JPWO2006132249A1 - Signal separation device - Google Patents
Signal separation device Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2006132249A1 JPWO2006132249A1 JP2007520126A JP2007520126A JPWO2006132249A1 JP WO2006132249 A1 JPWO2006132249 A1 JP WO2006132249A1 JP 2007520126 A JP2007520126 A JP 2007520126A JP 2007520126 A JP2007520126 A JP 2007520126A JP WO2006132249 A1 JPWO2006132249 A1 JP WO2006132249A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- output
- gradient
- spatial
- signals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 155
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 20
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 14
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 68
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- IVIIAEVMQHEPAY-UHFFFAOYSA-N tridodecyl phosphite Chemical compound CCCCCCCCCCCCOP(OCCCCCCCCCCCC)OCCCCCCCCCCCC IVIIAEVMQHEPAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
- G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
- G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
- G10L21/0272—Voice signal separating
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Abstract
二次元平面又は三次元空間の異なる位置から出力される出力信号を簡易な処理工程及び装置構成で迅速かつ確実に分離できる信号分離装置を提供する。異なる位置の出力源201、202から出力される各出力信号が重畳された重畳信号を各出力信号に関する時間勾配の瞬時混合和として検出し、この時間勾配の瞬時混合和に基づいて前記各出力信号を分離するようにしているので、この検出された信号をスカラー量(音圧)ではなく、ベクトル量(音圧勾配)として検出できることとなり、各出力源の方向と共に、各出力信号の分離を簡易な処理工程及び装置構成で迅速且つ確実に分離できる。【選択図】 図1Provided is a signal separation device that can quickly and reliably separate output signals output from different positions in a two-dimensional plane or a three-dimensional space with a simple processing process and device configuration. A superimposed signal in which output signals output from output sources 201 and 202 at different positions are superimposed is detected as an instantaneous mixed sum of time gradients related to each output signal, and each output signal is based on the instantaneous mixed sum of time gradients. Since the detected signal can be detected not as a scalar quantity (sound pressure) but as a vector quantity (sound pressure gradient), it is easy to separate each output signal along with the direction of each output source. Can be quickly and reliably separated by simple processing steps and apparatus configuration. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、二次元平面または三次元空間の異なる位置から出力される音声信号又は電波信号等の各出力信号が重畳された重畳信号から重畳前の各出力信号を分離する信号分離装置に関する。 The present invention relates to a signal separation device that separates output signals before superposition from superposed signals on which output signals such as audio signals or radio wave signals outputted from different positions in a two-dimensional plane or three-dimensional space are superposed.
人間は多くの人が話している中で、特定の人の声を選択して聞き取ることができる。この人間の聴覚的な能力をカクテルパーティ効果と呼ぶ。しかし多数の音源が混在する中、通常のマイクロホンを用いて録音を行ったとしても、音源までの距離、音源の到来方向、音の強弱などの影響によって必要な音だけを効率よく収音することは非常に困難である。 While many people are speaking, humans can select and listen to specific voices. This human auditory ability is called the cocktail party effect. However, with many sound sources mixed, even if recording is performed using a normal microphone, only the necessary sound is efficiently collected due to the influence of the distance to the sound source, the direction of arrival of the sound source, the strength of the sound, etc. Is very difficult.
複数の信号が重畳した信号から元の信号を復元する手法の一つにブラインド信号分離がある。ブラインド信号分離は、源信号が統計的に独立であり、観測信号が源信号によって線形的に混合されるという仮定に基づき、源信号を推定する手法である。 One technique for restoring the original signal from a signal in which a plurality of signals are superimposed is blind signal separation. Blind signal separation is a technique for estimating a source signal based on the assumption that the source signal is statistically independent and the observed signal is linearly mixed by the source signal.
ブラインド信号分離は様々な手法が提案されているが、特に実環境中での音声の観測を考慮したコンボリューション型のものが研究されてきた。近年その中でも信号を狭帯域信号に分割し、帯域ごとに瞬時混合型のブラインド信号分離を行う分離手法が盛んに研究されている。 Various methods have been proposed for blind signal separation, but convolution-type methods that take into account the observation of speech in a real environment have been studied. In recent years, research has been actively conducted on a separation method in which a signal is divided into narrowband signals and instantaneous mixed blind signal separation is performed for each band.
これらの分離手法に関する音源信号回路及びこれを用いたマイクロホン装置が特開2000−181499号公報に開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-181499 discloses a sound source signal circuit related to these separation methods and a microphone device using the same.
また、音源分離収音マイクロホン装置及びその方法が特開2003−98003号公報に開示されている。さらに音源分離方法、装置及び記録媒体が特開平10−313497号公報に開示されている。
前記従来技術における特許文献1は、互いに線形独立な複数の音(音源信号)が線形加算された複数の混合信号x1(t)、x2(t)をフレーム分割し、フレーム毎に分割された複数の信号y1(t)、y2(t)相互間のラグタイムゼロの相関を最小にする混合行列の逆行列を乗算するようにして複数の音源から音(音源信号)を分離していることから、分離処理の前提として複数の混合信号をフレーム毎に分割しなければならず、処理工程及び回路構成が複雑化すると共に、分離処理時間を遅延させるという課題を有する。In
また、特許文献2にも前記特許文献1と同様に混合信号をフレーム毎に分割した後に音源信号ごとに分離していることから、同様の課題を有する。
Similarly to
さらに、特許文献3は、複数のマイクロホンからの各チャンネル信号を、主な成分が1つの音源信号の成分のみからなる程度に複数の帯域に分割し、これらから、各同一帯域について、レベル、到達時間を検出し、これらから、各帯域毎にいずれの音源信号かを判定分離することにより、各音源信号を分離するようにしていることから、1つの音源信号の成分のみからなる程度に複数の帯域に分割する前処理を経なければ分割処理が実行できず、処理工程及び回路構成が複雑化すると共に、分離処理時間を遅延させるという課題を有する。
Further,
本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、二次元平面又は三次元空間の異なる位置から出力される出力信号を簡易な処理工程及び装置構成で迅速かつ確実に分離できる信号分離装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a signal separation device capable of quickly and reliably separating output signals output from different positions in a two-dimensional plane or three-dimensional space with simple processing steps and device configurations. The purpose is to provide.
本発明に係る信号分離装置は、二次元平面又は三次元空間の異なる位置の出力源から出力される各出力信号が重畳された重畳信号を分離する信号分離装置において、前記重畳信号を各出力信号に関する時間勾配の瞬時混合和として検出する空間勾配検出手段と、前記空間勾配検出手段が検出した信号を格納することなく直接取り込み、前記出力信号の時間勾配の瞬時混合和に基づいて前記各出力信号を分離する信号分離手段とを備えるものである。 The signal separation device according to the present invention is a signal separation device that separates superimposed signals on which output signals output from output sources at different positions in a two-dimensional plane or a three-dimensional space are superimposed. A spatial gradient detecting means for detecting an instantaneous mixture sum of time gradients with respect to each of the output signals, and directly capturing the signals detected by the spatial gradient detection means without storing them, and each of the output signals based on the instantaneous mixture sum of the time gradients of the output signals. And a signal separation means for separating the signal.
