(57)【要約】【課題】帯域幅の浪費を回避しながら信号源の位置を高精度に推定する。【解決手段】実施形態によれば、信号検出装置は、クロックと、付与部と、生成部と、受信部と、制約部とを含む。クロックは、他の信号検出装置に内蔵される他のクロックと同期する。付与部は、信号ブロックの複数の信号特性に対して優先度を付与する。生成部は、複数の信号特性の各々について、信号ブロックの時間領域の特徴を表す特徴情報を生成する。受信部は、サーバ装置から割り当てられた帯域幅を示すサーバ命令を当該サーバ装置から受信する。制約部は、特徴情報の合計の情報量が帯域幅に対応する上限情報量を超過する場合には、当該特徴情報の各々に付与された優先度に基づいて当該特徴情報のうち一部を選択して残部を破棄することにより、選択された特徴情報の情報量を当該上限情報量以下に制約する。【選択図】図２
2016061740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を検出するセンサと、
他の信号検出装置に内蔵される他のクロックと同期するクロックと、
前記センサによって検出された信号を前記クロックの時刻情報に基づいて一定時間単位でブロック化した信号ブロックの周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報を生成する第１の生成部と、
前記信号ブロックの複数の信号特性に対して優先度を付与する付与部と、
前記複数の信号特性の各々について、前記信号ブロックの時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する第２の生成部と、
サーバ装置から割り当てられた帯域幅を示すサーバ命令を前記サーバ装置から受信する受信部と、
前記第２の特徴情報の合計の情報量が前記帯域幅に対応する上限情報量を超過する場合には、当該第２の特徴情報の各々に付与された優先度に基づいて当該第２の特徴情報のうち一部を選択して残部を破棄することにより、選択された第２の特徴情報の情報量を当該上限情報量以下に制約する制約部と、
前記第１の特徴情報および前記選択された第２の特徴情報を当該サーバ装置へと送信する送信部と
を具備する、信号検出装置。
【請求項２】
前記サーバ命令は、前記サーバ装置が情報を優先的に要求している信号特性に相当する優先特性をさらに示し、
前記付与部は、前記優先特性に該当する信号特性に対して他の信号特性に比べて高い優先度を付与する、
請求項１記載の信号検出装置。
【請求項３】
前記付与部は、前記第１の特徴情報に基づいて前記複数の信号特性に付与される優先度を調整する、請求項１記載の信号検出装置。
【請求項４】
前記第１の特徴情報は、前記信号ブロックの周波数帯域毎の信号強度を示す、請求項１記載の信号検出装置。
【請求項５】
前記複数の信号特性は、複数の周波数帯域に相当し、
前記制約部は、各優先度を対応する信号特性における信号強度によって重み付けしてからソートを行い、重み付き優先度の高い順に前記第２の特徴情報を選択する、
請求項４記載の信号検出装置。
【請求項６】
複数の信号ブロックに亘る第１の特徴情報を周波数帯域毎の時系列データとして取り扱い、隣接する信号ブロック間での当該時系列データの標本値の差分絶対値和、または、当該時系列データのシャノン情報量、を周波数領域毎に算出することによって、第３の特徴情報を生成する第３の生成部をさらに具備し、
前記送信部は、さらに、前記第３の特徴情報を前記サーバ装置へと送信する、
請求項１記載の信号検出装置。
【請求項７】
前記付与部は、前記第３の特徴情報に基づいて前記複数の信号特性に付与される優先度を調整する、請求項６記載の信号検出装置。
【請求項８】
前記第２の特徴情報は、前記信号ブロックに含まれるピークの出現時刻と当該ピークの信号強度とのタプルのリストを含む、請求項１記載の信号検出装置。
【請求項９】
前記信号検出装置および前記他の信号検出装置のうち少なくとも１つの位置情報または方位情報を信号の伝搬時間差に基づいて推定する推定部をさらに具備し、
前記送信部は、さらに、推定された位置情報または方位情報を前記サーバ装置へと送信する、
請求項１記載の信号検出装置。
【請求項１０】
前記センサは、無指向性マイクロホン、既知の指向特性を持つ指向性マイクロホン、マイクロホン間の位置関係が既知のステレオマイクまたはマイクロホンアレイ、および、コンタクトマイクのうち少なくとも１つを含む、請求項１記載の信号検出装置。
【請求項１１】
前記センサは、前記信号の到来方向に基づいて信号源分離を行う、請求項１記載の信号検出装置。
【請求項１２】
過去の所定時間分の信号ブロックを蓄積し、前記サーバ命令が過去の特定の信号ブロックに対する信号読み出し命令に相当する場合には当該過去の特定の信号ブロックを外部へと出力する中間ストレージをさらに具備し、
前記第２の生成部は、さらに、前記複数の信号特性の各々について、前記過去の特定の信号ブロックの時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する、
請求項１記載の信号検出装置。
【請求項１３】
複数の信号検出装置の各々によって検出された信号の周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報および当該信号の時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を当該信号検出装置から受信する受信部と、
前記複数の信号検出装置の位置情報を管理する装置管理部と、
前記第１の特徴情報および前記第２の特徴情報を対応する信号検出装置の位置情報にマッピングする特徴情報管理部と、
マッピングされた第１の特徴情報に基づいて、１つ以上の信号源の各々が前記信号検出装置の位置情報に基づいて定められる複数の領域のいずれに位置するか、ならびに、当該信号源から送信された信号の特性を推定することによって、粗粒度推定結果を得る第１の推定部と、
前記粗粒度推定結果とマッピングされた第２の特徴情報とに基づいて、前記１つ以上の信号源の各々の位置を前記第１の推定部に比べて細かな粒度で推定する第２の推定部と、
前記１つ以上の信号源の各々について、当該信号源から送信された信号の特性に対応する第２の特徴情報が十分に収集されているか否かを判定することによって、収集する必要のある第２の特徴情報を示す不足特徴情報を特定する判定部と、
前記複数の信号検出装置が前記第１の特徴情報および前記第２の特徴情報を伝送するのに利用可能な帯域幅と前記不足特徴情報とに基づいて、当該複数の信号検出装置に対する帯域配分を制御することにより、当該複数の信号検出装置の各々に対して割り当てた帯域幅を示す帯域配分情報を得る帯域配分管理部と、
前記不足特徴情報および前記帯域配分情報に基づいて前記複数の信号検出装置の各々に対するサーバ命令を生成する生成部と、
前記サーバ命令を前記複数の信号検出装置へと送信する送信部と
を具備する、サーバ装置。
【請求項１４】
特定の周波数帯域において特定の信号検出装置が最も高い強度の信号を検出した場合に、前記第１の推定部は、当該特定の信号検出装置の位置情報に基づいて定められる１以上の領域のいずれかに当該信号の信号源が位置すると推定する、請求項１３記載のサーバ装置。
【請求項１５】
特定の周波数帯域において特定の信号検出装置が最も高い強度の信号を検出した場合に、前記第１の推定部は、当該特定の信号検出装置の位置を頂点とする１つ以上のドロネー三角形のいずれかに当該信号を送信した信号源が位置すると推定する、請求項１３記載のサーバ装置。
【請求項１６】
特定の周波数帯域において特定の信号検出装置が最も高い強度の信号を検出した場合に、前記第１の推定部は、当該特定の信号検出装置からの距離が閾値以下である空間を、当該信号を送信した信号源が位置する領域であると推定する、請求項１３記載のサーバ装置。
【請求項１７】
前記第２の推定部は、前記１つ以上の信号源の各々について、当該信号源から前記複数の信号検出装置までの信号の伝搬時間差に関する連立方程式を解くことにより、当該信号源の位置を推定する、請求項１３記載のサーバ装置。
【請求項１８】
前記第２の特徴情報は、前記複数の信号検出装置の各々によって検出された信号を一定時間単位でブロック化した信号ブロックに含まれるピークの出現時刻のリストを含み、
前記第２の推定部は、前記複数の信号検出装置のうち２つの信号検出装置から収集された第２の特徴情報のペアのうち一方を時間的にオフセットさせた場合の相関度を算出し、当該相関度を最大化させるオフセット量を当該２つの信号検出装置の間の伝搬時間差として取り扱い、
