(57)【要約】【課題】  この発明は、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声の”なまけ”を修復でき、音声認識率の向上化が図れる音声認識装置を提供することを目的とする。【解決手段】  複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレーからの複数の入力音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識装置において、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に基づいて、音源の方向と各マイクロホンから音源までの距離を推定する音源位置推定手段、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に対し、音源位置推定手段によって推定された情報を用いて目標の音源からの音声を強調するための処理を行う指向性制御手段、指向性制御手段によって得られた音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じたフィルタを用いて、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元する音声復元手段を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレーからの複数の入力音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識装置において、
マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に基づいて、音源の方向と各マイクロホンから音源までの距離を推定する音源位置推定手段、
マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に対し、音源位置推定手段によって推定された情報を用いて目標の音源からの音声を強調するための処理を行う指向性制御手段、
指向性制御手段によって得られた音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じたフィルタを用いて、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元する音声復元手段、ならびに
音声復元手段によって得られた音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識手段、
を備えていることを特徴とする音声認識装置。
【請求項２】
複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレーからの複数の入力音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識方法において、
マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に基づいて、音源の方向と各マイクロホンから音源までの距離を推定する第１ステップ、
マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に対し、第１ステップによって推定された情報を用いて目標の音源からの音声を強調するための処理を行う第２ステップ、
第２ステップによって得られた音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じたフィルタを用いて、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元する第３ステップ、ならびに
音声復元手段によって得られた音声信号に基づいて音声認識を行う第４ステップ、
を備えていることを特徴とする音声認識方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音声認識装置および音声認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロホンで音声を取込み、取り込んだ音声を認識する音声認識装置が知られている。このような音声認識装置において、音源がマイクロホンから遠隔の地点にある場合、周囲に雑音がなくても、音声には”なまけ”が生じ、音声が劣化する。音声の劣化の度合いは、マイクロホンから音源までの距離によって異なる。
【特許文献１】特開平６−２３６１９６号公報
【非特許文献１】清水，梶田，武田，板倉  ”空間音響特性を考慮したスペースダイバーシチ型ロバスト音声認識”  電子情報通信学会論文誌  D-II Vol. J83-D-II No.11 pp.2448-2456 2000年11月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声の”なまけ”を修復でき、音声認識率の向上化が図れる音声認識装置および音声認識方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレーからの複数の入力音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識装置において、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に基づいて、音源の方向と各マイクロホンから音源までの距離を推定する音源位置推定手段、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に対し、音源位置推定手段によって推定された情報を用いて目標の音源からの音声を強調するための処理を行う指向性制御手段、指向性制御手段によって得られた音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じたフィルタを用いて、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元する音声復元手段、ならびに音声復元手段によって得られた音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識手段を備えていることを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレーからの複数の入力音声信号に基づいて音声認識を行う音声認識方法において、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に基づいて、音源の方向と各マイクロホンから音源までの距離を推定する第１ステップ、マイクロホンアレー内の各マイクロホンからの入力音声信号に対し、第１ステップによって推定された情報を用いて目標の音源からの音声を強調するための処理を行う第２ステップ、第２ステップによって得られた音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じたフィルタを用いて、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元する第３ステップ、ならびに音声復元手段によって得られた音声信号に基づいて音声認識を行う第４ステップを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声の”なまけ”を修復でき、音声認識率の向上化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、音声認識装置の構成を示している。
【０００９】
１は、マイクロホンアレーであり、この例では、３つのマイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃを備えている。２ａ，２ｂ，２ｃは、各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃからの入力音声信号Ｘ1 （ｔ），Ｘ2 （ｔ），Ｘ3 （ｔ）を遅延させるための遅延器である。３は、各遅延器２ａ，２ｂ，２ｃの出力信号Ｘ1 （ｔ−Ｄ1 ）、Ｘ2 （ｔ−Ｄ2 ）、Ｘ3 （ｔ−Ｄ3 ）の総和を算出する加算器である。４は、加算器３から出力される音声信号に対し、マイクロホンアレーから音源までの距離に応じた音声劣化を復元するための音声復元手段である。５は、音声復元手段４によって得られた音声信号に基づいて、音声認識を行う音声認識手段である。６は、各遅延器２ａ，２ｂ，２ｃの遅延量Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 を制御するとともに、音声復元手段４で用いられるフィルタの特性を制御する制御部である。