このように本発明によれば、異なる位置の出力源から出力させる各出力信号が重畳された重畳信号を各出力信号に関する時間勾配の瞬時混合和として検出し、この時間勾配の瞬時混合和に基づいて前記各出力信号を分離するようにしているので、この検出された信号をスカラー量(音圧)でなく、ベクトル(音圧勾配)として検出できることとなり、各出力源の方向と共に、各出力信号の分離を簡易な処理工程及び装置構成で迅速且つ確実に分離できる効果を奏する。 As described above, according to the present invention, a superimposed signal in which output signals to be output from output sources at different positions are superimposed is detected as an instantaneous mixed sum of time gradients related to each output signal, and based on the instantaneous mixed sum of time gradients. Since each output signal is separated, the detected signal can be detected not as a scalar quantity (sound pressure) but as a vector (sound pressure gradient), and together with the direction of each output source, each output signal can be detected. There is an effect that the separation can be performed quickly and reliably by a simple processing process and apparatus configuration.
また、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、前記信号分離手段は、前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する積分器を備えるものである。 Further, in the signal separation device according to the present invention, the signal separation unit includes an integrator for time-integrating the spatial gradient signal output from the gradient detection unit, as necessary.
このように本発明によれば、信号分離手段が、前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する積分器を備えるものであるので、空間勾配検出手段の後段における行列演算でのノイズによる悪影響を減少することができる効果を奏する。 As described above, according to the present invention, the signal separation unit includes an integrator that temporally integrates the spatial gradient signal output from the gradient detection unit, and therefore noise in matrix operation at the subsequent stage of the spatial gradient detection unit. The effect which can reduce the bad influence by is produced.
また、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、前記信号分離手段は、前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する第1の積分器と、前記第1の積分器から出力される時間積分信号のうち、二つの信号の平均を演算する平均演算器と、前記第1の積分器から出力される時間積分信号を、空間微分による空間勾配の勾配を演算する空間微分器と、前記空間微分器から出力される空間勾配信号を時間積分する第2の積分器とを備えるものである。 In addition, the signal separation device according to the present invention includes a first integrator that temporally integrates a spatial gradient signal output from the gradient detection unit, and a first integrator as necessary. Of the output time integration signals, an average calculator that calculates the average of two signals, and a time differentiator that calculates the gradient of the spatial gradient by spatial differentiation of the time integration signal output from the first integrator. And a second integrator for time-integrating the spatial gradient signal output from the spatial differentiator.
本発明によれば、信号分離手段が、前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する第1の積分器と、前記第1の積分器から出力される時間積分信号のうち、二つの信号の平均を演算する平均演算器と、前記第1の積分器から出力される時間積分信号を、空間微分による空間勾配の勾配を演算する空間微分器と、前記空間微分器から出力される空間勾配信号を時間積分する第2の積分器とを備えるものであるので、信号分離装置が二次元平面中にある最大で4つの音源に対応することが可能となる効果を奏する。 According to the present invention, the signal separation means includes a first integrator for time-integrating the spatial gradient signal output from the gradient detection means, and a time integration signal output from the first integrator. An average calculator that calculates the average of two signals, a time integrated signal output from the first integrator, a spatial differentiator that calculates the gradient of the spatial gradient by spatial differentiation, and the spatial differentiator. Since the second integrator for time-integrating the spatial gradient signal is provided, there is an effect that the signal separation device can cope with up to four sound sources in the two-dimensional plane.
また、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、前記空間勾配検出手段が、各出力信号を各音声信号として検出するマイクロホンアレイとして構成され、当該マイクロホンアレイが前記音声信号の音圧勾配として検出するものである。 The signal separation device according to the present invention is configured as a microphone array in which the spatial gradient detection unit detects each output signal as each audio signal, as necessary, and the microphone array serves as a sound pressure gradient of the audio signal. It is to detect.
本発明によれば、各出力信号に関する時間勾配の検出をマイクロアレイが各出力を各音声信号として検出し、このマイクロホンアレイが前記音声信号の音圧勾配として検出するようにしているので、各音源の方向と共に、各音声信号の分離を簡易な処理工程及び装置構成で迅速且つ確実に分離できる効果を有する。 According to the present invention, the detection of the time gradient for each output signal is detected by the microarray as each sound signal, and the microphone array detects the sound pressure gradient of the sound signal. Along with the direction, each audio signal can be separated quickly and reliably by a simple processing process and apparatus configuration.
また、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、マイクロホンアレイが検出する音圧勾配を粒子速度の時間微分により求めるものである。本発明によれば、マイクロホンアレイが検出する音圧勾配を粒子速度の時間微分により求めることから、各出力信号の時間微分でなく、各出力信号そのものを推定するようにしているので、微分、積分の各処理が不用となり、より簡易な処理工程及び装置構成で高速・確実な分離が可能となる効果を有する。 Further, the signal separation device according to the present invention obtains the sound pressure gradient detected by the microphone array by time differentiation of the particle velocity, if necessary. According to the present invention, since the sound pressure gradient detected by the microphone array is obtained by time differentiation of the particle velocity, each output signal itself is estimated instead of time differentiation of each output signal. Each of these processes is unnecessary, and it is possible to achieve high-speed and reliable separation with a simpler process and apparatus configuration.
また、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、前記マイクロホンアレイが、各音声信号が出力される異なる位置に対する観測点における少なくともx軸方向又はy軸方向の音圧差分を計測する双指向性のマイクロホンで構成されるものである。 In addition, the signal separation device according to the present invention is a bi-directional device in which the microphone array measures a sound pressure difference in at least the x-axis direction or the y-axis direction at an observation point with respect to different positions from which each audio signal is output, as necessary. It consists of a sex microphone.
本発明によれば、マイクロホンアレイが、各音声信号が出力される異なる位置に対する観測点における少なくともx軸方向又はy軸方向の音圧差分を計測する双指向性のマイクロホンで構成されるので、各音源の方向と共に、各音声信号の分離を簡易な処理工程及び装置構成で迅速且つ確実に分離できる効果を有する。 According to the present invention, since the microphone array is composed of a bidirectional microphone that measures a sound pressure difference at least in the x-axis direction or the y-axis direction at an observation point with respect to different positions from which each audio signal is output, Along with the direction of the sound source, each audio signal can be separated quickly and reliably with a simple processing process and apparatus configuration.
さらに、本発明に係る信号分離装置は必要に応じて、前記信号分離手段が、重畳信号を各出力信号に分離すると共に、当該各出力信号の各出力源における方向及び/又は標準偏差を出力するものである。 Furthermore, in the signal separation device according to the present invention, the signal separation means separates the superimposed signal into output signals and outputs the direction and / or standard deviation of each output signal at each output source as necessary. Is.
本発明によれば、信号分離手段が、重畳信号を各出力信号に分離すると共に、この各出力信号の各出力源における方向及び/又は標準偏差を出力するので、各音源の方向と共に、各音声信号の分離を簡易な処理工程及び装置構成で迅速且つ確実に分離できる効果を有する。 According to the present invention, the signal separation means separates the superimposed signal into output signals, and outputs the direction and / or standard deviation of each output signal at each output source. It has the effect of separating signals quickly and reliably with a simple processing process and apparatus configuration.