前記相関度は、前記第２の特徴情報のペアのうち一方の示す各ピークの出現時刻を時間的にオフセットさせた場合に、オフセット後の各出現時刻が当該ペアの他方の示す各ピークの出現時刻とマッチした数、または、当該マッチした数を当該ペアに含まれるピークの総数で除算して得られる比率、である、
請求項１７記載のサーバ装置。
【請求項１９】
前記第２の推定部は、前記複数の信号検出装置のうち２つの信号検出装置から収集された第２の特徴情報のペアのうち一方を時間的にオフセットさせた場合の相関度を算出し、当該相関度を最大化させるオフセット量を当該２つの信号検出装置の間の伝搬時間差の第１位の候補値として算出し、当該相関度を２番目に大きくさせるオフセット量を当該伝搬時間差の第２位以下の候補値として算出する、請求項１７記載のサーバ装置。
【請求項２０】
サーバ装置と、複数の信号検出装置とを具備し、
前記サーバ装置は、
前記複数の信号検出装置の各々によって検出された信号の周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報および当該信号の時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を当該信号検出装置から受信する受信部と、
前記複数の信号検出装置の位置情報を管理する装置管理部と、
前記第１の特徴情報および前記第２の特徴情報を対応する信号検出装置の位置情報にマッピングする特徴情報管理部と、
マッピングされた第１の特徴情報に基づいて、１つ以上の信号源の各々が前記信号検出装置の位置情報に基づいて定められる複数の領域のいずれに位置するか、ならびに、当該信号源から送信された信号の特性を推定することによって、粗粒度推定結果を得る第１の推定部と、
前記粗粒度推定結果とマッピングされた第２の特徴情報とに基づいて、前記１つ以上の信号源の各々の位置を前記第１の推定部に比べて細かな粒度で推定する第２の推定部と、
前記１つ以上の信号源の各々について、当該信号源から送信された信号の特性に対応する第２の特徴情報が十分に収集されているか否かを判定することによって、収集する必要のある第２の特徴情報を示す不足特徴情報を特定する判定部と、
前記複数の信号検出装置が前記第１の特徴情報および前記第２の特徴情報を伝送するのに利用可能な帯域幅と前記不足特徴情報とに基づいて、当該複数の信号検出装置に対する帯域配分を制御することにより、当該複数の信号検出装置の各々に対して割り当てた帯域幅を示す帯域配分情報を得る帯域配分管理部と、
前記不足特徴情報および前記帯域配分情報に基づいて前記複数の信号検出装置の各々に対するサーバ命令を生成する生成部と、
前記サーバ命令を前記複数の信号検出装置へと送信する送信部と
を具備し、
前記複数の信号検出装置の各々は、
信号を検出するセンサと、
他の信号検出装置に内蔵される他のクロックと同期するクロックと、
前記センサによって検出された信号を前記クロックの時刻情報に基づいて一定時間単位でブロック化した信号ブロックの周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報を生成する第１の生成部と、
前記信号ブロックの複数の信号特性に対して優先度を付与する付与部と、
前記複数の信号特性の各々について、前記信号ブロックの時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する第２の生成部と、
前記サーバ装置から割り当てられた帯域幅を示すサーバ命令を前記サーバ装置から受信する受信部と、
前記第２の特徴情報の合計の情報量が前記帯域幅に対応する上限情報量を超過する場合には、当該第２の特徴情報の各々に付与された優先度に基づいて当該第２の特徴情報のうち一部を選択して残部を破棄することにより、選択された第２の特徴情報の情報量を当該上限情報量以下に制約する制約部と、
前記第１の特徴情報および前記選択された第２の特徴情報を当該サーバ装置へと送信する送信部と
を具備する、
位置推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、信号源の位置の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロホンアレイを用いて音源の位置を推定する技術が提案されている。しかしながら、広い空間を対象に音源の位置を高精度に推定するためには、マイクロホンアレイの開口長を大きくする必要がある。
【０００３】
広域に分散して配置された複数のマイクロホンによって受信された音の情報を有線通信を介して収集すると、配線のコストが大きいうえ当該複数のマイクロホンの配置も制約される。他方、係る情報を無線通信を介して収集することは、配線を必要としないのでコストおよびマイクロホンの配置の自由度の点では好ましい。しかしながら、無線通信は典型的には有線通信に比べて利用可能な帯域幅が限られる。故に、多数のマイクロホンを配置すると、収集される情報量が上記利用可能な帯域幅の上限に容易く到達することになる。マイクロホンから収集される情報量を単純に削減すると、位置推定の精度に影響のある情報が劣化したり欠落したりするおそれがある。故に、広い空間を対象に音源またはその他の信号源の位置を高精度に推定することは容易でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８１５６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、帯域幅の浪費を回避しながら信号源の位置を高精度に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、信号検出装置は、センサと、クロックと、第１の生成部と、付与部と、第２の生成部と、受信部と、制約部と、送信部とを含む。センサは、信号を検出する。クロックは、他の信号検出装置に内蔵される他のクロックと同期する。第１の生成部は、センサによって検出された信号をクロックの時刻情報に基づいて一定時間単位でブロック化した信号ブロックの周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報を生成する。付与部は、信号ブロックの複数の信号特性に対して優先度を付与する。第２の生成部は、複数の信号特性の各々について、信号ブロックの時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する。受信部は、サーバ装置から割り当てられた帯域幅を示すサーバ命令を当該サーバ装置から受信する。制約部は、第２の特徴情報の合計の情報量が帯域幅に対応する上限情報量を超過する場合には、当該第２の特徴情報の各々に付与された優先度に基づいて当該第２の特徴情報のうち一部を選択して残部を破棄することにより、選択された第２の特徴情報の情報量を当該上限情報量以下に制約する。送信部は、第１の特徴情報および選択された第２の特徴情報をサーバ装置へと送信する。
【０００７】
別の実施形態によれば、サーバ装置は、受信部と、装置管理部と、特徴情報管理部と、第１の推定部と、第２の推定部と、判定部と、帯域配分管理部と、生成部と、送信部とを含む。受信部は、複数の信号検出装置の各々によって検出された信号の周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報および当該信号の時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を当該信号検出装置から受信する。装置管理部は、複数の信号検出装置の位置情報を管理する。特徴情報管理部は、第１の特徴情報および第２の特徴情報を対応する信号検出装置の位置情報にマッピングする。第１の推定部は、マッピングされた第１の特徴情報に基づいて、１つ以上の信号源の各々が信号検出装置の位置情報に基づいて定められる複数の領域のいずれに位置するか、ならびに、当該信号源から送信された信号の特性を推定することによって、粗粒度推定結果を得る。第２の推定部は、粗粒度推定結果とマッピングされた第２の特徴情報とに基づいて、１つ以上の信号源の各々の位置を第１の推定部に比べて細かな粒度で推定する。判定部は、１つ以上の信号源の各々について、当該信号源から送信された信号の特性に対応する第２の特徴情報が十分に収集されているか否かを判定することによって、収集する必要のある第２の特徴情報を示す不足特徴情報を特定する。帯域配分管理部は、複数の信号検出装置が第１の特徴情報および第２の特徴情報を伝送するのに利用可能な帯域幅と不足特徴情報とに基づいて、当該複数の信号検出装置に対する帯域配分を制御することにより、当該複数の信号検出装置の各々に対して割り当てた帯域幅を示す帯域配分情報を得る。生成部は、不足特徴情報および帯域配分情報に基づいて複数の信号検出装置の各々に対するサーバ命令を生成する。送信部は、サーバ命令を複数の信号検出装置へと送信する。
