ、および移動電話の場合はアンテナから電話の受信ブランチへの経路でよい）、遠端通話活性検出器６，ＶＡＤ内で検出され、最後にスピーカ７で再生される。近端信号３と遠端信号５は双方ともダブルトークを検出するためのダブルトーク検出器８と、エコー経路１３の音響応答に適応するための適応フィルタ９とに送られる。ダブルトーク中にフィルタに適応しないため（パラメタが更新されないため）に、適応フィルタ９は入力としてダブルトーク検出器８の出力をも受ける。エコーキャンセリングを行うために、適応フィルタによって形成されるモデル１０は加算／減算装置１１で近端信号３から減算される。（ハンドフリーの装置では出力コネクタ、定置電話ではワイヤ・コネクタ、および移動電話では送信ブランチからアンテナへの経路でよい）出力接続部Ｏには、エコーキャンセラ出力信号１２が送られ、そこからエコー（のある部分）は既にキャンセルされている。図１に示したエコーキャンセラを（例えばハンドフリーのスピーカ呼出し用にスピーカとマイクロフォンとからなる）電話に統合してもよく、又は別個のハンドフリー装置で実施することもできる。
【０００７】
ダブルトークを検出するための方法は幾つか提案されている。しかし、それらの多くは極めて単純であり、一部は信頼性に欠ける。ほとんどのダブルトーク検出器はスピーカ信号及び／又はマイクロフォン信号及び／又はエコーキャンセラの後の信号相互間のパワー比に基づいている。これらの検出器の利点は簡略さと迅速さであり、それらの欠点は信頼性に欠けることである。
【０００８】
スピーカ信号及び／又はマイクロフォン信号及び／又はエコーキャンセラの後の信号相互間を相関させることに基づく検出器も公知である。これらの検出器は、スピーカおよびマイクロフォン内の単なるエコー信号（エコーキャンセラを経た後の信号）が強く相関されるという構想に基づくものであるが、近端信号がマイクロフォン信号に加算されると相関関係は低減する。これらの検出器の欠点は検出速度が遅いこと、近端信号と遠端信号との（一部は正しくない）非相関関係が想定されること、エコー経路に起因するスピーカ信号に変化の影響があること、近端信号がない場合でも相関関係が低下することである。
【０００９】
また同じ信号の自動相関の比較に基づくダブルトーク検出器も公知であり、この場合は検出器が近端信号内の音声を認識し、ひいては近端信号の存在を検出することができる。このような検出器の計算に要するパワーは少ないが、検出器が相関に基づいているので上記と同じ問題点が生ずる。
【００１０】
Ｋｕｏ  Ｓ．Ｍ.,  Ｐａｎ  Ｚ．著の文献「大規模ビデオ会議用の音響エコーを消去するマイクロフォン・システム」ＩＣＳＰＡＴ’９４会報、１９９４年刊、７−１２ページでは、ノイズおよび音響エコーを除去し、冒頭に述べた異なる通話状況を認識するための反対方向に向けられた２個のマイクロフォンを使用している。しかし、上記の方法は単にエコーキャンセラの出力パワーによってのみ実施されるダブルトークの認識に特別の改善をもたらすものではない。
【００１１】
Ａｆｆｅｓ  Ｓ.,  Ｇｒｅｎｉｅｒ  Ｙ．著の文献「ダブルトーク状況のためのマイクロフォンの音源サブスペース・トラッキングアレイ」，ＩＣＳＰＡＴ’９６会報，第２巻，１９９６年刊，９０９−９１２ページでは、マイクロフォン・ベクトル構造のエコーおよびバックグラウンドノイズキャンセラが提案されている。提案されているエコーキャンセラは所望の方向から到達する信号を保持しつつ、空間的に選択された方向から到達する信号を濾波するものである。上記のエコーキャンセラはダブルトーク状況の間も動作することができる。しかし、上記の文献は（マイクロフォン・ベクトルとも呼ばれる）多重マイクロフォンによる解決方法を利用した近端通話活性の検出も、ダブルトーク検出も提示していない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ここに近端通話活性を検出し、かつダブルトーク状況を認識するための方法と装置の発明がなされた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は近端通話信号が到達する方向に基づいてその信号を検出する構想に基づいている。スピーカ信号が近端の通話者の通話信号の方向とは明確に異なる方向から到達するハンドフリーの応用例では、近端通話信号をその到達角度に基づいてスピーカ信号と区別することができる。本発明では、異なる方向及び／又は異なる地点からの音声をピックアップする幾つかのマイクロフォン（マイクロフォン・ベクトル）を利用して検出が行われる。
