(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号の強い非相関化の方法であって、
a)コンピュータが入力信号を処理して、少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を定める遅延及び回転パラメータを決定するステップであって、該入力信号に該基本準ユニタリ行列を演算することにより、該遅延及び回転パラメータによって該入力信号が出力信号へと変換されて強い非相関の程度が改善される、ステップと、
b)コンピュータが前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記ステップa)及び本ステップb)を繰り返すステップと、
c)前記改善が著しくない場合には、コンピュータが、前記出力信号を、広義に非相関化された信号として指定するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記入力信号を変換する前記遅延及び回転パラメータが、単一基本準ユニタリ行列を定める
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップa)を繰り返すことにより定められる連続した基本準ユニタリ行列を、累積的に乗算することにより、入力信号を広義に非相関化された出力信号に変換するための準ユニタリ行列が得られる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記信号遅延パラメータは、離散的な遅延ベクトルのセットから選択され、該セット内の各遅延ベクトルで遅延された前記入力信号のそれぞれのバージョンを生成することにより、前記遅延及び回転パラメータを定め、前記各バージョンについて、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む回転パラメータを求める
ことを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む前記回転パラメータが、瞬時非相関化で使用される種類の点別非相関化のためのアルゴリズムを使って定められる
ことを特徴とする請求項4に記載の方法。
【請求項６】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号を含む請求項1に記載の方法であって、
前記信号遅延パラメータは、n要素の遅延ベクトルのセットから選択され、前記信号回転パラメータの範囲が、n(n-1)/2個の角度パラメータのセットである
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号を含む請求項1に記載の方法であって、
前記ステップa)が、入力信号のペアの回転、及び他の入力信号又は場合によっては他の各入力信号の相対遅延、を与える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定めること、を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記n個の入力信号がそれぞれのチャネルと関連付けられ、
前記ステップa)がn(n-1)/2個の連続した段階を持ち、前記段階の各々は、少なくとも1つのそれぞれの基本準ユニタリ行列と関連付けられ、かつ、チャネルのそれぞれのペアと関連付けられる信号の回転を与え、及び他のチャネル又は場合によっては他の各チャネルと関連付けられる相対遅延を与えるものであり、前記段階の第一の段階は、前記入力信号を処理するように構成され、その次に続く段階又は場合によってはその次に続く各段階は、それぞれの先立つ段階で処理された信号を受け取るように構成される
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号のセットを含む請求項1に記載の方法であって、
a)コンピュータが、前記入力信号のセットのn(n-1)/2個の複製を作成し、
b)コンピュータが、各複製において、他の複製で選択された信号ペアとは異なるそれぞれの信号ペアを選択し、かつ、
c)遅延及び回転パラメータを定めるように前記入力信号を処理するステップは、コンピュータによって各複製について実行され、かつ、
i)前記それぞれの選択された信号ペアのみの回転に備える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定めること、及び、
ii)前記関連する少なくとも1つの基本準ユニタリ行列によって変換されたとき、どの複製が、前記複製によって獲得可能な最大範囲の少なくとも大部分の非相関化の程度の改善に対応する変換信号を生むかを定め、これらの変換信号を出力信号として指定すること
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記少なくとも1つの基本準ユニタリ行列が、少なくとも1つの最初の遅延、回転、及び最終遅延を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
入力信号を受け取るようにプログラムされた、信号の強い非相関化のためのコンピュータ機構であって、
a)入力信号を処理して、少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を定める遅延及び回転パラメータを決定し、該入力信号に該基本準ユニタリ行列を演算することにより、該遅延及び回転パラメータによって該入力信号が出力信号へと変換されて強い非相関の程度が改善され、
b)前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記a)及びb)を繰り返し、
c)前記改善が著しくない場合には、前記出力信号を、広義に非相関化された信号として指定する
ようにもまたプログラムされたことを特徴とするコンピュータ機構。
【請求項１２】
前記入力信号を変換する前記遅延及び回転パラメータが、単一基本準ユニタリ行列を定める
ことを特徴とする請求項11に記載の機構。
【請求項１３】
繰り返し処理において定められる連続した基本準ユニタリ行列を累積的に乗算することにより、入力信号を広義に非相関化された出力信号に変換するための準ユニタリ行列が得られるよう、コンピュータ装置がプログラムされる
ことを特徴とする請求項11又は12に記載の機構。
【請求項１４】
前記信号遅延パラメータは、離散的な遅延ベクトルのセットから選択され、コンピュータ装置が、該セット内の各遅延ベクトルで遅延された前記入力信号のそれぞれのバージョンを生成することにより、前記遅延及び回転パラメータを定め、前記各バージョンについて、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む回転パラメータを求めるようにプログラムされた
ことを特徴とする請求項12に記載の機構。
【請求項１５】
前記コンピュータ装置が、点別非相関化アルゴリズムを使って少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む前記回転パラメータ、を定めるようにプログラムされた
ことを特徴とする請求項14に記載の機構。
【請求項１６】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号を受け取るようにプログラムされた請求項11に記載の機構であって、
入力信号のペアの回転、及び、他の入力信号又は場合によっては他の各入力信号の相対遅延を与える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定めるようにも、またプログラムされた
ことを特徴とする機構。
【請求項１７】
前記n個の入力信号について、それぞれのチャネルを定めるようにプログラムされた請求項16に記載の機構であって、
各々が、少なくとも1つのそれぞれの基本準ユニタリ行列と関連付けられ、かつチャネルのそれぞれのペアと関連付けられる信号の回転、及び他のチャネル又は場合によっては他の各チャネルと関連付けられる相対遅延の供給に備える連続したn(n-1)/2個の段階で、前記入力信号を処理するようにも、またプログラムされ、
前記段階の第一の段階は、前記入力信号を処理することを含み、その次に続く段階又は場合によってはその次に続く各段階が、それぞれの直前の段階における処理から結果として生じた信号を処理することを含む
ことを特徴とする機構。
【請求項１８】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号のセットを受け取るようにプログラムされた請求項11に記載の機構であって、
a)前記入力信号のセットのn(n-1)/2個の複製を作成し、
b)各複製において、他の複製において選択された信号ペアとは異なるそれぞれの信号ペアを選択し、
c)入力信号と同様に、各複製について、遅延及び回転パラメータを定めるような前記入力信号の処理を実行し、かつ、
i)前記それぞれの選択された信号ペアのみの回転に備える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列、を実行する遅延及び回転パラメータを定め、かつ、
ii)前記関連する少なくとも1つの基本準ユニタリ行列によって変換された時、どの複製が、前記複製によって獲得可能な最大範囲の少なくとも大部分の強い非相関化の程度の改善に対応する変換信号を生むかを定め、これらの変換信号を出力信号として指定する
ようにもまたプログラムされたことを特徴とする機構。
【請求項１９】
前記少なくとも1つの基本準ユニタリ行列が、少なくとも1つの最初の遅延、回転、及び最終遅延を実行する
ことを特徴とする請求項11に記載の機構。
【請求項２０】
コンピュータに入力された信号の強い非相関化を、該コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
a)入力信号を処理して、少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を定める遅延及び回転パラメータを決定するためのステップであって、該入力信号に該基本準ユニタリ行列を演算することにより、該遅延及び回転パラメータによって該入力信号が出力信号へと変換されて強い非相関の程度が改善されるステップを、前記コンピュータに実行させるための命令と、
b)前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記a)及びb)を繰り返すステップを、前記コンピュータに実行させるための命令と、
c)前記改善が著しくない場合には、前記出力信号を、広義に非相関化された信号として指定するステップを、前記コンピュータに実行させるための命令と、
を備えることを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
前記入力信号を変換する前記遅延及び回転パラメータが、単一基本準ユニタリ行列を定める
ことを特徴とする請求項20に記載のプログラム。
【請求項２２】
遅延及び回転パラメータを定めるような前記入力信号の処理を繰り返すことにより定められる連続した基本準ユニタリ行列を累積的に乗算することにより、入力信号を広義に非相関化された出力信号に変換するための準ユニタリ行列を得るステップを、コンピュータに実行させるよう構成された
ことを特徴とする請求項20又は21に記載のプログラム。
【請求項２３】
請求項21に記載のプログラムであって、
前記信号遅延パラメータは、離散的な遅延ベクトルのセットから選択され、
