JP6048596B2

JP6048596B2 - 集音装置、集音装置の入力信号補正方法および移動機器情報システム

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Publication number: JP6048596B2
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Inventors: 訓古田
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Description

本発明は、音声などの音を複数の収音機器を用いて集音する集音装置に関する。

音声や音楽などの音を効率よく収音するために、複数のマイクロホン（マイクロホンアレー）を使用して集音するマイクロホンアレー処理が考案され広く用いられている。一般的にマイクロホンの周波数特性やゲイン特性は、製造時の個体差、経年変化あるいは設置環境などの要因により均一ではなく、個体によりばらつきがある。マイクロホンアレー処理では、使用するマイクロホンの周波数特性やゲイン特性にばらつきがあると集音の性能が劣化してしまうため、マイクロホン間の特性の差がなくなるようにマイクロホンで取得した信号を補正することが行われる。

校正用の音（校正音）をスピーカ等の音源装置で発生し、マイクロホンで取得した校正音の信号に基づいてマイクロホン間の特性のばらつきが無くなるように取得した信号を補正する方法があるが、この方法では校正音を発生する音源装置が必要になる。これに対し音源装置を必要とせずに、マイクロホンに到来する音、また特に音声などの集音対象の音（以降、目的音と称す）をマイクロホンで取得した信号を用いてマイクロホン間の特性の差が無くなるように信号を逐次修正する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００９−５５３４３号公報（図７）

しかしながら、マイクロホンに到来する音をマイクロホンで取得した信号に基づいて補正した場合、取得した音の音源と目的音の音源の位置が異なるなどの要因により、行った補正が目的音の集音に対して適切な補正であるとは限らない。また、目的音を取得した信号に基づいて補正を行おうとしても、誤って目的音ではない音を取得した信号に基づいて補正を行ってしまう可能性があり、このような場合にはやはり目的音の集音に対して適切な補正が行えるとは限らない。
このように従来のマイクロホンアレーを用いた集音装置は、集音対象の目的音に適さない補正をしてしまう可能性があるという問題があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、マイクロホンアレーの複数のマイクロホンで取得した信号の補正をマイクロホンに到来する音を用いて行う、集音対象の音に対して適切でない補正をする可能性を低減した集音装置を得ることを目的とする。

この発明の集音装置は、複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号のそれぞれについて、規定される第１のしきい値よりも値の小さい入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとする小信号パワー取得部と、複数の入力信号を補正するためのそれぞれの補正量をそれぞれの前記小信号パワーに基づいて求める補正量設定部と、複数の入力信号を補正するためのそれぞれの補正量に基づいて対応する入力信号をそれぞれ補正する補正部と、を備えるようにしたものである。
この発明の集音装置の入力信号補正方法は、複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号から集音する対象の音の信号を生成する集音装置における入力信号の補正方法であって、規定されたしきい値よりも小さい入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとするステップと、入力信号を補正するためのそれぞれの補正量を当該入力信号の小信号パワーに基づいて求めるステップと、入力信号のそれぞれをその入力信号を補正するための補正量に基づいて補正するステップと、を備えるようにしたものである。
この発明の移動機器情報システムは、複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号のそれぞれについて、規定されるしきい値よりも値の小さい入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとし、それぞれのこの小信号パワーに基づいて求めたその小信号パワーに対応する入力信号を補正するための補正量を求め、それぞれのこの補正量に基づいて前記複数の入力信号をそれぞれ補正した信号を用いて集音対象の音を強調した出力信号を生成する集音装置と、その集音装置が出力した出力信号の音声認識結果に基づいて処理を行う経路案内装置、または集音装置の出力信号を用いる通話装置、または集音装置の出力信号を用いる能動消音装置の少なくともいずれか一つを備えるようにしたものである。

