高度に相関する混合のための強調ブラインド信号源分離アルゴリズム

专利摘要:
高度に相関する信号混合の分離を改善するために、強調ブラインド信号源分離技法が提供される。ブラインド信号源分離に一般に関連する不確定性問題を回避するために、ビームフォーミングアルゴリズムは、相関する第１および第２の入力信号を事前調整するために使用される。ビームフォーミングアルゴリズムは、他の方向からの信号を減衰させながら、第１の方向からの信号を増幅するために、第１の信号および第２の信号に空間フィルタを適用することができる。そのような指向性は、第１の信号中の所望のスピーチ信号を増幅し、第２の信号から所望のスピーチ信号を減衰させることに役立つことができる。次いで、ブラインド信号源分離は、所望のスピーチ信号と周囲ノイズとを分離し、所望のスピーチ信号の推定値を再構成するために、ビームフォーマ出力信号に対して実行される。ビームフォーマおよび／またはブラインド信号源分離の動作を強調するために、１つまたは複数の段において較正が実行されることができる。
公开号:JP2011511321A
申请号:JP2010545157
申请日:2009-01-29
公开日:2011-04-07
发明作者:グプタ、サミア・クマー；チョイ、エディー・エル．ティー．；ラマクリシュナン、ディネッシュ；ワン、ソン
申请人:クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ；
IPC主号:G10L21-02

专利说明:

[0001] 少なくとも１つの態様は、信号処理に関し、より詳細には、ブラインド信号源分離（blind source separation）（ＢＳＳ）技法とともに使用される処理技法に関する。]
背景技術

[0002] いくつかのモバイル通信デバイスは、１つまたは複数の信号源からキャプチャされたサウンド信号および／またはオーディオ信号の品質を改善しようとして複数のマイクロホンを採用することができる。これらのオーディオ信号は、バックグラウンドノイズ、妨害、干渉、漏話および他の不要な信号でしばしば乱される。したがって、所望のオーディオ信号を強調するために、そのような通信デバイスは、一般に、複数のマイクロホンによってキャプチャされたオーディオ信号を処理するために、高度信号処理方法を使用する。このプロセスは、他の無関係な信号を抑制しながら、所望のオーディオ信号において改善されたサウンド／ボイス品質、低減されたバックグラウンドノイズなどを提供する信号強調としばしば呼ばれる。スピーチ通信では、所望の信号は通常スピーチ信号であり、信号強調はスピーチ強調と呼ばれる。]
[0003] ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）は信号強調のために使用されることができる。ブラインド信号源分離は、信号源信号の複数の独立した信号混合を使用して、独立した信号源信号を復元するために使用される技術である。各センサは異なる位置に配置され、各センサは、信号源信号の混合である信号を記録する。ＢＳＳアルゴリズムは、両方のセンサによって記録された共通情報の空間ダイバーシチを明示する信号差を利用することによって、信号を分離するために使用されることができる。スピーチ通信処理では、異なるセンサは、記録されているスピーチの信号源に対して異なる位置に配置されたマイクロホンを備えることができる。]
[0004] ビームフォーミングは、信号強調のための代替技術である。ビームフォーマは、異なる空間位置から生じる信号を分離するために、空間フィルタリングを実行する。他の方向からの信号は減衰するのに対し、ある方向からの信号は増幅される。したがって、ビームフォーミングは、所望の信号を強調するために、入力信号の指向性を使用する。]
[0005] ブラインド信号源分離とビームフォーミングの両方は、異なる位置に配置された複数のセンサを使用する。各センサは、信号源信号の異なる混合を記録またはキャプチャする。これらの混合は、信号源信号とセンサ（たとえば、マイクロホン）との間の空間的な関係を含む。信号強調を達成するために、この情報が利用される。]
[0006] 間隔が密なマイクロホンを有する通信デバイスでは、マイクロホンからキャプチャされた入力信号は、マイクロホン同士が極めて近接しているために、高度に相関することがある。この場合、ブラインド信号源分離を含む従来のノイズ抑制方法は、ノイズから所望の信号をうまく分離することできないことがある。たとえば、デュアルマイクロホンシステムでは、ＢＳＳアルゴリズムは、混合入力信号を取り、所望のスピーチ信号と周囲ノイズとの推定値を含む２つの出力を生成することがある。しかしながら、信号分離の後、２つの出力信号のうちのどちらが所望のスピーチ信号であり、どちらが周囲ノイズであるかを判断することができないことがある。ＢＳＳアルゴリズムのこの固有の不確定性は、大きなパフォーマンス劣化を生じる。]
[0007] したがって、間隔が密なマイクロホンを有する通信デバイス上でのブラインド信号源分離のパフォーマンスを改善するための方法が必要である。]
[0008] 高度に相関する信号混合のブラインド信号源分離のための方法が提供される。第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号が受信される。第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号も受信される。ビームフォーミング技法は、第１および第２の入力信号に指向性を与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号に適用されることができる。ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法は、第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、第１の出力信号と第２の出力信号とに適用されることができる。第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つが較正されることができる。]
[0009] ビームフォーミング技法は、第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することによって第１および第２の入力信号に指向性を与えることができる。第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅することができる。第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、得られた第１の出力信号中の所望のスピーチ信号を増幅することができ、第２の出力信号中の所望のスピーチ信号を減衰させる。]
[0010] 一例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、第２の入力信号に適応フィルタを適用することを備えることができる、ビームフォーミング技法を適用することは、第２の入力信号から第１の入力信号を減算することを含むことができる。ビームフォーミング技法を適用することは、フィルタ処理された第２の入力信号を第１の入力信号に加算することをさらに備えることができる。]
[0011] 別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、第１の入力信号と第２の入力信号とのエネルギー推定値の比に基づいて較正ファクタを生成することと、第１の入力信号または第２の入力信号のうちの少なくともいずれか１つに較正ファクタを適用することと、をさらに備えることができる。]
[0012] さらに別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第２の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成することと、第２の入力信号にその較正ファクタを適用することとをさらに備えることができる。]
[0013] さらに別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第１の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成することと、第１の入力信号にその較正ファクタを適用することとをさらに備えることができる。]
[0014] さらに別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第２の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成することと、第２の入力信号にその較正ファクタを乗算することと、第１の入力信号をその較正ファクタで除算することと、をさらに備えることができる。]
[0015] 一例では、第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用することは、変更された第１の信号を取得するために第２の入力信号を第１の入力信号に加算することと、変更された第２の信号を取得するために第２の入力信号から第１の入力信号を減算することと、をさらに備えることができる。第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、（ａ）変更された第１の信号の第１のノイズフロア推定値を取得すること、（ｂ）変更された第２の信号の第２のノイズフロア推定値を取得すること、（ｃ）第１のノイズフロア推定値と第２のノイズフロア推定値との比に基づいて較正ファクタを生成すること、（ｄ）較正ファクタを変更された第２の信号に適用すること、および／または（ｅ）変更された第１の信号に適応フィルタを適用し、変更された第２の信号からフィルタ処理された変更された第１の信号を減算すること、をさらに備えることができる。]
[0016] 高度に相関する信号混合のブラインド信号源分離のための方法はまた、（ａ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得すること、および／または（ｂ）第１および第２の出力信号にブラインド信号源分離技法を適用するより前に、第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正することをさらに備えることができる。]
[0017] 高度に相関する信号混合のブラインド信号源分離のための方法はまた、（ａ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得すること、および／または（ｂ）較正ファクタに基づいてブラインド信号源分離技法の動作を変更することをさらに備えることができる。]
[0018] 高度に相関する信号混合のブラインド信号源分離のための方法はまた、第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用することをさらに備えることができ、第２のＢＳＳ信号は、適応フィルタへの入力として使用される。]
[0019] 高度に相関する信号混合のブラインド信号源分離のための方法はまた、（ａ）振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを適用することによって、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正すること、（ｂ）振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを適用することによって、第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正すること、および／または（ｃ）ノイズベースの較正を適用することを含む、第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正すること、をさらに備えることができる。]
[0020] １つまたは複数の較正モジュールとブラインド信号源分離モジュールとに結合された１つまたは複数のマイクロホンを備える通信デバイスもまた提供される。第１のマイクロホンは、第１の入力信号を取得するように構成されることができる。第２のマイクロホンは、第２の入力信号を取得するように構成されることができる。較正モジュールは、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行するように構成される。ブラインド信号源分離モジュールは、第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法を第１の出力信号と第２の出力信号とに実行するように構成されることができる。少なくとも１つの較正モジュールは、第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正するように構成されることができる。通信デバイスは、また、第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために、第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用するように構成された後処理モジュールをも含むことができ、第２のＢＳＳ信号は、適応フィルタへの入力として使用される。]
[0021] ビームフォーミングモジュールは、第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することによってビームフォーミングを実行することができ、第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する。第１の入力信号と第２の入力信号とに空間フィルタを適用することは、得られた第１の出力信号中の所望のスピーチ信号を増幅することができ、第２の出力信号中の所望のスピーチ信号を減衰させることができる。]
