JP3431696B2 - Signal separation method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、各種通信システムや音
声認識システム等の音声入力装置における周囲雑音除去
や話者分離、あるいは生体電気信号計測時の信号源の分
離等のように、各種物理量検出時に雑音の中から信号成
分を分離する信号分離方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various physical quantities such as ambient noise removal and speaker separation in voice input devices such as various communication systems and voice recognition systems, or separation of signal sources when measuring bioelectric signals. The present invention relates to a signal separation method for separating a signal component from noise at the time of detection.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、複数の入力信号を動的に処理し
て、例えば静音化や消音等を図る技術、即ち信号分離方
法の発表が多くなされている。以下にこのような技術の
例につき説明する。なお、以下の例では扱う信号は全て
音声信号とする。2. Description of the Related Art In recent years, there have been many announcements of a technique for dynamically processing a plurality of input signals to achieve, for example, noise reduction or noise reduction, that is, a signal separation method. An example of such a technique will be described below. In the following example, all signals handled are audio signals.
【0003】図8は、そのような信号分離方法の一例を
示すものであり、本発明の信号分離方法の第1の従来例
を表すブロック図である。同図において、1はH−J
(Herault−Jutten)ネットワーク、2は
信号伝播経路、3は重み付き加算器、4はゲイン係数調
整部である。FIG. 8 shows an example of such a signal separation method, and is a block diagram showing a first conventional example of the signal separation method of the present invention. In the figure, 1 is H-J
(Heralt-Jutten) network, 2 is a signal propagation path, 3 is a weighted adder, and 4 is a gain coefficient adjusting unit.
【0004】I個の信号源からの音声信号x1(t)、
x2(t)、・・・、xI(t)は、信号伝播経路2を介
してそれぞれI個の検出信号e1(t)、e2(t)、・
・・、eI(t)として検出され、H−Jネットワーク
1内で処理されて、分離信号s1(t)、s2(t)、・
・・、sI(t)として出力される。Audio signals x 1 (t) from I signal sources,
x 2 (t), ..., X I (t) are I detection signals e 1 (t), e 2 (t), ...
.., detected as e I (t), processed in the HJ network 1, and separated signals s 1 (t), s 2 (t),
.., s I (t) is output.
【0005】ここで、上述の信号伝播経路2は、次式で
与えられる伝達特性を有しているとする。Here, it is assumed that the signal propagation path 2 described above has a transfer characteristic given by the following equation.
【0006】
E(t)=G・X(t) (1)
ここに、E(t)=[e1(t)、e2(t)、・・・、
eI(t)]T、X(t)=[x1(t)、x2(t)、・
・・、xI(t)]T、Gは逆行列G-1が存在するI行I
列の定数行列である。なお、[・・・]Tは転置を表
し、行列Gの各要素をgijとする。E (t) = G · X (t) (1) where E (t) = [e 1 (t), e 2 (t), ...
e I (t)] T , X (t) = [x 1 (t), x 2 (t), ...
.., x I (t)] T , G is I row I where the inverse matrix G −1 exists
It is a constant matrix of columns. [...] T represents transposition, and each element of the matrix G is g ij .
【0007】(1)式のような静的な(時間変化のない
一様な)伝達特性を表す行列Gの各要素gijは、物理的
には、音声信号x1(t)、x2(t)、・・・、x
I(t)が信号伝播経路2において減衰して混合しあう
量を表している。従って、以下、行列Gの各要素g
ijを、「減衰量gij」と呼ぶ。Each element g ij of the matrix G representing the static (uniform with no time change) transfer characteristic as in the equation (1) is physically a voice signal x 1 (t), x 2. (T), ..., x
I (t) represents the amount of attenuation and mixing in the signal propagation path 2. Therefore, hereinafter, each element g of the matrix G
ij is called “attenuation amount g ij ”.
【0008】さて、このような信号伝播経路2を介して
信号検出手段(図示せず)において、検出信号E(t)
(=[e1(t)、e2(t)、・・・、eI(t)]T)
として観測されるとき、H−Jネットワーク1の出力で
ある分離信号s1(t)、s2(t)、・・・、s
I(t)は、ベクトル表現を用いて、次式で与えられ
る。Now, in the signal detecting means (not shown) through such a signal propagation path 2, the detection signal E (t)
(= [E 1 (t), e 2 (t), ..., e I (t)] T )
, S 1 (t), s 2 (t), ..., S which are the outputs of the HJ network 1.
I (t) is given by the following equation using a vector expression.
【0009】
S(t)=E(t)−C・S(t) (2)
=[I+C]-1G・X(t)
ここに、行列Cはゲイン係数cij(但し、cii=0)を
要素とするI行I列の行列であり、IはI行I列の単位
行列である。なお、S(t)=[s1(t)、s
2(t)、・・・、sI(t)]Tである。S (t) = E (t) −C · S (t) (2) = [I + C] −1 G · X (t) where the matrix C is the gain coefficient c ij (where c ii = 0) is an I-row I-column matrix, and I is an I-row I-column identity matrix. Note that S (t) = [s 1 (t), s
2 (t), ..., s I (t)] T.
【0010】式(2)より、行列CのI・(I−1)個
の要素が計算できるならば、音声信号X(t)(=[x
1(t)、x2(t)、・・・、xI(t)]T)は、復元
することができ、各々の分離信号si(t)は、ただ1
つのxi(t)に比例することになる。この式(2)を
書き下すと、次式(3)のようになる。From the equation (2), if I · (I−1) elements of the matrix C can be calculated, the speech signal X (t) (= [x
1 (t), x 2 (t), ..., x I (t)] T ) can be reconstructed and each separated signal s i (t) is only 1
Will be proportional to one x i (t). When this equation (2) is written down, it becomes the following equation (3).
【0011】[0011]
【数5】 [Equation 5]
【0012】さて、説明を簡略化するためI=2とし
て、2入力2出力のH−Jネットワークを例示する。図
9はそのような場合のH−Jネットワークを表してい
る。なお同図において、図8の重み付き加算器3は、加
算器5および乗算器6によって構成されている。To simplify the description, a 2-input 2-output HJ network will be illustrated with I = 2. FIG. 9 shows the HJ network in such a case. In the figure, the weighted adder 3 of FIG. 8 is composed of an adder 5 and a multiplier 6.
【0013】このとき、式(2)は、At this time, the equation (2) is
【0014】[0014]
【数6】 [Equation 6]
【0015】で表され、ゲイン係数cijが次式(5)、
(6)の関係が成立すれば、分離信号siは音声信号xi
に一次比例する。The gain coefficient c ij is expressed by the following equation (5),
If the relationship of (6) is established, the separation signal s i is the audio signal x i.
Linearly proportional to.
【0016】[0016]
【数7】 [Equation 7]
【0017】のとき、s1=g11x1、s2=g22x2を得
る。または、Then, s 1 = g 11 x 1 and s 2 = g 22 x 2 are obtained. Or
【0018】[0018]
【数8】 [Equation 8]
【0019】のとき、s1=g12x2、s2=g21x1を得
る。Then, s 1 = g 12 x 2 and s 2 = g 21 x 1 are obtained.
【0020】即ち、予め音声信号xiが信号検出手段に
至る間の減衰量gijが分かれば、ゲイン係数cijを式
(5)もしくは式(6)で算出し、式(3)に代入する
ことにより、音声信号xiに一次比例する分離信号siを
得ることができるというものである。That is, if the attenuation amount g ij during which the audio signal x i reaches the signal detecting means is known in advance, the gain coefficient c ij is calculated by the equation (5) or the equation (6) and substituted into the equation (3). By doing so, it is possible to obtain the separated signal s i that is linearly proportional to the audio signal x i .
【0021】なお、行列Gが未知の場合には、音声信号
xiが互いに独立かつ、分離信号siも互いに独立である
と仮定し、ゲイン係数cijを次のようにして推定する。When the matrix G is unknown, it is assumed that the speech signals x i are independent of each other and the separated signals s i are also independent of each other, and the gain coefficient c ij is estimated as follows.
【0022】また、分離信号siの各々のパワー(電
力)を最小にするようにゲイン係数cijを調整すること
で上述の推定は達成でき、ゲイン係数cijは勾配法を用
いて次の式(7)で調整される。Further, the above-described estimated each power split signal s i (electric power) by adjusting the gain coefficient c ij to minimize can be accomplished, the gain coefficient c ij is the following using a gradient method It is adjusted by the equation (7).
【0023】[0023]
【数9】 [Equation 9]
【0024】ここに、εは学習(上述の調整過程)の効
率を定める正の小さな値であり、関数f1()とf2()
はcji≠cijとするために導入された互いに異なる奇関
数である。Here, ε is a small positive value that determines the efficiency of learning (the above-mentioned adjustment process), and functions f 1 () and f 2 ()
Are odd functions different from each other introduced to set c ji ≠ c ij .
【0025】さて、以上のような理論以外にも、例えば
騒音環境下で音楽や音声ソースを入力するときの騒音除
去技術として、以下の2つの方式が提案されている。図
10はそのような信号分離方法の第2の従来例を表すブ
ロック図である。同図において、7は音声信号x1を入
力するための第1のマイクロフォン、8は騒音信号x2
を入力するための第2のマイクロフォンである。9は適
応フィルタ、10は減算器である。In addition to the above theory, the following two methods have been proposed as noise removal techniques when, for example, a music or voice source is input in a noisy environment. FIG. 10 is a block diagram showing a second conventional example of such a signal separation method. In the figure, 7 is a first microphone for inputting a voice signal x 1 and 8 is a noise signal x 2
Is a second microphone for inputting. Reference numeral 9 is an adaptive filter, and 10 is a subtractor.
【0026】第1のマイクロフォン7では、音声信号x
1と、騒音信号x2が第1のマイクロフォン7まで伝播し
た信号x2 *が混合されて検出され、検出信号e1として
出力される。第2のマイクロフォン8は、その入力が主
として騒音信号x2となるような位置に配置され、検出
信号e2(≒x2)を得る。これら検出信号e1とe2は、
適応フィルタ9に入力される。適応フィルタ9の出力y
を検出信号e1から減算器10で減算することにより、
検出信号e1から騒音成分x2を除去した信号s1を得る
というものである。In the first microphone 7, the audio signal x
The noise signal x 2 and the signal x 2 * which propagates to the first microphone 7 are mixed and detected as 1 and output as the detection signal e 1 . The second microphone 8 is arranged at such a position that its input is mainly the noise signal x 2 and obtains the detection signal e 2 (≈x 2 ). These detection signals e 1 and e 2 are
It is input to the adaptive filter 9. Output y of adaptive filter 9
Is subtracted from the detection signal e 1 by the subtractor 10,
The signal s 1 obtained by removing the noise component x 2 from the detection signal e 1 is obtained.
