(57)【要約】【課題】目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力が向上した集音装置を提供する。【解決手段】集音装置１は、多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部１００と、基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部１０１と、各マイクロホンの目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部１０２と、周波数分析部１００が出力する各チャネルのスペクトルと、雑音推定部１０１が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、ステアリングベクトル算出部１０２が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部１０３とを備える。【選択図】図１
2012209853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンを用いて目的音を収集する集音装置において、
前記複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部と、
前記多チャネルのうち基準となるマイクロホンから出力される基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部と、
各マイクロホンの前記目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、前記基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部と、
前記周波数分析部が出力する各チャネルのスペクトルと、前記雑音推定部が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、前記ステアリングベクトル算出部が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部と
を備える集音装置。
【請求項２】
複数のマイクロホンを用いて目的音を収集する集音装置において、
前記複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部と、
前記多チャネルのうち基準となるマイクロホンから出力される基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部と、
各マイクロホンの前記目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、前記基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部と、
前記周波数分析部が出力する各チャネルのスペクトルと、前記ステアリングベクトル算出部が出力するステアリングベクトルとを用いて前記雑音推定部が出力する基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正を行う雑音補正部と、
前記周波数分析部が出力する各チャネルのスペクトルと、前記雑音補正部が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、前記ステアリングベクトル算出部が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部と
を備える集音装置。
【請求項３】
位相補正スペクトル合成部は、
基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルとの最大位相差を算出し、
算出した前記最大位相差に基づいて各チャネルの位相補正を行った後、スペクトルを合成することを特徴とする請求項１または２記載の集音装置。
【請求項４】
雑音補正部は、
基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び任意のチャネルの合成スペクトルとの最大位相差を算出し、
算出した前記最大位相差に基づいて基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の集音装置。
【請求項５】
位相補正スペクトル合成部は、
基準チャネルのスペクトルをＸ０、基準チャネルの雑音スペクトルをＮ０、基準チャネルとその他のチャネルｉとの合成スペクトルをＸ０＋ｉとしたときに、
基準チャネルのスペクトルと目的音の音声スペクトルとの最大位相差φｍａｘをｓｉｎ−１（｜Ｎ０｜／｜Ｘ０｜）で算出し、
基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルと、音声スペクトルとの最大位相差θｍａｘをｓｉｎ−１｛｜（√２）Ｎ０｜／｜Ｘ０＋ｉ｜｝で算出し、
基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルとの最大位相差を（φｍａｘ＋θｍａｘ）で算出することを特徴とする請求項３記載の集音装置。
【請求項６】