【０００８】
別の実施形態によれば、位置推定システムは、上記サーバ装置と、複数の上記信号検出装置とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る位置推定システムを例示するブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る信号検出装置を例示するブロック図。
【図３】第１の実施形態に係るサーバ装置を例示するブロック図。
【図４】図３の粗粒度推定部によって行われる粗粒度推定処理の説明図。
【図５】図３の細粒度推定部によって行われる細粒度推定処理の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号を用いることもある。
【００１１】
（第１の実施形態）  
図１に例示されるように、第１の実施形態に係る位置推定システムは、信号検出装置１００−１，１００−２，１００−３，１００−４と、サーバ装置２００とを含む。なお、信号検出装置１００の総数は５台以上であってもよいし、サーバ装置２００の総数は２台以上であってもよい。
【００１２】
サーバ装置２００は、サーバ命令１０−１，１０−２，１０−３，１０−４を通じて信号検出装置１００−１，１００−２，１００−３，１００−４をそれぞれ制御し、当該信号検出装置１００−１，１００−２，１００−３，１００−４から特徴情報２０−１，２０−２，２０−３，２０−４をそれぞれ収集する。特徴情報２０は、各信号検出装置１００によって検出された信号の特徴を表す情報である。
【００１３】
サーバ装置２００は、収集された特徴情報２０に基づいて空間に存在する信号源３００の位置を推定する。さらに、サーバ装置２００は、信号源３００の位置を推定するために必要な特徴情報が不足している場合には、係る特徴情報を信号検出装置１００に送信させてもよい。但し、サーバ装置２００は、特徴情報２０の伝送によって帯域幅が飽和しないように、各信号検出装置１００に配分される帯域幅を制御する。他方、信号検出装置１００は、サーバ装置２００によって配分された帯域幅に従って、特徴情報のうち優先度の高いものを当該サーバ装置２００へと送信する。
【００１４】
図２に例示されるように、第１の実施形態に係る信号検出装置１００は、センサ１０１と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０２と、バッファ１０３と、同期クロック１０４と、第１の特徴情報生成部１０５と、第３の特徴情報生成部１０６と、サーバ命令受信部１０７と、優先度付与部１０８と、信号特性フィルタ１０９と、中間ストレージ１１０と、第２の特徴情報生成部１１１と、情報量制約部１１２と、特徴情報送信部１１３とを備える。
【００１５】
センサ１０１は、信号源３００またはその他の信号源によって送信された信号を検出する。この信号は、例えば音波またはその他の波動などの物理的な振動であってもよい。センサ１０１は、例えばマイクロホンで実装可能である。センサ１０１は、検出信号を電気信号へと変換し、電気信号をＡＤＣ１０２へと出力する。
【００１６】
ＡＤＣ１０２は、センサ１０１から電気信号を受け取り、これをディジタル信号へと変換する。このディジタル信号は検出信号の波形を表す。ＡＤＣ１０２は、ディジタル信号をバッファ１０３へと出力する。
【００１７】
バッファ１０３には、ＡＤＣ１０２からのディジタル信号が書き込まれる。バッファ１０３へのディジタル信号の書き込み動作は、同期クロック１０４によって管理される時刻情報に従って行われる。後述されるように、同期クロック１０４の時刻情報は、他の信号検出装置１００に内蔵される同期クロック１０４の時刻情報と同期している。従って、ある信号検出装置１００においてある時刻情報に関連付けられる検出信号は、他の信号検出装置１００において同一の時刻情報に関連付けられる検出信号と同時に検出されたとみなすことができる。
【００１８】
バッファ１０３に書き込まれたディジタル信号は、同期クロック１０４の時刻情報に基づいて、一定時間毎にまとめて読み出される。係る一定時間単位でブロック化されたディジタル信号は、以降の説明において信号ブロックと呼ばれる。信号ブロックは、第１の特徴情報生成部１０５、信号特性フィルタ１０９および中間ストレージ１１０へと出力される。
【００１９】
同期クロック１０４は、信号検出装置１００の時計として機能し、バッファ１０３に時刻情報を与える。例えば、同期クロック１０４は、クロック信号に合わせてカウントアップ動作を行うことで時刻情報（タイマ値）を得てもよい。同期クロック１０４は、他の信号検出装置１００に内蔵される同期クロック１０４に同期するように制御される。例えば、信号検出装置１００がＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮ機器に相当するならば、同期クロック１０４はＴＳＦ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）タイマによって実装されてもよい。ＴＳＦタイマの同期処理はネットワーク構成（インフラストラクチャモードまたはアドホックモード）に依存して異なるものの、いずれのネットワーク構成においても高精度な同期が可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１によれば、ＴＳＦタイマ間の同期誤差は数μ秒以下である。また、信号検出装置１００がＩＥＥＥ８０２．１５．１やＩＥＥＥ８０２．１５．４等の他の無線通信規格に準拠する機器の場合でも、信号検出装置１００が同様のタイマを内蔵している場合にはこれを使用することが可能である。
【００２０】
第１の特徴情報生成部１０５は、バッファ１０３から一定時間毎に信号ブロックを受け取る。第１の特徴情報生成部１０５は、信号ブロックに対して信号処理を行うことによって、当該信号ブロック内の周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報１４を生成する。具体的には、第１の特徴情報生成部１０５は、信号ブロックに対して離散フーリエ変換（例えば、Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  （ＦＦＴ））を行うことによって、周波数帯域毎の信号強度（例えば、パワースペクトル）を示す第１の特徴情報１４を生成してもよい。仮に、分析対象となる周波数域（例えば、人間の可聴域に相当する２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を３２個の周波数帯域に分割し、各周波数帯域の信号強度をログスケールで１バイト表現するとすれば、第１の特徴情報１４の情報量は３２バイトとなる。なお、隣接する周波数帯域間の境界の周波数は、等差数列によって定められる必要はなく、等比数列またはその他の数列によって定められてもよい。第１の特徴情報生成部１０５は、第１の特徴情報１４を第３の特徴情報生成部１０６、優先度付与部１０８および特徴情報送信部１１３へと出力する。
【００２１】
第３の特徴情報生成部１０６は、第１の特徴情報生成部１０５から第１の特徴情報１４を受け取る。第３の特徴情報生成部１０６は、現行の第１の特徴情報１４と過去の少なくとも１つの第１の特徴情報１４（或いは、過去の少なくとも１つの第１の特徴情報１４の特徴を示す情報）とに基づいて、複数の信号ブロックに亘る第１の特徴情報１４の時間変化を表す第３の特徴情報１５を生成する。具体的には、第３の特徴情報生成部１０６は、複数の第１の特徴情報１４を周波数帯域毎の時系列データとして取り扱い、当該時系列データのシャノン情報量（エントロピー）または隣接する信号ブロック間での当該時系列データの標本値の差分絶対値和を周波数領域毎に算出することによって、第３の特徴情報１５を生成してもよい。例えば、第３の特徴情報１５は、３２個の周波数帯域毎のシャノン情報量または差分絶対値和を１バイトで表現した３２バイトデータであってよい。第３の特徴情報生成部１０６は、第３の特徴情報１５を優先度付与部１０８および特徴情報送信部１１３へと出力する。
【００２２】