[0022] 一例では、第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行することにおいて、ビームフォーミングモジュールは、（ａ）第２の入力信号に適応フィルタを適用し、（ｂ）第２の入力信号から第１の入力信号を減算し、（ｃ）フィルタ処理された第２の入力信号を第１の入力信号に加算する、ようにさらに構成されることができる。]
[0023] 一例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することにおいて、較正モジュールは、（ａ）第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第２の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成し、および／または（ｂ）較正ファクタを第２の入力信号に適用する、ようにさらに構成されることができる。]
[0024] 別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することにおいて、較正モジュールは、（ａ）第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第１の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成し、および／または（ｂ）較正ファクタを第１の入力信号に適用するようにさらに構成されることができる。]
[0025] 別の例では、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することにおいて、較正モジュールは、（ａ）第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第２の入力信号のエネルギー推定値とに基づいて較正ファクタを生成し、（ｂ）第２の入力信号に較正ファクタを乗算し、および／または（ｃ）第１の入力信号を較正ファクタで除算する、ようにさらに構成されることができる。]
[0026] 別の例では、第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行することにおいて、ビームフォーミングモジュールは、（ａ）変更された第１の信号を取得するために、第２の入力信号を第１の入力信号に加算し、（ｂ）変更された第２の信号を取得するために、第２の入力信号から第１の入力信号を減算し、（ｃ）変更された第１の信号の第１のノイズフロア推定値を取得し、（ｄ）変更された第２の信号の第２のノイズフロア推定値を取得する、ようにさらに構成されることができ、および／または較正モジュールは、（ｅ）第１のノイズフロア推定値と第２のノイズフロア推定値との比に基づいて較正ファクタを生成し、および／または（ｆ）較正ファクタを変更された第２の信号に適用する、ようにさらに構成されることができる。]
[0027] 一例では、少なくとも１つの較正モジュールは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを、第１および第２の入力信号に適用するように構成された第１の較正モジュールを含むことができる。]
[0028] 別の例では、少なくとも１つの較正モジュールは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを、第１および第２の出力信号に適用するように構成された第２の較正モジュールを含むことができる。]
[0029] 別の例では、少なくとも１つの較正モジュールは、ノイズベースの較正を第１および第２のＢＳＳ信号に適用するように構成された第３の較正モジュールを含むことができる。]
[0030] したがって、（ａ）第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号とを受信するための手段、（ｂ）指向性を第１および第２の入力信号に与えて、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用するための手段、（ｃ）第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法を第１の出力信号と第２の出力信号とに適用するための手段、（ｄ）第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正するための手段、（ｅ）第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用するための手段であって、第２のＢＳＳ信号は、適応フィルタへの入力として使用される、第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用するための手段、（ｆ）第２の入力信号に適応フィルタを適用するための手段、（ｇ）第２の入力信号から第１の入力信号を減算するための手段、（ｈ）フィルタ処理された第２の入力信号を第１の入力信号に加算するための手段、（ｉ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得するための手段、（ｊ）第１および第２の出力信号にブラインド信号源分離技法を適用するより前に、第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正するための手段、（ｋ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得するための手段、および／または（ｌ）較正ファクタに基づいてブラインド信号源分離技法の動作を修正するための手段、を備える通信デバイスが提供される。]
[0031] ２つ以上の信号のブラインド信号源分離を強調するための回路であって、（ａ）第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号とを受信し、（ｂ）指向性を第１および第２の入力信号に与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用し、（ｃ）第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法を第１の出力信号と第２の出力信号とに適用し、および／または（ｄ）第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正するように適合される、回路が提供される。ビームフォーミング技法は、第１の入力信号と第２の入力信号とに空間フィルタを適用し、空間フィルタは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する。一例では、回路は集積回路である。]
[0032] ２つ以上の信号のブラインド信号源分離を強調するための命令を備えるコンピュータ可読媒体がまた提供され、その命令は、プロセッサによって実行されるときに、（ａ）第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号とを取得すること、（ｂ）指向性を第１および第２の入力信号に与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用すること、（ｃ）第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法を前処理された第１の出力信号と前処理された第２の出力信号とに適用すること、および／または（ｄ）第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正することをプロセッサに行わせることができる。]
[0033] 本態様の特徴、特性、および利点は、全体を通じて同様の参照符号が同様のものを指す図面とともに、以下に記載する詳細な説明を読めばより明らかになるだろう。]
図面の簡単な説明

[0034] 図１は、信号強調を実行するように構成されたモバイル通信デバイスの例を示す図である。
図２は、間隔が密なマイクロホンのために信号強調を実行するように構成されたモバイル通信デバイスのコンポーネントおよび機能を示すブロック図である。
図３は、一例による、連続ビームフォーマおよびブラインド信号源分離段の一例のブロック図である。
図４は、空間ビームフォーミングを実行するように構成されたビームフォーミングモジュールの例のブロック図である。
図５は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第１の例を示すブロック図である。
図６は、２つのマイクロホン信号に基づいてビームフォーミングを実装する前に、２つのマイクロホン信号を較正するために適用される較正ファクタを取得するための第１の方法を示す流れ図である。
図７は、２つのマイクロホン信号に基づいてビームフォーミングを実装する前に、２つのマイクロホン信号を較正するために適用される較正ファクタを取得するための第２の方法を示す流れ図である。
図８は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第２の例を示すブロック図である。
図９は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第３の例を示すブロック図である。
図１０は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第４の例を示すブロック図である。
図１１は、複数の混合入力信号から信号源信号を復元する畳み込みブラインド信号源分離の動作を示すブロック図である。
図１２は、ビームフォーミング前処理段の後であるが、ブラインド信号源分離段の前に信号がどのように較正されるかの第１の例を示すブロック図である。
図１３は、ブラインド信号源分離より前に信号較正を実装する代替方式を示すブロック図である。
図１４は、所望のスピーチ基準信号からノイズを低減するために使用される後処理モジュールの動作の例を示すブロック図である。
図１５は、一例によるブラインド信号源分離を強調する方法を示す流れ図である。] 図１ 図１０ 図１１ 図１２ 図１３ 図１４ 図１５ 図２ 図３ 図４
実施例

[0035] 以下の説明では、構成の十分な理解が得られるように具体的な詳細が与えられる。ただし、その構成は、これらの具体的な詳細なしに実施できることを、当業者なら理解されよう。たとえば、構成を不必要な詳細で不明瞭にしないために、回路をブロック図で示すことがある。他の場合、構成を不明瞭にしないために、よく知られている回路、構造および技法を詳細に示すことがある。]
[0036] また、構成は、フローチャート、流れ図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明されることがあることに留意されたい。フローチャートは、動作を逐次プロセスとして説明することがあるが、動作の多くは並行してまたは同時に実行されることができる。さらに、動作の順序は、並べ替えられることができる。プロセスは、その動作が完了されると終了される。プロセスは、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。プロセスが関数に対応する場合、その終了は、呼出し側関数またはメイン関数への関数の復帰に対応する。]
[0037] １つまたは複数の例および／または構成では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実装されることができる。ソフトウェアで実装される場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信されることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にするいかなる媒体をも含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、もしくは命令またはデータ構造の形の所望のプログラムコード手段を搬送または記憶するために使用されることができ、汎用または専用コンピュータあるいは汎用または専用プロセッサによってアクセスされることができる任意の他の媒体を備えることができる。さらに、いかなる接続も、正しくはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモート信号源から送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書では、ディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザディスク（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）およびブルーレイディスク（disc）を含み、この場合、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）はデータをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含められる。]
[0038] さらに、記憶媒体は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、および／または情報を記憶するための他の機械可読媒体を含む、データを記憶するための１つまたは複数のデバイスを表すことができる。]