1 双方向性マイクロホン
10 粒子速度マイクロホン
11 x軸方向双方向性マイクロホン
12 y軸方向双方向性マイクロホン
11a、12a、111a、111b 指向性
2 空間微分器
21 x軸方向空間微分器
22 y軸方向空間微分器
3、30、103 行列演算回路
4、104 分離行列要素算出回路
5、105 方向・標準偏差算出回路
6、7 積分器
61 x軸時間積分器
62 y軸時間積分器
100 観測点
101 無指向性マイクロホン
101a、101b、101c、101d 無指向性マイクロホンユニット
102、102a 第1の空間微分器
107、107a 第1の積分器
108 平均演算器
109 第2の空間微分器
110 第2の積分器 201、202、203、204 音源
P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t) 源信号
fx(t)、fy(t) 音圧勾配信号DESCRIPTION OF
(本発明の第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る信号分離装置を、図1ないし図3に基づいて説明する。この図1は本実施形態に係る信号分離装置の全体回路構成図、図2は図1に記載する双指向性マイクロホンの配置構成図、図3は図1に記載する信号分離装置の動作フローチャートを示す。(First embodiment of the present invention)
Hereinafter, a signal separation device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an overall circuit configuration diagram of the signal separation device according to the present embodiment, FIG. 2 is an arrangement configuration diagram of the bidirectional microphone described in FIG. 1, and FIG. 3 is an operation flowchart of the signal separation device described in FIG. Show.
前記各図において本実施形態に係る信号分離装置は、均質な三次元空間中の異なる位置に存在する音源201、202からの源信号P1(t)、P2(t)を収音する双方向性マイクロホン1と、この双方向性マイクロホン1で収音した源信号P1(t)、P2(t)に関する音圧の勾配を求める空間微分器2と、この求められた音圧勾配信号fx(t)、fy(t)のベクトル量(音圧勾配)に混合行列の逆行列を乗算する行列演算回路3と、この行列演算値をブラインド信号分離で分離行列要素a'ijを推定して推定分離信号Pti(t);i=1,2を推定算出する分離行列要素算出回路4と、前記分離行列要素a'ijに基づいて音源201、202の到来方向θ1、θ2(x軸正方向とのなす角度)及び音源201、202の時間勾配の標準偏差σti、σtjを算出する方向・標準偏差算出回路5と、前記推定分離信号Pti(t)を時間積分として分離信号P 1(t)、P2(t)を演算する積分器6とを備える構成である。In each of the drawings, the signal separation device according to the present embodiment collects both the source signals P 1 (t) and P 2 (t) from the
前記双方向性マイクロホン1は、観測点100近傍からx軸方向の音圧差分を計測するx軸方向双方向性マイクロホン11と、観測点100近傍からy軸方向の音圧差分を計測するy軸方向双方向性マイクロホン12とを備える構成である。このx軸方向双方向性マイクロホン11は、図2(A)、(B)に示すように観測点100におけるx軸方向の空間微分に用いられる指向性11aを有する。また、前記y軸方向双方向性マイクロホン12はx軸方向双方向性マイクロホン11と同様にy軸方向の空間微分用に用いられる指向性12aを有する。前記空間微分器2は、x軸方向の空間勾配(fx1−fx2)/△xを求めるx軸方向空間微分器21と、y軸方向の空間勾配(fy1−fy2)/△xを求めるy軸方向空間微分器22とを備える構成である。The
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る信号分離装置の分離処理動作について説明する。まず、均質な三次元空間中に配設された音源201、202からの源信号P1(t)、P2(t)を観測点100近傍のx軸方向双方向性マイクロホン11及びy軸方向双方向性マイクロホン12で収音する(ステップ1)。この収音された源信号P1(t)、P2(t)をx軸方向空間微分器21、y軸方向空間微分器22によりx軸、y軸各方向の空間微分による空間勾配fx、fyを演算し、この空間勾配fx、fyに基づいて行列演算回路3が空間勾配信号fx(t)、fy(t)のベクトル量(音圧勾配)に混合行列の逆行列を乗算する(ステップ2)。Next, the separation processing operation of the signal separation device according to the present embodiment based on the above configuration will be described. First, the source signals P 1 (t) and P 2 (t) from the
前記行列演算回路3は、前段の入力機器である双方向性マイクロホン1、空間微分器2及び行列演算回路3から信号の入力が有るか否かを判断し(ステップ3)、この信号の入力が有ると判断した場合にはブラインド信号分離で分離行列要素a'ijを推定し(ステップ4)、この推定した推定分離信号Pt1(t)、Pt2(t)を算出する(ステップ5)。The
この分離行列要素a'ijに基づく推定分離信号Pt1(t)、Pt2(t)をx軸時間積分器61及びy軸時間積分器62が各々時間積分し、分離信号P1(t)、P2(t)を演算し(ステップ6)、この演算された分離信号P1(t)、P2(t)を図示を省略する表示装置等へ出力する(ステップ7)。The estimated separation signals P t1 (t) and P t2 (t) based on the separation matrix element a′ij are time-integrated by the x-axis time integrator 61 and the y-axis time integrator 62, respectively, and the separation signal P 1 (t) , P 2 (t) is calculated (step 6), and the calculated separated signals P 1 (t) and P 2 (t) are output to a display device (not shown) (step 7).
他方、前記ステップ4で推定算出された分離行列要素a'ijに基づいて方向・標準偏差算出回路5が源信号P1(t)、P2(t)の到来方向θ1、θ2及び音源201、202の時間勾配における標準編着σti、σtjを推定算出する(ステップ8)。この方向・標準偏差算出回路5で推定算出された観測点100における源信号P1(t)、P2(t)の到来方向θ1、θ2及び音源201、202の標準偏差σ1、σ2を前記表示装置等へ出力する(ステップ9)。On the other hand, based on the separation matrix element a′ij estimated and calculated in
このようにして本実施形態に係る信号分離装置は、時空間勾配解析に基づき、均質な空間中では、任意の観測点100における空間勾配が、音源201、202における時間勾配の線形混合で表現されるという事実を利用する。即ち、本実施形態の特徴は次のように集約される。ただ一つの観測点100及びその近傍における空間勾配を計測することにより、源信号P1(t)、P2(t)の時間勾配の瞬時混合和を取得することができる。そのため最も簡単な瞬時混合型ブラインド信号分離問題に帰着することができる。さらに、観測量がスカラー量(音圧)ではなく、ベクトル量(音圧の空間勾配)なので音源の到来方向を含めた源信号P1(t)、P2(t)の分離が可能である。本時空間勾配解析手法を採用することにより、観測点100間に生じる信号の到達時間差を考慮する必要がなく、観測信号の空間勾配を瞬時線形混合信号とみなすことができるため、最も簡単な瞬時線形混合に対する処理で分離信号P1(t)、P2(t)を推定することが可能となる。As described above, the signal separation device according to the present embodiment is based on the spatiotemporal gradient analysis, and in a homogeneous space, the spatial gradient at an
(本発明の第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る信号分離装置を、図4及び図5に基づいて説明する。この図4は本実施形態に係る信号分離装置の全体回路構成図、図5は図4に記載する信号分離装置の動作フローチャートを示す。(Second embodiment of the present invention)
Hereinafter, a signal separation device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 is an overall circuit configuration diagram of the signal separation device according to the present embodiment, and FIG. 5 is an operation flowchart of the signal separation device described in FIG.