サーバ命令受信部１０７は、ネットワークを介して、サーバ装置２００からサーバ命令１０を受信する。ネットワークは、例えば、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク、３Ｇ（３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ネットワークなどの任意の無線または有線ネットワークであってよい。サーバ命令受信部１０７は、サーバ命令１０に基づいて、優先特性情報１１、信号読み出し命令１２および帯域配分情報１３の一部または全部を得る。
【００２３】
優先特性情報１１は、サーバ装置２００が情報を優先的に要求している信号特性（以降の説明において、優先特性と呼ばれる）を示す。信号読み出し命令１２は、中間ストレージ１１０から読み出される過去の信号ブロックを特定するための情報を含む。帯域配分情報１３は、サーバ装置２００から信号検出装置１００に割り当てられた帯域幅を示す。
【００２４】
優先特性情報１１、信号読み出し命令１２および帯域配分情報１３は、サーバ命令１０に明示的に含まれていてもよいし、サーバ命令受信部１０７が当該サーバ命令１０を解釈することによって得られてもよい。サーバ命令受信部１０７は、優先特性情報１１を優先度付与部１０８へと出力し、信号読み出し命令１２を中間ストレージ１１０に与え、帯域配分情報１３を情報量制約部１１２へと出力する。
【００２５】
優先度付与部１０８は、サーバ命令受信部１０７から優先特性情報１１を受け取り、第１の特徴情報生成部１０５から第１の特徴情報１４を受け取り、第３の特徴情報生成部１０６から第３の特徴情報１５を受け取る。優先度付与部１０８は、優先特性情報１１と、第１の特徴情報１４と、第３の特徴情報１５とに基づいて、複数の信号特性に優先度を付与する。優先度付与部１０８は、優先度が付与された信号特性と当該優先度とを信号特性フィルタ１０９に通知する。
【００２６】
優先度を付与される信号特性は、信号源３００から送信される信号の特徴（例えば周波数）に基づいて決定することができる。係る信号特性は、典型的には検出信号の周波数帯域であるが、サーバ装置２００の必要とする情報に依存して異なり得る。優先度付与部１０８は、優先特性情報１１の示す優先特性に該当する信号特性に対して他の信号特性に比べて高い優先度を与える。なお、優先特性情報１１には有効期限が定められている場合には、優先度付与部１０８は、当該有効期限内に限って、優先特性情報１１の示す優先特性に該当する信号特性に対して他の信号特性に比べて高い優先度を付与する。さらに、優先度付与部１０８は、第１の特徴情報１４および第３の特徴情報１５に基づいて各信号特性の優先度を調整してもよい。第１に、信号強度の高い周波数帯域にはそうでない周波数帯域に比べて有意な情報を引き出せる可能性が高いと期待できるので、優先度付与部１０８は第１の特徴情報１４の示す信号強度が高いほど周波数帯域に付与される優先度を高めてもよい。第２に、信号強度の時間変化の激しい周波数帯域にはそうでない周波数帯域に比べて有意信号が存在する可能性が高いと期待できるので、優先度付与部１０８は第３の特徴情報１５の示す信号強度の時間変化が激しいほど周波数帯域に付与される優先度を高めてもよい。
【００２７】
信号特性フィルタ１０９は、バッファ１０３から（現行の）信号ブロックを受け取り、優先度付与部１０８から信号特性およびその優先度の通知を受ける。信号特性フィルタ１０９は、通知された信号特性毎に適切なフィルタ処理を行うことにより、信号ブロックを当該信号特性に対応する特徴の分析に適した形式へと整える。具体的には、信号特性フィルタ１０９は、通知された周波数帯域毎に、当該周波数帯域外の信号成分を抑圧する帯域通過型フィルタ処理（例えば、バタワースフィルタ処理）を行ってもよい。信号特性フィルタ１０９は、優先度を付与された信号特性毎にフィルタ処理された信号ブロックと当該優先度とを第２の特徴情報生成部１１１へと出力する。
【００２８】
さらに、信号特性フィルタ１０９は、中間ストレージ１１０から過去の信号ブロックを受け取ることもある。この場合にも、信号特性フィルタ１０９は、信号特性毎にフィルタ処理を行い、フィルタ処理された信号ブロックと当該信号特性の優先度とを第２の特徴情報生成部１１１へと出力する。過去の信号ブロックは、サーバ装置２００からのサーバ命令１０に基づく信号読み出し命令１２に応じて読み出されている。故に、過去の信号ブロックの各信号特性には、前述の優先特性情報１１の示す優先特性に該当する信号特性と同等の優先度が付与されてよい。
【００２９】
なお、信号特性フィルタ１０９は、信号ブロックの全信号特性を変化させることなく出力してもよい。また、信号特性フィルタ１０９が削除されたとしても、第２の特徴情報生成部１１１は、信号ブロックから直接的に第２の特徴情報を生成できる。
【００３０】
中間ストレージ１１０は、一定時間毎にバッファ１０３から信号ブロックを受け取り、これを保存する。故に、中間ストレージ１１０には、過去の所定時間分の信号ブロックが蓄積される。中間ストレージ１１０は、サーバ命令受信部１０７から信号読み出し命令１２を受けると、当該信号読み出し命令１２に従い、過去の特定の信号ブロックを外部（例えば、信号特性フィルタ１０９）へと出力する。
【００３１】
第２の特徴情報生成部１１１は、信号特性フィルタ１０９から優先度を付与された信号特性毎にフィルタ処理された信号ブロックと当該優先度とを受け取る。第２の特徴情報生成部１１１は、フィルタ処理された信号ブロックの各々を分析することによって、当該信号ブロックの時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する。第２の特徴情報生成部１１１は、１つのフィルタ処理された信号ブロックに対して複数種類の情報要素を含む第２の特徴情報を生成してもよい。第２の特徴情報生成部１１１は、第２の特徴情報とその優先度とを情報量制約部１１２へと出力する。
【００３２】
第２の特徴情報は、例えばフィルタ処理された信号ブロックに対応する波形データであってもよい。第２の特徴情報生成部１１１は、第２の特徴情報として波形データを用いる場合には、フィルタ処理された信号ブロックを、当該フィルタ処理における通過帯域に基づくサンプリング周波数を用いてサンプリングしてもよい。或いは、第２の特徴情報は、フィルタ処理された信号ブロックに対応する包絡線データであってもよい。特に、フィルタ処理された信号ブロックの表す波形の周波数が当該信号ブロックの時間長に比べて十分に高い（例えば、フィルタ処理された信号ブロックに含まれる波数の期待値が２０波以上である）場合には、第２の特徴情報生成部１１１は包絡線データを第２の特徴情報として生成する。
【００３３】
また、第２の特徴情報は、フィルタ処理された信号ブロックに含まれる特徴的な点（例えば、ゼロクロスまたはピーク）の出現時刻のリストであってもよいし、当該フィルタ処理された信号ブロックに含まれるピークの出現時刻とその信号強度との組（タプル）のリストであってもよい。なお、各出現時刻または各タプルの情報量は固定長となるものの、当該出現時刻またはタプルの総数がフィルタ処理された信号ブロックの表す波形（例えば、ゼロクロス数またはピーク数）に依存して変化するのでリスト全体の情報量は可変長となる。例えば、フィルタ処理された信号ブロックに含まれる任意の時刻は当該信号ブロックの先頭からのオフセット量によって表現可能であるが、当該信号ブロックの時間長が１００ミリ秒であって、時間表現の粒度（すなわち、単位時間長）が１０マイクロ秒であるとすれば、当該オフセット量は０以上１００００未満の整数のいずれかである。故に、フィルタ処理された信号ブロックに含まれる任意の時刻の情報量は高々２バイトである。仮に、信号強度を１バイトで表現すれば、前述の各タプルの情報量は高々３バイトである。
【００３４】
情報量制約部１１２は、サーバ命令受信部１０７から帯域配分情報１３を受け取り、第２の特徴情報生成部１１１から第２の特徴情報とその優先度とを受け取る。情報量制約部１１２は、帯域配分情報１３の示す帯域幅に基づいて第２の特徴情報の情報量を制約する。具体的には、情報量制約部１１２は、第２の特徴情報生成部１１１から受け取った第２の特徴情報の合計の情報量が上記帯域幅に対応する上限情報量を超過する場合には、当該第２の特徴情報の各々に付与された優先度に基づいて当該第２の特徴情報のうち一部を選択して残部を破棄することにより、選択された第２の特徴情報１６の合計の情報量を当該上限情報量以下に制約する。例えば、情報量制約部１１２は、第２の特徴情報を優先度順にソートし、優先度の高い順に第２の特徴情報を選択してもよい。或いは、情報量制約部１１２は、信号強度が高い周波数帯域を重視するために、各優先度を対応する周波数帯域における信号強度によって重み付けしてからソートを行ってもよい。情報量制約部１１２は、選択された第２の特徴情報１６を特徴情報送信部１１３へと出力する。