【００１４】
マイクロフォン・ベクトルの出力は先ず帯域フィルタにかけられて狭帯域信号にされ、濾波された信号によって形成される信号マトリクス上で到達方向の角度が推定される。この推定によって空間スペクトルが復元され、そこからスペクトル内に生ずるピークに基づいて到達方向のトラッキングが行われる。近端通話信号の到達方向とスピーカ信号の到達方向とは得られた（判明した）到達方向に基づいて更新される。到達方向のこれらの推定値によって最終的なＶＡＤの決定がより容易になる。到達方向推定装置が近端通話信号の推定到達方向に充分に近い到達方向に充分に強いスペクトル・ピークを検出すると、近端通話者は通話しているものと見なされる。すなわち近端通話活性を検出することができる。
【００１５】
ダブルトークの判定には、近端通話活性に加えて、遠端通話活性に関する情報が必要である。この情報は、例えばパワーレベルに基づく音声活性検出器のような公知の音声活性検出器を用いて検出することができる。
【００１６】
本発明による装置は、受信した信号の到達方向を判定する手段と、ある特定の源の音声の推定された到達方向を記憶する手段と、前記受信した信号の到達方向と前記推定された到達方向とを比較する手段と、前記比較によって前記受信した信号の到達方向が前記推定された到達方向とある許容差の範囲内で一致した場合には、前記音声が前記ある特定の源で発生されたことを表示する手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図２は近端音声活性を検出し、かつダブルトークを認識するための、本発明による検出器のブロック図を示している。本発明ではマイクロフォン２として幾つかのマイクロフォン２ａ，２ｂ，．．．，２Ｍが使用され、それらのマイクロフォンは好適にはいわゆるマイクロフォン・ベクトル２として接続されている。ベクトルは少なくとも２個のマイクロフォンを有しているが、３個または４個またはそれ以上であることが好適である。各マイクロフォンは単一の信号３ａ，３ｂ，．．．，３Ｍを発生し、Ｍ個のマイクロフォン（Ｍは整数）が使用される場合、時間領域内で変化可能なＭ個の信号が得られ、これらが時間領域内で変化可能なＭ個の要素からなる１つの信号ベクトルを形成する。
【００１９】
マイクロフォン・ベクトル２の出力３ａ，３ｂ，．．．，３Ｍは先ず帯域フィルタ１４内で帯域濾波されて狭帯域信号１９ａ，１９ｂ，．．．，１９Ｍにされる。超分解能のスペクトルの正確な推定方法は狭帯域信号にのみ作用するので、方向角度の推定のために帯域濾波が行われる。帯域濾波は例えば急速フーリエ変換（ＦＦＴ）、ウインドゥイング及びインタリービングを利用して実現することができる。帯域フィルタの周波数範囲はマイクロフォン・ベクトル内の各マイクロフォン間の距離に基づいて判定される。ナイキスト・サンプリング理論に従って、空間サンプリング周波数は信号の空間周波数の少なくとも２倍でなければならないので、帯域フィルタ１４の帯域周波数（ポイント周波数）として下記が得られる：ｆ＝Ｃ／２ｄ，但し、Ｃは空中での音の速度（２０℃で３４３ｍ／ｓ）であり、ｄは各マイクロフォン間の距離である。
【００２０】
濾波された信号１９ａ，１９ｂ，．．．，１９Ｍによって形成される信号マトリクス上の方向角度（すなわち到達方向）の推定は、例えばＭＵＳＩＣ（多重信号分類（Multiple Signal Classification））のようなある種の公知の推定方法を利用して推定装置１５で行われる。
【００２１】