雑音補正部は、
基準チャネルのスペクトルをＸ０、基準チャネルの雑音スペクトルをＮ０、基準チャネルとその他のチャネルｉとの合成スペクトルをＸ０＋ｉ、基準チャネルのスペクトルと基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルとの位相差をεとしたときに、
基準チャネルのスペクトルと目的音の音声スペクトルとの最大位相差φｍａｘをｓｉｎ−１（｜Ｎ０｜／｜Ｘ０｜）で算出し、
基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルと、音声スペクトルとの最大位相差θｍａｘをｓｉｎ−1｛｜（√２）Ｎ０｜／｜Ｘ０＋ｉ｜｝で算出し、
基準チャネルの雑音スペクトルの大きさをＸ０ｓｉｎ（ε−θｍａｘ）で補正することを特徴とする請求項４記載の集音装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の集音装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集音装置及びプログラムに係るものであり、特に複数のマイクロホンを用いて目的音を適切に収集する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声認識及びハンズフリー通話等では話者とマイクとの間の距離が遠くなるに従い、雑音又は反響の影響が強くなり、認識性能又は明瞭性が低下するという問題がある。
【０００３】
このような課題を解決する技術として様々な集音手法が提案されている。一般的に複数のマイクロホンを用い、目的音方向に指向性を向けることで１つのマイクロホンを用いた場合よりも雑音及び反響の影響を小さくすることができる。複数のマイクロホンを用いた集音手法として、各チャネルの信号に目的音推定方向とマイク間隔とから算出されるステアリングベクトルの複素共役を乗じることで同相化する手法（例えば、特許文献１及び非特許文献１）が知られている。ステアリングベクトルとは、目的音方向に対するマイク間の位相差を表すベクトルである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３９５００号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大賀寿郎、山崎芳男、金田豊「音響システムとディジタル処理」電子情報通信学会、1995
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術では、目的音推定方向、マイク間隔及び音速をパラメータとしてステアリングベクトルを算出するが、実際の環境では、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差が生じる場合がある。また使用環境の反響の影響によってステアリングベクトルの複素共役を乗じるだけでは同相化できない場合がある。それらによって、集音性能が低下するという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力が向上した集音装置及びこの装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム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】
【０００７】
この発明に係る集音装置は、複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部と、多チャネルのうち基準となるマイクロホンから出力される基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部と、各マイクロホンの目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部と、周波数分析部が出力する各チャネルのスペクトルと、雑音推定部が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、ステアリングベクトル算出部が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、多チャネル信号の周波数分析結果（各チャネルのスペクトル）と基準チャネルの雑音スペクトルとステアリングベクトルとに基づいて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトル合成をすることとしたので、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力が向上した集音装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る集音装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数分析部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１の雑音推定部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図１の位相補正スペクトル合成部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】基準スペクトルＸ０と音声スペクトルＳとの最大位相差φｍａｘの説明図である。