前記各図において本実施形態に係る信号分離装置は、前記第1の実施形態と同様に双方向性マイクロホン1、空間微分器2、行列演算回路3、分離行列要素算出回路4及び方向・標準偏差算出回路5を共通して備え、この空間微分器2から出力される音圧勾配信号fx(t)、fy(t)を時間積分し、積分された音圧勾配信号fx(t)、fy(t)を行列演算回路3へ出力する積分器7(第1の実施形態における積分器6に相当)を備える構成である。
In each of the drawings, the signal separation apparatus according to the present embodiment is similar to the first embodiment in that the
ここで、通常、観測地点100における観測信号にはノイズが重畳されており、空間微分器2が単純に空間勾配を引き算によって取得した場合には、ノイズが強調され、後段の行列演算回路3による演算に大きな誤差をもたらしてしまう場合がある。このため、このノイズを除去するために、フィルタを作用させる手段も考えられるが、フィルタの種類によっては、本システムが良好に動作するために必要な線形瞬時混合の条件を壊してしまう場合がある。
Here, normally, noise is superimposed on the observation signal at the
したがって、この第2の実施形態に係る信号分離装置おいては、積分器7を行列演算回路3の前段に配置することで、前述した不適切な作用をもたらすことなく、空間微分器2の後段における行列演算でのノイズの悪影響を減少させることができる。
Therefore, in the signal separation device according to the second embodiment, by disposing the
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る信号分離装置の分離処理動作は、前記第1の実施形態とほぼ同様に処理されるものであるが、x軸方向空間微分器21、y軸方向空間微分器22によりx軸、y軸各方向の空間微分による空間勾配fx、fyが演算(ステップ11)された後に、この空間勾配fx、fyを積分器7により時間積分する(ステップ12)。
Next, the separation processing operation of the signal separation device according to the present embodiment based on the above configuration is processed in substantially the same manner as in the first embodiment, but the x-axis direction
この時間積分された空間勾配fx、fyの各空間勾配信号fx(t)、fy(t)が行列演算回路3により混合行列の逆行列を乗算される。以下、前記第1の実施形態と同様ステップ13ないしステップ18により分離信号P1(t)、P2(t)を出力すると共に観測点100における源信号P1(t)、P2(t)の到来方向θ1、θ2及び音源201、202の標準偏差σ1、σ2を前記表示装置等へ出力するThe spatial gradient signals fx (t) and fy (t) of the time-integrated spatial gradients fx and fy are multiplied by the inverse matrix of the mixing matrix by the
(本発明の第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る信号分離装置を、図6ないし図8に基づいて説明する。この図6は本実施形態に係る信号分離装置の全体回路構成図、図7は図6に記載する粒子速度マイクロホンの配置構成図、図8は図6に記載する信号分離装置の動作フローチャートを示す。(Third embodiment of the present invention)
A signal separation device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is an overall circuit configuration diagram of the signal separation device according to the present embodiment, FIG. 7 is an arrangement configuration diagram of the particle velocity microphone described in FIG. 6, and FIG. 8 is an operation flowchart of the signal separation device described in FIG. .
前記各図において本実施形態に係る信号分離装置は、前記第1の実施形態と同様に行列演算回路30(第1の実施形態における行列演算回路3に相当)、分離行列要素算出回路4及び方向・標準偏差算出回路5を共通して備え、音源201、202からの源信号P1(t)、P2(t)を粒子速度Vx、Vyとして計測する粒子速度マイクロホン10を備え、この粒子速度マイクロホン10で計測された粒子速度信号Vx(t)、Vy(t)を前記行列演算回路30へ出力する構成である。In each of the drawings, the signal separation device according to the present embodiment is similar to the first embodiment in that the matrix operation circuit 30 (corresponding to the
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る信号分離装置分離処理動作はまず、音源201、202からの源信号P1(t)、P2(t)が粒子速度マイクロホン10により粒子速度Vx、Vyとして計測される(ステップ20)。この粒子速度マイクロホン10からなる入力機器からの粒子速度Vx、Vyに基づく粒子速度信号Vx(t)、Vy(t)が出力されたか否かを判断する(ステップ21)。Next, in the signal separation device separation processing operation according to the present embodiment based on the above configuration, first, the source signals P 1 (t) and P 2 (t) from the
このステップ21において粒子速度信号Vx(t)、Vy(t)が出力されていると判断された場合には、以降の粒子速度信号Vx(t)、Vy(t)が行列演算回路30により混合行列の逆行列を乗算される。以下、前記第2の実施形態と同様にステップ22ないしステップ26により分離信号P1(t)、P2(t)を出力すると共に、観測点100における源信号P1(t)、P2(t)の到来方向θ1、θ2及び音源201、202の標準偏差σ1、σ2を前記表示装置等へ出力する。If it is determined in
(本発明の各実施形態の演算論理)
以下、前記各実施形態の演算論理を図9に基づき前記第1の実施形態の図2を参照して説明する。
前記図2及び図9において本発明の各実施形態に係る信号分離装置は、波動方程式により、観測点100における空間勾配が源信号の時間勾配の線形結合で表現される。この波動場の時空間勾配法においては、音源201、音源202を含んでいない遠方場で、音圧は次の波動方程式を満たす。(Operational logic of each embodiment of the present invention)
The arithmetic logic of each embodiment will be described below with reference to FIG. 2 of the first embodiment based on FIG.
2 and 9, in the signal separation device according to each embodiment of the present invention, the spatial gradient at the
次に、波面の重畳と瞬時混合については、簡単のため同一平面上を進行する2つの独立な平面波を仮定する。任意の点における音圧は次式で与えられる。 Next, for wavefront superposition and instantaneous mixing, for the sake of simplicity, two independent plane waves traveling on the same plane are assumed. The sound pressure at any point is given by:
さらに、瞬時混合に対するブラインド信号分離については、観測信号の音圧勾配は行列Wによって白色化され、行列R(η)によって出力信号が互いに独立になるように回転変換させることにより、分離信号を推定する。白色化については、次式で求めることができる。 Furthermore, for blind signal separation for instantaneous mixing, the sound pressure gradient of the observed signal is whitened by the matrix W, and the separated signal is estimated by rotationally transforming the output signals so that they are independent of each other by the matrix R (η). To do. About whitening, it can obtain | require by following Formula.
(本発明における数値実験)
本発明における数値実験により、ブラインド信号分離を用いた音源方向の推定をする。図10に示す音声波形は数値実験、音響実験で使用する源信号である。源信号P1(t)、P2(t)として10秒間の異なる2人の女性の音声信号を用いる。表1には源信号の各規格を示す。これら2つの源信号のパワースペクトルを示した図11をみると、それぞれが同様の帯域(200〜350Hz付近)に主に成分を持っていることがわかる。本発明ではフーリエ級数展開に基づいて作成した源信号の時間勾配により構成される観測信号の空間勾配に対してブラインド信号分離を適用する。本発明で用いたブラインド信号分離では白色化過程で用いられるモーメントを安定させるため、分離行列の推定はモーメント算出開始から1秒後に開始する。また推定した分離信号を時間積分して源信号を求めるため、次式を採用する。(Numerical experiment in the present invention)
Through the numerical experiment in the present invention, the direction of the sound source is estimated using blind signal separation. The speech waveform shown in FIG. 10 is a source signal used in numerical experiments and acoustic experiments. The audio signals of two different women for 10 seconds are used as the source signals P 1 (t) and P 2 (t). Table 1 shows the standards of the source signal. Looking at FIG. 11 showing the power spectra of these two source signals, it can be seen that each has a component mainly in the same band (around 200 to 350 Hz). In the present invention, blind signal separation is applied to the spatial gradient of the observation signal formed by the time gradient of the source signal created based on the Fourier series expansion. In the blind signal separation used in the present invention, in order to stabilize the moment used in the whitening process, the estimation of the separation matrix starts one second after the moment calculation starts. Further, in order to obtain the source signal by time-integrating the estimated separated signal, the following equation is adopted.
