(57)【要約】      （修正有）【課題】Ａ／Ｄ変換回路内で生成されるノイズを抑制すること。【解決手段】ノイズ抑圧装置５０は、内部回路を介して相互に接続される入力及び出力端子を複数有すると共に、第１入力端子に接続される第１マイクロフォンから出力されるアナログ信号を変換したデジタル信号を第１出力端子から出力するＡ／Ｄ変換回路５と、Ａ／Ｄ変換回路５の第１出力端子から出力されるデジタル信号とＡ／Ｄ変換回路５の第２出力端子から出力されるデジタル信号とに基づいて第１フィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部６と、フィルタ係数決定部６により決定された第１フィルタ係数及びＡ／Ｄ変換回路５の第２出力端子から出力されるデジタル信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路５の第１出力端子から出力されるデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部７と、を備える。【選択図】図２
2009145766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧装置であって、
内部回路を介して相互に接続される入力及び出力端子を複数有すると共に、第１入力端子に接続される第１マイクロフォンから出力されるアナログ信号を変換したデジタル信号を第１出力端子から出力するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第１出力端子から出力されるデジタル信号と前記Ａ／Ｄ変換回路の第２出力端子から出力されるデジタル信号とに基づいて第１フィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、
前記フィルタ係数決定部により決定された前記第１フィルタ係数及び前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第２出力端子から出力されるデジタル信号に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第１出力端子から出力されるデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、
を備えるノイズ抑圧装置。
【請求項２】
前記第２出力端子に内部回路を介して接続された前記Ａ／Ｄ変換回路の第２入力端子は電気的にフローティング状態にあることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項３】
前記Ａ／Ｄ変換回路には複数の前記マイクロフォンが接続され、
前記フィルタ係数決定部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応して前記フィルタ係数を決定し、
前記ノイズ抑圧部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応してノイズ抑圧処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項４】
請求項１記載のノイズ抑圧装置を含む音源方位推定装置。
【請求項５】
請求項４記載の音源方位推定装置を含むロボット。
【請求項６】
音信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧装置であって、
マイクロフォンが接続されるＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に基づいてノイズ抑制処理に用いられるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、
前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、
を備え、
前記フィルタ係数決定部は、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記フィルタ係数を決定し、
前記ノイズ抑圧部は、前記フィルタ係数決定部により決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行する、ノイズ抑圧装置。
【請求項７】
前記Ａ／Ｄ変換回路は、複数の入力及び出力端子を備え、
複数の前記入力端子は、前記マイクロフォンが接続される少なくとも１つの入力端子及び前記マイクロフォンが接続されない少なくとも１つの入力端子を含むことを特徴とする請求項に６記載のノイズ抑圧装置。
【請求項８】
前記マイクロフォンが接続されない前記入力端子は電気的にフローティング状態にあることを特徴とする請求項７に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項９】
前記Ａ／Ｄ変換回路の内部で生じる前記ノイズは、フローティング状態の前記入力端子と前記出力端子間に生じるノイズであることを特徴とする請求項８に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１０】
前記Ａ／Ｄ変換回路には複数の前記マイクロフォンが接続され、
前記フィルタ係数決定部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応して前記フィルタ係数を決定し、
前記ノイズ抑圧部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応してノイズ抑圧処理を実行することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１１】
