(57)【要約】【課題】  雑音の送信を抑制することができる。【解決手段】  一実施形態に係る音響信号処理装置は、複数のマイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向から到来した音に対応する音響信号である目標信号を、複数の前記対象方向について生成するビームフォーマ部と、前記各対象方向の前記目標信号に基づいて、前記各対象方向の特徴量を計算する特徴量計算部と、前記各対象方向の前記特徴量に基づいて、前記複数の対象方向の中から出力方向を選択する方向選択部と、を備える。【選択図】  図１
2017211637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向から到来した音に対応する音響信号である目標信号を、複数の前記対象方向について生成するビームフォーマ部と、
前記各対象方向の前記目標信号に基づいて、前記各対象方向の特徴量を計算する特徴量計算部と、
前記各対象方向の前記特徴量に基づいて、前記複数の対象方向の中から出力方向を選択する方向選択部と、
を備える音響信号処理装置。
【請求項２】
前記方向選択部は、前記特徴量に基づいて、前記各対象方向における音源の有無を判定し、前記音源が存在すると判定した場合、前記音源から到来する音が最大の前記対象方向を選択し、前記音源が存在しないと判定した場合、到来する音が最小の前記対象方向を選択する
請求項１に記載の音響信号処理装置。
【請求項３】
前記特徴量計算部は、前記対象方向とは異なる方向から到来した音に対応する音響信号である雑音信号を、前記各対象方向について生成し、
前記特徴量計算部は、前記目標信号と、前記雑音信号と、に基づいて、前記特徴量を計算する
請求項１又は請求項２に記載の音響信号処理装置。
【請求項４】
前記目標信号から前記雑音信号を除去する候補信号生成部を更に備える
請求項３に記載の音響信号処理装置。
【請求項５】
前記特徴量計算部は、第１の対象方向の前記目標信号と、前記第１の対象方向とは異なる第２の対象方向の前記目標信号と、に基づいて、前記特徴量を計算する
請求項１又は請求項２に記載の音響信号処理装置。
【請求項６】
前記特徴量は、信号対雑音比を含む
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の音響信号処理装置。
【請求項７】
前記特徴量計算部は、前記目標信号の、前記複数のマイクロホンの設置間隔に応じた第１の周波数以下の周波数成分に基づいて、前記特徴量を計算する
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の音響信号処理装置。
【請求項８】
前記特徴量計算部は、前記各対象方向について、それぞれ複数の前記特徴量を計算する
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の音響信号処理装置。
【請求項９】
前記方向選択部は、前回の前記特徴量に対する現在の前記特徴量の変化量が所定の閾値未満である場合、現在の前記特徴量を平均化し、平均化された前記特徴量に基づいて前記出力方向を選択する
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の音響信号処理装置。
【請求項１０】
複数のマイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向から到来した音に対応する音響信号である目標信号を、複数の前記対象方向について生成する工程と、
前記各対象方向の前記目標信号に基づいて、前記各対象方向の特徴量を計算する工程と、
前記各対象方向の前記特徴量に基づいて、前記複数の対象方向の中から出力方向を選択する工程と、
を含む音響信号処理方法。
【請求項１１】
複数のマイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向から到来した音に対応する音響信号である目標信号を、複数の前記対象方向について生成する工程と、
前記各対象方向の前記目標信号に基づいて、前記各対象方向の特徴量を計算する工程と、
前記各対象方向の前記特徴量に基づいて、前記複数の対象方向の中から出力方向を選択する工程と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号処理装置、音響信号処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音声会議システムやテレビ会議システム（以下、「音声会議システム等」という）では、マイクロホンで集音した音声を通信相手に送信することにより、音声通話が行われる。快適な音声通話を実現するためには、発話された音声を高精度に集音することが重要である。従来、発話された音声を集音する方法として、会議参加者の近くに、指向性を有するマイクロホンを設置し、発話者の近くに設置されたマイクロホンのみをオンにする方法が知られている。また、他の方法として、マイクロホンを複数個所に設置し、全てのマイクロホンの出力をミキシングする方法も知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の方法では、マイクロホンが雑音（紙をめくる音や椅子を移動する音）を集音し、集音された雑音が通信相手に送信される、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、雑音の送信を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係る音響信号処理装置は、複数のマイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向から到来した音に対応する音響信号である目標信号を、複数の前記対象方向について生成するビームフォーマ部と、前記各対象方向の前記目標信号に基づいて、前記各対象方向の特徴量を計算する特徴量計算部と、前記各対象方向の前記特徴量に基づいて、前記複数の対象方向の中から出力方向を選択する方向選択部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の各実施形態によれば、雑音の送信を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る音響信号処理装置の機能構成の一例を示す図。
【図２】音源から２つのマイクロホンまでの距離を説明する図。
【図３】図２の２つのマイクロホンからの音響信号を示す図。
【図４】第１実施形態に係る音響信号処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。
【図５】第１実施形態に係る音響信号処理装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図６】第１実施形態に係る音響信号処理装置の動作の具体例を説明する図。
【図７】第２実施形態に係る音響信号処理装置の機能構成の一例を示す図。
【図８】第２実施形態に係る音響信号処理装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図９】第３実施形態における特徴量の計算方法の具体例を説明する図。
【図１０】第４実施形態における第１の選択方法の一例を示すフローチャート。
【図１１】第４実施形態における第２の選択方法の一例を示すフローチャート。
【図１２】第４実施形態における第２の選択方法の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する。
【０００９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る音響信号処理装置１について、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態に係る音響信号処理装置１は、複数の無指向性（全指向性）マイクロホンにより集音し、無指向性マイクロホンが出力した複数チャネルの音響信号に所定の処理を実行し、音源の有無を判定し、出力方向を選択する。音響信号処理装置１は、音声会議システム等に適用可能である。
【００１０】
（音響信号処理装置１の構成）
図１は、本実施形態に係る音響信号処理装置１の機能構成の一例を示す図である。図１の音響信号処理装置１は、集音部１１と、音響信号記憶部１２と、ビームフォーマ部１３と、候補信号記憶部１４と、特徴量計算部１５と、特徴量記憶部１６と、方向選択部１７と、出力部１８と、を備える。
【００１１】
集音部１１は、外部の音を集音し、集音した音に応じた音響信号（電気信号）を出力する。集音部１１は、指向性を有さず、全方向の音を集音する。後述する通り、集音部１１は、複数の無指向性マイクロホンにより実現される。したがって、集音部１１は、複数チャネルの音響信号を出力する。
