(57)【要約】【課題】映像視聴時に外部からのノイズが存在する場合、視聴者の位置に応じて適切なノイズ抑制音を発することで、ノイズを低減するテレビジョン装置を提供する。【解決手段】受信した音声を復号する音声復号部と、視聴環境から人物の位置情報を検出する位置情報検出部と、音声復号部が出力した音声信号とマイクが集音した視聴環境の音声信号とからノイズを抽出するノイズ抽出部と、視聴者の位置におけるノイズ情報を解析するノイズ情報解析部と、ノイズ情報からノイズキャンセル音を生成するキャンセル音生成部と、キャンセル音生成部から得られるノイズキャンセル音と、音声復号部が出力する音声信号と、位置情報検出装置から得られる位置情報とから、音響効果を調整し、ノイズキャンセル音を音声信号に重畳する音響効果調整部と、音響効果調整部によって調整された音声信号を出力するスピーカとを備える。【選択図】図１
2012255852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像音声信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した音声を復号して音声信号として出力する音声復号部と、
視聴環境を検知するセンサーと、
前記センサーの信号の中から人物の有無を検出する人物検出部と、
前記人物検出部により、人物がいるものと検出された場合には、前記視聴環境に存在する人物の位置情報を検出する位置情報検出部と、
外部の音を集音して視聴環境の音声信号として出力するマイクと、
前記音声復号部が出力した前記音声信号と、前記マイクが集音した前記視聴環境の音声信号とからノイズを抽出するノイズ抽出部と、
前記ノイズ抽出部が検出した前記ノイズと、前記位置情報検出部が検出した前記位置情報から視聴者の位置におけるノイズ情報を解析するノイズ情報解析部と、
前記ノイズ情報解析部から得られた前記ノイズ情報から前記ノイズを抑制する音声信号であるノイズキャンセル音を生成するキャンセル音生成部と、
前記キャンセル音生成部から得られる前記ノイズキャンセル音と、前記音声復号部が出力する音声信号と、前記位置情報検出部から得られる前記位置情報とから、音響効果を調整し、前記ノイズキャンセル音を前記音声信号に重畳する音響効果調整部と、
前記音響効果調整部によって調整された音声信号を出力するスピーカとを備えることを特徴とするテレビジョン装置。
【請求項２】
前記ノイズ情報解析部は、前記マイクが検出した前記ノイズの到来方向と、前記ノイズの振幅と、前記マイクの位置における前記ノイズの位相と、前記ノイズの周波数と、前記位置情報検出部が検出した視聴者の位置情報とから、視聴者の位置におけるノイズの位相を推定することを特徴とする請求項１記載のテレビジョン装置。
【請求項３】
前記キャンセル音生成部は、前記スピーカの特性と、前記スピーカから視聴者の耳までの伝達関数を考慮したサラウンド効果を付与するフィルタ信号処理を利用して、前記ノイズ情報解析部が推定した視聴者の位置におけるノイズ音を抑制する前記ノイズキャンセル音を、あらかじめ定められた仮想スピーカの位置から発生させることで生成することを特徴とする請求項１記載のテレビジョン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視聴者に聞こえるノイズを抑制し快適な視聴環境を提供することを目的としたテレビジョン装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来のテレビジョン装置（以下、「テレビ」と記す）では、周辺のノイズが大きい場合、視聴者がテレビの音を聞き逃したり、視聴しているコンテンツに集中できないといった課題があった。このため、視聴者はノイズよりも大きくなるようにテレビの音量を上げることで対応する必要があった。
【０００３】