前記Ａ／Ｄ変換回路に接続されるべき前記マイクロフォンは無指向性であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１２】
前記フィルタ係数決定部は、
入力された前記デジタル信号を所定の演算式に適用させて前記フィルタ係数を求める第１演算実行部と、
前記第１演算実行部により求めた前記フィルタ係数を所定の評価関数で評価してノイズ抑圧処理に用いる前記フィルタ係数を決定する評価実行部と、
を備えることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１３】
前記フィルタ係数決定部は、
入力された前記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換実行部と、
前記フーリエ変換の結果を所定の演算式に適用する第２演算実行部と、
前記第２演算実行部で求めた解に対して離散フーリエ逆変換を実行する離散フーリエ実行部と、
を備えることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１４】
前記フィルタ係数決定部は、更に
入力された前記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換実行部と、
前記フーリエ変換の結果を所定の演算式に適用する第２演算実行部と、
前記第２演算実行部で求めた解に対して離散フーリエ逆変換を実行する離散フーリエ実行部と、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載のノイズ抑圧装置。
【請求項１５】
複数のマイクロフォンから出力される音信号に基づいて音源の方位を推定する音源方位推定装置であって、
複数のマイクロフォンが接続されるＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に基づいてノイズ抑制処理に用いられる複数のフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、
複数の前記マイクロフォンの夫々から出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換された複数のデジタル信号夫々に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、
前記ノイズ抑圧部から出力される複数のデジタル信号に基づいて音源の方位を推定する音源方位推定部と、
を備え、
前記フィルタ係数決定部は、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、複数の前記フィルタ係数夫々を決定し、
前記ノイズ抑圧部は、前記フィルタ係数決定部により決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行する、音源方位推定装置。
【請求項１６】
前記Ａ／Ｄ変換回路は、複数の入力及び出力端子を備え、
複数の前記入力端子は、前記マイクロフォンが接続される少なくとも１つの入力端子及び前記マイクロフォンが接続されない少なくとも１つの入力端子を含むことを特徴とする請求項１５に記載の音源方位推定装置。
【請求項１７】
前記マイクロフォンが接続されない前記入力端子は電気的にフローティング状態にあることを特徴とする請求項１６に記載の音源方位推定装置。
【請求項１８】
前記Ａ／Ｄ変換回路の内部で生じる前記ノイズは、フローティング状態の前記入力端子と前記出力端子間に生じるノイズであることを特徴とする請求項１７に記載の音源方位推定装置。
【請求項１９】
請求項１５乃至１８のいずれか一項記載の音源方位推定装置を含むロボット。
【請求項２０】
マイクロフォンが入力端子に接続されるＡ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に含まれるノイズをコンピュータに抑圧させるノイズ抑圧方法であって、
前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、ノイズ抑圧処理で用いられるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定ステップと、
前記フィルタ係数決定ステップで予め決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧ステップと、
を備えるノイズ抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ抑圧装置、音源方位推定装置、ロボット、及びノイズ抑圧方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パートナーロボットといったようにヒトの生活に密着したロボットが注目されている。例えば、楽器演奏等のアミューズメントを提供するパートナーロボット、及び被介護者に介護を提供するパートナーロボットが知られている。
【０００３】
高性能なパートナーロボットを実現するに際して、パートナーロボットが空間を移動したり、ヒトとの対話に応じた所望の動作を実現したりすることが要求される。空間を移動することが要求される場合、パートナーロボットの内部には、電源、アクチュエータ、及び駆動制御回路等の様々な部品が実装される。また、ヒトが居る方向を探知することが要求される場合、パートナーロボットの内部には、ヒトが発した音声の方位を検出する装置が実装される。
【０００４】
音源の方位を検出する場合、複数のマイクロフォンで受音した複数の信号に基づいて音源の方位を検出すると良い。しかしながら、マイクロフォンを用いてヒトが発した音声を受音する場合、ヒトが発した音声以外のノイズも受音してしまう場合がある。このような場合には、ノイズの影響を低減させる必要が生じる。