【0027】このような騒音除去は、音声信号x1と騒
音信号x2が独立であると仮定し、信号s1のパワーを最
小にするよう適応フィルタ9の伝達特性を調整すること
により達成できる。Such noise elimination can be achieved by assuming that the voice signal x 1 and the noise signal x 2 are independent and adjusting the transfer characteristic of the adaptive filter 9 so as to minimize the power of the signal s 1. .
【0028】このような適応フィルタ9は、式(8)で
表されるような漸化式から成る有限インパルス応答(以
下「FIR」と略す)ディジタルフィルタで与えられ
る。Such an adaptive filter 9 is provided by a finite impulse response (hereinafter abbreviated as "FIR") digital filter composed of a recurrence formula represented by the formula (8).
【0029】[0029]
【数10】 [Equation 10]
【0030】ここに、Kはフィルタ段数である。なお、
フィルタ係数ak(n)は、(9)式の漸化式で表され
る最小二乗法アルゴリズムで調整される。Here, K is the number of filter stages. In addition,
The filter coefficient a k (n) is adjusted by the least square method algorithm represented by the recurrence formula of the formula (9).
【0031】
ak(n+1)=ak(n)+εs1(n)e2(n−k) (9)
ここに、εは最小二乗法アルゴリズムによる学習の効率
を定める正の小さな値である(例えば、特開平5−22
392号公報あるいは特開平6−118967号公報な
ど)。A k (n + 1) = a k (n) + εs 1 (n) e 2 (n−k) (9) where ε is a small positive value that determines the efficiency of learning by the least squares algorithm. (For example, JP-A-5-22
392 or JP-A-6-118967).
【0032】さて、図11は第3の従来例における信号
分離方法を用いた音声会議システムの話者選択システム
のブロック略図である。同図において、11と12はマ
イクロフォン、13と14は可変遅延器、15は遅延時
間設定部、16は加算器であり、マイクロフォン11と
12という2本のマイクロフォンを設置して、位置A、
B、Cに居る話者の音声を検出しようというものであ
る。Now, FIG. 11 is a block schematic diagram of a speaker selection system of a voice conference system using the signal separation method in the third conventional example. In the figure, 11 and 12 are microphones, 13 and 14 are variable delay units, 15 is a delay time setting unit, 16 is an adder, and two microphones 11 and 12 are installed at position A,
This is to detect the voices of the speakers in B and C.
【0033】Aに位置する話者の音声を強調するには、
位置Aからマイクロフォン11に至る音波伝播時間t1
と、位置Aからマイクロフォン12に至る音波伝播時間
t2を予め計測しておき、これらの時間差をそれぞれ可
変遅延器13と14で補正し、位置Aの話者の音声波形
と同相にして可変遅延器13と14から出力する。この
例では、遅延時間設定部15により可変遅延器13には
(t2−t1)が、また可変遅延器14には遅延時間0が
設定される。この2つの出力を加算器16で加算するこ
とにより、位置Aの話者の音声は強調されるというもの
である(例えば特開平5−158492号公報など)。To emphasize the voice of the speaker located at A,
Sound wave propagation time t 1 from the position A to the microphone 11
Then, the sound wave propagation time t 2 from the position A to the microphone 12 is measured in advance, and the time difference between them is corrected by the variable delay devices 13 and 14, respectively, and the delay time is changed to the same phase as the voice waveform of the speaker at the position A. Output from the devices 13 and 14. In this example, the delay time setting unit 15 sets (t 2 −t 1 ) in the variable delay unit 13 and sets the delay time 0 in the variable delay unit 14. By adding these two outputs by the adder 16, the voice of the speaker at the position A is emphasized (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-158492).
【0034】[0034]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような3つの従来の信号分離方法では、それぞれ以下の
ような問題点があった。However, the above-mentioned three conventional signal separation methods have the following problems, respectively.
【0035】即ち、第1の従来例において示したH−J
ネットワークでは、式(1)から明らかなように行列G
は定数行列であるから、音源から発した音声信号x
i(t)が信号検出手段によって検出されるまでの時間
差による位相のズレが考慮されていないため、ほとんど
の場合、実用に耐えないという問題点がある。That is, H-J shown in the first conventional example
In the network, as is clear from the equation (1), the matrix G
Is a constant matrix, so the audio signal x
Since the phase shift due to the time difference until i (t) is detected by the signal detecting means is not taken into consideration, there is a problem that it cannot be practically used in most cases.
【0036】例えば、図8のように2つの音源から音波
が発せられる場合を例にとると、2つの音源から信号伝
播経路2において伝わる音の強さは、障壁がなければ伝
播する距離に単純に反比例するから、音声信号x1とx2
から検出信号e1(t)とe2(t)を得るまでの距離を
位相のズレをなくすためには、等距離にしなければなら
ないことになる。ところが等距離とすると、音源から発
せられた音波が検出手段で検出されるときには、2つの
音源からの音波が混合される割合は同一となってしま
う。これでは、式(1)の行列Gには逆行列が存在しな
くなり、信号分離が行えなくなってしまうのである。現
実の環境では、位相のズレが無視できるほど小さく、し
かも音声信号x1とx2の混合の割合が十分異なるように
して検出信号e1とe2が得られる場合は、殆ど存在しな
いのである。For example, in the case where sound waves are emitted from two sound sources as shown in FIG. 8, the intensity of the sound transmitted from the two sound sources in the signal propagation path 2 is simply the propagation distance if there is no barrier. Inversely proportional to, so the audio signals x 1 and x 2
In order to eliminate the phase shift, the distance from when the detection signals e 1 (t) and e 2 (t) are obtained must be made equal. However, if they are equidistant, when sound waves emitted from sound sources are detected by the detection means, the sound waves from the two sound sources are mixed at the same rate. With this, the inverse matrix does not exist in the matrix G of the equation (1), and the signal separation cannot be performed. In an actual environment, if the phase shift is so small that it can be ignored and the detection signals e 1 and e 2 are obtained with the mixing ratios of the audio signals x 1 and x 2 sufficiently different, then they hardly exist. .
【0037】更にまた、第1の従来例では、式(1)に
おいて行列Gが定数行列であることから明らかなよう
に、音声信号xi(t)は、その信号伝播経路2におい
て、全ての周波数成分が一様な減衰を仮定しており、減
衰の周波数特性が一様でないときには信号分離の効果が
劣化するという問題点もある。Furthermore, in the first prior art example, as is clear from the fact that the matrix G is a constant matrix in the equation (1), the audio signal x i (t) is transmitted in all its signal propagation paths 2. It is assumed that the frequency components have uniform attenuation, and if the attenuation frequency characteristics are not uniform, the effect of signal separation deteriorates.
【0038】また第2の従来例では、適応フィルタ5に
おいて、位相と減衰の周波数特性が考慮されてはいる
が、騒音信号x2を検出する第2のマイクロフォン4で
は、音声信号x1が検出されないか、あるいは騒音信号
x2に較べて十分に小さいという仮定が存在している。
これにより、第2のマイクロフォン4でも音声信号x1
が検出される場合には、出力信号s1にはエコーを生じ
てしまうという問題点がある。In the second conventional example, although the frequency characteristics of the phase and the attenuation are taken into consideration in the adaptive filter 5, the second microphone 4 which detects the noise signal x 2 detects the voice signal x 1. There is an assumption that it is not done or is sufficiently small compared to the noise signal x 2 .
As a result, the audio signal x 1 is also transmitted to the second microphone 4.
Is detected, there is a problem that an echo occurs in the output signal s 1 .
【0039】また、このようなエコーが生じるため、適
応フィルタ5の適応過程において利用している信号s1
のパワーの最小化が、騒音成分のパワーを最小化するこ
ととは必ずしも一致しないという問題点もある。Since such an echo occurs, the signal s 1 used in the adaptive process of the adaptive filter 5 is
There is also a problem that the minimization of the power of 1 does not necessarily coincide with the minimization of the power of the noise component.
【0040】更にまた、第3の従来例では、2つのマイ
クロフォン11と12で検出される音声信号において、
選択した話者の音声信号を同相にして加算するので、選
択した話者の音声についてはエコーを生じることがない
が、他の話者の音声を十分に除去できないという問題点
がある。また、可変遅延器13と14に与える遅延時間
を適応的に調整する手段を有していないため、話者の位
置が固定されるという問題点もある。Furthermore, in the third conventional example, in the audio signals detected by the two microphones 11 and 12,
Since the voice signals of the selected speaker are added in phase, the voices of the selected speaker are not echoed, but the voices of other speakers cannot be sufficiently removed. Further, since there is no means for adaptively adjusting the delay time given to the variable delay devices 13 and 14, there is a problem that the position of the speaker is fixed.
【0041】本発明は上記問題点に鑑み成されたもので
あり、位相ズレのある場合でも精度の良い信号の分離で
あり、かつエコーを生じない信号分離方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a signal separation method which is capable of accurately separating signals even when there is a phase shift and which does not cause an echo.
【0042】[0042]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の信号分離方法は、時刻tにおいて、複数の
信号源から発せられた原信号xi(t)(但しi=1,
2,・・・,I)が所定の伝達特性を有する複数の経路
で混合されて伝播し、複数の信号検出手段において検出
信号ei(t)として検出されるとき、これら検出信号
ei(t)から混合前の上記原信号xi(t)を推定し、
分離信号si(t)として分離するための信号分離方法
において、上記伝達特性に応じて決定される、所定のゲ
イン係数cij(t)と所定の遅延時間dij(t)を用い
て、上記分離信号si(t)を、In order to achieve the above object, the signal separating method of the present invention is such that at time t, original signals x i (t) (where i = 1,
2, ..., when I) is propagated are mixed in a plurality of paths having a predetermined transfer characteristic, is detected as a detection signal e i (t) in a plurality of signal detection means, these detection signals e i ( estimating the original signal x i (t) before mixing from t),
In a signal separation method for separating as a separated signal s i (t), using a predetermined gain coefficient c ij (t) and a predetermined delay time d ij (t) determined according to the transfer characteristic, The separated signal s i (t) is
【0043】[0043]
【数11】 [Equation 11]
【0044】なる式によって導出する。It is derived by the following equation .