相互情報量については、混合前後または分離処理前後の信号間の統計的独立性を確かめるために、相互情報量 For mutual information, in order to confirm the statistical independence between signals before and after mixing or separation processing, mutual information
本発明における音響実験において、本発明における空間微分マイクロホンを用いて観測信号の空間微分を実現するために、観測点100を中心としてx軸、y軸各方向に所定間隔離反させて2対を配設させて形成されるマイクロホンを導入する。空間微分マイクロホン本体中央の点(0,0)で得られる観測信号をf(0,0,t)とすると、その前後左右に位置するマイクロホンで得られるf1(x、y、t)〜f4(x、y、t)はそれぞれ次のように表わされる。
In the acoustic experiment according to the present invention, in order to realize the spatial differentiation of the observation signal using the spatial differential microphone according to the present invention, two pairs are arranged with a predetermined separation in the x-axis and y-axis directions around the
時間積分によるノイズの低減については、実環境中で観測された信号は反射の影響により、精度の良い分離処理や音源の到来方向、標準偏差の推定を行うことができない。そこで分離信号に対して行っていた時間積分を観測信号の空間勾配に対して行う。すなわち次式の処理で分離信号を得る。 Regarding noise reduction by time integration, signals observed in a real environment cannot be subjected to accurate separation processing, sound source arrival direction, and standard deviation estimation due to the influence of reflection. Therefore, the time integration performed for the separated signal is performed for the spatial gradient of the observed signal. That is, a separated signal is obtained by the following processing.
実環境中での信号分離と音源方向の推定については、2つのスピーカーと空間微分マイクロホンを用いて信号分離の実験を行った。実験の概略図を図18に示す。右側のスピーカーから音声信号P1(t)、左側のスピーカーからはP2(t)を同時に再生し、空間微分マイクロホンを用いて録音を行った。ただし本システムでは4音声を同時録音できないので、マイクf1〜f4の位置でそれぞれ録音し、同時刻に記録された音声信号に対して分離処理を行っている。観測信号の音圧勾配fx(t)、fy(t)とそれらの時間積分値を図19、図20に、分離信号P1(t)、P2(t)を図21に推定したθ1、θ2を図22にそれぞれ示す。実験の初期値として分離パラメータの初期値η(t0)=270°、t0=1sec、収束係数μ=0.0001を与えている。このときブラインド信号分離で推定した分離行列を次式に示す。For signal separation and estimation of sound source direction in a real environment, we conducted signal separation experiments using two speakers and a spatial differential microphone. A schematic diagram of the experiment is shown in FIG. The audio signal P 1 (t) was simultaneously reproduced from the right speaker, and P 2 (t) was simultaneously reproduced from the left speaker, and recording was performed using a spatial differential microphone. However, since four voices cannot be recorded simultaneously in this system, recording is performed at the positions of the microphones f 1 to f 4 , and separation processing is performed on the voice signals recorded at the same time. The sound pressure gradients fx (t) and fy (t) of the observation signal and their time integration values are estimated in FIGS. 19 and 20, and the separated signals P 1 (t) and P 2 (t) are estimated in θ 1 in FIG. , Θ 2 are shown in FIG. As initial values of the experiment, initial values of separation parameters η (t 0 ) = 270 °, t 0 = 1 sec, and a convergence coefficient μ = 0.0001 are given. The separation matrix estimated by blind signal separation at this time is shown in the following equation.
以下、本発明の第1の実施形態に係る信号分離装置を、図23ないし図27に基づいて説明する。この図23は本実施形態に係る信号分離装置の全体回路構成図、図24は図23に示す無指向性マイクロホンにおける無指向性マイクロホンユニットを説明するための説明図、図25は図23に示す信号分離装置のうち第1の空間微分器と第1の積分器によるx軸及びy軸方向の指向特性を説明するための説明図、図26は図23に記載する無指向性マイクロホンの配置構成図、図27は図23に記載する信号分離装置の動作フローチャートを示す。
Hereinafter, a signal separation device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 23 is an overall circuit configuration diagram of the signal separation device according to the present embodiment, FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining an omnidirectional microphone unit in the omnidirectional microphone shown in FIG. 23, and FIG. 25 is shown in FIG. FIG. 26 is an explanatory diagram for explaining the directivity characteristics in the x-axis and y-axis directions by the first spatial differentiator and the first integrator in the signal separator, and FIG. 26 is an arrangement configuration of the omnidirectional microphone shown in FIG. FIGS. 27A and 27B show an operation flowchart of the signal separation device shown in FIG.
前記各図において本実施形態に係る信号分離装置は、前記第2の実施形態と同様に、行列演算回路103(第2の実施形態における行列演算回路3に相当)、分離行列要素算出回路104(第2の実施形態における分離行列要素算出回路4に相当)及び方向・標準偏差算出回路105(第2の実施形態5における方向・標準偏差算出回路5に相当)を共通して備え、均質な二次元平面中の異なる位置に存在する音源201、202、203、204からの源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)を収音する無指向性マイクロホン101と、この無指向性マイクロホン101で収音した源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)に関する音圧の勾配を求める第1の空間微分器102と、この第1の空間微分器102から出力される音圧勾配信号fx1(t)、fx2(t)、fx3(t)、fx4(t)、fy1(t)、fy2(t)、fy3(t)、fy4(t)を時間積分し、得られた時間積分信号vx1(t)、vx2(t)、vx3(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy2(t)、vy3(t)、vy4(t)のうち、vx1(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy4(t)を平均演算器108に、vx1(t)、vx2(t)、vx3(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy2(t)、vy3(t)、vy4(t)を第2の空間微分器109に、それぞれ出力する第1の積分器107と、第1の積分器107から出力される時間積分信号vx1(t)、vx4(t)、vy1(t)、
vy4(t)のうち、vx1(t)とvx4(t)との平均をvx(t)と、vy1(t)とvy4(t)との平均をvy(t)として、前記行列演算回路103に出力する平均演算器108と、第1の積分器107から出力される時間積分信号vx1(t)、vx2(t)、vx3(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy2(t)、vy3(t)、vy4(t)のうち、vx2(t)とvx3(t)、vx1(t)とvx4(t)、vy2(t)とvy3(t)、vy1(t)とvy4(t)をそれぞれ入力し、音圧の空間勾配の勾配を求める第2の空間微分器109と、第2の空間微分器109から出力される勾配信号を時間積分し、得られた時間積分信号uxx(t)、uyy(t)、uxy(t)、uyx(t)を前記行列演算回路103に出力する第2の積分器110とを備える構成である。
なお、図23においては、行列演算回路103と分離行列要素算出回路104とを1つのブロックとして示している。In each of the drawings, the signal separation device according to the present embodiment is similar to the second embodiment in that the matrix operation circuit 103 (corresponding to the
v y4 of (t), v x1 (t) and v x4 the average of (t) and v x (t), v y1 (t) and v y4 (t) an average of the v y (t) And the time integration signals v x1 (t), v x2 (t), v x3 (t), v x4 (v x1 (t) output from the
In FIG. 23, the matrix operation circuit 103 and the separation matrix element calculation circuit 104 are shown as one block.