【０００５】
特許文献１には、音源に対応するマイクロフォンの出力からノイズ源に対応するマイクロフォンの出力を減算する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１３４６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロフォンを用いてロボットの外部の音源の方位を推定する場合、マイクロフォンから出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換すると良い。そして、Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に基づいて音源の方位を推定すれば良い。
【０００７】
しかしながら、上述のように、ロボット内部には様々な電子部品が実装されており、電子部品の動作に応じて電気的ノイズが発生する場合がある。電子部品の動作に応じて発生する電気的ノイズの影響によって、Ａ／Ｄ変換回路内でノイズが生成されてしまう場合、高精度に音源の方位を推定することが阻害されてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、Ａ／Ｄ変換回路内で生成されるノイズ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】
【０００９】
本発明にかかる音信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧装置は、内部回路を介して相互に接続される入力及び出力端子を複数有すると共に、第１入力端子に接続される第１マイクロフォンから出力されるアナログ信号を変換したデジタル信号を第１出力端子から出力するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第１出力端子から出力されるデジタル信号と前記Ａ／Ｄ変換回路の第２出力端子から出力されるデジタル信号とに基づいて第１フィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、前記フィルタ係数決定部により決定された前記第１フィルタ係数及び前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第２出力端子から出力されるデジタル信号に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換回路の前記第１出力端子から出力されるデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、を備える。
【００１０】
ノイズ抑圧装置は、マイクロフォンから出力されるアナログ信号がＡ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及びＡ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号を利用してフィルタ係数を決定する。ノイズ抑圧装置は、決定したフィルタ係数、及びＡ／Ｄ変換回路から出力され、Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、マイクロフォンから出力されるアナログ信号がＡ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行する。これによって、Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを抑圧することができる。
【００１１】
前記第２出力端子に内部回路を介して接続された前記Ａ／Ｄ変換回路の第２入力端子は電気的にフローティング状態にある、と良い。
【００１２】
前記Ａ／Ｄ変換回路には複数の前記マイクロフォンが接続され、前記フィルタ係数決定部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応して前記フィルタ係数を決定し、前記ノイズ抑圧部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応してノイズ抑圧処理を実行する、と良い。
【００１３】
本発明に係る音源方位推定装置は、上述のノイズ抑圧装置を含む。本発明に係るロボットは、上述の音源方位推定装置を含む。
【００１４】
本発明にかかる音信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧装置は、マイクロフォンが接続されるＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に基づいてノイズ抑制処理に用いられるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、を備え、前記フィルタ係数決定部は、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記フィルタ係数を決定し、前記ノイズ抑圧部は、前記フィルタ係数決定部により決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行する。
【００１５】
前記Ａ／Ｄ変換回路は、複数の入力及び出力端子を備え、複数の前記入力端子は、前記マイクロフォンが接続される少なくとも１つの入力端子及び前記マイクロフォンが接続されない少なくとも１つの入力端子を含む、と良い。
【００１６】
前記マイクロフォンが接続されない前記入力端子は電気的にフローティング状態にある、と良い。
【００１７】
前記Ａ／Ｄ変換回路の内部で生じる前記ノイズは、フローティング状態の前記入力端子と前記出力端子間に生じるノイズである、と良い。