【００３５】
特徴情報送信部１１３は、第１の特徴情報生成部１０５から第１の特徴情報１４を受け取り、第３の特徴情報生成部１０６から第３の特徴情報１５を受け取り、情報量制約部１１２から選択された第２の特徴情報１６を受け取る。特徴情報送信部１１３は、これら第１の特徴情報１４、第３の特徴情報１５および選択された第２の特徴情報１６を符号化およびパケット化することによって特徴情報２０を生成する。特徴情報送信部１１３は、ネットワークを介して特徴情報２０をサーバ装置２００へと送信する。ネットワークは、例えば、ＴＣＰ／ＩＰネットワーク、３Ｇネットワークなどの任意の無線または有線ネットワークであってよい。
【００３６】
なお、信号検出装置１００は、特徴情報２０の情報量を削減するために、例えば、ＬＺ法、ランレングス法などの公知のデータ圧縮技術を用いて、第１の特徴情報１４、第３の特徴情報１５および第２の特徴情報を圧縮してもよい。但し、第１の特徴情報１４および第３の特徴情報１５は、周波数帯域毎のスカラ量に相当するので通常は第２の特徴情報に比べて情報量が小さいうえ、サーバ装置２００が空間全体で生じている事象（未知の信号源の出現等）を把握するために継続的に必要であるから、第２の特徴情報に比べて優先的に送信される。従って、圧縮による情報量の削減が十分出ない場合には、情報量制約部１１２が優先度に基づいて第２の特徴情報の一部を破棄することが効果的となる。
【００３７】
図３に例示されるように、第１の実施形態に係るサーバ装置２００は、特徴情報受信部２０１と、装置管理部２０２と、特徴情報管理部２０３と、粗粒度推定部２０４と、細粒度推定部２０５と、不足特徴情報判定部２０６と、帯域配分管理部２０７と、サーバ命令生成部２０８と、サーバ命令送信部２０９とを備える。
【００３８】
特徴情報受信部２０１は、ネットワークを介して、各信号検出装置１００から特徴情報２０を受信する。特徴情報受信部２０１は、特徴情報２０は逆パケット化および復号することによって第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報を復元する。なお、第１の特徴情報および第３の特徴情報は現行（最新）の信号ブロックの周波数領域の特徴を表しており、第２の特徴情報は現行の信号ブロックまたは過去の信号ブロックの時間領域の特徴を表している。特徴情報受信部２０１は、第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報を特徴情報管理部２０３へと出力する。
【００３９】
装置管理部２０２は、各信号検出装置１００の位置情報を管理する。各信号検出装置１００の位置情報は、信号源３００の位置推定が行われる時点で装置管理部２０２にとって既知である。各信号検出装置１００の位置情報は当該信号検出装置１００の設計時および設置時に手動または自動で設定されてもよいし、信号検出装置１００、サーバ装置２００またはその他の装置によって自律的に推定されてもよい。例えば、各信号検出装置１００にマイクロホンまたはスピーカを取り付け、いずれかのスピーカから音波を送信し、信号検出装置１００間での当該音波の伝搬時間差に基づいて各信号検出装置１００の位置情報（方位情報であってもよい）を推定することができる。各信号検出装置１００は、定期的に位置情報の推定を行い、サーバ装置へと送信してもよい。装置管理部２０２によって管理される各信号検出装置１００の位置情報は、特徴情報管理部２０３によって必要に応じて読み出される。
【００４０】
特徴情報管理部２０３は、第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報を特徴情報受信部２０１から受け取り、特徴情報管理部２０３から各信号検出装置１００の位置情報を必要に応じて読み出す。特徴情報管理部２０３は、第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報を管理する。具体的には、特徴情報管理部２０３は、第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報を当該第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報の送信源に相当する信号検出装置１００の位置情報にマッピングする（関連付ける）。特徴情報管理部２０３は、マッピングされた第１および第３の特徴情報２１を粗粒度推定部２０４へと出力し、マッピングされた第２の特徴情報２２を細粒度推定部２０５へと出力する。
【００４１】
粗粒度推定部２０４は、特徴情報管理部２０３からマッピングされた第１および第３の特徴情報２１を受け取る。粗粒度推定部２０４は、マッピングされた第１および第３の特徴情報２１に基づき、信号源３００を細粒度推定部２０５に比べて粗い粒度で推定する。粗粒度推定部２０４は、信号源３００の粗粒度推定結果を細粒度推定部２０５および不足特徴情報判定部２０６に通知する。
【００４２】
具体的には、粗粒度推定部２０４は、信号源３００が各信号検出装置１００の位置情報に基づいて定められる複数の領域のいずれに位置するかを推定し、当該信号源３００によって送信された信号の特性（典型的には周波数帯域）を推定する。例えば、特定の周波数帯域において特定の信号検出装置１００が最も高い強度の信号を検出した場合に、粗粒度推定部２０４は当該特定の信号検出装置１００の位置情報に基づいて定められる１以上の領域のいずれかに信号源３００が位置すると推定し、当該信号の特性として上記特定の周波数帯域を推定してもよい。
【００４３】
信号源３００の粗粒度推定結果は、例えば信号源ＩＤ、推定領域情報、信号特性情報、最終検出時刻および確信度の５つの情報要素を含むリストであってよい。信号源ＩＤは、粗粒度推定部２０４によって推定された信号源３００を識別する情報である。推定領域情報は、信号源３００が位置すると推定された１つ以上の領域を示す。
【００４４】
領域は、例えば図４に示されるように、信号検出装置１００の位置を頂点とする二次元または三次元のドロネー図を描いた場合のドロネー三角形によって定義されてよい。例えば、特定の周波数帯域において特定の信号検出装置１００が最も高い強度の信号を検出した場合に、粗粒度推定部２０４は当該特定の信号検出装置１００の位置を頂点とする１つ以上のドロネー三角形のいずれかに当該信号を送信した信号源３００が位置すると推定してもよい。この場合に、推定領域情報は、例えば上記特定の信号検出装置１００の識別子を用いて表現することができる。
【００４５】
或いは、領域は、各信号検出装置１００からの距離が閾値以下である空間によって定義されてよい。例えば、特定の周波数帯域において特定の信号検出装置１００が最も高い強度の信号を検出した場合に、粗粒度推定部２０４は当該特定の信号検出装置１００からの距離が閾値以下である空間が当該信号を送信した信号源３００が位置する領域であると推定してもよい。この場合に、推定領域情報は、例えば上記特定の信号検出装置１００の識別子を用いて表現することができる。
【００４６】
信号特性情報は、信号源３００から送信されたと推定される信号の１つ以上の特性を示す。最終検出時刻は、信号源３００から送信されたと推定される信号が最後に検出された時刻である。確信度は、信号源３００の粗粒度推定結果がどの程度信頼できるかを示す。信号源３００は、確信度の高低に応じて既知の信号源または未知の信号源に分類される。
【００４７】
粗粒度推定部２０４は、既知の信号源に分類されている信号源３００が位置しないと推定される領域において一定時間内に有意な信号強度を持つ信号が複数回検出された場合に、当該信号の信号源３００を既知の信号源へと分類してもよい。なお、確信度は最終検出時刻からの時間経過に伴って減少する。粗粒度推定部２０４は、既知の信号源へと分類されている信号源３００の確信度が閾値を下回ると当該信号源３００を未知の信号源へと格下げする。
【００４８】
細粒度推定部２０５は、特徴情報管理部２０３からマッピングされた第２の特徴情報２２を受け取り、粗粒度推定部２０４から粗粒度推定結果の通知を受ける。細粒度推定部２０５は、マッピングされた第２の特徴情報２２と粗粒度推定結果とに基づいて、粗粒度推定部２０４によって既知の信号源に分類されている信号源３００の位置を粗粒度推定部２０４に比べて細かな粒度で推定する。細粒度推定部２０５は、細粒度推定結果をサーバ装置２００の外部へと出力してもよい。