また、平均演算器108は、f5(原点O)におけるx方向の音圧の勾配を求めるにあたり、対象性をよくするために、f2とf3との傾き((f3−f2)/Δx)及びf7とf8との傾き((f8−f7)/Δx)の平均をとっている。同様に、f5(原点O)におけるy方向の音圧の勾配を求めるにあたり、対象性をよくするために、f3とf8との傾き((f3−f8)/Δy)及びf2とf7との傾き((f2−f7)/Δy)の平均をとっている。Further, the
また、第2の空間微分器109は、x方向の音圧の勾配((f5−f4)/Δx−(f6−f5)/Δx)のx方向の勾配(((f5−f4)/Δx−(f6−f5)/Δx)/Δx)、y方向の音圧の勾配((f1−f5)/Δy−(f5−f9)/Δy)のy方向の勾配(((f1−f5)/Δy−(f5−f9)/Δy)/Δy)、x方向の音圧の勾配((f3−f2)/Δx−(f8−f7)/Δx)のy方向の勾配(((f3−f2)/Δx−(f8−f7)/Δx)/Δy)、y方向の音圧の勾配((f3−f8)/Δy−(f2−f7)/Δy)のx方向の勾配(((f3−f8)/Δy−(f2−f7)/Δy)/Δx)をそれぞれ求めている。The second
さらに、vx(t)はx方向の粒子速度、vy(t)はy方向の粒子速度をそれぞれ示しており、行列演算回路103に出力することで、信号分離装置が二次元平面中にある最大で2つの音源に対応できるようにするものである。また、uxx(t)はx方向の粒子変位のx方向の勾配、uxy(t)はx方向の粒子変位のy方向の勾配、uyy(t)はy方向の粒子変位のy方向の勾配、uyx(t)はy方向の粒子変位のx方向の勾配をそれぞれ示しており、行列演算回路103に出力し、vx(t)及びvy(t)と併用することで、信号分離装置が二次元平面中にある最大で4つの音源に対応できるようにするものである。Further, v x (t) represents the particle velocity in the x direction, and v y (t) represents the particle velocity in the y direction. By outputting to the matrix operation circuit 103, the signal separation device is placed in the two-dimensional plane. It is intended to be able to handle up to two sound sources. U xx (t) is the gradient in the x direction of the particle displacement in the x direction, u xy (t) is the gradient in the y direction of the particle displacement in the x direction, and u yy (t) is the y direction of the particle displacement in the y direction. , U yx (t) indicates the gradient in the x direction of the particle displacement in the y direction, which is output to the matrix operation circuit 103 and used together with v x (t) and v y (t), The signal separation device can cope with up to four sound sources in a two-dimensional plane.
図26に示すように、無指向性マイクロホン101は、9本の無指向性マイクロホン(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9)からなり、互いに近接する4本の無指向性マイクロホンが1つの無指向性マイクロホンユニット(f1とf2とf3とf5との組、f3とf5とf6とf8との組、f5とf7とf8とf9との組、f2とf4とf5とf7との組)を構成している。As shown in FIG. 26, the
なお、この第4の実施形態においては、図26に示すように、無指向性マイクロホンf5を原点O(観測点100)に配置し、x軸方向に対してΔxの距離、y軸方向に対してΔyの距離をもたせて、他の無指向性マイクロホンを配置している。In the fourth embodiment, as shown in FIG. 26, the omnidirectional microphone f 5 is arranged at the origin O (observation point 100), and is at a distance of Δx with respect to the x-axis direction and in the y-axis direction. On the other hand, another omnidirectional microphone is arranged with a distance of Δy.
図25に示すように、4本の無指向性マイクロホン(f1、f2、f3、f5)からなる無指向性マイクロホンユニット101aを例に挙げて説明すると、無指向性マイクロホンユニット101aが収音した音源からの源信号は、この無指向性マイクロホンユニット101aに接続された第1の空間微分器102a及び第1の積分器107aによって、x軸方向の指向性111aとy軸方向の指向性111bとをもつ時間積分信号として出力される。また、前記第1の空間微分器102aは、無指向性マイクロホンf2,f3が接続されx
軸方向の空間勾配(f3−f2)/Δxを求めるx軸方向空間微分器と、無指向性マイクロホンf1,f5が接続されy軸方向の空間勾配(f1−f5)/Δyを求めるy軸方向空間微分器とを備える構成である。As shown in FIG. 25, an
An x-direction spatial differentiator for obtaining an axial spatial gradient (f 3 −f 2 ) / Δx and omnidirectional microphones f 1 and f 5 are connected, and a spatial gradient in the y-axis direction (f 1 −f 5 ) / It is a structure provided with the y-axis direction space differentiator which calculates | requires (DELTA) y.
なお、図25に示す1つの無指向性マイクロホンユニットを、図24に示すように、x方向に2つの無指向性マイクロホンユニット101b及び101d、y方向に2つの無指向性マイクホンユニット101a及び101cを近接して並列させることで、図23における無指向性マイクロホン101が構成される。また、隣り合う無指向性マイクロホンユニット間で互いに接する無指向性マイクロホン(f2、f3、f5、f7、f8)は隣り合う無指向性マイクロホンユニット間で共有させている。Note that one omnidirectional microphone unit shown in FIG. 25 is replaced with two omnidirectional microphone units 101b and 101d in the x direction and two
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る信号分離装置の分離処理動作について説明する。
まず、均質な二次元平面中に配設された音源201、202、203、204からの源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)を観測点100近傍の無指向性マイクロホン(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9)で収音する(ステップ27)。Next, the separation processing operation of the signal separation device according to the present embodiment based on the above configuration will be described.
First, source signals P 1 (t), P 2 (t), P 3 (t), and P 4 (t) from
この収音された源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)を第1の空間微分器102によりx軸及びy軸の各方向の空間微分による空間勾配fx1(t)、fx2(t)、fx3(t)、fx4(t)、fy1(t)、fy2(t)、fy3(t)、fy4(t)を演算する(ステップ28)。The collected source signals P 1 (t), P 2 (t), P 3 (t), and P 4 (t) are spatially differentiated in the x-axis and y-axis directions by the first
この空間勾配fx1(t)、fx2(t)、fx3(t)、fx4(t)、fy1(t)、fy2(t)、fy3(t)、fy4(t)を第1の積分器107により時間積分する(ステップ29)。This spatial gradient fx 1 (t), fx 2 (t), fx 3 (t), fx 4 (t), fy 1 (t), fy 2 (t), fy 3 (t), fy 4 (t) Is time-integrated by the first integrator 107 (step 29).
この時間積分された空間勾配fx1(t)、fx2(t)、fx3(t)、fx4(t)、fy1(t)、fy2(t)、fy3(t)、fy4(t)の時間積分信号vx1(t)、vx2(t)、vx3(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy2(t)、vy3(t)、vy4(t)のうち、vx1(t)とvx4(t)との平均、及びvy1(t)とvy4(t)との平均を平均演算器108により演算する(ステップ30)。This time-integrated spatial gradient fx 1 (t), fx 2 (t), fx 3 (t), fx 4 (t), fy 1 (t), fy 2 (t), fy 3 (t), fy 4 (t) time integration signals v x1 (t), v x2 (t), v x3 (t), v x4 (t), v y1 (t), v y2 (t), v y3 (t), Of v y4 (t), the average of v x1 (t) and v x4 (t) and the average of v y1 (t) and v y4 (t) are calculated by the average calculator 108 (step 30). .