【００１８】
前記Ａ／Ｄ変換回路には複数の前記マイクロフォンが接続され、前記フィルタ係数決定部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応して前記フィルタ係数を決定し、前記ノイズ抑圧部は、複数の前記マイクロフォンの出力夫々に対応してノイズ抑圧処理を実行する、と良い。
【００１９】
前記Ａ／Ｄ変換回路に接続されるべき前記マイクロフォンは無指向性である、と良い。
【００２０】
前記フィルタ係数決定部は、入力された前記デジタル信号を所定の演算式に適用させて前記フィルタ係数を求める第１演算実行部と、前記第１演算実行部により求めた前記フィルタ係数を所定の評価関数で評価してノイズ抑圧処理に用いる前記フィルタ係数を決定する評価実行部と、を備える、と良い。
【００２１】
前記フィルタ係数決定部は、入力された前記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換実行部と、前記フーリエ変換の結果を所定の演算式に適用する第２演算実行部と、  前記第２演算実行部で求めた解に対して離散フーリエ逆変換を実行する離散フーリエ実行部と、を備える、と良い。
【００２２】
前記フィルタ係数決定部は、更に入力された前記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換実行部と、前記フーリエ変換の結果を所定の演算式に適用する第２演算実行部と、前記第２演算実行部で求めた解に対して離散フーリエ逆変換を実行する離散フーリエ実行部と、を備える、と良い。
【００２３】
本発明に係る音源方位推定装置は、複数のマイクロフォンから出力される音信号に基づいて音源の方位を推定する音源方位推定装置であって、複数のマイクロフォンが接続されるＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に基づいてノイズ抑制処理に用いられる複数のフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定部と、複数の前記マイクロフォンの夫々から出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換された複数のデジタル信号夫々に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧部と、前記ノイズ抑圧部から出力される複数のデジタル信号に基づいて音源の方位を推定する音源方位推定部と、を備え、前記フィルタ係数決定部は、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、複数の前記フィルタ係数夫々を決定し、前記ノイズ抑圧部は、前記フィルタ係数決定部により決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行する。
【００２４】
前記Ａ／Ｄ変換回路は、複数の入力及び出力端子を備え、複数の前記入力端子は、前記マイクロフォンが接続される少なくとも１つの入力端子及び前記マイクロフォンが接続されない少なくとも１つの入力端子を含む、と良い。
【００２５】
前記マイクロフォンが接続されない前記入力端子は電気的にフローティング状態にある、と良い。
【００２６】
前記Ａ／Ｄ変換回路の内部で生じる前記ノイズは、フローティング状態の前記入力端子と前記出力端子間に生じるノイズである、と良い。
【００２７】
本発明にかかるノイズ抑圧方法は、マイクロフォンが入力端子に接続されるＡ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル信号に含まれるノイズをコンピュータに抑圧させるノイズ抑圧方法であって、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、ノイズ抑圧処理で用いられるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定ステップと、前記フィルタ係数決定ステップで予め決定された前記フィルタ係数、及び前記Ａ／Ｄ変換回路から出力され、前記Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを含むデジタル信号に基づいて、前記マイクロフォンから出力されるアナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換回路により変換されたデジタル信号に対してノイズ抑圧処理を実行するノイズ抑圧ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、Ａ／Ｄ変換回路内で生成されるノイズを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１乃至１１を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、移動型ロボットの概略的な構成を示す模式図である。図２は、音源方位推定装置の概略的な構成を示すブロック図である。図３は、ロボット起動時の音源方位推定装置の動作を説明するための概略的なフローチャートである。図４は、フィルタ係数決定部の第１構成を示す概略的なブロック図である。図５は、第１構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。図６は、フィルタ係数決定部の第２構成を示す概略的なブロック図である。図７は、第２構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。図８は、フィルタ係数決定部の第３構成を示す概略的なブロック図である。図９は、第３構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。図１０は、ノイズ抑圧部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。図１１は、フィルタ係数決定部の構成がノイズ抑圧部から出力されるデジタルデータのＳＮＲに与える影響を示す図である。