この推定方法は空間スペクトルを復元し、そこからスペクトル内に生ずるピークに基づいて信号の到達方向が判定される。図３はそのようなマイクロフォン・ベクトル信号の空間スペクトルの例を示している。到達方向は例えばスペクトル曲線の微分係数を吟味することによって図３に示したスペクトル図から判定することができる。微分係数のそのようなゼロ点は到達方向として復元される。ゼロ点では微分係数は正から負に変化し、それは公知のように、曲線内の各ピーク位置を示す。このように図３では、２つの信号がマイクロフォン・ベクトルに到達する。すなわち１つは１０°の方向から、またはもう１つは４０°の方向からの信号である。更に、到達方向であると見なされるスペクトル・ピークがある特定の最小振幅（例えば５ｄＢ）を有することを要求できる。図面では、スペクトルの有効範囲（カバレージ）は９０°として示されている。実際には、±９０°の範囲で検出することができる。微分係数の計算と、振幅の最小条件が満たされているか否かのチェックは好適には、ディジタル信号プロセッサを利用して（プログラミングによって）実施されなければならない。推定装置１５はその出力として信号の到達方向１６を付与（推定）する。
【００２２】
近端通話信号３とスピーカ信号５の推定到達方向は得られた（判明した）到達方向に基づいてブロック１７で更新される。可能性がある到達方向はスペクトル・ピークから得られた到達方向を平均化することによって評価される。どの方向から信号が到達したのかがほぼ判明した場合は、その時点で空間スペクトルに生ずるエラー・ピークの影響を最小限にすることができる。エラー・ピークが推定到達方向で生じない限り、それが注記されることはない。図４は車内での通常のハンドフリー装置のマイクロフォン２とスピーカ７の配置を示しており、スピーカは通常は０°±４０°の方向でむしろマイクロフォン・ベクトル２の直前にある。スピーカの位置はマイクロフォン・ベクトルに対して大幅に変更してもよい。マイクロフォン・ベクトル２のマイクロフォン２ａ，２ｂ，．．．，２Ｍは互いにある特定の方向にある特定の距離を隔てて配置される。距離と方向は以下に説明する到達方向推定アルゴリズムによって判定されなければならない。以下に、信号源位置、方向判定ブロック１７で実行される遠端と近端の双方の到達方向の平均化についてより詳細に説明する。
【００２３】
遠端到達方向の推定はスペクトル推定装置１５から得られる到達角度１６の平均化に基づいて行われる。平均化は、遠端に通話がある場合にのみ行われ、これはその出力が判定ブロック１７に送られる遠端ＶＡＤ６の出力を用いて判定される。平均化は好適には例えばＩＩＲ−濾波を用いて時間領域内で実行される。異なる方向から到達する２つの信号源、すなわち近端信号３と遠端信号５が存在するということが基本的に想定されている。更に、前記信号の到達方向は実行される観測の頻度と比較して比較的ゆっくりと変化すると想定されている。スペクトル推定装置１５がその出力として到達方向ベクトルｄｏａ（度での）を発すると、遠端到達方向ベクトルの推定値ｆｄｏａ（度での）は平均化によって、各々の新たな方向推定値が最も近いｆｄｏａの成分に影響を及ぼすように更新される。更新には、関連する成分に近いほど検出された方向がｆｄｏａ成分を更新するように重み付けが行われる。スピーカ信号の方向及びそれによってスペクトル内に誘発される残響（ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ）信号の方向は極めて僅かしか変化せず、その場合、上記の重み付けによってスペクトル内の偶発的な、エラー・ピークの影響が低減される。同時に問題のｆｄｏａ成分が発生する確率、ｐｄｏａは、当該の方向推定値に新たな値が近いければ近いほど更新される。加えて、当該のｆｄｏａ成分の強さ、ｐｏｗｄｏａは、それに対応するスペクトル・ピークのパワーに基づいて更新される。この場合、遠端到達方向推定ベクトルｆｄｏａは（Ｍ−１）個の信号の到達角度の方向を有する。成分ｐｄｏａは、範囲〔０，１〕での対応する到達方向の確率と、ｐｏｗｄｏａに対応する範囲〔０，１〕での標準化された強度からなっている。
【００２４】
