JPH10501668A - 適応マイクロホン装置及び入来ターゲット雑音信号適応方法 - Google Patents
適応マイクロホン装置及び入来ターゲット雑音信号適応方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は適応マイクロホン装置であり、一個又は複数のマイクロホン(MP1,…,MPn)を有するとともに、ターゲット入力信号を検出する信号検出装置、信号形成装置、信号格納手段を備えている。入力信号は、測定信号(m1,…,mn)及び雑音信号(N1,…,Nn)からなる。格納手段(2)に格納して測定入力(m1,…,mn)信号を格納手段(2)に格納して記録する。信号形成装置として、第1信号形成手段(4)及び第2信号形成手段(5)を備えている。第1信号形成手段(4)は、格納手段(2)からの信号及び雑音信号(N1,…,Nn)の和を処理してフィルタ係数を発生させる適応手段を備えており、第1信号形成手段(4)を通じて得られたフィルタ係数を、第2信号形成手段(5)がターゲット入力信号上で使用し、測定信号、雑音信号及びターゲット雑音信号を、ほぼ同一状態で入力する。
Description
【発明の詳細な説明】
適応マイクロホン装置及び入来ターゲット雑音信号適応方法
技術分野
本発明は、請求の範囲1の最初の部分で記載するような適応マイクロホン装置
に関するものであり、また、本発明は、入来ターゲット雑音信号を適応的に処理
する入来ターゲット雑音信号適応方法に関するものである。
背景技術
マイクロホンの使用状況は場所によって大きく変化し、例えば、自動車内、や
各種の移動車両等の内部、さらには工場内又は倉庫内のように非常に騒がしい状
況で使用することがある。このような場所にあって、ハンドフリー通話(信号操
作)を行う場合、任意の音声源からマイクロホンまでの距離を要因とする、その
マイクロホン装置に要求される性能が高く求められる。例えば、自動車内の騒々
しい環境では、ハンドフリー通話を行う移動電話機における音声識別装置の処理
能力(パフォーマンス)が著しく劣化する。
例えば、騒々しい環境での音声信号の品質(通話品質)を向上させるために多
くの試みがなされている。これらの解決方法として、一般的にはスペクトル減算
及びウィナーフィルタ処理及び配列処理技術に基づいた方法が用いられている。
すなわち、音声発生モデル及び種々のアルゴリズムを用いることによる音声信号
についての優先情報(必要な音声情報)が、音声認識及び音声符号化装置に用い
られている。優先情報が正確であることを確実化するために、許容し得る信号対
雑音(S/N)比が要求される。これは、例えば、自動車内の移動電話機のハン
ドフリー動作又は音声認識のような悪状況下で雑音を低減する必要があることを
意味する。
これらの解決手法、すなわち、信号対雑音比を向上するための、例えば、適応
マイクロホン配列の特別なフィルタ処理に基づく方法及び装置が提案されている
。しかしながら、これら既知の全ての解決方法では、優先情報に対する近似領域
(周波数帯域)の考察が極めて重要になる。このために、優先モデルを用いた詳
細な説明が困難であるという不都合が生じる。
例えば、自動車内の音声領域(周波数帯域)を表す固有の理論モデルを有する
ビームフォーマは、部分的に不正確な優先情報に基づく配列となってしまう可能
性が高いものとなる。例えば、「Proc.VLSI 及びComputer Peripherals VLSI の
K.Krochel による“Method for noise reduction applied to speech input sys
tems”及び1989年5 月8 〜12日に発行された“Microelectronic Applications i
n Intelligent pheripherals and their Interconnection,Network”のp.2/82
〜87」に示す既知の装置では、自動的に変調処理を行って所望の信号を発生させ
ている。しかしながら、この動作では優先情報が誤り又は不正確である場合は、
その処理が出来ないために、高等な数学モデル等がさらに要求されることになる
。
さらに、多数の既知の装置及び方法として、いわゆる、雑音キャンセラが用い
られている。これらは雑音原理に対応した構成による処理を行うものであるが、
一般的に所望の極めて良好な結果が得られ難い。しかも装置構成が複雑化する。
発明の開示
本発明の目的は、最初に言及したように良好な信号対雑音(S/N)比が得ら
れる適応マイクロホン装置を提供することである。
本発明の他の目的は、信号統計値、音声領域、マイクロホン配置及び電子装置
の特性等について数学モデルが要求されない装置を提供することである。
本発明の他の目的は、車内などの、いわゆる、ハンドフリー操作(通話)に用
いることが出来るとともに、良好な信号対雑音比が得られる出力信号を送出する