【００１２】
音響信号記憶部１２は、集音部１１が出力した複数チャネルの音響信号を、チャネル毎に記憶する。音響信号記憶部１２は、例えば、ＦＩＦＯ（First in First Out）のリングバッファにより構成される。
【００１３】
ビームフォーマ部１３は、集音部１１が出力した複数チャネルの音響信号に対して、ビームフォーミング処理を実行する。ビームフォーミング処理は、複数チャネルの音響信号に基づいて、対象方向Ｄの目標信号Ｓを生成する処理と、対象方向Ｄに死角（ヌル点）を形成することにより雑音信号Ｎを生成する処理と、を含む。
【００１４】
ここで、ビームフォーミング処理の概要について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、音源ＳＳから２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２までの距離を説明する図である。図３は、図２のマイクロホンＭ１，Ｍ２が出力する音響信号を示す図である。
【００１５】
図２に示すように、ある対象方向Ｄに音源ＳＳが存在する場合、当該音源ＳＳからの音は、マイクロホンＭ１，Ｍ２により集音される。このとき、音源ＳＳからマイクロホンＭ１までの距離と、音源ＳＳからマイクロホンＭ２までの距離と、は異なるため、音源ＳＳからの音は、マイクロホンＭ１，Ｍ２に異なったタイミングで到達する。
【００１６】
例えば、図２の例では、音源ＳＳからマイクロホンＭ２までの距離は、音源ＳＳからマイクロホンＭ１までの距離より、ｄｓｉｎθだけ長い。ｄは、マイクロホンＭ１，Ｍ２の設置間隔である。θは、マイクロホンＭ１，Ｍ２を通る直線と直交する線と、音源ＳＳ及びマイクロホンＭ１，Ｍ２を通る直線と、のなす角である。
【００１７】
したがって、音源ＳＳからの音は、マイクロホンＭ２に、マイクロホンＭ１よりｄｓｉｎθ／ｃだけ遅れて到達する。ｃは、音速である。この結果、図３に示すように、マイクロホンＭ２は、マイクロホンＭ１より、ｄｓｉｎθ／ｃだけ遅延して、音源ＳＳからの音に対応する音響信号を出力する。
【００１８】
このため、マイクロホンＭ２が出力した音響信号に、マイクロホンＭ１が出力した音響信号をｄｓｉｎθ／ｃだけ遅延させて加算することにより、音源ＳＳからの音に対応する音響信号を強調した信号（目標信号Ｓ）を生成することができる。また、マイクロホンＭ２が出力した音響信号から、マイクロホンＭ１が出力した音響信号をｄｓｉｎθ／ｃだけ遅延させて減算することにより、音源ＳＳからの音に対応する音響信号を低減した信号（雑音信号Ｎ）を生成することができる。
【００１９】
このように、ビームフォーマ部１３は、複数のマイクロホンからの音響信号を、それぞれ所定の遅延時間だけ遅延させて加算及び減算することにより、対象方向Ｄの目標信号Ｓ及び雑音信号Ｎを生成する。
【００２０】
なお、図２の例では、音源ＳＳがマイクロホンＭ１，Ｍ２から十分に遠い場合を想定しているため、音源ＳＳ及びマイクロホンＭ１を通る直線と、音源ＳＳ及びマイクロホンＭ２を通る直線と、は平行である。また、図２の例では、集音部１１が２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２により実現される場合を示したが、集音部１１は、３つ以上のマイクロホンにより実現されてもよい。
【００２１】
対象方向Ｄは、予め複数設定される。以下では、１番目からｎ番目までのｎ個の対象方向Ｄが設定されるものとする（図６の場合はｎ＝８）。ｉ番目の対象方向Ｄを、対象方向Ｄｉ（１≦ｉ≦ｎ）とする。対象方向Ｄ１〜Ｄｎは、それぞれ異なる方向である。また、対象方向Ｄｉの目標信号Ｓ及び雑音信号Ｎを、それぞれ目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉとする。
【００２２】
目標信号Ｓｉは、対象方向Ｄｉから到来した音に対応する音響信号である。目標信号Ｓｉの生成処理は、集音部１１が出力した、全方向から到来した音に対応する音響信号の中から、対象方向Ｄｉから到来した音に対応する音響信号を抽出する処理に相当する。
【００２３】
ビームフォーマ部１３は、複数チャネルの音響信号を、それぞれ所定の遅延時間だけ遅延させて加算することにより、目標信号Ｓｉを生成する。すなわち、ビームフォーマ部１３は、対象方向Ｄｉから音が到来した場合に、その音に対応する音響信号が強調されるように、各対象方向Ｄｉの音響信号を遅延させて加算することで、目標信号Ｓｉを生成する。こうして生成される目標信号Ｓｉは、ビーム点（高感度方向）を対象方向Ｄｉに形成された、遅延和（Delay and Sum）ビームフォーマの加算器出力に相当する。
【００２４】
音響信号の遅延時間は、対象方向Ｄｉから到来する音の位相が一致するように、対象方向Ｄｉごとに予め設定される。遅延時間は、上述したように、集音部１１を構成する複数の無指向性マイクロホンの設置間隔ｄ、対象方向Ｄｉ、及び音響信号を出力する無指向性マイクロホンの設置位置などに応じて設定可能である。
【００２５】
ビームフォーマ部１３が上記のように複数チャネルの音響信号を所定の遅延時間だけ遅延させて加算すると、対象方向Ｄｉの音響信号は強調される。これに対して、対象方向Ｄｉ以外の方向の音響信号は、同じ遅延時間だけ遅延させて加算しても、対象方向Ｄｉの音響信号ほどには強調されない。つまり、結果として、対象方向Ｄｉの音響信号のみが強調された信号が得られる。ビームフォーマ部１３は、こうして得られた信号を、目標信号Ｓｉとして出力する。
【００２６】
なお、目標信号Ｓｉの生成方法は上記の方法に限られない。例えば、ビームフォーマ部１３は、各チャネルの音響信号を加算する前に、各チャネルの音響信号を増幅して信号レベルを調整してもよいし、各チャネルの音響信号をフィルタリングして不要な周波数成分を除去してもよい。
【００２７】
雑音信号Ｎｉは、対象方向Ｄｉとは異なる方向、すなわち、対象方向Ｄｉ以外の方向から到来した音に対応する音響信号である。雑音信号Ｎｉは、目標信号Ｓｉに含まれ得る雑音成分に相当する。
【００２８】
本実施形態において、雑音信号Ｎｉの生成処理は、集音部１１が出力した、全方向から到来した音に対応する音響信号の中から、対象方向Ｄｉから到来した音に対応する音響信号を除去する処理に相当する。言い換えると、雑音信号Ｎｉの生成処理は、対象方向Ｄｉにヌル点（低感度方向）を形成することにより、目標方向Ｄｉ以外の音響信号を取得する処理に相当する。
【００２９】
具体的には、本実施形態において、ビームフォーマ部１３は、複数チャネルの音響信号を、それぞれ所定の遅延時間だけ遅延させて減算することにより、対象方向Ｄｉから到来した音に対応する音響信号を除去することで雑音信号Ｎｉを生成する。こうして生成される雑音信号Ｓｉは、ヌル点を対象方向Ｄｉに形成された、遅延和（Delay and Sum）ビームフォーマの減算器出力に相当する。音響信号の遅延時間の設定方法は、目標信号Ｓｉと同様である。
【００３０】
ビームフォーマ部１３が上記のように複数チャネルの音響信号を減算すると、対象方向Ｄｉの音響信号は低減される。これに対して、対象方向Ｄｉ以外の方向の音響信号は、対象方向Ｄｉの音響信号ほどには低減されない。結果として、対象方向Ｄｉの音響信号が低減された信号が得られる。ビームフォーマ部１３は、こうして得られた信号を、雑音信号Ｎｉとして出力する。
【００３１】
なお、雑音信号Ｎｉの生成方法は上記の方法に限られない。例えば、ビームフォーマ部１３は、各チャネルの音響信号を減算する前に、各チャネルの音響信号を増幅して信号レベルを調整してもよいし、各チャネルの音響信号をフィルタリングして不要な周波数成分を除去してもよい。
【００３２】
ビームフォーマ部１３は、各対象方向Ｄｉについて、ビームフォーミング処理を実行し、対象信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉをそれぞれ生成する。ビームフォーマ部１３は、各対象方向Ｄｉに対するビームフォーミング処理を、順番に実行してもよいし、並列して実行してもよい。
【００３３】
候補信号記憶部１４は、各対象方向Ｄｉの候補信号を記憶する。候補信号は、出力部１８により出力される出力信号の候補となる信号である。本実施形態では、候補信号記憶部１４は、各対象方向Ｄｉの候補信号として、ビームフォーマ部１３が生成した各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉを記憶する。
【００３４】