ここで、遠端信号５の到達方向はそれに対応する確率と強度が最高であり、一方、最後に判定された遠端信号到達方向に最も近い遠端到達方向ベクトル推定値ｆｄｏａの成分であるものと想定することができる。推定は通話が遠端に存在する場合にのみ更新されるので、近端信号３（この場合はダブルトーク）が時間の５０％未満で発生するものと想定することができる。従って基本的に想定されることは、ダブルトークが遠端通話活性時間の半分未満で発生するということである。遠端信号到達方向（スピーカの方向）は、到達方向に対応するスペクトル・ピークのパワーに基づいて残響されるスピーカ信号の到達方向から分離されうる。マイクロフォンに直接到達する信号によって通常は残響経路で減衰される信号よりも強いピークが空間スペクトル内に生ずる。
【００２５】
以下は図７を参照した到達方向を推定するアルゴリズムの説明である。
段階１００では、以下を判定することからなる初期化が行われる。
ｆｄｏａ，ｐｄｏａ及びｐｏｗｄｏａが（Ｍ−１）個の成分を含んでいる。
ｄｏａがＬ個の成分（１≦Ｌ≦Ｍ−１）を含んでいる。
ｆｄｏａ成分が異なる値を用いて初期化される。
ｆｄｏａ（ｎ）＝−９０＋ｎ* １８０／Ｍ；（１≦ｎ≦Ｍ−１）
【００２６】
段階１０１：検出された到達方向（ｄｏａ）に対応して以下のように推定値（ｆｄｏａの各成分）をトラッキングする。
各推定値からの各到達方向の距離を計算する。距離が最短の推定値ｄｏａ（ｉ）及びそれに対応する最も近い推定値ｆｄｏａ（ｎ）を選択する。
【００２７】
段階１０２：到達方向ｄｏａ（ｉ）の推定値にどれだけ近いかに応じて推定値ｆｄｏａ（ｎ）を更新する。近ければ近いほど、検出された方向は推定値を変更する。すなわち、
ｆｄｏａ（ｎ）＝α0 * ｆｄｏａ（ｎ）＋（１−α0 ) * ｄｏａ（ｉ），但しα0 は例えば距離の一次関数、または指数関数である（一次（線形）の依存性については図５を参照）。更新係数α0 及び距離ｄの上限と下限、α0 ＿ｍａｘ，α0  ｍｉｎ及びｄ ｍａｘ，ｄ ｍｉｎを調整することによって、更新の迅速さだけではなく、どの距離に位置するピークが推定値に影響を与えるかにも影響を及ぼすことができる。例えば、距離の最大値が４０°に保たれ（ｄ ｍｉｎ＝０°，ｄ ｍａｘ＝４０°）、更新係数の最大値が１に保たれている場合（α0  ｍｉｎ＝０．９９，α0  ｍａｘ＝１．０）、４０°以上遠いスペクトル・エラーのピーク値は推定値を更新せず、ひいてはエラーを全く誘発しない。このようにして、推定値に及ぼす上記の偽信号の影響を除去することが可能である。
【００２８】
段階１０３：再び到達方向が推定値にどの程度近いかに応じて推定値の発生の確率、ｐｄｏａを高める。以下では、距離の関数は一次関数であるものと想定されている。例えば指数関数のようなその他の関数でも可能である。
ｐｄｏａ（ｎ）＝α1 * ｐｄｏａ（ｎ）＋（１−α1)（１−ｄｉｓｔ／１８０）
但し、α1 は例えば０．９であり、ｄｉｓｔは〔０，１８０〕の範囲内での観測値と推定値との間の距離である。
【００２９】
段階１０４：以下のように検出されたスペクトル・ピークのパワーを用いて推定値のパワーｐｏｗｄｏａをも更新する。
ｐｏｗｄｏａ（ｎ）＝α3 * ｐｏｗｄｏａ（ｎ）＋（１−α3 ) * Ｐｏｗ／Ｐｏｗｍａｘ
但し、α3 は例えば０．９であり、Ｐｏｗはスペクトル・ピークのパワーであり、Ｐｏｗｍａｘは最大のパワーである。
【００３０】
段階１０５では、その他の到達方向と推定値を見出しうるか否かが判定され、イエスである場合は残りの到達方向と推定値のペアについて段階１０１−１０４を繰り返す。
段階１０６：例えばｄｉｓｔ＝１８０及びＰｏｗ＝０に設定することによって、到達方向が検出されなかった推定値の発生頻度とパワーを低減する。
【００３１】
その後、段階１０７で、例えば以下の式を最大にすることによって、スピーカの方向に関して、その方向が最大の発生確率とパワーを有し、かつスピーカの方向の最新の評定値に最も近い推定値の方向を選択する。
ａ* ｐｄｏａ（ｋ）＋ｂ* ｐｏｗｄｏａ（ｋ）＋ｃ* ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｋ）；Ｋ＝１．．．Ｍ−１，                                （１）