この発明の集音装置によれば、マイクロホンアレーを構成する各マイクロホンからの入力信号について、規定される第１のしきい値よりも小さいパワーをそれぞれの入力信号の小信号パワーとして、この小信号パワーに基づいてそれぞれの入力信号を補正するための補正量を求めて、各入力信号を求めた補正量で補正するようにしたので、集音対象の音に対して適切でない補正をする可能性を低減した集音装置を得ることができる。
この発明の集音装置の入力信号補正方法によれば、マイクロホンアレーを構成する各マイクロホンからの入力信号について、規定された第１のしきい値よりも小さいパワーをそれぞれの入力信号の小信号パワーとして、この小信号パワーに基づいてそれぞれの入力信号を補正するための補正量を求めて、各入力信号を求めた補正量で補正するようにしたので、集音対象の音に対して適切でない補正をする可能性を低減した補正をすることができる。
この発明の移動機器情報システムによれば、複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号のそれぞれについて、規定されるしきい値よりも値の小さい入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとし、それぞれのこの小信号パワーに基づいてその小信号パワーに対応する入力信号を補正するための補正量を求め、それぞれのこの補正量に基づいて複数の入力信号をそれぞれ補正した信号を用いて集音対象の音を強調した出力信号を集音装置が出力し、経路案内装置、通話装置または能動消音装置はこの良好な音の信号を用いることでより良好な性能で動作をすることができる。

この発明の実施の形態１に係る集音装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１の集音装置の信号補正部の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１の集音装置の小信号パワー取得部の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１の集音装置の処理フローを示すフローチャートである。この発明の実施の形態１の集音装置の入力信号のパワーと小信号パワーしきい値の一例を示すグラフである。図５に示したグラフの一部を縦軸方向に拡大したグラフである。この発明の実施の形態２に係る集音装置の信号補正部の構成を示すブロックである。この発明の実施の形態３に係る集音装置の信号補正部の構成を示すブロックである。この発明の実施の形態３の集音装置の信号補正部の変形例の構成を示すブロックである。この発明の実施の形態４に係る車載情報システム（移動機器情報システム）の構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、参照する図面において同一もしくは相当する部分には同一の符号を付している。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態に係る集音装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態の集音装置は、マイクロホンアレー２０を構成する複数のマイクロホン２１_１〜２１_Ｎ（Ｎは２以上の自然数）において取得された音の信号（入力信号）を補正する信号補正部１と信号補正部１で補正された信号を処理する信号処理部２を備えている。なお、以降の説明では例えば特定のマイクロホンを区別する必要が無い場合に単にマイクロホン２１と記す場合がある。これは他のブロックおよび信号の表記においても同様である。

図１において信号補正部１に入力される入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）は、マイクロホン２１_１〜２１_Ｎが取得した音の電気信号を集音装置が備えるＡＤ（アナログデジタル）変換器（図示せず）がデジタル化し、規定されたサンプリング周波数（例えば８ｋＨｚ）でサンプリングして、規定された時間毎（例えば１０ミリ秒毎）のフレームに分割した信号とする。ここで、ｎは分割された個々のフレームを識別するためのフレーム番号を示している。なお、以降の説明では（ｎ）を省略して単にｘｉｎ_１のように示す場合がある。

図２は信号補正部１の構成の一例を示すブロック図である。信号補正部１は、小信号パワー取得部３_１〜３_Ｎ、補正量設定部４、補正部５_１〜５_Ｎとで構成されている。小信号パワー取得部３は入力された入力信号ｘｉｎについて規定される第１のしきい値よりも値の小さい入力信号ｘｉｎのパワーを小信号パワーＰｍｉｎと定めて出力する。補正量設定部４は小信号パワー取得部３が出力する小信号パワーＰｍｉｎに基づいてそれぞれに対応する入力信号ｘｉｎを補正する補正量を決定する。補正部５は補正量設定部４で決定されたそれぞれの補正量に基づいて入力信号ｘｉｎを補正する。なお、ここではＮ個の小信号パワー取得部３_１〜３_ＮをＮ個の入力信号ｘｉｎ_１〜ｘｉｎ_Ｎに対応して備えるようにしているが、１個のブロックが複数の入力信号を処理するように構成しても良い。これは補正部５_１〜５_Ｎ等についても同様である。