【００４９】
例えば、細粒度推定部２０５は、信号源３００から複数の信号検出装置１００までの信号の伝搬時間差に関する連立方程式を解くことにより、当該信号源３００の位置を推定してもよい。例えば、共通の信号がある信号検出装置１００に到達した時刻と別の信号検出装置１００に到達した時刻との間の時間差をｄｔ［ｓｅｃ］とし、信号の伝搬速度をｓ［ｍ／ｓｅｃ］とすると、２つの信号検出装置１００の間の距離はｄｔ・ｓ［ｍ］と見積もることができる。複数の信号検出装置１００に内蔵される同期クロック１０４は互いに高精度に同期しているので、細粒度推定部２０５は正確な伝搬時間差を参照できる
細粒度推定部２０５は、例えばニュートン法などの数値計算アルゴリズムを用いて上記連立方程式を解くことによって尤度の高い推定位置を導出してもよい。細粒度推定部２０５は、ニュートン法を用いれば誤差付きで解を求めることができるので、当該誤差が閾値以下である場合に限って解を採用してもよい。また、細粒度推定部２０５は、最新の信号ブロックに基づく第２の特徴情報に限らず過去の信号ブロックに基づく第２の特徴情報を考慮してもよい。
【００５０】
不足特徴情報判定部２０６は、粗粒度推定部２０４によって既知の信号源として分類されている信号源３００の各々について、各推定領域情報に対応する複数の信号検出装置１００から各信号特性情報に対応する第２の特徴情報が十分に収集されているか否かを判定する。推定領域情報に対応する信号検出装置１００は、例えば、注目する周波数帯域において最高の信号強度を検出した特定の信号検出装置１００と当該特定の信号検出装置１００からのホップ数が閾値以下である複数の他の信号検出装置１００とを含んでよい。或いは、推定領域情報に対応する信号検出装置１００は、例えば、注目する周波数帯域において最高の信号強度を検出した特定の信号検出装置１００と当該特定の信号検出装置１００からの距離が閾値以下である複数の他の信号検出装置１００とを含んでもよい。不足特徴情報判定部２０６は、収集する必要のある第２の特徴情報を示す不足特徴情報が存在する場合には、当該不足特徴情報を帯域配分管理部２０７およびサーバ命令生成部２０８へと出力する。不足特徴情報は、第２の特徴情報が十分に収集されていない信号特性情報と当該信号特性情報に対応する第２の特徴情報を収集する必要のある信号検出装置１００を識別する情報とを含む。
【００５１】
帯域配分管理部２０７は、不足特徴情報判定部２０６から不足特徴情報を受け取り、サーバ命令送信部２０９から特徴情報２０の伝送に利用可能な帯域幅の通知を受ける。帯域配分管理部２０７は、特徴情報２０の伝送に利用可能な帯域幅および不足特徴情報に基づいて、各信号検出装置１００に対する帯域配分を制御する。帯域配分管理部２０７は、各信号検出装置１００に対して割り当てた帯域幅を示す帯域配分情報をサーバ命令生成部２０８へと出力する。
【００５２】
具体的には、帯域配分管理部２０７は、複数の信号検出装置１００に割り当てられる帯域幅の総和が特徴情報２０の伝送に利用可能な帯域幅を超過させない範囲で、各信号検出装置１００に割り当てる帯域幅を当該信号検出装置１００から収集する必要のある第２の特徴情報の情報量に応じて動的に調整する。すなわち、帯域配分管理部２０７は、より大きなサイズの第２の特徴情報を収集する必要のある信号検出装置１００にはより大きな帯域幅を割り当てる。
【００５３】
サーバ命令生成部２０８は、不足特徴情報判定部２０６から不足特徴情報を受け取り、帯域配分管理部２０７から帯域配分情報を受け取る。サーバ命令生成部２０８は、不足特徴情報および帯域配分情報に基づいてサーバ命令を生成する。サーバ命令生成部２０８は、サーバ命令をサーバ命令送信部２０９へと出力する。
【００５４】
例えば、サーバ命令生成部２０８は、不足特徴情報に基づいて、特定の信号検出装置１００に、過去または未来の検出信号に基づく特定の信号帯域に対応する第２の特徴情報を送信させるためのサーバ命令を生成してもよい。さらに、サーバ命令生成部２０８は、帯域配分情報に基づいて、各信号検出装置１００に当該信号検出装置１００に割り当てられる帯域幅を通知するためのサーバ命令を生成してもよい。なお、サーバ命令生成部２０８は、係るサーバ命令に有効期限を設定してもよい。サーバ命令に有効期限が設定される場合であっても、サーバ命令生成部２０８は、当該有効期限の徒過する前に次のサーバ命令を生成することを繰り返すことにより、当該サーバ命令を任意の期間に亘って有効にすることができる。
【００５５】
サーバ命令送信部２０９は、サーバ命令生成部２０８からサーバ命令を受け取り、ネットワークを介してサーバ命令１０を各信号検出装置１００へと送信する。また、サーバ命令送信部２０９は、特徴情報２０の伝送に利用可能な帯域幅を予測し、これを帯域配分管理部２０７に通知してもよい。
【００５６】
（第１の応用例）  
第１の実施形態に係る位置推定システムは、例えば室内で未知の音源の位置を推定するために利用可能である。具体的には、室内で人間またはその他の移動体が何らかの活動を行う場合に、サーバ装置２００は当該活動によって生じた音を分析することで当該活動の行われた位置（音源位置）を推定する。
【００５７】
複数の音源が存在する場合には、各音源が発生する音は信号特性に基づいて弁別可能であることが好ましい。例えば、各音源は相異なるスペクトルを持つ音を発生してもよく、ある音源は継続的に音を発生し、別の音源は断続的に音を発生するとよい。
【００５８】
なお、一般的な室内の気温の分布はほぼ均一であるから、前述の細粒度推定処理において音速は一定であるとみなすことができる。仮に、気温の分布が著しく不均一な特殊な室内では、当該気温の分布に起因する音速の変化を考慮して伝搬時間差が補正されてよい。気温の分布を測定するために、各信号検出装置１００に温度計を取り付けてもよいし、その他の任意の技法を用いてもよい。
【００５９】
センサ１０１は、典型的には、無指向性マイクロホンを含んでおり、あらゆる方位から到来する音（音響信号）を均一に検出できる。或いは、センサ１０１は、既知の指向特性を持つ指向性マイクロホン、または、マイクロホン間の位置関係が既知のステレオマイク若しくはマイクロホンアレイを含んでもよい。音源の方向が（例えばサーバ装置２００からフィードバックされる情報によって）既知である場合には、係る指向性マイクロホン、ステレオマイクまたはマイクロホンアレイをセンサ１０１として用いることで当該方向から到来する音を高感度で検出できる。このような音源分離（より一般的には、信号源分離）を行うことで、雑音成分を大きく抑圧できるので、第１の特徴情報、第２の特徴情報および第３の特徴情報の品質は向上する。
【００６０】
また、１つ以上の既知の位置に例えばスピーカなどの発信器が設置されてもよい。この発信器は、いずれかの信号検出装置１００に取り付けられてもよいし、各信号検出装置１００とは独立に配置されてもよい。発信器を信号検出装置１００とは独立に配置する場合には、当該発信器は、好ましくは各信号検出装置１００に内蔵された同期クロック１０４と同期したクロックを含む。この発信器が所定時刻に特定音を発信し、この特定音を各信号検出装置１００のセンサ１０１が検出する。特定音は、好ましくは静音環境となる可能性が高い時刻に発信される。係る時刻は、例えば、位置推定の対象となる空間が執務室または店舗であれば早朝または深夜などの執務または営業時間外、当該空間が工場であればメンテナンス時などである。装置管理部２０２は、各信号検出装置１００におけるこの特定音の伝搬時間を分析し、各信号検出装置１００の位置情報を設定または補正する。特定音は、パルス音であってもよいし、任意の符号（例えばＭ系列）を変換した音であってもよい。
【００６１】
なお、上記特定音の発信時に、各信号検出装置１００は直接音に加えて反射音に相当する信号をさらに検出してもよい。サーバ装置２００は、反射音に基づく第２の特徴情報を周辺環境情報として蓄積する。サーバ装置２００は、蓄積した周辺環境情報から任意の位置に設置された音源からの発信音の反射音（実際には、反射音に基づいて生成される第２の特徴情報）を推定するモデルを作成できる。
【００６２】