但し、ａ，ｂおよびｃは重み付け係数、例えば１／３であり、ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｋ）は推定値ｆｄｏａ（ｋ）とそれまで（以前に）評定されたスピーカの方向との間の「度」で表した距離である。
【００３２】
これまで遠端通話信号の到達方向の推定について説明してきた。以下に近端通話信号の到達方向の推定について説明する。近端信号の到達方向の推定は上記に説明した手順とアルゴリズムに従って行われ、従って近端の到達方向の推定値ｎｄｏａは上記アルゴリズムでｆｄｏａをｎｄｏａと置き換えることによって得られる。遠端通話活性検出器６が、遠端から到達する通話がないことを表示した場合に推定は行われる。推定装置１５内でこのスペクトルを検出する場合、予期されるピーク（到達角度の方向）がないか、又は近端信号及び／又は偽信号及び残響の方向に従って１から（Ｍ−１）個のピークがある。近端の通話者の方向として、前述のように最も頻繁に反復され、かつ最も強力である空間スペクトルによって示される方向が選択される。更に、近端の通話者はマイクロフォン・ベクトルに対して約０°±３０°の方向に座っているものと想定され、その場合、近端の通話者の方向推定値の初期値を０°と設定でき、方向の選択に際してはそれまでに（以前に）評定された方向が強力に重み付けされることができる。
【００３３】
これらの想定された到達方向値ｆｄｏａ，ｎｄｏａは最終的な検出を行う検出ブロック１８に採り入れられる。そのピークが近端通話信号の想定到達方向に充分に近い到達方向での充分に強いスペクトル・ピークを到達方向推定装置１５が検出すると、近端の通話者が通話していることが判明する。すなわち、近端通話活性が検出される。この比較はブロック１５及び１７から到達する信号に基づいて検出器１８で行われる。近端通話活性の最終的な決定は、スペクトル・ピーク及び到達方向の推定（平均化）を利用して行われる。いずれかのスペクトル・ピークが遠端の推定値よりも近端の到達方向の推定値（又はその残響の推定値）に近く、更に所定のエラー許容差よりも近端推定値に近い場合は、近端に通話が存在することが検出される。許容差の値は例えば１０度である。
【００３４】
ダブルトークの判定には、近端通話活性に加えて、遠端通話活性に関する情報が必要である。この情報は遠端通話活性検出器６からダブルトーク検出器１８へと送られ、このようにしてこの検出器１８は、（前述の）近端通話活性検出器が通話を検出し、かつ遠端通話活性検出器６が同時に通話を検出すると、ダブルトーク状況を検出する。遠端信号に関する限り、通話活性の検出にはどのＶＡＤアルゴリズムを用いてもよい。ダブルトークの結果は、近端および遠端通話活性の値についての簡単なＡＮＤ演算、すなわち、１（通話中）及び０（非通話中）を用いて得られる。
【００３５】
以下に、図２を参照して、過渡状態（遷移）検出器ＴＤの機能を説明する。この検出器は本発明による通話活性検出器／ダブルトーク検出器ではオプションであり、従って図面では点線を用いて示してある。到達方向の推定は狭帯域信号で行われるので、急激な近端信号の変化（過渡状態）の検出は困難である。そのため、過渡状態の検出用に最適化された並列の検出器ＴＤを使用することが可能である。各々の過渡位置が検出された後、判定の正確さをチェックするために到達方向検出器が使用される。本発明による検出器が例えば２０ｍｓ未満の充分に急激な信号変化を検出するならば、過渡状態検出器ＴＤを使用する必要はない。
【００３６】