[0039] さらに、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、および／またはそれらの任意の組合せによって様々な構成が実装されることができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実装された場合、必要なタスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体または（１つまたは複数の）他の記憶装置などのコンピュータ可読媒体に記憶されることができる。プロセッサは、必要なタスクを実行することができる。コードセグメントは、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または命令、データ構造もしくはプログラムステートメントの任意の組合せを表すことができる。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメータ、またはメモリ内容をパスおよび／または受信することによって、別のコードセグメントまたはハードウェア回路に結合されることができる。情報、引数、パラメータ、データなどは、メモリ共有、メッセージパッシング、トークンパッシング、ネットワーク送信などを含む任意の適切な手段を介してパス、転送、または送信されることができる。]
[0040] １つの特徴は、ブラインド信号源分離を実行する前に入力信号を事前調整する前処理段を設け、それによってブラインド信号源分離アルゴリズムのパフォーマンスを改善する。ブラインド信号源分離に関連付けられた不確定性問題を回避するために、まず、マイクロホン信号を事前調整するために、較正およびビームフォーミング段が使用される。次いで、所望のスピーチ信号と周囲ノイズとを分離するために、ビームフォーマ出力信号に対してブラインド信号源分離が実行される。この特徴は、少なくとも２つのマイクロホンが使用され、（少なくとも２つのマイクロホン信号からの）ただ１つの信号が、強調されるべき所望される信号であると仮定する。たとえば、所望の信号は、通信デバイスを使用している人から発生するスピーチ信号とすることができる。]
[0041] 一例では、それぞれ所望のスピーチ信号および周囲ノイズの混合物を含むと仮定される２つのマイクロホン信号が通信デバイス上でキャプチャされることができる。まず、マイクロホン信号を事前調整するために、較正およびビームフォーミング段が使用される。事前調整された信号の１つまたは複数は、さらなる処理の前および／または後に、再び較正されることができる。たとえば、まず事前調整された信号が較正されることができ、次いで、ブラインド信号源分離アルゴリズムが元の信号を再構成するために使用される。ブラインド信号源分離アルゴリズムは、信号分離パフォーマンスをさらに改善するために後処理モジュールを使用しても使用しなくてもよい。]
[0042] いくつかの例は、説明のために「スピーチ信号」という用語を使用することがあるが、様々な特徴は、ボイス、ボイス、ミュージックなどを含むすべてのタイプの「サウンド信号」にも当てはまることは明らかである。]
[0043] １つの態様は、マイクロホン信号記録が高度に相関され、１つの信号源信号が所望の信号であるブラインド信号源分離パフォーマンスを改善することを提供する。システムの全体的なパフォーマンスを改善するために、スペクトル減算技法などの非線形処理方法が、後処理の後に採用されることができる。非線形処理はさらに、ノイズおよび他の望ましくない信号源信号から所望の信号を区別するのに役立つことができる。]
[0044] 図１は、信号強調を実行するように構成されたモバイルデバイスの例を示す。モバイルデバイス１０２は、１つまたは複数の信号源からオーディオ信号をキャプチャするために配置された少なくとも２つのマイクロホン１０４および１０６を含む、携帯電話、セルラー電話、携帯情報端末、デジタルオーディオレコーダー、通信デバイスなどとすることができる。マイクロホン１０４および１０６は、通信デバイス１０２中の様々な位置に配置されることができる。たとえば、マイクロホン１０４および１０６は、所望のスピーチ信号源（たとえば、ユーザ）からのオーディオ信号をキャプチャするように、モバイルデバイス１０２の同じ側に互いにかなり近接して配置されることができる。２つのマイクロホン間の距離は、たとえば、０．５センチメートルから１０センチメートルまで変動することがある。この例は、２つのマイクロホン構成を示しているが、他の実装形態は、異なる位置にある追加のマイクロホンを含むことができる。] 図１
[0045] スピーチ通信では、所望のスピーチ信号は、街頭ノイズ、バブルノイズ、自動車ノイズなどを含む周囲ノイズでしばしば乱される。そのようなノイズは、所望のスピーチの了解度を低減するだけでなく、スピーチを聴取者にとって不快なものにする。したがって、スピーチ信号を通信の他の当事者に送信する前に、周囲ノイズを低減することが望ましい。したがって、モバイルデバイス１０２は、キャプチャされたサウンド信号の品質を強調するために、信号処理を実行するように構成または適合されることができる。]
[0046] ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）は、周囲ノイズを低減するために使用されることができる。ＢＳＳは、所望のスピーチを１つの元の信号源として扱い、周囲ノイズを別の信号源として扱う。分離された信号を互いから独立させることによって、周囲ノイズから所望のスピーチを分離すること、すなわち、スピーチ信号中の周囲ノイズを低減し、周囲ノイズ信号中の所望のスピーチを低減することができる。一般に、所望のスピーチは、独立した信号源である。しかし、ノイズは、いくつかの方向から来ることができる。したがって、周囲ノイズ信号のスピーチ低減は、よく行われことができる。ただし、スピーチ信号のノイズ低減は、音響環境に依存することがあり、周囲ノイズ信号のスピーチ低減よりも難しいことがある。すなわち、周囲ノイズの分散性質のために、ブラインド信号源分離の目的でそれを単一の信号源として表すことが困難になる。]
[0047] ２つのマイクロホン１０４および１０６を近くに配置した結果として、２つのマイクロホン１０４および１０６によってキャプチャされたオーディオ信号は高度に相関し、信号差は非常に小さくなることがある。したがって、従来のブラインド信号源分離処理は、所望のオーディオ信号を強調することに成功しないことがある。したがって、モバイルデバイス１０２は、たとえば、ブラインド信号源分離段の前段に較正およびビームフォーミング段を実装することによって、周囲ノイズから所望のスピーチを分離するように構成または適合されることができる。]
[0048] 図２は、間隔が密なマイクロホンのために信号強調を実行するように構成されたモバイルデバイスのコンポーネントおよび機能を示すブロック図である。モバイルデバイス２０２は、随意の前処理（較正）段２０８に通信可能に結合された少なくとも２つの（単方向または全方向）マイクロホン２０４および２０６と、後続のビームフォーミング段２１１と、後続の別の随意の中間処理（較正）段２１３と、後続のブラインド信号源分離段２１０と、後続の随意の後処理（たとえば、較正）段２１５と、を含むことができる。少なくとも２つのマイクロホン２０４および２０６は、１つまたは複数の音源２１６、２１８および２２０から、混合音響信号Ｓ１２１２およびＳ２２１４をキャプチャすることができる。たとえば、音響信号Ｓ１２１２およびＳ２２１４は、音源２１６、２１８および２２０からの２つ以上のソースサウンド信号ｓｏ１とｓｏ２とｓｏＮとの混合とすることができる。音源２１６、２１８および２２０は、１つまたは複数のユーザ、バックグラウンドまたは周囲ノイズなどを表すことができる。キャプチャされた入力信号Ｓ’１およびＳ’２は、サンプリングされたサウンド信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）を提供するために、アナログデジタル変換器２０７および２０９によってサンプリングされることができる。] 図２
[0049] 音響信号Ｓ１２１２およびＳ２２１４は、所望のサウンド信号と不要なサウンド信号とを含むことがある。「サウンド信号」という用語は、限定はしないが、オーディオ信号、スピーチ信号、ノイズ信号、および／またはマイクロホンによって音響的に送信およびキャプチャされることができる他のタイプの信号を含む。]
[0050] 前処理（較正）段２０８、ビームフォーミング段２１１および／または中間処理（較正）段２１３は、ブラインド信号源分離に関連する不確定性問題を回避するために、キャプチャされたサンプリングされた信号ｓ１（ｔ）とｓ２（ｔ）とを事前調整するように構成または適合されることができる。すなわち、ブラインド信号源分離アルゴリズムは、所望のスピーチ信号と周囲ノイズとを分離するために使用されることができるが、これらのアルゴリズムは、信号分離の後、どの出力信号が所望のスピーチ信号であり、どの出力信号が周囲ノイズであるかを判断することができない。これは、すべてブラインド信号源分離アルゴリズムの固有の不確定性による。ただし、いくつかの仮定の下で、一部のブラインド信号源分離アルゴリズムは、そのような不確定性を回避することが可能であることがある。たとえば、所望のスピーチが１つの入力チャネル中で他のチャネル中よりもはるかに強い場合、ブラインド信号源分離の結果が確定する可能性がある。しかし、信号Ｓ’１およびＳ’２が、間隔が密なマイクロホンを使用してキャプチャされた場合、そのような仮定は有効ではない。したがって、ブラインド信号源分離アルゴリズムが受信信号Ｓ’１およびＳ’２（または、デジタル化サウンド信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ））に直接適用された場合、不確定性問題が持続する可能性がある。その結果、信号Ｓ’１およびＳ’２は、所望の方向からの信号受信を強調するために、２つ以上の信号源サウンド信号ｓｏ１、ｓｏ２およびｓｏＮの指向性を利用する前処理（たとえば、較正段２０８および／または２１３および／またはビームフォーミング段２１１）にかけられることがある。]
[0051] ビームフォーミング段２１１は、受信したサウンド信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）の指向性を利用することによって、有用なサウンド信号を区別するように構成されることができる。ビームフォーミング段２１１は、少なくとも２つ以上のマイクロホン２１２および２１４によってキャプチャされた信号を線形結合することによって、空間フィルタ処理を実行することができる。空間フィルタ処理は、所望の方向からのサウンド信号の受信を強調し、他の方向から来る干渉信号を抑制する。たとえば、２つのマイクロホンシステムでは、ビームフォーミング段２１１は、第１の出力ｘ１（ｔ）および第２の出力ｘ２（ｔ）を生成する。第１の出力ｘ１（ｔ）では、所望のスピーチが空間フィルタ処理によって強調される。第２の出力ｘ２（ｔ）では、所望のスピーチが抑制されることができ、周囲ノイズ信号が強調されることができる。]
[0052] たとえば、ユーザが第１の音源２１８である場合、元のソース信号ｓｏ２が、所望のソースサウンド信号（たとえば、所望のスピーチ信号）である。したがって、第１の出力ｘ１（ｔ）では、ビームフォーミング段２１１は、他の音源２１６および２２０からの信号ｓｏ１およびｓｏＮを抑制しながら、第１の音源２１８からの受信を強調するようにビームフォーミングを実行することができる。第２の出力ｘ２（ｔ）では、較正段２０８および／または２１３および／またはビームフォーミング段２１１は、所望のスピーチ信号を抑制し、周囲ノイズ信号を強調するように空間ノッチフィルタ処理（spatial notch filtering）を実行することができる。]
[0053] 出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）は、所望のスピーチ信号と周囲ノイズとを分離するために、ブラインド信号源分離段２１０を通過されることができる。独立成分分析（Independent Component Analysis：ＩＣＡ）としても知られているブラインド信号源分離（ＢＳＳ）は、これらの信号の複数の混合に基づいてソース信号を復元するために使用されることができる。信号分離プロセス中に、ソースサウンド信号ｓｏ１とｓｏ２とｓｏＮとの混合である限られた数の信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）のみが利用可能である。混合プロセスに関する従来の情報は、利用可能ではない。ソースサウンド信号の直接的な測定値は、利用可能ではない。一部または全部のソース信号ｓｏ１、ｓｏ２およびｓｏＮの演繹的な統計情報が利用可能である場合がある。たとえば、ソース信号の１つは、ガウス分布されることができ、別のソース信号は、一様に分布されることができる。]
[0054] ブラインド信号源分離段２１０は、ノイズが低減された第１のＢＳＳ信号]
[0055] およびスピーチが低減された第２のＢＳＳ信号ｓ<２（ｔ）を与えることができる。その結果、第１のＢＳＳ信号ｓ<１（ｔ）は、所望のスピーチ信号を搬送することができる。第１のＢＳＳ信号ｓ<１（ｔ）は、送信機２２２によってその後送信される２２４とすることができる。]