【図６】基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉと音声スペクトルＳとの最大位相差θｍａｘの説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る集音装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の雑音補正部における処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る集音装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この実施の形態１に係る集音装置１は、複数のマイクロホン（図には示さず）より出力される多チャネル信号を同相化して信号を合成する装置であって、周波数分析部１００、雑音推定部１０１、ステアリングベクトル算出部１０２、及び位相補正スペクトル合成部１０３を備える。
【００１１】
周波数分析部１００は、複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号を入力し、入力した多チャネル信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の周波数分析を行うことで多チャネルごとのスペクトルを算出し、算出した多チャネルごとのスペクトル（入力スペクトル）を出力する部位である。
雑音推定部１０１は、多チャネル信号の各チャネルに対して雑音スペクトルを推定し、推定した多チャネルごとの雑音スペクトルを出力する部位である。雑音推定部１０１は、多チャネルのうちの基準チャネルの雑音スペクトルも推定する。ここで、基準チャネルとは、多チャネルのうちの基準となるマイクロホンから出力されるチャネルを指す。雑音推定部１０１は、推定した基準チャネルの雑音スペクトルを出力する。
【００１２】
ステアリングベクトル算出部１０２は、集音装置１の外部から入力した目的音推定方向（目的音方向）、マイク間隔及び温度から理論的なステアリングベクトルを算出し、算出した理論的なステアリングベクトルを出力する部位である。目的音推定方向とは、各マイクロホンの位置の目的音の音源（例えば、話者）の位置からの推定方向を指す。マイク間隔とは、基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間の距離（間隔）を指す。
位相補正スペクトル合成部１０３は、周波数分析部１００が出力した多チャネルのスペクトル、雑音推定部１０１が出力した多チャネルの雑音スペクトル及びステアリングベクトル算出部１０２が出力した理論的なステアリングベクトルから位相補正が必要か否かを判定し、必要と判定した場合、多チャネルのスペクトルと基準チャネルの雑音スペクトルとステアリングベクトルとを用いて位相を補正した上でスペクトルを合成する部位である。
【００１３】
上述した周波数分析部１００、雑音推定部１０１、ステアリングベクトル算出部１０２、及び位相補正スペクトル合成部１０３は、集音装置１を構成するコンピュータのＣＰＵが、この発明の趣旨に従うプログラムを実行することにより、上記のコンピュータにおいて、ソフトウェアとハードウェアとが協働した具体的な手段として実現することができる。
【００１４】
次に動作について説明する。図２に、この発明の実施の形態１に係る集音装置１の周波数分析部１００における処理の流れを示す。以下この図２を参照して周波数分析部１００の処理の流れを説明する。
【００１５】
周波数分析部１００は、チャネル番号ｉに０を代入する（ＳＴ１００）。
チャネル番号ｉが、複数のマイクロホンの数に相当するチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ未満である場合（ＳＴ１０１；ＹＥＳ）、周波数分析部１００は、ＳＴ１０２の処理を行い、チャネル番号ｉがチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ以上である場合（ＳＴ１０１；ＮＯ）、周波数分析部１００は、処理を終了する。
【００１６】
周波数分析部１００は、多チャネル信号ｘｉ（ｎ）のフレームｔにおけるＬサンプルの入力（Ｌ（ｔ−１）＜ｎ＜Ｌｔ）に対してハミング窓等の窓関数を適用後、ＦＦＴ等の周波数分析を行い、スペクトルＸｉ，ｔ（ｆ）及びパワースペクトルＰｉ，ｔ（ｆ）を算出する（ＳＴ１０２）。ここで、ｆは、周波数の帯域番号を示す。なお、以下、変数としての周波数の帯域番号（ｆ）の記載を適宜省略する。
周波数分析部１００は、チャネル番号ｉをインクリメントして（ＳＴ１０３）、ＳＴ１０１の処理へ戻る。
【００１７】
図３に、この発明の実施の形態１に係る集音装置１の雑音推定部１０１における処理の流れを示す。以下、この図３を参照して雑音推定部１０１の処理の流れを説明する。
【００１８】
雑音推定部１０１は、チャネル番号ｉに０を代入する（ＳＴ２００）。