装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、チャネルの不整合に感知しないマイクロホン装
置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、確実かつ使用が容易な装置を提供することである
。本発明の他の目的は、極めて正確な測定信号である基準信号が容易に得られる
装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、音声認識装置を用いる際の音声認識トレーニング
中のフィルタ処理動作間の相違及び動作処理規模が小さい装置を提供することで
ある。
本発明の他の目的は、入来ターゲット雑音信号を適応的に処理する方法を提供
することである。
これら及び他の目的を、請求の範囲1に記載の特徴部分を有する装置によって
達成することが出来る。さらに、請求の範囲20に記載の特徴を有する方法によ
って目的を達成することが出来る。
また、複数の好適例を、従属の請求の範囲によって示す。以下の従属の請求の
範囲の好適例は、信号を形成する装置が、適応ビームフォーマ及びフィルタ処理
ビームフォーマを備えるものである。特に好適例では、測定信号を音声信号とし
、より詳細には代表的な音声信号、すなわち、スペクトルに影響を及ぼす音声信
号とする。さらに詳細には、測定信号を所定の周波数位置に配置(記録)する。
すなわち、同一の装置を用いて測定信号を記録する。この好適例ではターゲット
雑音信号が発生する場合のように同一位置に記録する。
また、好適例では格納手段にデジタル格納装置を備え、より好適例として個別
のマイクロホンに対する各入力測定信号に対する一つのデジタル格納装置を備え
る。測定信号は複数の(2次)測定信号、いわゆる、所望の信号に結合した各マ
イクロホンからの測定信号である。
この測定信号と好適例によって純粋な雑音である雑音信号との和を適応的に処
理するに当たり、この適応手段はLMS(最小2乗平均)アルゴリズムである適
応アルゴリズム、例えば、RLS(再帰最小2乗)のような他のアルゴリズムで
り、又は他の任意の適切なアルゴリズムとするものである。特に、測定信号中の
一つ又は二つ以上の結合を、測定信号及び雑音信号の和をそれ自体既知の方法で
比較するアルゴリズム手段で所望の信号として使用する。
適応処理中に、ターゲット雑音信号、すなわち、音声信号を発生させない間は
、複数のフィルタ係数が、それ自体既知の方法である適応ビームフォーマで得ら
れる。フィルタ係数は取り込まれ(コピーされ)、かつ、第2ビームフォーマ、
すなわち、フィルタ処理ビームフォーマで用いられる。ターゲット雑音信号をス
ピーカが出力すると、適応ビームフォーマの適応処理がスイッチオフ(停止)さ
れ、適応処理が行われない。その後、ターゲット雑音信号がフィルタビームフォ
ーマによってフィルタリング(フィルタ処理)される。一般的に、第1及び第2
ビームフォーマは、例えば、FIR(有限インパルス応答)のフィルタを備えて
おり、その適応係数を実際の雑音レベルである雑音状況に適合させ、かつ、装置
の所定
位置に適合させる。
図面の簡単な説明
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定される
ものではない。
図面中、図1は測定段階を示す。
図2は、適応フィルタ処理段階を示す。
発明を実施するための最良の形態
以下、例えば、車内にマイクロホンを配列した実施の形態をもって説明する。
図1はn個のマイクロホン(MP1,MP2,…,MPn)を備える配列を図示
している。ここでnを1以上の任意の数とする。また、この配列を、実際の環境
及び相対的な状況に応じて選択する。ある特別の実施の形態では、8個のマイク
ロホンを用いるが、これは、当然に単に一例の構成を示すものである。
マイクロホンを、任意の適切な品質、すなわち、任意の種類のものとすること
が出来る。しかしながら、マイクロホンを標準的な品質のものとする場合、マイ
クロホンは一般的に、測定段階を容易に実現するためにビームフォーマに過大な
効果を要求することになる。
本発明によれば、実際のシステムを有する状況下、例えば、正しいスピーカの
位置の状態で、相違する位置からの雑音を含まずにトレーニングシーケンスが記
録される。トレーニングシーケンス又は測定信号が記憶装置に格納される。その
後、適応処理段階でトレーニング信号として用いられる。その結果、固有の測定
信号が得られ、所望(一般的に関心のある)の周波数帯域及び空間点を重み付け
することが出来る。
本発明による装置は、実際の状況に対して正確であり、マイクロホンの配列、
素子間の類似、測定、増幅器の整合又は他の電子装置等に依存しない。一般的に
、マイクロホン装置は二組の入力データ、すなわち、フィルタ処理(フィルタリ