特徴量計算部１５は、各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉに基づいて、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃを計算する。対象方向Ｄｉの特徴量Ｃを、特徴量Ｃｉとする。特徴量Ｃｉは、対象方向Ｄｉの音の状態を示す、目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉに基づいて計算可能な任意の音響特徴量である。特徴量Ｃｉは、時間領域の音響特徴量であってもよいし、周波数領域の音響特徴量であってもよい。周波数領域の特徴量Ｃｉを計算する場合、特徴量計算部１５は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を実行可能であるのが好ましい。これにより、特徴量Ｃｉを短時間で計算できる。
【００３５】
特徴量記憶部１６は、特徴量計算部１５が計算した各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉを記憶する。
【００３６】
方向選択部１７は、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉに基づいて、各対象方向Ｄｉにおける音源の有無を判定する。また、方向選択部１７は、音源の有無の判定結果と、特徴量Ｃｉと、に基づいて、出力方向Ｄｏｕｔを選択する。出力方向Ｄｏｕｔは、出力部１８が出力信号として出力する候補信号の対象方向Ｄｉである。出力方向Ｄｏｕｔは、ｎ個の対象方向Ｄｉのいずれか１つである。
【００３７】
方向選択部１７は、音源が存在すると判定した場合、音源が存在すると判定された対象方向Ｄｉの中で、音源から到来する音が最大の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔに選択する。一方、方向選択部１７は、音源が存在しないと判定した場合、対象方向Ｄｉの中で、到来する音が最小の対象方向Ｄｉ（本実施形態では、雑音信号Ｎｉが最も小さい対象方向Ｄｉ）を、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する。
【００３８】
出力部１８は、出力方向Ｄｏｕｔの候補信号を、出力信号として出力する。本実施形態では、候補信号は目標信号Ｓｉであるため、出力部１８は、出力方向Ｄｏｕｔの目標信号Ｓｏｕｔを、出力信号として出力する。出力信号の出力は、出力信号を音響信号処理装置１の外部装置に対して出力することや、音響信号処理装置１の音響出力装置（スピーカ）から出力信号を出力することを含む。
【００３９】
図４は、本実施形態に係る音響信号処理装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図４の音響信号処理装置１は、マイクロホンアレイ１００と、コンピュータ２００と、を備える。
【００４０】
マイクロホンアレイ１００は、所定の設置間隔ｄで設置された、複数の無指向性マイクロホンにより構成されるアレイであり、コンピュータ２００に接続される。マイクロホンアレイ１００の各無指向性マイクロホンは、集音した音に応じた音響信号をそれぞれ出力する。マイクロホンアレイ１００がＭ個の無指向性マイクロホンを備える場合、マイクロホンアレイ１００は、Ｍチャネルの音響信号を出力する。集音部１１は、マイクロホンアレイ１００により実現される。
【００４１】
コンピュータ２００は、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、マイクロホンインタフェース２０３と、入力装置２０４と、表示装置２０５と、通信装置２０６と、音響出力装置２０７と、バス２０８と、を備える。
【００４２】
プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを実行し、音響信号処理装置１のビームフォーマ部１３、特徴量計算部１５、方向選択部１７、及び出力部１８を実現する。プロセッサ２０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）などである。
【００４３】
メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実行するプログラムや、各種のデータを記憶する。メモリ２０２は、音響信号記憶部１２、候補信号記憶部１４、及び特徴量記憶部１６を実現する。メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、ＳＲＡＭ(Static RAM)、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。
【００４４】
マイクロホンインタフェース２０３は、マイクロホンアレイ１００とコンピュータ２００との間の通信を仲介するインタフェースである。マイクロホンインタフェース２０３は、ＡＤ（Analog to Digital）変換器を含む、アナログフロントエンド（ＡＦＥ：Analog Front End）である。マイクロホンインタフェース２０３は、マイクロホンアレイ１００が出力したアナログ信号（音響信号）を、デジタル信号に変換して、メモリ２０２に格納する。また、マイクロホンインタフェース２０３は、プロセッサ２０１からの制御信号を、マイクロホンアレイ１００に入力する。なお、マイクロホンインタフェース２０３は、プログラム（ソフトウェア）により実現されてもよい。
【００４５】
入力装置２０４は、例えば、キーボード、マウス、押しボタン、タッチパネルなどである。ユーザは、入力装置２０４を介して、音響信号処理装置１を操作することができる。
【００４６】
表示装置２０５は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、ランプなどである。表示装置２０５は、出力方向Ｄｏｕｔなどを表示してもよい。
【００４７】
通信装置２０６は、例えば、モデム、ハブ、及びルータなどである。音響信号処理装置１の出力信号は、通信装置２０６を介して外部装置に送信される。
【００４８】
音響出力装置２０７は、スピーカ、ブザーなどである。音響出力装置２０７は、音響信号処理装置１の出力信号を出力してもよい。また、音響信号処理装置１が音声会議システム等に適用された場合、音響出力装置２０７は、通信相手から受信した音響信号を出力する。
【００４９】
バス２０８は、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、マイクロホンインタフェース２０３と、入力装置２０４と、表示装置２０５と、通信装置２０６と、音響出力装置２０７と、を相互に接続する。
【００５０】
（音響信号処理装置１の動作）
図５は、本実施形態に係る音響信号処理装置１の動作の一例を示すフローチャートである。音響信号処理装置１は、所定の時間間隔で、図５の動作を実行する。以下では、音響信号処理装置１は、所定の時間幅を有するフレーム単位で動作するものとする。現フレームのフレーム番号をｐとする。また、音響信号処理装置１の動作中、集音部１１は音響信号を常時出力しているものとする。
【００５１】
現フレーム（ｐ）の開始時刻が到来すると、まず、音響信号記憶部１２が、集音部１１が出力している音響信号をチャネル毎に記憶する（ステップＳＴ１０１）。なお、図５の例では、音響信号記憶部１２は、１フレーム分以上の音響信号を記憶可能であればよい。
【００５２】
次に、ビームフォーマ部１３が、音響信号記憶部１２から各チャネルの音響信号を読み出し、読み出した音響信号に基づいて、対象方向Ｄｉ毎にビームフォーミング処理を実行する。これにより、現フレーム（ｐ）における各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉが生成される（ステップＳＴ１０２）。ビームフォーマ部１３は、生成した各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉを、特徴量計算部１５に渡す。なお、ビームフォーミング処理については、上述の通りである。
【００５３】
また、ビームフォーマ部１３は、生成した目標信号Ｓｉを候補信号として、候補信号記憶部１４に格納する。候補信号記憶部１４は、格納された候補信号（目標信号Ｓｉ）を、対象方向Ｄｉ毎に記憶する（ステップＳＴ１０３）。
【００５４】
続いて、特徴量計算部１５は、ビームフォーマ部１３から受け取った各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉに基づいて、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉを計算する（ステップＳＴ１０４）。現フレーム（ｐ）の特徴量Ｃｉを特徴量Ｃｉ（ｐ）とする。
【００５５】
以下では、特徴量Ｃが信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）である場合を例に説明する。ＳＮＲは、雑音成分に対する信号成分の割合である。ＳＮＲは、音源から到来する音の大きさに相当する。以下、現フレーム（ｐ）の特徴量Ｃｉ（ｐ）を、ＳＮＲｉ（ｐ）とする。ＳＮＲｉ（ｐ）は、以下の式で計算される。
