2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K00256
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
片岡 章俊 龍谷大学, 理工学部, 教授 (20528682)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マイクロホンアレー / エリア収音 / 音源方向推定 / 雑音抑圧 / 音源分離 / Wienerフィルター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、複数のマイクロホンアレー(以下、アレー)を用いて様々な音響条件において所望の音(音声)のみを高品質に収音する技術の確立である。複数のアレーを用い、目的音声を取り巻く音響環境(条件)に応じて、目的音声の抽出に必要な情報(例えば、雑音や目的音のスペクトルなど)を各アレーの設置位置の違いを利用して取得する。それらの情報を用いて目的音を抽出する方法を確立するとともに、各アレーにおいて取得すべき情報を得るために必要な収音アルゴリズムについても合わせて方法を確立する。
アレーを用いれば、周囲の雑音を抑圧しながら目的音声を高品質に収音することができる。しかし、アレーは指向性を制御するため、アレーに対して目的音と雑音源の成す角度が小さい(同方向に近い)時には効果がない。本研究では、複数のアレーを用いることで、それぞれのアレーが異なる音響環境条件の信号を取得するため、多様な処理が可能となる。
本年度では、目的音源と雑音源に対して設置位置が異なる各アレーから得られる出力信号を統合処理して目的音声を高品質に抽出する方法を提案した前年の検討結果に基づき、各アレーにおいて、受音信号から抽出すべき情報の見直しを行い、各アレーに適した役割について検討した。
目的音源に対して方向性の雑音源が存在する場合、事前に音源の方向推定を行い、推定した目的音と雑音の位置関係から使用するアレーを選択し、目的音を強調するエリア収音手法を検討した。そのため、事前に目的音源と雑音源の存在する方向を推定し，その成す角度によって各アレーのビームフォーマ出力に重み付けを行い、雑音の影響を受け難いアレーの成分をより多く用いる手法を検討した。検討の結果、目的音源と雑音源の成す角が大きくなるアレーの成分をより用いるときに、最も性能が良いことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度では、目的音源と雑音源に対して設置位置が異なる各アレーから得られる出力信号を統合処理して目的音声を高品質に抽出する方法の前年の検討結果に基づき、各アレーにおいて、受音信号から抽出すべき情報の見直しを行い、各アレーに適した役割について検討した。
目的音源に対して方向性の雑音源が存在する場合、 事前に音源の方向推定を行い、 推定した目的音と雑音の位置関係から使用するアレーを選択し、目的音を強調するエリア収音手法を提案した。
2 組のアレーと方向推定アルゴリズムのMUSIC法を用いて、目的音源と雑音源それぞれに対して方向推定を行い、 推定した目的音源方向と雑音源方向の成す角度を求める。推定した目的音源と雑音源の位置関係から使用するアレーを選択する。その選択したアレーを用いてDS ビームフォーマを行う。そのビームフォーマ出力に推定した音響モデルを用いて設計したWiener フィルタをかけあわせることで目的音源を強調する。目的音源と雑音源の成す角が大きくなるアレーの成分をより用いるとき、最も性能が良いことがわかった。
実環境における実験を行った結果、従来手法と比較して提案手法は雑音抑圧性能SNRが平均約3.2[dB] 向上し、特に目的音源と雑音源が同一方向に存在する条件では約5[dB] の改善が見られた。 これにより、目的音源に対して雑音源が1 個の場合はアレーを選択して用いることが有効であることが明らかになった。ただ、従来手法と比較して提案手法の音声品質SDが最大約2.4[dB] 劣化していることを確認した。これは雑音抑圧量の性能が向上したため、目的音源の成分が削られてしまう部分が増えてしまうことが原因として考えられる。 しかし、 実際に処理後の音源を確認したところ不快な歪みは感じられないことを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、いろいろな音響条件下で、各アレーにおいて取得できる情報の検討を行い、その情報の取得に適した収音アルゴリズムについて検討する。各アレー信号を分析することにより、雑音源の数やそれぞれの位置など様々な音響条件を把握することができる。アレーの設置位置の違いによって得られる異なる情報として、目的信号成分を多く含んだ処理信号とそのスペクトル、雑音信号成分を多く含んだ処理信号とそのスペクトルや、雑音源の方向ないしは位置や雑音源数などが考えられる。
次に、状況に応じた処理方法を検討する。アレーの位置によっては目的信号成分が多く得られる場合や、逆に雑音成分のみが多く得られる場合などがある。これらの状況に応じて収音アルゴリズムも適切に選択することが望ましい。目的信号成分が多く得られるアレー位置であれば、より目的信号成分が得られるような収音アルゴリズムを選択することが望ましい。また、あえて目的音声にひずみを生じさせない評価尺度で目的音声成分を取得する。この場合、雑音成分も多く残ってしまうが、他のアレーから得られるより正確な雑音成分の情報を用いて処理することよって、目的信号に歪が少なく高品質な収音が可能となる。このように音響条件に応じて各アレーに役割を分担されることにより、目的音声を高品質に抽出する。そのため、音響条件の違いに応じた取得すべき情報の把握と、その際に用いるべき収音アルゴリズムについて検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
研究は計画通り進捗しているが、マイクロホンは感度の不揃いを想定していたが、これまでのところ想定よりもバラツキが少ないため購入が少なく済んでいる。
今年度は、マイクロホンの数を増やし規模を大きくして検討を行う予定であるため、マイクロホンや音源としてスピーカの購入などを行う予定である。また、処理音声の品質を評価するため、一般人による評価試験を実施する際、人数や回数を増やす予定である。さらに、本研究成果を広く公開するため、音声・音響研究者が多く参加する日本音響学会全国大会での発表を促進する予定であり、これらの研究の一層の促進に費用を用いる予定である。
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