原則的に、過渡状態検出器として通常のＶＡＤを使用することができる。しかし、多重マイクロフォン構造によってある特定の到達方向角度を減衰させることが可能であるので、推定されたスピーカ信号の方向が減衰されるような態様で過渡状態検出器ＴＤを実現することができる。この場合、検出された過渡状態が近端信号に結びついている確率が高くなる。スピーカ方向での減衰は多くの異なる方法で実現できる。最も容易な方法は２個の適応性マイクロフォン構造を使用することである。原則的に、これらの２個のマイクロフォンとして、例えば互いに最も遠く離れたマイクロフォンのような、マイクロフォン・ベクトル２のマイクロフォン２ａ，２ｂ，．．．，２Ｍのうちの任意の２個を使用することができる。減衰を実現するためには、２個のマイクロフォン信号があれば充分である。到達方向推定装置の判定を利用して適応化が制御される場合（すなわち、遠端信号だけがある場合だけ適応化が行われる）、所望の方向での減衰が得られる。（例えば１ＫＨｚ−２ＫＨｚのような）ある特定の周波数範囲で検出が行われれば、適応はより容易になる。過渡状態検出器内で、例えばＦＦＴ又は帯域フィルタを使用して、マイクロフォンから得られる信号に対して直接周波数分割を実施することができる。
【００３７】
実際の過渡状態検出器ＴＤは瞬間ｎにおける信号の瞬間パワーＰ（ｎ）をノイズ推定値Ｎ（ｎ）と比較する。但し、Ｐ（ｎ）はマイクロフォン信号のパワー（又はスピーカ信号の方向が減衰されたマイクロフォン信号のパワー）であり、ノイズ推定値Ｎ（ｎ）はその以前の値を用いて平均化され、通話が全くない場合にはシステム全体の判定によって制御される、対応するパワーである。通話がない瞬間に関する情報はブロック１８から過渡状態検出器ＴＤへと取り出すことができる（点線の矢印）。関連する値Ｐ（ｎ）及びＮ（ｎ）はマイクロフォンから到達する信号に基づいて過渡状態検出器を用いて計算することができる。（信号出力値Ｐ（ｎ）とＮ（ｎ）の計算方法は公知であり、例えばＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタを用いて過渡状態検出器ＴＤ内で実行できる。その差が充分に大きい場合は、過渡状態が検出されたものと判定される。ノイズ推定値Ｎ（ｎ）を更新するには反復的平均化、Ｎ（ｎ＋１）＝αＮ（ｎ）＋（１−α）Ｐ（ｎ）が用いられる。但しαは平均化を制御する時定数（一般的には約０．９）である。
【００３８】
過渡状態検出器は本発明による空間検出器の機能を補足するものである。過渡状態検出器ＴＤで近端の通話そのものを検出することも可能であるが、確実な検出は到達方向推定装置１５による方向判定によって得られる。単なるエコー源（近端信号ではない）での正しくない過渡状態の検出は到達方向推定装置１５での方向によって修正することができる。方向の減衰が充分に有効に動作するならば、近端通話中にエコーによって誘発される過渡状態に留意する必要はない。エコー中に開始される近端通話は再び明確な過渡状態として検出することができ、その結果を到達方向検出器を用いてチェックすることができる。過渡状態検出器ＴＤの出力はブロック１８に採り入れられる（点線）。
【００３９】
近端通話活性とダブルトークはまた到達方向推定装置１５の出力に基づいて統計的パターン認識アプローチによっても判定することができる。このアプローチによれば、到達方向（ＤＯＡ）角度推定に基づく通話活性の検出は、統計的情報を利用して改良することができよう。ニューラル・ネットワークおよびヒドン・マルコフ・モデル（ＨＭＭ）のようなパターン認識技術はこれまで多くの類似の課題に適用されて成果が上げられている。パターン認識方法の強みはトレーニングが可能なことである。充分な量のトレーニング・データが与えられると、システムの各々の状態（近端通話、遠端通話、ダブルトーク、無音）に対するモデルを推定することができる。次にこれらのモデルを利用して、システムの状態を最適に検出することができる。検出プロセスはモデリングの想定が適正である場合に限り最適であることは言うまでもない。
【００４０】
以下に、ＨＭＭを多重マイクロフォン通話活性の検出に利用する態様を概略的に説明する。システムへの入力は依然として空間スペクトルから導出されるので、信号（単数または複数）のＤＯＡ角度は依然として本発明に基づく決定的な要因である。その上、上記に説明した過渡状態検出部品（基準ＴＤ）をこれまでと同様に利用することができる。
【００４１】