【００５６】
【数１】
2017211637.tif 000003
【００５７】
式（１）において、ｆは周波数、Ｓｉ（ｆ）は目標信号Ｓｉに含まれる周波数ｆを有する成分の信号レベル、Ｎｉ（ｆ）は雑音信号Ｎｉに含まれる周波数ｆを有する成分の信号レベル、ｆｍｉｎは下限周波数、ｆｍａｘは上限周波数である。式（１）により計算されるＳＮＲｉ（ｐ）は、下限周波数ｆｍｉｎから上限周波数ｆｍａｘまでの帯域に帯域制限されたＳＮＲである。
【００５８】
下限周波数ｆｍｉｎは、任意の周波数に設定できる。下限周波数ｆｍｉｎは、例えば、２０Ｈｚ（可聴領域の下限周波数）に設定してもよい。下限周波数ｆｍｉｎが高いほど、ＳＮＲｉ（ｐ）の計算量が減るため、ＳＮＲｉ（ｐ）の計算処理を高速化できる。
【００５９】
上限周波数ｆｍａｘは、任意の周波数に設定できる。上限周波数ｆｍａｘは、例えば、２０ｋＨｚ（可聴領域の上限周波数）に設定してもよい。上限周波数ｆｍａｘが低いほど、ＳＮＲｉ（ｐ）の計算量が減るため、ＳＮＲｉ（ｐ）の計算処理を高速化できる。
【００６０】
上限周波数ｆｍａｘは、目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉに空間エイリアシングが発生しないように設定されるのが好ましい。ここでいう空間エイリアシングとは、無指向性マイクロホンの設置間隔ｄに起因した信号の折り返し歪みのことである。
【００６１】
具体的には、上限周波数ｆｍａｘは、空間エイリアシングが発生する下限周波数ｆｎｙｑ（第１の周波数）未満に設定されるのが好ましい（ｆｍａｘ＜ｆｎｙｑ）。空間エイリアシングが発生する下限周波数ｆｎｙｑは、以下の式で計算される。
【００６２】
【数２】
2017211637.tif 000004
【００６３】
式（２）において、ｄは無指向性マイクロホンの設置間隔、ｃは音速である。目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉの、下限周波数ｆｎｙｑ以上の周波数ｆを有する周波数成分には、空間エイリアシングが発生する。これに対して、目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉの、下限周波数ｆｎｙｑ未満の周波数ｆを有する周波数成分には、空間エイリアシングが発生しない。
【００６４】
したがって、上限周波数ｆｍａｘを下限周波数ｆｎｙｑ未満に設定することにより、目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉの、空間エイリアシングが発生していない周波数成分を利用して、ＳＮＲｉ（ｐ）を計算できる。この結果、ＳＮＲｉ（ｐ）を精度よく計算することができる。
【００６５】
特徴量計算部１５は、計算した各対象方向ＤｉのＳＮＲｉ（ｐ）を特徴量記憶部１６に格納する。特徴量記憶部１６は、格納されたＳＮＲｉ（ｐ）を、対象方向Ｄｉ毎に記憶する。なお、図５の例では、特徴量記憶部１６は、ｊフレーム分のＳＮＲｉ（特徴量Ｃｉ）を記憶する（ｊ＞１）。
【００６６】
次に、方向選択部１７が、特徴量記憶部１６から各対象方向Ｄｉの、現フレーム（ｐ）のＳＮＲｉ（ｐ）及び前フレーム（ｐ−１）のＳＮＲｉ（ｐ−１）を読み出し、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が、予め設定された閾値ＴＨ１以上であるか判定する（ステップＳＴ１０５）。すなわち、方向選択部１７は、以下の式が満たされるか判定する。
【００６７】
【数３】
2017211637.tif 000005
【００６８】
この判定は、対象方向Ｄｉの音の状態の変化を検知する処理に相当する。より詳細には、対象方向Ｄｉにおける音源の発生及び消滅を検知する処理に相当する。理由は以下のとおりである。
【００６９】
対象方向Ｄｉに、前フレーム（ｐ−１）において音源が存在しなかった場合、ＳＮＲｉ（ｐ−１）は小さな値となる。この対象方向Ｄｉに、現フレーム（ｐ）において音源が発生すると、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に比べて大きな値となる。この結果、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対して急峻に変化（増大）する。
【００７０】
対象方向Ｄｉに、前フレーム（ｐ−１）において音源が存在した場合、ＳＮＲｉ（ｐ−１）は大きな値となる。この対象方向Ｄｉに、現フレーム（ｐ）において音源が消滅すると、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に比べて小さな値となる。この結果、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対して急峻に変化（減少）する。
【００７１】
対象方向Ｄｉに、前フレーム（ｐ−１）において音源が存在しなかった場合、ＳＮＲｉ（ｐ−１）は小さな値となる。この対象方向Ｄｉに、現フレーム（ｐ）においても音源が存在しなかった場合、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）とほぼ変わらない値となる。この結果、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量は、小さくなる。
【００７２】
対象方向Ｄｉに、前フレーム（ｐ−１）において音源が存在した場合、ＳＮＲｉ（ｐ−１）は大きな値となる。この対象方向Ｄｉに、現フレーム（ｐ）においても音源が存在する場合、ＳＮＲｉ（ｐ）は、ＳＮＲｉ（ｐ−１）とほぼ変わらない値となる。この結果、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量は、小さくなる。
【００７３】
したがって、閾値ＴＨ１を適切に設定することにより、ＳＮＲｉ（ｐ）がＳＮＲｉ（ｐ−１）に対して急峻に変化した場合、すなわち、対象方向Ｄｉに音源が発生した場合及び対象方向Ｄｉから音源が消滅した場合、を検知することができる。閾値ＴＨ１の適切な値は、実験により決定すればよい。
【００７４】
次に、方向選択部１７は、ステップＳＴ１０５の判定結果、すなわち、対象方向Ｄｉの音の状態変化の検知結果に基づいて、ＳＮＲｉ（ｐ）を補正する。補正されたＳＮＲｉ（ｐ）を、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）とする。
【００７５】
ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が閾値ＴＨ１未満である場合（ステップＳＴ１０５のＮＯ）、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）をｊフレーム分のＳＮＲｉの平均値に設定する（ステップＳＴ１０６）。ｊフレーム分のＳＮＲｉの平均値を、ｍｅａｎ＿ＳＮＲｉ（ｐ）とする。方向選択部１７は、特徴量記憶部１６からｊフレーム分のＳＮＲｉを読み出し、以下の式によりｍｅａｎ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を計算する。
【００７６】
【数４】
2017211637.tif 000006
【００７７】
方向選択部１７は、計算したｍｅａｎ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）として特徴量記憶部１６に格納する。特徴量記憶部１６は、方向選択部１７に格納されたｍｅａｎ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）として記憶する（ステップＳＴ１０７）。以降、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）に基づいて、出力方向Ｄｏｕｔを選択する。
【００７８】
このように、平均化されたＳＮＲｉに基づいて出力方向Ｄｏｕｔを選択することにより、瞬間的なＳＮＲｉの揺らぎに起因する出力方向Ｄｏｕｔの誤選択を、抑制することができる。例えば、発話者のいいどよみや無声音の発話による、ＳＮＲｉ（ｐ）の瞬間的な低下に起因する誤選択を抑制することができる。ここでいう誤選択とは、発話者のいる方向が、出力方向Ｄｏｕｔとして選択されないことをいう。
【００７９】
一方、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が閾値ＴＨ１以上である場合（ステップＳＴ１０５のＹＥＳ）、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を、ＳＮＲｉ（ｐ）に設定する（ステップＳＴ１０８）。具体的には、方向選択部１７は、ＳＮＲｉ（ｐ）を、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）として特徴量記憶部１６に格納する。特徴量記憶部１６は、方向選択部１７に格納されたＳＮＲｉ（ｐ）を、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）として記憶する（ステップＳＴ１０７）。
