(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理部と、
前記第１のアレイ処理信号を用いて第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を生成する演算制御部とを有することを特徴とするアレイ制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のアレイ制御装置において、
前記第１のアレイ処理部が、前記第１のアレイ処理信号をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、前記フィルタの出力を加算して出力する加算器とを備えていることを特徴とするアレイ制御装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載のアレイ制御装置において、
アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を出力する第３のアレイ処理部と、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号との間の相対的な大小関係を算定する計算部を備え、
前記演算制御部が、前記計算部で求めた前記処理信号の大小関係を用いて前記第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する制御信号発生機能を備えていることを特徴としたアレイ制御装置。
【請求項４】
前記請求項１又は２に記載のアレイ制御装置において、
アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号に基づいて目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定する推定部を装備し、
前記演算制御部が、前記ＳＩＲ推定値を用いて前記第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する制御信号発生機能を備えていることを特徴としたアレイ制御装置。
【請求項５】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して目標信号が他の信号に対して減衰させた第１のアレイ処理信号とする第１のアレイ処理工程と、
前記第１のアレイ処理信号を用いて第２のアレイ処理工程におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ処理制御工程とを備えたことを特徴とするアレイ制御方法。
【請求項６】
前記請求項５に記載のアレイ制御方法において、
前記第１のアレイ処理工程を、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果をそれぞれフィルタ処理して複数のフィルタ処理結果を求め、この複数のフィルタ処理結果を加算して前記第１のアレイ処理信号とするように構成したことを特徴とするアレイ制御の方法。
【請求項７】
前記請求項５又は６に記載のアレイ制御方法において、
アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理工程を設け、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号とを比較してその相対的な大小関係を特定する大小関係特定工程を設定し、
前記アレイ処理制御工程を、前記大小関係特定工程で特定される各処理信号の大小関係を用いて前記第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するように構成したことを特徴とするアレイ制御方法。
【請求項８】
前記請求項５又は６に記載のアレイ制御方法において、
アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理工程を設け、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号とを用いて目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定工程を設定し、
前記アレイ処理制御工程を、前記ＳＩＲ推定値を用いて前記第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するように構成したことを特徴とするアレイ制御方法。
【請求項９】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理機能、
前記複数の信号を用いて目標信号を他の信号に対して強調または減衰させて得られる信号を第２のアレイ処理信号として出力する第２のアレイ処理機能、
前記第１のアレイ処理信号を用いて前記第２のアレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ制御機能、
をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とするアレイ制御プログラム。
【請求項１０】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理部と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理部と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理部と、
前記第１のアレイ処理信号を用いて前記第３、第４のアレイ処理、または前記相関除去部の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を生成する演算制御部とを具備したことを特徴とするアレイ処理装置。
【請求項１１】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理部と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理部と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理部と、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部と、
前記大小関係を用いて前記第４のアレイ処理、または前記相関除去部の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部とを具備したことを特徴とするアレイ処理装置。
【請求項１２】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理部と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理部と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理部と、
前記第１及び第３のアレイ処理信号を用いて目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定部と、
前記ＳＩＲ推定値を用いて前記第４のアレイ処理、または前記相関除去部の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部とを具備したことを特徴とするアレイ処理装置。
【請求項１３】
前記請求項１０，１１又は１２のいずれか一項に記載のアレイ処理装置において、
前記第１のアレイ処理部は、前記アレイ処理して得られる複数の信号をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、前記フィルタの出力を加算して出力する加算器を備えていることを特徴としたアレイ処理装置。
【請求項１４】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理工程と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理工程と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去して出力する相関除去工程と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理工程と、
前記第１のアレイ処理信号を用いて前記第４のアレイ処理、工程または前記相関除去工程の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ処理制御工程と、
を備えたことを特徴とするアレイ処理方法。
【請求項１５】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理工程と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理工程と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去して出力する相関除去工程と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理工程と、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、
前記大小関係を用いて前記第４のアレイ処理工程、または前記相関除去工程の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ処理制御工程と、
を備えたことを特徴とするアレイ処理方法。