[0056] 図３は、一例による、連続ビームフォーマおよびブラインド信号源分離段のブロック図である。較正およびビームフォーミングモジュール３０２は、２つ以上の入力信号ｓ１（ｔ）、ｓ２（ｔ）およびｓｎ（ｔ）を事前調整し、次いで、ブラインド信号源分離モジュール３０４への入力として使用される、対応する出力信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）およびｘｎ（ｔ）を与えるように構成されることができる。２つ以上の入力信号ｓ１（ｔ）、ｓ２（ｔ）およびｓｎ（ｔ）は、互い相関されるか、または依存されることができる。ビームフォーミングを介した信号強調は、２つ以上の入力信号ｓ１（ｔ）、ｓ２（ｔ）およびｓｎ（ｔ）が、独立ランダムプロセスとしてモデル化されることを必要としないことができる。入力信号ｓ１（ｔ）、ｓ２（ｔ）およびｓｎ（ｔ）は、サンプリングされた離散時間信号とすることができる。] 図３
[0057] ビームフォーミング段原理
ビームフォーミングでは、入力信号ｓｉ（ｔ）は、出力信号ｘｉ（ｔ）を生成するために、空間と時間の両方において線形フィルタ処理されることができる。即ち、]
[0058] 式中、ｋ−１は、ｎ個のマイクロホンチャネル入力の各々での遅延タップの数である。所望のソース信号がｓｓｏｕｒｃｅ（ｔ）（たとえば、図２中の第１の音源２１８からのソース信号ｓｏ２）によって表される場合、ビームフォーマ重みｗｉ（ｐ）は、ビームフォーマ出力ｘｉ（ｔ）が、所望のソース信号ｓｓｏｕｒｃｅ（ｔ）の推定値ｓ<ｓｏｕｒｃｅ（ｔ）を与えるように選択されることができる。この現象は、一般に所望のソース信号ｓｓｏｕｒｃｅ（ｔ）の方向でのビームの形成と呼ばれる。] 図２
[0059] ビームフォーマは、概して、固定のビームフォーマおよび適応型ビームフォーマの２つのタイプに分類されることができる。固定のビームフォーマは、複数のマイクロホンから取得された空間時間サンプルを組み合わせるために固定のフィルタ重みを採用するデータ独立型ビームフォーマである。適応型ビームフォーマは、ビームフォーマのフィルタ重みを導出するために、入力信号の統計知識を採用するデータ従属型ビームフォーマである。]
[0060] 図４は、空間ビームフォーミングを実行するように構成されたビームフォーミングモジュールの一例のブロック図である。空間のみのビームフォーミングは、空間時間ビームフォーミング方法のサブセット（すなわち、固定のビームフォーマ）である。ビームフォーミングモジュール４０２は、複数の入力信号ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ），... ｓｎ（ｔ）を受信し、指向強調された１つまたは複数の出力信号] 図４
[0061] を与えるように構成されることができる。トランスポーザ４０４は、複数の入力信号ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ），... ｓｎ（ｔ）を受信し、信号ベクトルｓ>（ｔ）＝［ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ），... ｓｎ（ｔ）］Ｔを取得するための転置演算を実行するものであり、式中、上付き文字Ｔは転置演算を示す。]
[0062] 次いで、信号ベクトルｓ>（ｔ）は、関連する信号を強調することか、または不要な信号を抑制することのいずれかを行うように、空間重みベクトルによってフィルタ処理されることができる。空間重みベクトルは、他の方向からの信号を抑制しながら、特定の方向（たとえば、重みによって規定されたビームの方向）からキャプチャされた信号を強調する。]
[0063] たとえば、空間ノイズフィルタ４０６は、信号ベクトルｓ>（ｔ）を受信し、
ｘ>（ｔ）＝ｗ>Ｔｓ>（ｔ） （式２）
となるような第１のビームフォーマ出力ｘ>（ｔ）を生成するために、ｎ×１の第１の空間重みベクトルｗ>Ｔ＝［ｗ１，ｗ２，... ｗｎ］Ｔを適用することによってそれをフィルタ処理することができる。このビームフォーマは、所望の（サウンドまたはスピーチ）信号の信号強調を行うために、入力信号ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ），... ｓｎ（ｔ）の空間情報を利用することができる。]
[0064] 別の例では、ビームフォーミングモジュール４０２は、第２のビームフォーマ出力Ｚ>（ｔ）から所望の信号を抑制する空間ノッチフィルタ４０８を含むことができる。この場合、空間ノッチフィルタ４０８は、
ｖ>Ｔｗ>Ｔ＝０ （式３）
となるように、第１の空間重みベクトルｗ>Ｔと直交する、第２のｎ×１空間重みベクトルｖ>Ｔ＝［ｖ１，ｖ２，..., ｖｎ］Ｔを使用することによって、所望の方向から来る信号を抑制する。所望の信号が最小限に抑えられた、第２のビームフォーマ出力ｚ>（ｔ）を生成するために、空間ノッチフィルタ４０８が入力信号ベクトルｓ>（ｔ）に適用される。]
[0065] ｚ>（ｔ）＝ｚ>Ｔｓ>（ｔ） （式４）
第２のビームフォーマ出力ｚ>（ｔ）は、キャプチャされた入力信号中のバックグラウンドノイズの推定値を与えることができる。このようにして、第２のビームフォーマ出力ｚ>（ｔ）は、第１のビームフォーマ出力ｘ>（ｔ）に対して直交方向からのものとすることができる。]
[0066] ビームフォーミングモジュール４０２によって提供される空間弁別機能は、伝搬する信号の波長に対して使用される２つ以上のマイクロホンの間隔に依存することができる。２つ以上のマイクロホン間の相対的な距離が増加するにつれて、ビームフォーミングモジュール４０２の指向性／空間弁別は一般に改善する。したがって、間隔が密なマイクロホンについて、ビームフォーミングモジュール４０２の指向性はより不十分であることがあり、信号強調または抑制を改善するために、さらに時間的な後処理が実行されることができる。ただし、ビームフォーミングモジュール４０２のそのようなパフォーマンスの限界にもかかわらず、後続のブラインド信号源分離段のパフォーマンスを改善することは、それでも出力信号ｘ>（ｔ）中とｚ>（ｔ）中とで空間弁別を十分に行うことができる。図４のビームフォーミングモジュール４０２中の出力信号ｘ>（ｔ）およびｚ>（ｔ）は、図３のビームフォーミングモジュール３０２または図２のビームフォーミング段２１１からの出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）とすることができる。] 図２ 図３ 図４
[0067] ビームフォーミングモジュール３０２は、入力信号に対して様々な追加の前処理動作を実装することができる。いくつかの例では、２つのマイクロホンによってキャプチャされた信号間のサウンドレベル（たとえば、電力レベル、エネルギーレベル）にかなりの差があることがある。サウンドレベルのそのような差は、ビームフォーミングを実行することを困難にすることがある。したがって、１つの態様は、ビームフォーミングを実行することの一部として入力信号を較正することを提供することができる。入力信号のそのような較正は、ビームフォーミング段の前および／または後に実行されることができる（たとえば、図２、較正段２０８および２１３）。様々な実装形態では、（１つまたは複数の）前ブラインド信号源分離較正段は、振幅ベースおよび／または相互相関ベースの較正とすることができる。すなわち、振幅ベースの較正では、スピーチまたはサウンド入力信号の振幅は、互いと比較することによって較正される。相互相関ベースの較正では、スピーチまたはサウンド信号の相互相関は、互いと比較することによって較正される。] 図２
[0068] 較正およびビームフォーミング−例１
図５は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第１の例を示すブロック図である。この実装形態では、第２の入力信号ｓ２（ｔ）は、ビームフォーミングがビームフォーミングモジュール５０４によって実行される前に、較正モジュール５０２によって較正されることができる。較正プロセスは、ｓ’２（ｔ）＝ｃ１（ｔ）・ｓ２（ｔ）として公式化されることができる。較正ファクタｃ１（ｔ）は、ｓ’２（ｔ）中の所望のスピーチのサウンドレベルが第１の入力信号ｓ１（ｔ）のサウンドレベルに近接するように、第２の入力ｓ２（ｔ）をスケーリングすることができる。] 図５
[0069] 較正ファクタｃ１（ｔ）を取得することにおいて、図５の２つの入力信号ｓ１（ｔ）とｓ２（ｔ）とを較正するために、様々な方法が使用されることができる。図６および図７は、較正ファクタｃ１（ｔ）を取得することに使用されることができる２つの方法を示している。] 図５ 図６ 図７
[0070] 図６は、２つのマイクロホン信号に基づいてビームフォーミングを実装する前に、２つのマイクロホン信号を較正するために適用されることができる較正ファクタを取得するための第１の方法を示す流れ図である。較正ファクタｃ１（ｔ）は、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との短期スピーチエネルギー推定値からそれぞれ、取得されることができる。６０２で、第１の複数エネルギー期間または推定値Ｐｓ１（ｔ）（１．．．ｋ）は、第１の入力信号ｓ１（ｔ）のブロック用に取得されることができ、ここで、各ブロックは、第１の入力信号ｓ１（ｔ）の複数のサンプルを含む。同様に、６０４で、第２の複数エネルギー期間または推定値Ｐｓ２（ｔ）（１．．．ｋ）は、第２の入力信号ｓ２（ｔ）のブロック用に取得されることができ、ここで、各ブロックは、第２の入力信号ｓ２（ｔ）の複数のサンプルを含むことができる。たとえば、以下の式を使用して、エネルギー推定値Ｐｓ１（ｔ）およびＰｓ２（ｔ）が信号サンプルのブロックから計算されることができる。即ち、] 図６
[0071] 第１の最大エネルギー推定値Ｑｓ１（ｔ）は、６０６で、第１の複数のエネルギー期間または推定値Ｐｓ１（ｔ）（１．．．ｋ）を、たとえば、５０ブロックまたは１００ブロックのエネルギー期間にわたって探索することによって取得されることができる。同様に、第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ２（ｔ）は、６０８で、第２の複数のエネルギー期間または推定値Ｐｓ２（ｔ）（１．．．ｋ）を探索することによって取得されることができる。いくつかのブロックにわたってこれらの最大エネルギー推定値を計算することは、スピーチアクティビティ検出器を実装することなく、所望のスピーチのエネルギーを計算する、より単純な方法とすることができる。一例では、以下の式を使用して、第１の最大エネルギー推定値Ｑｓ１（ｔ）が計算されることができる。即ち、]
[0072] 式中、ｔｍａｘは、最大エネルギー推定値Ｑｓ１（ｔ）で識別される信号ブロックに対応する。第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ２（ｔ）は、同様に計算されることができる。あるいは、第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ２（ｔ）は、ｔｍａｘ信号ブロックにおいて計算された第２のマイクロホン信号のエネルギー推定値として、Ｑｓ２（ｔ）＝Ｐｓ２（ｔｍａｘ）で計算されることもできる。第１および第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ１（ｔ）およびＱｓ２（ｔ）は、較正ファクタｃ１（ｔ）を計算する前に、６１０で、時間で平均化（平滑化）されることもできる。たとえば、指数平均化は、次のように実行されることができる。即ち、]
[0073] 較正ファクタｃ１（ｔ）は、６１２で、第１および第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ１（ｔ）およびＱｓ２（ｔ）に基づいて取得されることができる。一例では、以下の式を使用して較正ファクタが取得されることができる。即ち、]
[0074] 較正ファクタｃ１（ｔ）は、６１４で、較正推定値中の任意の過渡分をフィルタ除去するために、時間でさらに平滑化されることができる。次いで、較正ファクタｃ１（ｔ）は、６１６で、第１および第２の入力信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）を使用するビームフォーミングを実行する前に、第２の入力信号ｓ２（ｔ）に適用されることができる。あるいは、較正ファクタｃ１（ｔ）の逆数が計算されて時間で平滑化され、次いで、６１６で、第１および第２の入力信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）を使用するビームフォーミングを実行する前に、第１の入力信号ｓ１（ｔ）に適用されることができる。]
[0075] 図７は、２つのマイクロホン信号に基づいてビームフォーミングを実装する前に、２つのマイクロホン信号を較正するために適用される較正ファクタを取得するための第２の方法を示す流れ図である。この第２の方法では、短期エネルギー推定値Ｐｓ１（ｔ）およびＰｓ２（ｔ）の代わりに、２つの入力信号ｓ１（ｔ）とｓ２（ｔ）との間の相互相関が使用されることができる。２つのマイクロホンが互いに近接して配置された場合、２つの入力信号中の所望のスピーチ（サウンド）信号は、互いと高度に相関することが予想されることができる。したがって、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との間の相互相関推定値Ｐｓ１２（ｔ）は、第２のマイクロホン信号ｓ２（ｔ）中のサウンドレベルを較正するために取得されることができる。たとえば、７０２で、第１の入力信号ｓ１（ｔ）について第１の複数のブロックが取得されることができるもので、ここで、各ブロックは、第１の入力信号ｓ１（ｔ）の複数のサンプルを含む。同様に、７０４で、第２の入力信号ｓ２（ｔ）について第２の複数のブロックが取得されることができ、ここで、各ブロックは、第２の入力信号ｓ２（ｔ）の複数のサンプルを含む。７０６で、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との間の複数の相互相関推定値Ｐｓ１２（ｔ）（１．．．ｋ）は、第１および第２の複数のブロックのうちの相互相関している対応するブロックによって取得されることができる。たとえば、以下の式を使用して、相互相関推定値Ｐｓ１２（ｔ）が計算されることができる。即ち、] 図７