【００８０】
方向選択部１７は、全ての対象方向Ｄｉについて、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を設定する。続いて、方向選択部１７は、特徴量記憶部１６から各対象方向ＤｉのＣ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を読み出し、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が、予め設定された閾値ＴＨ２以上であるか判定する（ステップＳＴ１０９）。すなわち、方向選択部１７は、以下の式が満たされるか判定する。
【００８１】
【数５】
2017211637.tif 000007
【００８２】
式（５）における、ｍａｘ（Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ））は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値である。ｍｉｎ（Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ））は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最小値である。
【００８３】
この判定は、音源が存在すると判定するための処理に相当する。これは、音源が存在する場合、音源が存在する対象方向ＤｉのＳＮＲｉ（ｐ）と、音源が存在しない対象方向ＤｉのＳＮＲｉ（ｐ）と、の差が大きくなるためである。閾値ＴＨ２を適切に設定することにより、音源が存在すると判定することができる。閾値ＴＨ２の適切な値は、実験により決定すればよい。
【００８４】
Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ２以上である場合（ステップＳＴ１０９のＹＥＳ）、方向選択部１７は、音源が存在すると判定する。そして、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）が最大の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ１１０）。この出力方向Ｄｏｕｔは、存在すると判定された音源のうち、音源から到来する音が最大の対象方向Ｄｉの方向に相当する。
【００８５】
Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ２未満である場合（ステップＳＴ１０９のＮＯ）、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が、予め設定された閾値ＴＨ３以上であるか判定する（ステップＳＴ１１１）。閾値ＴＨ３は、閾値ＴＨ２より小さく設定される（ＴＨ２＞ＴＨ３）。すなわち、方向選択部１７は、以下の式が満たされるか判定する。
【００８６】
【数６】
2017211637.tif 000008
【００８７】
この判定は、音源が存在しないと判定するための処理に相当する。これは、音源が存在しない場合、各対象方向ＤｉのＳＮＲｉ（ｐ）の差が小さくなるためである。閾値ＴＨ３を適切に設定することにより、音源が存在しないと判定することができる。閾値ＴＨ３の適切な値は、実験により決定すればよい。
【００８８】
Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ３未満である場合（ステップＳＴ１１１のＮＯ）、方向選択部１７は、音源が存在しないと判定する。そして、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）が最小の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ１１２）。この出力方向Ｄｏｕｔは、到来する雑音が最も小さい対象方向Ｄｉに相当する。
【００８９】
これは、音源が存在しない場合、各対象方向Ｄｉから到来している音は、いずれも雑音であり、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の大きさは、雑音の大きさに相当する、と考えられるためである。
【００９０】
一方、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ３以上である場合（ステップＳＴ１１１のＹＥＳ）、方向選択部１７は、音源の有無が不明であると判定する。そして、方向選択部１７は、前フレーム（ｐ−１）において出力方向Ｄｉとして選択した対象方向Ｄｉを、現フレーム（ｐ）の出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ１１３）。
【００９１】
方向選択部１７は、出力方向Ｄｏｕｔを選択すると、選択した出力方向Ｄｏｕｔを出力部１８に通知する。出力方向Ｄｏｕｔを通知された出力部１８は、候補信号記憶部１４から、出力方向Ｄｏｕｔの候補信号（目標信号Ｓｏｕｔ）を読み出し、読み出した候補信号を出力信号として出力する（ステップＳＴ１１４）。
【００９２】
図６は、音響信号処理装置１の動作の具体例を説明する図である。図６の例では、８個の対象方向Ｄｉ（ｉ＝１〜８）が等間隔で設定されている。以下では、現フレーム（ｐ）において、対象方向Ｄ２に音源ＳＳが発生した場合を例に説明する。前フレーム（ｐ−１）には、音源ＳＳは存在しなかったものとする。
【００９３】
現フレーム（ｐ）の開始時刻が到来すると、音響信号記憶部１２が、集音部１１が出力している音響信号をチャネル毎に記憶する（ステップＳＴ１０１）。各チャネルの音響信号には、対象方向Ｄ２の音源ＳＳから到来した音に対応する音響信号が含まれる。
【００９４】
次に、ビームフォーマ部１３が、音響信号記憶部１２に記憶された音響信号に基づいて、ビームフォーミング処理を実行し、各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉを生成する（ステップＳＴ１０２）。これにより、目標信号Ｓ１〜Ｓ８と、雑音信号Ｎ１〜Ｎ８が生成される。音源ＳＳが対象方向Ｄ２に存在するため、目標信号Ｓ２が相対的に大きな値となる。目標信号Ｓ１〜Ｓ８は、候補信号記憶部１４に記憶される（ステップＳＴ１０３）。
【００９５】
続いて、特徴量計算部１５が、目標信号Ｓ１及び雑音信号Ｎ１に基づいて、対象方向Ｄ１のＳＮＲ１（ｐ）を計算する（ステップＳＴ１０４）。同様の方法で、特徴量計算部１５は、ＳＮＲ２（ｐ）〜ＳＮＲ８（ｐ）を計算する。目標信号Ｓ２が相対的に大きな値であるため、ＳＮＲ２（ｐ）が相対的に大きな値となる。こうして計算されたＳＮＲｉ（ｐ）が、特徴量記憶部１６に記憶される。
【００９６】
方向選択部１７は、特徴量記憶部１６からＳＮＲｉ（ｐ）を読み出し、各対象方向Ｄｉについて、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が閾値ＴＨ１以上であるか判定する（ステップＳＴ１０５）。
【００９７】
対象方向Ｄ１，Ｄ３〜Ｄ８は、前フレーム（ｐ−１）にも現フレーム（ｐ）にも音源ＳＳが存在しないため、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が小さく、閾値ＴＨ１未満となる（ステップＳＴ１０５のＮＯ）。したがって、方向選択部１７は、対象方向Ｄ１，Ｄ３〜Ｄ８のＣ＿ＳＮＲｉ（ｐ）を、ｍｅａｎ＿ＳＮＲｉ（ｐ）に設定する（ステップＳＴ１０６）。
【００９８】
一方、対象方向Ｄ２は、現フレーム（ｐ）に音源ＳＳが発生したことにより、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対してＳＮＲｉ（ｐ）が急峻に増大しているため、ＳＮＲｉ（ｐ−１）に対するＳＮＲｉ（ｐ）の変化量が、閾値ＴＨ１以上となる（ステップＳＴ１０５のＹＥＳ）。したがって、方向選択部１７は、対象方向Ｄ２のＣ＿ＳＮＲ２（ｐ）を、ＳＮＲ２（ｐ）に設定する（ステップＳＴ１０８）。
【００９９】
こうして設定された各対象方向ＤｉのＣ＿ＳＮＲｉ（ｐ）が、特徴量記憶部１６に記憶される（ステップＳＴ１０９）。
【０１００】
次に、方向選択部１７は、Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値と最小値との差が、閾値ＴＨ２以上であるか判定する（ステップＳＴ１０９）。Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最大値は、Ｃ＿ＳＮＲ２（ｐ）である。Ｃ＿ＳＮＲｉ（ｐ）の最小値は、Ｃ＿ＳＮＲ１（ｐ），Ｃ＿ＳＮＲ３（ｐ）〜Ｃ＿ＳＮＲ８（ｐ）のいずれかである。ここでは、最小値は、Ｃ＿ＳＮＲ１（ｐ）であるものとする。