図３は小信号パワー取得部３の内部構成の一例を示すブロック図である。小信号パワー取得部３は入力信号ｘｉｎのパワーを計算するパワー計算部６、パワーの最小値の長期平均値を求める最小値追跡部７、パワーの最小値の長期平均値に基づいて第１のしきい値を計算するしきい値計算部８、入力信号ｘｉｎのパワーと第１のしきい値を比較し小信号パワーＰｍｉｎを出力する比較部９で構成されている。なお、小信号パワー取得部３_１〜３_Ｎは同様の構成を有する。

上述の信号補正部１および信号処理部２、また、信号補正部１を構成する小信号パワー取得部３、補正量設定部４、補正部５、小信号パワー取得部３を構成するパワー計算部６、最小値追跡部７、しきい値計算部８、比較部９は汎用プロセッサあるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とＲＡＭ（Random Access Memory）などの周辺回路で構成されるハードウェアとプロセッサで実行されるソフトウェアで実現することが可能である。また、これらの各ブロックをＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで実現することも可能である。

次にこの実施の形態の集音装置の動作を説明する。図４はこの実施の形態の集音装置の処理フローを示すフローチャートである。

最初に信号補正部１がマイクロホンアレー２０のマイクロホン２１_１〜２１_Ｎが取得した音声あるいは音楽などの目的音、および暗騒音などの目的音以外の雑音を含む入力音の入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を受信する（ＳＴ１００）。

信号補正部１に入力された入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を小信号パワー取得部３_１〜３_Ｎが処理して、入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）のそれぞれの小信号パワーＰｍｉｎ_１（ｎ）〜Ｐｍｉｎ_Ｎ（ｎ）を出力する。以下に図３および図４を参照して小信号パワー取得部３が行う処理の詳細を説明する。

まず、小信号パワー取得部３のパワー計算部６が下式（１）により入力信号ｘｉｎ（ｎ）から入力信号の現在のフレームのパワーを計算して、入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）を出力する（ＳＴ１０１）。式（１）においてｎはフレーム番号であり、ｔはフレーム内の離散時間を示す番号である。ｘｉｎ（ｎ，ｔ）は、入力信号ｘｉｎ（ｎ）についてフレームｎの時刻ｔの振幅を表している。なお、サンプリング周波数８ｋＨｚ、１０ミリ秒フレームである場合、Ｍ＝８０である。

パワー計算部６が出力した入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）を受信した最小値追跡部７は入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）の最小値（最小パワー）をトラッキングし、最小値の長期平均値を算出する（ＳＴ１０２）。具体的には、最小値追跡部７は下式（２）に従って入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）の最小値の長期平均値Ｐｔｒ（ｎ）を算出する。最小値追跡部７は算出した長期平均値Ｐｔｒ（ｎ）をしきい値計算部８に出力する。

式（２）において、αは忘却のための時定数であり、例えば下式（３）で与えられる。式（３）においてＰＮＰＯＷ＿ＴＨは予め規定しておくしきい値である。入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）がＰＮＰＯＷ＿ＴＨよりも大きい場合には、忘却係数αを大きい値にして忘却速度を緩やかにする。このようにすると、入力信号ｘｉｎ（ｎ）に目的音である音声などの大きなパワーの成分が混入している場合に、入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）の最小値の長期平均値Ｐｔｒ（ｎ）に目的音のパワーが影響することを抑制でき、入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）の最小値のトラッキング精度を向上することができる。

次に、しきい値計算部８が下式（４）に従って入力された長期平均値Ｐｔｒ（ｎ）に規定された数値ＰＡＤＤ（ｎ）を加算して、入力信号ｘｉｎ（ｎ）の第１のしきい値である小信号パワーしきい値Ｐｔｈ（ｎ）を規定して出力する（ＳＴ１０３）。この実施の形態における数値ＰＡＤＤ（ｎ）の好適な一例は固定値の３ｄＢである。ただし、入力信号の補正が良好に行われるように、入力音の種類等に応じて例えばフレーム毎に適宜変更するようにしても良い。