特許文献１に開示される音声補正装置は、リモコンに内蔵したマイクが集音した音からノイズを検出し、ノイズに応じて音圧レベルを補正している。これにより、視聴者の手で音量を調整する必要がなくなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された音声補正装置は、リモコンに内蔵したマイクが集音した音からノイズを検出し、ノイズに応じて音圧レベルを補正している。しかし、リモコンと視聴者の位置関係が常に同じになるとは限らないため、視聴者が聞くノイズの状況を正確に把握できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のテレビジョン装置は、映像音声信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した音声を復号して音声信号として出力する音声復号部と、視聴環境を検知するセンサーと、前記センサーの信号の中から人物の有無を検出する人物検出部と、前記人物検出部により、人物がいるものと検出された場合には、前記視聴環境中の人物の位置情報を検出する位置情報検出部と、外部の音を集音して視聴環境の音声信号として出力するマイクと、前記音声復号部が出力した前記音声信号と、前記マイクが集音した前記視聴環境の音声信号とからノイズを抽出するノイズ抽出部と、前記ノイズ抽出部が検出した前記ノイズと、前記位置情報検出部が検出した前記位置情報から視聴者の位置におけるノイズ情報を解析するノイズ情報解析部と、前記ノイズ情報解析部から得られた前記ノイズ情報から前記ノイズを抑制する音声信号であるノイズキャンセル音を生成するキャンセル音生成部と、前記キャンセル音生成部から得られる前記ノイズキャンセル音と、前記音声復号部が出力する音声信号と、前記位置情報検出部から得られる前記位置情報とから、音響効果を調整し、前記ノイズキャンセル音を前記音声信号に重畳する音響効果調整部と、前記音響効果調整部によって調整された音声信号を出力するスピーカとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、センサーが検出した視聴者の位置とマイクが検出したノイズの情報を用いることによって視聴者に対して適切なノイズ抑制制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１におけるテレビジョン装置の構成図
【図２】実施の形態１におけるテレビジョン装置の概略図
【図３】実施の形態１におけるテレビジョン装置とノイズ音源と視聴者との位置関係の一例を表す図
【図４】実施の形態１におけるテレビジョン装置のマイクの構成図
【図５】実施の形態１におけるテレビジョン装置の２組のマイクロホンアレーの構成図
【図６】特許文献２に記載の仮想スピーカと視聴者とテレビの位置関係の一例を表す図
【図７】実施の形態１におけるテレビジョン装置とノイズ音源と仮想スピーカと視聴者の位置関係の一例を表す図
【図８】実施の形態２におけるノイズ音源と、本発明のテレビジョン装置、視聴者との間に障害物がある場合の位置関係の一例を表す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態について図１〜図８を用いて説明する。
【００１０】
（実施の形態）
図２は、実施の形態におけるテレビジョン装置であるテレビ１の概略図である。
【００１１】
図２に示すように、テレビ１には２つ以上のスピーカ２０と、２つ以上のマイクを有する２組のマイクロホンアレー（マイク１０１、マイク１０２）と、視聴者を検出するためのセンサーを内蔵している。また、センサー１２は、カメラや赤外線センサー、温度センサーなど、視聴者の位置を検出できるものであればその形態を問わない。
【００１２】
図３は、テレビ視聴環境の一例を図示したものである。テレビ１を視聴している視聴者に対して、ノイズ音源から雑音が発生している。ここでは簡単な例としてノイズ音源は１つとする。
【００１３】
図１に示すように、テレビ１は、マイク１０、受信部１１、センサー１２、音声復号部１３、ノイズ抽出部１４、ノイズ情報解析部１５、キャンセル音生成部１６、人物検出部１７、位置情報検出部１８、音響効果調整部１９、スピーカ２０とで構成されている。