【請求項１６】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理工程と、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理工程と、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去して出力する相関除去工程と、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理工程と、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号を用いて目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定工程と、
前記ＳＩＲ推定値を用いて前記第４のアレイ処理工程、または前記相関除去工程の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ処理制御工程と、
を備えたことを特徴とするアレイ処理方法。
【請求項１７】
前記請求項１４、１５又は１６のいずれか一項に記載のアレイ処理方法において、
前記第１のアレイ処理工程の実行内容を、前記アレイ処理して得られる複数の信号をそれぞれフィルタ処理して複数のフィルタ処理結果を求めると共に当該複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第１のアレイ処理信号を求めるように構成したことを特徴とするアレイ処理方法。
【請求項１８】
アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、所望の全帯域に対応した複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第３のアレイ処理信号を求める第３のアレイ処理信号生成機能、
前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第４のアレイ処理信号を生成する第４のアレイ処理信号生成機能、
前記第４のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第３のアレイ処理信号から消去して出力する相関成分消去機能、
前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して得られる複数の信号を第１のアレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理機能、
前記第１のアレイ処理信号と前記第３のアレイ処理信号の相対的な大小関係を特定する大小関係特定機能、
前記特定された大小関係を用いて前記第４のアレイ処理機能、または前記相関成分消去機能の少なくともいずれか一つにおけるパラメータ調整の速度と精度を制御するアレイ処理制御機能、
をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とするアレイ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、到来する音声等の信号を複数のセンサを用いて、空間選択的に受信し処理するアレイ制御装置、アレイ制御方法及びアレイ制御プログラム、アレイ処理装置、アレイ処理方法及びアレイ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、音声信号取得や、ソーナー、無線通信などの分野においては、適応マイクロフォンアレイによる音声強調装置や、適応アンテナアレイによる無線送受信装置などが知られている。
これらの装置は、複数の信号源の中から特定の信号だけを強調して受信することが可能であり、適応アレイ技術の応用である。センサとしては、マイクロフォン、超音波センサ、ソーナー受音器、電波アンテナなどを用いることができる。ここでは、センサとしてマイクロフォンを用いた場合について説明する。【０００３】
以下、説明を簡単にするため、マイクロフォンが直線上に等間隔に配置されている場合を考える。また、目標音源がマイクロフォンの配置されている直線から十分に離れており、目標音源の方向は前記直線に対して直交していると仮定する。
マイクロフォンアレイは、複数のマイクロフォンに入力された信号をフィルタリングした後、加算することによって空間フィルタを形成する。この空間フィルタにより、事前に規定した方向から到来した信号、スイッチ目標信号だけを強調し、目標以外の信号を減衰させる。【０００４】
適応マイクロフォンアレイは、空間フィルタ特性を適応的に変化させる機能を有したマイクロフォンアレイである。
適応マイクロフォンアレイの構成として、非特許文献１に開示されている「一般化サイドローブキャンセラ」、非特許文献２に開示されている構成、非特許文献３に開示されている構成、非特許文献４に開示されている「フロスト・ビームフォーマ」、非特許文献５に開示されている構成などが知られている。【０００５】
ここで、非特許文献１に開示されている基本的な適応アレイ処理装置である一般化サイドローブキャンセラは、固定ビームフォーマ、ブロッキング行列回路、多入力キャンセラから構成される。
ブロッキング行列回路には、適応フィルタを含む適応ブロッキング行列回路も使用される。固定ビームフォーマは、複数のセンサ信号を処理して目標信号を強調する。このブロッキング行列回路は、前記複数のセンサ信号に含まれる目標信号を抑圧し、妨害信号を相対的に強調する。【０００６】
適応ブロッキング行列回路は、前記固定ビームフォーマ出力を参照信号として、適応フィルタによって生成した擬似目標信号を前記複数のセンサ信号から差し引き、多入力キャンセラに供給する。この適応ブロッキング行列回路の適応フィルタ係数は、固定ビームフォーマ出力と適応ブロッキング行列回路の出力を用いて適応ブロッキング行列回路の出力が最小化されるように更新される。
多入力キャンセラは、ブロッキング行列回路の出力を参照信号として、適応フィルタによって生成した擬似妨害信号を、前記固定ビームフォーマ出力から差し引く。この減算処理によって得られた信号においては、目標信号が強調され、妨害信号が抑圧されており、これをアレイ装置出力とする。この減算処理により、出力信号の妨害信号に対する相関が除去される。
多入力キャンセラの適応フィルタ係数は、ブロッキング行列回路出力と多入力キャンセラ出力を用いて、多入力キャンセラ出力が最小化されるように更新される。【０００７】
固定ビームフォーマとして、複数のセンサ信号をそれぞれ遅延して加算するディレイアンドサムビームフォーマや、フィルタリングして加算するフイルタアンドサムビームフォーマを用いることが可能である。これらの固定ビームフォーマについては、非特許文献６に詳細に説明されている。【０００８】
上記ディレイアンドサムビームフォーマは、複数のセンサ信号を各信号に固有のサンプル数だけ遅延させ、更に各信号に固有の係数を乗算した後に、総和を計算して出力する。  各信号の遅延時間は、各センサ信号を遅延した後に、それに含まれる目標信号の位相が同じになるように設定する。その結果、ディレイアンドサムビームフォーマの出力に含まれる目標信号が強調される。
一方、目標信号とは異なる方向から到来する妨害信号は、前記の各遅延信号において、位相が互いに異なるため、加算によって互いに打ち消し合って減衰する。従って、ディレイアンドサムビームフォーマの出力では、目標信号が強調され、妨害信号が減衰する。【０００９】
フィルタアドサムビームフォーマは、ディレイアンドサムビームフォーマにおける複数のセンサ信号に対する遅延と定数倍が、フィルタで置換された構成を有する。これら複数のフィルタは、ディレイアンドサムビームフォーマにおける遅延と定数倍の効果が、各周波数に対して異なるようにすることができる。このため、スペクトルが平坦でない信号に対して、目標信号強調効果がディレイアンドサムビームフォーマよりも高い。【００１０】
適応ブロッキング行列回路および多入力キャンセラは、複数の適応フィルタを含む。これらの適応フィルタとして、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、及びラティスフィルタなどの構造を用いることが可能である。又、これらの適応フィルタにおける係数更新アルゴリズムとして、ＮＬＭＳアルゴリズム（学習同定法または正規化ＬＭＳアルゴリズム）、ＲＬＳアルゴリズム（逐次最小自乗法）、射影アルゴリズム、勾配法、ＬＳアルゴリズム（最小自乗法）、ブロック適応アルゴリズム、変換領域の適応アルゴリズムなどを用いることができる。【００１１】
更に、係数更新に際して、新たに計算される係数値に制約を課するタップ係数拘束適応アルゴリズムや、リーク適応アルゴリズム、更には係数値ノルムに拘束を課するタップノルム拘束適応アルゴリズム、などを用いることが可能である。これらの制約付係数更新アルゴリズムについては、非特許文献７に詳しい。【００１２】
適応ブロッキング行列回路の係数更新では強調された妨害信号が、多入力キャンセラの係数更新では強調された目標信号が、係数更新には不要な信号となり、係数更新を妨害する。このため、いずれの場合も、適応フィルタ係数が乱れ、アレイ処理装置の出力信号に不快な息づき雑音が生じる。【００１３】
これを防ぐためには、係数更新ステップサイズを小さく設定する必要がある。しかし、小さなステップサイズは、適応ブロッキング行列回路の特性が目標信号の移動に追従する速度を鈍らせ、最終出力である適応アレイ装置出力の品質が劣化する。
この問題を解決するために、適応モード制御装置が非特許文献８および非特許文献９に開示されている。【００１４】
ここで、非特許文献８に開示された方法では、隣接するセンサから得られる信号間の相関を利用して、前記妨害信号の存在を検出する。妨害信号が検出されたときに係数更新を停止することによって、良好な適応アレイ装置の出力を得ることができる。
この方法では、ヒアリングエイドを応用として開発されているためにマイク間隔が広く、空間折返しを避けるために信号帯域が６００〔Ｈｚ〕から１２００〔Ｈｚ〕程度に制限されている。
通常の音声信号を利用する応用では、時として音声パワーがこの周波数範囲外にも存在するために、妨害信号の存在を正確に検出することができない。また、固定ブロッキング行列回路を想定して多入力キャンセラだけの係数更新を制御する構成となっており、適応ブロッキング行列回路にそのまま適用することはできない。【００１５】