【０１０１】
Ｃ＿ＳＮＲ２（ｐ）（＝ＳＮＲ２（ｐ））とＣ＿ＳＮＲ１（ｐ）との差は、閾値ＴＨ２以上であるため（ステップＳＴ１０９のＹＥＳ）、方向選択部１７は、対象方向Ｄ２を出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ１１０）。
【０１０２】
出力方向Ｄｏｕｔが対象方向Ｄ２であることを通知された出力部１８は、候補信号記憶部１４から対象方向Ｄ２の目標信号Ｓ２を読み出し、読み出した目標信号Ｓ２を出力信号として出力する（ステップＳＴ１１４）。
【０１０３】
以上説明したとおり、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、音源が存在しない場合、雑音が最も小さい対象方向Ｄｉを出力方向Ｄｏｕｔとして選択し、出力方向Ｄｏｕｔからの音に応じた出力信号を出力する。これにより、雑音が最も小さい対象方向Ｄｉから到来した音が、通信相手に送信される。結果として、雑音の送信を抑制することができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、音源が存在する場合、音源が存在する対象方向Ｄｉを出力方向Ｄｏｕｔとして選択し、出力方向Ｄｏｕｔからの音に応じた出力信号を出力する。これにより、音源が存在する対象方向Ｄｉから到来した音、すなわち、音源から到来した音が、通信相手に送信される。結果として、音源から到来した音を、精度よく集音し、通信相手に送信することができる。
【０１０５】
この音響信号処理装置１を音声会議システム等に適用した場合、音響信号処理装置１は、発話者（音源）が存在しない場合、雑音が最も小さい対象方向Ｄｉから到来した音を通信相手に送信する。また、音響信号処理装置１は、発話者（音源）が存在する場合、発話者が発話した音声を通信相手に送信する。すなわち、音響信号処理装置１は、発話者が発話した音声を精度よく収集しつつ、通信相手に送信される雑音を抑制することができる。結果として、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、快適な会議環境を実現することができる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、無指向性マイクロホンにより集音する。したがって、音響信号処理装置１を適用することにより、指向性マイクロホンにより集音する従来の音声会議システム等に比べて、音声会議システム等を安価に構成することができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、過去（前フレーム）の特徴量Ｃｉに対する現在（現フレーム）の特徴量Ｃｉの変化量に基づいて、対象方向Ｄｉの音源の有無を判定する。したがって、音響信号処理装置１は、音源発生時の音を、取りこぼしなく集音できる。これは、音源発生時には、音響信号が急峻に立ち上がり、特徴量Ｃｉが大きく変化するためである。
【０１０８】
また、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、過去一定期間（ｊフレーム分の期間）の特徴量Ｃｉを考慮して、現在の特徴量Ｃｉを補正し、補正された特徴量Ｃｉに基づいて、音源の有無を判定する。したがって、瞬間的な音響信号（特徴量Ｃｉ）の揺らぎに起因する出力方向Ｄｏｕｔの誤選択を抑制することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態において、ステップＳＴ１１１，ＳＴ１１３は省略されてもよい。これにより、出力方向Ｄｏｕｔの選択処理の計算量を減らし、選択処理を高速化することができる。ステップＳＴ１１１，ＳＴ１１３を省略する場合、ステップＳＴ１０９の判定により、音源の方向の変化の有無を判定すればよい。すなわち、ステップＳＴ１０９のＮＯの場合、ステップＳＴ１１２の処理を実行すればよい。
【０１１０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る音響信号処理装置１について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、高い指向性を有する音響信号処理装置１について説明する。
【０１１１】
（音響信号処理装置１の構成）
図７は、本実施形態に係る音響信号処理装置１の機能構成の一例を示す図である。図７の音響信号処理装置１は、候補信号生成部１９を更に備える。他の機能構成及びハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
【０１１２】
候補信号生成部１９は、ビームフォーマ部１３が生成した各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉに基づいて、各対象方向Ｄｉの候補信号Ｏｉを生成し、生成した候補信号Ｏｉを候補信号記憶部１４に格納する。本実施形態では、候補信号記憶部１４は、候補信号生成部１９が生成した各対象方向Ｄｉの候補信号Ｏｉを記憶する。
【０１１３】
候補信号生成部１９は、目標信号Ｓｉから雑音信号Ｎｉ（雑音成分）を除去することにより、候補信号Ｏｉを生成する。これにより、目標信号ＳｉよりＳＮＲｉが改善された候補信号Ｏｉが生成される。
【０１１４】
目標信号Ｓｉから雑音信号Ｎｉを除去する方法は、例えば、ＭＭＳＥ−ＳＴＳＡ法（Minimum Mean-Square-Error Short-Time Spectral Amplitude estimator）であるが、これに限られない。なお、候補信号生成部１９は、プロセッサ２０１がメモリ２０２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
【０１１５】
（音響信号処理装置１の動作）
図８は、本実施形態に係る音響信号処理装置１の動作の一例を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、ステップＳＴ１１５を有する。他のステップは、第１実施形態と同様である。
【０１１６】
本実施形態では、ステップＳＴ１０２において、各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉを生成したビームフォーマ部１３は、生成した各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉを、特徴量計算部１５及び候補信号生成部１９に渡す。
【０１１７】
各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉ及び雑音信号Ｎｉを受け取ると、候補信号生成部１９は、各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉから雑音信号Ｎｉを除去することにより、各対象方向Ｄｉの候補信号Ｏｉを生成する（ステップＳＴ１１５）。候補信号Ｏｉの生成方法は上述の通りである。そして、候補信号生成部１９は、生成した候補信号Ｏｉを候補信号記憶部１４に格納する。候補信号記憶部１４は、格納された候補信号Ｏｉを、対象方向Ｄｉ毎に記憶する（ステップＳＴ１０３）。
【０１１８】
以降の処理は第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、ステップＳＴ１１４において、出力部１８は、出力方向Ｄｏｕｔの候補信号Ｏｏｕｔを出力信号として出力する。
【０１１９】
以上説明したとおり、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、出力信号として、目標信号ＳｉよりＳＮＲｉが改善された候補信号Ｏｉを出力することができる。したがって、本実施形態によれば、音響信号処理装置１の指向性をより鋭くすることができる。
【０１２０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る音響信号処理装置１について、図９を参照して説明する。本実施形態では、雑音信号Ｎｉを使用せずに、特徴量Ｃｉを計算できる音響信号処理装置１について説明する。
【０１２１】
本実施形態に係る音響信号処理装置１の機能構成は、ビームフォーマ部１３及び特徴量計算部１５を除き、第１実施形態と同様である。また、音響信号処理装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。以下、本実施形態におけるビームフォーマ部１３及び特徴量計算部１５について説明する。
【０１２２】
ビームフォーマ部１３は、音響信号に基づいて、各対象方向Ｄｉの目標信号Ｓｉを生成する。しかしながら、ビームフォーマ部１３は、雑音信号Ｎｉを生成しない。