【0045】さらに、上記遅延時間dij(t)は、上記
検出信号ei(t)と上記分離信号si(t)の間の相互
相関関数を用いて、両者の相関が高くなるように逐次調
整され、上記ゲイン係数cij(t)は、各々に対応する
上記分離信号si(t)のパワーを最小化するように逐
次的に調整されることを特徴とするものである。 Further , the delay time d ij (t) is set so that the correlation between the detected signal e i (t) and the separated signal s i (t) becomes high by using the cross-correlation function. The gain coefficients c ij (t) are sequentially adjusted so that the powers of the separated signals s i (t) corresponding to the respective gain coefficients are sequentially adjusted.
【0046】また、請求項2の方法では、時刻tにおい
て、複数の信号源から発せられた原信号xi(t)(但
しi=1,2,・・・,I)が所定の伝達特性を有する
複数の経路で混合されて伝播し、複数の信号検出手段に
おいて検出信号ei(t)として検出されるとき、これ
ら検出信号ei(t)から混合前の上記原信号xi(t)
を推定し、分離信号si(t)として分離するための信
号分離方法において、上記伝達特性のインパルス応答に
応じて決定されるフィルタ係数aijk(t)(但しk=
0,1,・・・,K−1)と所定の離散時間Tを用い
て、上記分離信号si(t)を、Further, according to the method of claim 2 , at time t, the original signals x i (t) (where i = 1, 2, ..., I) emitted from a plurality of signal sources have predetermined transfer characteristics. Of the original signal x i (t) before being mixed from the detection signals e i (t) when the signals are mixed and propagated in a plurality of paths having a plurality of paths and are detected as the detection signals e i (t) by the plurality of signal detecting means. )
Estimating a separation signal s i in the signal separation method for separating a (t), the filter coefficients are determined in accordance with the impulse response of the transfer characteristics a ijk (t) (where k =
0, 1, ..., K−1) and a predetermined discrete time T, the separated signal s i (t) is
【0047】[0047]
【数12】 [Equation 12]
【0048】なる式によって導出する。It is derived by the following equation .
【0049】さらに、上記フィルタ係数aijk(t)
は、εijを任意の正の小さな値としたとき、上記分離信
号si(t)のパワーを最小化するよう、 Further , the filter coefficient a ijk (t)
Is to minimize the power of the separated signal s i (t) when ε ij is an arbitrary small positive value,
【0050】[0050]
【数13】 [Equation 13]
【0051】なる式に従って逐次的に調整されることを
特徴とするものである。It is characterized in that it is sequentially adjusted according to the following equation.
【0052】[0052]
【0053】[0053]
【0054】[0054]
【0055】[0055]
【作用】請求項1の方法によれば、I=2としたとき、
障害物の無い自由空間に置かれた2つの音源から発せら
れる原信号x1(t)とx2(t)は、2つの信号検出手
段において、gijを音波がj番目の音源からi番目の信
号検出手段まで伝播する間の減衰量、τijをその伝播遅
延時間としたとき、i=1または2、j=1または2で
あるから、
e1(t)=g11x1(t−τ11)+g12x2(t−
τ12)
e2(t)=g21x1(t−τ21)+g22x2(t−
τ22)
なる検出信号e1(t)とe2(t)として検出され、遅
延時間をdij、ゲイン係数をcijとしたとき、
d12=τ12−τ22
d21=τ21−τ11
c11=g12/g22
c21=g21/g11
で与えると、分離信号s1(t)と原信号x1(t)の関
係は、
s1(t)−g11x1(t−τ11)=c12c21(s1(t
−d12−d21)−g11x1(t−τ11−d12−d21))
となり、c12c21<1であれば時間tの経過とともに
s1(t)→g11x1(t−τ11)
s2(t)→g22x2(t−τ22)
というように漸近し、原信号x1(t)とx2(t)が分
離されることとなる。According to the method of claim 1, when I = 2,
The original signals x 1 (t) and x 2 (t) emitted from two sound sources placed in a free space without obstacles are g i ij from the j-th sound source in the two signal detecting means. , I = 1 or 2, j = 1 or 2, where τ ij is the propagation delay time, and e 1 (t) = g 11 x 1 (t −τ 11 ) + g 12 x 2 (t−
τ 12 ) e 2 (t) = g 21 x 1 (t−τ 21 ) + g 22 x 2 (t−
τ 22 ) are detected as detection signals e 1 (t) and e 2 (t), where d ij is the delay time and c ij is the gain coefficient, d 12 = τ 12 −τ 22 d 21 = τ 21 − When given by τ 11 c 11 = g 12 / g 22 c 21 = g 21 / g 11 , the relationship between the separated signal s 1 (t) and the original signal x 1 (t) is s 1 (t) -g 11 x 1 (t-τ 11 ) = c 12 c 21 (s 1 (t
−d 12 −d 21 ) −g 11 x 1 (t−τ 11 −d 12 −d 21 )), and if c 12 c 21 <1, s 1 (t) → g 11 x as time t passes. The original signal x 1 (t) and x 2 (t) are separated as asymptotic as 1 (t−τ 11 ) s 2 (t) → g 22 x 2 (t−τ 22 ).
【0056】さらに、各原信号xi(t)が独立である
と仮定し、各分離信号si(t)に対する遅延時間dij
(t)の決定に際して検出信号ei(t)と分離信号sj
(t)の相互相関関数Rij(d)を次式に則り求め(E
[]は期待値の演算を表す。)、
Rij(d)=E[ei(t)sj(t−d)]
相関の最も高い遅延時間d(d≧0)を遅延時間d
ij(t)の推定値とすることとなる。また、ゲイン係数
cijの各々に対応する分離信号si(t)のパワーを最
小化するように逐次調整することにより、分離信号si
(t)は、互いに独立となり、信号分離が達成されるこ
ととなる。 Furthermore, assuming that each original signal x i (t) is independent, the delay time d ij for each separated signal s i (t) is
When determining (t), the detection signal e i (t) and the separation signal s j
The cross-correlation function R ij (d) of (t) is calculated according to the following equation (E
[] Represents the calculation of the expected value. ), R ij (d) = E [e i (t) s j (t−d)] The delay time d (d ≧ 0) having the highest correlation is set to the delay time d.
It will be the estimated value of ij (t). Further, the separation signal s i (t) corresponding to each of the gain coefficients c ij is sequentially adjusted so as to be minimized, so that the separation signal s i is obtained.
(T) will be independent of each other and signal separation will be achieved.
【0057】また、請求項2の方法によれば、タップ係
数がフィルタ係数aijk(t)であるFIRディジタル
フィルタを構成し、分離旬号si(t)の各周波数成分
について、請求項1におけるゲイン係数cij(t)およ
び遅延時間dij(t)が定義されたのと同様であると考
えることができるため、各々の周波数成分に対して原信
号x1(t)とx2(t)が分離されることとなる。According to the method of claim 2 , a FIR digital filter whose tap coefficient is the filter coefficient a ijk (t) is formed, and each frequency component of the separated seasonal issue s i (t) is defined by claim 1. Since it can be considered that the gain coefficient c ij (t) and the delay time d ij (t) in are similar to those defined, the original signals x 1 (t) and x 2 (for each frequency component). t) will be separated.
【0058】さらに、各原信号xi(t)が互いに独立
であるとき、 Further, when each original signal x i (t) is independent of each other,
【0059】[0059]
【数15】 [Equation 15]
【0060】なる式を定義し、次式のようにsi 2(t)
をフィルタ係数aijk(t)で偏微分して勾配を求め、The following equation is defined and s i 2 (t)
Is partially differentiated with the filter coefficient a ijk (t) to obtain the gradient,
【0061】[0061]
【数16】 [Equation 16]
【0062】この勾配方向と逆の方向に徐々に各フィル
タ係数aijk(t)を逐次的に調整し、各分離信号s
i(t)のパワーsi 2(t)の最小化を行われることと
なる。Each filter coefficient a ijk (t) is gradually adjusted in the direction opposite to the gradient direction, and each separated signal s
i Power s i 2 minimized and thus the performed in (t) of (t).
【0063】[0063]
【0064】[0064]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は、本発明の第1の実施例におけ
る信号分離方法を応用した装置のブロック図である。同
図において、17と18は音源、19と20はマイクロ
フォン、21と22は低域通過フィルタ、23と24は
アナログ・ディジタル変換器(以下「AD変換器」と略
す)、25と26は減算器、27と28は乗算器、29
と30は遅延器、31と32は相関器、33と34は遅
延時間調整部、35と36はゲイン係数調整部である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus to which the signal separation method according to the first embodiment of the present invention is applied. In the figure, 17 and 18 are sound sources, 19 and 20 are microphones, 21 and 22 are low-pass filters, 23 and 24 are analog / digital converters (hereinafter abbreviated as "AD converters"), and 25 and 26 are subtractions. , 27 and 28 are multipliers, 29
Reference numerals 30 and 30 are delay devices, 31 and 32 are correlators, 33 and 34 are delay time adjusting units, and 35 and 36 are gain coefficient adjusting units.
【0065】なお、減算器25と26、乗算器27と2
8、遅延器29と30、相関器31と32、遅延時間調
整部33と34、およびゲイン係数調整部35と36
は、MIMO(多入力他出力)構造をもつ信号分離フィ
ルタ100を構成する。以上のように構成された本発明
の実施例につき、以下にその動作を説明する。The subtractors 25 and 26 and the multipliers 27 and 2
8, delay units 29 and 30, correlators 31 and 32, delay time adjusting units 33 and 34, and gain coefficient adjusting units 35 and 36.
Constitute a signal separation filter 100 having a MIMO (multi-input other output) structure. The operation of the embodiment of the present invention configured as described above will be described below.
【0066】音源17と18から発せられた音波x
1(t)とx2(t)は、マイクロフォン19と20で検
出する。マイクロフォン19の出力は低域通過フィルタ
21においてエーリアシング防止のための帯域制限を施
し、AD変換器23において所定の標本化周期Tで標本
化し、検出信号e1(n)として出力する。マイクロフ
ォン20の出力は同様に、低域通過フィルタ22におい
てエーリアシング防止のための帯域制限を施し、AD変
換器24において所定の標本化周期Tで標本化し、検出
信号e2(n)として出力される。ここに、t=nTで
ある。Sound wave x emitted from sound sources 17 and 18
The microphones 19 and 20 detect 1 (t) and x 2 (t). The output of the microphone 19 is band-limited to prevent aliasing in the low-pass filter 21, sampled at a predetermined sampling period T in the AD converter 23, and output as a detection signal e 1 (n). Similarly, the output of the microphone 20 is band-limited by the low-pass filter 22 to prevent aliasing, sampled at a predetermined sampling period T by the AD converter 24, and output as a detection signal e 2 (n). . Here, t = nT.