ング)ビームフォーマのターゲット雑音信号と、適応ビームフォーマが記録され
た測定信号に雑音信号を加えた信号とを使用する。第1及び第2のビームフォー
マの各々、例えば、適応ビームフォーマ及びフィルタ処理ビームフォーマの各々
において、信号はFIRフィルタ、すなわち、有限インパルス応答フィルタ又は
入
力データを線形結合するタップ遅延線を用いてフィルタリングを行う。
以上の説明の実施の形態において、マイクロホン装置を特にハンドフリー通話
(信号操作)に用いることが出来る。図1のマイクロホン装置は、任意の所望の
形式で配置した複数のマイクロホンMP1,MP2,…,MPnを備えている。入
力結合信号M1,…,Mnは、変換ブロック1において反エイリアジング(Aliasi
ng)操作及びA/D変換処理が行わる。その後m1,m2,…,mnを付した信号
が、測定信号格納装置2に記録される。測定信号m1,…,mnは、以降で詳細に
説明するような適応手段でも用いられる。測定信号を、例えば、自動車の場合、
純粋な測定信号として発生させるべきであり、同様に、例えば、自動車のモータ
を駆動しない状態、すなわち、駐車時は一般的に信号の発生及び記録の際に雑音
が発生しないようにする必要がある。
代表的な音声信号、すなわち、スペクトルに影響を及ぼす音声信号を、代表的
なスピーカの出力位置から測定信号格納装置2に記録する。好適にはこれをデジ
タル格納装置とする。より好適には、各々が一つのマイクロホンチャネルに対応
する複数のデジタル格納装置とする。記録された、これらの信号は測定信号m1
,…,mnを形成する。
好適には、適応手段又は適応ビームフォーマ4を、例えば、車内のラウドスピ
ーカ又は装置のスピーカからの表示シーケンスを読み取ることにより、車内など
で測定することが出来る。各マイクロホンごと(チャネル)で受信されたシーケ
ンスは、測定信号格納装置2に格納される。これは装置のスピーカ又は車内のラ
ウドスピーカ等からA/Dコンバータへのチャネルが含まれることを意味する。
既に説明したように、周囲の雑音レベルを出来るだけ低減して、入力測定信号m1
,…,mn中の一つ又は入力測定信号m1,…,mnの二つ以上の組合せとするこ
とが出来る所望の信号で良好な信号対雑音比を得る必要がある。
好適な実施の形態において、既に説明したような所望の信号を形成するように
結合できる測定信号をマイクロホン装置に提供する状況及び装置は、一般的に時
間軸上で変動しない。さらに、既に説明したように、個別のマイクロホンMP1
,MP2,…,MPn及びそれらの配置を、任意の適切な態様で選択することが出
来る。好適な実施の形態によれば、確実なシステムを得るために、装置のスピー
カ位置又は車内のラウドスピーカ位置を、測定信号が格納装置に記録される間に
スピーカの通常の位置の周辺及び付近で移動させることによって変化させる。相
違する位置から記録された測定信号は、好適な実施の形態によって重ね合わされ
て、重み付けされた平均トレーニング信号、測定信号又は基準信号を発生させる
。既に説明したように、これらの信号は格納装置2に集めて格納される。
図2から理解できるように、測定信号、すなわち、基準信号を形成するこれら
の信号がm1,m2,mn及びmrは、トレーニング信号とともに、例えば、結合形
態で、適応中用いる所望の信号である基準信号として用いる。
測定信号が格納装置2に記録され、及び、格納される測定段階の後に、適応段
階が続いて処理される。この処理段階中は、測定入力信号が存在しない。この状
況は一般的に極めて大きな雑音状況下であり、自動車の場合、それは、スピーカ
からの発音ではなく、例えば、モータ駆動による自動車の移動(走行)状況に関
連したものである。適応ビームフォーマへの入力信号は、格納装置2に格納され
た測定信号m1,m2,…,mnと雑音信号N1,N2,…,Nnとの各々の和によっ
て形成する。したがって、スピーカなどから音声を出力しない。格納装置2は、
例えば、結合された所望の信号mrを形成する(図示しない)装置も備える。こ
れを入力測定信号m1,…,mn中の一つ又は幾つかの結合によって形成すること
も出来る。
格納された音声信号m1,…,mnに雑音信号N1,…,Nnを加えたものを適応
ビームフォーマ4に入力する。雑音が存在しないときに同一の電子装置を通過し
た既知の基準信号、すなわち、所望の信号mrも得られる。適応ビームフォーマ
4の適応フィルタには、例えば、最小2乗範囲内に正確なフィルタ係数に適合さ
せ又はLMSアルゴリズム(又は他の任意の適切なアルゴリズム)を適合させる
のに必要な全ての情報を提供する。
これら自体は既知の方法である。すなわち、基準信号の所望の信号mrを、適
応ビームフォーマ4からの出力信号mb1から引き、差ε信号を形成する場合や、
同一の音声装置から発生する二つのスピーカを有した同一の電子装置に適合する