ＨＭＭを利用したパターン認識の第１のステップはモデル・ネットワークを規定することである。前述したように、全二重電話システムには４つの状態（モデル）、すなわち近端通話、遠端通話、ダブルトーク、無音がある。各モデルは多重状態ＨＭＭでモデリングすることができるが、出発点としては単一状態のＨＭＭを使用できる。その他の改良の可能性としては、各状態間での発振を防止するため、各状態上での最小限の強制期間を使用することがある。
【００４２】
理論上は、過渡状態は任意の２つのモデル間に生じ得るが、実際には、無音とダブルトークモデルとの間、及び近端モデルと遠端モデルとの間の直接的な過渡状態は無視することができるので、実際の過渡状態は図８に示したとおりである。
【００４３】
モデル構造が定義されると、どのような種類の確率分布を用いるかを決定しなければならない。音声認識の標準的なアプローチはガウス確率密度関数（ｐｄｆ）によって各状態をモデリングすることであり、これは本実施例においても好ましい出発点である。その代わりに任意のｐｄｆを用いることもできよう。モデルｐｄｆのトレーニングは図９に示すような（システムが所定の瞬間にどの状態にあるかを知ることができる）ラベルを付されたトレーニング・データから公算が最も高いパラメータを推定することによって理想的に行われる。代替方法としては、ある特定の基本モデルから出発し、非監視トレーニング（ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ  ｔｒａｉｎｉｎｇ）と呼ばれるオンラインにシステムを適応させる方法がある。再び音声認識に言及すると、これに適用できるオンライン通話者適応技術が幾つかある。要約すると、現行のデータを用いて、最大の公算を生ずる状態が最大の重み付けで適応される。適応データが多いほど、更新に際してより多くの重み付けが加えられる。非監視トレーニングの明確な問題点は、分類ミスの場合に正しくないモデルを適応する危険があることである。初期パラメタを少数の監視トレーニング・サンプルで推定することができれば、適応がより良好に行われる公算が高くなる。更に、遠端チャネル（スピーカ）が残りのチャネルから分離され、この情報を利用することができる。遠端活性がある場合は、遠端及びダブルトークモデルだけを適応することができ、以下同様である。
【００４４】
実際の検出（認識）は極めて簡単である。公算が最も高いモデルを随時選択するだけである。勿論、遠端通話活性のような追加情報を利用して、検出性能を更に高めることができる。この代替アプローチの論理的な改良方法は、幾つかの状態でＨＭＭを利用することである。例えば、各システム状態を表すＨＭＭは３つの状態からなっている。すなわち、モデルへの過渡状態、モデルの静止部分を表す状態、及びモデルから外れる過渡状態である。また、ｐｄｆモデリングの精度を高めるためにガウスｐｄｆｓを併用することもできよう。
【００４５】
本発明による検出器を車内のハンドフリーの用途に使用する場合、信号の最終の残響の方向を考慮に入れるような方法で過渡状態検出器を変更することができる。そのような場合は、過渡状態の検出はスピーカの１つの推定到達方向ではなく、スピーカの幾つかの推定到達方向を減衰させることによって改良することができる。
【００４６】
本発明による空間通話活性検出器の従来の方法と比較した利点は、ダブルトーク状況と近端通話活性の双方を認識することができること、その迅速さ及び信頼性にある。通話信号の到達方向に基づく本発明の検出器はその主要な特徴によって極めて信頼性が高い。各通話信号のパワーレベル間の相違は結果に大きな影響を及ぼさないが、検出器はスピーカ信号よりもパワーが大幅に低い近端通話信号をも認識する。それに加えて、決定の結果は適応性エコーキャンセラの動作のような、別個の装置の動作による影響を受けない。ダブルトーク検出器では、通話信号及び周囲のノイズレベルに応じたしきい値レベルがしばしば存在し、そのしきい値レベルに基づいてダブルトーク状況があるか否かが判定される。この検出器のパラメータは主要部分では一定であり、従って上記のような問題点は存在しない。オプションの過渡状態検出器を使用することによって、認識の迅速さを高めることができる。