【００１０】
制御部６は、各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃからの入力音声信号Ｘ1 （ｔ），Ｘ2 （ｔ），Ｘ3 （ｔ）に基づいて、音源の方向と各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃから音源までの距離を推定する。この推定方法の一例について説明する。
【００１１】
図２に示すように、マイクロホンアレー１を基準としかつＸＹ平面内に音源Ｓを含むＸＹ座標系を想定する。この座標系では、マイクロホン１ｂを原点とし、原点を通りかつマイクロホン１ａとマイクロホン１ｃとを結ぶ線と平行な方向にＹ軸がとられ、原点を通りかつマイクロホン１ａとマイクロホン１ｃとを結ぶ線と直交する方向にＸ軸がとられている。隣り合うマイクロホンの間隔をｄとする。
【００１２】
この座標系において、音源Ｓが座標位置（ｘｓ，ｙｓ）に存在しているものとする。  各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃから音源Ｓまでの距離をそれぞれＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 とする。距離Ｌ1 を、マイクロホンアレー１から音源Ｓまでの距離とする。また、音源Ｓとマイクロホン１ｂとを結ぶ線とＸ軸とのなす角度θを、音源の方向とする。
【００１３】
Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 は、次式（１）で表される。
【００１４】
【数１】
2005338571.tif 000003
【００１５】
図３に示すように、各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃからの入力音声信号Ｘ1 （ｔ），Ｘ2 （ｔ），Ｘ3 （ｔ）に基づいて、それらの位相差を算出し、ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 を求める。
【００１６】
音速をｃとすると、次式（２），（３）が成り立つ。
【００１７】
【数２】
2005338571.tif 000004
【００１８】
上記式（１），（２），（３）から、距離Ｌ2 および方向θは、次式（４），（５）によって求められる。
【００１９】
【数３】
2005338571.tif 000005
【００２０】
なお、距離Ｌ2 が求まると、次式（６），（７）に基づいて、距離Ｌ1 ，Ｌ3 も求められる。
【００２１】
【数４】
2005338571.tif 000006
【００２２】
各遅延器２ａ，２ｂ，２ｃの遅延量Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 は、例えば、Ｌ1 を基準とすると、Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 に基づいて、次式（８）により、求められる。
【００２３】
Ｄ1 ＝Ｄ0 ＋（Ｌ1 −Ｌ1 ）
Ｄ2 ＝Ｄ0 ＋｛（Ｌ2 −Ｌ1 ）／ｃ｝
Ｄ3 ＝Ｄ0 ＋｛（Ｌ3 −Ｌ1 ）／ｃ｝  …（８）
【００２４】
上記式（８）において、Ｄ0 は、Ｄ1 〜Ｄ3 が負とならないようにするための固定遅延量である。
【００２５】
音声復元手段４は、制御部６によって算出された距離Ｌ2 に応じた逆フィルタによって音声の復元を行う。
【００２６】
音声は、空間を伝わる間に劣化する。この劣化の度合いは、距離によって変化する。そこで、距離による音声の劣化の度合いを予め測定し、その測定結果に基づいて空間特性の逆フィルタを生成しておく。
【００２７】
つまり、無響室において、スピーカからマイクロホンまでの距離を、近距離（約２０ｃｍ）から遠距離（約５ｍ）までの間で、徐々に変化させていき、各距離での周波数応答を測定する。周波数応答は、雑音またはインパルスをスピーカから出力し、マイクロホンで収録した音声をＦＦＴし、パワースペクトルを計算することによって測定する。
【００２８】
最も近距離での周波数応答をＨc とし、距離ｘでの周波数応答をＨx とする。距離ｘでの音声復元の逆フィルタは、Ｈc ／Ｈx で求められる。例えば、図４において、破線Ａが最も近距離での周波数応答Ｈc を表し、実線Ｂが距離ｘでの周波数応答Ｈx であるとすると、距離ｘでの音声復元の逆フィルタは、破線Ｃのようになる。
【００２９】
各距離毎に、予め音声復元の逆フィルタを求めて保存しておく。音声復元手段４は、制御部６によって算出された距離Ｌ2 に対応した逆フィルタを用いて、加算器３の出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、音声復元を行う。つまり、スピーカからマイクロホンまでの距離がｘであるときにマイクロホンによって収録された音声のスペクトルが、あたかも近距離で収録された音声のスペクトルと同じように修正される。音声認識装置５は、音声復元手段４の出力信号に基づいて音声認識を行う。
【００３０】
音声が復元される理由について説明する。一般に音声認識は近距離で収録された音声を用いて設計されるため、近距離の伝達関数を持つ音声が入力された時に認識率が最も高くなる。
【００３１】
上記周波数応答Ｈx は、次式（９）で表すことができる。
【００３２】
Ｈx ＝Ｈmic ・Ｈx ’・Ｈsp    …（９）
Ｈmic ：マイクの周波数特性
Ｈx ’：距離ｘ離れた空間の伝達特性
Ｈsp  ：スピーカの周波数特性
【００３３】
上記周波数応答Ｈc は、次式（１０）で表すことができる。
【００３４】
Ｈc ＝Ｈmic ・Ｈc ’・Ｈsp    …（１０）
Ｈmic ：マイクの周波数特性
Ｈx ’：距離ｃ（近距離）離れた空間の伝達特性
Ｈsp  ：スピーカの周波数特性
【００３５】
音声認識に最適な近距離ｃで収録された音声Ｙc と、距離ｘで収録された音声Ｙx は、話者の口元で発生した音声をＸTKとすると、次式（１１），（１２）で表される。
【００３６】
Ｙc ＝Ｈmic ・Ｈc ’・ＸTK    …（１１）
Ｙx ＝Ｈmic ・Ｈx ’・ＸTK    …（１２）
Ｘsp  ：スピーカの周波数特性
【００３７】
したがって、Ｙx にＨc ／Ｈx を乗じると、次式（１３）で示されるように、Ｙc と等しくなり、音声が修正されることになる。
【００３８】
Ｙmcd ＝（Ｈc ／Ｈx ）Ｙx 
＝（Ｈmic ・Ｈc ’・Ｈsp／Ｈmic ・Ｈx ’・Ｈsp）・Ｈmic ・Ｈx ’・ＸTK          ＝Ｈmic ・Ｈc ’・ＸTK  …（１３）
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】音声認識装置の構成を示すブロック図である。
【図２】音源の方向と各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃから音源までの距離を推定する方法を説明するための模式図である。
【図３】各マイクロホン１ａ，１ｂ，１ｃからの入力音声信号Ｘ1 （ｔ），Ｘ2 （ｔ），Ｘ3 （ｔ）の位相差を示す模式図である。
【図４】最も近距離での周波数応答Ｈc と、距離ｘでの周波数応答Ｈx と、距離ｘでの音声復元の逆フィルタの特性とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  マイクロホンアレー
１ａ，１ｂ，１ｃ  マイクロホン
２ａ，２ｂ，２ｃ  遅延器
３  加算器
４  音声復元手段
５  音声認識手段
６  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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