他方、前記ステップ29で時間積分された空間勾配fx1(t)、fx2(t)、fx3(t)、fx4(t)、fy1(t)、fy2(t)、fy3(t)、fy4(t)の時間積分信号vx1(t)、vx2(t)、vx3(t)、vx4(t)、vy1(t)、vy2(t)、vy3(t)、vy4(t)のうち、vx2(t)とvx3(t)、vx1(t)とvx4(t)、vy2(t)とvy3(t)、vy1(t)とvy4(t)を第2の空間微分器109によりx軸及びy軸の各方向の空間微分による空間勾配の勾配を演算する(ステップ31)。
第2の空間微分器109から出力される勾配信号を時間積分する(ステップ32)。On the other hand, the spatial gradients fx 1 (t), fx 2 (t), fx 3 (t), fx 4 (t), fy 1 (t), fy 2 (t), fy 3 time-integrated in step 29 above. (t), fy 4 (t) time integration signals v x1 (t), v x2 (t), v x3 (t), v x4 (t), v y1 (t), v y2 (t), v Of y3 (t) and v y4 (t), v x2 (t) and v x3 (t), v x1 (t) and v x4 (t), v y2 (t) and v y3 (t), v The second
The gradient signal output from the second
ステップ30で得られた平均時間積分信号vx(t)、vy(t)と、ステップ32で得られた時間積分信号uxx(t)、uyy(t)、uxy(t)、uyx(t)とが、行列演算回路103により混合行列の逆行列を乗算される。以下、前記第2の実施形態と同様ステップ33ないしステップ38により分離信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)を出力すると共に観測点100における源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)の到来方向θ1、θ2、θ3、θ4及び音源201、202、203、204の標準偏差σ1、σ2、σ3、σ4を前記表示装置等へ出力する。The average time integration signals v x (t), v y (t) obtained in
このようにして第4の実施形態に係る信号分離装置は、時空間勾配解析に基づき、 均質な空間中では、任意の観測点100における空間勾配が、音源201、202、203、204における時間勾配の線形混合で表現されるという事実を利用する。即ち、本実施形態の特徴は次のように集約される。ただ一つの観測点100及びその近傍における空間勾配を計測することにより、源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)の時間勾配の瞬時混合和を取得することができる。そのため最も簡単な瞬時混合型ブラインド信号分離問題に帰着することができる。さらに、観測量がスカラー量(音圧)ではなく、ベクトル量(音圧の空間勾配)なので音源の到来方向を含めた源信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)の分離が可能である。本時空間勾配解析手法を採用することにより、観測点100間に生じる信号の到達時間差を考慮する必要がなく、観測信号の空間勾配を瞬時線形混合信号とみなすことができるため, 最も簡単な瞬時線形混合に対する処理で分離信号P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)を推定することが可能となる。In this way, the signal separation device according to the fourth embodiment is based on the spatiotemporal gradient analysis, and in a homogeneous space, the spatial gradient at any
特に、第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態においては、信号分離装置が二次元平面中にある最大で2つの音源にしか対応することができなかったが、この第4の実施形態においては、9本の無指向性マイクロホンからなる無指向性マイクロホン101を用いて、第1の積分器107からの音圧勾配信号の時間積分信号を、平均演算器108によって、x方向の粒子速度vx(t)及びy方向の粒子速度vy(t)として、行列演算回路103に出力し、第2の空間微分器109及び第2の積分器110によって、x方向の粒子変位のx方向の勾配uxx(t)、x方向の粒子変位のy方向の勾配uxy(t)、y方向の粒子変位のy方向の勾配uyy(t)及びy方向の粒子変位のx方向の勾配uyx(t)として、行列演算回路103に出力することで、信号分離装置が二次元平面中にある最大で4つの音源に対応することが可能となる。In particular, in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the signal separation device can only support a maximum of two sound sources in a two-dimensional plane. In the fourth embodiment, the time integration signal of the sound pressure gradient signal from the
(本発明の各実施形態の演算論理)
以下、前記第4の実施形態の演算論理を説明する。(Operational logic of each embodiment of the present invention)
The arithmetic logic of the fourth embodiment will be described below.
なお、この第4の実施形態の演算論理は、前記第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態において説明した前記式(8)までの演算論理とほぼ同様の演算論理となるので、前記式(8)までの演算論理の説明は省略する。
f(x,y,t)の空間勾配はPt1(t)、Pt2(t) 、Pt3(t)、Pt4(t)を源信号とした場合の瞬時線形混合信号として表される。The arithmetic logic of the fourth embodiment is substantially the same as the arithmetic logic up to the equation (8) described in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. Therefore, description of the arithmetic logic up to the equation (8) is omitted.
The spatial gradient of f (x, y, t) is expressed as an instantaneous linear mixed signal when P t1 (t), P t2 (t), P t3 (t), and P t4 (t) are used as source signals. .
この場合に、行列Bの1行及び2行部分は、θ1、θ2、θ3、θ4に関するAの混合行列であり、Bの3行ないし6行部分は、σ1、σ2、σ3、σ4の新たな行列である。In this case, the 1st and 2nd row portions of the matrix B are a mixed matrix of A relating to θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 , and the 3rd to 6th row portions of B are σ 1 , σ 2 , It is a new matrix of σ 3 and σ 4 .
Claims (7)
前記重畳信号を各出力信号に関する時間勾配の瞬時混合和として検出する空間勾配検出手段と、
前記空間勾配検出手段が検出した信号を格納することなく直接取り込み、前記出力信号の時間勾配の瞬時混合和に基づいて前記各出力信号を分離する信号分離手段とを備えることを
特徴とする信号分離装置。In a signal separation device for separating superimposed signals on which output signals output from output sources at different positions in a two-dimensional plane or a three-dimensional space are superimposed,
Spatial gradient detection means for detecting the superimposed signal as an instantaneous mixed sum of time gradients for each output signal;
Signal separation means comprising signal separation means for directly capturing the signals detected by the spatial gradient detection means without storing them and separating the output signals based on the instantaneous mixed sum of the time gradients of the output signals. apparatus.
前記信号分離手段は、前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する積分器を備えることを
特徴とする信号分離装置。The signal separation device according to claim 1,
The signal separation device includes an integrator that time-integrates a spatial gradient signal output from the gradient detection unit.
前記信号分離手段は、
前記勾配検出手段から出力される空間勾配信号を時間積分する第1の積分器と、
前記第1の積分器から出力される時間積分信号のうち、二つの信号の平均を演算する平均演算器と、
前記第1の積分器から出力される時間積分信号を、空間微分による空間勾配の勾配を演算する空間微分器と、
前記空間微分器から出力される空間勾配信号を時間積分する第2の積分器と
を備えることを
特徴とする信号分離装置。The signal separation device according to claim 2, wherein
The signal separating means includes
A first integrator for time-integrating a spatial gradient signal output from the gradient detection means;
Among the time integration signals output from the first integrator, an average calculator that calculates the average of two signals;
A spatial differentiator for calculating a gradient of a spatial gradient by spatial differentiation of the time integration signal output from the first integrator;
And a second integrator for time-integrating the spatial gradient signal output from the spatial differentiator.
前記空間勾配検出手段が、各出力信号を各音声信号として検出するマイクロホンアレイとして構成され、当該マイクロホンアレイが前記音声信号の音圧勾配として検出することを
特徴とする信号分離装置。In the signal separation device according to any one of claims 1 to 3,
The signal separation device, wherein the spatial gradient detecting unit is configured as a microphone array that detects each output signal as each audio signal, and the microphone array detects the sound pressure gradient of the audio signal.
前記マイクロホンアレイが検出する音圧勾配を粒子速度の時間微分により求めることを
特徴とする信号分離装置。The signal separation device according to claim 4, wherein
A signal separation device, wherein a sound pressure gradient detected by the microphone array is obtained by time differentiation of particle velocity.