【0067】これら検出信号e1(n)とe2(n)は、
信号分離フィルタ100において、These detection signals e 1 (n) and e 2 (n) are
In the signal separation filter 100,
【0068】[0068]
【数17】 [Equation 17]
【0069】なる演算がi=1,2について行い、分離
信号s1(n)、s2(n)を出力するものである。ここ
に、dij(t)=dnij(n)Tである。The above calculation is performed for i = 1 and 2, and the separated signals s 1 (n) and s 2 (n) are output. Here, d ij (t) = dn ij (n) T.
【0070】この演算過程を図1のブロック図の構成で
の信号の流れに則り説明すると、分離信号s2(n)
は、遅延器30に入力され、遅延時間調整部34で設定
された遅延時間dn12(n)だけ遅延される。遅延器3
0は、乗算器28に信号s2(n−dn12(n))を出
力し、この信号s2(n−dn12(n))は、乗算器2
8においてゲイン係数c12(n)を乗ぜられ、加算器2
5において検出信号e1(n)から減算されて分離信号
s1(n)として出力される。This calculation process will be described in accordance with the signal flow in the configuration of the block diagram of FIG. 1. The separated signal s 2 (n)
Is input to the delay unit 30 and delayed by the delay time dn 12 (n) set by the delay time adjusting unit 34. Delay device 3
0 outputs a signal s 2 to the multiplier 28 (n-dn 12 (n )), the signal s 2 (n-dn 12 ( n)) is the multiplier 2
8 is multiplied by the gain coefficient c 12 (n), and the adder 2
In 5, the signal is subtracted from the detection signal e 1 (n) and output as a separation signal s 1 (n).
【0071】一方、この分離信号s1(n)は、遅延器
29に入力され、遅延時間調整部33で設定された遅延
時間dn21(n)だけ遅延される。遅延器29は、乗算
器27に信号s1(n−dn21(n))を出力し、この
信号s1(n−dn21(n))は、乗算器27において
ゲイン係数c21(n)を乗ぜられ、加算器26において
検出信号e2(n)から減算されて分離信号s2(n)と
して出力される。On the other hand, the separated signal s 1 (n) is input to the delay unit 29 and delayed by the delay time dn 21 (n) set by the delay time adjusting unit 33. Delayer 29 outputs the multiplier 27 to the signal s 1 (n-dn 21 ( n)) , the signal s 1 (n-dn 21 ( n)) , the gain coefficient c 21 at multiplier 27 (n ), Is subtracted from the detection signal e 2 (n) in the adder 26, and is output as a separation signal s 2 (n).
【0072】さて、上述の遅延時間dn12(n)は、次
のような過程で計算される。検出信号e1(n)と分離
信号s2(n)を相関器32に入力し、次式(11)に
おいてi=1、j=2として相互相関関数R12(d0)
を求め、The above-mentioned delay time dn 12 (n) is calculated in the following process. The detection signal e 1 (n) and the separated signal s 2 (n) are input to the correlator 32, and in the following equation (11), i = 1 and j = 2, and the cross-correlation function R 12 (d 0 ).
Seeking
【0073】[0073]
【数18】 [Equation 18]
【0074】遅延時間設定部34に出力する。ここに、
d0はd0≧0であり、遅延時間dn12()の推定値であ
る。Output to the delay time setting unit 34. here,
d 0 is d 0 ≧ 0, and is an estimated value of the delay time dn 12 ().
【0075】遅延時間設定部34では、相互相関関数R
12(d0)の絶対値が最大となる遅延時間d0を選択し、
これを遅延時間dn12(n+1)として遅延器30に送
り、次回(n+1)のときの演算に使用する。In the delay time setting unit 34, the cross correlation function R
Select the delay time d 0 that maximizes the absolute value of 12 (d 0 ),
This is sent to the delay unit 30 as the delay time dn 12 (n + 1) and used for the calculation at the next time (n + 1).
【0076】同様に、上述の遅延時間dn21(n)は、
次のような過程で計算される。検出信号e2(n)と分
離信号s1(n)を相関器31に入力し、上式(11)
に従って相互相関関数R21(d0)を求め、遅延時間設
定部33に出力する。遅延時間設定部33では、相互相
関関数R21(d0)の絶対値が最大となる遅延時間d0を
選択し、これを遅延時間dn21(n+1)として遅延器
29に送り、次回(n+1)のときの演算に使用する。Similarly, the above-mentioned delay time dn 21 (n) is
It is calculated in the following process. The detection signal e 2 (n) and the separated signal s 1 (n) are input to the correlator 31, and the above equation (11)
The cross-correlation function R 21 (d 0 ) is obtained in accordance with the above, and is output to the delay time setting unit 33. The delay time setting unit 33 selects the delay time d 0 that maximizes the absolute value of the cross-correlation function R 21 (d 0 ), sends it to the delay device 29 as the delay time dn 21 (n + 1), and the next time (n + 1 ) Is used for calculation.
【0077】また、上述のゲイン係数c12(n)は、次
のような過程で計算される。分離信号s1(n)と遅延
器30の出力信号s2(n−dn12(n))がゲイン係
数調整部36に入力され、ゲイン係数調整部36は、分
離信号s1(n)のパワーを最小化するようにゲイン係
数c12(n)を次式(12)で表される漸化式において
i=1、j=2として更新する。The above-mentioned gain coefficient c 12 (n) is calculated in the following process. The separated signal s 1 (n) and the output signal s 2 (n−dn 12 (n)) of the delay device 30 are input to the gain coefficient adjustment unit 36, and the gain coefficient adjustment unit 36 outputs the separated signal s 1 (n). The gain coefficient c 12 (n) is updated with i = 1 and j = 2 in the recurrence formula represented by the following formula (12) so as to minimize the power.
【0078】
cij(n+1)=cij(n)+εijsi(n)sj(n−dnij(n))
・・・ (12)
このとき、ゲイン係数c12(n+1)として乗算器28
に出力する。このゲイン係数c12(n+1)は、次回
(n+1)において演算に用いる。なお、ここにε
ijは、学習の効率を定める小さな正の値である。C ij (n + 1) = c ij (n) + ε ij s i (n) s j (n-dn ij (n)) (12) At this time, multiplication is performed as a gain coefficient c 12 (n + 1). Bowl 28
Output to. This gain coefficient c 12 (n + 1) will be used for calculation in the next (n + 1). Where ε
ij is a small positive value that determines the learning efficiency.
【0079】同様に、上述のゲイン係数c21(n)は、
次のような過程で計算される。分離信号s2(n)と遅
延器29の出力信号s1(n−dn21(n))がゲイン
係数調整部35に入力され、ゲイン係数調整部35は、
分離信号s2(n)のパワーを最小化するようにゲイン
係数c21(n)を上式(12)で表される漸化式におい
てi=2、j=1として更新し、ゲイン係数c21(n+
1)として乗算器27に出力する。Similarly, the above-mentioned gain coefficient c 21 (n) is
It is calculated in the following process. The separated signal s 2 (n) and the output signal s 1 (n−dn 21 (n)) of the delay unit 29 are input to the gain coefficient adjustment unit 35, and the gain coefficient adjustment unit 35
In order to minimize the power of the separated signal s 2 (n), the gain coefficient c 21 (n) is updated as i = 2 and j = 1 in the recurrence formula expressed by the above formula (12), and the gain coefficient c 21 (n) is updated. 21 (n +
1) to the multiplier 27.
【0080】このゲイン係数c21(n+1)は、次回
(n+1)において演算に用いる。このように、信号分
離フィルタ100は、離散的に実現できるので、専用ハ
ードウェアは無論のこと、ディジタルシグナルプロセッ
サやマイクロプロセッサ等上でソフトウェアによって容
易に実現できる。This gain coefficient c 21 (n + 1) is used for calculation in the next (n + 1). In this way, the signal separation filter 100 can be realized discretely, so that it can be easily realized by software on a digital signal processor, a microprocessor or the like, not to mention dedicated hardware.
【0081】さて、上述のような信号分離フィルタ10
0によって、なぜ原信号x1(t)とx2(t)が混じり
あって検出された検出信号e1(n)とe2(n)から、
原信号x1(t)に比例した分離信号s1(n)と原信号
x2(t)に比例した分離信号s2(n)に分離されるか
について、以下に説明する。なお、以下、離散時間nT
を連続時間tと近似するが、この処置によっても動作は
本質的に同質であると考えられる。Now, the signal separation filter 10 as described above is used.
From 0, the detection signals e 1 (n) and e 2 (n), which are detected by mixing the original signals x 1 (t) and x 2 (t),
It will be described below whether the separation signal s 1 (n) proportional to the original signal x 1 (t) and the separation signal s 2 (n) proportional to the original signal x 2 (t) are separated. In the following, the discrete time nT
Is approximated to the continuous time t, but the motion is considered to be essentially the same by this treatment.
【0082】障害物の無い自由空間に置かれた2つの音
源17と18から発せられる原信号x1(t)とx
2(t)は、マイクロフォン19と20において混合し
合い、検出信号e1(t)とe2(t)として検出される
ものとする。このとき、検出信号e1(t)とe2(t)
は、
e1(t)=g11x1(t−τ11)+g12x2(t−τ12) (13)
e2(t)=g21x1(t−τ21)+g22x2(t−τ22) (14)
として表される。ここに、gijは減衰量、τijは伝播遅
延時間である。また、i=1または2、j=1または2
である。Original signals x 1 (t) and x emitted from two sound sources 17 and 18 placed in a free space without obstacles
2 (t) are mixed in the microphones 19 and 20 and detected as detection signals e 1 (t) and e 2 (t). At this time, the detection signals e 1 (t) and e 2 (t)
Is e 1 (t) = g 11 x 1 (t−τ 11 ) + g 12 x 2 (t−τ 12 ) (13) e 2 (t) = g 21 x 1 (t−τ 21 ) + g 22 x 2 (t−τ 22 ) is represented as (14). Here, g ij is the amount of attenuation and τ ij is the propagation delay time. Also, i = 1 or 2, j = 1 or 2
Is.