又、非特許文献９に開示された方法では、目標信号対妨害信号のパワー比(SIR) を用いて、妨害信号の存在を検出する。目標信号のパワー推定は、固定ビームフォーマ出力を用いて行う。妨害信号のパワー推定は、適応ブロッキング行列回路の出力を用いて行う。これらの推定値の比（即ち、ＳＩＲの推定値）を閾値と比較する。【００１６】
閾値よりＳＩＲ（目標信号対妨害信号のパワー比）が大きいときは、入力信号において目標信号が支配的であり、妨害信号の影響が少ないので適応ブロッキング行列回路で係数更新を行う。反対に、多入力キャンセラの係数更新に目標信号が妨害を与えるので、多入力キャンセラの係数更新は停止する。
閾値よりＳＩＲが小さいときは、適応ブロッキング行列回路で係数更新を停止し、多入力キャンセラで係数更新を実行する。【００１７】
しかしながら、この方法では、適応ブロッキング行列回路に含まれる適応フィルタ係数が収束するまでは、適応ブロッキング行列回路が十分な性能を発揮せず、妨害信号パワー推定が不正確になる。このため、特に動作初期に、適応ブロッキング行列回路と多入力キャンセラの係数更新制御を誤り易くなり、アレイ処理装置出力音声の劣化を引き起こす。【００１８】
この問題を解決するために、専用の固定ブロッキング行列回路を有する適応モード制御手段が非特許文献１０に開示されている。
この非特許文献１０に開示された方法では、妨害信号のパワー推定を、専用の固定ブロッキング行列回路を用いて行う。このため、適応ブロッキング行列回路に含まれる適応フィルタ係数の収束とは無関係に所望の性能が得られ、正確な妨害信号パワー推定が可能となる。【００１９】
次に、図８に、他の従来例における適応モード処理装置を示す。
この図８に示す他の従来例（適応モード処理装置）は、前述した非特許文献９に開示されている適応アレイ処理装置に、非特許文献１０に開示された適応モード制御手段を組み合わせて構成されたものである。
この内、非特許文献９に開示されている適応アレイ処理装置は、固定ビームフォーマ２００、適応ブロッキング行列回路３００、遅延素子４００、及び多入力キャンセラ５００を備えた構成となっている。又、適応モード制御手段は、ブロッキング行列回路３１０、ＳＩＲ推定部７００、及び比較部８００ａ等を備えた構成となっている。【００２０】
適応アレイ処理装置の固定ビームフォーマ２００は、Ｍ個のセンサ100０〜100Ｍ−１から得られた信号を処理して目標信号を強調する。
適応ブロッキング行列回路３００は、前記複数のセンサ信号に含まれる目標信号を抑圧し、妨害信号を相対的に強調する。これは、前述した固定ビームフォーマ２００の出力を参照信号として、複数の適応フィルタによって擬似目標信号を生成し、これらをＭ個のセンサ 100０〜100Ｍ−１から得られた信号から減算することによって達成される。この場合、前述した適応フィルタの係数は、固定ビームフォーマ２００の出力と適応ブロッキング行列回路３００の出力を用いて、適応ブロッキング行列回路３００の出力が最小化されるように更新される。【００２１】
遅延素子４００は、固定ビームフォーマ２００の出力をＬサンプル遅延させて、多入力キャンセラ５００に供給する。Ｌの値は、遅延素子４００の出力における目標信号成分と適応ブロッキング行列回路３００の出力における目標信号成分の位相が揃うように設定する。例えば、固定ビームフォーマ２００の群遅延時間と、適応ブロッキング行列回路３００のタップ数の４分の１から２分の１程度に相当する時間の和に設定すればよい。【００２２】
多入力キャンセラ５００は、固定ビームフォーマ２００の出力信号を遅延した信号と適応ブロッキング行列回路３００の出力信号を受けて処理することによって、妨害信号を抑圧し、目標信号を相対的にさらに強調する。この多入力キャンセラ５００は、適応ブロッキング行列回路３００から強調された妨害信号を参照信号として受け、これと相関のある信号として、適応フィルタによって擬似妨害信号を生成する。生成した擬似妨害信号を、遅延素子４００の出力である強調された目標信号から差し引く。この出力は、出力端子６００に伝達される。
多入力キャンセラ５００の適応フィルタ係数は、適応ブロッキング行列回路３００の出力と出力端子６００に伝達される出力信号を用いて、該出力信号が最小化されるように更新される。【００２３】
適応ブロッキング行列回路３００の係数更新で用いる適応ブロッキング行列回路３００の出力は、妨害信号と抑圧された目標信号を含む。しかし、適応ブロッキング行列回路３００が影響を与えることができるのは目標信号成分だけであり、妨害信号はそのまま出力される。即ち、適応ブロッキング行列回路３００が最小化することができるのは目標信号成分だけであり、出力に含まれる妨害信号成分は、係数更新に対して妨害を与える。【００２４】
この妨害によって、適応ブロッキング行列回路３００に含まれる適応フィルタ係数が乱れ、多入力キャンセラ５００に伝達される信号が不安定となる。その結果、多入力キャンセラ５００の出力、即ち、適応アレイ装置全体の出力が乱れ、不快な息づき雑音が生じる。
これを防ぐために、前記複数のセンサ信号を用いてＳＩＲを推定し、この推定値を用いて適応ブロッキング行列回路３００の係数更新を制御する。【００２５】
同様に、多入力キャンセラ５００の係数更新では強調された目標信号が、係数更新には不要な信号となり、係数更新を妨害する。妨害によって多入力キャンセラ５００に含まれる適応フィルタ係数が乱れ、適応アレイ装置出力において不快な息づき雑音が生じる。このため、適応ブロッキング行列回路３００と同様に、前記複数のセンサ信号のＳＩＲを推定し、この推定値を用いて多入力キャンセラ５００の係数更新を制御する。【００２６】
ＳＩＲ推定部７００は、ブロッキング行列回路３１０の出力と固定ビームフォーマ２００の出力を用いて、ＳＩＲ推定を行う。
目標信号のパワー推定は、固定ビームフォーマ２００の出力を用いて行われる。妨害信号のパワー推定は、固定ブロッキング行列回路３１０の出力を用いて行われる。これら二つの推定パワー情報は前述したＳＩＲ推定部７００に供給され、その比が算定されてＳＩＲ推定値となる。【００２７】
このＳＩＲ推定部７００で算定されたＳＩＲ推定値は、ＳＩＲ推定部７００から比較部８００に伝達される。比較部８００ａでは、ＳＩＲ推定値を閾値と比較する。
そして、閾値よりＳＩＲ推定値が大きいときは、入力信号において目標信号が支配的であり、妨害信号の影響が少ないので適応ブロッキング行列回路で係数更新を行う制御信号を発生し、適応ブロッキング行列回路３００に供給する。反対に、多入力キャンセラ５００の係数更新に際しては、目標信号が妨害を与えるので、多入力キャンセラ５００の係数更新を停止する制御信号を発生し、当該多入力キャンセラ５００に供給する。
閾値よりＳＩＲ推定値が小さいときは、適応ブロッキング行列回路で係数更新を停止し、多入力キャンセラで係数更新を実行するような信号を発生し、それぞれ適応ブロッキング行列回路３００と多入力キャンセラ５００に供給する。【００２８】
図９に、前述した固定ブロッキング行列回路３１０の構成例を示す。この図９において、ｉ番目のセンサ信号Ｘｉ(k)と（ｉ＋１）番目のセンサ信号Ｘｉ＋１(k)の差分を求めるための減算器３１１から構成される。ここで、ｋは時刻を表す指標、ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。ブロッキング行列回路３１０の出力信号Ｚ(k)は、Ｘｉ(k)−Ｘｉ＋１(k)となる。正面から到来する目標信号に対して、Ｘｉ(k)とＸｉ＋１(k)は等しいので、Ｚ(k)＝０となる。それ以外の方向から到来する妨害信号に対しては、Ｚ（k)はゼロとならない。このため、固定ブロッキング行列回路３１０は、目標信号を抑圧する効果を有する。【００２９】
【非特許文献１】1982年１月、ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・アンテナス・アンド・プロパゲイション、30巻、第１号、 (IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATIONS, VOL.30,NO.1, PP.27-34, Jan. 1982) 27 〜34ページ。
【非特許文献２】1992年９月、ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・アンテナス・アンド・プロパゲイション、第40巻、第９号、 (IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATIONS, VOL.40,NO.9, PP.1093-1096, Sep. 1992) 1093 〜1096ページ。
【非特許文献３】1996年９月、電子情報通信学会論文誌Ａ、第79巻、第9 号、1516〜1524ページ。
【非特許文献４】1972年８月、プロシーディングス・オブＩＥＥＥ、第60巻、第８号 (PROCEEDINGS OF IEEE, VOL.60,NO.8, PP.926-935, Aug. 1972) 926 〜935 ページ。
【非特許文献５】1994年４月、ＩＥＥＥプロシーディングス・オブ・インターナショナル・カンファレンス・オン・アクースティクス・スピーチ・アンド・シグナルプロセシング、第IV巻、(IEEE PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH,AND SIGNNAL PROCESSING, VOL.IV, PP.269-272, Apr. 1994) 269〜272ページ。
【非特許文献６】1993年、「アレイ・シグナル・プロセシング」、  第４章、プレンティス・ホール、イングルウッド・クリフス (CH.4, ARRAY SIGNAL PROCESSING, PRENTICE-HALL, ENGLEWOOD CLIFS, 1993.)