【００３１】
図１に、本発明の実施形態にかかるロボット１００を示す。ロボット１００は、自律的な移動、ヒトとの対話が可能なロボットである。図１に示すように、ロボット１００は、頭部１０、胴部１１、腕１２、及び車輪１３を有する。
【００３２】
ロボット１００の筐体内には、様々な部品が組み込まれる。ロボット１００の筐体内には、ロボット１００の動作を制御する制御部、制御部からの指令に基づいて機械的に可動な駆動機構、制御部による処理に供する情報を取得するセンサ、センサからの入力を処理する処理回路、表示装置等の報知機構、及び電子機器に電源を供給する二次電池（電源）が実装される。
【００３３】
制御部は、通常のコンピュータから構成され、ＣＰＵ、マザーボード、及び外部記憶装置（ハードディスク等）を有する。駆動機構は、モータ、アクチュエータ、及び機械的リンク等によって構成される。センサは、撮像素子、マイクロフォン、及び感熱素子等といった各種センサである。処理回路は、Ａ／Ｄ変換回路、及び信号処理回路等といった回路部品である。報知機構は、液晶表示装置、スピーカー、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等といったように映像、音、及び光によって何らかの情報をヒトに伝達させる手段である。
【００３４】
制御部は、センサから入力され処理回路でデジタル化されたデジタル信号に応じて、駆動機構又は報知機構を制御する。このようにしてロボット１００は、必要に応じて空間を移動したり、必要に応じてヒトに対して何らかの情報を報知したりする。より具体的にはロボット１００の車輪１３は、制御部が駆動機構を制御することによって回転する。ロボット１００の腕１２は、制御部が駆動機構を制御することによって上下又は左右に動く。
【００３５】
本実施形態にかかるロボット１００には、図２に示す音源方位推定装置５０が組み込まれる。これによって、ロボット１００は、音源の方位を推定することが可能になる。ロボット１００は、音源方位推定装置５０からの出力に基づいて所望の動作を実現する。より具体的には、ロボット１００は、頭部１０を検出した音源の方位に回転させたり、車輪１３の回転に従って検出した音源の方位に向かって直進したりする。
【００３６】
図２に、ロボット１００内に組み込まれる音源方位推定装置５０のブロック構成を示す。図２に示すように、音源方位推定装置５０は、マイクロフォンアレイ１、ノイズ抑圧装置２、音源方位推定部３、及び出力部４を有する。なお、マイクロフォンアレイ１は、マイクロフォンＭ１、マイクロフォンＭ２、及びマイクロフォンＭ３を有する。ノイズ抑圧装置２は、Ａ／Ｄ変換回路５、フィルタ係数決定部６、及びノイズ抑圧部７を有する。
【００３７】
まず、音源方位推定装置５０の上述の要素の接続関係について説明する。図２に示すように、マイクロフォンＭ１は、Ａ／Ｄ変換回路５の入力ａ１に接続される。マイクロフォンＭ２は、Ａ／Ｄ変換回路５の入力ａ２に接続される。マイクロフォンＭ３は、Ａ／Ｄ変換回路５の入力ａ３に接続される。Ａ／Ｄ変換回路５の出力ｂ１は、フィルタ係数決定部６の入力ｃ１及びノイズ抑圧部７の入力ｆ１に接続される。Ａ／Ｄ変換回路５の出力ｂ２は、フィルタ係数決定部６の入力ｃ２及びノイズ抑圧部７の入力ｆ２に接続される。Ａ／Ｄ変換回路５の出力ｂ３は、フィルタ係数決定部６の入力ｃ３及びノイズ抑圧部７の入力ｆ３に接続される。フィルタ係数決定部６の出力ｄ１は、ノイズ抑圧部７の入力ｅ１に接続される。フィルタ係数決定部６の出力ｄ２は、ノイズ抑圧部７の入力ｅ２に接続される。ノイズ抑圧部７の出力ｇ１は、音源方位推定部３の入力ｈ１に接続される。ノイズ抑圧部７の出力ｇ２は、音源方位推定部３の入力ｈ２に接続される。音源方位推定部３の出力ｉ１は、出力部４に接続される。
【００３８】
マイクロフォンアレイ１は、マイクロフォンＭ１乃至Ｍ３が等間隔で同一の平面内に配置された部材である。各マイクロフォンは、無指向性のマイクロフォンである。各マイクロフォンは、音源から空間を介して伝達する音信号を電気信号に変換する。各マイクロフォンは、音信号に応じたアナログ信号を出力する。マイクロフォンＭ１及びＭ２を音信号取得用のマイクフォンである。マイクロフォンＭ３は、雑音信号取得用のマイクロフォンである。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換回路５は、Ａ／Ｄ変換する回路が組み込まれた半導体回路素子であって、入力端子ａ１〜ａ３及び出力端子ｂ１〜ｂ３を有する。各入力端子は、Ａ／Ｄ変換回路５の内部回路を介して各出力端子に接続される。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換回路５は、マイクロフォンＭ１から出力され、入力端子ａ１を介して入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を出力端子ｂ１から出力する。Ａ／Ｄ変換回路５は、マイクロフォンＭ２から出力され、入力端子ａ２を介して入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を出力端子ｂ２から出力する。Ａ／Ｄ変換回路５は、マイクロフォンＭ３から出力され、入力端子ａ３を介して入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を出力端子ｂ３から出力する。なお、以下の説明では、出力端子ｂ１から出力されたデジタル信号をデジタル信号ＤＳ１とし、出力端子ｂ２から出力されたデジタル信号をデジタル信号ＤＳ２とし、出力端子ｂ３から出力されたデジタル信号をデジタル信号ＤＳ３として説明する。