【0083】いま、これらの検出信号e1(t)とe
2(t)を、信号分離フィルタ100を通過させて、出
力である分離信号s1(t)とs2(t)が、Now, these detection signals e 1 (t) and e
2 (t) is passed through the signal separation filter 100, and the separated signals s 1 (t) and s 2 (t) that are outputs are
【0084】[0084]
【数19】 [Formula 19]
【0085】なる式で関係づけられるものとする。ここ
に、cij(t)はゲイン係数、dij(t)は遅延時間で
ある。It is assumed that they are related by the following expression. Here, c ij (t) is a gain coefficient, and d ij (t) is a delay time.
【0086】このとき、ゲイン係数cij(t)と遅延時
間dij(t)を定数、かつ
d12=τ12−τ22 (16)
d21=τ21−τ11 (17)
c11=g12/g22 (18)
c21=g21/g11 (19)
とすると、分離信号s1(t)と原信号x1(t)の関係
は、次式(20)で与えられる。At this time, the gain coefficient c ij (t) and the delay time d ij (t) are constants, and d 12 = τ 12 −τ 22 (16) d 21 = τ 21 −τ 11 (17) c 11 = If g 12 / g 22 (18) c 21 = g 21 / g 11 (19), the relationship between the separated signal s 1 (t) and the original signal x 1 (t) is given by the following equation (20).
【0087】 s1(t)−g11x1(t−τ11) =c12c21(s1(t−d12−d21)−g11x1(t−τ11−d12−d21)) ・・・ (20) ここで、c12c21<1であれば時間tの経過とともに、 s1(t)→g11x1(t−τ11) (21) というように漸近する。S 1 (t) -g 11 x 1 (t−τ 11 ) = c 12 c 21 (s 1 (t−d 12 −d 21 ) −g 11 x 1 (t−τ 11 −d 12 −) d 21 )) (20) Here, if c 12 c 21 <1, s 1 (t) → g 11 x 1 (t−τ 11 ) (21) as time t elapses. Asymptotic.
【0088】また、同様に、分離信号s2(t)と原信
号x2(t)の関係は、
s2(t)→g22x2(t−τ22) (22)
というように漸近し、原信号x1(t)とx2(t)は、
分離信号s1(t)とs2(t)として分離されて出力さ
れる。また、この分離信号s1(t)とs2(t)には、
エコーを含まないことが(21)式と(22)式から分
かる。Similarly, the relationship between the separated signal s 2 (t) and the original signal x 2 (t) is asymptotically s 2 (t) → g 22 x 2 (t-τ 22 ) (22). Then, the original signals x 1 (t) and x 2 (t) are
The separated signals s 1 (t) and s 2 (t) are separated and output. In addition, in the separated signals s 1 (t) and s 2 (t),
It can be seen from equations (21) and (22) that no echo is included.
【0089】また、各原信号xi(t)が独立であると
仮定し、各分離信号si(t)に対する遅延時間d
ij(t)の決定に際して、検出信号ei(t)と分離信
号sj(t)の相互相関関数Rij(d)を、
Rij(d)=E[ei(t)sj(t−d)] (23)
として求める。ここに、E[]は期待値の演算を表す。Also, assuming that each original signal x i (t) is independent, the delay time d for each separated signal s i (t) is
When determining ij (t), the cross-correlation function R ij (d) of the detection signal e i (t) and the separated signal s j (t) is calculated as R ij (d) = E [e i (t) s j ( t-d)] (23). Here, E [] represents the calculation of the expected value.
【0090】このとき、相関の最も高い遅延時間d(d
≧0)を遅延時間dij(t)の推定値とする。このよう
に、逐次的に遅延時間dij(t)を調整すれば、原信号
x1(t)とx2(t)の遅延時間τが未知あるいは時間
変動のある場合においても、常に最適に調整されるもの
である。なお、信号源が2つより多い場合において、初
期動作時に必ずしも最適な遅延時間dij(t)が得られ
ない場合も存在するが、逐次調整が行われて行く過程に
おいて、徐々に最適な値に近づいていく。At this time, the delay time d (d
≧ 0) is an estimated value of the delay time d ij (t). Thus, if the delay times d ij (t) are adjusted sequentially, it is always optimal even when the delay times τ of the original signals x 1 (t) and x 2 (t) are unknown or have time fluctuations. It is adjusted. In addition, when there are more than two signal sources, the optimum delay time d ij (t) may not always be obtained in the initial operation, but in the process of successive adjustment, the optimum value gradually increases. Approaching.
【0091】また、ゲイン係数cijの各々に対応する分
離信号si(t)のパワーを最小化するように逐次調整
することにより、分離信号si(t)は、互いに独立と
なり、信号分離が達成されることとなる。Further, by sequentially adjusting the powers of the separated signals s i (t) corresponding to the gain coefficients c ij so as to be minimized, the separated signals s i (t) become independent from each other, and the signal separation is performed. Will be achieved.
【0092】次に、この分離信号si(t)のパワーの
最小化が、各分離信号si(t)を互いに独立にするこ
とにつながることについて説明する。ここで、「各分離
信号si(t)が互いに独立」とは、原信号xi(t)が
独立であり、その伝播経路において混合されて検出信号
ei(t)となるのであるから、この過程は原信号x
i(t)間の線形和をとることに相当する。これを再び
独立に戻すということは、原信号xi(t)に一次比例
する分離信号si(t)を得ること、即ち信号の分離を
意味することになる。[0092] Next, the minimization of the power of the separated signal s i (t) is described to lead to independently each separated signal s i (t) of each other. Here, "each separated signal s i (t) is independent of each other" means that the original signals x i (t) are independent and are mixed in the propagation path to become the detection signal e i (t). , This process is the original signal x
This is equivalent to taking the linear sum of i (t). Reverting to independent again means obtaining a separation signal s i (t) that is linearly proportional to the original signal x i (t), that is, separation of the signals.
【0093】いま、説明を簡単にするため、原信号xi
(t)はランダム過程であり、その期待値E[x
i(t)]は0であると仮定する。このとき、検出信号
e1(t)とe2(t)は、遅延時間d12とd21に関して
のみ相互相関が存在する。これら分離信号s1(t)と
s2(t)および検出信号e1(t)とe2(t)を2次
元のベクトルとして表すと、図2のようになる。Now, in order to simplify the explanation, the original signal x i
(T) is a random process, and its expected value E [x
It is assumed that i (t)] is 0. At this time, the detection signals e 1 (t) and e 2 (t) have a cross correlation only with respect to the delay times d 12 and d 21 . FIG. 2 shows the separation signals s 1 (t) and s 2 (t) and the detection signals e 1 (t) and e 2 (t) as two-dimensional vectors.
【0094】同図において、ある時刻t1における分離
信号s1(t1)は、式(15)に示されるように、検出
信号e1(t1)から分離信号s2(t1−d12)を減算し
た形となっている。このとき図2において、ゲイン係数
c12を変化させると、分離信号のベクトルs1(t1)
は、検出信号のベクトルe1(t1)の終点Bに接し、か
つ分離信号のベクトルs2(t1−d12)と平行な線上L
を移動することができる。In the figure, the separated signal s 1 (t 1 ) at a certain time t 1 is separated from the detected signal e 1 (t 1 ) by the separated signal s 2 (t 1 -d 1 ) as shown in equation (15). 12 ) is subtracted. At this time, when the gain coefficient c 12 is changed in FIG. 2, the vector s 1 (t 1 ) of the separated signal is obtained.
Is on a line L that is in contact with the end point B of the detection signal vector e 1 (t 1 ) and is parallel to the separation signal vector s 2 (t 1 −d 12 ).
Can be moved.
【0095】図2から明らかなように、分離信号のベク
トルs1(t1)が最小となるのは、分離信号のベクトル
s1(t1)とs2(t1−d12)が直交するときである。
このとき、
E[s1(t1)s2(t1−d12)]=0 (24)
となり、(24)式は、遅延時間d12に関して分離信号
s1(t1)とs2(t1−d12)が無相関になることを意
味する。即ち、分離信号s1(t)とs2(t)は独立と
なり、原信号xi(t)に一次比例する分離信号s
i(t)を得ること、換言すれば信号の分離が達成され
る。As is clear from FIG. 2, the separation signal vector s 1 (t 1 ) is minimized when the separation signal vectors s 1 (t 1 ) and s 2 (t 1 -d 12 ) are orthogonal. It is time to do.
At this time, E [s 1 (t 1 ) s 2 (t 1 −d 12 )] = 0 (24), and the equation (24) expresses that the separated signals s 1 (t 1 ) and s 2 are related to the delay time d 12. It means that (t 1 −d 12 ) becomes uncorrelated. That is, the separation signals s 1 (t) and s 2 (t) are independent, and the separation signal s 1 (t) is linearly proportional to the original signal x i (t).
Obtaining i (t), in other words signal separation, is achieved.
【0096】以上のように、本実施例によれば、信号分
離フィルタ100を実現するための(15)式におい
て、遅延時間dij(t)として時間変動を含めた形で考
慮し、かつゲイン係数をcij(t)として時間変動を考
慮した形式としているので、原信号xi(t)から検出
信号ei(t)への伝達において、時間変動のある動的
な遅延を含む場合でも精度の良い信号の分離が可能とな
り、かつ(21)式と(22)式から明らかなようにエ
コーも十分に抑制されるという効果がある。As described above, according to the present embodiment, in the equation (15) for realizing the signal separation filter 100, the delay time d ij (t) is considered in consideration of the time variation and the gain is adjusted. Since the coefficient is c ij (t) and the time variation is taken into consideration, even when the original signal x i (t) is transmitted to the detection signal e i (t), a dynamic delay with time variation is included. It is possible to separate signals with high accuracy, and it is possible to sufficiently suppress the echo as is clear from the expressions (21) and (22).
【0097】図3は、本発明の第2の実施例における信
号分離方法を応用した装置のブロック図を示すものであ
る。同図において、25と26は減算器、37と38は
適応フィルタ、39と40はフィルタ係数調整部であ
る。また、減算器25と26、適応フィルタ37と3
8、フィルタ係数調整部39と40は、信号分離フィル
タ200を構成する。以上のように構成された本実施例
につき、以下にその動作を説明する。FIG. 3 is a block diagram of an apparatus to which the signal separation method according to the second embodiment of the present invention is applied. In the figure, 25 and 26 are subtractors, 37 and 38 are adaptive filters, and 39 and 40 are filter coefficient adjusting units. Also, the subtracters 25 and 26, the adaptive filters 37 and 3
8. The filter coefficient adjusting units 39 and 40 constitute the signal separation filter 200. The operation of the present embodiment configured as described above will be described below.