[0076] ７０８で、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との間の最大相互相関推定値Ｑｓ１２（ｔ）は、複数の相互相関推定値Ｐｓ１２（ｔ）（１．．．ｋ）を探索することによって取得されることができる。たとえば、以下を使用して、最大相互相関推定値Ｑｓ１２（ｔ）が取得されることができる。即ち、]
[0077] 第２の最大エネルギー推定値Ｑｓ２（ｔ）は、７１２で、式（６）および式（７）を使用して、最大の第２のマイクロホンエネルギー推定値として計算されることができる。あるいは、第２の最大エネルギー推定値は、ｔｍａｘ信号ブロックにおいて計算された第２のマイクロホン信号のエネルギー推定値として、Ｑｓ２（ｔ）＝Ｐｓ２（ｔｍａｘ）で計算されることもできる。７１０で、最大相互相関推定値Ｑｓ１２（ｔ）および最大エネルギー推定値Ｑｓ２（ｔ）は、たとえば、以下の式を使用して、指数平均化を実行することによって平滑化されることができる。即ち、]
[0078] 較正ファクタｃ１（ｔ）は、７１４で、たとえば、以下の式を使用して、最大相互相関推定値Ｑｓ１２（ｔ）と第２の最大エネルギー推定値Ｑ~ｓ２（ｔ）とに基づいて取得される。即ち、]
[0079] その結果、較正ファクタｃ１（ｔ）は、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との間の相互相関推定値と、第２の入力信号ｓ２（ｔ）のエネルギー推定値と、の間の比に基づいて生成されることができる。次いで、較正ファクタｃ１（ｔ）は、較正された第２の入力信号を第１の入力信号ｓ１（ｔ）に加算されることが次にできる較正された第２の入力信号ｓ’２（ｔ）を取得するために、第２の入力信号ｓ２（ｔ）に適用される。]
[0080] 再び図５を参照すると、較正の後の得られた第１および第２の出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）は、] 図５
[0081] となるように、ビームフォーミングモジュール５０４によって加算または減算されることができる。第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、所望の音源に向かってビームを形成する固定の空間ビームフォーマの出力と考えられることができる。第２の出力信号ｘ２（ｔ）は、所望の音源方向でヌルを形成することによって所望のスピーチ信号を抑制する固定のノッチビームフォーマの出力と考えられることができる。]
[0082] 別の例では、較正ファクタｃ１（ｔ）は、第１の入力信号ｓ１（ｔ）と第２の入力信号ｓ２（ｔ）との間の相互相関推定値と、第１の入力信号ｓ１（ｔ）のエネルギー推定値と、の比に基づいて生成されることができる。次いで、較正ファクタｃ１（ｔ）は、第１の入力信号ｓ１（ｔ）に適用される。次いで、較正された第１の入力信号は、第２の入力信号ｓ２（ｔ）から減算されることができる。]
[0083] 較正およびビームフォーミング−例２
図８は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第２の例を示すブロック図である。この実装形態では、（図５におけるような）第２の入力信号ｓ２（ｔ）をスケーリングするために較正ファクタを使用する代わりに、較正ファクタｃ１（ｔ）は、ビームフォーミングの前に、入力信号ｓ１（ｔ）とｓ２（ｔ）の両方を調整するために使用されることができる。この実装形態の場合の較正ファクタｃ１（ｔ）は、たとえば、図６および図７で説明されたのと同じ手順を使用して、較正モジュール８０２によって取得されることができる。較正ファクタｃ１（ｔ）が取得されると、ビームフォーミングモジュール８０４は、] 図５ 図６ 図７ 図８
[0084] となるように、出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）を生成することができるものであり、式中、第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、所望の音源に向かってビームを形成する固定の空間ビームフォーマの出力と考えられることができる。第２の出力信号ｘ２（ｔ）は、所望の音源方向でヌルを形成することによって所望のスピーチ信号を抑制する固定のノッチビームフォーマの出力と考えられることができる。]
[0085] 一例では、較正ファクタｃ１（ｔ）は、第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関と、第２の入力信号ｓ２（ｔ）のエネルギー推定値と、に基づかれることができる。第２の入力信号ｓ２（ｔ）は、較正ファクタｃ１（ｔ）で乗算され、第１の入力信号ｓ１（ｔ）に加算されることができる。第１の入力信号ｓ１（ｔ）は、較正ファクタｃ１（ｔ）で除算され、第１の入力信号ｓ１（ｔ）から減算されることができる。]
[0086] 較正およびビームフォーミング−例３
図９は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第３の例を示すブロック図である。この実装形態は、適応フィルタ９０２を含むように、図５および図８に示す較正手順を一般化する。第２のマイクロホン信号ｓ２（ｔ）は、適応フィルタ９０２の入力信号として使用されることができ、第１のマイクロホン信号ｓ１（ｔ）は、基準信号として使用されることができる。適応フィルタ９０２は、重みｗｔ＝［ｗｔ（０）ｗｔ（１）．．．ｗｔ（Ｎ—１）］Ｔを含むことができるものであり、式中、Ｎは、適応フィルタ９０２の長さである。適応フィルタ処理プロセスは、] 図５ 図８ 図９
[0087] のように表されることができる。適応フィルタ９０２は、様々なタイプの適応フィルタ処理アルゴリズムを使用して適合されることができる。たとえば、適応フィルタ９０２は、次のように最小平均二乗（Least-Mean-Square：ＬＭＳ）タイプアルゴリズムを使用して適合されることができる。]
[0088] ｗｉ＝ｗｉ−１＋２μｘ２（ｔ）ｓ２（ｔ） （式２３）
式中、μはステップサイズであり、]
[0089] は、式２４に示されるような第２の入力信号ベクトルである。即ち、]
[0090] 適応フィルタ９０２は、適応型ビームフォーマとして作動することができ、第２のマイクロホン入力信号ｓ２（ｔ）中の所望のスピーチを抑制することができる。適応フィルタ長が１となるように選択された場合、この方法は、２つのマイクロホン信号間の相互相関が第２のマイクロホン信号を較正するために使用されることができる図７で説明された較正手法と等価になる。] 図７
[0091] ビームフォーミングモジュール９０４は、第１および第２の出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）を取得するために、第１のマイクロホン信号ｓ１（ｔ）とフィルタ処理された第２のマイクロホン信号ｓ’２（ｔ）とを処理する。第２の出力信号ｘ２（ｔ）は、所望の音源（スピーチソース）方向でヌルを形成することによって所望のスピーチ信号を抑制する固定のノッチビームフォーマの出力と考えられることができる。第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、所望の音源信号のビームフォーミングされた出力を取得するために、以下のように、フィルタ処理された第２のマイクロホン信号ｓ’２（ｔ）を第１のマイクロホン信号ｓ１（ｔ）に加算することによって取得されることができる。即ち、
ｘ１（ｔ）＝ｓ１（ｔ）＋ｓ’２（ｔ） （式２５）
第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、ｘ１（ｔ）におけるスピーチレベルをｓ１（ｔ）におけるスピーチレベルと同じに保持するために、０．５倍にスケーリングされることができる。したがって、第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、所望のスピーチ（サウンド）信号と周囲ノイズの両方を含み、第２の出力信号ｘ２（ｔ）は、大部分は周囲ノイズと所望のスピーチ（サウンド）信号のいくつかとを含む。]
[0092] 較正およびビームフォーミング−例４
図１０は、２つ以上のマイクロホンからの入力信号を使用する較正およびビームフォーミングの第４の例を示すブロック図である。この実装形態では、較正はビームフォーミングの前に実行されない。代わりに、最初に、ビームフォーミングが、] 図１０
[0093] のように、２つの入力信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）を組み合わせるビームフォーミングモジュール１００２によって実行される。ビームフォーミングの後、ビームフォーマの第２の出力信号ｘ’２（ｔ）におけるノイズレベルは、第１の出力信号ｘ１（ｔ）におけるノイズレベルよりもはるかに低くなることがある。したがって、較正モジュール１００４は、ビームフォーマの第２の出力信号ｘ’２（ｔ）におけるノイズレベルをスケーリングするために使用されることができる。較正モジュール１００４は、ビームフォーマ出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ’２（ｔ）のノイズフロア推定値から較正ファクタｃ１（ｔ）を取得することができる。出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ’２（ｔ）の短期エネルギー推定値はそれぞれ、Ｐｘ１（ｔ）およびＰｘ’２（ｔ）によって示されることができ、対応するノイズフロア推定値は、Ｎｘ１（ｔ）およびＮｘ’２（ｔ）によって示されることができる。ノイズフロア推定値Ｎｘ１（ｔ）およびＮｘ’２（ｔ）は、短期エネルギー推定値Ｐｘ１（ｔ）およびＮｘ’２（ｔ）の最小値を、入力信号サンプルのいくつかの連続するブロック、すなわち、５０ブロックまたは１００ブロックにわたって見つけることによって取得されることができる。たとえば、ノイズフロア推定値Ｎｘ１（ｔ）およびＮｘ’２（ｔ）はそれぞれ、式２７および式２８を使用して計算されることができる。即ち、]
[0094] ノイズフロア推定値Ｎｘ１（ｔ）およびＮｘ’２（ｔ）は、不連続性を平滑化するために、時間で平均化されることができ、較正ファクタｃ１（ｔ）は、]
[0095] のように、平滑化されたノイズフロア推定値の比として計算されることができる。式中、Ｎｘ’１（ｔ）およびＮ’ｘ’２（ｔ）は、平滑化されたノイズフロア推定値ｘ１（ｔ）およびｘ’２である。ビームフォーミングされた第２の出力信号ｘ’２（ｔ）は、
ｘ”２（ｔ）＝ｃ１（ｔ）ｘ’２（ｔ） （式３０）
となるように、最終のノイズ基準出力信号ｘ”２（ｔ）を取得するために、較正ファクタｃ１（ｔ）によってスケーリングされる。]
[0096] 較正の後、適応フィルタ１００６が適用されることができる。適応フィルタ１００６は、適応フィルタ９０２（図９）に関して説明されるように実装されることができる。第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、適応フィルタ１００６への入力信号として使用されることができ、較正された出力信号ｘ”２（ｔ）は、基準信号として使用されることができる。適応フィルタ１００６は、較正されたビームフォーマ出力信号ｘ”２（ｔ）中の所望のスピーチ信号を抑制することができる。したがって、第１の出力信号ｘ１（ｔ）は、所望のスピーチと周囲ノイズの両方を含むことができ、第２の出力信号ｘ２（ｔ）は、大部分は周囲ノイズといくつかの所望のスピーチとを含むことができる。その結果、２つの出力信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）は、すなわち、それらが高度に相関しないというＢＳＳの不確定性を回避するための上述の仮定を満たすことができる。] 図９
[0097] 図５〜図１０に示す様々な例では、（１つまたは複数の）較正段は、スピーチまたはサウンド符号上で振幅ベースおよび／または相互相関ベースの較正を実装することができる。] 図１０ 図５ 図６ 図７ 図８ 図９
[0098] ブラインド信号源分離段
再び図３を参照すると、ビームフォーミングモジュール３０２からの出力信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）およびｘｎ（ｔ）は、ブラインド信号源分離モジュール３０４に渡されることができる。ブラインド信号源分離モジュール３０４は、ビームフォーマ出力信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）およびｘｎ（ｔ）を処理することができる。信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）およびｘｎ（ｔ）は、ソース信号の混合とすることができる。ブラインド信号源分離モジュール３０４は入力混合を分離し、ソース信号の推定値ｙ１（ｔ）、ｙ２（ｔ）およびｙｎ（ｔ）を生成する。たとえば、わずか１つのソース信号が所望の信号とすることができる二重マイクロホンノイズ低減の場合、ブラインド信号源分離モジュール３０４は、所望のスピーチ信号（たとえば、図２の第１の音源信号ｓｏ２）と周囲ノイズ（たとえば、図２のノイズｓｏ１およびｓｏＮ）とを無相関化する（decorrelate）ことができる。] 図２ 図３