反射音を推定するモデルは、特定音の発生位置（ｘ，ｙ，ｚ）、発生時刻（ｔ０）および信号強度（ｖ０）に関連付けられる、１つまたは複数の観測可能な位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）における直接音の到達時刻および信号強度（ｔ１，ｖ１）と、反射音のピーク時刻および信号強度（ｔ２，ｖ２），（ｔ３，ｖ３），・・・との列であってもよい。或いは、このモデルは、任意の位置（ｘ，ｙ，ｚ）および時刻（ｔ０）に任意の信号強度（ｖ０）の音が発生したと仮定した場合に、当該位置を除く任意の位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）における直接音の到達時刻および信号強度（ｔ１，ｖ１）と、反射音のピーク時刻および信号強度（ｔ２，ｖ２），（ｔ３，ｖ３），・・・との列を推定する関数であってもよい。或いは、このモデルは、複数の信号検出装置１００によって検出された反射音（信号そのものであってもよいし、当該信号に基づいて生成される第２の特徴情報であってもよい）に基づいて作成される、位置推定の対象となる空間の３次元モデルに相当してもよい。
【００６３】
各信号検出装置１００は、これらのモデルに基づいて信号ブロックから反射音成分を低減させる信号処理を行ってから第２の特徴情報を生成してもよい。或いは、細粒度推定部２０５は、後述される２つの第２の特徴情報の相関度を算出する前に、当該２つの特徴情報のうち反射音に基づく成分をそれぞれ低減させてもよい。なお、低減処理は、反射音の全てのピーク信号に対して適用される必要はなく、反射音のうち直接音の到達時刻および信号強度との差分が閾値未満であるピーク時刻および信号強度を持つピーク信号（すなわち、影響の大きいピーク信号）に限って適用されてよい。
【００６４】
同期クロック１０４は、事前に設定された周期を持つパルス信号を時刻情報として発生する。このパルス信号の周期は、信号ブロックの時間長（タイムフレーム）として用いられる。
【００６５】
第１の特徴情報生成部１０５は、信号ブロックに対して離散フーリエ変換を行うことによって、パワースペクトルを示す第１の特徴情報１４を生成する。第３の特徴情報生成部１０６は、ｘ（≧２）個の第１の特徴情報１４を周波数帯域毎の時系列データとして取り扱い、下記数式（１）に示すように、隣接する信号ブロック間での当該時系列データの標本値の差分絶対値和ＳＡＤを周波数帯域毎に算出することによって、第３の特徴情報１５を生成する。
【００６６】
【数１】
2016061740.tif 000003
【００６７】
なお、数式（１）において、ｐｊは上記時系列データにおける第ｊ番目の標本値を表す。前述のように、第３の特徴情報生成部１０６は、差分絶対値和に代えてシャノン情報量を算出してもよい。
【００６８】
優先度付与部１０８は、まず、優先特性情報１１の示す優先特性に該当する周波数帯域に対して最高の優先度を与える。さらに、優先度付与部１０８は、上記優先特性に該当しない周波数帯域に対して、第１の特徴情報１４および第３の特徴情報１５に基づいて優先度を付与する。具体的には、優先度付与部１０８は、信号強度の低い周波数帯域は有意な情報を引き出せる可能性が低いので低い優先度を与え、信号強度が同程度の周波数帯域の間の優劣は信号強度の時間変化の激しさによって決める。従って、信号強度が高くその時間変化も激しい周波数帯域に付与される優先度をＰ１とし、信号強度が高いがその時間変化の穏やかな周波数帯域に付与される優先度をＰ２とし、信号強度が低いがその時間変化の激しい周波数帯域に付与される優先度をＰ３とし、信号強度が低くその時間変化も穏やかな周波数帯域に付与される優先度をＰ４とすると、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４が概ね成立する。例えば、優先度付与部１０８は下記数式（２）に従って優先度Ｐを算出してもよい。
【００６９】
【数２】
2016061740.tif 000004
【００７０】
数式（２）において、Ｃ１は、第１の特徴情報１４が示す対象の周波数帯域の信号強度を例えば０から１の範囲で正規化した値を表す。Ｃ２は、第３の特徴情報１５が示す対象の周波数帯域の信号強度の時間変化を例えば０から１の範囲で正規化した値を表す。αおよびβは重み係数であって、例えばα＝１０，β＝１のようにα＞＞βの関係を満たすように定められる。α＞＞βの関係が満たされていれば、優先度Ｐは、信号強度に応じて大きく増減し、信号強度の時間変化に応じて小さく増減するので、例えばＰ２＜Ｐ３のような逆転現象が生じにくい。
【００７１】
第２の特徴情報生成部１１１は、周波数帯域毎のフィルタ処理された信号ブロックに含まれるピークの出現時刻とその信号強度とのタプルのリストを第２の特徴情報として生成する。具体的には、第２の特徴情報生成部１１１は、低周波帯域については波形に基づいてピークを検出し、高周波帯域については包絡線に基づいてピークを検出する。
【００７２】
任意の周波数帯域が低周波帯域および高周波帯域のいずれであるかを判定するための基準周波数は、同期クロック１０４の同期精度に依存するが、例えばタイムフレームの時間長の１／１０に対応する値に定められてもよい。すなわち、タイムフレームの時間長が１０ｍｓｅｃ（１００Ｈｚ）である場合には、基準周波数は１ｋＨｚ（１ｍｓｅｃ周期）であってもよい。係る基準周波数よりも高い周波数の音がタイムフレームの始めから終わりまで鳴っていれば、当該タイムフレームに含まれる波数の期待値は２０波以上となる。なお、基準周波数は、タイムフレームの時間長の１／１０に対応する値に限られず任意の値に設定されてよい。
【００７３】
帯域配分情報１３の示す帯域幅に対応する上限情報量をＷ０とすると、情報量制約部１１２は、当該上限情報量Ｗ０から第１の特徴情報１４および第３の特徴情報１５の伝送に必要な情報量を差し引くことで第２の特徴情報に割り当て可能な上限情報量Ｗを算出する。情報量制約部１１２は、それから、選択された第２の特徴情報１６の伝送に必要な情報量が上限情報量Ｗ以下である限り、優先度の高い順に第２の特徴情報を選択できる。
【００７４】
サーバ装置２００は、推定済み音源の集合Ｓを管理する。集合Ｓの各要素は、音源から送信されたと推定される信号を検出したフレームの開始時刻、当該音源の推定位置、ならびに、当該信号を検出した周波数帯域のリストなどを含む。なお、サーバ装置２００は、例えば位置推定システムまたはサーバ装置２００の設置時、再起動時などに、集合Ｓを空集合へと初期化してもよい。
【００７５】
粗粒度推定部２０４は、各信号検出装置１００から収集された第１の特徴情報の示す周波数帯域毎の信号強度から当該周波数帯域における最低値を探索する。粗粒度推定部２０４は、周波数帯域毎に、探索された最低値をバックグラウンドとして当該周波数帯域における各信号強度を当該バックグラウンドによって除算することでバックグラウンド比を得る。粗粒度推定部２０４は、上記バックグラウンド比の降順に、当該バックグラウンド比に対応する信号の信号源３００の位置を粗粒度推定し、当該信号源３００が既知の信号源のいずれかと一致するか否かを判定する。粗粒度推定部２０４は、信号源３００が既知の信号源のいずれとも一致しないと判定すれば、当該信号源３００を未知の信号源として取り扱う。なお、判定の対象に含めることのできるバックグラウンド比の数は、粗粒度推定部２０４が利用可能な計算資源に依存する。
【００７６】
細粒度推定部２０５は、２つの信号検出装置１００から収集された第２の特徴情報の間の相関度を算出し、信号源３００から当該２つの信号検出装置１００までの信号の伝搬時間差を当該相関度に基づいて導出してもよい。具体的には、細粒度推定部２０５は、図５に例示されるように、２つの第２の特徴情報のうち一方をΔｔずつオフセットさせた場合の両者の相関度を算出する。Δｔは、オフセット量を表す。細粒度推定部２０５は、Δｔを変更させながら相関度を複数回算出する。そして、細粒度推定部２０５は、相関度を最大化させるΔｔを探索し、当該Δｔを伝搬時間差として取り扱う。なお、細粒度推定部２０５は、相関度を最大化させるΔｔを伝搬時間差の第１位の候補値とし、その他のΔｔについては相関度の降順に伝搬時間差の第２位以下の候補値として取り扱ってもよい。
【００７７】
第２の特徴情報のペアの相関度は、例えば、当該ペアの一方の示す各ピークの出現時刻をΔｔずつそれぞれオフセットさせた場合に、オフセット後の各出現時刻が当該ペアの他方の示す各ピークの出現時刻とマッチした数であってもよい。或いは、相関度は、このマッチした数をペアに含まれるピークの総数で除算して得られる比率であってもよい。ここで、２つの出現時刻がマッチすることとは、例えば両者の時間差が所定の閾値未満であることを意味する。
【００７８】