【非特許文献７】2001年、「マイクロフォンアレイ」、スプリンガー (MICROPHONE ARRAYS, SPRINGER, 2001.)
【非特許文献８】1992年３月、ジャーナル・オブ・アクースティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ、第91巻、第３号、 (JOURNALOF ACOUSTICAL SOCIETYOF AMERICA, VOL.91,NO.3, PP.1662-1676, Mar. 1992) 1662 〜1676ページ
【非特許文献９】1998年4 月、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・アイ・シー・エイ・エス・エス・ピー、(IEEE PROCEEDINGS OF ICASSP, PP.3605-3608, APR. 1998) 3605〜3608ページ
【非特許文献１０】1999年３月、アイ・イー・イー・イー・プロシーディングス・オブ・アイ・シー・エイ・エス・エス・ピー、(IEEE PROCEEDINGS OF ICASSP, PP.949-952, MAR. 1999) 949 〜952 ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上記従来例にあっては、空間折り返しにかかる歪を避けるために、前述したアレイ状に配設されたセンサの間隔には、波長と音速から定まる上限が設定されている。また、現実的には、センサの個数Ｍの値にも上限がある。このため、妨害信号のパワー推定を行う固定ブロッキング行列回路の周波数特性が平坦ではなく、方向に基づく選択度も十分でない。
従って、上述した各従来の技術では、妨害信号の周波数特性や到来方向によっては、そのパワー推定に誤りが避けられず、適応アレイ処理装置の不適切な係数更新制御による性能劣化を引き起こす、という不都合が生じていた。
（発明の目的）【００３１】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響によらず、正確な係数更新制御を可能とし、これにより、入力信号の周波数特性や到来方向の影響の受けにくい高品質のアレイ処理出力を得ることのできる適応アレイ制御の方法、装置、プログラム、及びこれを利用した適応アレイ処理装置、方法、及びプログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するため、本発明にかかる適応アレイ制御装置では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理すると共にその結果をアレイ処理信号として出力するアレイ処理部を有し、このアレイ処理部の出力信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を生成する演算制御部を具備したことを特徴とする。
このため、これによると、信号の周波数特性や到来方向によらず正確に信号抽出を行うことができ、これによって高品質のアレイ処理を有効に出力制御することができる。【００３３】
ここで、前述したアレイ処理部が、前記アレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、前記フィルタの出力を加算して出力する加算器とを備えた構成としてもよい。【００３４】
更に、前述したアレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第１のアレイ処理信号を出力するアレイ処理部と、この第１のアレイ処理信号と前記取り込んだ第１のアレイ処理信号との間の相対的な大小関係を算定する計算部を設ける。そして、前記演算制御部が、前記計算部で求めた前記処理信号の大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する制御信号発生機能を備えた構成としてもよい。【００３５】
又、前述した複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して成る第１のアレイ処理信号に基づいて目標信号対妨害信号の比（ＳＩＲ）を推定する推定部を装備し、前記演算制御部を、前記推定されたＳＩＲ推定値を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する制御信号発生機能を備えた構成としてもよい。【００３６】
このように構成した本発明にかかる上記適応アレイ制御装置によると、信号の周波数特性や到来方向によらず、正確に信号抽出を行うことができ、これによって、高品質のアレイ処理を出力制御することができる。
又、本発明にかかる上記適応アレイ制御装置は、例えば、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いてアレイ処理部若しくは第２のアレイ処理部で妨害信号パワーを有効に推定することができるので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができ、このため、適応アレイ処理装置の係数更新制御（アレイ処理におけるパラメータの調整）を適切に行うことが可能となり、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理を出力制御することができる。【００３７】
又、本発明にかかる適応アレイ制御方法では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して目標信号が他の信号に対して減衰したアレイ処理信号とするアレイ処理信号生成工程と、このアレイ処理信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理工程とを備えたことを特徴とする。
このため、これによると、前述した適応アレイ制御装置の場合と同様に、信号の周波数特性や到来方向によらず正確に信号抽出を行うことができ、これにより高品質のアレイ処理を出力制御することができる。【００３８】
ここで、前述したアレイ処理信号生成工程の実行内容を、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理結果を求めると共に、このアレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理して複数のフィルタ処理結果を求め、この複数のフィルタ処理結果を加算して前記アレイ処理信号を生成するように構成してもよい。【００３９】
更に、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて目標信号を他の信号に対して強調して成る第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程を設ける。又、前述したアレイ処理信号生成工程を第２のアレイ処理信号生成工程とし、前記生成した第１のアレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号生成工程で生成される第２のアレイ処理信号とを比較してその相対的な大小関係を特定する大小関係特定工程を、前述した適応アレイ処理工程の前に設定する。そして、前述した適応アレイ処理工程の実行内容を、前記大小関係特定工程で特定される各処理信号の大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するように構成してもよい。【００４０】
又、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて目標信号を他の信号に対して強調して成る第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程を設け、前記アレイ処理信号生成工程を第２のアレイ処理信号生成工程とし、前記生成した第１のアレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号生成工程で生成される第２のアレイ処理信号とを用いて目標信号対妨害信号の比（ＳＩＲ）を推定するＳＩＲ推定工程を、前記適応アレイ処理工程の前に設定する。そして、前述した適応アレイ処理工程の実行内容を、前記ＳＩＲ推定工程で推定されるＳＩＲ推定値を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するように構成してもよい。【００４１】
このように、本発明にかかる適応アレイ制御方法では、上述したように構成したので、これによると、前述した各適応アレイ制御装置とほぼ同等の高品質なアレイ処理出力を制御することができ、とくに、適応アレイ処理工程が有効に機能してアレイ処理制御を円滑に実行し得るという利点がある。【００４２】
本発明にかかる適応アレイ制御用プログラムは、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて目標信号を他の信号に対して強調して成る第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成処理、前記複数の信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果を、前記目標信号を他の信号に対して減衰させた第２のアレイ処理信号として生成する第２のアレイ処理信号生成処理、前記取り込んだ第１のアレイ処理信号と前記生成した第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係を求める大小関係特定処理、およびこの特定された大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理、をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする。