[0099] ブラインド信号源分離−原理
ブラインド信号源分離または無相関化（decorrelation）では、入力信号は、独立ランダムプロセスとして扱われる。信号をブラインド分離するのに使用される仮定は、すべてのランダムプロセスが互いに統計的に独立である、すなわち、すべてのランダムプロセスＳ１、Ｓ２およびＳｍの同時確率分布Ｐは、すべて個々のランダムプロセスの積であるということである。この仮定は、]
[0100] のように公式化されることができるものであり、式中、]
[0101] は、すべてのランダムプロセスＳ１，...，Ｓｍの同時分布（joint distribution）であり、]
[0102] は、ｊ番目のランダムプロセスＳｊの分布である。]
[0103] 一般に、ブラインド信号源分離は、２つのカテゴリ、瞬時ＢＳＳおよび畳み込みＢＳＳに分類されることがある。瞬時ＢＳＳは、瞬時の行列混合としてモデル化されることができる混合入力信号ｓ（ｔ）を指し、
ｘ（ｔ）＝Ａｓ（ｔ） （式３２）
のように公式化されるものであり、式中、ｓ（ｔ）は、ｍ×１ベクトルであり、ｘ（ｔ）は、ｎ×１ベクトルであり、Ａはｎ×ｍのスカラー行列である。分離プロセスでは、ｍ×ｎスカラー行列Ｂは、ｓ<（ｔ）が任意の置換および任意のスケーリングまでｓ（ｔ）に似るように、信号ｓ<（ｔ）＝Ｂｘ（ｔ）＝ＢＡｓ（ｔ）を再構成するために、計算され、使用される。すなわち、行列ＢＡは、ＰＤに分解されることができるものであり、ここで、行列Ｐは置換行列であり、行列Ｄは対角行列である。置換行列は、同じ次元の単位行列を置換することによって導出される行列である。対角行列は、その対角線上に０でないエントリのみを有する行列である。対角行列Ｄが単位行列でなければならないわけでないことに留意されたい。すべてのｍ個の音源が互いに独立している場合、行列Ｄの対角線上に０エントリがあってはならないべきである。一般に、ｎ≧ｍ、すなわち、マイクロホンの数ｎが音源の数ｍ以上であることが、完全な信号分離のために望ましい。]
[0104] 実際問題として、瞬時の混合を使用してモデル化されることができる課題はほとんどない。信号は、典型的に、マイクロホンまたはオーディオセンサによってキャプチャされる前に、非理想的なチャネルを通って進む。したがって、畳み込みＢＳＳは、入力信号をより良くモデル化するために使用されることができる。]
[0105] 図１１は、複数の混合入力信号からソース信号を復元する畳み込みブラインド信号源分離の動作を示すブロック図である。ソース信号ｓ１（ｔ）１１０２およびｓ２（ｔ）１１０４は、それらが混合されるチャネルを通過することができる。混合信号は、入力信号ｓ’１（ｔ）およびｓ’２（ｔ）としてマイクロホンによってキャプチャされ、信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）としてブラインド信号源分離段１１０８を通過するより前に、事前調整（たとえば、ビームフォーミング）されることができる前処理段１１０６を通過されることができる。] 図１１
[0106] 入力信号ｓ’１（ｔ）およびｓ’２（ｔ）は、元の信号源信号ｓ１（ｔ）１１０２およびｓ２（ｔ）１１０４と、音源から１つまたは複数のマイクロホンへのチャネル伝達関数と、入力の混合とに基づいてモデル化されることができる。たとえば、混合入力信号ｓ’（ｔ）が、]
[0107] のようにモデル化されることができる畳み込みＢＳＳが使用されることがではるものであり、式中、ｓｊ（ｔ）は、ｊ番目の音源発の信号源信号であり、ｓ’ｉ（ｔ）は、ｉ番目のマイクロホンによってキャプチャされた入力信号であり、ｈｉｊ（ｔ）は、ｊ番目の音源とｉ番目のマイクロホンとの間の伝達関数であり、シンボル]
[0108] は畳み込み操作を示す。一方、畳み込みＢＳＳの場合、ｎ≧ｍ、すなわち、マイクロホンの数ｎが音源の数ｍ以上である場合、完全な分離が達成されることができる。]
[0109] 図１１では、伝達関数ｈ１１（ｔ）およびｈ１２（ｔ）は、第１の信号源から第１および第２のマイクロホンへのチャネル伝達関数を表す。同様に、伝達関数ｈ２１（ｔ）およびｈ２２（ｔ）は、第２の信号源から第１および第２のマイクロホンへのチャネル伝達関数を表す。信号は、ブラインド信号源分離段１１０８に渡すより前に、前処理段１１０６（ビームフォーミング）を通過する。次いで、（第１および第２のマイクロホンによってキャプチャされるような）混合入力信号ｓ’１（ｔ）およびｓ’２（ｔ）は、信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）を取得するために、ビームフォーミング前処理段１１０６を通過する。] 図１１
[0110] 次いで、ブラインド信号源分離は、元のソース信号ｓｊ（ｔ）に対応する推定値ｓ<ｊ（ｔ）を分離または抽出するために、混合信号ｘ１（ｔ）に適用されることができる。これを達成するために、フィルタのセットＷｊｉ（ｚ）は、信号混合を逆転させるために、ブラインド信号源分離段１１０８において使用されることができる。便宜のために、ブラインド信号源分離は、Ｚ変換領域で表される。この例で、Ｘ１（ｚ）はｘ１（ｔ）のＺ領域バージョンであり、Ｘ２（ｚ）はｘ２（ｔ）のＺ領域バージョンである。]
[0111] 信号Ｘ１（ｚ）およびＸ２（ｚ）は、]
[0112] となるように、（時間領域でｓ（ｔ）に等価である）元のソース信号Ｓ（ｚ）の推定値Ｓ<（ｚ）を取得するために、フィルタＷｊｉ（ｚ）に従って変更される。信号推定値Ｓ<（ｚ）は、任意の置換および任意の畳み込みまで元の信号Ｓ（ｚ）に近似することができる。混合伝達関数ｈｉｊ（ｔ）がＺ領域で表される場合、全体的なシステムの伝達関数は、
Ｗ（ｚ）Ｈ（ｚ）＝ＰＤ（ｚ） （式３５）
のように公式化することができるものであり、式中、Ｐは置換行列であり、Ｄ（ｚ）は対角伝達関数行列である。Ｄ（ｚ）の対角線上の要素は、（瞬時ＢＳＳで表される）スカラーではなく伝達関数である。]
[0113] ブラインド信号源分離段−無相関化
再び図３を参照すると、元の入力信号ｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）が高度に相関することでもあるので、第２の出力ｘ２（ｔ）の信号レベルは、ビームフォーミングモジュール３０２の後では低くなることができる。これは、ブラインド信号源分離モジュール３０４の収束レートを低減することがある。ブラインド信号源分離モジュール３０４の収束レートを最大にするために、第２の較正は、ブラインド信号源分離の前に使用されることができる。図１２は、ビームフォーミング前処理段の後であるが、ブラインド信号源分離段１２０４の前に信号がどのように較正されることができるかの第１の例を示すブロック図である。信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）を較正モジュール１２０２への入力として与えられることができる。この例で、信号ｘ２（ｔ）は、
ｘ~２（ｔ）＝ｃ２（ｔ）・ｘ２（ｔ） （式３６）
のように、スカラーｃ２（ｔ）によってスケーリングされる。] 図１２ 図３
[0114] スカラーｃ２（ｔ）は、信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）に基づいて判断されることができる。たとえば、較正ファクタは、図１０および式２７、式２８および式２９に示されるようなｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）のノイズフロア推定値を使用して計算されることができる。] 図１０
[0115] 較正の後、ｘ１（ｔ）における所望のスピーチ信号は、ｘ~２（ｔ）における所望のスピーチ信号よりはるかに強い。そして、ブラインド信号源分離アルゴリズムが使用されたとき、不確定性を回避することが可能である。実際問題として、ブラインド信号源分離アルゴリズムの別の一般的な問題である信号スケーリングを回避することができるブラインド信号源分離アルゴリズムを使用することが望ましい。]
[0116] 図１３は、ブラインド信号源分離より前に信号較正を実装する代替方式を示すブロック図である。図８に示された較正プロセスと同様に、較正モジュール１３０２は、信号ｘ２（ｔ）をスケーリングするためにそれを使用する代わりに、ブラインド信号源分離モジュール１３０４の適合（たとえば、アルゴリズム、重み、ファクタなど）を変化、構成、または変更するために、第２のスケーリングファクタｃ２（ｔ）を生成する。] 図１３ 図８
[0117] ブラインド信号源分離−後処理
再び図３を参照すると、ブラインド信号源分離モジュール３０４によって出力される１つまたは複数のソース信号推定値ｙ１（ｔ）、ｙ２（ｔ）およびｙｎ（ｔ）は、出力信号ｓ<１（ｔ），ｓ<２（ｔ）およびｓ<ｎ（ｔ）を与える後処理モジュール３０８によってさらに処理されることができる。後処理モジュール３０８は、所望のスピーチ信号推定値の信号対雑音比（ＳＮＲ）をさらに改善するために追加されることができる。いくつかの場合では、事前調整較正およびビームフォーミングモジュール３０２が周囲ノイズの良好な推定値を生成した場合、ブラインド信号源分離モジュール３０４はバイパスされ、後処理モジュール３０８単独で、所望のスピーチ信号の推定値を生成することができる。同様に、後処理モジュール３０８は、ブラインド信号源分離モジュール３０４が所望のスピーチ信号の良好な推定値を生成した場合、バイパスされることができる。] 図３
[0118] 信号分離プロセスの後、信号ｙ１（ｔ）およびｙ２（ｔ）が与えられる。信号ｙ１（ｔ）は、主に所望の信号といくぶん減衰した周囲ノイズとを含むことができる。信号ｙ１（ｔ）は、スピーチ基準信号と呼ばれることがある。周囲ノイズの低減は、ノイズの環境および特性に応じて異なる。信号ｙ２（ｔ）は、主に周囲ノイズを含むことができ、そこでは、所望の信号は低減されている。それはまた、ノイズ基準信号とも呼ばれる。]
[0119] 較正およびビームフォーミングモジュール３０２およびブラインド信号源分離モジュール３０４の様々な実装形態に従って、ノイズ基準信号中の所望のスピーチ信号は、大部分は除去された。したがって、後処理モジュール３０８は、スピーチ基準信号からノイズを除去することに集中することができる。]
[0120] 図１４は、所望のスピーチ基準信号からノイズを低減するために使用される後処理モジュールの動作の例を示すブロック図である。非因果的適応フィルタ１４０２は、スピーチ基準信号ｙ１（ｔ）中のノイズをさらに低減するために使用されることができる。ノイズ基準信号ｙ２（ｔ）は、適応フィルタ１４０２への入力として使用されることができる。遅延信号ｙ１（ｔ）は、適応フィルタ１４０２への基準として使用されることができる。適応フィルタＰ（ｚ）１４０２は、最小平均二乗（Least Means Square：ＬＭＳ）タイプ適応フィルタまたは任意の他の適応フィルタを使用して適合させられることができる。その結果、後処理モジュールは、低減されたノイズとともに所望のスピーチ基準信号を含む出力信号ｓ<１（ｔ）を与えることができることがある。] 図１４
[0121] より一般的な意味で、後処理モジュール３０８は、図２の後処理段２１５に示すように、出力信号ｙ１（ｔ）およびｙ２（ｔ）上でノイズ較正を実行することができる。] 図２
[0122] 例示的な方法
図１５は、一例によるブラインド信号源分離を強調する方法を示す流れ図である。１５０２で、第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号および第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号が受信されるか、または取得されることができる。１５０４で、第１および第２の入力信号は、指向性を第１および第２の入力信号に与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号を較正して、ビームフォーミング技法を適用することによって、前処理されることができる。すなわち、このビームフォーミング技法は、ビームフォーミング技法の中でも、図４、図５、図６、図７、図８、図９および／または図１０に示された技法を含むことができる。たとえば、２つのマイクロホンシステムにおいて、ビームフォーミング技法は、所望の方向からのサウンド信号をビームフォーマの第１の出力信号中で増幅し、所望の方向からのサウンド信号をビームフォーマの第２の出力信号中で抑制するように、第１および第２の出力信号を生成する。] 図１０ 図１５ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８ 図９
[0123] 一例では、ビームフォーミング技法は、（たとえば、図９に示されるように）第２の入力信号に適応フィルタを適用すること、第２の入力信号から第１の入力信号を減算すること、および／またはフィルタ処理された第２の入力信号を第１の入力信号に加算すること、を含むことができる。] 図９
[0124] 別の例では、ビームフォーミング技法は、（たとえば図５および図６に示されるように）第１の入力信号と第２の入力信号とのエネルギー推定値の比に基づいて較正ファクタを生成することと、較正ファクタを第１の入力信号または第２の入力信号のいずれか１つに適用することと、を含むことができる。] 図５ 図６
[0125] 代替的に、別の例では、ビームフォーミング技法は、（たとえば図５、図７および図８に示されるように）第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関推定値と、第２の入力信号のエネルギー推定値との比に基づいて較正ファクタを生成することと、較正ファクタを第１の入力信号または第２の入力信号のうちの少なくともいずれか１つに適用することと、を含むことができる。] 図５ 図７ 図８