【0098】さて、図示しないが、検出信号e1(t)
とe2(t)は、第1の実施例と同様に2つの音源から
発せられた音波x1(t)とx2(t)を2つのマイクロ
フォンで検出し、それぞれ低域通過フィルタとAD変換
器を介して検出される。Although not shown, the detection signal e 1 (t)
And e 2 (t), sound waves x 1 (t) and x 2 (t) emitted from two sound sources are detected by two microphones as in the first embodiment, and are respectively passed through a low pass filter and an AD. It is detected via the converter.
【0099】これら検出信号e1(n)とe2(n)は、
信号分離フィルタ200において、These detection signals e 1 (n) and e 2 (n) are
In the signal separation filter 200,
【0100】[0100]
【数20】 [Equation 20]
【0101】なる演算がi=1,2について行い、分離
信号s1(n)、s2(n)を出力するものである。The above calculation is performed for i = 1 and 2, and the separated signals s 1 (n) and s 2 (n) are output.
【0102】分離信号s2(n)は、適応フィルタ38
に入力され、その出力y12(n)が次式(26)で算出
される。The separated signal s 2 (n) is supplied to the adaptive filter 38.
Is input to the input terminal, and its output y 12 (n) is calculated by the following equation (26).
【0103】[0103]
【数21】 [Equation 21]
【0104】ここに、aijk(n)(k=0,1,・・
・,K−1)はフィルタ係数である。Where a ijk (n) (k = 0, 1, ...
., K-1) are filter coefficients.
【0105】適応フィルタ38の出力y12(n)は、減
算器25において検出信号e1(n)から減算され、分
離信号s1(n)が出力される。同様に、分離信号s
1(n)は、適応フィルタ37に入力され、その出力y
21(n)が式(26)で算出され、減算器26において
検出信号e2(n)から減算されて分離信号s2(n)と
して出力される。The output y 12 (n) of the adaptive filter 38 is subtracted from the detection signal e 1 (n) in the subtractor 25, and the separated signal s 1 (n) is output. Similarly, the separated signal s
1 (n) is input to the adaptive filter 37 and its output y
21 (n) is calculated by the equation (26), subtracted from the detection signal e 2 (n) in the subtractor 26, and output as the separation signal s 2 (n).
【0106】更に、分離信号s1(n)とs2(n)は、
フィルタ係数調整部39と40に入力され、フィルタ係
数調整部40では分離信号s1(n)のパワーを最小化
するようにフィルタ係数a12k(n)を次式(27)
aijk(n+1)=aijk(n)+εijsi(n)sj(n−k) (27)
で調整する。ここに、εijは、学習の効率を定める小さ
な正の値である。Furthermore, the separated signals s 1 (n) and s 2 (n) are
It is input to the filter coefficient adjusting units 39 and 40, and the filter coefficient adjusting unit 40 calculates the filter coefficient a 12k (n) by the following equation (27) a ijk (n + 1) so as to minimize the power of the separated signal s 1 (n). = A ijk (n) + ε ij s i (n) s j (n−k) (27). Here, ε ij is a small positive value that determines the learning efficiency.
【0107】同様に、フィルタ係数調整部39では、分
離信号s2(n)のパワーを最小化するようにフィルタ
係数a21k(n)を上式(27)で調整する。Similarly, the filter coefficient adjusting unit 39 adjusts the filter coefficient a 21k (n) by the above equation (27) so as to minimize the power of the separated signal s 2 (n).
【0108】本実施例における信号分離フィルタ200
の演算も、第1の実施例における信号分離フィルタ10
0の演算と同様に、ディジタルシグナルプロセッサやマ
イクロプロセッサ等の上のソフトウェアにより実現でき
るが、式(25)にそれぞれの値を当てはめて分離信号
s1(n)とs2(n)を計算しようとすると、右辺にs
j(n)を含むため、このままの形では計算できない。The signal separation filter 200 according to the present embodiment.
Is also calculated by the signal separation filter 10 in the first embodiment.
Similar to the operation of 0, it can be realized by software such as a digital signal processor or a microprocessor. Let's apply the respective values to the equation (25) to calculate the separated signals s 1 (n) and s 2 (n). Then, s on the right side
Since it includes j (n), it cannot be calculated as it is.
【0109】そこで、式(25)の右辺から時間刻みn
の分離信号sj(n)を消去した形(式(28)〜(3
1)に変形する。なお、説明を簡略化するため、図3の
ように信号分離フィルタ200を2入力2出力とする。Therefore, from the right side of equation (25), time step n
Of the separated signal s j (n) of (formulas (28) to (3
It transforms into 1). In order to simplify the description, the signal separation filter 200 has two inputs and two outputs as shown in FIG.
【0110】[0110]
【数22】 [Equation 22]
【0111】[0111]
【数23】 [Equation 23]
【0112】ここに、Here,
【0113】[0113]
【数24】 [Equation 24]
【0114】[0114]
【数25】 [Equation 25]
【0115】である。なお、式(29)〜(31)は、
式(25)を単に変形したものであるから、完全に等価
である。It is Note that equations (29) to (31) are
It is completely equivalent because it is simply a modification of equation (25).
【0116】さて、上式(27)は、次式(32)The above equation (27) is given by the following equation (32)
【0117】[0117]
【数26】 [Equation 26]
【0118】を離散化したものである。この式(32)
は、以下のようにして導出される。It is a discretized version of. This formula (32)
Is derived as follows.
【0119】各分離信号si(t)のパワーsi 2(t)
を最小化するためには、次式(33)Power s i 2 (t) of each separated signal s i (t)
In order to minimize
【0120】[0120]
【数27】 [Equation 27]
【0121】を、次式(34)のようにフィルタ係数a
ijk(t)で偏微分すればよい。The filter coefficient a is expressed by the following equation (34).
Partial differentiation may be performed with ijk (t).
【0122】[0122]
【数28】 [Equation 28]
【0123】この式(34)で与えられた勾配方向と逆
の方向に徐々にフィルタ係数aijk(t)を調整すれ
ば、分離信号si(t)のパワーsi 2(t)を最小化す
ることができる。By gradually adjusting the filter coefficient a ijk (t) in the direction opposite to the gradient direction given by the equation (34), the power s i 2 (t) of the separated signal s i (t) is minimized. Can be converted.
【0124】式(32)はこのようなフィルタ係数a
ijk(t)の調整方法を表し、この式に則りフィルタ係
数aijk(t)を逐次的に調整することにより、各遅延
時間kTに関して分離信号si(t)(ここではs
1(t)とs2(t))は、互いに独立となり、信号の分
離が達成される。Equation (32) is such a filter coefficient a
ijk (t) is represented by adjusting the filter coefficient a ijk (t) according to this equation, and the separation signal s i (t) (here, s
1 (t) and s 2 (t) are independent of each other and signal separation is achieved.
【0125】以上のように、本実施例によれば、信号分
離フィルタ200を実現するための(25)式におい
て、遅延時間を時間刻みkとして時間変動を含めた形で
考慮し、かつフィルタ係数をaijk(t)として時間変
動を考慮した形式としているので、原信号xi(t)か
ら検出信号ei(t)への伝達において、時間変動のあ
る動的な遅延を含む場合でも精度の良い信号の分離が可
能となるという効果がある。As described above, according to this embodiment, in the equation (25) for realizing the signal separation filter 200, the delay time is taken into consideration with the time step k including the time variation, and the filter coefficient is considered. Since a ijk (t) is a format that takes time variation into consideration, the accuracy of the transmission from the original signal x i (t) to the detection signal e i (t) is high even when a dynamic delay with time variation is included. There is an effect that it is possible to separate signals with good quality.
【0126】図4は、本発明の第3の実施例における信
号分離方法を応用した装置の回路ブロック図を示すもの
である。同図において、41−1〜41−(K−1)は
トランスコンダクタンス増幅器、42−1〜42−(K
−1)はコンデンサ、43−0〜43−(K−1)と4
4−0〜44−(K−1)は乗算器、45−0〜45−
(K−1)は積分器である。以上のように構成された本
実施例につき、以下にその動作を説明する。FIG. 4 is a circuit block diagram of an apparatus to which the signal separating method according to the third embodiment of the present invention is applied. In the figure, 41-1 to 41- (K-1) are transconductance amplifiers and 42-1 to 42- (K
-1) is a condenser, 43-0 to 43- (K-1) and 4
4-0 to 44- (K-1) is a multiplier, 45-0 to 45-
(K-1) is an integrator. The operation of the present embodiment configured as described above will be described below.
【0127】同図の回路は、第2の実施例における適応
フィルタ38とフィルタ係数調整部40に相当し、分離
信号s1(t)とs2(t)から出力y12(t)を生成す
る過程のみを表している。The circuit shown in the figure corresponds to the adaptive filter 38 and the filter coefficient adjusting unit 40 in the second embodiment, and generates the output y 12 (t) from the separated signals s 1 (t) and s 2 (t). It represents only the process of doing.
【0128】分離信号s2(t)は、トランスコンダク
タンス増幅器41−1とコンデンサ42−1で構成され
た1次の低域通過フィルタ(フォロワ積分回路)をK−
1個縦続結合した遅延回路網400に入力される。この
とき、コンデンサの容量は、低域通過フィルタ1段分の
遅延時間が第2の実施例における標本化時間Tと等価な
ように設計する。The separated signal s 2 (t) is supplied to the K-threshold of the first-order low pass filter (follower integration circuit) composed of the transconductance amplifier 41-1 and the capacitor 42-1.
It is input to the delay network 400 in which one cascade connection is made. At this time, the capacitance of the capacitor is designed such that the delay time for one stage of the low-pass filter is equivalent to the sampling time T in the second embodiment.
【0129】この遅延回路網400の各ノードkにおけ
る出力信号は、それぞれ乗算器43−kと44−kの両
方に入力され、それぞれの乗算器44−kでは分離信号
s1(t)との積が取られ、その積は積分器45−kに
入力されて積分される。このとき積分器45−kでは式
(28)によるフィルタ係数a12k(t)の調整が行わ
れる。また、式(28)における学習の効率ε12は、そ
れぞれの積分器45−kに与えられる時定数によって設
定される。The output signal at each node k of the delay network 400 is input to both of the multipliers 43-k and 44-k, and the respective output signals of the multiplier 44-k and the separated signal s 1 (t). The product is taken, and the product is input to the integrator 45-k and integrated. At this time, in the integrator 45-k, the filter coefficient a 12k (t) is adjusted by the equation (28). Further, the learning efficiency ε 12 in the equation (28) is set by the time constant given to each integrator 45-k.