チャネル番号ｉがチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ未満である場合（ＳＴ２０１；ＹＥＳ）、雑音推定部１０１は、ＳＴ２０２の処理を行い、チャネル番号ｉがチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ以上である場合（ＳＴ２０１；ＮＯ）、雑音推定部１０１は、処理を終了する。
【００１９】
雑音推定部１０１は、周波数帯域番号ｆに０を代入する（ＳＴ２０２）。
周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ未満である場合（ＳＴ２０３；ＹＥＳ）、雑音推定部１０１は、ＳＴ２０４の処理を行い、周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ以上である場合（ＳＴ２０３；ＮＯ）、雑音推定部１０１は、ＳＴ２０７の処理を行う。
【００２０】
フレーム番号ｔが初期化フレーム数ＩＮＩＴ＿ＦＲＡＭＥ未満である場合、又はＰｉ，ｔ（ｆ）−μｉ（ｆ）＜ｋσｉ（ｆ）の条件を満たす場合（ＳＴ２０４；ＹＥＳ）、雑音推定部１０１は、ＳＴ２０５の処理を行い、フレーム番号ｔが初期化フレーム数ＩＮＩＴ＿ＦＲＡＭＥ以上であり、且つＰｉ，ｔ（ｆ）−μｉ（ｆ）≧ｋσｉ（ｆ）の条件を満たす場合（ＳＴ２０４；ＮＯ）、雑音推定部１０１は、ＳＴ２０６の処理を行う。
【００２１】
ここで、初期化フレーム数ＩＮＩＴ＿ＦＲＡＭＥは、雑音推定部１０１におけるμｉ（ｆ）及びσｉ（ｆ）の初期値を学習するためのフレーム数である。
μｉ（ｆ）はチャネルｉの周波数帯域番号ｆの平均パワースペクトル、σｉ（ｆ）はチャネルｉの周波数帯域番号ｆのパワースペクトルの標準偏差である。ｋは、更新パラメータであり値が大きいと騒音変動に対する追従性が高くなり、値が小さいと騒音変動に対する追従性が低くなる。
【００２２】
雑音推定部１０１は、以下の式（１）〜（７）に基づき平均パワースペクトルμｉ（ｆ）及びパワースペクトルの標準偏差σｉ（ｆ）を更新する（ＳＴ２０５）。
2012209853.tif 000003
【００２３】
上記式（１）〜（７）において、ＳＵＭ１ｉ（ｆ）及びＳＵＭ２ｉ（ｆ）は周波数帯域番号ｆに対する加算用バッファ、ＢＵＦＳＩＺＥは統計量を算出するフレーム数、ｃｎｔｉ（ｆ）は周波数帯域番号ｆのカウンタ、ｏｌｄｅｓｔは加算用バッファ内で加算されている最も古いフレーム番号を表す。
雑音推定部１０１は、周波数帯域番号ｆをインクリメントして（ＳＴ２０６）、ＳＴ２０３の処理を行う。
【００２４】
なお、この実施の形態１で述べている雑音推定手法は一例であり、別のアルゴリズムを用いて雑音を推定する場合もこの発明の範疇であることは言うまでもない。
【００２５】
ステアリングベクトル算出部１０２は、集音装置１の外部から与えられる目的音推定方向θ(ｒａｄ)、チャネル番号ｉに係るマイクロホンと基準となるマイクロホンとの間の距離であるマイク間隔ｄｉ(ｍ)、及び温度ｔｍ（℃）から各マイク間で生じる理想的な位相差（ステアリングベクトル）を算出する。例えば、直線状にマイクロホンが設置され、マイクを結ぶ直線の垂線方向を０（ｒａｄ）と定義する場合、以下の式（８）〜（１０）から基準チャネルに対するチャネルｉのステアリングベクトルａｉ（ｆ）を算出する。
2012209853.tif 000004
【００２６】
図４に、この発明の実施の形態１に係る集音装置１の位相補正スペクトル合成部１０３における処理の流れを示す。以下、この図４を参照して位相補正スペクトル合成部１０３の処理の流れを説明する。
【００２７】
位相補正スペクトル合成部１０３は、周波数帯域番号ｆに０を代入する（ＳＴ３００）。
周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ未満の場合（ＳＴ３０１；ＹＥＳ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、ＳＴ３０２の処理を行い、周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ以上の場合（ＳＴ３０１；ＮＯ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、処理を終了する。
【００２８】
位相補正スペクトル合成部１０３は、以下の式（１１）〜（１２）に従い基準チャネルのスペクトルＸ０（ｆ）と音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差φｍａｘを算出する（ＳＴ３０２）。
2012209853.tif 000005
式（１１）及び（１２）中、Ｎ０（ｆ）は、基準チャネルの雑音スペクトルを、μ０（ｆ）は、基準チャネルの平均パワースペクトルをそれぞれ示す。
【００２９】