【００４１】
フィルタ係数決定部６は、Ａ／Ｄ変換回路５から出力されるデジタル信号に基づいてノイズ抑制処理に用いられるフィルタ係数を決定し、決定したフィルタ係数をノイズ抑圧部に出力する。
【００４２】
より具体的には、フィルタ係数決定部６は、デジタル信号ＤＳ１及びデジタル信号ＤＳ３に基づいてフィルタ係数ＦＣ１を決定する。フィルタ係数決定部６は、デジタル信号ＤＳ２及びデジタル信号ＤＳ３に基づいてフィルタ係数ＦＣ２を決定する。すなわち、フィルタ係数決定部６は、マイクロフォンＭ１に対応するフィルタ係数ＦＣ１、及びマイクロフォンＭ２に対応するフィルタ係数ＦＣ２を決定する。なお、フィルタ係数決定部６の具体的な構成及び動作については後述する。
【００４３】
ノイズ抑圧部７は、マイクロフォンＭ１及びＭ２から出力されたアナログ信号がＡ／Ｄ変換回路５によって変換されたデジタル信号ＤＳ１及びＤＳ２に対してノイズ抑圧処理を実行し、ノイズ抑圧処理されたデジタル信号ＤＳ１及びＤＳ２を出力する。
【００４４】
より具体的には、ノイズ抑圧部７は、フィルタ係数ＦＣ１及びデジタル信号ＤＳ３に基づいてデジタル信号ＤＳ１に対してノイズ抑圧処理を実行する。ノイズ抑圧部７は、フィルタ係数ＦＣ２及びデジタル信号ＤＳ３に基づいてデジタル信号ＤＳ２に対してノイズ抑圧処理を実行する。なお、ノイズ抑圧部７の動作について後述する。
【００４５】
音源方位推定部３は、ノイズ抑圧部７から出力されたデジタル信号ＤＳ１及びデジタル信号ＤＳ２に基づいて音源の方位を推定し、音源方位を示すデジタル信号ＤＳ４を出力する。ここでは、音源方位推定部３は、デジタル信号ＤＳ１とデジタル信号ＤＳ２の入力時間の差に基づいて音源の方位を推定する。なお、音源の方位を推定する方法には様々な方法があり、上述の方法に限定されるものではない。  
【００４６】
出力部４は、音源方位推定部３から出力されるデジタル信号ＤＳ４をロボット１００内に組み込まれるバスに接続させる。
【００４７】
なお、フィルタ係数決定部６、ノイズ抑圧部７、及び音源方位推定部３の各機能は、記憶部に格納されたプログラムがＣＰＵで順次実行されることによって実現される。換言すると、フィルタ係数決定部６、ノイズ抑圧部７、及び音源方位推定部３の各機能は、コンピュータによって実現される。
【００４８】
図３に、ロボット起動時の音源方位推定装置の動作を説明するための概略的なフローチャートを示す。
【００４９】
図３に示すように、まず、オフ状態のロボットの電源がオンする（Ｓ１）。なお、ロボットの電源をオンする具体的な方法は任意である。また、ロボットの電源オンに応じて、Ａ／Ｄ変換回路５には電源が供給されるものとする。
【００５０】
尚、上述のように、ロボット内部には様々な電子部品が実装されており、電子部品の動作に応じて電気的ノイズが発生する場合がある。特に、ロボットの起動時には、様々な電子部品が動作状態となり、高い強度の電気的ノイズが生じる場合がある。
【００５１】
次に、ロボットの電源オンに応じて、フィルタ係数を決定する（Ｓ２）。具体的には、音源方位推定装置５０は、フィルタ係数決定部６の機能を活性化させ、フィルタ係数ＦＣ１、ＦＣ２を順次決定する。なお、フィルタ係数を決定する動作は、電源オンした時点から１０秒以内に実行すると良い。
【００５２】
次に、音源方位の検出を実行する（Ｓ３）。具体的には、音源方位推定装置５０は、ノイズ抑圧部７、音源方位推定部３、出力部４の機能を活性化させ、最終的に音源の方位を示すデジタル信号ＤＳ４を生成する。
【００５３】
本実施形態においては、音源方位推定装置５０は、ロボットの起動に応じてフィルタ係数を決定する。換言すると、音源方位推定装置５０は、ロボットの起動期間にフィルタ係数を決定する。これによってＡ／Ｄ変換回路５にノイズが生成される条件でフィルタ係数を決定することができる。ロボットの起動時にフィルタ係数を決定することによって、その後のノイズ抑圧処理時に、Ａ/Ｄ変換回路５で生じるノイズを効果的に抑圧することが実現される。
【００５４】
なお、上述のように、フィルタ係数決定部６、ノイズ抑圧部７、及び音源方位推定部３の各機能は、記憶部に格納されたプログラムがＣＰＵで順次実行されることによって実現される。従って、Ｓ１〜Ｓ３のステップは、実行されるプログラムで順序付けられているものとする。
【００５５】
ここで、図４乃至図９を参照して、フィルタ係数決定部６の構成及び動作について説明する。ここでは、第１構成乃至第３構成のフィルタ係数決定部６のいずれかを採用するものとする。第１構成は、時間領域における最急降下法ベースアルゴリズムに基づく構成である。第２構成は、周波数領域におけるＣｌｏｓｅｄ−ｆｏｒｍ最適解に基づく構成である。第３構成は、第１構成と第２構成の組み合わせである。第１構成乃至第３構成のフィルタ係数決定部は、各マイクロフォンからの各出力に対応して後述の各ステップを実行し、マイクロフォン毎に複数のフィルタ係数を決定する。
【００５６】
図４及び図５を参照して、第１構成のフィルタ係数決定部６の構成及び動作について説明する。
【００５７】
図４に示すように、第１構成のフィルタ係数決定部６は、演算実行部２１、及び評価実行部２２を有する。
【００５８】