前記セット内の各遅延ベクトルにより遅延された前記入力信号のそれぞれのバージョンを生成し、前記各バージョンについて、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む回転パラメータを求めることにより定められるべき、前記遅延及び回転パラメータを提供するステップを、前記コンピュータに実行させるよう構成された、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２４】
点別非相関化アルゴリズムを用いて定められるべき、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む、前記回転パラメータ、を与えるステップを、前記コンピュータに実行させるよう構成された
ことを特徴とする請求項23に記載のプログラム。
【請求項２５】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号を、コンピュータに受け取らせるよう構成された、請求項20に記載のプログラムであって、
前記入力信号を処理し、遅延及び回転パラメータを決定し、そして、入力信号ペアの回転と、及び他の入力信号についての、あるいは場合によっては他の各入力信号についての相対遅延と、を与える、少なくとも１つの基本準ユニタリ行列を実行するようなパラメータ、を決定することを含むステップを、コンピュータに実行させるよう構成された、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２６】
コンピュータに、前記n個の入力信号についてそれぞれのチャネルを定めさせるように構成された、請求項25に記載のプログラムであって、
前記プログラムは、前記入力信号を処理し、遅延及び回転パラメータを決定することを含むステップを、コンピュータに実行させるよう構成され、
前記プログラムは、n(n-1)/2の連続した段階を有し、その各々は少なくとも１つの各基本準ユニタリ行列と関連し、各基本準ユニタリ行列は、各チャネルペアに関連する信号の回転を与え、そして前記チャネルに関連する、又は場合によっては他の各チャネルに関連する、相対遅延を与えるものであり、
前記段階の第一の段階は、前記入力信号をコンピュータに処理させるように構成され、その次に続く段階又は場合によってはその次に続く各段階は、コンピュータに、それぞれの先立つ段階で処理された信号を受け取らせるように構成された
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２７】
nが2より大きい整数である、n個の入力信号のセットを、コンピュータに受け取らせるよう構成された、請求項22に記載のプログラムであって、また該プログラムが、
a)前記入力信号のセットのn(n-1)/2個の複製を作成するステップと、
b)各複製において、他の複製で選択された信号ペアとは異なるそれぞれの信号ペアを選択するステップと、
c)i)前記それぞれの選択された信号ペアのみの回転を与える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列、を実行する遅延及び回転パラメータを定め、
ii)前記関連する少なくとも1つの基本準ユニタリ行列によって変換された時、どの複製が、前記複製によって獲得可能な最大範囲の少なくとも大部分の強い非相関化の程度の改善に対応する変換信号を生むかを定め、これらの変換信号を出力信号として指定することにより、
入力信号としての、各複製に対して、遅延及び回転パラメータを定める処理を実行するステップと、
を、コンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とするプログラム。
【請求項２８】
前記少なくとも1つの基本準ユニタリ行列が、少なくとも1つの最初の遅延、回転、及び最終遅延を実行する
ことを特徴とする請求項22に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の非相関化に関するものであり、特に、合成積混合された信号の非相関化、及び、非相関化を実行するための方法、機構、及びコンピュータープログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非相関化は既知である。それは、コンピューターシステム上で動作し、アナログ形からデジタル形への変換後にセンサからデータを受け取るソフトウェアによって実装される信号処理の形である。非相関化において、通常、定常性及び線形性という2つの仮定がなされ、本発明に関しても、またこれらの仮定が成される。定常性は、信号、及び、そこで信号が混合されるチャネルが、その混成信号がサンプリングされる時間間隔の間ずっと変化しないことを意味する。線形性は、センサで受け取られた信号の混合が、これらの信号の線形結合であることを意味する。信号の積及び二乗、及びより高次累乗の信号、を特徴とするより複雑な結合は、考慮されない。
【０００３】
非相関化の目的は、入力信号間の類似性を取り除き、それにより冗長を取り除くことである。いくつかの状況では、それが混合より先であるので、これは、信号を復元することにつながるだろうが、より通常では、それは、逆混合アルゴリズムにおける前処理段階として、又はデータ圧縮アルゴリズムのような他のアルゴリズムの一部として使用される。一般的な使用法は、意味のあるデータを伝送する信号を、もっぱら周囲及び信号を検出する受信器システムにおけるノイズにより生じる信号から分離するものである。このような分離は、それ自身で終端となることもある、或いは、データ圧縮方式の一部として使用されることもある。
【０００４】
非相関化は、信号のセット内の信号ペア間の相関、又は類似性を取り除く処理である。一ペアの信号の相関は、それ自身、信号ペアの積の時間による積分と数学的に定義される。例えば、非相関化が信号の1つをゼロにすることにつながる場合に起こるように、非相関化処理において、できるだけ少ない(好ましくはなくす)情報しか破壊されないようにすることが重要である。非相関化のためのエネルギー保存変換の使用は、情報が破壊されるのを避け、他の有用な特性を持つ出力信号を導く。
【０００５】
エネルギー保存変換が使用される場合には、累乗の次数を減らして、非相関化された信号を復元することが、通常必要とされる。これは、データ圧縮技術、及び信号/雑音部分空間分離技術を非常に単純に実装することを可能にする。
【０００６】
瞬時混合された信号を非相関化させるためのアルゴリズムは、既知である。それらは、エネルギー保存の変換か、又はそうでない変換かのいずれかを使用することができる。
【０００７】
不運なことに、瞬時混合された信号を非相関化させるのに適切なアルゴリズムは、より困難な問題に対処することが出来ない。センサからの出力信号を、合成積、すなわち互いに対して相対的に遅延された一連の信号の複製の結合、として数学的に表現しなければならないとき、これらのより困難な問題が生じる。
【０００８】
瞬時アルゴリズムで使用される手法は、合成積混合状態にも適用された。この手法から、エネルギー保存技術の使用により、合成積混成信号を非相関化させることができることが推量される。このアルゴリズムは、混合及び非相関化に伴う時間遅延を考慮するであろう。しかしながら、課される条件が変わった。すなわち、(後で定義するような)点別非相関化はもはや充分ではなく、そのかわりに、時間遅延を伴う非相関化を含むより広い条件を課すべきである。これは、広義非相関化と呼ばれ、強い非相関化を課すとき、この特性を課す。
【０００９】
エネルギー保存フィルタによって強い非相関化を課すためのアルゴリズムは、瞬時アルゴリズムで用いられるユニタリ行列ではなく、準ユニタリ行列を用いる。後でより詳細に説明するように、準ユニタリ行列は、その準共役行列で乗算されたとき恒等行列を与える行列、すなわちエルミート共役行列の多項等価である。それゆえ、強い非相関化の問題のための可能な手法は、広義非相関化の程度を最大化する準ユニタリ行列を探索することである。
【００１０】
この場合、累乗の次数を減らすことで、信号のわずかな戻りに改良を加えることが可能であろう。周波数のセット内の各周波数における累乗の次数を減らすことで、信号の戻りに備えることが可能であろう。従って、第一の信号は、全ての周波数において、他の信号より大きい累乗を有し、第二の信号は、全ての周波数において、第一の信号以外の全ての他の信号より大きい累乗を有する、等である。この特性は、スペクトルマジョリゼーションと呼ばれる。データ圧縮のため、又は、信号と雑音との部分空間を分離するために、アルゴリズムが使用される場合には、スペクトルマジョリゼーションが役立つ。
【００１１】
ICASSP 1996「最適正規直交フィルタバンク理論」で、P.P.Vaidyanthanは、強い非相関化及びスペクトルマジョリゼーションの両方が必須で、どちらも他方がなければ充分でないフィルタリング技術の使用法を開示している。
【００１２】
強い非相関化を課す、最も単純な従来技術の方法は、多重チャネル白色化格子型フィルタを使用することを含む。これらの技術について多くの参考文献が存在するが、例えば、意識して異なる収束及び安定性の特性で設計されたわずかに異なるアルゴリズムに基づく、S.Haykin著「適応フィルタ理論」Printice Hall, 1991を参照せよ。これらの技術は、強い非相関化を直接課すように設計されたものではなかった。そのかわり、それらは、混成信号の新方式の列を復元することを目標としている。そのように作成された新方式の列の成分は、それらが何であるかの結果として、強く非相関化される。しかしながら、これらの技術はエネルギー保存ではなく、そのため、多くのシナリオでの使用には適していない。
【００１３】
IEEE transactions on Signal Processing Vol 43 August 1995の「最適多重分解解析のための主成分フィルタバンク」で、M.K.Tsatsanis及びG.B.Giannakisは、エネルギー保存かつスペクトルマジョライジングである最適なフィルタをどのように求めるかを説明している。信号について無限の情報が保持され、フィルタの次元に全く制約が課されない場合に、どのように最適フィルタを求めることができるかを示すために、この参考文献は、周波数領域技術を使用する。しかしながら、これをどのようにデータ依存アルゴリズムに転送できるか、又は、最適性を失うことなくどのようにしてフィルタを知覚できる次元に制約できるか、のいずれかは示されていない。しかしながら、その計算は、絶対性能限界を与え、以下に説明する幾つかのアルゴリズムの基礎を形成する。
【００１４】
Printice HallのSignal Processing Series 1993「マルチレートシステム及びフィルタバンク」で、P.P.Vaidyanathanは、z-1での準ユニタリ行列の段階的な分解による準ユニタリ行列のパラメータ化を開示している。ここで、z-1は遅延を実行する演算子である。準ユニタリ行列ブロックの一連のペアから作り上げられた積行列は準ユニタリであることを、Vaidyanathanは示している。ここで、ブロックのペアにおいて、一方のブロックは遅延を表し、他方は、ギヴンズ回転(米国特許第4,727,503号参照)を実行する2×2のユニタリ行列である。Vaidyananthanはまた、後で定義する次数Nの準ユニタリ行列は、N+1個の回転と、全て同じ単位遅延を実行するN個の1チャネル遅延演算子との積であることを、示している。
【００１５】