【０１２３】
特徴量計算部１５は、対象方向Ｄｉ（第１の対象方向）の目標信号Ｓｉと、他の対象方向Ｄｊ（第２の対象方向）の目標信号Ｓｊと、に基づいて、対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉを計算する。本実施形態において、他の対象方向Ｄｊの目標信号Ｓｊは、第１実施形態における雑音信号Ｎｉ、すなわち、目標信号Ｓｉの雑音成分として利用される。これは、目標信号Ｓｊは、対象方向Ｄｉとは異なる対象方向Ｄｊから到来する音に対応する音響信号である。
【０１２４】
対象方向Ｄｊは、対象方向Ｄｉを除くｎ−１個の対象方向Ｄの中から、任意に選択可能である。ただし、目標信号Ｓｊは、目標信号Ｓｉの雑音成分として利用されるため、対象方向Ｄｉから到来した音に対応する音響信号を含まないのが好ましい。したがって、対象方向Ｄｊは、対象方向Ｄｉの反対方向（対象方向Ｄｉと１８０度異なる方向）に近いのが好ましく、対象方向Ｄｉの反対方向であるのがより好ましい。このような目標信号Ｓｊを目標信号Ｓｉの雑音成分として利用することにより、特徴量計算部１５は、特徴量Ｃｉを精度よく計算することができる。
【０１２５】
なお、特徴量Ｃｉの計算方法は、第１実施形態と同様である。本実施形態では、第１実施形態における雑音信号Ｎｉを、目標信号Ｓｊと読み替えればよい。例えば、対象方向ＤｉのＳＮＲｉ（ｐ）は、以下の式で計算される。
【０１２６】
【数７】
2017211637.tif 000009
【０１２７】
図９は、本実施形態における特徴量Ｃｉの計算方法の具体例を示す図である。図９の例では、８個の対象方向Ｄｉ（ｉ＝１〜８）が等間隔で設定されている。例えば、対象方向Ｄ２の特徴量Ｃ２は、目標信号Ｓ２と、目標信号Ｓ６と、に基づいて計算されている。目標信号Ｓ６は、目標信号Ｓ２の雑音成分として利用される。また、対象方向Ｄ６の特徴量Ｃ６は、目標信号Ｓ６と、目標信号Ｓ２と、に基づいて計算されている。目標信号Ｓ２は、目標信号Ｓ６の雑音成分として利用される。
【０１２８】
以上説明したとおり、本実施形態に係る音響信号処理装置１によれば、雑音信号Ｎｉを使用することなく、特徴量Ｃｉを計算することができる。したがって、ビームフォーマ部１３により雑音信号Ｎｉを計算できない（遅延和ビームフォーマの減算器出力が得られない）場合であっても、特徴量Ｃｉを計算することができる。
【０１２９】
なお、本実施形態において、目標信号Ｓｉの一部は、他の目標信号Ｓｊ（雑音成分）としてのみ使用されてもよい。例えば、図９において、目標信号Ｓ５〜Ｓ８を、それぞれ目標信号Ｓ１〜Ｓ４の雑音成分としてのみ使用することが考えられる。この場合、特徴量Ｃ１〜Ｃ４は計算され、特徴量Ｃ５〜Ｃ８は計算されない。したがって、出力方向Ｄｏｕｔは、対象方向Ｄ１〜Ｄ４の中から選択される。
【０１３０】
また、１つの目標信号Ｓｊが、複数の目標信号Ｓｉの雑音成分として使用されてもよい。例えば、図９において、目標信号Ｓ８を、目標信号Ｓ１〜Ｓ７の雑音成分として使用することが考えられる。この場合、目標信号Ｓ８に基づいて、特徴量Ｃ１〜Ｃ７が計算される。
【０１３１】
また、特徴量Ｃｉは、複数の目標信号Ｓｊから計算された雑音成分を使用して計算されてもよい。例えば、図９において、目標信号Ｓ４〜Ｓ６を平均化した信号を雑音成分として使用することにより、特徴量Ｃ１を計算することが考えられる。
【０１３２】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る音響信号処理装置１について、図１０〜図１２を参照して説明する。本実施形態では、複数の特徴量Ｃを使用することにより、所望の種類の音を検出できる音響信号処理装置１について説明する。
【０１３３】
本実施形態に係る音響信号処理装置１の機能構成は、特徴量計算部１５及び方向選択部１７を除き、第１実施形態と同様である。また、音響信号処理装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。以下、本実施形態における特徴量計算部１５及び方向選択部１７について説明する。
【０１３４】
特徴量計算部１５は、各対象方向Ｄｉに対して複数の特徴量Ｃｉを計算し、特徴量記憶部１６に格納する。以下では、特徴量Ｃｉとして、１番目からＱ番目までのＱ個の特徴量が計算されるものとする。対象方向Ｄｉのｑ番目の特徴量Ｃｉを、特徴量Ｃｉｑとする。複数の特徴量Ｃｉｑを、特徴量Ｃｉと総称する。このとき、特徴量Ｃｉは、以下のような、Ｑ個の特徴量Ｃｉｑを含むベクトルで表される。
【０１３５】
【数８】
2017211637.tif 000010
【０１３６】
本実施形態において、特徴量Ｃｉｑは、ＳＮＲなどの音響特徴量に限られない。特徴量Ｃｉｑは、高次統計量や識別器のスコアであってもよい。高次統計量は、例えば、カートシス、キュムラントなどである。識別器は、例えば、隠れマルコフモデル、混合ガウスモデル（ＧＭＭ：Gaussian Mixture Model）、深層ニューラルネットワーク（ＤＮＮ：Deep Neural Network）などである。特徴量Ｃｉｑは、検出したい音の種類（例えば、音声）の特徴に相関が高いものであるのが好ましい。
【０１３７】
方向選択部１７は、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉに基づいて、出力方向Ｄｏｕｔを選択する。以下、出力方向Ｄｏｕｔの２つの選択方法について、それぞれ説明する。
【０１３８】
（第１の選択方法）
まず、特徴量Ｃｉを利用した出力方向Ｄｏｕｔの第１の選択方法について説明する。第１の選択方法は、特徴量Ｃｉに基づいて、対象方向Ｄｉの評価値Ｖｉを計算し、評価値Ｖｉに基づいて出力方法Ｄｏｕｔを選択する方法である。
【０１３９】
評価値Ｖｉは、例えば、Ｑ個の特徴量Ｃｉｑの線形和であるが、これに限られない。評価値Ｖｉが線形和である場合、特徴量Ｃｉｑの重み係数をｗｑとすると、評価値Ｖｉは、以下の式で表される。
【０１４０】
【数９】
2017211637.tif 000011
【０１４１】
評価値Ｖｉは、検出したい音の音源が存在する蓋然性が高いほど、大きく（又は小さく）なるように計算されるのが好ましい。例えば、音声を検出したい場合、発話者が存在する蓋然性が高いほど、大きく（又は小さく）なるように、評価値Ｖｉは計算される。このような評価値Ｖｉは、例えば、特徴量Ｃｉｑとして、発話者（音声に対応する音響信号）の有無を識別する識別器のスコアを利用することにより可能となる。式（９）の重み係数ｗは実験によって適切に設定すればよい。
【０１４２】
図１０は、第１の選択方法の一例を示すフローチャートである。図１０の処理は、第１実施形態におけるステップＳＴ１０４以降の処理に相当する。したがって、図１０の処理の開始時点で、特徴量記憶部１６には、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉが記憶されている。以下では、音響信号処理装置１が音声を検出する場合を例に説明する。
【０１４３】
まず、方向選択部１７は、特徴量記憶部１６から対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉを読み出し、読み出した各特徴量Ｃｉに基づいて、各対象方向Ｄｉの評価値Ｖｉを計算する（ステップＳＴ２０１）。ここでは、発話者が存在する蓋然性が高いほど、評価値Ｖｉは大きくなるものとする。
【０１４４】
次に、方向選択部１７は、評価値Ｖｉの最大値（ｍａｘ（Ｖｉ））と最小値（ｍｉｎ（Ｖｉ））との差が、予め設定された閾値ＴＨ４以上であるか判定する（ステップＳＴ２０２）。
【０１４５】
この判定は、発話者が存在すると判定するための処理に相当する。これは、発話者が存在する場合、発話者が存在する対象方向Ｄｉの評価値Ｖｉと、発話者が存在しない対象方向Ｄｉの評価値Ｖｉと、の差が大きくなるためである。閾値ＴＨ４を適切に設定することにより、発話者が存在すると判定することができる。閾値ＴＨ４の適切な値は、実験により決定すればよい。
【０１４６】
評価値Ｖｉの最大値と最小値との差が閾値ＴＨ４以上である場合（ステップＳＴ２０２のＹＥＳ）、方向選択部１７は、発話者が存在すると判定する。そして、方向選択部１７は、評価値Ｖｉが最大の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ２０３）。この出力方向Ｄｏｕｔは、存在すると判定された発話者の方向に相当する。
【０１４７】
評価値Ｖｉの最大値と最小値との差が閾値ＴＨ４未満である場合（ステップＳＴ２０２のＮＯ）、方向選択部１７は、評価値Ｖｉの最大値と最小値との差が、予め設定された閾値ＴＨ５以上であるか判定する（ステップＳＴ２０４）。閾値ＴＨ５は、閾値ＴＨ４より小さく設定される（ＴＨ４＞ＴＨ５）。
【０１４８】