【００１４】
受信部１１は放送波を受信する。放送波に含まれた音声信号は、音声復号部１３により復号される。そして、音響効果調整部１９に出力され、さらに音響効果を作用させ、スピーカ２０から出力される。
【００１５】
音声復号部１３から出力された放送波の音声信号と、マイク１０により抽出されたテレビ１の周囲音との差分から、視聴環境中のノイズを抽出する。
【００１６】
ノイズ情報解析部１５は、ノイズに含まれるノイズ情報を解析し、キャンセル音生成部１６に出力する。
【００１７】
キャンセル音生成部１６は、ノイズ情報から、ノイズをキャンセルさせるためのノイズキャンセル音声信号を生成し、音響効果調整部１９に出力する。
【００１８】
ノイズキャンセル音声信号は、スピーカ２０から、放送波の音声信号とともに出力される。
【００１９】
センサー１２で撮影した映像等をもとに、人物検出部１７で人物を抽出し、位置情報検出部１８により人物の位置を検出し、視聴者の位置の情報としてノイズ情報解析部１５、音響効果調整部１９に出力される。
【００２０】
以下、ノイズ情報解析部１５、キャンセル音生成部１６によるノイズキャンセルの動作について説明する。
【００２１】
マイク１０は、テレビの視聴環境中の音を集音する。ここで、マイク１０１、１０２を構成するマイクロホンアレーの概略図を図４に示す。
【００２２】
図４に示したマイクロホンアレーは遅延和アレーで、等間隔ａずつ離れて配置されたＭ個のマイクそれぞれに遅延器Ｄｉ（ｉ＝１、２、…、Ｍ）が取り付けられている。以下、遅延和アレーを用いた音源の方向推定の原理を簡単に説明する。
【００２３】
間隔ａは小さくＭ個のマイクに届く音波を平面波とみなすと、図４に示すように方向θから発せられた音は、まずマイク１で集音され、その後マイク２、マイク３、…と時間ａｓｉｎθ／Ｖｓずつ遅れて到達する。従って、各マイクに取り付けられた遅延器Ｄｉでａｓｉｎθ／Ｖｓずつ遅らせた信号は、マイク１の信号と等価なので、それらを加算すると大きなゲインが得られる。また、θ以外の角度からの音波は各マイクの到達時間差と遅延器における遅延量とが合わないため、加算器で信号を足し合わせても大きなゲインは得られない。そのため遅延器における遅延量を調節することで特定の方向にのみ鋭い指向性（以下ビームと表す）を持つマイクを構成することができる。なお、遅延器にはメモリを用い、ポインタを用いたバッファ制御で遅延量を調整する。
【００２４】
テレビ１ではマイクロホンアレーを２組使用しているが、まずは一方のマイクロホンアレー（マイク１０１）で遅延器の遅延量を変えてビームを全方向順に走査させる。走査中に図４の加算器で得られた信号のゲインがある閾値を超えていれば、その時のビームの方向にノイズ源が存在すると判定する。この時、図３におけるθ１が決まる。ここで、前述の閾値は特定の値を示すものではなく、設計者またはユーザ（視聴者）が、視聴者が知覚できると推測される音量レベルに設定してもよいし、視聴者がテレビを視聴する際に気になると推測される音量レベルに設定してもよい。
【００２５】
次に、もう一方マイクロホンアレー（マイク１０２）で同様にビームを走査することによりマイク１０２における上記ノイズ源の方向θ２が求まる。ここで図５に本発明のテレビにおける２組の遅延和アレーを拡大した図を示す。
【００２６】
ノイズ抽出部１４において、マイク１０が集音した音からテレビ１が出力している音声情報を減じることでノイズ音を抽出する。
【００２７】
ここで、抽出したノイズ音がマイク１０１に到達するときのノイズの振幅、位相、周波数をそれぞれＰ、ωｔ、Ｆとする。またマイク１０１、１０２が検出したノイズの到達時間差をΔｔとし、音波の伝搬速度Ｖｓとする。音波の伝搬速度Ｖｓは既知のものである。
【００２８】
このような状況で、視聴者の位置に到達するノイズ音について、以下の手順で算出する。以下では、視聴者の右耳の位置のノイズをＮｒとする。
【００２９】
図３に示すように、センサー１２により検出した視聴者の位置とテレビ位置との間の距離をＤとし、視聴者の位置がテレビの真正面の位置から水平方向にずれた距離をｄとする。