ICASSP 1995「マルチレート適応無損失FIRフィルタにおける達成可能なエラー限界」で、P.A.Regalia及びD.Huangは、強い非相関化のための2つの異なる固有値ベースのアルゴリズムを提案している。それらのアルゴリズムは、再帰的であり、2つの入力信号に限定され、かつ、Vaidyanathanが開示したパラメータを持つ固定次数無損失フィルタに基づくものである。また、パラメータを調整することに使用するために、Vaidyanathan分解内の様々な点からデータにアクセスすることが必須であり、これは、処理の複雑さの余分な層を加える。
【００１６】
IEEE transactions on Signal Processing Vol 40 Oct 1992「適応無損失フィルタを使用した有理部分空間推定」で、P.A.Regalia及びP.Loubattonは、強い非相関化及びスペクトルマジョリゼーションの両方を課すことを試みるための異なるアルゴリズムを開示している。このアルゴリズムは、二より多くの信号に適用可能であるが、それは、まず初めに最適な単一信号出力を計算し、次に、その増大が微々たるものになるまで、他の出力で増大させる収縮手法に基づいている。再び、Vaidyanathanが開示するように、固定次数かつ固定次元の無損失フィルタをパラメータ化し、そのパラメータは確率的アルゴリズムにより調整され、これは、Vaidyanathan分解内のデータの流れについての情報を必要とする。
【００１７】
P.Moulin、M.Anitescu、K.O.Kortanek、及びF.Potra著のICASSP 1996「信号適応FIR準ユニタリフィルタバンクの設計」において、異なるアルゴリズムが提案されている。これは、固定次数でのVaidyanathanパラメータ化のわずかに異なるバージョンを使用する。パラメータ化されたフィルタの1つの単一出力チャネルへの影響から、このアルゴリズムは、1チャネル内の累乗を最大化する問題を、どのように線形半無限プログラミング問題に変換するかを示しており、これは解法を認識している。実質上、そのアルゴリズムは、強い非相関化及びスペクトルマジョリゼーションの両方を実現するという目的を持つ、すなわち、それは、後でより詳細に説明する既知のN01コスト関数と非常に良く似たコスト関数を持つ。しかしながら、それは、準ユニタリフィルタを固定次数にし、パラメータ間の連係に依存し、コスト関数は計算的に扱いやすい。これは、異なるコスト関数ではそうならないであろう。
【００１８】
準ユニタリ行列又は逆混合フィルタのすべてのパラメータを同時に調整することを目的とする傾斜降下法が、知られている。これらの方法は更なる問題を持つ、すなわち、それらは、容易に因数分解できない非常に複雑な方法で、パラメータが、いくらか有用な程度の独立性と関連付けられている。これは、すべてのパラメータを一度に調整することを意味している。それは、非常に緩慢なアルゴリズム収束をもたらし、これが、前に言及したどのアルゴリズムも傾斜降下を使用しない理由である。収束の速度及び正確さの問題のため、傾斜降下は、従来技術では避けられがちである。
【００１９】
信号を強く非相関化させる代替の方法を提供することが、本発明の目的である。
【００２０】
本発明は、入力された信号の強い非相関化のための方法を提供し、以下のステップを含むことを特徴とする。
a)少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定め、強い非相関化の程度の改善を得るように前記入力信号を出力信号に変換するように、前記入力信号を処理し、
b)前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記ステップa)及び本ステップb)を繰り返し、
c)前記改善が著しくない場合には、前記出力信号を、広義に非相関化された信号として指定する。
【００２１】
本発明は、たとえ不明なフィルタを使って混合された場合でも、合成積混合された信号の広義非相関化のための技術を提供する。それは、例えば、多重反射された信号、又は残響環境における音響信号に適している。本発明の方法は、現在知られている如何なる代替の方法よりも、高信頼かつ計算を必要としないと確信される。基本準ユニタリ行列の使用のおかげで、エネルギー保存変換を使って非相関化は実行され、本発明の例は、(必須ではないが、必要な場合には)信号に、広義非相関化を課すのに加えて、スペクトルマジョリゼーションを課すことができる。
【００２２】
入力信号を変換するために、本発明の方法は、ステップa)において、単一基本準ユニタリ行列を特徴付ける遅延及び回転パラメータを定めるであろう。それは、ステップa)を繰り返すことにより作成された連続した基本準ユニタリ行列を累積的に乗算することにより、準ユニタリ行列を作成することを含むであろう。
【００２３】
信号遅延パラメータの範囲は、離散的な遅延ベクトルのセットとすることができ、そのセット内の各遅延ベクトルで遅延された入力信号のそれぞれのバージョンを生成し、その各バージョンについて、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む回転パラメータを求めることにより、遅延及び回転パラメータを定めることができる。瞬時非相関化のためのアルゴリズムを使って、少なくとも出力信号の強い非相関化の最大化を生み出すことに取り組む回転パラメータを定めることができる。その少なくとも1つの基本準ユニタリ行列は、少なくとも1つの最初の遅延、回転、及び終端遅延を実行することができる。
【００２４】
本方法は、nが2より大きい整数であるn個の入力信号を含むことができ、その信号遅延パラメータの範囲は、n要素の遅延ベクトルのセットであり、かつ、その信号回転パラメータの範囲は、n(n-1)/2個の角度パラメータのセットである。ステップa)は、一ペアの入力信号の回転、及び、他の入力信号又は場合によっては他の各入力信号の相対遅延、に備える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定めることを含むであろう。n個の入力信号は、それぞれのチャネルと関連付けられることができ、ステップa)は、各々が少なくとも1つのそれぞれの基本準ユニタリ行列と関連付けられ、かつそれぞれのチャネルのペアと関連付けられる信号の回転、及び、他のチャネル又は場合によっては他の各チャネルと関連付けられる相対遅延の供給に備えるn(n-1)/2個の連続した段階を有し、その第一段階は、入力信号を処理するように準備され、その次に続く段階、又は場合によっては次に続く各段階は、それぞれの直前の段階で処理された信号を受けとるように準備される。
【００２５】
本発明の方法は、nが2より大きい整数であるn個の入力信号のセットを含むことができ、以下を含むことを特徴とする。
a)前記入力信号のセットのn(n-1)/2個の複製を作成すること、
b)各複製において、他の複製で選択される信号ペアとは異なるそれぞれの信号ペアを選択すること、及び、
c)遅延及び回転パラメータを定めるように前記入力信号を処理するステップを、各複製について実行し、該ステップは、
i)前記それぞれの選択された信号ペアのみの回転に備える少なくとも1つの基本準ユニタリ行列、を実行する遅延及び回転パラメータを定めること、及び
ii)前記関連する少なくとも1つの基本準ユニタリ行列で変換されたとき、どの複製が、前記複製によって獲得可能な最大範囲の少なくとも大部分の強い非相関化の程度の改善に対応する変換信号を生むかを定め、これらの変換信号を出力信号として指定すること
を含むこと。
【００２６】
更なる側面として、本発明は、信号の強い非相関化のためのコンピューター機構を提供し、前記機構は、入力信号を受信するようにプログラムされ、
a)少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定め、強い非相関化の程度の改善を得るように前記入力信号を出力信号に変換するように、前記入力信号を処理し、
b)前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記a)及びb)を繰り返し、
c)前記改善が著しくない場合には、前記出力信号を広義に非相関化された信号として指定する
ようにもまたプログラムされることを特徴としている。
【００２７】
更なる側面として、本発明は、コンピュータ機構に入力された信号の強い非相関化を実行するためのコンピュータープログラムを提供し、前記コンピュータープログラムは、
d)少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を実行する遅延及び回転パラメータを定め、強い非相関化の程度の改善を得るように前記入力信号を出力信号に変換するように、前記入力信号を処理し、
e)前記強い非相関化の程度の改善を評価し、それが著しい場合には、前記出力信号を入力信号として指定し、前記a)及びb)を繰り返し、
f)前記改善が著しくない場合には、前記出力信号を広義に非相関化された信号として指定する
ようにコンピューター機構を制御するための命令を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明の機構及びコンピュータープログラムの側面は、本発明の方法に関して上で言及した側面と等価な特徴を含むことができる。
【００２９】
本発明をより完全に理解するために、その実施形態を、ここで、添付図面を参照して、例としてのみ説明する。
【００３０】
(詳細な説明)
本発明は、信号を瞬時非相関化させること、及び、信号を強く非相関化させること、の両方の従来技術を変更し、拡張することにより、成し遂げられる。本発明をよりよく理解することを可能にするように、この従来技術を、より詳細に第一に説明する。
【００３１】
広義非相関化は、完全に、データの二次特性に基づいている。信号x1、x2のペアについて瞬時非相関化特性が保たれる場合には、及びその場合のみ、以下の(1)の等式が成立する。
E(x1 x2)=E(x1)E(x2)                (1)
【００３２】
ここで、Eは期待値演算子であり、積x1x2は、信号x1の各サンプルを、同じサンプル時間を有する信号x2のそれぞれのサンプルで乗算することにより得られた信号を表している。これは、一ペアの信号の点別非相関を定義する。
【００３３】
サンプリングされた信号から期待値を推定して、サンプリングされた信号について式(1)が成立するか否かを判断することができる。すべての信号ペアについて式(1)が成立する場合には、信号は非相関であると言われる。
【００３４】
信号源(例えば、スピーカー)からの2つの信号の瞬時混合、及び、2つの受信器によるそれらの受信は、数学的に、以下のように表すことができる。
x1(t)=h11s1(t)+h12s2(t)
x2(t)=h21s1(t)+h22s2(t)              (2)
【００３５】
ここで、時間(t)において2つの受信器に達するスピーカー出力(原信号)は、s1(t)及びs2(t)で表される。tは、連続するデジタル信号のサンプル間の時間間隔(クロックサイクル)を単位とし、整数値1,2等を持つ。各スピーカーから各受信器までの経路、及び、受信器の受信特性は、一定のチャネル変調を生む。瞬時混合問題において、この変調は、乗数項hijで表され、ここでi=1又は2は第一又は第二の受信器を、j=1又は2は第一又は第二のスピーカーを、それぞれ示している。時間(t)における第一及び第二のスピーカー信号は、x1(t)及びx2(t)で表される。各受信器信号は、各々がそれぞれの係数で乗算された2つのスピーカー信号の和である。これらの式は、以下のような行列ベクトル形式で、より簡潔に表すことができる。
x(t)=Hs(t)                      (3)
【００３６】