ここで、基準チャネルのスペクトルＸ０（ｆ）と音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差φｍａｘの導出過程について説明する。図５は、最大位相差φｍａｘの物理的な意味を表す模式図である。基準チャネルのスペクトルＸ０は、複素平面上のベクトルとして表される。基準チャネルのスペクトルＸ０は、音声（音声スペクトルＳ）と雑音（雑音スペクトルＮ０）とを合成したものであるから、Ｘ０＝Ｓ＋Ｎ０の関係が成り立つ。よって基準チャネルのスペクトルＸ０を中心とし、雑音スペクトルの大きさ｜Ｎ０｜を半径とする円上に音声スペクトルＳが存在することになり、図５では一点鎖線で示す円の円周上が音声スペクトルＳの存在する範囲である。基準チャネルのスペクトルＸ０と音声スペクトルＳとの位相差が最大になるのは、音声スペクトルＳが図５における原点（ベクトルＸ０及びベクトルＳの始点）から一点鎖線で示す円への接線上に存在するときなので、式（１１）より最大位相差φｍａｘが算出できる。
【００３０】
図４に戻り、位相補正スペクトル合成部１０３は、チャネル番号ｉに０を代入する（ＳＴ３０３）。
チャネル番号ｉがチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ未満である場合（ＳＴ３０４；ＹＥＳ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、ＳＴ３０５の処理を行い、チャネル番号ｉがチャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ以上である場合（ＳＴ３０４；ＮＯ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、ＳＴ３１０の処理を行う。
【００３１】
位相補正スペクトル合成部１０３は、以下の式（１３）〜（１６）に従い、基準チャネル及びチャネルｉの合成スペクトルＸ０＋ｉ（ｆ）と、音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差θｍａｘを算出する（ＳＴ３０５）。式（１３）の＊は複素共役を表す。
2012209853.tif 000006
【００３２】
ここで、基準チャネル及びチャネルｉの合成スペクトルＸ０＋ｉ（ｆ）と、音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差θｍａｘの導出過程について説明する。図６は、最大位相差θｍａｘの物理的な意味を表す模式図である。
【００３３】
基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉは、複素平面上のベクトルとして表される。基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉは、基準チャネルのスペクトルに対して同相化したチャネルｉのスペクトルを加算したものであるから、Ｘ０＋ｉ＝２Ｓ＋Ｎ０＋ｉの関係が成り立つ。よって、基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉを中心とし、基準チャネルの雑音とチャネルｉの雑音との合成スペクトルの大きさ｜Ｎ０＋ｉ｜を半径とした円上に２Ｓが存在することになり、図６では一点鎖線で示す円の円周上が２Ｓの存在する範囲である。基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉと音声スペクトルＳとの位相差が最大になるのは、２Ｓが図６における原点（ベクトルＸ０＋ｉ及びベクトル２Ｓの始点）から一点鎖線で示す円への接線上に存在するときなので、式（１５）より最大位相差θｍａｘが算出できる。
【００３４】
また基準チャネル及びチャネルｉで観測される雑音について、パワーが同程度で無相関であることを仮定すると式（１６）より｜Ｎ０＋ｉ｜が算出できる。
【００３５】
図４に戻り、位相補正スペクトル合成部１０３は、式（１７）からチャネルｉのスペクトルＸｉと、基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉとの位相差εを算出する（ＳＴ３０６）。
2012209853.tif 000007
【００３６】
式（１７）で算出した位相差εが、式（１１）から（１６）で算出した（φｍａｘ＋θｍａｘ）を超える場合（ＳＴ３０７；ＹＥＳ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、位相の補正が必要であると判定し、ＳＴ３０８の処理を行う。位相差εが（φｍａｘ＋θｍａｘ）以下である場合（ＳＴ３０７；ＮＯ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、ＳＴ３０９の処理を行う。
【００３７】
位相差εが（φｍａｘ＋θｍａｘ）を超える場合（ＳＴ３０７；ＹＥＳ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、以下の式（１８）に従い、α＝ε−（φｍａｘ＋θｍａｘ）だけチャネルｉのスペクトルの位相を補正する（ＳＴ３０８）。
2012209853.tif 000008
【００３８】