次に、比較部９が下式（５）に従って入力信号パワーＰｉｎ（ｎ）と小信号パワーしきい値Ｐｔｈ（ｎ）とを比較し、入力信号ｘｉｎ（ｎ）の小信号パワーＰｍｉｎ（ｎ）を求めて出力する（ＳＴ１０４）。Ｐｉｎ（ｎ）がＰｔｈ（ｎ）を下回る場合にはＰｉｎ（ｎ）をＰｍｉｎ（ｎ）として出力する。一方、Ｐｉｎ（ｎ）がＰｔｈ（ｎ）以上である場合には前フレームの値であるＰｍｉｎ（ｎ−１）を出力する。

なお、比較部９は出力した入力信号ｘｉｎ（ｎ）の小信号パワーＰｍｉｎ（ｎ）を次のフレームの処理において使用するために記憶する。

この実施の形態における小信号パワー取得部３の動作原理を図５および図６に示すグラフを用いて説明する。図５において（Ａ）は音声を取得した入力信号ｘｉｎの時間経過にともなう波形の変化を示し、（Ｂ）はその入力信号ｘｉｎのパワーの時間経過にともなう変化を示したものである。図５（Ｂ）において実線Ｂ１はパワー計算部６が算出した入力信号パワーＰｉｎを表している。また、太実線Ｂ２はしきい値計算部８が算出した小信号パワーしきい値Ｐｔｈである。図６は図５の（Ｂ）の一部を縦軸方向に拡大したグラフである。

図５、図６に示した入力信号パワーＰｉｎが小信号パワーしきい値Ｐｔｈ以上である区間のフレームでは、入力信号パワーＰｉｎではなく前フレームの小信号パワーＰｍｉｎをそのフレームの小信号パワーＰｍｉｎとするので、目的音である音声が含まれた区間の入力信号パワーＰｉｎが小信号パワーＰｍｉｎに与える影響を抑制することができる。

小信号パワー取得部３_１〜３_Ｎのそれぞれが出力する小信号パワーＰｍｉｎ_１（ｎ）〜Ｐｍｉｎ_Ｎ（ｎ）を受信した補正量設定部４は、各マイクロホン２１のゲインを補正するための補正量である補正ゲインｇ（ｎ）を算出して求める（ＳＴ１０５）。ここでは補正量の算出の一例として、マイクロホン２１_１を基準にする例を説明する。なお、マイクロホン２１_１を基準にするのではなく他のマイクロホン２１_２〜２１_Ｎのいずれかを基準とするようにしても良い。例えば、あらかじめ目的音の音源の位置がわかっている場合に、もっとも音源に近いマイクロホン２１を基準にすることが可能である。なお、いずれかのマイクロホン２１を基準にすることで、補正量を求めるためのパワーの基準をあらかじめ定めておく必要をなくすことができる。

補正量の算出について詳細を説明する。補正量設定部４はマイクロホン２１_１に係る小信号パワーＰｍｉｎ_１（ｎ）を基準にマイクロホン２１_１〜２１_Ｎに係る小信号パワーＰｍｉｎ_１（ｎ）〜Ｐｍｉｎ_Ｎ（ｎ）のそれぞれが同じレベルになるように、下式（６）に従って補正ゲインｇ_ｍ（ｎ）を算出する。なお、ｍは１以上Ｎ以下の自然数である。

補正量設定部４は算出した補正ゲインｇ_１（ｎ）〜ｇ_Ｎ（ｎ）をそれぞれ補正部５_１〜５_Ｎに出力する。補正ゲインｇ_１（ｎ）〜ｇ_Ｎ（ｎ）を受信した補正部５_１〜５_Ｎは下式（７）により入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を補正する（ＳＴ１０６）。ここでｍは１以上Ｎ以下の自然数である。なお、マイクロホン２１_１を基準とした場合、式（６）によって入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）に対する補正ゲインｇ_１（ｎ）は１．０となるので、ｘｉｎ_１（ｎ）＝ｙｉｎ_１（ｎ）である。補正部５は入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を補正した信号（補正信号と称す）ｙｉｎ_１（ｎ）〜ｙｉｎ_Ｎ（ｎ）を信号処理部２へ出力する。