演算実行部２１は、入力されたデジタル信号に対して数１を適用してフィルタ係数を求める。評価実行部２２は、数２に基づいて算出したフィルタ係数を評価し、ノイズ抑圧処理に用いられるフィルタ係数を決定する。なお、数１は、フィルタ係数を求めるための式であり、数２は、フィルタ係数を評価するコスト関数である。但し、αは所定の係数（更新係数）であり、lは更新回数であり、tは時刻を示す。xi(t)はマイクロフォンＭ１又はＭ２を入力端とするチャネルｉで観察されるデジタル信号であり、xj(t)はマイクロフォンＭ３を入力端とするチャネルｊで観察されるデジタル信号である。kは２以上の自然数である。Aij(k)は、音源から伝達される音のチャネルｉとチャネルｊ間の伝達特性の差である。Aij(k)は、後述の数４のフィルタ係数である。
【数１】
2009145766.tif 000003
【数２】
2009145766.tif 000004
【００５９】
図５に示すように、まず、演算実行部２１は、数１にフィルタ係数の初期値としてフィルタ係数Aij(k)[0]を入力する（Ｓ１）。
【００６０】
次に、演算実行部２１は、数１の解Aij(k)[1]を求める（Ｓ２）。
【００６１】
次に、評価実行部２２は、数１の解を数２に適用する（Ｓ３）。
【００６２】
次に、評価実行部２２は、数２の解が予め設定された閾値以下であるのか判断する（Ｓ４）。
【００６３】
閾値以下であれば、評価実行部２２は、数２に適用した数１の解をフィルタ係数として決定する（Ｓ５）。閾値以下でなければ、演算実行部２１は、更新回数を＋１し、数１の解を再び求める（Ｓ２）。
【００６４】
通常、第１構成のフィルタ係数決定部６は、Ｓ２〜Ｓ４のループを順次実行していくことで最終的に採用可能なフィルタ係数を決定する。
【００６５】
図６及び図７を参照して、第２構成のフィルタ係数決定部６の構成及び動作について説明する。
【００６６】
図６に示すように、第２構成のフィルタ係数決定部６は、フーリエ変換実行部２３、演算実行部２４、及び離散フーリエ逆変換実行部２５を有する。フーリエ変換実行部２３は、入力されたデジタル信号xi(t)、xj(t)をフーリエ変換し、Xi(f)、Xj(f)を出力する。演算実行部２４は、フーリエ変換の結果に対して数３を適用してAij(f)を求める。離散逆フーリエ変換部は、数３で求めた解Aij(f)に対して離散フーリエ逆変換を実行してノイズ抑圧処理に用いられるフィルタ係数Aij(k)とする。
【数３】
2009145766.tif 000005
【００６７】
図７に示すように、フーリエ変換実行部２３は、入力したデジタル信号xi(t)、xj(t)をフーリエ変換する（Ｓ１）。
【００６８】
次に、演算実行部２４は、フーリエ変換の結果に対して数３を適用してAij(f)を求める（Ｓ２）。
【００６９】
次に、離散逆フーリエ変換部は、数３で求めた解Aij(f)に対して離散フーリエ逆変換を実行する（Ｓ３）。このようにしてノイズ抑圧処理で用いられるフィルタ係数が求められる。
【００７０】
図８及び９を参照して、第３構成のフィルタ係数決定部６の構成及び動作について説明する。
【００７１】
図８に示すように、第３構成のフィルタ係数決定部６は、フーリエ変換実行部２３、演算実行部２４、離散フーリエ逆変換実行部２５、演算実行部２１、及び評価実行部２２を有する。第３構成のフィルタ係数決定部６は、上述の第１及び第２構成を組み合わせたものである。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
図９に示すように、まず、フーリエ変換実行部２３は、入力したデジタル信号xi(t)、xj(t)をフーリエ変換する（Ｓ１）。
【００７３】
次に、演算実行部２４は、フーリエ変換の結果に対して数３を適用して数３の階Aij(f)を求める（Ｓ２）。
【００７４】
次に、離散逆フーリエ変換部は、数３で求めた解Aij(f)に対して離散フーリエ逆変換を実行する（Ｓ３）。
【００７５】
次に、評価実行部２２は、離散フーリエ逆変換により得られた値をAij(k)[0]として数２に適用する（Ｓ４）。
【００７６】
次に、評価実行部２２は、数２の解が予め設定された閾値以下であるのか判断する（Ｓ５）。
【００７７】
閾値以下であれば、評価実行部２２は、数２に適用した解をフィルタ関数として決定する（Ｓ８）。
【００７８】
閾値以下でなければ、演算実行部２１は、数１にフィルタ係数の初期値としてフィルタ係数Aij(k)[0]を適用して、数１の解Aij(k)[1]を求める（Ｓ６）。
【００７９】
次に、評価実行部２２は、数１の解を数２に適用する（Ｓ７）。
【００８０】
次に、評価実行部２２は、数２の解が予め設定された閾値以下であるのか判断する（Ｓ５）。このような手順を経ることで、ノイズ抑圧処理に用いられるフィルタ係数を決定する。
【００８１】
次に図１０を参照して、ノイズ抑圧部７の動作について説明する。
【００８２】
図１０に示すように、まずノイズ抑圧部７は、入力されたデジタル信号xi(t)、xj(t)、フィルタ係数Aij(k)を数４に適用し、数４の解Si(t)を求める（Ｓ１）。なお、ノイズ抑圧部７は、各マイクロフォンからの各出力に対応してノイズ抑圧処理を実行するものとする。
【数４】
2009145766.tif 000006
【００８３】
なお、数４は、数５〜７に従って求められる関数である。  但し、xi(t)は、数５のように音信号Si(t)とノイズNi(t)を含むものとする。xj(t)は、数６に示すようにノイズNi(t)を含むものとする。
【数５】
2009145766.tif 000007
【数６】
2009145766.tif 000008
【数７】
2009145766.tif 000009
【００８４】
マイクロフォンＭ１を入力端とするチャネルiとマイクロフォンＭ３を入力端とするチャネルjで同時にノイズが生じると仮定すると、ノイズni(t)は、数７のように表すことができる。Aij(k)は、チャネルｉとチャネルｊ間の伝達特性の差である。数７を変形することによって数１を求めることができる。
【００８５】
次に、音源方位推定部３は、数４の解として出力される各デジタル信号に基づいて音源の方位を推定する（Ｓ２）。なお、上述のように、音源方位の推定の具体的な方法は任意である。