【0130】積分器45−kの出力であるフィルタ係数
a12k(t)は、それぞれの乗算器43−kに入力さ
れ、遅延回路網400の各ノードkの出力信号s2(t
−(k−1)T)との積が取られる。ついで各乗算器4
3−kで得られた各々の積は、加算器46−kで全て加
算され、出力信号y12(t)が出力される。この信号y
12(t)は、図3における適応フィルタ38の出力に相
当する。なお、全く同様の回路によって、図3の適応フ
ィルタ37とフィルタ係数調整部39を構成することが
できる。The filter coefficient a 12k (t) which is the output of the integrator 45-k is input to each multiplier 43-k, and the output signal s 2 (t) of each node k of the delay network 400 is input.
-(K-1) T). Then each multiplier 4
The respective products obtained in 3-k are all added by the adder 46-k, and the output signal y 12 (t) is output. This signal y
12 (t) corresponds to the output of the adaptive filter 38 in FIG. Note that the adaptive filter 37 and the filter coefficient adjusting unit 39 in FIG. 3 can be configured by using exactly the same circuits.
【0131】また、遅延回路網400は、図5に示す回
路によっても実現できる。同図において、52−1〜5
2−(K−1)と53−1〜53−(K−1)は、アナ
ログスイッチ、54−1〜54−(K−1)と55−1
〜55−(K−1)はトランスコンダクタンス増幅器、
56−1〜56−(K−1)と57−1〜57−(K−
1)はコンデンサである。これらはサンプル・ホールド
回路500−1〜500−(K−1)を構成している。The delay circuit network 400 can also be realized by the circuit shown in FIG. In the figure, 52-1 to 5-5
2- (K-1) and 53-1 to 53- (K-1) are analog switches, 54-1 to 54- (K-1) and 55-1.
~ 55- (K-1) is a transconductance amplifier,
56-1 to 56- (K-1) and 57-1 to 57- (K-
1) is a capacitor. These form sample and hold circuits 500-1 to 500- (K-1).
【0132】アナログスイッチ52−kは、サンプルホ
ールド信号S/H1によって開閉が制御され、アナログ
スイッチ53−kは、サンプルホールド信号S/H2に
よって開閉が制御される。これらサンプルホールド信号
S/H1とS/H2は、位相がそれぞれπだけずれた2
相の信号であり、アナログスイッチ52−kをサンプル
ホールド信号S/H1で開閉することにより、各ノード
kの信号s2(t−kT)を保持し、所定時間T後にア
ナログスイッチ53−kを開閉することにより、次段
(k+1)に信号s2(t−(k+1)T)が伝えられ
る。Opening / closing of the analog switch 52-k is controlled by the sample / hold signal S / H1, and opening / closing of the analog switch 53-k is controlled by the sample / hold signal S / H2. These sample and hold signals S / H1 and S / H2 have a phase difference of .pi.
This is a phase signal, and the signal s 2 (t−kT) of each node k is held by opening / closing the analog switch 52-k with the sample hold signal S / H1, and after a predetermined time T, the analog switch 53-k is turned on. By opening and closing, the signal s 2 (t− (k + 1) T) is transmitted to the next stage (k + 1).
【0133】なお、同図におけるノード1〜(K−1)
の各点は、図4におけるノード1〜(K−1)までの各
点に対応しており、この連続動作により遅延回路網とし
て機能する。Note that nodes 1 to (K-1) in FIG.
4 correspond to points 1 to (K-1) in FIG. 4, and the continuous operation functions as a delay circuit network.
【0134】なお、このような回路構成は、アナログC
MOS(コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミ
コンダクタ)回路等によって容易に設計できる。Note that such a circuit configuration has an analog C
It can be easily designed by MOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuits.
【0135】以上のように、本実施例によれば、アナロ
グ回路によって第2の実施例における信号分離方法を実
現しているで、AD変換器を省略することができ、構成
を簡略化できるという効果がある。As described above, according to this embodiment, since the signal separation method in the second embodiment is realized by the analog circuit, the AD converter can be omitted and the structure can be simplified. effective.
【0136】さて、図6は、本発明の第4の実施例にお
ける信号分離方法を応用した装置を表すブロック略図で
ある。同図において、音源17と18、マイクロフォン
19と20および減算器25と26は、第1の実施例に
おけるそれらと同一であり、詳しい説明は省略する。6
0と61はアナログフィルタである。なお、フィルタ6
0と61および減算器25と26は信号分離フィルタ6
00を構成する。以上のように構成された本実施例につ
き、以下にその動作を説明する。Now, FIG. 6 is a schematic block diagram showing an apparatus to which the signal separation method according to the fourth embodiment of the present invention is applied. In the figure, the sound sources 17 and 18, the microphones 19 and 20, and the subtractors 25 and 26 are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. 6
0 and 61 are analog filters. Note that the filter 6
0 and 61 and subtractors 25 and 26 are signal separation filters 6
00 is configured. The operation of the present embodiment configured as described above will be described below.
【0137】音源17から発せられた音波x1(t)と
音源18から発せられた音波x2(t)は、図示のよう
な伝達関数H11(ω)、H12(ω)、H21(ω)、H22
(ω)を有する伝達経路を介してマイクロフォン19と
20に集音されて、検出信号e1(t)とe2(t)にな
る。ここに、Hij(ω)は、音波xj(t)から検出信
号ei(t)までの伝達関数であり、ωは角周波数を表
し、またi=1,2、j=1,2である。The sound wave x 1 (t) emitted from the sound source 17 and the sound wave x 2 (t) emitted from the sound source 18 are transfer functions H 11 (ω), H 12 (ω), and H 21 as shown in FIG. (Ω), H 22
Sounds are collected by the microphones 19 and 20 via the transmission path having (ω) and become the detection signals e 1 (t) and e 2 (t). Here, H ij (ω) is a transfer function from the sound wave x j (t) to the detection signal e i (t), ω is an angular frequency, and i = 1, 2, j = 1, 2, Is.
【0138】これら伝達関数H11(ω)、H12(ω)、
H21(ω)、H22(ω)が既に計測されており、既知と
すると、アナログフィルタ60と61の伝達関数G
12(ω)とG21(ω)を次式(35)と(36)のよう
にして求める。These transfer functions H 11 (ω), H 12 (ω),
If H 21 (ω) and H 22 (ω) have already been measured and are known, the transfer functions G of the analog filters 60 and 61 are
12 (ω) and G 21 (ω) are obtained by the following equations (35) and (36).
【0139】
G12(ω)=H12(ω)/H22(ω) (35)
G21(ω)=H21(ω)/H11(ω) (36)
これら式(35)と式(36)で表される伝達関数G12
(ω)とG21(ω)のインパルス応答、換言すれば周波
数領域で記述された伝達関数を時間領域へ逆フーリエ変
換した変換結果を、それぞれg12(t)とg21(t)と
すると、信号分離フィルタ600の出力分離信号s
1(t)とs2(t)は、次式(37)で与えられる。G 12 (ω) = H 12 (ω) / H 22 (ω) (35) G 21 (ω) = H 21 (ω) / H 11 (ω) (36) These equations (35) and The transfer function G 12 represented by (36)
Let g 12 (t) and g 21 (t) be the impulse responses of (ω) and G 21 (ω), in other words, the result of inverse Fourier transform of the transfer function described in the frequency domain into the time domain. , The output separation signal s of the signal separation filter 600
1 (t) and s 2 (t) are given by the following equation (37).
【0140】[0140]
【数29】 [Equation 29]
【0141】ここに、i=1,2、j=1,2である。Here, i = 1, 2 and j = 1, 2.
【0142】なお、同式(37)において、時間積分項
は、インパルス応答g12(t)(またはg21(t))と
分離信号s2(t)(またはs1(t))との間の畳み込
みを表しており、アナログフィルタ60(または61)
を分離信号s2(t)(またはs1(t))が通過した結
果を表している。In the equation (37), the time integral term is the impulse response g 12 (t) (or g 21 (t)) and the separated signal s 2 (t) (or s 1 (t)). Represents the convolution between, and is an analog filter 60 (or 61)
Through the separated signal s 2 (t) (or s 1 (t)).
【0143】このような式(37)で表されるインパル
ス応答gij(t)は、第2の実施例における式(25)
で表した離散時間表現の方程式において、フィルタ係数
aijk(n)を連続時間において固定値化したものにす
ぎない。従って、第2の実施例と同様の議論によって分
離信号s1(t)とs2(t)を独立とし、検出信号e1
(t)とe2(t)を分離することができることは、自
明となる。The impulse response g ij (t) represented by the equation (37) is obtained by the equation (25) in the second embodiment.
In the equation of discrete time expression represented by, the filter coefficient a ijk (n) is merely fixed value in continuous time. Therefore, by the same discussion as in the second embodiment, the separation signals s 1 (t) and s 2 (t) are made independent, and the detection signal e 1
It is self-evident that (t) and e 2 (t) can be separated.
【0144】以上のように本実施例によれば、予め音源
17と18からの伝達経路の伝達関数を計測し、アナロ
グフィルタ60と61を決定するようにしているので、
第1の実施例から第3の実施例のように複雑な調整過程
を必要としないという効果がある。As described above, according to this embodiment, the transfer functions of the transfer paths from the sound sources 17 and 18 are measured in advance to determine the analog filters 60 and 61.
There is an effect that a complicated adjustment process is not required unlike the first to third embodiments.
【0145】さて、参考のため、以上のような信号分離
方法を用いた装置の応用例として、送話音声から周囲騒
音成分を除去する電話機のハンドセットを図7にあげ
る。同図において、携帯電話機のハンドセット47に
は、送話音声を検出する第1のマイクロフォン48のほ
かに、ハンドセット47の背面に周囲騒音検出用の第2
のマイクロフォン49が設置される。この第2のマイク
ロフォン49は、送話者の音声をできる限り混入するの
を避けるために受話部50の背面に設置する。For reference, as an application example of the apparatus using the above-mentioned signal separation method, a handset of a telephone for removing ambient noise components from transmitted voice is shown in FIG. In the figure, in addition to the first microphone 48 for detecting the transmitted voice, the handset 47 of the mobile phone has a second background noise detection second unit on the back surface of the handset 47.
The microphone 49 of is installed. The second microphone 49 is installed on the back surface of the receiver 50 in order to avoid mixing the voice of the sender as much as possible.