ここで式（１８）の意味について説明する。図５から基準チャネルのスペクトルＸ０と音声スペクトルＳとの最大位相差はφｍａｘであり、図６より基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉと音声スペクトルＳとの最大位相差はθｍａｘであるので、基準チャネルのスペクトルＸ０と基準チャネルとチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉとの最大位相差は（φｍａｘ＋θｍａｘ）になる。よってチャネルｉのスペクトルＸｉと基準チャネル及びチャネルｉとの合成スペクトルＸ０＋ｉとの位相差εが（φｍａｘ＋θｍａｘ）より大きくなる場合はステアリングベクトルａｉ（ｆ）に誤差があると考えられる。式（１８）は、基準チャネルＸ０と基準チャネル及びチャネルｉの合成スペクトルＸ０＋ｉとの位相差εを最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）の範囲内になるように、ステアリングベクトルａｉ（ｆ）の誤差を補正していることを意味する。
【００３９】
この実施の形態１に係る位相補正スペクトル合成部１０３が上記式（１８）に従いチャネルｉのスペクトルの位相を補正しているため、ステアリングベクトルａｉ（ｆ）の誤差に起因する集音能力の低下を抑制し、集音装置１の集音能力を向上できるという効果がある。
【００４０】
図４に戻り、位相補正スペクトル合成部１０３は、チャネル番号ｉをインクリメントして（ＳＴ３０９）、ＳＴ３０４の処理を行う。
【００４１】
チャネル番号ｉが、チャネル数ＣＨ＿ＮＵＭ以上になった場合（ＳＴ３０４；ＮＯ）、位相補正スペクトル合成部１０３は、以下の式（１９）で最終的な出力スペクトルＸＢＦ（ｆ）を合成する（ＳＴ３１０）。
2012209853.tif 000009
【００４２】
位相補正スペクトル合成部１０３は、周波数帯域番号ｆをインクリメントして（ＳＴ３１１）、ＳＴ３０１の処理を行う。
【００４３】
以上が位相補正スペクトル合成部１０３の動作であるが、合成したスペクトルに対してＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：高速フーリエ逆変換）を行った上で時間信号として出力しても良い。
【００４４】
このように構成することで、多チャネル信号のスペクトルＸｉ（ｆ）、基準チャネルの雑音スペクトルＮ０（ｆ）及びステアリングベクトルａｉ（ｆ）を用いて、各チャネルの位相を補正した上でスペクトルを合成することとしたので、ステアリングベクトルに誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力を向上させることができる。ステアリングベクトルの誤差の原因としては、マイク間隔、温度若しくは目的音推定方向における誤差又は反響等が考えられるが、この実施の形態１に係る集音装置１は、誤差の原因に依存せず観測信号のみから自動的に補正を行うことができる。
【００４５】
この実施の形態１では、チャネル番号ｉ＝０のチャネルを基準チャネルとして説明しているが、どのチャネルを基準チャネルにした場合も本発明の範囲内であることは言うまでもない。
【００４６】
以上より、実施の形態１に係る集音装置１は、複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部１００と、多チャネルのうち基準となるマイクロホンから出力される基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部１０１と、各マイクロホンの目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部１０２と、周波数分析部１００が出力する各チャネルのスペクトルと、雑音推定部１０１が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、ステアリングベクトル算出部１０２が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部１０３とを備えるように構成したので、多チャネルごとのスペクトルと基準チャネルの雑音スペクトルとステアリングベクトルとから各チャネルの位相補正を行った上でスペクトル合成を行うことで、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力が向上した集音装置を提供することができる。
【００４７】
また、実施の形態１によれば、位相補正スペクトル合成部１０３は、基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルとの最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）を算出し、算出した最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）に基づいて各チャネルの位相補正を行った後、スペクトルを合成するように構成したので、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ集音能力が向上した集音装置を提供することができる。
【００４８】