このようにしても、前述した適応アレイ制御装置の場合とほぼ同等に機能する適応アレイ制御用プログラムを得ることができる。【００４３】
又、本発明にかかる適応アレイ処理装置は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理し、その結果をアレイ処理信号として出力するアレイ処理部を具備したことを特徴とする。
このため、これによると、信号の周波数特性や到来方向によらず正確に信号抽出を行うことができ、これによって高品質のアレイ処理出力を得ることができる。【００４４】
ここで、前述したアレイ処理部は、前記アレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、この各フィルタの出力を加算して出力する加算器とを備えた構成としてもよい。【００４５】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理装置は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を求める第１のアレイ処理部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を求める第３のアレイ処理部と、前記第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、前記複数の信号のうち異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果を第２のアレイ処理信号として出力する第２のアレイ処理部と、前記第２のアレイ処理部の出力信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を生成する演算制御部とを具備したことを特徴とする。【００４６】
又、本発明にかかる適応アレイ処理装置は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理生成部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理生成部と、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、前記複数の信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果を第２のアレイ処理信号として出力する第２のアレイ処理部と、前記第１のアレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部と、前記第１，第２の各アレイ処理信号の大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部とを具備したことを特徴とする。【００４７】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理装置は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理生成部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理生成部と、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、前記複数の信号の内、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果を第２のアレイ処理信号として出力する第２のアレイ処理部と、前記第２のアレイ処理信号を用いて目標信号対妨害信号の比（ＳＩＲ）を推定するＳＩＲ推定部と、このＳＩＲ推定部で推定された前記ＳＩＲ推定値を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部とを具備したことを特徴とする。
又、前述した第２のアレイ処理部を、前記アレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、前記フィルタの出力を加算して出力する加算器を備えた構成としてもよい。【００４８】
このように構成した本発明にかかる上記各適応アレイ処理装置によると、信号の周波数特性や到来方向によらず、正確に信号抽出を行うことができ、これによって、高品質のアレイ処理出力を得ることができる。
又、上記各適応アレイ処理装置によると、例えば、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いてアレイ処理部若しくは第２のアレイ処理部で妨害信号パワーを有効に推定することができるので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができ、このため、適応アレイ処理装置の係数更新制御（アレイ処理におけるパラメータの調整）を適切に行うことが可能となり、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００４９】
又、本発明にかかる適応アレイ処理方法は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理信号を生成するアレイ処理信号生成工程と、このアレイ処理信号生成工程におけるアレイ処理結果をアレイ処理信号として出力するアレイ処理信号出力工程とを備えている。そして、前述したアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記複数の信号の内の目標信号が他の信号に対して減衰した状態に当該アレイ処理信号を生成するように構成したことを特徴とする。
このため、これによると、前述した適応アレイ制御装置の場合と同様に、信号の周波数特性や到来方向によらず正確に信号抽出を行うことができ、これにより高品質のアレイ処理出力を得ることができる。【００５０】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理方法は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理信号を生成するアレイ処理信号生成工程と、このアレイ処理信号生成工程におけるアレイ処理結果をアレイ処理信号として出力するアレイ処理信号出力工程とを備えている。そして、前述したアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記アレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理して複数のフィルタ処理結果を求めると共に当該複数のフィルタ処理結果を加算して前記アレイ処理信号を生成するように構成したことを特徴とする。【００５１】
又、本発明にかかる適応アレイ処理方法は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれ、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成工程と、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する際に、前記取り込んだ複数のアレイ信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理結果を求め、このアレイ処理結果を目標信号が他の信号に対して減衰した第２のアレイ処理信号とする第２のアレイ処理信号生成工程と、この第２のアレイ処理信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理制御工程とを備えたことを特徴とする。【００５２】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理方法は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成工程と、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する際に、前記取り込んだ複数のアレイ信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理結果を求め、このアレイ処理結果を目標信号が他の信号に対して減衰した第２のアレイ処理信号とする第２のアレイ処理信号生成工程と、前記第１のアレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、この特定された前記大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えたことを特徴とする。【００５３】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理方法は、アレイ状の複数のセンサから送り込まれアレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成工程と、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する際に、前記取り込んだ複数のアレイ信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理してアレイ処理結果を求め、このアレイ処理結果を目標信号が他の信号に対して減衰した第２のアレイ処理信号とする第２のアレイ処理信号生成工程と、この第２のアレイ処理信号を用いて目標信号対妨害信号の比（ＳＩＲ）を推定するＳＩＲ推定工程と、この推定されたＳＩＲ推定値を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えたことを特徴とする。【００５４】