なお、相関度の算出を総当たり的に行うのは計算量が大きいので効率的でない。故に、細粒度推定部２０５は、共通の信号源３００から送信されたと推定される信号について高い強度を検出した信号検出装置１００から収集された第２の特徴情報同士を優先的に組み合わせて相関度を計算してもよい。なお、相関度を計算する対象に含めることのできる第２の特徴情報のペアの数は、細粒度推定部２０５が利用可能な計算資源に依存する。
【００７９】
細粒度推定部２０５は、例えばパーティクルフィルタの手法を利用して信号源３００の位置を仮定することにより、当該信号源３００の位置推定に必要な計算量を削減してもよい。具体的には、細粒度推定部２０５は、信号源３００の位置候補をパーティクルによって表現し、複数のパーティクルの各々に当該信号源３００が位置すると仮定した場合の尤度を計算する。細粒度推定部２０５は、信号源３００の位置を初めて推定する場合には、推定領域内（特に、信号源３００から送信されたと推定される信号について最も高い強度を検出した信号検出装置１００の近傍）に複数のパーティクルをランダムで配置して尤度を計算する。そして、細粒度推定部２０５は、尤度が高いパーティクルを維持し、尤度の低いパーティクルを削除する。さらに、細粒度推定部２０５は、パーティクルをランダムに動かしたり新たに生成したりしてから、尤度を改めて計算してもよい。
【００８０】
細粒度推定部２０５は、信号源３００の推定位置が位置推定の対象となる空間を明らかに逸脱している（例えば、室外にある）場合には、係る推定位置を反射信号などの影響による誤りであるとして破棄してもよい。
【００８１】
（第２の応用例）  
第１の実施形態に係る位置推定システムは、例えば室内にヘッドセット（特に、ヘッドセットマイク）を装着した１人以上のユーザと既知の音を発生する１つ以上の機械が存在する場合に、当該ユーザの行動（例えば、発話、機械に対する操作など）とその時点でのユーザの推定位置とを関連付けて記録できる。
【００８２】
上記機械は、固定されている必要はなく移動可能であってもよい。具体的には、室内でユーザの発話または上記機械に既知の音を発生させるイベントが生じた場合に、サーバ装置２００は当該音を分析することでその時点でのユーザの位置を推定する。この位置推定システムは、例えば、ユーザが発話をした時点でのユーザ位置を推定したり、ユーザが機械に特定の操作を施すと当該操作が行われたことのフィードバックのために既知のビープ音が鳴る場合に当該ユーザが操作を行った時点でのユーザ位置を推定したりすることができる。
【００８３】
上記ヘッドセットは、好ましくは、各信号検出装置１００に内蔵される同期クロック１０４と同期したクロックを持ち、音声を検出した時刻情報を取得し、サーバ装置２００へと送信する。ユーザが発話してからヘッドセットが音声を検出するまでのタイムラグは一定かつ非常に小さいと推定できるので、サーバ装置２００はヘッドセットから収集した時刻情報をユーザの発話時刻として取り扱う。そして、サーバ装置２００は、ユーザの発話した音声の信号が各信号検出装置１００によって検出されたフレームの開始時刻から上記発話時刻を差し引くことにより、当該信号検出装置１００への音の伝搬時間を算出してもよい。サーバ装置２００は、伝搬時間と音速とに基づいてユーザの発声器官から３つの信号検出装置１００までの距離を計算し、当該発声器官の３次元座標成分を未知数とする３元連立１次方程式を解くことで、ユーザが発話した時点でのユーザ位置を推定できる。
【００８４】
同様に、上記機械は、好ましくは、各信号検出装置１００に内蔵される同期クロック１０４と同期したクロックを持ち、ビープ音を発生した時刻情報を取得し、サーバ装置２００へと送信する。ユーザが操作を行ってから機械がビープ音を鳴らすまでのタイムラグは一定かつ非常に小さいと推定できるので、サーバ装置２００は機械から収集した時刻情報をユーザの操作時刻として取り扱う。そして、サーバ装置２００は、機械が鳴らしたビープ音の信号が各信号検出装置１００によって検出されたフレームの開始時刻から上記操作時刻を差し引くことにより、当該信号検出装置１００へのビープ音の伝搬時間を算出してもよい。サーバ装置２００は、伝搬時間と音速とに基づいて機械から３つの信号検出装置１００までの距離を計算し、当該機械の３次元座標成分を未知数とする３元連立１次方程式を解くことで、ユーザが機械に対して操作を行った時点のユーザ位置を推定できる。
【００８５】
なお、第２の応用例では、音源が発生した信号が既知である（例えば、ヘッドセットによって受信された音声、機械が鳴らす所定のビープ音）。故に、粗粒度推定部２０４は、この信号を分析することで信号特性情報をより正確に推定できる。また、細粒度推定部２０５は、この信号から生成された第２の特徴情報を用いて相関度の計算を行うことで伝搬時間差をより正確に計算できる。
【００８６】
（第３の応用例）  
第１の実施形態に係る位置推定システムは、床や棚（例えば、商品収納棚）を伝わる振動音（例えば、人の床を歩く足音、人が棚から物を取り出したり棚に物を入れたりする音）の音源位置を推定することで、例えば店舗サーベイランスに活用することもできる。
【００８７】
センサ１０１は、床、棚、壁などに取り付けられたコンタクトマイクである。なお、床、棚または壁の素材中では音速が一定であると仮定できる。細粒度推定部２０５は、前述の技法を用いて音源を継続的に推定することにより、買い物客が店舗内をどのように移動したか、商品陳列棚に置かれたどの商品をいつ手に取ったか（加えて、その商品をいつ商品陳列棚に戻したか）、などを推測するための情報を蓄積することができる。
【００８８】
以上説明したように、第１の実施形態に係る位置推定システムは、空間に分散して配置された複数の信号検出装置と、当該複数の信号検出装置を制御するサーバ装置とを含む。複数の信号検出装置は、信号を検出し、当該信号の周波数領域の特徴を表す第１の特徴情報および時間領域の特徴を表す第２の特徴情報を生成する。サーバ装置は、複数の信号検出装置から第１の特徴情報および第２の特徴情報を収集し、信号源の位置を第１の特徴情報に基づいて粗粒度で推定し、粗粒度推定結果と第２の特徴情報とに基づいて細粒度でさらに推定する。サーバ装置は、細粒度推定のために収集する必要のある第２の特徴情報を判定し、信号源の周辺に存在すると推定される信号検出装置に対して当該第２の特徴情報を送信するように命令すると共に各信号検出装置に対する帯域配分を動的に制御する。各信号検出装置は、複数の信号特性について第２の特徴情報を生成するが、サーバ命令などに基づいて各信号特性に優先度を付与する。そして、信号検出装置は、優先度に基づいて第２の特徴情報を取捨選択することで、サーバへと送信する第２の特徴情報の情報量をサーバ装置からの帯域配分に適応させる。従って、この位置推定システムによれば、細粒度推定に必要な第２の特徴情報を効率的に（すなわち、帯域幅を浪費せずに）収集し、信号源の位置を高精度に推定することができる。
【００８９】
上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記録媒体に記憶される。記録媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリなどである。記録媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９１】
１０・・・サーバ命令
１１・・・優先特性情報
１２・・・信号読み出し命令
１３・・・帯域配分情報
１４・・・第１の特徴情報
１５・・・第３の特徴情報
１６・・・第２の特徴情報
２０・・・特徴情報
２１・・・マッピングされた第１および第３の特徴情報
２２・・・マッピングされた第２の特徴情報
１００・・・信号検出装置
１０１・・・センサ
１０２・・・ＡＤＣ
１０３・・・バッファ
１０４・・・同期クロック
１０５・・・第１の特徴情報生成部
１０６・・・第３の特徴情報生成部
１０７・・・サーバ命令受信部
１０８・・・優先度付与部
１０９・・・信号特性フィルタ
１１０・・・中間ストレージ
１１１・・・第２の特徴情報生成部
１１２・・・情報量制約部
１１３・・・特徴情報送信部
２００・・・サーバ装置
２０１・・・特徴情報受信部
２０２・・・装置管理部
２０３・・・特徴情報管理部
２０４・・・粗粒度推定部
２０５・・・細粒度推定部
２０６・・・不足特徴情報判定部
２０７・・・帯域配分管理部
２０８・・・サーバ命令受信部
２０９・・・サーバ命令送信部
３００・・・信号源
【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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