また、実施の形態１によれば、位相補正スペクトル合成部１０３は、基準チャネルのスペクトルと目的音の音声スペクトルとの最大位相差φｍａｘをｓｉｎ−１（｜Ｎ０｜／｜Ｘ０｜）で算出し、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルと、音声スペクトルとの最大位相差θｍａｘをｓｉｎ−１｛｜（√２）Ｎ０｜／｜Ｘ０＋ｉ｜｝で算出し、基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルとの最大位相差を（φｍａｘ＋θｍａｘ）で算出するように構成したので、ステアリングベクトルの誤差に起因し、算出された最大位相差より大きな位相差が生じた場合に位相補正を行うことができ、集音能力が向上した集音装置を提供することができる。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１に係る集音装置１は、推定した基準チャネルの雑音スペクトルの大きさ｜Ｎ０｜から最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）を算出しているため、｜Ｎ０｜に誤差がある場合に最大位相差にも誤差が生じる可能性があり、その後の位相補正処理に影響を与える可能性がある。そこで、以下の実施の形態２では、｜Ｎ０｜の誤差を補正する実施の形態を説明する。
【００５０】
図７は、この発明の実施の形態２に係る集音装置１の構成を示すブロック図である。図７にて図１と同一符号は、同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００５１】
図７に示すように、この実施の形態２に係る集音装置１は、周波数分析部１００、雑音推定部１０１、ステアリングベクトル算出部１０２、位相補正スペクトル合成部１０３及び雑音補正部１０４を含んで構成されている。上記実施の形態１との差異は、雑音補正部１０４を追加した点である。
【００５２】
雑音補正部１０４は、周波数分析部１００が出力した多チャネルのスペクトル及びステアリングベクトル算出部１０２が出力した理論的なステアリングベクトルから雑音スペクトルの大きさの補正が必要か否かを判定し、必要と判定した場合、多チャネルのスペクトル及びステアリングベクトルを用いて、雑音推定部１０１が出力した基準チャネルの雑音スペクトルの大きさを補正する部位である。
【００５３】
上述した周波数分析部１００、雑音推定部１０１、ステアリングベクトル算出部１０２、位相補正スペクトル合成部１０３及び雑音補正部１０４は、集音装置１を構成するコンピュータのＣＰＵが、この発明の趣旨に従うプログラムを実行することにより、上記のコンピュータにおいて、ソフトウェアとハードウェアとが協働した具体的な手段として実現することができる。
【００５４】
次に動作について説明する。周波数分析部１００、雑音推定部１０１の動作は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
図８に、この発明の実施の形態２に係る集音装置１の雑音補正部１０４における処理の流れを示す。以下、この図８を参照して雑音補正部１０４の動作を説明する。
【００５５】
雑音補正部１０４は、周波数帯域番号ｆに０を代入する（ＳＴ４００）。
周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ未満の場合（ＳＴ４０１；ＹＥＳ）、雑音補正部１０４は、ＳＴ４０２の処理を行い、周波数帯域番号ｆがＦＦＴポイント数Ｎ＿ＦＦＴ以上の場合（ＳＴ４０１；ＮＯ）、雑音補正部１０４は、処理を終了する。
【００５６】
雑音補正部１０４は、上述の式（１１）〜（１２）に従い基準チャネルのスペクトルＸ０（ｆ）と音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差φｍａｘを算出する（ＳＴ４０２）。
【００５７】
雑音補正部１０４は、上述の式（１３）〜（１６）に従い基準チャネル及びチャネルｉの合成スペクトルＸ０＋ｉ（ｆ）と、音声スペクトルＳ（ｆ）との最大位相差θｍａｘを算出する（ＳＴ４０３）。
【００５８】
雑音補正部１０４は、上述の式（１７）からチャネルｉのスペクトルＸｉと基準チャネル及びチャネルｉの合成スペクトルＸ０＋ｉとの位相差εを算出する（ＳＴ４０４）。
式（１７）で算出した位相差εが、式（１１）から（１６）で算出した（φｍａｘ＋θｍａｘ）を超える場合（ＳＴ４０５；ＹＥＳ）、雑音補正部１０４は、基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正が必要であると判定し、ＳＴ４０６の処理を行い、位相差εが（φｍａｘ＋θｍａｘ）以下である場合（ＳＴ４０５；ＮＯ）、雑音補正部１０４は、ＳＴ４０７の処理を行う。
【００５９】
位相差εが（φｍａｘ＋θｍａｘ）を超える場合（ＳＴ４０５；ＹＥＳ）、雑音補正部１０４は、式（２０）に従い、補正後の基準チャネルの雑音スペクトルの大きさ｜Ｎ０’｜を算出する（ＳＴ４０６）。
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【００６０】
ここで式（２０）の意味について説明する。図５から｜Ｎ０｜＝Ｘ０ｓｉｎφｍａｘの関係があるが、ＳＴ４０５にてε＞（φｍａｘ＋θｍａｘ）と判断されていることから（ε−θｍａｘ）＞φｍａｘとなっている。そこで、｜Ｎ０’｜を｜Ｎ０｜よりも大きくなるように補正する。よって式（２０）は、基準チャネルの雑音スペクトルの大きさ｜Ｎ０｜が実際の値よりも小さく推定され、最大位相差φｍａｘも小さく推定される場合に基準チャネルの雑音スペクトルの大きさを自動的に補正することを意味する。
【００６１】