ここで、前述した第２のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記アレイ処理結果をそれぞれフィルタ処理して複数のフィルタ処理結果を求めると共に当該複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第２のアレイ処理信号を求めるように構成してもよい。【００５５】
本発明にかかる適応アレイ処理方法は上述したように構成したので、これによると、前述した各適応アレイ制御装置とほぼ同等の高品質なアレイ処理出力を得ることができ、とくに、適応アレイ処理工程が有効に機能してアレイ処理出力を円滑に実行し得るという利点がある。
又、上記各適応アレイ処理方法によると、例えば、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いてアレイ処理工程若しくは第２のアレイ処理工程で妨害信号パワーを有効に推定するようにしたので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた平坦度の高い特性を得ることができ、妨害信号パワーを正確に推定される。このため、適応アレイ処理に際しての装置の係数更新制御（アレイ処理におけるパラメータの調整）を適切に行うことが可能となり、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００５６】
更に、本発明にかかる適応アレイ処理用プログラムは、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号を用いて、目標信号を他の信号に対して強調して第１のアレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号生成機能、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成機能、この第３のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する相関成分消去機能、前記アレイ状の複数の信号の内の異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共にこのセンサ対から得られる信号をアレイ処理した結果を、前記目標信号を他の信号に対して減衰させた第２のアレイ処理信号として特定する第２のアレイ処理信号特定機能、前記第１のアレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を特定する大小関係特定機能、この特定された大小関係を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する適応アレイ処理制御機能をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする。
このようにしても、前述した適応アレイ処理装置の実行内容と同等に機能する適応アレイ処理用プログラムを得ることができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によると、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いて妨害信号パワーを推定するので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた、平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができる。このため、適応アレイ処理装置の係数更新制御（アレイ処理におけるパラメータの調整）を適切に行うことが可能となり、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理の実行を制御することができ、又、これにより、高品質なアレイ処理出力を得ることができるという従来にない優れた適応アレイ制御の方法、装置、プログラム、及びこれを利用した適応アレイ処理装置、方法、及びプログラムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
次に、本発明にかかる適応アレイ制御装置およびこれを利用した適応アレイ処理装置の実施形態を、図１乃至図７に基づいて説明する。
本発明にかかる図１乃至図７に示す実施形態は、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対の信号を受けてアレイ処理を行い、得られたアレイ処理結果を用いて、妨害信号パワーを正確に推定することを特徴とする。より具体的には、複数の異なった間隔のセンサから信号を受けて処理する多重ブロッキング行列回路を備えていることを特徴とする。
以下、これを詳述する。【００５９】
〔第１の実施形態〕
図１乃至図６に、本発明にかかる適応アレイ処理装置の第１の実施形態を示す。
まず、図１において、本第１の実施形態における適応アレイ処理装置は、アレイ状のＭ個のセンサ群100０〜100Ｍ−１から送り込まれる複数の信号の内の目標信号を他の信号に対して強調するように処理すると共にこれによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成部としての固定ビームフォーマ２００と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部としての多重ブロッキング行列回路３２０とを備えている。【００６０】
ここで、上記多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０は、前述したアレイ状のＭ個のセンサ群100０〜100Ｍ−１から送り込まれる複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共に、そのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分出力機能を備えている。
又、この多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０は、前述した各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、このフィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えている。【００６１】
又、上述した適応アレイ処理装置は、前述した第１のアレイ処理信号に基づいて目標信号に対する妨害信号の比(SIR) を推定するＳＩＲ推定部７００と、適応ブロッキング行列回路（第３のアレイ処理信号生成部）３００と、前記ＳＩＲ推定部７００で推定される推定値に対応して前記第１のアレイ処理信号を適応アレイ処理し前記妨害信号の影響を排除して当該第１のアレイ処理信号を強調出力する多入力キャンセラ（適用アレイ処理部）５００と、これら適応ブロッキング行列回路３００および多極の入力キャンセラ５００の動作を制御すると共に特に当該多極の入力キャンセラ（適用アレイ処理部）５００からは高品質のアレイ処理出力を成し得るように，前記ＳＩＲ推定部７００からの制御情報に基づいて最適な状態に調整パラメータの係数更新等を制御する演算制御部８００と、前記第１のアレイ処理信号を遅延させて当該多極の入力キャンセラ５００に送り込む遅延素子４００とを備えている。尚、前記演算制御部８００は、前述した図８における比較部８００ａとしての機能も兼ね備えている。【００６２】
ここで、上記多重ブロッキング行列回路３２０、ＳＩＲ推定部７００、および比較部８００ａとしても機能する演算制御部８００とにより、適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００が構成されている。【００６３】
ここで、上述した多入力キャンセラ５００については、前述した第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して当該第１のアレイ処理信号を強調出力する相関除去部としての機能を備えて構成されている。
又、上記ＳＩＲ推定部７００については、前記多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０で生成された第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR) を推定し特定する構成としてもよい。【００６４】
更に、上記ＳＩＲ推定部７００については、前述した第１のアレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係を求める計算部（図示せず）で置き換えてもよい。【００６５】
又、前述した演算制御部８００は、前述した第１のアレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係の情報に基づいて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを制御するための制御信号を生成する制御信号生成機能を有し、当該制御信号を用いて前述した固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）２００と多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）と適応ブロッキング行列回路３００と多入力キャンセラ（相関除去部）５００の少なくとも何れか一つを動作制御し、目標信号又は妨害信号を鮮明に強調出力させる機能（適応アレイ処理制御機能）を備えている。【００６６】
更に、この図１における第１実施形態にあっては、前述した従来例と比較して、適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００の一部を成す多重ブロッキング行列回路３２０が、前述した図８（従来例）に示すブロッキング行列回路３１０とは全く相違する。