補正信号ｙｉｎ_１（ｎ）〜ｙｉｎ_Ｎ（ｎ）を受信した信号処理部２では、補正信号ｙｉｎ_１（ｎ）〜ｙｉｎ_Ｎ（ｎ）を用いて例えば遅延和法、最尤法などの公知の強調処理を行って出力信号を出力する（ＳＴ１０７）。

上述のように、この実施の形態の集音装置によれば、マイクロホンアレーの各マイクロホンからのそれぞれの入力信号についてパワーの最小値をトラッキングしてそれぞれの入力信号のパワーの第１のしきい値である小信号パワーしきい値を規定し、この小信号パワーしきい値よりも値の小さい入力信号のパワーを小信号パワーと定め、小信号パワーに基づいて各マイクロホンからの入力信号を補正する補正量を算出するようにした。
これにより、規定のしきい値よりもパワーの小さい入力信号に基づいて入力信号の補正を行うことができるので、集音対象の音に対して適切でない補正をする可能性を低減して、マイクロホンで取得した入力信号の補正を行うことができる。これは、マイクロホンの特性の違いを小さくするための入力信号の補正には例えば暗騒音などのような無指向性の音が適しており、パワーの小さい入力信号は拡散した無指向性の音の信号とみなせるためである。

また、マイクロホンからの入力信号のパワーの最小値をトラッキングして第１のしきい値を規定しているので、あらかじめこのしきい値を決定しておく必要が無く、集音装置の使用環境に柔軟に対応してマイクロホン間の特性の差を補正することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、入力信号のパワーの最小値（最小パワー）に応じた制御を行っているが、入力信号の様態を分析して補正の精度を向上させることも可能である。

図７は、この発明の実施の形態２に係る集音装置の信号補正部１ｂの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態２の集音装置の全体の構成は実施の形態１と同様である。図７において実施の形態１と異なるのは、入力信号を分析する信号判定部１０を備え、信号判定部１０の分析結果が小信号パワー取得部３ｂに入力されるようにしたことである。
なお、信号判定部１０は他のブロックと同様にプロセッサおよびプロセッサで実行されるプログラムで実現したり、ＡＳＩＣ等のハードウェアで実現したりすることが可能である。

この実施の形態の集音装置の動作を実施の形態１との差分を中心に説明する。信号補正部１ｂは実施の形態１と同様に入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を受信する。この実施の形態ではまず、信号判定部１０が受信した入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を分析する。そして、信号判定部１０は受信した入力信号ｘｉｎ_１が例えば音声か雑音かの判定を行い、その結果を判定情報として小信号パワー取得部３ｂに出力する。なお、入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）を分析する方法としては例えば自己相関分析などの方法を用いれば良い。小信号パワー取得部３ｂでは、入力された判定情報に基づいて、例えば入力信号が雑音でない場合には最小パワーのトラッキングを停止し、雑音と判定された場合に最小パワーのトラッキングをするようにする。これ以外の処理は実施の形態１と同様である。

この実施の形態によれば、入力信号の様態を分析した結果を用いて最小パワーのトラッキングの処理を制御することで、より精度の高いトラッキングが可能になり、精密なゲイン補正をすることが可能となる。これは、入力信号に音声が頻繁に混入したりする場合や、あるいはマイクロホンが叩かれるなどで高レベルの雑音が混入する場合などで特に有効である。

実施の形態３．
実施の形態１では、入力信号の全周波数帯域の最小パワーに応じた制御を行っているが、入力信号を周波数領域に変換し、入力信号のスペクトル成分毎、あるいは帯域毎に補正を細分化することで、更にきめ細やかな補正を行うことも可能である。