【0146】第1のマイクロフォン48の検出信号e1
(t)と第2のマイクロフォン49の検出信号e
2(t)は、信号分離回路51に入力される。この信号
分離回路51に用いる信号分離方法は、上述の第1〜第
3の実施例のいずれでもよい。Detection signal e 1 of the first microphone 48
(T) and the detection signal e of the second microphone 49
2 (t) is input to the signal separation circuit 51. The signal separation method used in the signal separation circuit 51 may be any of the above-described first to third embodiments.
【0147】このとき、分離信号s1(t)には、検出
信号e1(t)から周囲騒音が除去された信号が出力さ
れ、これが送話信号として送信される。これにより、S
/N比(信号対雑音比)の良い送話信号の送信が可能と
なるものである。また、信号分離回路51を第3の実施
例に示したようなアナログ回路で構成し、これをCMO
S回路で設計すれば、非常に低消費電力の装置が構成で
きることとなる。At this time, as the separation signal s 1 (t), a signal obtained by removing the ambient noise from the detection signal e 1 (t) is output, and this is transmitted as a transmission signal. This allows S
The transmission signal having a good / N ratio (signal to noise ratio) can be transmitted. Further, the signal separation circuit 51 is configured by an analog circuit as shown in the third embodiment, and this is a CMO.
If the S circuit is used for design, a device with extremely low power consumption can be configured.
【0148】なお、以上の説明では、信号分離フィルタ
は2入力2出力としたが、さらに多入力多出力のMIM
Oフィルタであっても同様の効果を得ることができる。
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、種々変形実施可能である。In the above description, the signal separation filter has two inputs and two outputs, but the MIM having more inputs and outputs.
The same effect can be obtained with an O filter.
Besides, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications can be made.
【0149】[0149]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、請求項1
の方法では、各信号源と各信号検出手段の間の伝達特性
に関連して決定されるゲイン係数cij(t)と遅延時間
dij(t)を用いて、時刻tにおける分離信号s
i(t)を請求項1に記載した式を用いて導出する事に
より、原信号xi(t)が各信号検出手段まで伝播し、
各信号検出手段で検出される原信号xi(t)間に時間
ズレがある場合でも、精度の良い信号の分離が可能とな
り、かつエコーも十分に抑制されるという効果がある。As described above, according to the present invention, claim 1
In the above method, the separation factor s at the time t is calculated by using the gain coefficient c ij (t) and the delay time d ij (t) which are determined in relation to the transfer characteristic between each signal source and each signal detecting means.
By derived using equations described i (t) to the claim 1, the original signal x i (t) is propagated to each signal detecting means,
Even if there is a time lag between the original signals x i (t) detected by the respective signal detecting means, it is possible to separate the signals with high accuracy and sufficiently suppress the echo.
【0150】さらに、各分離信号si(t)に対する遅
延時間dij(t)の決定に際し、検出信号ei(t)と
分離信号sj(t)の相互相関関数を求め、相関の高い
遅延時間を採用することによって、遅延時間dij(t)
を逐次調整し、ゲイン係数cij(t)は、各々対応する
分離信号si(t)のパワーを最小化するように逐次調
整することにより、上記伝達特性が未知である場合や信
号源の移動がある場合にも信号の分離が可能になるとい
う効果がある。 Further, in determining the delay time d ij (t) for each separated signal s i (t), the cross-correlation function between the detection signal e i (t) and the separated signal s j (t) is obtained, and the correlation is high. By adopting the delay time, the delay time d ij (t)
By sequentially adjusting the gain coefficients c ij (t) so as to minimize the power of the corresponding separated signals s i (t), and when the transfer characteristic is unknown or the signal source There is an effect that signals can be separated even when there is movement.
【0151】また、請求項2の方法では、各信号源と各
信号検出手段の間の伝達特性に関連して決定されるフィ
ルタ係数aijk(t)(k=0,1,・・・,K−1)
を用いて、時刻tにおける分離信号si(t)をFurther, according to the method of claim 2 , the filter coefficient a ijk (t) (k = 0, 1, ..., Determined in relation to the transfer characteristic between each signal source and each signal detecting means). K-1)
To obtain the separated signal s i (t) at time t
【数2】
に記載の式で算出することにより、原信号xi
(t)の各検出過程における遅延特性と減衰特性が周波
数軸上で一様でない場合も精度よく信号を分離すること
ができるという効果がある。 The original signal x i is calculated by the formula described in
Even if the delay characteristic and the attenuation characteristic in each detection process of (t) are not uniform on the frequency axis, there is an effect that the signals can be accurately separated.
【0152】さらに、フィルタ係数aijk(t)を Further, the filter coefficient a ijk (t) is
【数3】
に記載の式で調整することにより、上記伝達特
性が未知の場合や信号原の移動がある場合でも信号の分
離が可能になるという効果がある。By adjusting with the formula described in (Equation 3) , there is an effect that the signal can be separated even when the transfer characteristic is unknown or the signal source moves.
【0153】[0153]
【図1】 本発明の第1の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a first embodiment of the present invention is applied.
【図2】 同実施例におけるゲイン係数の適応動作を説
明するベクトル図である。FIG. 2 is a vector diagram illustrating an adaptive operation of a gain coefficient in the embodiment.
【図3】 本発明の第2の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a second embodiment of the present invention is applied.
【図4】 本発明の第3の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a third embodiment of the present invention is applied.
【図5】 同実施例における遅延回路網の他の構成例を
示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing another configuration example of the delay circuit network in the embodiment.
【図6】 本発明の第4の実施例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a fourth embodiment of the present invention is applied.
【図7】 本発明の信号分離方法を応用した装置を電話
機のハンドセットに適用した場合の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram in the case where the device to which the signal separation method of the present invention is applied is applied to a handset of a telephone.
【図8】 本発明の第1の従来例における信号分離方法
を応用した装置のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an apparatus to which the signal separation method according to the first conventional example of the present invention is applied.
【図9】 同従来例の装置を2入力2出力に簡略化した
場合のブロック図である。FIG. 9 is a block diagram when the device of the conventional example is simplified to have two inputs and two outputs.
【図10】 本発明の第2の従来例における信号分離方
法を応用した装置のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a second conventional example of the present invention is applied.
【図11】 本発明の第3の従来例における信号分離方
法を応用した装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an apparatus to which a signal separation method according to a third conventional example of the present invention is applied.
17、18 音源 19、20 マイクロフォン 21、22 低域通過フィルタ 23、24 AD変換器 25、26 減算器 27、28 乗算器 29、30 遅延器 31、32 相関器 33、34 遅延時間調整部 35、36 ゲイン係数調整部 37、38 適応フィルタ 17, 18 sound source 19, 20 microphone 21, 22 Low pass filter 23, 24 AD converter 25,26 Subtractor 27, 28 Multiplier 29, 30 delay device 31, 32 correlator 33, 34 Delay time adjustment unit 35, 36 Gain coefficient adjusting unit 37, 38 Adaptive filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庭本 浩明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 野村 竜也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−75591(JP,A) 実公 平2−10559(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 21/02 G10L 15/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Hiroaki Niwamoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Tatsuya Nomura 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Sharp shares In-house (56) References JP-A-6-75591 (JP, A) Jikkyo 2-10559 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G10L 21/02 G10L 15/02
Claims (2)
られた原信号xi(t)(但しi=1,2,・・・,
I)が所定の伝達特性を有する複数の経路で混合されて
伝播し、複数の信号検出手段において検出信号e
i(t)として検出されるとき、これら信号検出e
i(t)から混合前の上記原信号xi(t)を推定し、分
離信号si(t)として分離するための信号分離方法に
おいて、 上記伝達特性に応じて決定される、所定のゲイン係数c
ij(t)と所定の遅延時間dij(t)を用いて、上記分
離信号si(t)を、 【数1】 なる式によって導出し、 上記遅延時間d ij (t)は、上記検出信号e i (t)と
上記分離信号s j (t)の間の相互関係関数を用いて、
両者の相関が高くなるように逐次的に調整され、上記ゲ
イン係数c ij (t)は、各々対応する上記分離信号s i
(t)のパワーを最小化するように逐次的に調整される
ことを特徴とする信号分離方法。1. At time t, original signals x i (t) emitted from a plurality of signal sources (where i = 1, 2, ...,
I) are mixed and propagated in a plurality of paths having a predetermined transfer characteristic, and the detection signals e are detected in a plurality of signal detecting means.
These signal detections e when detected as i (t)
In a signal separation method for estimating the original signal x i (t) before mixing from i (t) and separating it as a separated signal s i (t), a predetermined gain determined according to the transfer characteristic. Coefficient c
Using ij (t) and a predetermined delay time d ij (t), the separated signal s i (t) is calculated as follows. The delay time d ij (t) is calculated by the following equation and the detected signal e i (t)
Using the correlation function between the separated signals s j (t),
It is adjusted sequentially so that the correlation between the two becomes high.
The in-coefficients c ij (t) correspond to the corresponding separated signals s i.
A signal separation method, which is sequentially adjusted so as to minimize the power of (t) .
られた原信号x i (t)(但しi=1,2,・・・,
I)が所定の伝達特性を有する複数の経路で混合されて
伝播し、複数の信号検出手段において検出信号e
i (t)として検出されるとき、これら信号検出e
i (t)から混合前の上記原信号x i (t)を推定し、分
離信号s i (t)として分離するための信号分離方法に
おいて、 上記伝達特性のインパルス応答に応じて決定されるフィ
ルタ係数a ijk (t)(但しk=0,1,・・・,K−
1)と所定の離散時間Tを用いて、上記分離信号s
i (t)を、 【数2】 なる式によって導出し、 上記フィルタ係数a ijk (t)は、ε ij を任意の正の小
さな値としたとき、上記分離信号s i (t)のパワーを
最小化するよう、 【数3】 なる式に従って逐次的に調整される ことを特徴とする信
号分離方法。2.Emit from multiple signal sources at time t
Original signal x i (T) (However, i = 1, 2, ...,
I) are mixed in multiple paths with predetermined transfer characteristics
The signal e propagates and is detected by a plurality of signal detecting means.
i When detected as (t), these signal detections e
i The original signal x before mixing from (t) i Estimate (t) and
Separation signal s i A signal separation method for separating as (t)
Be careful A filter that is determined according to the impulse response of the above transfer characteristics.
Coefficient a ijk (T) (however, k = 0, 1, ..., K-
1) and a predetermined discrete time T, the separated signal s
i (T) [Equation 2] Is derived by The filter coefficient a ijk (T) is ε ij Any positive small
Assuming a small value, the separated signal s i The power of (t)
To minimize [Equation 3] Is adjusted sequentially according to Characterized byBelief
No. separation method.
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