ここで、sは、2つのスピーカー信号の2×1要素のベクトルであり、Hは、2×2要素の混合行列であり、かつ、xは、各々が各受信器で受信される2つの受信信号の2×1要素のベクトルである。Hは、スピーカー信号に作用し、それらを混合して受信信号を形成する行列要素(係数)を持つので、混合行列と呼ばれる。二より多くの信号、又は二より多くのセンサが含まれる場合には、s、x、及びHのサイズは増大するであろう。前に言及したように、式(3)で生み出される瞬時非相関化問題を解くためのアルゴリズムは、従来技術に存在する。
【００３７】
ベクトルxで表される信号のセットの相関行列Rは、数学的に以下のように定義することができる。
R=E((x-E(x))(x-E(x))H)                (4)
【００３８】
ここで、E(x)はxの期待値であり、それはxの時間による平均値であり、上付き文字の添え字Hは、エルミート共役を意味している。式(4)では、E(x)がxから減算され、それは、次に続く全ての処理における第一のステップである。しかしながら、表記を単純化するため、信号はゼロ平均値を持つと通常仮定され、以下において、この仮定を使用する。これは、式(4)が、R=E(xxH)に単純化されることを意味する。しかしながら、本発明を効果的にするために、信号がゼロ平均値を持つ必要はない。
【００３９】
混成信号に非相関化を課すため、相関行列Rを、ゼロに等しい非対角係数を持つようにしなければならない。これが、瞬時非相関化問題である。例えば、結果として生じる出力が受信信号1とは非相関化されることを確実にするために、受信信号1の正確な量を受信信号2から減算することを確実にすることにより、それを行うことができる。これは、全ての他の信号について繰り返され、受信信号1と非相関化された出力のセットを作り出し、次にそれは、出力1と定められる。この手順を残りの出力について繰り返すことにより、次に、その残りの出力は、互いに非相関化される。それは、信号xを、より低次の三角行列L、すなわち全ての上の対角係数がゼロに等しい行列で前もって乗算することにより、非相関化された信号x'を得ること、と等価である。瞬時に非相関化された信号はx'と示され、相関行列R'を以下で定められる。
R'=E(x'x'H)=E(LxxHLH)=D                (5)
【００４０】
ここで、新たな相関行列はDで示され、これは、対角かつ半正値である。
【００４１】
瞬時非相関化アルゴリズムが二次独立を課すことができるために、2つの別個のセンサに到達する信号源からの信号の時間サンプル間の相対伝播遅延は、センサの一方で受け取られた信号に加えられた単純位相シフトとして表すことができなければならない。N個のセンサでは、これは、N-1個の位相シフトとなる。この条件が維持されない場合には、信号源からセンサまでのチャネルは合成積とすることができ、結果として、瞬時非相関化アルゴリズムは、二次独立を課すことに失敗する。
【００４２】
ここで、1チャネル合成積、及びz変換を使ったその解析を考える。単一信号、単一受信器の配置では、スピーカー信号は、それらの値が得られs(t)で表されるときの、それぞれの時間tの指数をつけられた一連の値から成る。スピーカー信号は、チャネルを通過し、更なる一連の値x(t)を検出する受信器で受信される。s(t)とx(t)との間の連係は、瞬時混合の場合のような単純な乗算とすることはできない。そのかわり、x(t)は、s(t)のいくつかのそれ以前の値の線形和から成るとすることができる。これは、合成積として知られており、以下で示される。
0004550585.tif 000002
【００４３】
ここで、
0004550585.tif 000003
は「合成積演算子」と呼ばれる。信号は、それらを分散させる変則チャネルを通過するので、s(t)の値の線形和の生成が生じるであろう。それはまた、多重通路効果からも生じ得る、すなわち、一より多くの経路が存在するとき、信号は受信器に到達することができ、それらの経路は、異なる伝播時間を有する。瞬時混合は、合成積混合の単純なケースである。
【００４４】
合成積は、係数での単純な乗算よりも複雑、かつより多くの代数を含む。しかしながら、以下のようなz変換の使用により、それを乗算まで換算することが可能である。s、x、及びhのz変換は、以下のようである。
s(z)=s(0)+s(1)z-1+s(2)z-2+s(3)z-3+・・・
x(z)=x(0)+x(1)z-1+x(2)z-2+x(3)z-3+・・・
h(z)=h(0)+h(1)z-1+h(2)z-2+・・・+h(p)z-p                (7)
【００４５】
ここで、上で言及したように、z-1は遅延演算子と呼ばれる。サンプル値の時系列で表される信号のz変換は、z-1の多項式である。z変換の形が与えられると、その多項係数は、原信号の復元を可能にする。z変換形である時、式(6)に示すようなsのhでの合成積は、2つの多項式の乗算となる。従って、以下のようである。
x(z)=h(z)s(z)                  (8)
【００４６】
合成積混合は、式(1)のとおりの瞬時混合を、式(6)から(8)までのより複雑な手法と組合せることにより、扱うことができる。これは、合成積である干渉チャネルを持つ、複数の信号源及び複数の受信器を扱う。従って、2つの信号、2つの受信器の場合では、受信信号について以下の表現を書くことができる。
0004550585.tif 000004
【００４７】
式(3)の行列ベクトル表記で、かつ式(7)及び(8)のz変換表記を使って、式(9)を以下のように単純に書くことができる。
x(z)=H(z)s(z)              (10)
【００４８】
ここで、s(z)は、スピーカー出力のz変換から形成される2×1の係数ベクトルである。H(z)は2×2の係数多項混合行列であり、x(z)は受信信号のz変換から形成される2×1ベクトルである。再び、二より多くのスピーカー及び/又は受信器が存在する場合には、s(z)、x(z)、及びH(z)のサイズはそれに応じて増大する。
【００４９】
H(z)は、信号の混合を表すので、多項混合行列と呼ばれる。その係数は、z-1の多項式である。それはまた、行列である係数を持つz-1の多項式であると考えることもできる。個々のスピーカー/受信器チャネルのz変換をとることにより、一度に1つの係数であることがわかる。先の便宜のため、ここで、多項行列の次元及び次数を定める。多項行列の次元は、行列内でz-1が累乗される最も大きい累乗である。多項行列の次数は、それをフィルタとして実装するのに必須な遅延の最少数である。それは、常に、少なくとも次元と同じサイズであるが、それより大きくなることもある。
【００５０】
瞬時非相関化問題は、信号に全く時間遅延を加えることなく、それら信号間の相関を取り除くことを扱うだけである。広義非相関化を課すために、非相関化の程度が、時間遅延全体にわたって働かなければならない。すなわち、強く非相関化させるために、信号の一方に如何なる時間遅延が加えられたときも、2つの信号間の相関はゼロでなければならない。これは、数学的に以下のように書くことができる。
0004550585.tif 000005
【００５１】
ここで、
0004550585.tif 000006
は、すべて正及び負の整数のセット内の(連続した信号サンプル間の時間間隔を単位とする)遅延dのすべての値を意味し、D(d)は、dのすべての値について対角行列(全ての非対角係数がゼロ)である。式(11)を以下のようなz変換の形にすることが可能である。
0004550585.tif 000007
【００５２】
ここで、D(z)は、対角多項行列である。式(12)は、行列記号
0004550585.tif 000008
の上のチルドで表示される、多項行列x(z)の準共役
0004550585.tif 000009
の概念を導入する。それは、(エルミート演算子のような)転置と共役との結合操作、及び、zの1/z*での置き換えを意味する。準共役化は、エルミート演算子の多項行列への拡張である。
【００５３】
広義非相関化を実現するために、多項相関行列のすべての非対角成分の項が、ゼロ多項式、すなわち、その全ての係数がゼロに等しいz-1の多項式、となるようにしなければならない。その対角成分について、行列の多項関数には、何の制約も課されない。従って、以下のようになる。
0004550585.tif 000010
【００５４】
単位多項式は、その係数と一致するz0を除く全てのz-1の累乗について、ゼロ係数を持つ多項式である。従来技術では、例えばS.Haykin著「適応フィルタ理論」Prentice Hall, 1991参照の、多重チャネル格子型フィルタが強い非相関化を課し、それと同時に、多項相関行列の対角成分の項を全て単位多項式にすることにより、それらが同じであることを確実にする。これは、信号を白色化する。
【００５５】
信号x(z)の多項相関行列は、上の式(12)で与えられる。強く非相関化され、かつ白色化された信号x'(z)の行列を獲得するように、多重チャネル格子型フィルタは、これらを変換する。これらの信号は、それらの相関行列R'(z)が恒等多項行列Iであるという特性を持ち、記号代数的には以下のようになる。
0004550585.tif 000011
【００５６】
この方法が信号に白色化条件を課すという事は、それが必要以上の計算を実行し、必ずしもエネルギー保存変換を使用するわけではないことを意味する。混合を駆動する原信号が白色でなかったとき、又は混合がそれらの周波数成分の幾つかをゼロにするとき、それは出力を白色化し、従って、それらのゼロにされた周波数におけるノイズを増幅するので、それはまた問題をもたらし得る。
【００５７】
エネルギー保存変換を使用する瞬時アルゴリズムは、ユニタリ行列の使用により、非相関化を実現する。これらは、エネルギー保存であり、それらのエルミート共役で乗算されたとき恒等を与える行列と定義される。エルミート演算子の多項行列空間への拡張は、準共役化の操作である。これは、準ユニタリ行列を、それらの準共役で乗算されたとき恒等行列を与える多項行列とする定義につながる。記号代数的には、
0004550585.tif 000012
である場合には、及びその場合のみ、H(z)は準ユニタリ行列である。
【００５８】
準ユニタリ行列はエネルギー保存であり、より強くには、すべての周波数においてエネルギー保存である。これは、準ユニタリ行列の使用により非相関化を実現する場合には、上で言及した白色化の問題が避けられることを意味する。
【００５９】
前に言及したように、Vaidyanathanの参考文献は、全ての準ユニタリ行列の空間のパラメータ化を開示する。これは、z-1での準ユニタリ行列の段階的な分解を与える。このパラメータ化を、2チャネルの場合について図1に示している。それは、一連のN+1個の回転ブロックQ0、Q1、…QNから成り、これらのブロックの隣接するペアは、すべて同じである個々の遅延ブロックΛ(z)で隔たれる。上位信号チャネル20及び下位信号チャネル22は、すべてのブロックを通過する。増幅器24は、チャネル入力信号の倍率αを示しており、その上位チャネルの倍率は正であり、下位チャネルの倍率は、“α”の前の“＋−”で示すように正又は負である。
【００６０】
回転ブロックQ0からQNまでの各々は、それ自身でギブンズ回転(米国特許第4,727,503号参照)を実行するそれぞれの2×2のユニタリ行列を実行する。ギブンズ回転は、単一回転角θでパラメータ化された回転である。第一の回転ブロックQ0では、下位チャネル22の信号は、ギブンズ回転のパラメータs0及びc0で乗算され、上位チャネル20の信号は、ギブンズ回転のパラメータ-s0及びc0で乗算され、s0及びc0は、それぞれ、ブロックQ0で実行される回転角θの正弦及び余弦である。各c0積は、他のチャネルからのs0又は-s0積と加算されて、それぞれのチャネル20又は22を通って次のブロックΛ(z)に伝わる和を提供する。この次のブロックΛ(z)は、下位チャネル22の信号を、上位チャネル20の信号に対して遅延させる。次に、この手順は、次に続く回転ブロックQ1からQNにおいて、下位チャネル22における等しい介入遅延Λ(z)を伴って繰り返される。