図８はこの発明の実施の形態３に係る集音装置の信号補正部１ｃの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態３の集音装置の全体の構成は実施の形態１と同様である。図８において実施の形態１と異なるのは、入力信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理を行うＦＦＴ部（スペクトル変換部）１１と、補正後の信号に対して逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ：Inverse FFT）処理を行うＩＦＦＴ部（スペクトル逆変換部）１２を備えていることである。その他の構成については図２と同様であるが、小信号パワー抽出部３ｃ、補正量設定部４ｃ、補正部５ｃはスペクトルを処理対象とする。
なお、ＦＦＴ部１１、ＩＦＦＴ部１２は他のブロックと同様にプロセッサとプロセッサで実行されるプログラムで実現したり、ＡＳＩＣ等のハードウェアで実現したりすることが可能である。

次にこの実施の形態の集音装置の動作を実施の形態１との差分を中心に説明する。なお、ＦＦＴ処理およびＩＦＦＴ処理は公知の技術であるので詳細な説明を省略する。この実施の形態の信号補正部１ｃでは、まずＦＦＴ部１１が入力された入力信号ｘｉｎ（ｎ）対してＦＦＴ処理を行う。具体的には下式（８）に示すＦＦＴ分析を行って入力信号ｘｉｎ（ｎ）をパワースペクトルＸｉｎ（ｎ，ｋ）に変換する。ここで、ＦＦＴ（・）はＦＦＴ分析を表し、Ｋはこの処理によって求まるパワースペクトルの総数、kは求めたパワースペクトルに付される０からＫ−１までの番号（スペクトル番号）である。なお、図８ではスペクトル番号の表記を省略している。

小信号パワー取得部３ｃは、ＦＦＴ部１１が出力したパワースペクトルＸｉｎ（ｎ，ｋ）を受信すると、前述の実施の形態１と同様の方法により、スペクトル毎に第２のしきい値であるパワースペクトルのしきい値を求めて、このしきい値に基づいて小信号パワースペクトルＸｍｉｎ（ｎ，ｋ）を定めて出力する。

次に、補正量設定部４ｃは入力信号ｘｉｎ_１（ｎ）〜ｘｉｎ_Ｎ（ｎ）のそれぞれに対応する小信号パワースペクトルＸｍｉｎ_１（ｎ，ｋ）〜Ｘｍｉｎ_Ｎ（ｎ，ｋ）を用いて、実施の形態１と同様の方法でスペクトル毎の補正量であるスペクトル補正ゲインＧ_１（ｎ，ｋ）〜Ｇ_Ｎ（ｎ，ｋ）を算出する。

次に、補正部５ｃは対応する入力信号ｘｉｎ（ｎ）のパワースペクトルＸｉｎ（ｎ，ｋ）に対してスペクトル毎に下式（９）により補正を行う。ここで、ｍは１以上Ｎ以下の自然数である。

そして、ＩＦＦＴ部１２がそれぞれ対応する補正後のパワースペクトルＹｉｎ_１（ｎ，ｋ）〜Ｙｉｎ_Ｎ（ｎ，ｋ）をＩＦＦＴ処理により時間領域の信号に再変換して補正信号ｙｉｎ_１（ｎ）〜ｙｉｎ_Ｎ（ｎ）を信号処理部２へ出力する。以降の処理は実施の形態１と同様である。

この実施の形態３によれば、入力信号ｘｉｎ（ｎ）をＦＦＴ処理して求めたパワースペクトル毎に補正量を算出して補正を行うようにしたので、入力信号全体ではなくスペクトル成分毎あるいは帯域毎に周波数特性と振幅を揃えることができ、より精密な補正を行うことができる。

また、上述の実施の形態３の変形例として、図９に示すように実施の形態２と同様の入力信号の分析を入力信号のスペクトルに対して行う信号判定部１０ｄを備えて、信号判定部１０ｄが出力する判定情報を用いて小信号パワー取得部３ｄが実施の形態２と同様の処理をするように構成することも可能である。