[0126] さらに別の例では、ビームフォーミング技法は、（ａ）変更された第１の信号を取得するために、第２の入力信号を第１の入力信号に加算すること、（ｂ）変更された第２の信号を取得するために、第２の入力信号から第１の入力信号を減算すること、（ｃ）変更された第１の信号の第１のノイズフロア推定値を取得すること、（ｄ）変更された第２の信号の第２のノイズフロア推定値を取得すること、（ｅ）第１のノイズフロア推定値と第２のノイズフロア推定値との比に基づいて較正ファクタを生成すること、（ｆ）較正ファクタを変更された第２の信号に適用すること、および／または（ｇ）対応する第１および第２の出力信号を取得するために、（たとえば図１０に示されるように）変更された第１の信号に適応フィルタを適用し、変更された第２の信号から、フィルタ処理された変更された第１の信号を減算すること、を含むことができる。] 図１０
[0127] 次いで、１５０６で、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法は、第１のＢＳＳ信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前処理された第１の出力信号と前処理された第２の出力信号とに適用されることができる。一例では、前較正は、ブラインド信号源分離技法を適用するより前に、出力信号の１つまたは複数上で、（ａ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得することと、（ｂ）（たとえば図１２に示されるように）第１および第２の出力信号にブラインド信号源分離技法を適用するより前に、第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正することとによって、実行されることができる。別の例では、ブラインド信号源分離技法を適用するより前に実行される前較正は、（ａ）第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得することと、（ｂ）（たとえば図１３に示されるように）較正ファクタに基づいてブラインド信号源分離技法の動作を変更することと、を含む。] 図１２ 図１３
[0128] １５０８で、第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つは、随意に較正されることができる。たとえば、第１の較正（たとえば、図２の前処理段較正２０８）は、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のいずれかとして、第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つに適用されることができる。さらに、第２の較正（たとえば、図２の中間処理段較正２１３）は、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のいずれかとして、ビームフォーミング段からの第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つに適用されることができる。] 図２
[0129] さらに、第３の較正（たとえば、図２の後処理段較正２１５）は、ノイズベースの較正としてブラインド信号源分離段からの第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つに適用されることができる。たとえば、１５０８で、適応フィルタは、第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために第１のＢＳＳ信号に（後処理段較正中に）適用されることができ、ここで、第２のＢＳＳ信号は、適応フィルタへの入力として使用される。後処理段較正の一例では、適応フィルタは、（たとえば図１４に示されるように）第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために第１のＢＳＳ信号に適用され、ここで、第２のＢＳＳ信号は、適応フィルタへの入力として使用される。] 図１４ 図２
[0130] さらに別の構成によれば、モバイルデバイス中の回路は、第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号を受信するように適合されることができる。同じ回路、異なる回路、あるいは同じまたは異なる回路の第２の部分は、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号を受信するように適合されることができる。さらに、同じ回路、異なる回路、あるいは同じまたは異なる回路の第３の部分は、指向性を第１および第２の入力信号に与えて、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用するように適合されることができる。第１および第２の入力信号を取得するように適合された回路の部分は、第１および第２の入力信号にビームフォーミングを適用する（１つまたは複数の）回路の部分に直接または間接的に結合されることができ、または、同じ回路とすることができる。同じまたは異なる回路の第４の部分は、第１のＢＳＳ信号および第２のＢＳＳ信号を生成するために、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）技法を第１の出力信号と第２の出力信号とに適用するように適合されることができる。随意に、同じまたは異なる回路の第５の部分は、第１および第２の入力信号、第１および第２の出力信号、または第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正するように適合されることができる。ビームフォーミング技法は、第１の入力信号と第２の入力信号とに異なる指向性を適用することができ、異なる指向性は、他の方向からの（たとえば、直交方向または反対の方向からの）サウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する。当業者は、一般に、本開示で説明される処理の大部分は、同様の形態で実装されることができることを認識されよう。（１つまたは複数の）回路または回路部分のいずれも、１つまたは複数のプロセッサをもつ集積回路の一部として、単独で、または組合せで実装されることができる。回路の１つまたは複数は、集積回路、アドバンスＲＩＳＣマシン（Advance RISC Machine：ＡＲＭ）プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用プロセッサ上などに実装されることができる。]
[0131] 図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４および／または図１５に示されたコンポーネント、ステップ、および／または機能のうちの１つまたは複数は、単一のコンポーネント、ステップ、または機能に再構成され、および／または組み合わされることができ、あるいは、複数のコンポーネント、ステップ、または機能で実施されることができる。追加の要素、コンポーネント、ステップ、および／または機能が追加されることもできる。図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３および／または図１４に示された装置、デバイス、および／またはコンポーネントは、図６、図７および／または図１５に記載された方法、特徴、またはステップの１つまたは複数を実行するように構成されることができる。本明細書に記載された新規のアルゴリズムは、ソフトウェアおよび／または組込みハードウェアで効率的に実施されることができる。] 図１ 図１０ 図１１ 図１２ 図１３ 図１４ 図１５ 図２ 図３ 図４
[0132] 当業者は、さらに、本明細書で開示された構成に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装されることができることを諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、上記では概して、それらの機能に関して説明された。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、ソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。]
[0133] 本明細書で説明された様々な特徴は、様々なシステムで実装されることができる。たとえば、ビームフォーミング段およびブラインド信号源分離段は、単一の回路またはモジュール中に、別々の回路またはモジュール上で実装され、１つまたは複数のプロセッサによって実行され、機械可読またはコンピュータ可読媒体中に組み込まれたコンピュータ可読命令によって実行され、および／またはハンドヘルドデバイス、モバイルコンピュータおよび／または移動電話中で実施されることができる。]
[0134] 上記の構成は例にすぎず、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことに留意されたい。構成についての説明は、例示的なものであり、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。したがって、本教示は、他のタイプの装置、ならびに多くの代替形態、修正形態、および変更形態に容易に適用されることができることが当業者には明らかであろう。]

权利要求:

請求項1
第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号とを受信することと、前記第１および第２の入力信号に指向性を与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、前記第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用することと、第１のブラインド信号源分離（ＢＳＳ）信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前記第１の出力信号と第２の出力信号とにＢＳＳ技法を適用することと、前記第１および第２の入力信号、前記第１および第２の出力信号、または前記第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つを較正することと、を備える方法。
請求項2
前記ビームフォーミング技法は、前記第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することによって、前記第１および第２の入力信号に指向性を与える、請求項１に記載の方法。
請求項3
前記第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する、請求項２に記載の方法。
請求項4
前記第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、前記得られた第１の出力信号中の所望のスピーチ信号を増幅し、前記第２の出力信号中の前記所望のスピーチ信号を減衰させる、請求項２に記載の方法。
請求項5
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記第２の入力信号に適応フィルタを適用することを備え、前記ビームフォーミング技法を適用することは、前記第２の入力信号から前記第１の入力信号を減算することを含む、請求項１に記載の方法。
請求項6
前記ビームフォーミング技法を適用することは、前記フィルタ処理された第２の入力信号を前記第１の入力信号に加算することをさらに備える、請求項５に記載の方法。
請求項7
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号とのエネルギー推定値の比に基づいて較正ファクタを生成することと、前記較正ファクタを前記第１の入力信号または前記第２の入力信号のうちの少なくともいずれか１つに適用することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項8
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の相互相関推定値と、前記第２の入力信号のエネルギー推定値と、の比に基づいて、較正ファクタを生成することと、前記較正ファクタを前記第２の入力信号に適用することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項9
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の相互相関推定値と、前記第１の入力信号のエネルギー推定値と、の比に基づいて、較正ファクタを生成することと、前記較正ファクタを前記第１の入力信号に適用することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項10
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の相互相関と、前記第２の入力信号のエネルギー推定値と、に基づいて、較正ファクタを生成することと、前記第２の入力信号に前記較正ファクタを乗算することと、前記第１の入力信号を前記較正ファクタで除算することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項11