【００３０】
このようなときに、マイク１０１とノイズ音源までの距離Ｌ１は、以下の２式により算出する。
【００３１】
【数１】
2012255852.tif 000003
【００３２】
【数２】
2012255852.tif 000004
【００３３】
また、図３に示したように、テレビ１と、視聴者の位置までの水平方向の距離をＤ１、視聴者とノイズ音源までの水平方向の距離をＤ２とすると、（数３）、（数４）のように表される。
【００３４】
【数３】
2012255852.tif 000005
【００３５】
【数４】
2012255852.tif 000006
【００３６】
以上より、視聴者とノイズ音源までの距離Ｌｐは、（数５）のように表される。
【００３７】
【数５】
2012255852.tif 000007
【００３８】
ここでＨは頭部の横幅を表しており、平均的なヒトの頭部の幅をキャンセル音生成部１６に保持しておく。
【００３９】
以上により、ノイズ音がテレビ１と、視聴者の位置のそれぞれに到達する時間差Ｔｄは、（数６）のように表される。
【００４０】
【数６】
2012255852.tif 000008
【００４１】
ここで、視聴者の右耳におけるノイズ音の位相ωｐは、（数７）となる。
【００４２】
【数７】
2012255852.tif 000009
【００４３】
マイク１０１における振幅Ｐ、周波数Ｆと、（数７）で算出した位相ωｐから視聴者の右耳におけるノイズＮｒを表すことができる。ここで、視聴者の右耳における振幅をＰ’とし、ノイズ音源を点音源とみなすと、振幅は距離の二乗に反比例するためＰ’は（数８）となる。
【００４４】
【数８】
2012255852.tif 000010
【００４５】
このＮｒをキャンセルする音をテレビ１から生成することで、視聴者の位置で聞こえるノイズをキャンセルすることができる。
【００４６】
テレビが生成するキャンセル音Ｎ-1は、例えば、特許文献２(特開平７−２８８８９６号公報）に開示されるフィルタ処理を利用することで生成することができる。
【００４７】
図６に示すように、仮想的なスピーカ４１が視聴者の右後方に存在するとし、そのスピーカから音声Ｓが出力されているとすると、視聴者の右耳が聞く音声Ｅｒと視聴者の左耳が聞く音声Ｅｌは、それぞれ仮想スピーカから視聴者の右耳までの伝達関数Ｋｒと仮想スピーカから視聴者の左耳までの伝達関数Ｋｌを用いて、（数９）のように表すことができる。
【００４８】
【数９】
2012255852.tif 000011
【００４９】
また、音声Ｓに対してフィルタ処理（係数Ｔｒ）を施した信号がスピーカＲ４３から、またフィルタ処理（係数Ｔｌ）を施した信号がスピーカＬ４４から出力されるとすると、視聴者の右耳および左耳の位置で聞こえる音声は、スピーカＲ４３から視聴者の右耳、左耳までのそれぞれの伝達関数Ｈｒｒ、Ｈｒｌと、スピーカＬ４４から視聴者の右耳、左耳までのそれぞれの伝達関数Ｈｌｒ、Ｈｌｌを用いると、（数１０）のように表すことができる。
【００５０】
【数１０】
2012255852.tif 000012
【００５１】
テレビが出力する音声を、視聴者が仮想スピーカから出音しているように感じるようにするためには、（数９）と（数１０）よりフィルタ係数Ｔｌ、Ｔｒを（数１１）のように設計すればよい。
【００５２】
【数１１】
2012255852.tif 000013
【００５３】
（数１１）のように、フィルタ係数Ｔｌ、Ｔｒを設計し、マイク１０にて検出したノイズ音源に作用させることで、視聴者の耳元でのノイズをキャンセルすることができる。ここで、フィルタ係数を設計するために必要な伝達係数は、実測定によって算出しておく。すなわち、Ｈは視聴位置に測定用のマイクを設置しテレビの２つのスピーカからのインパルス応答を測定することで得られる。また、Ｋは、仮想スピーカを配置することを想定した位置に実スピーカを置き、視聴位置に設置したマイクにおけるインパルス応答を測定することで得られる。
【００５４】