実施の形態４．
上述の実施の形態１から実施の形態３で説明した集音装置を、自動車や船舶等の移動機器に搭載される経路案内装置やあるいは通話装置などを備えた移動機器情報システムに組み込んだ実施の形態を説明する。なお、以下では車載情報システムを移動機器情報システムの例として説明する。

図１０はこの実施の形態に係る車載情報システムの構成の一例を示すブロック図である。この実施の形態の車載情報システムは、上述の実施の形態１から３のいずれかに係る集音装置１００と、経路案内装置１０１、音声認識装置１０２、通話装置１０３、能動消音装置１０４、マイクロホンアレー２０、表示装置１０５、通信装置１０６、スピーカ１０７を備えている。なお、図１０に示した構成は一例でありこの他にもさまざまな装置を組み合わせることが可能である。

次にこの車載情報システムの動作を説明する。マイクロホンアレー２０は取得した音の信号を集音装置１００に入力する。集音装置１００は実施の形態１から実施の形態３で説明したいずれかの動作を行い、出力信号を出力する。集音装置１００が出力した出力信号を音声認識装置１０２、通話装置１０３、能動消音装置１０４が受信する。

音声認識装置１０２は受信した集音装置１００の出力信号について音声認識処理を行い利用者が発した指示等を経路案内装置１０１あるいは通話装置１０３に出力する。音声認識装置１０２からの指示を受信した経路案内装置１０１は指定された経路案内の処理を実施して、経路案内画像を表示装置１０５によって表示したり、経路案内音声等をスピーカ１０７から出力したりする。

また、音声認識装置１０２からの指示を受信した通話装置１０３は通信装置１０６を制御する。例えば通話開始の指示であった場合、通話装置１０３は通信装置１０６が通信相手との通信回線を接続するように制御する。そして集音装置１００から受信した出力信号を通信装置１０６に出力する。通信装置１０６は通信回線を介して通信相手と通信を行い、受信した信号を通話装置１０３に出力する。通話装置１０３は通信装置１０６から受信した信号をスピーカ１０７から出力する。

また、能動消音装置１０４は、集音装置１００から受信した出力信号を用いて車室内の環境騒音を予測し、その環境騒音を打ち消す音響信号を生成して、スピーカ１０７から出力し、車室内の騒音を低減させる。

上述のようにこの実施の形態によれば、車載情報システムの集音装置１００はマイクロホンに到来する音を用いて、集音対象の音に対して適切でない補正をする可能性を低減して、マイクロホンで取得した信号の補正を行うことができるので、良好な出力信号を得ることが可能である。これにより、車載情報システムが備える装置が行うマイクロホンで取得した音声などの音を用いて行う処理の性能を向上することができる。

以上のように、この発明の集音装置もしくは集音方法は、マイクロホンアレーが取得した音の信号を、集音する目的音を必要せずにマイクロホン間の特性の差異が小さくなるように補正することで良好な集音した音の信号を生成できるので、カーナビゲーションシステムといった車載情報システムなどの集音した音に基づいて処理を実施するシステムにおいて有用である。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ信号補正部、２信号処理部、３，３ｂ，３ｃ，３ｄ小信号パワー取得部、４，４ｃ補正量設定部、５、５ｃ補正部、６パワー計算部、７最小値追跡部、８しきい値計算部、９比較部、１０，１０ｄ信号判定部、１０ＦＦＴ部（スペクトル変換部）、１１ＩＦＦＴ部（スペクトル逆変換部）、２０マイクロホンアレー、２１マイクロホン、１００集音装置、１０１経路案内装置、１０２音声認識装置、１０３通話装置、１０４能動消音装置、１０５表示装置、１０６通信装置、１０７スピーカ。