以下これについて詳述する。【００６７】
（多重ブロッキング行列回路３２０について：第１の例）
次に、多重ブロッキング行列回路３２０について、その構成内容と動作等について詳述する。
この図１における多重ブロッキング行列回路３２０の一構成例を図２に示す。図２に示すように、多重ブロッキング行列回路３２０は、減算器321０〜321Ｍ−１と加算器３２２とから構成されている。減算器ｉは、１番目のセンサ信号Ｘ０(k)とｉ番目のセンサ信号Ｘｉ(k)の差分Ｚｉ(k)＝Ｘ０(k)−Ｘｉ(k)を求めて、加算器３２２に伝達する。ここに、記号ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。加算器３２２は、これらＭ−１個の入力信号をすべて加算して、加算結果をＺ(ｋ)として出力する。【００６８】
前述した従来例のブロッキング行列回路３１０（図８参照）で説明したように、正面から到来する目標信号に対して、各差分Ｚｉ(k)＝０となる。それ以外の方向から到来する妨害信号に対しては、Ｚｉ(k)はゼロとならない。即ち、すべての差分は、それぞれ単独で多重ブロッキング行列として機能する。しかし、それぞれの差分Ｚｉ(k)は、異なった周波数応答と空間選択特性を有する。これは、次の２つの理由による。【００６９】
まず、減算器入力である２つのセンサ信号間の相対的な遅延は、センサ間距離と信号到来方向の正弦(sin)の積を音速で除した形で与えられることがあげられる。また、センサ間距離は、すべてのＺｉ(k)において異なる。差分Ｚｉ(k)の周波数特性及び空間選択特性は、センサ間距離の関数となるのである。逆にいえば、センサ間距離が異なるＺｉ(k)は、異なった周波数特性と空間選択特性を有する。これは、減算器321０〜321Ｍ−１を加算器に交換しても正しい。ただし、利得が減算器の場合の逆数となる点が異なる。尚、加算器を用いた場合は、目標信号が強調されるが、その場合の周波数特性と空間選択特性が、下記文献に開示されている。
「2001年、「マイクロフォン・アレイズ」、第１章、図１．１、スプリンガー―バーラグ、ベルリン (CH.1, MICROPHONE ARRAYS,  SPRINGER-VERLAG, BERLIN,  2001.)」【００７０】
減算器の場合には、上記文献中の周波数特性と空間選択特性の逆数をとって正規化すればよい。この文献中にあっては、センサ間距離が一定の場合、入力信号周波数が高くなるほど空間選択性が急峻になることがわかる。低い周波数においては、ビーム角度が広く、空間選択性も劣化する。
これを上記の減算器321０〜321Ｍ−１の場合にあてはめてみると、低い周波数において、正面方向から到来する目標信号に対して感度が低く、正面からはずれた方向に対してより感度が高い。しかしながら、感度が低い方向から感度が高い方向への遷移はゆるやかであり、十分な空間選択性を得ることができない。一方、センサ間隔が広くなれば、相対遅延が大きくなり、高い空間選択性を実現できる。即ち、急峻な空間選択性を得ることができる。【００７１】
本第１実施形態は、この原理に基づき、間隔が異なるセンサの組から得られた信号の差分を複数求め、これらを加算することによって、総合的に優れた空間選択性を有する多重ブロッキング行列を得る。複数の差分は減算器321０〜321Ｍ−１で求め、それらを加算器３２２で加算する。
このように構成することにより、低域信号に対しては間隔が広いセンサから得られた信号ペアの差分が、高域信号に対しては間隔が狭いセンサから得られた信号ペアの差分が有効に作用し、広帯域信号に対して優れた空間選択性を実現することができる。このため、この多重ブロッキング行列回路３２０は、優れた周波数特性と空間選択性で、目標信号を抑圧することができる。【００７２】
本第１実施形態では、このような特性を有する多重ブロッキング行列回路３２０の出力を用いて妨害信号パワーを正確に推定し、その結果を用いてＳＩＲ計算部７００でＳＩＲを計算するように構成されている。このため、係数更新ステップサイズや忘却係数などの適応フィルタの追従性と演算精度を決定するパラメータを、正確なＳＩＲ推定値に基づいて制御することで、適応アレイ処理装置における適応ブロッキング行列回路３００および目標信号を出力する多極の入力キャンセラ５００での係数更新を、適切に制御することが可能となる。その結果、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００７３】
（多重ブロッキング行列回路３２０の他の構成例：第２の例）
多重ブロッキング行列回路３２０の他の構成例を図３に示す。
この図３に示す多重ブロッキング行列回路３２０は、減算器321０〜321Ｍ−１、フィルタ323０〜323Ｍ−１、及び加算器３２２とから構成されている。減算器ｉは、１番目のセンサ信号Ｘ０(k)とｉ番目のセンサ信号Ｘｉ(k)の差分Ｚｉ(k)＝Ｘ０(k)−Ｘｉ(k)を求めて、フィルタ323ｉに伝達する。符号ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。【００７４】
フィルタ323ｉは、通過帯域の信号成分を加算器３２２に伝達する。加算器３２２は、これらＭ−１個の入力信号をすべて加算して、加算結果をＺ(ｋ)として出力する。フィルタ323ｉの通過帯域は、０番目とｉ番目のマイクロフォン間隔によって決定する。０番目とｉ番目のマイクロフォン信号によって定められる空間選択性の、とくに正面以外の方向に対する減衰特性が、方向に対して平坦になるような周波数を通過帯域とするように、フィルタ323ｉが設計されている。【００７５】
（多重ブロッキング行列回路３２０の第３の例）
多重ブロッキング行列回路３２０は、更に別の構成とすることができる。Ｍ個のセンサからなる直列アレイにおいて、２つのセンサの間隔は短いものから順に、Ｄ、２Ｄ、３Ｄ、・・・、（Ｍ−１）Ｄとする。センサ間隔がＤとなるセンサの組はＭ−１あり、２Ｄとなる組はＭ−２、同様に考えて、（Ｍ−１）Ｄとなる組は１となる。従って、これらそれぞれのセンサ間隔に対応した一組のセンサを選択し、それらから得られる信号の差分を求め、これらを加算器３２２で加算する構成である限り、多重ブロッキング行列回路３２０は上記の効果を有する。このような構成例を図４に示す。【００７６】
この図４では、減算器321０と321Ｍ−２の動作が図３の場合と異なる。
図３では、これらの減算器はセンサ間隔Ｄと（Ｍ−１）Ｄに対応した差分信号を出力するが、図４では、（Ｍ−１）ＤとＤのセンサ間隔に対応した差分信号を出力する。この他にも、様々な類似構成が可能となる。【００７７】
（多重ブロッキング行列回路３２０の第４の例）
更に、これらの内、特定のセンサ間隔に対応した信号を用いない構成であっても、従来のブロッキング行列回路３１０よりは、目標信号のブロック効果が高い。このような多重ブロッキング行列回路３２０の構成例（第４の例）を、図５に示す。図５を図３と比較すると、減算器321１が存在しない。このため、センサ間隔が２Ｄに対応した差分信号は存在せず、センサ間隔２Ｄによる効果は期待できない。しかし、それ以外のセンサ間隔に対応した信号によって、図３の例には及ばないものの、総合的に優れた空間選択性を有する多重ブロッキング行列回路３２０を得ることができる。【００７８】
多重ブロッキング行列回路３２０の第３乃至第４の例（図４及び図５）では、減算器321０〜321Ｍ−１の出力は、フィルタ323０〜323Ｍ−１を経由して加算器３２２に供給されているが、図２と同様にフィルタ323０〜323Ｍ−１のない構成も可能である。これらの構成は、図４及び図５においてフィルタ323０〜323Ｍ−１の入出力をすべて直結することで得られる。
その他の構成は前述した図８における従来等例の場合と同一となっている。【００７９】
（全体的な動作説明）
次に、上記第１の実施形態における全体的な動作について説明する。
まず、アレイ状センサ群で捕捉された複数の信号が送り込まれると受信部１００はこれを受信し一時的に保持する（ステップＳ１０１）。この受信部では、アレイ状センサ群からの複数の信号を常時受信し得る機能を備えている。この受信部１００で受信されたアレイ状センサ信号は、固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）２００と多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０と適応ブロッキング行列回路（妨害信号抽出部）３００へ同時に送り込まれる。【００８０】
固定ビームフォーマ２００では、送り込まれた複数の信号の内の目標信号が他の信号に対して強調するように処理され、これによって第１のアレイ処理信号が生成される（ステップＳ１０２：第１のアレイ処理信号生成工程）。
又、同時に多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０では、送り込まれた複数の信号の内の前記目標信号を他の信号に対して減衰させ、これによって妨害信号が強調するように処理され、第２のアレイ処理信号が生成される（ステップＳ１０３：第２のアレイ処理信号生成工程）。この生成された第２のアレイ処理信号は、多重ブロッキング行列回路３２０で一時的に記憶される。【００８１】
更に、適応ブロッキング行列回路３００では、送り込まれた複数の信号の内の前記目標信号を他の信号に対して減衰させ、これによって妨害信号が強調するように処理されて一時的に記憶され、その後に所定のタイミングで前述した多入力キャンセラ５００へ出力される（ステップＳ１０４）。
これら固定ビームフォーマ２００、多重ブロッキング行列回路、および適応ブロッキング行列回路３００における各処理動作は、本実施形態では同時に作動し並行して同時に実行されるようになっている。【００８２】
ステップＳ１０２で生成され目標信号が強調された第１のアレイ処理信号は遅延素子４００でタイミングを送られ、所定の遅延されたタイミングで多入力キャンセラ５００へ送り込まれる（ステップＳ１０５）。【００８３】