等々である。したがって、適応マイクロホン装置は、マイクロホン、増幅器、A
/D変換器等の個別の特性とともに、分布した音声状況、マイクロホンの位置等
を測定する。
適応ビームフィルタ4のデジタルフィルタの係数を、現在の雑音状況及び実際
の装置に対して最適化すると、これら係数は第2のビームフォーマ、すなわち、
フィルタ処理ビームフォーマ5に入力(コピー)される。フィルタ処理ビームフ
ォーマ5は、スピーカなどの動作時に作動する。スピーカ(等)が動作するとき
、例えば、送受信のプッシュトウトーク機能により自動又は手動によって適応処
理のスイッチをオフする。これは好適な実施の形態に関するが、必要でない場合
がある。適応処理のスイッチオフによって、エコー効果を防止するために及び/
又はより確実なシステムを設けて、適応フィルタが実音声信号上で動作できない
ようにする。音声及び雑音からなるターゲット雑音信号である音声信号sn1,
sn2,…,snnは、フィルタ処理ビームフォーマ5でのみフィルタ処理が行わ
れ、フィルタ処理ビームフォーマ5でのフィルタ処理中にフィルタ係数を固定し
て、出力信号をフィルタ処理ビームフォーマ5から得る。
好適な実施の形態によれば、スピーカが音声出力を停止すると、適応ビームフ
ォーマの適応処理が継続される。好適例としてはフィルタ処理ビームフォーマは
、任意の測定信号がない場合にも継続的に作動する。
また、マイクロホン装置の相違する素子を任意の所望の種類のものとすること
が出来る。さらに、複数の相違する既知のタイプのマイクロホンを用いることが
出来る。かつ、相違するフィルタを用いることも出来る。なお、前記のFIRフ
ィルタは単に一例を示すのみである。また、格納装置を任意の適切な方法で選択
することも出来る。同様に、サンプリング周波数も、相違する数の値をとること
が出来る。本発明を複数の相違する方法において、複数の他の態様で変更するこ
とも出来るが、これらは請求の範囲を制限するものではない。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
H04B 7/26 7827−5G H04M 1/60 A
H04M 1/60 7605−5J H04B 7/26 Q
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TT,UA,
UG,US,UZ,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.少なくとも一つのマイクロホン(MP1,MP2,…,MPn)を有し、かつ 、ターゲット入力信号を検出する信号検出装置と、信号形成装置と、信号格納手 段とを備える適応マイクロホン装置において、 前記入力信号は、測定信号(m1,…,mn)及び雑音信号(N1,…,Nn)を 備え、測定入力(m1,…,mn)信号を記録するとともに、格納手段(2)に格 納し、かつ、前記信号形成装置に、第1信号形成手段(4)及び第2信号形成手 段(5)を備え、前記第1信号形成手段(4)は、前記格納手段(2)からの信 号及び前記雑音信号(N1,…,Nn)の和を処理してフィルタ係数を発生させる 適応手段を備え、かつ、前記第1信号形成手段(4)を通じて得られたフィルタ 係数を、前記第2信号形成手段(5)において、ターゲット入力信号上で使用し 、測定信号、雑音信号及びターゲット雑音信号を、ほぼ同一状態で入力すること を特徴とする適応マイクロホン装置。 2.請求の範囲1に記載の適応マイクロホン装置において、 適応手段(4)を適応ビームフォーマとすることを特徴とする適応マイクロホ ン装置。 3.請求の範囲2に記載の適応マイクロホン装置において、 前記第2信号形成手段(4)をフィルタ処理ビームフォーマとすることを特徴 とする適応マイクロホン装置。 4.請求の範囲1〜3のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記雑音信号(N1,…,Nn)を純粋な雑音信号とすることを特徴とする適応 マイクロホン装置。 5.請求の範囲1〜4のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記測定信号(m1,…,mn)を音声信号とすることを特徴とする適応マイク ロホン装置。 6.請求の範囲5に記載の適応マイクロホン装置において、 前記測定信号(m1,…,mn)を、典型的な音声信号又はスペクトルに影響を 及ぼす音声信号とすることを特徴とする適応マイクロホン装置。 7.請求の範囲1〜6のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記測定信号(m1,…,mn)を所定の位置に記録することを特徴とする適応 マイクロホン装置。 8.