前記第１および第２の入力信号に前記ビームフォーミング技法を適用することは、変更された第１の信号を取得するために、前記第２の入力信号を前記第１の入力信号に加算することと、変更された第２の信号を取得するために、前記第２の入力信号から前記第１の入力信号を減算することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項12
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、前記変更された第１の信号の第１のノイズフロア推定値を取得することと、前記変更された第２の信号の第２のノイズフロア推定値を取得することと、前記第１のノイズフロア推定値と前記第２のノイズフロア推定値との比に基づいて較正ファクタを生成することと、前記較正ファクタを前記変更された第２の信号に適用することと、をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
請求項13
前記変更された第１の信号に適応フィルタを適用し、前記変更された第２の信号から前記フィルタ処理された変更された第１の信号を減算すること、をさらに備える、請求項１２に記載の方法。
請求項14
前記第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得することと、前記第１および第２の出力信号に前記ブラインド信号源分離技法を適用するより前に、前記第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項15
前記第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得することと、前記較正ファクタに基づいて前記ブラインド信号源分離技法の前記動作を変更することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
請求項16
前記第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために、前記第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用することをさらに備え、ここで、前記第２のＢＳＳ信号は前記適応フィルタへの入力として使用される、請求項１に記載の方法。
請求項17
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを適用することを含む、請求項１に記載の方法。
請求項18
前記第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正することは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを適用することを含む、請求項１に記載の方法。
請求項19
前記第１および第２のＢＳＳ信号のうちの少なくとも１つを較正することは、ノイズベースの較正を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
請求項20
第１の入力信号を取得するように構成された第１のマイクロホンと、第２の入力信号を取得するように構成された第２のマイクロホンと、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、前記第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行するように構成された較正モジュールと、第１のブラインド信号源分離（ＢＳＳ）信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とにＢＳＳ技法を実行するように構成されたブラインド信号源分離モジュールと、前記第１および第２の入力信号、前記第１および第２の出力信号、または前記第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つを較正するように構成された少なくとも１つの較正モジュールと、を備える通信デバイス。
請求項21
前記ビームフォーミングモジュールは、前記第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することによってビームフォーミングを実行するものであって、ここで、前記第１および第２の入力信号に空間フィルタを適用することは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項22
前記第１の入力信号と前記第２の入力信号とに空間フィルタを適用することは、前記第１の出力信号中の所望のスピーチ信号を増幅し、前記第２の出力信号中の前記所望のスピーチ信号を減衰させる、請求項２１に記載の通信デバイス。
請求項23
前記第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行することであって、前記ビームフォーミングモジュールは、前記第２の入力信号に適応フィルタを適用し、前記第２の入力信号から前記第１の入力信号を減算し、前記フィルタ処理された第２の入力信号を前記第１の入力信号に加算するようにさらに構成される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項24
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することであって、前記較正モジュールは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の相互相関推定値と、前記第２の入力信号のエネルギー推定値と、の比に基づいて、較正ファクタを生成し、前記較正ファクタを前記第２の入力信号に適用する、ようにさらに構成される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項25
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することであって、前記較正モジュールは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の相互相関推定値と、前記第１の入力信号のエネルギー推定値と、の比に基づいて、較正ファクタを生成し、前記較正ファクタを前記第１の入力信号に適用する、ようにさらに構成される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項26
前記第１および第２の入力信号のうちの少なくとも１つを較正することであって、前記較正モジュールは、第１の入力信号と第２の入力信号との間の相互相関と、前記第２の入力信号のエネルギー推定値と、に基づいて、較正ファクタを生成し、前記第２の入力信号に前記較正ファクタを乗算し、前記第１の入力信号を前記較正ファクタで除算する、ようにさらに構成される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項27
前記第１および第２の入力信号に対してビームフォーミングを実行することであって、前記ビームフォーミングモジュールは、変更された第１の信号を取得するために、前記第２の入力信号を前記第１の入力信号に加算し、変更された第２の信号を取得するために、前記第２の入力信号から前記第１の入力信号を減算し、前記変更された第１の信号の第１のノイズフロア推定値を取得し、前記変更された第２の信号の第２のノイズフロア推定値を取得する、ようにさらに構成され、前記較正モジュールは、前記第１のノイズフロア推定値と前記第２のノイズフロア推定値との比に基づいて較正ファクタを生成し、前記較正ファクタを前記変更された第２の信号に適用する、ようにさらに構成される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項28
前記第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために、前記第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用するように構成された後処理モジュールをさらに備え、ここで、前記第２のＢＳＳ信号は前記適応フィルタへの入力として使用される、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項29
前記少なくとも１つの較正モジュールは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを、前記第１および第２の入力信号に適用するように構成された第１の較正モジュールを含む、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項30
前記少なくとも１つの較正モジュールは、振幅ベースの較正または相互相関ベースの較正のうちの少なくとも１つを、前記第１および第２の出力信号に適用するように構成された第２の較正モジュールを含む、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項31
前記少なくとも１つの較正モジュールは、ノイズベースの較正を前記第１および第２のＢＳＳ信号に適用するように構成された第３の較正モジュールを含む、請求項２０に記載の通信デバイス。
請求項32
第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号と、を受信するための手段と、前記第１および第２の入力信号に指向性を与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、前記第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用するための手段と、第１のブラインド信号源分離（ＢＳＳ）信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前記第１の出力信号と第２の出力信号とにＢＳＳ技法を適用するための手段と、前記第１および第２の入力信号、前記第１および第２の出力信号、または前記第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つを較正するための手段と、を備える通信デバイス。
請求項33
前記第１のＢＳＳ信号中のノイズを低減するために、前記第１のＢＳＳ信号に適応フィルタを適用するための手段をさらに備え、ここで、前記第２のＢＳＳ信号は前記適応フィルタへの入力として使用される、請求項３２に記載の通信デバイス。
請求項34
前記第２の入力信号に適応フィルタを適用するための手段と、前記第２の入力信号から前記第１の入力信号を減算するための手段と、前記フィルタ処理された第２の入力信号を前記第１の入力信号に加算するための手段と、をさらに備える、請求項３２に記載の通信デバイス。
請求項35
前記第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得するための手段と、前記第１および第２の出力信号にブラインド信号源分離技法を適用するより前に、前記第１および第２の出力信号のうちの少なくとも１つを較正するための手段と、をさらに備える、請求項３２に記載の通信デバイス。
請求項36
前記第１および第２の出力信号に基づいて較正ファクタを取得するための手段と、前記較正ファクタに基づいて前記ブラインド信号源分離技法の前記動作を変更するための手段と、をさらに備える、請求項３２に記載の通信デバイス。
請求項37
２つ以上の信号のブラインド信号源分離を強調するための回路であって、前記回路が、第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号と、を受信し、前記第１および第２の入力信号に指向性を与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、前記第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用し、第１のブラインド信号源分離（ＢＳＳ）信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とにＢＳＳ技法を適用し、前記第１および第２の入力信号、前記第１および第２の出力信号、または前記第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つを較正する、ように適合された回路。
請求項38
前記ビームフォーミング技法は、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号とに空間フィルタ処理を適用し、前記空間フィルタは、他の方向からのサウンド信号を減衰させながら、第１の方向からのサウンド信号を増幅する、請求項３７に記載の回路。
請求項39
前記回路は、集積回路である、請求項３７に記載の回路。
請求項40
２つ以上の信号のブラインド信号源分離を強調するための命令を備えるコンピュータ可読媒体であって、プロセッサによって実行されるときに、第１のマイクロホンに関連付けられた第１の入力信号と、第２のマイクロホンに関連付けられた第２の入力信号と、を取得することと、前記第１および第２の入力信号に指向性を与え、対応する第１および第２の出力信号を取得するために、前記第１および第２の入力信号にビームフォーミング技法を適用することと、第１のブラインド信号源分離（ＢＳＳ）信号と第２のＢＳＳ信号とを生成するために、前記前処理された第１の信号と前処理された第２の信号とにＢＳＳ技法を適用することと、前記第１および第２の入力信号、前記第１および第２の出力信号、または前記第１および第２のＢＳＳ信号、のうちの少なくとも１つを較正することと、を前記プロセッサに行わせるコンピュータ可読媒体。