同時に、ステップＳ１０２で生成され目標信号が強調された第１のアレイ処理信号は、と前述した多重ブロッキング行列回路３２０で生成された第２のアレイ処理信号とに基づいて目標信号対妨害信号の比(SIR) がＳＩＲ推定部７００で演算され推定される（ステップＳ１０６：ＳＩＲ推定工程）。この場合、ＳＩＲの推定は、第２のアレイ処理信号に代わって予め設定した所定の妨害信号（例えば予め想定されたもの）を用いてもよい。又、この場合、ＳＩＲ推定工程に代えて、第１のアレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係を求める大小関係特定工程を設定してもよい。【００８４】
そして、前述したＳＩＲ推定工程で推定されたＳＩＲ推定値（又は大小関係特定値）は、直ちに演算制御部８００へ送られる。そして、この演算制御部８００では、このＳＩＲ推定値（又は大小関係特定値）に基づいて機能し、多入力キャンセラ５００における第１のアレイ処理信号の適応アレイ処理にあってその追従速度と演算精度とを定めるパラメータを最適な状態に設定制御するための制御信号を生成する（ステップＳ１０７：制御信号生成工程）。この制御信号を入力した多入力キャンセラ５００では、これにより目標信号を強調出力するように設定制御される（適応アレイ処理制御工程）。【００８５】
即ち、演算制御部８００によって第１のアレイ処理信号の適応アレイ処理に際し、処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得られる（ステップＳ１０８）。
ここで、演算制御部８００により、前述した制御信号を固定ビームフォーマ２００および多重ブロッキング行列回路３２０にも送り込み、これらの出力又はこれらの内の少なくとも一つを強調出力するように制御する構成としてもよい。【００８６】
以上のように、この第１の実施形態によると、目標信号（又は目標信号および妨害信号）の各パワーを有効に推定することができ、このため、処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００８７】
又、適応モード制御手段１２００は、前述した各実施形態における適応モード制御手段と同様に、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、これら各センサ対出力を用いて妨害信号パワーを推定する機能を備えている。このため、この適応モード制御手段１２００を装備することにより、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた、平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができる。【００８８】
このように、本発明の実施形態では、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いて妨害信号パワーを推定するので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができる。このため、適応アレイ処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理の実行を制御することができ、又、これにより高品質なアレイ処理出力を得ることができる。
即ち、上記第１の実施形態によると、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００８９】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態を図７に基づいて説明する。
ここで、前述した第１の実施形態における構成部材と同等に機能する構成要素については同一の符号を用いるものとする。
この図７に示す第２の実施形態は、プログラム制御により動作するコンピュータ（中央処理装置；プロセッサ；処理装置本体）１０００と、入力端子101０〜101Ｍ−１、及び出力端子６００とから構成されている。【００９０】
コンピュータ（中央処理装置；プロセッサ；処理装置本体）１０００は、前述した第１乃至第２の各実施例で開示した固定ビームフォーマ２００、適応ブロッキング行列回路３００、遅延素子４００、及び多入力キャンセラ５００、多重ブロッキング行列回路３２０、ＳＩＲ推定部７００、及び比較機能も備えた演算制御部８００の各機能と同等に機能する処理プログラムを格納した記憶装置、および当該処理プログラムを実行する中央処理装置を備えている。【００９１】
そして、入力端子101０〜101Ｍ−１に供給される目標信号と妨害信号は、コンピュータ１０００内の前記処理プログラムにて想定されるアレイ処理装置１１００に供給され、ここで妨害信号が抑圧処理される。
この想定されるアレイ処理装置１１００は、前述した固定ビームフォーマ２００、適応ブロッキング行列回路３００、遅延素子４００、多入力キャンセラ５００と同等の実行内容を、構成要素として備えている。又、本実施形態では、適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００には、当該適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００の各動作を制御する適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００が併設されている。【００９２】
この適応モード制御手段１２００は、前述した第１実施形態における多重ブロッキング行列回路３２０、ＳＩＲ推定部７００、および比較部としても機能する演算制御部８００、と同等の実行内容を含む処理プログラムにより構成されている。【００９３】
そして、この適応モード制御手段１２００により、前述したアレイ処理装置における適応ブロッキング行列回路３００と多入力キャンセラ５００に含まれる適応フィルタの係数更新速度及び精度を制御される。【００９４】
このように、適応モード制御手段（適応モード制御装置）１２００は、複数の異なったセンサ間隔を有するセンサ群の出力を用いて、妨害信号パワーを推定するので、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた、平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができる。このため、これを利用した適応アレイ処理装置では、その係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００９５】
以上、センサとしてマイクロフォンを用いて説明してきたが、マイクロフォン以外に、超音波センサや、ソーナー受音器、アンテナなどのセンサを用いることができる。【００９６】
このように、本実施形態における適応アレイ処理装置１１００は、適応モード制御手段１２００を装備することにより、前述した実施形態の場合と同様に、適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。【００９７】
以上説明したように、上述した各実施形態によれば、妨害信号パワー及び目標信号と妨害信号の比（ＳＩＲ）を正確に推定することができる。このため、妨害信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくく、係数更新制御を適切に行うことが可能となる。その結果、アレイ処理装置の出力における信号の劣化や息づき雑音が減少し、高品質なアレイ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１中に開示した多重ブロッキング行列回路の第１の例を示すブロック図である。
【図３】図１中に開示した多重ブロッキング行列回路の第２の例を示すブロック図である。
【図４】図１中に開示した多重ブロッキング行列回路の第３の例を示すブロック図である。
【図５】図１中に開示した多重ブロッキング行列回路の第４の例を示すブロック図である。
【図６】図１に開示した第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図８】従来例を示すブロック図である。
【図９】図８中に開示したブロッキング行列回路の例示す説明図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０００〜１００Ｍ−１  アレイセンサとしての複数のマイクロフォン
２００  固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）
３００  適応ブロッキング行列回路（第３のアレイ処理信号生成部）
３２０  多重ブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）
３１１，３２１０〜３２１Ｍ−１  減算器
３２２  加算器
３２３０〜３２３Ｍ−１  フィルタ
５００  多入力キャンセラ（適用アレイ処理部，相関除去部）
７００  目標信号対妨害信号比の計算部（ＳＩＲ計算部，ＳＩＲ推定部）
８００  演算制御部
１０００  コンピュータ
１２００  適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）
【図１】
0005315991.tif 000002
【図２】
0005315991.tif 000003
【図３】
0005315991.tif 000004
【図４】
0005315991.tif 000005
【図５】
0005315991.tif 000006
【図６】
0005315991.tif 000007
【図７】
0005315991.tif 000008
【図８】
0005315991.tif 000009
【図９】
0005315991.tif 000010