【００６１】
回転ブロックQ0からQN、及び遅延Λ(z)は、それら自身、準ユニタリであり、そのため、それらの積もまた準ユニタリの行列である。Vaidyanathanは、如何なる有限次数Nの準ユニタリ行列もこの形で表現できることを証明した。従って、スカラー係数は別にして、如何なる有限次数の準ユニタリ行列も以下のように表現することができる。
HN(z)=QN・・・Λ(z)Q1Λ(z)Q0                (15)
【００６２】
ここで、Nは準ユニタリ行列の次数である。従って、次数Nの準ユニタリ行列HN(z)は、図1の連結段階で示すように、N+1個のギブンズ回転と、N個の等しい遅延の1チャネル遅延演算子との積である。
【００６３】
しかしながら、Vaidyanathanパラメータ化を使用するのには問題があり、その単純な例をここで与える。独立した、全く同様に分散された(iid)時系列を形成する信号を考える。これらの信号は、準ユニタリ混合行列で混合されると仮定する。Vaidyanathanパラメータ化を使って、準ユニタリ混合行列を、次数1を持ち、以下のように形成されるようにする。
0004550585.tif 000013
【００６４】
すなわち、2つのギブンズ回転の後のほう(左の大括弧のペア内)は、実際には恒等である。本発明により、HN(z)で混合された信号に強い非相関化を課そうとする試みは、回転を加えるのではなく、遅延を取り除くことにより始めるべきであることがわかった。しかしながら、単一ブロック形式の手法を適用する際に、第一のステップは、たとえそれが必要とされていなくても、加えるのに適当な回転を求めようとすることである。この過剰な回転は、後のブロックが取り除くことは非常に難しく、その付加は、信号間のより多くの相関を生じさせることができ、それは、必要とされる非相関化の全く逆である。
【００６５】
本発明は、上で示した問題を克服し、過剰な計算を避けることを意図される。それは、Vaidyanathanのパラメータ化と類似点を持つが、Vaidyanathanのパラメータ化と異なり、1つのチャネルに限定される必要なく、かつ等しい必要のない可変遅延を用い、さらに、得るものが殆どない又は全くないとき、回転を加えさせず、任意のサイズの準ユニタリ行列を構成することを可能にする。
【００６６】
図2は、本発明によるN+1個の基本準ユニタリ行列の積として、準ユニタリ行列HN(z)の構成を示している。基本準ユニタリ行列とは、本発明の目的のために作られた表現である。それは、信号に遅延のセットを加え、次に単一ユニタリ変換(回転)が続くことを表す多項行列と定義される、すなわち、後で詳細に説明するように、この定義は、任意で、次に更なる遅延のセットが続く回転を含むことができる(本例では割愛される)。図2では、図1と同様に、簡単のため、上位チャネル30及び下位チャネル31で示すような、2チャネルの場合のみを示す。点線ブロックのセットの各々Vi(z)(i=0,1からNまで)は、次にギブンズ回転が続くそれぞれの遅延diを実行する、それぞれの単一基本準ユニタリ行列を表している。N+1個のブロックVi(z)は、準ユニタリ行列HN(z)を作り上げるのに使用される。
【００６７】
ブロックV0(z)からVN(z)までの各々は、それ自身でギブンズ回転を実行するそれぞれの2×2基本準ユニタリ行列を実行する。第一のブロックV0(z)では、上位チャネル30及び下位チャネル31の信号は、経路選択を制御する二重スロースイッチ32を介して、又はさもなければ遅延セルZd0を介して、4つの連結単一極の行列内に送られる。スイッチ32は、すべて上向きの位置か、又は下向きの位置かのいずれかである。下向きのとき、上位チャネルの信号はZd0で遅延されるが、下位チャネルの信号は遅延されず、上向きのときはその逆のケースである。これは、チャネル30又は31のいずれかを、他方に対して遅延させることを可能にする。
【００６８】
スイッチ32を出ると、上位チャネルの信号は、増幅器33及び34において、それぞれギブンズ回転のパラメータ-s0及びc0で乗算される。同様に、スイッチ32を出ると、下位チャネルの信号は、増幅器35及び36において、それぞれギブンズ回転のパラメータs0及びc0で乗算される。ここで、s0及びc0はそれぞれ、ブロックV0(z)で実行される回転角θ0の正弦及び余弦である。各c0積は、他のチャネルからの信号を含むs0又は-s0積と加算される。これは、それぞれのチャネル30及び31を通って次のブロックV1(z)に送られる和を提供する。次に、この遅延/回転手順が、後に続くブロックV1(z)からVN(z)において繰り返される。これらの後のブロックについては、それらの遅延及び回転が普通は異なること以外、第一のブロックV0(z)と同様に動作するので、さらには説明しない。適当な遅延及び回転を求めるためのこの手順の実装を後で説明し、次に理論的な解説が続く。
【００６９】
本発明による、基本準ユニタリ行列の観点での完全準ユニタリ行列パラメータ化は、以下のように表現することができる。
0004550585.tif 000014
【００７０】
本発明による、信号に広義非相関化を課す経過は、改善が実現されたか否かを判断するために、信号への基本準ユニタリ行列の各付加の後に計算されるコスト関数を使用する。コスト関数は、信号の強い非相関化の程度であり、その一例は、信号の自動相関の二次の程度の平方和であり、それは、全ての相互相関の項が最小のとき最大である。従って、このコスト関数の増大は、信号間の相関の減少に対応する。このコスト関数を、非相関化コスト関数(以後「DCF」)と呼ぶ。
【００７１】
本発明の処理は、信号に広義非相関化を課す適当な準ユニタリ行列を求めるものである。この行列は、Vaidyanathanが開示したようにはパラメータ化されないが、そのかわり、連続的に算出される基本準ユニタリ行列の観点でパラメータ化される(式(17)参照)。導き出されると、各基本準ユニタリ行列は、それを算出するために使用された信号に加えられる。これは、信号を、次のそのような行列を計算するのに適した形に変換する。
【００７２】
基本準ユニタリ行列を算出するために、可能な遅延のセットを考える。算出し集められ、最新の行列を含む全てのこのような行列の付加により変換された信号について計算されるDCFを最大化する最新の基本準ユニタリ行列が、選択される。最新の基本準ユニタリ行列を特定するため、その遅延及び回転パラメータが要求される。数えることの出来ない数の異なる回転パラメータのほかに、数えることのできる無限の異なる可能な遅延が存在する。現実的には、数えることのできる無限の可能な遅延は、それらを制限するか、又は循環統計を仮定するかのいずれかにより、それらをデータ長(非相関化で使用される各信号のサンプルの数)より小さく制限することによって、有限数の異なる遅延に換算されて考えられる。
【００７３】
遅延の試行値を信号に加えると、回転パラメータs0及びc0が選択される。出力信号のDCFを明示的に最大化する技術を使用することにより、これらのパラメータを選択することができるであろう。
【００７４】
それゆえ、試行遅延の範囲を見て、各遅延が、遅延及び回転の付加後のDCFを最大化する回転を付加することが可能である。各々が、それを信号に加えて、その結果として生じる出力のDCFを求めることにより求められたそれぞれのDCFと関連付けられる、可能な基本準ユニタリ行列のセットを、これは作成する。特定の仮定の下で、基本準ユニタリ行列を信号に加えることを避け、そのかわりに、結果として生じる出力のDCFを直接計算することが可能であろう。これは、計算処理上、有利であるが、幾つかの場合に可能なだけである。
【００７５】
選択された基本準ユニタリ行列は、最高のDCF出力を有する行列である。DCFの改善が全く検出されなくなる、又はDCFの改善が、強く非相関化させる行列における過剰な複雑さの根拠となるには小さすぎると見なされるまで、この段階は繰り返される。
【００７６】
従って、本発明は、各々がその使用から生じる出力におけるDCFの程度を最大化するように選択された一連の基本準ユニタリ行列、を連続的に加えることにより、広義非相関化を課す方法であるとわかる。各基本準ユニタリ行列は、一回転を含む。従って、本発明の処理は、順次最良回転(SBR)アルゴリズムと呼ばれるアルゴリズムを実行する。このアルゴリズムは、準ユニタリ行列の基本準ユニタリ行列への分解、及び、このアルゴリズムの最後だけでなく各段階において有意義に計算され得る程度の使用を含む。これら2つのステップの組合せは、そのアルゴリズムを、連続して実行することのできる一連の同様な段階に分ける。
【００７７】
信号の強い非相関化は、強く非相関化させる行列H(z)を生成する処理と等価である。この処理をここで説明する。H(z)を生成することは必須ではないが、それは、その処理を試すことを可能にする。すなわち、事前に決められた形の合成積混合された混成信号を、H(z)を作成するために使用することができ、次に、H(z)の準共役である
0004550585.tif 000015
をその事前に決められた形と比較して、どのくらい忠実にH(z)が
0004550585.tif 000016
を再構成するかがわかる。さらに、特定の状況下では、到達方向及び周波数応答のような、原信号についての更なる情報を定めるために、H(z)を使用することができる、ということを示すことができる。
【００７８】
ここで図3を参照すると、一連の基本準ユニタリ行列の積として強く非相関化させる多項準ユニタリ行列H(z)を作成するための、本発明の繰り返し処理を示すフローチャートを示している。連続する処理の繰り返しの各々の最初において、展開する準ユニタリ行列のそれぞれの現在値h(z)、すなわち、現時点までに算出し集められた全ての基本準ユニタリ行列の積が存在する。h(z)に併合される最後に算出された基本準ユニタリ行列、を使って導き出された現在信号のセットも、また存在する。h(z)は、現在信号を得るように、原入力混成信号を変換する変換を表している。更なる基本準ユニタリ行列を加えることが、DCFの全く著しい改善にならないという結果になるまで、それは繰り返し改善され、その時点で、h(z)がH(z)となる。
【００７９】
処理は60において開始し、そこでは、初期現在信号が原入力信号であり、準ユニタリ行列h(z)の初期現在値は、恒等行列Iである。61において、現在信号は、現在基本準ユニタリ行列を作成するために使用され、62において、この行列を現在信号に加えて、新しい信号を作成する。63において、信号の強い非相関化特性が改善されたかどうか調べるために、その新しい信号を検査する。そのような改善が得られた場合には、64において、h(z)を前もって乗算するために現在基本準ユニタリ行列を使用して、展開する準ユニタリ行列の最新の現在値を提供し、その新しい信号が最新の現在信号となる。次に、段階61、62、及び63の手順を繰り返すために、h(z)の最新の現在値、及び最新の現在信号を、段階61にフィードバックする。
【００８０】
63において、新しい信号が、現在信号よりも全く改善を示さない場合には、その処理は、解に収束したと考えられ、65で終了する。h(z)の現在値は、H(z)として出力され、現在信号は、要求された強く非相関化された信号として出力される。従って、基本準ユニタリ行列の使用は、信号を強く非相関化させH(z)を得る問題を、多数の下位問題に分ける。
【００８１】