この実施の形態２に係る雑音補正部１０４が上記式（２０）に従い基準チャネルの雑音スペクトルの大きさを補正していることにより、推定された基準チャネルの雑音スペクトルの大きさに誤差があった場合でも自動的に補正が行われ、補正後の基準チャネルの雑音スペクトルの大きさに基づいて最大位相差φｍａｘ及びθｍａｘを算出するため、最大位相差φｍａｘ及びθｍａｘも自動的に補正され、集音装置１の集音能力を更に向上できるという効果がある。
【００６２】
ステアリングベクトル算出部１０２及び位相補正スペクトル合成部１０３の動作は、位相補正スペクトル合成部１０３が雑音補正部１０４が出力した（補正後の）基準チャネルの雑音スペクトルの大きさを用いる点以外、上述の実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６３】
以上のように構成することで、多チャネルのスペクトル及びステアリングベクトルを用いて、基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正を行うこととしたので、推定した雑音スペクトルの大きさに誤差があった場合でも自動的に補正が行われ、結果的に集音能力を向上させることができるという効果がある。
基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの誤差の原因としては、雑音の時間変動等が考えられるが、本手法は誤差の原因に依存せず観測信号のみから自動的に補正を行う特徴を有する。
【００６４】
この実施の形態２では、チャネル番号ｉ＝０のチャネルを基準チャネルとして説明しているが、どのチャネルを基準チャネルにした場合も本発明の範囲内であることは言うまでもない。
【００６５】
以上より、実施の形態２に係る集音装置１は、複数のマイクロホンより出力される多チャネル信号に対して周波数分析を行う周波数分析部１００と、多チャネルのうち基準となるマイクロホンから出力される基準チャネルの雑音スペクトルを推定する雑音推定部１０１と、各マイクロホンの目的音の音源からの推定方向を示す目的音推定方向、基準となるマイクロホンとその他の各マイクロホンとの間隔を示すマイク間隔及び温度からステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出部１０２と、周波数分析部１００が出力する各チャネルのスペクトルと、ステアリングベクトル算出部１０２が出力するステアリングベクトルとを用いて雑音推定部１０１が出力する基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正を行う雑音補正部１０４と、周波数分析部１００が出力する各チャネルのスペクトルと、雑音補正部１０４が出力する基準チャネルの雑音スペクトルと、ステアリングベクトル算出部１０２が出力するステアリングベクトルとを用いて各チャネルの位相補正を行った上でスペクトルを合成する位相補正スペクトル合成部１０３とを備えるように構成したので、目的音推定方向、マイク間隔又は音速に誤差があった場合でも自動的に位相補正が行われ、且つ、推定した基準チャネルの雑音スペクトルの大きさに誤差があった場合でも自動的に補正が行われ、集音能力の向上した集音装置を提供することができる。
【００６６】
また、実施の形態２によれば、雑音補正部１０４は、基準チャネルのスペクトルと、基準チャネル及び任意のチャネルの合成スペクトルとの最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）を算出し、算出した最大位相差（φｍａｘ＋θｍａｘ）に基づいて基準チャネルの雑音スペクトルの大きさの補正を行うように構成したので、推定した基準チャネルの雑音スペクトルの大きさに誤差があった場合でも自動的に補正が行われ、集音能力の向上した集音装置１を提供することができる。
【００６７】
また、実施の形態２によれば、雑音補正部１０４は、基準チャネルのスペクトルと目的音の音声スペクトルとの最大位相差φｍａｘをｓｉｎ−１（｜Ｎ０｜／｜Ｘ０｜）で算出し、基準チャネル及び各チャネルの合成スペクトルと、音声スペクトルとの最大位相差θｍａｘをｓｉｎ−1｛｜（√２）Ｎ０｜／｜Ｘ０＋ｉ｜｝で算出し、基準チャネルの雑音スペクトルの大きさをＸ０ｓｉｎ（ε−θｍａｘ）で算出して補正するように構成したので、推定した基準チャネルの雑音スペクトルの大きさに誤差があった場合でも、これら算出した最大位相差に基づいて自動的に補正が行われ、集音能力の向上した集音装置１を提供することができる。
【００６８】
この発明は、例えばカーナビゲーションシステムや携帯電話、情報端末等での騒音環境下の音声認識性能、または通話品質向上を実現する上で有用である。
【００６９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  集音装置、１００  周波数分析部、１０１  雑音推定部、１０２  ステアリングベクトル算出部、１０３  位相補正スペクトル合成部、１０４  雑音補正部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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