請求の範囲1〜7のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記格納手段(2)に、少なくとも一つのデジタル格納装置を備えることを特 徴とする適応マイクロホン装置。 9.請求の範囲8に記載の適応マイクロホン装置において、 前記測定入力信号は、所望の信号(mr)に結合する複数の測定信号(m1,… ,mn)を備えることを特徴とする適応マイクロホン装置。 10.請求の範囲1〜9のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応手段(4)は、適応処理のための適応アルゴリズム(LSM,RMS )を用いることを特徴とする適応マイクロホン装置。 11.請求の範囲10に記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応アルゴリズムを、LMSアルゴリズム又は他の勾配アルゴリズム等と することを特徴とする適応マイクロホン装置。 12.請求の範囲11に記載の適応マイクロホン装置において、 測定信号(M1,…,Mn)中の一つ又はこれらの結合を、前記適応アルゴリズ ムの所望の信号として用いることを特徴とする適応マイクロホン装置。 13.請求の範囲1〜12のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 ほぼ純粋な雑音信号(N1,…,Nn)を第1適応ビームフォーマ(4)で、ほ ぼ純粋な測定信号(m1,…,mn)に結合し、適応係数を適応処理して、前記適 応ビームフォーマ(4)からの出力信号を、前記測定信号の結合と同様にするこ とを特徴とする適応マイクロホン装置。 14.請求の範囲1〜13のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応ビームフォーマ(4)の適応処理で得られたフィルタ係数をコピーし て、前記フィルタ処理ビームフォーマ(5)が用いることを特徴とする適応マイ クロホン装置。 15.請求の範囲1〜14のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応ビームフォーマ(4)による適応処理を、スピーカ等が作動する際の 、前記ターゲット雑音信号の入力時にスイッチオフすることを特徴とする適応マ イ クロホン装置。 16.請求の範囲1〜15のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記ターゲット雑音信号又は音声信号を、前記フィルタ処理ビームフォーマ( 5)のみでフィルタ処理することを特徴とする適応マイクロホン装置。 17.請求の範囲1〜16のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応マイクロホン装置は、単一のマイクロホン(MP1)を備えることを 特徴とする適応マイクロホン装置。 18.請求の範囲1〜16のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記適応マイクロホン装置が、前記マイクロホン(MP1,MP2,…,MPn )の配列を備えることを特徴とする適応マイクロホン装置。 19.請求の範囲1〜18のいずれかに記載の適応マイクロホン装置において、 前記第1及び第2ビームフォーマ(4,5)は、FIRフィルタ(有限インパ ルス応答フィルタ)を備え、この適応係数を実際の雑音レベルである雑音状態及 び所定の位置の装置に適合させることを特徴とする適応マイクロホン装置。 20.物理的にほぼ同一の位置から来る少なくとも一つの測定信号を記録すると ともに、ターゲット雑音信号としてほぼ同一の装置に適合させるステップと、 デジタル格納装置に前記測定信号を格納するステップと、 純粋な雑音信号及び前記測定信号の和並びに前記適合させるステップの所望の 信号として前記測定信号のうちの一つ又はその結合を供給するステップと、 前記適応ビームフォーマが周囲の雑音を抑制するとともに、測定信号に従うよ うに適応係数を発生させるように前記適応ビームフォーマで適応処理を実行する ステップと、 前記適応ビームフォーマからフィルタ処理ビームフォーマに前記適応係数をコ ピーするステップと、 前記適応のスイッチオフ中に前記フィルタ処理ビームフォーマへターゲット雑 音信号を供給するステップと、 前記フィルタ処理ビームフォーマから出力信号を発生させるステップと有する ことを特徴とする入来ターゲット雑音信号適応方法。 21.請求の範囲20に記載の入来ターゲット雑音信号適応方法において、 前記フィルタ処理ビームフォーマは、測定信号を有しないで連続的に動作する ことを特徴とする入来ターゲット雑音信号適応方法。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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