61において各基本準ユニタリ行列を求めるための方法、及び、63において新しい信号が現在信号より改善されたものであるか否かを定めるための方法を、ここで説明する。第二番目のほうの方法は、使用される信号の強い非相関化の程度に依存する。正確かつ包括的な非相関化コスト関数(DCF)は、サンプリングされた信号を算出することは不可能であるが、強い非相関化の様々な異なる程度を算出することは可能である。良い非相関化コスト関数の幾つかの例をここで与える。それらは、以下で定められる信号のセットの相関項r(x1,x2)に基づいている。
0004550585.tif 000017
ここで、Eは期待値演算子であり、x1及びx2はセット内の信号である。それらは、異なる信号、又は同じ信号とすることができ、かつ、遅延を加えられるであろう。
【００８２】
N1Lで表される非相関化コスト関数は、信号のセット内の全ての可能な相関項の二乗和と定義される。本例では、セット内の各信号と、相対的に遅延されたそれ自身の複製との間の相関が導き出される、すなわち、異なる信号間に全く相関は存在しない。それゆえ、式(18)のx1及びx2は、それらの間に相対遅延を持つ同じ信号であり、Lの最大遅延を上限とする遅延のセットの各々について、相関が得られる。最大遅延Lは、コスト関数の局所性の表れと見なすことができる。L=0である場合には、コスト関数は、点別コスト関数と呼ばれ、Lが小さい、すなわちL<5の場合には、コスト関数は、局所コスト関数と呼ばれ、そうでない場合には、それは広域コスト関数である。
【００８３】
Lの値を変えることは、N1Lの特性を変化させるが、Lの全ての値について、N1Lは実体のある非相関化コスト関数である。特に、L=0、及びL=max(すなわち、サンプリングされた信号を使って測定することのできる最大値)の2つの場合が、うまく使用される。L=0のDCFが、スペクトルマジョリゼーションを課すアルゴリズムにつながる一方で、L=maxのDCFは、スペクトルマジョリゼーションではなく広義非相関化のみを課すアルゴリズムにつながる。それが正確なDCFであり、かつ初めから終わりまで一貫して使用されるのであれば、本発明の処理は、都合の良い如何なるDCFも使用することができる。特定の問題は、特定のDCFを提案するであろう。
【００８４】
63において、現在信号及び新しい信号が、それらのDCFを計算することにより比較される。より高いDCFを持つ信号が、その2つのうちの良い方であると認められる。
【００８５】
61において最新の基本準ユニタリ行列を得るために、このような行列を特徴付ける2つのパラメータ、遅延パラメータd及び回転パラメータθ、を導き出さなければならない。従って、基本準ユニタリ行列の特定は、(d,θ)を求めることに換算される。パラメータdはベクトルパラメータであり、二より多くの信号が存在する場合には、θもベクトルパラメータとすることができる。しかしながら、この例では、2つの信号の場合のみを考えており、従ってθはベクトルではない。
【００８６】
遅延パラメータdを求めるために、それについて可能な値のセットDが選択される。2信号の場合の適当なセットを、以下に式(22)で示す、すなわち、Dは次のように表すことができる。
0004550585.tif 000018
【００８７】
ここで、点々は、示されていない項を示しており、内部の各括弧のペアは、2つの要素を持つ遅延ベクトル
0004550585.tif 000019
を表しており、括弧内の上側又は下側の位置にある0は、それぞれ、遅延されない上位又は下位信号チャネルを示しており、かつ、それらの位置にある0でない値は、同様に置かれた遅延されたチャネルを示している。0でない各値は、各場合における関連チャネルを、Aより大きくない整数値だけ、他方のチャネルに対して遅延させることを表している。遅延は、連続する信号サンプル間の時間間隔τを単位とし、例えば、遅延(A-1)は(A-1)τを意味する。また、Dについて他の可能性も存在するが、この方式からの大きな外れが実行される前に、それらを妥当性について評価すべきである。D内の要素数又は遅延値はSであり、すなわち、
0004550585.tif 000020
である。
【００８８】
ここで図4を参照すると、どのようにして基本準ユニタリ行列を求めることが出来るかを示すフローチャートが、示されている。D内の全ての遅延ベクトル
0004550585.tif 000021
から
0004550585.tif 000022
について、それぞれの基本準ユニタリ行列が導き出され、次に、これらの行列が作成する信号のDCFが計算される。次に、最良のDCFに対応する基本準ユニタリ行列を、使用するために選択する。図面では、2チャネルの場合、現在信号のペアが70において入力される。71において、信号は、S回、すなわちD内に遅延値が存在するのと同じ数だけ、複製される。2チャネルの場合、各複製は、現在信号のペアである。各複製のペアは、S個存在する、すなわちi=1からSまでのそれぞれの信号チャネル72iに入力される。721、722、及び72Sの3つのチャネルが示されており、他のチャネルは、73のような鎖線で暗に示されている。741から74Sにおいて、チャネル721から72Sまでの各々は、Dからのそれぞれの遅延ベクトル
0004550585.tif 000023
をその複製に加える、すなわち、その複製内の現在信号のペアの一方を、他方に対して遅延させる。i番目のチャネル72iは、i番目の複製に遅延ベクトル
0004550585.tif 000024
を加え、それはi=1からSまでについて言える。チャネル721から72Sの各々において、相対遅延が、70において入力された信号のペアとは異なる信号のペアを作り出す、とはいえ、それらは、前と同じ程度に強く非相関化されるだけである。
【００８９】
これらの信号を、回転のみを使って、点別の観点でできるだけ非相関化させることは、瞬時アルゴリズムを使用することによって実現することができる。エネルギー保存技術を用いて、及び、用いることなくの両方で、瞬時非相関化を課す多くの方法のレビューが、G.H.Golub及びC.F.Van Loan著、John Hopkins University Press 1989「行列計算」で明らかにされている。これは、最近150年間にわたって開発された広範囲の技術を取り扱っており、この分野へのコンピュータの導入により引き起こされる数値問題について論じている。
【００９０】
いくつかの異なる技術の１つによって、適当な回転を算出することができる。DCFの多くの選択について、回転の付加後の信号のDCFを明示的に最大化する回転を算出することが可能であろう。数値近似法によって、この回転を求めようとすることもまた可能であろう。第三の可能性は、点別非相関化アルゴリズムを使って、点別非相関化を課す回転を求めるものであり、すなわちこれは、この点に関して達成することのできる最大改善のうちの少なくとも大部分までの、DCFの改善をもたらすはずである。それらは、L=0でのN1L程度について行われるとき、これら3つの回転の導出可能性は一致するであろう。
【００９１】
ここで、各チャネル72iは、あたかもそれらのパラメータを実装する基本準ユニタリ行列が70において入力された信号に加えられたかのように、パラメータを、遅延ベクトル
0004550585.tif 000025
及び回転角θiから成るそのチャネルと関連付けられる。さらに、入力信号に加えられた時、この行列は、遅延要素
0004550585.tif 000026
の適切な値について出来る限り非相関化された出力信号を作成する回転を提供する。それゆえ、各チャネル72iの最初の2つの要素74i及び75iは、組合されて、遅延の単一セット及びそれぞれのパラメータセット
0004550585.tif 000027
を持つ、基本準ユニタリ行列をシミュレートする。
【００９２】
次の段階は、チャネル721から72Sまでのどれが、強い非相関化の最大改善を生み出す基本準ユニタリ行列をシミュレートするか、を定めるものである。これは、761から76Sにおいて実行され、そこでは、段階751〜75Sから出力された信号のDCFをそれぞれ計算する。これらのDCFは、77において互いに比較され、最大DCFを生み出すどのチャネルも、強い非相関化の最大改善を提供し、最良の基本準ユニタリ行列をシミュレートする。この行列は、図3の61において使用するために、図4に示す処理の出力として選択される。
【００９３】
入力信号に関して特定の仮定をしたとき、この段階における計算の大部分を避けることが可能である。段階751〜75Sからの信号出力のDCFを予測することも可能であろう。これが可能である場合には、DCFの最大の増大をもたらすチャネルを除く如何なるチャネルについても、計算を実行する必要はない。一般的には、この手法が有効である場合には、その計算節減はかなりのものであるので、それは行う価値がある。ここで、この技術の例を与える。コスト関数がL=0でN1Lである場合には、所定の遅延について達成可能なDCFの最大限可能な改善は、単純に、その遅延が加えられた後の2つの信号間の相関である。循環仮定を使用することにより、全ての可能な遅延について、フーリエ変換を使うことによって、この相関を計算することができる。これは、2つの信号間の相互相関を計算するための従来技術であり、各遅延について個々に相互相関を計算するのとくらべて計算的にコストのかからないものである。従って、チャネルの各々について、遅延を加え、回転を算出する必要なく、2つの信号間の最大相互相関をもたらす遅延を選択することができる。
【００９４】
実際には、最大DCFを生み出すどのチャネルも選択する必要はない。この値にかなり近い値を与える他のチャネルでも構わないであろう。また、パラメータの1つについてより都合のよい値、例えばより短い遅延、を与えるように、チャネルを選択することもできるであろう。しかしながら、最大DCFに充分近くない値を与えるチャネルが選択された場合には、次に続く繰り返しにおいて問題を修正することは不可能であるので、信号分離の処理は失敗するであろう。そのため、用いられる遅延及び回転パラメータの範囲にわたって、この点に関して獲得可能な最大限の少なくとも大部分の、DCF又は非相関化の改善を与えるチャネルを、選択すべきである。
【００９５】
本発明の前述の実施形態は、2チャネルの場合、すなわち2つの信号源、2つの受信器、及び各信号源から受信器までの2つの経路、において広義非相関化を課すことに関するものであった。二より多くのチャネルが存在する場合には、更なる処理が必須である。しかしながら、本発明の手順は、根本的に同じままである、すなわち、チャネル内の信号に強い非相関化を課すための準ユニタリ行列を求めることであり、その行列は、その各々がそれを入力信号に加えることにより生じる出力の強い非相関化の程度を最大化する連続した基本準ユニタリ行列の積である。
【００９６】
本発明を、二より多くのチャネルに拡張する幾つかの方法がある。一つは、前の実施形態の単純な直接的拡張である。その他のものは、信号ペアを使用し、ペア別独立性を課そうと試み、かつ、何らかの順番で全ての信号ペア全体を通して走査する。
【００９７】
図5は、前に言及したVaidyanathanの従来技術で与えられるような、多重チャネルの場合(すなわち、三又はそれ以上のチャネル)における、次数Nの準ユニタリ行列の分解を示している。それは、図1の2チャネルの場合と非常に似ている。違いは、本質的に2チャネル演算子であるギブンズ回転が、全てのチャネルに一度に作用するより一般的な回転で置き換えられたことである。これは、以下のように数学的に表現することができる。
HN(z)=RN・・・Λ(z)R1Λ(z)R0              (20)
【００９８】