前記マイクロホンアレイが、各音声信号が出力される異なる位置に対する観測点における少なくともx軸方向又はy軸方向の音圧差分を計測する双指向性のマイクロホンで構成されることを
特徴とする信号分離装置。In the signal separation device according to claim 4 or 5,
The signal separation device, wherein the microphone array is configured by a bidirectional microphone that measures a sound pressure difference at least in the x-axis direction or the y-axis direction at an observation point with respect to a different position from which each audio signal is output. .
前記信号分離手段が、重畳信号を各出力信号に分離すると共に、当該各出力信号の各出力源における方向及び/又は標準偏差を出力することをことを
特徴とする信号分離装置。In the signal separation device according to any one of claims 1 to 6,
The signal separation means is characterized in that the signal separation means separates the superimposed signal into output signals and outputs the direction and / or standard deviation of each output signal at each output source.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2005/010341 WO2006131959A1 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Signal separating apparatus |
JPPCT/JP2005-010341 | 2005-06-06 | ||
PCT/JP2006/311334 WO2006132249A1 (en) | 2005-06-06 | 2006-06-06 | Signal separating apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2006132249A1 true JPWO2006132249A1 (en) | 2009-01-08 |
Family
ID=37498171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007520126A Pending JPWO2006132249A1 (en) | 2005-06-06 | 2006-06-06 | Signal separation device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2006132249A1 (en) |
WO (2) | WO2006131959A1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7970564B2 (en) * | 2006-05-02 | 2011-06-28 | Qualcomm Incorporated | Enhancement techniques for blind source separation (BSS) |
JP4894638B2 (en) * | 2007-06-05 | 2012-03-14 | パナソニック電工株式会社 | Acoustic input device |
US8954324B2 (en) | 2007-09-28 | 2015-02-10 | Qualcomm Incorporated | Multiple microphone voice activity detector |
US8175871B2 (en) | 2007-09-28 | 2012-05-08 | Qualcomm Incorporated | Apparatus and method of noise and echo reduction in multiple microphone audio systems |
US8223988B2 (en) | 2008-01-29 | 2012-07-17 | Qualcomm Incorporated | Enhanced blind source separation algorithm for highly correlated mixtures |
JP5593547B2 (en) * | 2010-02-26 | 2014-09-24 | 日産自動車株式会社 | Wave source position calculation method and wave source position calculation apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11508105A (en) * | 1995-09-18 | 1999-07-13 | インターヴァル リサーチ コーポレイション | Adaptive filter for signal processing and method thereof |
JP2002507351A (en) * | 1997-06-18 | 2002-03-05 | クラリティー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Blind signal separation method and apparatus |
JP2002140096A (en) * | 2000-06-02 | 2002-05-17 | Canon Inc | Signal processing system |
JP2004325127A (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Sound source detection method, sound source separation method, and apparatus for executing them |
WO2005024788A1 (en) * | 2003-09-02 | 2005-03-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Signal separation method, signal separation device, signal separation program, and recording medium |
JP2005078579A (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | Signal separation method, signal separation program, and recording medium recorded with this program therein |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5732143A (en) * | 1992-10-29 | 1998-03-24 | Andrea Electronics Corp. | Noise cancellation apparatus |
JP3424757B2 (en) * | 1992-12-22 | 2003-07-07 | ソニー株式会社 | Sound source signal estimation device |
JP3424761B2 (en) * | 1993-07-09 | 2003-07-07 | ソニー株式会社 | Sound source signal estimation apparatus and method |
JP3355598B2 (en) * | 1996-09-18 | 2002-12-09 | 日本電信電話株式会社 | Sound source separation method, apparatus and recording medium |
JP2000181499A (en) * | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Sound source signal separation circuit and microphone device using the same |
US6594367B1 (en) * | 1999-10-25 | 2003-07-15 | Andrea Electronics Corporation | Super directional beamforming design and implementation |
JP2002232989A (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Multi-channel sound field sound collection system |
JP3986785B2 (en) * | 2001-09-20 | 2007-10-03 | 日本放送協会 | Sound source separation and collection microphone apparatus and method |
-
2005
- 2005-06-06 WO PCT/JP2005/010341 patent/WO2006131959A1/en active Application Filing
-
2006
- 2006-06-06 JP JP2007520126A patent/JPWO2006132249A1/en active Pending
- 2006-06-06 WO PCT/JP2006/311334 patent/WO2006132249A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11508105A (en) * | 1995-09-18 | 1999-07-13 | インターヴァル リサーチ コーポレイション | Adaptive filter for signal processing and method thereof |
JP2002507351A (en) * | 1997-06-18 | 2002-03-05 | クラリティー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Blind signal separation method and apparatus |
JP2002140096A (en) * | 2000-06-02 | 2002-05-17 | Canon Inc | Signal processing system |
JP2004325127A (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Sound source detection method, sound source separation method, and apparatus for executing them |
WO2005024788A1 (en) * | 2003-09-02 | 2005-03-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Signal separation method, signal separation device, signal separation program, and recording medium |
JP2005078579A (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | Signal separation method, signal separation program, and recording medium recorded with this program therein |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6012057526; 小野順貴他: '"時空間勾配計測に基づく指向性制御と音源分離の理論"' 日本音響学会2005年春季研究発表会講演論文集-II- , 200503, pp.607-608 * |
JPN6012057529; 鶴田浩輔他: '"時空間勾配法に基づくブラインド信号分離"' 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.103,No.609(2004-01), pp.13-16 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006132249A1 (en) | 2006-12-14 |
WO2006131959A1 (en) | 2006-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7809145B2 (en) | Ultra small microphone array | |
KR101812862B1 (en) | Audio apparatus | |
EP2590432B1 (en) | Conversation detection device, hearing aid and conversation detection method | |
US7710826B2 (en) | Method and apparatus for measuring sound source distance using microphone array | |
US20050047611A1 (en) | Audio input system | |
JPWO2006132249A1 (en) | Signal separation device | |
WO2014147442A1 (en) | Spatial audio apparatus | |
US11184723B2 (en) | Methods and apparatus for auditory attention tracking through source modification | |
KR20090057692A (en) | Method and apparatus for filtering the sound source signal based on sound source distance | |
Quaegebeur et al. | Enhancement of time-domain acoustic imaging based on generalized cross-correlation and spatial weighting | |
JP5590951B2 (en) | Sound field control apparatus and sound field control method | |
EP3050322B1 (en) | System and method for evaluating an acoustic transfer function | |
CN106233382A (en) | A kind of signal processing apparatus that several input audio signals are carried out dereverberation | |
JP5565552B2 (en) | Audiovisual processing apparatus, audiovisual processing method, and program | |
US20180308502A1 (en) | Method for processing an input signal and corresponding electronic device, non-transitory computer readable program product and computer readable storage medium | |
GB2557411A (en) | Tactile Bass Response | |
Corey et al. | Motion-tolerant beamforming with deformable microphone arrays | |
JP5451562B2 (en) | Sound processing system and machine using the same | |
JP6567216B2 (en) | Signal processing device | |
Gul et al. | Preserving the beamforming effect for spatial cue-based pseudo-binaural dereverberation of a single source | |
JP5270259B2 (en) | Voice recognition device | |
EP1448016B1 (en) | Device and method for detecting wind noise | |
JP2010056762A (en) | Microphone array | |
JP6323901B2 (en) | Sound collection device, sound collection method, and program | |
JP5628219B2 (en) | Sound field recording / reproducing apparatus, method, and program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090604 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120221 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121113 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130319 |