また、フロントスピーカ２０の２つでサラウンド環境を構築するテレビ１の場合には、（数１１）で示したフィルタ係数を仮想スピーカの数だけ内部に保持している。そして、仮想スピーカの位置から音声が再生されているかのように視聴者に感じさせるために、各仮想スピーカに応じたフィルタ係数をテレビの音声信号に対して乗じた信号を、テレビ１のフロントスピーカ２０から再生させる。
【００５５】
サラウンド環境を再現する例として、フロントスピーカ２つとサラウンドスピーカ２つからなるオーディオシステムを仮想スピーカで実現する場合は、４組のフィルタを用意して各スピーカ毎に信号処理を施す。さらに視聴者が視聴する位置が変わってもサラウンド効果が得られるようにするためには、センサー１２が検出できる空間を水平方向に複数のエリアに分割し、分割したエリアの数だけ前記フィルタの組み合わせを内部に保持しておけば、視聴位置に応じて適切なフィルタ係数を、検出した視聴者の位置に応じて選択することによって最適な音響効果を与えることができる。
【００５６】
このような仮想スピーカから音声信号を再生する前述の技術を用いる。図７に示すようにノイズ音の方向に最も近い仮想スピーカからキャンセル音Ｎ-1を出力させる。このとき、視聴者の右耳で聞くノイズ音Ｎｒとすると、仮想ピーカから発生させるキャンセル音Ｎ-1の関係は、（数１３）を満たすようにする。
【００５７】
【数１２】
2012255852.tif 000014
【００５８】
【数１３】
2012255852.tif 000015
【００５９】
（数１３）により算出した、キャンセル音Ｎ-1をテレビで生成し、図１記載の音響効果調整部にてフィルタ係数Ｔｌ、Ｔｒを用いてフィルタ処理を施し、コンテンツの音声と重畳してスピーカから出力させる。
【００６０】
（実施の形態２）
実施の形態１ではノイズ音源は一つとしてキャンセル音の生成過程を示した。ノイズ音源が複数存在した場合には、実施の形態１の処理に加えて、実施の形態２では、さらに次の処理を行う。
【００６１】
ノイズ音が複数ある場合においても、本発明では鋭い指向性を持つ遅延和アレーを用いて全方向を走査してノイズを検出するので、閾値を超えるノイズが検出されるたびに個々のノイズ音に対して到来方向や位相、振幅、周波数を解析し、各々に対してキャンセル音の生成を行う。
【００６２】
また、図８に示すように屋外からのノイズのように視聴者やテレビとの間に壁のような障害物がある状況を考える。ノイズ音源と視聴者との間に障害物が存在する場合は、その障害物を通過または回折して視聴者やテレビに到達するため、図８のように障害物の位置に無数のノイズ音源（Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ）が存在すると考えることができる。この場合も前述の遅延和アレーを用いた方法で各方向ごとにノイズを検出し、ある閾値以上の比較的大きなレベルの複数のノイズに対してキャンセル音を生成する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るテレビジョン装置は、視聴者の位置を問わず視聴者がさらされているノイズを検出して抑制することができるためその利用価値は高い。
【符号の説明】
【００６４】
１  テレビ
１０  マイク
１１  受信部
１２  センサー
１３  音声復号部
１４  ノイズ抽出部
１５  ノイズ情報解析部
１６  キャンセル音生成部
１７  人物検出部
１８  位置情報検出部
１９  音響効果調整部
２０  スピーカ
１０１  マイク
１０２  マイク
【図１】
2012255852.tif 000016
【図２】
2012255852.tif 000017
【図３】
2012255852.tif 000018
【図４】
2012255852.tif 000019
【図５】
2012255852.tif 000020
【図６】
2012255852.tif 000021
【図７】
2012255852.tif 000022
【図８】
2012255852.tif 000023