ここで、前のように、Λ(z)は最下位チャネルにおける連続した単位遅延を表す行列であり、Ri(i=0からN)は、i番目の回転を表す。nチャネルの場合、各回転は、n(n-1)/2個のパラメータを持ち、これは、2チャネルの場合に使用されるギブンズ回転の場合の、n=2のときの1個のパラメータに換算される。
【００９９】
式(20)のパラメータ化は、図1を参照して説明した2チャネルの場合と同じ問題を含む。ここで再び、この問題に対処するために使用される手順は、準ユニタリ行列の基本準ユニタリ行列への分解である。基本準ユニタリ行列は、この分解を考え、一回転以外の全てを制限することにより、求められる。一回転は制限されないが、その他の全ては、入力を変えないままにするか、又は異なるチャネルが次に続く遅延を受け取るようにチャネルを再配列するか、のいずれかに制限される。従って、一回転以外の全ての回転は、置換に制限される。遅延のたった1つのセットを持つ基本準ユニタリ行列の本例では、その制限されない回転は最後の回転であり、従って、その行列は以下のように表すことができる。
Vd,θ(z)=RθΛ(z)・・・P1Λ(z)P0=RθDd(z)            (21)
【０１００】
ここで、Piはi番目の置換行列であり、Rθは、n(n-1)/2個の回転角θのベクトルでパラメータ化された回転行列である。全ての置換行列及び遅延行列の結合は、Ddで表され、これは遅延行列と呼ばれる。その添え字dは、長さnのベクトルであり、このn個の要素は、それぞれのチャネルにおいて加えられた遅延である。
【０１０１】
式(21)は、基本準ユニタリ行列の拡張形を示している。第一に、全てのチャネルにおいて加えられる異なる遅延から成る遅延行列を加える。第二に、回転を加える。前のように、それは、信号を混合するたった1つの操作を含むだけなので、これは、基本組立ブロックについての良い選択である。しかしながら、この形はパラメータ化可能であり、そのパラメータは、ベクトルd及びθである。これは、準ユニタリ行列の基本準ユニタリ行列への分解が以下のように書けることを意味する。
0004550585.tif 000028
【０１０２】
この拡張を求める方法は、2チャネルの場合とおおむね同じである。それは、D、すなわち遅延セット、又は一連の基本準ユニタリ行列の第一番目を形成するために可能な遅延のセット、を選択することにおいて変更を必要とするだけである。2チャネルの場合、Dの要素は、たった1つのチャネルに加えられた遅延として扱われた。より一般的な場合、一より多くのチャネルで、遅延が許される。2チャネルの場合のように、数えることの出来る無限個の可能性が存在し、そのため、Dを形成するために、知覚できる有限個のセットを選ばなければならない。
【０１０３】
D内の遅延数に対して、lで表される上限を設定することにより、D内の要素数を固定することができるであろう。従って、Dは、nチャネル間にl以下の遅延を割り当てる全ての可能な方法から成るとすることができる。全てのチャネルに同時に同じ遅延を加えることは、全く遅延を加えないことと等価であり、そのため、D内の全ての要素は、遅延されない少なくとも1つのチャネルを持つはずである。n及びlが増大するにつれて、D内の要素数も非常に早く増大することができる。前のように、Dについてのこの方式は、単に、実際的なオプションの選択にすぎない。他の可能性も存在するが、普通、妥当性を確実にするために、より正当化を必要とする。Dの固定サイズについて、より高いlを許すと仮定することにより、(遅延をたった１つのチャネルに加えることを可能にするような)幾つかの選択を正当化することが可能である。従って、それらは、アルゴリズムが、より小さい遅延のより複雑な結合を実行することを不可能にすることを犠牲にして、より長い遅延を考慮することを可能にする。
【０１０４】
しかしながら、それが定められ、Dが固定されると、本発明の処理は、前の実施形態の2チャネルの場合と同様な方法で、多重チャネルの場合において広義非相関化を課すように進行することが出来る。2つの違いがある。第一に、図4の2要素の遅延ベクトル
0004550585.tif 000029
は、n個の要素を持つ遅延ベクトル(遅延セットDの要素)で置き換えられ、ここでnはチャネル数である。これは、アルゴリズムが信号にDの要素を加えることを、可能にする。第二に、段階751〜75Sにおいて、既知の点別非相関化アルゴリズムによって算出された回転が、ここでは、nチャネルの回転である。これらは、n(n-1)/2個の2チャネル回転を連続的に加えることにより得ることができ、そのため、n(n-1)/2個の角度パラメータでパラメータ化することができる。前に言及した従来技術の点別非相関化アルゴリズムは、現在信号、及びそれらを生成する回転行列を提供し、そのため、その処理についてさらには説明しない。
【０１０５】
多重チャネルの場合へのこの手法は、遅延セットDのサイズによる問題を与えるであろう。D内の各要素はベクトルであるので、各要素について、全n×nの点別非相関化アルゴリズムを実行しなければならない。遅延セットの上限lが増大するにつれて、これは、主要な時間制約となり、処理を減速させる。瞬時の場合における同様な問題を緩和しようと試みるために、いわゆる「走査」アルゴリズムが、従来技術において開発された。
【０１０６】
信号セット間の相関をゼロにするためにエネルギー保存変換を使用する原則には、長い歴史がある。第一の参考文献は、C.G.J. Jacobi著、Crelle's J. 30 p51-94,1846「Uber ein Leichtes Verfahren Die in der Theorie der Sacularstroungrn Vorkommrndern Gleichangen Numerisch Aufzulosen」である。彼は、各段階において問題となっている異なる信号間の相関の全程度を厳密に減らすような方法で、信号のペア全体を通して走査することにより、多重チャネルの場合に取り組む考えを紹介した。この技術は、ヤコビ走査を使うものとして知られている。
【０１０７】
利用可能な全ての信号ペア全体を通して走査が繰り返されるのであれば、異なる信号ペア全体を通して反復して、ペア別非相関化を課すことは、いくつかの信号の良い相関をもたらすことが示された。全ての利用可能な信号ペア全体を通して繰り返される、各ペアにペア別非相関化を課す走査によって、幾つかの信号を非相関化させる技術は、ヤコビアルゴリズムとして知られている。どの一段階においても、それは、2つの信号をペア別非相関化させることに取り組むだけである。
【０１０８】
本発明のこの例は、ヤコビアルゴリズムで使用されるのと同じ手法に従うアルゴリズムに基づいて、基本準ユニタリ行列を求めるための走査処理と呼ばれる手順、を提供する。その手順は、走査においてその全体を通して作用する、あらかじめ決められた順番のすべての利用可能な信号ペアを持つ。各信号ペアは、本発明の第一の実施形態の2チャネル処理を使って処理される。残りの信号は、その信号ペアが処理されるときに、少なくともほぼ同じ遅延がそれらに加えられるように、時間について調整される（遅延される）。更なる走査を実行する必要であるかどうか、又はこれ以上著しい改善が得られないかどうかを定めるために、走査の最後において、本発明の前の実施形態と同じ終了条件を適用することができる。
【０１０９】
図6は、3つの信号A、B、及びCに広義非相関化を課すためのこの手順を示している。前に言及したように、本発明の処理は、順次最良回転(Sequential Best Rotation)又はSBRアルゴリズムを実行する。図面では、「SBR2」は、前の実施形態のような2チャネルの場合のSBRアルゴリズムの適用を示している。
【０１１０】
最初の段階では、90において、信号A及びBがSBR2で処理され、91において、信号Cが、90からの出力と実質的に同期するように、時間について調整される。この例では、基本準ユニタリ行列は、たった1つの遅延セットを実行し、90において定められた多項行列の次元の半分だけ、Cを遅延させることにより、91における時間調整を実行する。言い換えると、どのチャネルに、その遅延又は(場合によっては)各遅延が存在するかに関わらず、A及びBの処理において加えられた遅延の総和の半分だけ、Cが時間について遅延される。このようなCの調整は、必須ではないが、許容できる結果を与えることがわかった。信号A、B、及びCは、使用されないときに格納されるデジタルデータのサンプルの列であるので、90においてSBR2を実行するように、遅延を処理することに備える必要はない。A又はBに対してCを「遅延させること」は、単に、次に続く処理段階に入力される列内のサンプル数を変えることを意味するにすぎない。
【０１１１】
段階90及び91において組合せて、少なくとも1つの基本準ユニタリ行列を、3つの全ての信号に加える。このような行列は、90において作成されるその2チャネル基本準ユニタリ行列、又は場合によっては各2チャネル基本準ユニタリ行列を、3つのチャネルに及ぶように拡張することにより、生成することができる。その又は各行列は、信号A及びBに回転及び遅延を加えるが、信号Cには、それを回転させること無く遅延を加える。90において一より多くの基本準ユニタリ行列が定められる場合には、信号Cに加えられた全ての遅延は、合計で、91においてCに加えられた総遅延となるはずである。
【０１１２】
第二段階では、(90における処理後の)信号B、及び(91における遅延後の)信号Cが、92においてSBR2で処理され、(90における処理後の)信号Aが、93において、時間について92からの出力と合わせられる。第三段階では、(93における調整後の)信号A、及び(92における処理後の)信号Cが、94においてSBR2で処理され、(92における処理後の)信号Bが、95において、時間について94からの出力と合わせられる。
【０１１３】
96における次の段階は、その処理を終了することを許可するのに、信号が、充分強く非相関化されたか否か、又は、その処理を続けなければならないかどうかを判断する。前のように、信号のDCFが著しく改善しなかった場合には、この終了条件が満たされる。その場合には処理が終了し、すなわち、そうでない場合には、90、92、及び94の各々において定められるそれぞれの基本準ユニタリ行列は、それより前に行われたそれらの格納された積を、前もって乗算するために使用され、結果として生じた最新の積が、その直前に格納された積と置き換わり、すなわち、次に、その手順を繰り返すために、94のSBR2、及び95の調整からの最新の現在信号が、フィードバックループ97を介して、90及び91にフィードバックされる。
【０１１４】
この実施形態では、要素90から97までのループを一巡する各循環について、90、92、及び94のSBR2の段階において、一又はそれ以上の2チャネル基本準ユニタリ行列を加えることができる。これらの段階において、SBR2アルゴリズムの終了条件を満たすのに必要な数を上限とする、望まれるだけの数の基本準ユニタリ行列を加えることが可能である。段階90、92、及び94において、たった1つの基本準ユニタリ行列を加えることは、91、93、及び95における信号調整の必要性を減らすので、好ましい。SBR2処理におけるより早期の回転は、より後の回転より大きな動作改善を与える傾向があるので、それは、まず初めに、より有意義な回転を加える原理を使用する。
【０１１５】