この判定は、発話者が存在しないと判定するための処理に相当する。これは、発話者が存在しない場合、各対象方向Ｄｉの評価値Ｖｉの差が小さくなるためである。閾値ＴＨ５を適切に設定することにより、発話者が存在しないと判定することができる。閾値ＴＨ５の適切な値は、実験により決定すればよい。
【０１４９】
評価値Ｖｉの最大値と最小値との差が閾値ＴＨ５未満である場合（ステップＳＴ２０４のＮＯ）、方向選択部１７は、発話者が存在しないと判定する。そして、方向選択部１７は、評価値Ｖｉが最小の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ２０５）。この出力方向Ｄｏｕｔは、到来する雑音が最も小さい対象方向Ｄｉに相当する。
【０１５０】
これは、発話者が存在しない場合、各対象方向Ｄｉから到来している音は、いずれも雑音であり、評価値Ｖｉの大きさは、雑音の受信感度の高さに相当する、と考えられるためである。
【０１５１】
一方、評価値Ｖｉの最大値と最小値との差が閾値ＴＨ５以上である場合（ステップＳＴ２０４のＹＥＳ）、方向選択部１７は、発話者の有無が不明であると判定する。そして、方向選択部１７は、前フレーム（ｐ−１）において出力方向Ｄｉとして選択した対象方向Ｄｉを、現フレーム（ｐ）の出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ２０６）。
【０１５２】
方向選択部１７は、出力方向Ｄｏｕｔを選択すると、選択した出力方向Ｄｏｕｔを出力部１８に通知する。出力方向Ｄｏｕｔを通知された出力部１８は、候補信号記憶部１４から、出力方向Ｄｏｕｔの候補信号を読み出し、読み出した候補信号を出力信号として出力する（ステップＳＴ２０７）。
【０１５３】
なお、第１の選択方法において、ステップＳＴ２０４，ＳＴ１０６は省略されてもよい。これにより、出力方向Ｄｏｕｔの選択処理の計算量を減らし、選択処理を高速化することができる。ステップＳＴ２０４，ＳＴ２０６を省略する場合、ステップＳＴ２０２の判定により、発話者の方向の変化の有無を判定すればよい。すなわち、ステップＳＴ２０２のＮＯの場合、ステップＳＴ２０５の処理を実行すればよい。
【０１５４】
また、図１０の例では、方向選択部１７は、評価値Ｖｉの相対評価により、発話者の有無を判定したが、評価値Ｖｉの絶対評価により、発話者の有無を判定してもよい。この場合、方向選択部１７は、少なくとも１つの評価値Ｖｉが閾値ＴＨ６以上である場合、発話者が存在すると判定し、評価値Ｖｉが最大の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する。また、方向選択部１７は、全ての評価値Ｖｉが閾値ＴＨ７未満である場合、発話者が存在しないと判定し、評価値Ｖｉが最小の対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する。閾値ＴＨ６，ＴＨ７は、実験により適切な値に決定すればよい。また、閾値ＴＨ６，ＴＨ７は、同一であってもよいし異なってもよい。
【０１５５】
（第２の選択方法）
次に、特徴量Ｃｉを利用した出力方向Ｄｏｕｔの第２の選択方法について説明する。第２の選択方法は、検出したい音源の有無の判定と、出力方向Ｄｏｕｔの選択と、をそれぞれ異なる特徴量Ｃｉｑを用いて行う方法である。
【０１５６】
図１１は、第２の選択方法の一例を示すフローチャートである。図１１の処理は、第１実施形態におけるステップＳＴ１０４以降の処理に相当する。したがって、図１１の処理の開始時点で、特徴量記憶部１６には、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉが記憶されている。以下では、音響信号処理装置１が音声を検出する場合を例に説明する。
【０１５７】
また、各対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉには、特徴量Ｃｉ１と、特徴量Ｃｉ２と、が含まれるものとする。特徴量Ｃｉ１は、ＳＮＲｉであり、特徴量Ｃｉ２は、スコアＧｉであるものとする。スコアＧは、対象方向Ｄｉにおける発話者の有無（対象方向Ｄｉから到来した音に音声が含まれるか否か）を示す判定結果である。スコアＧｉは、値が１である場合、対象方向Ｄｉに発話者が存在することを示し、値が０である場合、対象方向Ｄｉに発話者が存在しないことを示すものとする。このようなスコアＧは、ＧＭＭに目標信号Ｓｉなどを入力することにより得られる。
【０１５８】
まず、方向選択部１７は、特徴量記憶部１６から対象方向Ｄｉの特徴量Ｃｉを読み出し、読み出した各スコアＧｉ（特徴量Ｃｉ２）に基づいて、発話者が存在するか判定する（ステップＳＴ３０１）。方向選択部１７は、値が１であるスコアＧが１つ以上存在する場合、発話者は存在すると判定する。一方、方向選択部１７は、値が１であるスコアＧが１つも存在しない場合、発話者は存在しないと判定する。
【０１５９】
発話者が存在する場合（ステップＳＴ３０１のＹＥＳ）、方向選択部１７は、スコアＧｉの値が１である対象方向Ｄｉの中から、ＳＮＲｉが最大の対象方向Ｄｉを出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ３０２）。
【０１６０】
一方、発話者が存在しない場合（ステップＳＴ３０１のＮＯ）、方向選択部１７は、ＳＮＲｉが最小の対象方向Ｄｉを出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ３０３）。
【０１６１】
方向選択部１７は、出力方向Ｄｏｕｔを選択すると、選択した出力方向Ｄｏｕｔを出力部１８に通知する。出力方向Ｄｏｕｔを通知された出力部１８は、候補信号記憶部１４から、出力方向Ｄｏｕｔの候補信号を読み出し、読み出した候補信号を出力信号として出力する（ステップＳＴ３０４）。
【０１６２】
図１２は、第２の選択方法の具体例を説明する図である。図１２の例では、８個の対象方向Ｄｉ（ｉ＝１〜８）が等間隔で設定されている。対象方向Ｄ２には発話者ではない音源ＳＳ２（例えば、スピーカ）が存在する。この音源ＳＳ２から到来した音により、対象方向Ｄ２は、スコアＧ２（特徴量Ｃ２２）が０となり、ＳＮＲ２（特徴量Ｃ２１）が２０となっている。
【０１６３】
また、対象方向Ｄ５には音源ＳＳ５が存在する。音源ＳＳ５は発話者である。この音源ＳＳ５から到来した音（音声）により、対象方向Ｄ５は、スコアＧ５（特徴量Ｃ５２）が１となり、ＳＮＲ５（特徴量Ｃ５１）が１０となっている。なお、説明を簡単にするため、他の対象方向ＤｉのスコアＧｉ及びＳＮＲｉはいずれも０であるものとする。
【０１６４】
この場合、スコアＧ５が１であるため、方向選択部１７は、発話者は存在すると判定する（ステップＳＴ３０１のＹＥＳ）。そして、方向選択部１７は、スコアＧが１である対象方向Ｄｉのうち、ＳＮＲｉが最大の対象方向Ｄｉである、対象方向Ｄ５を、出力方向Ｄｏｕｔとして選択する（ステップＳＴ３０２）。その後、出力部１８が、対象方向Ｄ５の候補信号が出力信号として出力する（ステップＳＴ３０４）。すなわち、音響信号処理装置１は、音源ＳＳ５（発話者）からの音（音声）を出力する。
【０１６５】
以上説明したとおり、本実施形態に係る音響信号処理装置１は、複数の特徴量Ｃｉｑを使用することにより、所望の種類の音（音源）を検出し、音（音源）を検出した対象方向Ｄｉの中から、出力方向Ｄｏｕｔを選択することができる。この結果、雑音（所望の種類の音とは異なる種類の音）が到来している場合であっても、所望の種類の音の音源が存在する対象方向Ｄｉを、出力方向Ｄｏｕｔとして選択することができる。
【０１６６】
例えば、図１２の例では、音源ＳＳ２からの雑音のＳＮＲ２が、音源ＳＳ５からの音声のＳＮＲ５より大きい。しかしながら、上述の通り、音響信号処理装置１は、対象方向Ｄ５を出力方向Ｄｏｕｔとして選択し、音源ＳＳ５からの音声に対応する出力信号を出力している。
【０１６７】
本実施形態に係る音響信号処理装置１を音声会議システム等に適用した場合、音響信号処理装置１は、雑音の影響を抑制し、発話者から到来した音声を精度よく集音し、通信相手に送信することができる。
【０１６８】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１６９】
１：音響信号処理装置
１１：集音部
１２：音響信号記憶部
１３：ビームフォーマ部
１４：候補信号記憶部
１５：特徴量計算部
１６：特徴量記憶部
１７：方向選択部
１８：出力部
１９：候補信号生成部
１００：マイクロホンアレイ
２００：コンピュータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７０】
【特許文献１】特許第５３７７５１８号公報
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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