【００８６】
次に、出力部４は、音源方位推定部３から出力された音源方位を示すデジタル信号をロボット１００のバスに接続させる（Ｓ３）。
【００８７】
上述の説明から明らかなように、本実施形態にかかるノイズ抑圧装置２においては、Ａ／Ｄ変換回路内で生じるノイズを考慮してフィルタ係数を決定し、このフィルタ係数を利用してマイクロフォンからの出力に含まれるノイズを抑圧する。従って、ロボット１００内に音源方位推定装置５０を配置したとしても、音源方位推定装置５０が誤って音源の方位を推定することが抑制され、結果としてロボット１００が誤動作することが抑制される。
【００８８】
最後に、図１１に、フィルタ係数決定部の構成の違いが、ノイズ抑圧部から出力されるデジタル信号のＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)に与える影響を示す。図１１に示すように、フィルタ係数を適切に設定することによって、ノイズ抑圧部から出力されるデジタル信号のＳＮＲを向上させることが分かる。なお、図１１では、ＳＮＲの値が大きくなるほど、ＳＮＲが改善されることを示す。
【００８９】
[第２の実施形態]
以下、図１２を参照して、本発明の第２の実施形態にかかる音源方位推定装置５１について説明する。
【００９０】
図１２に示すように、本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、Ａ／Ｄ変換回路の入力端子ａ３には、マイクロフォンＭ３が接続されていない。換言すると、Ａ／Ｄ変換回路５の入力端子ａ３は、電気的にフローティング状態にある。このようにＡ／Ｄ変換回路５の入力端子ａ３を無入力にすることによって、ノイズNj(t)をＡ／Ｄ変換回路５内で生じるノイズを限定することができる。従って、ノイズ抑圧装置２及び音源方位推定装置５０の動作をより予測可能なものにすることができる。
【００９１】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換回路に接続されるマイクロフォンの数はＮ個（但し、Ｎは２以上の自然数である）であれば良い。フィルタ係数決定部、ノイズ抑圧部、及び音源方位推定部をハードウェアで実現しても良い。ノイズ抑圧部は、音源方位推定装置以外の用途にも適用できる。音源方位推定装置は、ロボット以外の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる移動型ロボットの概略的な構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる音源方位推定装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるロボット起動時の音源方位推定装置の動作を説明するための概略的なフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるフィルタ係数決定部の第１構成を示す概略的なブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる第１構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかるフィルタ係数決定部の第２構成を示す概略的なブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる第２構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかるフィルタ係数決定部の第３構成を示す概略的なブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態にかかる第３構成のフィルタ係数決定部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態にかかるノイズ抑圧部の動作を説明するための概略的なフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態にかかるフィルタ係数決定部の構成がノイズ抑圧部から出力されるデジタルデータのＳＮＲに与える影響を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態にかかる音源方位推定装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００    ロボット
１０    頭部
１１    胴部
１２    腕
１３    車輪
５０    音源方位推定装置
１    マイクロフォンアレイ
２    ノイズ抑圧装置
３    音源方位推定部
４    出力部
５    Ａ／Ｄ変換回路
６    フィルタ係数決定部
７    ノイズ抑圧部
Ｍ１-Ｍ３    マイクロフォン
２１    演算実行部
２２    評価実行部
２３    フーリエ変換実行部
２４    演算実行部
２５    離散フーリエ逆変換実行部
【図１】
2009145766.tif 000010
【図２】
2009145766.tif 000011
【図３】
2009145766.tif 000012
【図４】
2009145766.tif 000013
【図５】
2009145766.tif 000014
【図６】
2009145766.tif 000015
【図７】
2009145766.tif 000016
【図８】
2009145766.tif 000017
【図９】
2009145766.tif 000018
【図１０】
2009145766.tif 000019
【図１１】
2009145766.tif 000020
【図１２】
2009145766.tif 000021