固定された順に信号ペアに作用するのではなく、まず初めに、最も大きいDCFの増大をもたらすペアに作用する場合には、広義非相関化を課すための更なる手法を作り出すことができる。この手法もまたペアに作用するが、ペアの順番は固定されない。そのかわりに、全ての可能なペアを考え、DCFの最も大きい改善をもたらすペアを受け入れる。これは、可能な信号ペア全体を通して探索するので、探索処理として知られている。図7は、3つの信号A、B、及びCの場合の手順を示している。信号は、n(n-1)/2回複製され、ここでnは信号数である。本例ではn=3であり、これは同時に、信号の3つの複製が存在することを意味する。最初の段階では、3つの信号A、B、及びCの第一の複製を使って、100において、信号A及びBをSBR2で処理し、この例では、遅延の1セットを持つ基本準ユニタリ行列を使って、信号Cを、時間について、そのように作成された出力と合わせる。ここで再び、2つの信号チャネルへのSBR2の適用により作成された(場合によっては、各)2チャネル基本準ユニタリ行列は、SBR2処理された信号A及びBとの時間調整を維持するように、その又は各残りの信号Cを遅延させる(しかし回転はさせない)nチャネル基本準ユニタリ行列に拡張される。
【０１１６】
第二の複製については、101において、信号A及びCがSBR2で処理され、信号Bがその出力に合わせられる。第三の複製については、102において、信号B及びCが、94のSBR2で処理され、信号Aがその出力に合わせられる。103において、3つの出力信号群のDCFが定められる。最も大きいDCFを持つ群を選択し、そのDCFがこの段階への入力信号にくらべて改善を示す場合には、その動作が受け入れられる。
【０１１７】
前のように、全ての信号のDCFが改善された場合には、新しい現在信号及び新しい現在行列が、ループ104を介して100、101、及び102にフィードバックされて、処理が続行する。全く著しい改善がなかった場合には、処理は終了し、105において、現在信号及び準ユニタリ行列が出力される。
【０１１８】
再び、100、101、及び102のSBR2ステップは、改善が全く得られなくなるまで、一連の基本準ユニタリ行列を算出する完全SBR2処理を加える、又は、1つの基本準ユニタリ行列を求めるだけ、から構成されるとすることができる。後者の場合は、完全SBRの制限されたバージョンと等価である。すなわち、時間調整を無視して、遅延を、1チャネルを遅延させることのみに制限し、回転を、その遅延されたチャネル及び他の1チャネルに回転を加えることのみに制限する。これは、遅延セットのサイズを減らし、それゆえ、基本準ユニタリ行列の計算速度を増大させる。
【０１１９】
図2を参照して説明した基本準ユニタリ行列は、本発明を実行するのに充分であるが、基本準ユニタリ行列の拡張された定義を用いる場合には、本発明の実際の応用例は、よりよく動作することができる。基本準ユニタリ行列のより一般的な定義は、入力信号に遅延の初期セットを加え、次に、その遅延された入力信号に単一ユニタリ変換(回転)を加え、次に、その遅延及び回転された入力信号に遅延の更なるセットを加えることが続くこと、を表す多項行列である。遅延の初期セットは、最初の遅延と定義され、遅延の更なるセットは、最終遅延と定義される。
【０１２０】
図8は、この新しい形の単一基本準ユニタリ行列の実装120を示している。図2及び3のように、分かりやすくするため、この実装は、2チャネルの場合について示されている。実装120では、上位チャネルの信号121及び下位チャネルの信号122が、経路選択を制御する二重スロースイッチ123を介して、さもなければ遅延セルZdiを介して、4つの連動単一極の行列内に送られる。スイッチ123は全て、上向きの位置か、又は下向きの位置のいずれかである。下向きのとき、上位チャネルの信号はZdiで遅延されるが、下位チャネルの信号は遅延されず、上向きのときは、その逆のケースとなる。これは、チャネル121又は122のいずれかを、他方に比べて遅延させることを可能にする。
【０１２１】
スイッチ123を出ると、上位チャネルの信号は、増幅器124及び125において、それぞれギブンズ回転のパラメータ-si及びciで乗算される。同様に、スイッチ123を出ると、下位チャネルの信号は、増幅器126及び127において、それぞれギブンズ回転のパラメータsi及びciで乗算される。ここで、si及びciはそれぞれ、120において実行される回転角θiの正弦及び余弦である。各ci積は、他のチャネルからの信号を含むsi又は-si積と加算される。これは、それぞれのチャネル128及び129を通って、経路選択を制御する二重スロースイッチ130、さもなければ遅延ZΔiを介して、4つの連動単一極の更なる行列に送られる和を提供する。これらは、スイッチ123と同様に動作する。
【０１２２】
図2における点線ブロックV0(z)〜VN(z)の各々を、新しい基本準ユニタリ行列のそれぞれの実装120で置き換えることにより、準ユニタリ行列を構成することができる。これらのブロックの各々120又はVi(z)(i=0,1,〜N)は、それぞれの最初の遅延di、角度θiによるギブンズ回転、及び最終遅延Δiを実行するそれぞれの単一基本準ユニタリ行列を表している。
【０１２３】
新しい基本準ユニタリ行列の観点での、本発明による完全準ユニタリ行列パラメータ化は、以下のように表現することができる。
0004550585.tif 000030
【０１２４】
基本準ユニタリ行列の完全仕様は、Δiでパラメータ化された任意の遅延の最終セットを含むが、2つの特定の形式のうちの一方の形式の基本準ユニタリ行列を使用する場合には、本発明が最もよく機能する。図2を参照して説明した形式1の基本準ユニタリ行列は、全く最終遅延がない(又はゼロ)、すなわちΔi=0である。形式2の基本準ユニタリ行列は、それぞれの最初の遅延の反転を加える最終遅延を有する、すなわちΔi=-diである。一方のチャネルにおける負の遅延が、他方のチャネル、又は(場合によっては)他の各チャネルの正の遅延により実行されるということが、想起されるであろう。
【０１２５】
信号に広義非相関化を課す適当な準ユニタリ行列を求めるために、新しい又は形式2の基本準ユニタリ行列を使用する本発明の処理は、前に説明した処理と非常に似ている。適当な準ユニタリ行列は、Vaidyanathanが開示したようにはパラメータ化されないが、そのかわり、連続的に算出される基本準ユニタリ行列(式(23)参照)の観点でパラメータ化される。導き出されると、各基本準ユニタリ行列が、それを算出するために使用された信号に加えられる。これは、その信号を、次のそのような行列を算出するのに適した形に変換する。
【０１２６】
遅延ペアは、一方は最初の遅延、かつ他方は最終遅延である、基本準ユニタリ行列内で使用される遅延のペアと定義される。基本準ユニタリ行列を算出するために、可能な遅延ペアのセットを考える。算出し集められ、かつ最新の行列を含む全てのそのような行列の付加により変換された信号について計算されたDCFを最大化する最新の基本準ユニタリ行列を選択する。最新の基本準ユニタリ行列を特定するために、その遅延及び回転パラメータが要求される。数えることのできない数の異なる回転パラメータの他に、数えることのできる無限の異なる可能な遅延が存在する。現実的には、数えることの出来る無限の可能な遅延は、それらを制限する、又は循環統計を仮定するのいずれかで、それらをデータ長(非相関化で使用される各信号のサンプル数)以下に制限することにより、有限数の異なる遅延に換算されて、考えられるであろう。(上で定義したような)形式1又は形式2の基本準ユニタリ行列を使用する場合には、最終遅延は、最初の遅延の値によって固定される。
【０１２７】
最初の遅延の試行値が信号に加えられると、回転パラメータsi及びciが選択される。出力信号のDCFを明示的に最大化する技術を使うことにより、これらのパラメータを選択することができるであろう。
【０１２８】
それゆえ、試行遅延ペアのセットを見て、各遅延ペアが、最初の遅延、回転、及び最終遅延の付加後のDCFを最大化する回転を付加することが可能である。これは、可能な基本準ユニタリ行列のセットを作成し、その各々は、それを信号に加え、結果として生じる出力のDCFを求めることにより求められたそれぞれのDCFと関連付けられる。特定の仮定のもとでは、基本準ユニタリ行列を信号に加えることを避け、かわりに、結果として生じる出力のDCFを直接計算することが可能であろう。これは、計算処理上有利であるが、幾つかの場合において可能なだけである。
【０１２９】
選択された基本準ユニタリ行列は、最良のDCF出力を持つ行列である。DCFの改善が全く検出されなくなる、又は、DCFの改善が強く非相関化させる行列における過剰な複雑さの根拠となるには小さすぎると見なされるまで、この段階を繰り返す。
【０１３０】
図3に示すような強く非相関化させる準ユニタリ行列H(z)を算出する繰り返し処理は、新しい又は形式2の基本準ユニタリ行列の場合も、殆ど同じままである。唯一の違いは、61において最新の基本準ユニタリ行列を得るために、そのような行列を特徴付けるパラメータである、遅延パラメータd及びΔ、及び回転パラメータθを導き出さなければならないということである。従って、基本準ユニタリ行列の特定は、(d,θ,Δ)を求めることに換算される。パラメータd及びΔはベクトルパラメータであり、かつ、二より多くの信号が存在する場合には、θもベクトルパラメータとすることができる。形式2の基本準ユニタリ行列の場合、Δはdに完全に依存しており、そのため、(前で説明したように)dが求められると、Δもまた求まる。
【０１３１】
更なるパラメータΔは、図4を参照して説明した処理とくらべて小さい変化という結果になる。この変化を図9に示しており、この図9は、図4のチャネル72iに置き換わる処理チャネル140i(i=1〜S)を示している。74iにおける遅延が、142iにおいて最初の遅延と呼ばれる事実を無視すると、チャネル72iと142iとの間の唯一の違いは、チャネル142iのほうが、146iにおける回転後、かつ148iにおけるDCF算出前の、144iにおける最終遅延Δiの付加への備えを含む、ということである。
【０１３２】
前述の説明で与えられた式及び手順は、適切な搬送媒体にプログラム命令を備え、従来のコンピューターシステムで動作する適切なコンピュータープログラムによって、明らかに実行することができる。搬送媒体は、メモリ、フロッピー、又は、コンパクトディスク又は光ディスク、又は他のハードウェア記録媒体、又は電気信号とすることができる。このようなプログラムは、よく知られた計算処理手順を含むので、当業のプログラマが、発明を必要とすることなく前述の説明により実装するのに簡単なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】従来技術の合成積逆混合処理における、準ユニタリ行列の一次準ユニタリ行列への分解を示している。
【図２】本発明の合成積広義非相関化処理における、準ユニタリ行列の基本準ユニタリ行列への分解の概略ブロック図である。
【図３】本発明の処理における、基本準ユニタリ行列からの準ユニタリ行列の作成を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の処理における、基本準ユニタリ行列の作成を示している。
【図５】二より多くの信号チャネルを含む、従来技術の広義非相関化処理における、準ユニタリ行列の基本準ユニタリ行列への分解を示している。
【図６】二より多くの信号チャネルを含む、本発明の代替の広義非相関化処理を概略的に示している。
【図７】二より多くの信号チャネルを含む、本発明の代替の広義非相関化処理を概略的に示している。
【図８】最初の遅延、回転、及び最終遅延を含む、基本準ユニタリ行列の代替形の実装を示している。
【図９】図4の処理と等価の状態で、図8の基本準ユニタリ行列の使用を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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