Claims

複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号のそれぞれについて、前記入力信号のパワーに応じて複数の異なる忘却係数を用いて求められた前記入力信号のパワーの最小値の長期平均値に基づいて第１のしきい値を規定し、前記第１のしきい値よりも値の小さい前記入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとする小信号パワー取得部と、
前記複数の入力信号を補正するためのそれぞれの補正量を前記入力信号のそれぞれの前記小信号パワーに基づいて求める補正量設定部と、
前記複数の入力信号を補正するためのそれぞれの前記補正量に基づいて前記入力信号をそれぞれ補正する補正部と、
を備えることを特徴とする集音装置。
前記補正量設定部は、前記複数のマイクロホンのうちのあらかじめ定められた１つのマイクロホンで取得された前記入力信号の前記小信号パワーを基準とし、前記複数の入力信号を補正するためのそれぞれの前記補正量を、当該補正量で補正される前記入力信号の前記小信号パワーと前記基準とした小信号パワーに基づいて求めることを特徴とする請求項１に記載の集音装置。
前記入力信号を周波数領域の信号であるスペクトルに変換するスペクトル変換部と、
周波数領域の信号であるスペクトルを時間領域の信号に変換するスペクトル逆変換部と、を備え、
前記小信号パワー取得部は前記スペクトル変換部で変換された前記入力信号のスペクトルに応じて複数の異なる忘却係数を用いて求められた前記入力信号のスペクトルの最小値の長期平均値に基づいて第２のしきい値を規定し、前記第２のしきい値よりも値の小さい前記入力信号のパワースペクトルをその入力信号の小信号パワースペクトルとし、
前記補正量設定部は前記入力信号の前記小信号パワースペクトルに基づいて当該入力信号のスペクトルを補正するための補正量を求め、
前記補正部は前記入力信号のスペクトルを前記補正量設定部で求められた当該入力信号のスペクトルを補正するための補正量に基づいて補正し、
前記スペクトル逆変換部は前記補正部において補正された前記入力信号のスペクトルを時間領域の信号に変換することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集音装置。
前記入力信号を分析して当該入力信号の状態を判定した判定情報を出力する信号判定部を備え、
前記小信号パワー取得部は前記判定情報を用いて前記小信号パワーまたは小信号パワースペクトルを取得する処理を実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の集音装置。
複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号から集音する対象の音の信号を生成する集音装置における前記入力信号の補正方法であって、
前記入力信号のパワーに応じて複数の異なる忘却係数を用いて求められた前記入力信号のパワーの最小値の長期平均値に基づいて第１のしきい値を規定するステップと、
規定された前記第１のしきい値よりも値の小さい前記入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとするステップと、
前記入力信号を補正するためのそれぞれの補正量を当該入力信号の前記小信号パワーに基づいて求めるステップと、
前記入力信号のそれぞれをその入力信号を補正するための前記補正量に基づいて補正するステップと、
を備えることを特徴とする集音装置の入力信号補正方法。
前記補正量は、前記複数のマイクロホンのうちのあらかじめ定められた１つのマイクロホンで取得された前記入力信号の前記小信号パワーを基準とし、当該補正量で補正される前記入力信号の前記小信号パワーと前記基準とした小信号パワーに基づいて求められることを特徴とする請求項５に記載の集音装置の入力信号補正方法。
複数のマイクロホンで取得された複数の入力信号のそれぞれについて、前記入力信号のパワーに応じて複数の異なる忘却係数を用いて求められた前記入力信号のパワーの最小値の長期平均値に基づいて第１のしきい値を規定し、前記第１のしきい値よりも値の小さい前記入力信号のパワーをその入力信号の小信号パワーとし、このそれぞれの小信号パワーに基づいてその小信号パワーに対応する前記入力信号を補正するための補正量を求め、それぞれのこの補正量に基づいて前記複数の入力信号をそれぞれ補正した信号を用いて集音対象の音を強調した出力信号を生成する集音装置と、
前記集音装置が出力した前記出力信号の音声認識結果に基づいて処理を行う経路案内装置、または前記出力信号を用いる通話装置、または前記出力信号を用いる能動消音装置の少なくともいずれか一つを備えることを特徴とする移動機器情報システム。