【００４７】
このハンドフリー設備ではいずれにせよ、本発明による空間検出器に必要な、遠端通話活性の検出及び周囲ノイズの推定のような多くの動作が実施され、従って既に実施された計算動作を本発明による検出器で利用することができる。
【００４８】
本発明による検出器は、ハンドフリー設備に、例えば移動電話の車内搭載キット又は自動車電話のハンドフリー設備に（例えばエコーキャンセラ及び伝送論理の一部として）使用することができる。本発明はまた、ハンドフリー設備が電話内に含まれている、いわゆるハンドフリー電話の応用例などで使用するにも適している。
【００４９】
図６は本発明による空間的近端通話／ダブルトーク検出器８０が使用されている、本発明に基づく移動局を一例として示している。マイクロフォン・ベクトル２から出て送信されるべき通話信号はＡ／Ｄ変換器２０でサンプリングされ、その後で（例えば音声の符号化、チャネルの符号化、インタリービングのような）ベース周波数信号の処理、無線周波数へのミキシングと変調、及びブロックＴＸへの送信が行われる。ブロックＴＸから、信号はデュプレックスフィルタＤＰＬＸ及びアンテナＡＮＴを経て空中経路へと発信される。例えばエコーキャンセラを制御し、又は断続的な送信で送信ＴＸを制御するために検出器８０を利用することができる。受信側では復調、インタリーブのキャンセル、チャネル復号、及び音声復号のような受信機ブランチＲＸの通常の動作が行われ、その後、検出器６で遠端通話活性が検出され、信号はＤ／Ａ変換器２３でアナログ形式に変換され、スピーカ７によって再生される。図６に記載のブロック２，７，２０，２３及び８０を入力、出力及び制御信号（３０，５０，近端ＶＡＤ，ＤＴ）用の移動局用の接続を有するセパレート形のハンドフリー装置に設置することによって、本発明をセパレート形のハンドフリー装置で実施することが可能である。本発明は更に、会議での発呼用に卓上での１個以上のマイクロフォンとスピーカとを備えた会議での発呼装置に、または例えば、マンクロフォンとスピーカを例えばビデオ表示装置に内蔵できる、インターネット回線網を介して発呼するためのコンピュータと接続して使用することができる。このように、本発明はあらゆる種類のハンドフリー形式の装置に適している。
【００５０】
これまで実施例を用いて本発明の実現方法と実施態様を説明してきた。本発明は上記に提示した実施例の細部に限定されるものではなく、かつ本発明はその特徴から逸脱することなく他の実施例でも実現できることは当業者には自明であろう。開示した実施例は例示的のものであり、限定的なものではないものと見なされるべきである。従って、本発明を実施し、利用する可能性は特許請求の範囲の各請求項によってのみ限定されるものである。従って、各請求項によって特定された本発明の異なる実施例、及び同等の実施例は本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から公知のエコーキャンセラのブロック図である。
【図２】本発明による検出器のブロック図である。
【図３】マイクロフォン・ベクトル信号の空間スペクトル図である。
【図４】自動車内のマイクロフォンおよびスピーカの設置図である。
【図５】距離の関数として到達方向を（度の単位で）推定するために用いられる更新係数を示す図である。
【図６】本発明による移動局を示す図である。
【図７】到達方向の推定を流れ図の形式で示す図である。
【図８】代替実施例における異なる状態間の遷移状態を示す図である。
【図９】ラベル付けされたトレーニング・データを示す図である。
【符号の説明】
２…マイクロフォン・ベクトル
３…近端信号
５…遠端信号
６…遠端通話活性検出器
７…スピーカ
１４…帯域フィルタ
１５…到達方向推定装置
１７…到達方向判定ブロック
１８…ダブルトーク検出器
ＴＤ…過渡状態検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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