2016 Fiscal Year Research-status Report
音響信号処理と人工知能技術との融合による音響空間全周収録法の確立
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16K06384
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
小澤 賢司 山梨大学, 総合研究部, 教授 (30204192)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 修一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (60332524)
森勢 将雅 山梨大学, 総合研究部, 助教 (60510013)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マイクロホンアレイ / 時空間音圧分布画像 / 不等間隔アレイ / 2次元フーリエ変換 / 音源分離 / 到来方向推定 / マイクロ間隔マイクロホンアレイ / スパースモデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全空間中の各音源を選択的に収録することを目的とする。まず稠密にマイクロホンを配置したアレイを「マイクロ間隔マイクロホンアレイ」と定義した。各マイクロホンにおいて観測された時系列としての音圧の標本値を輝度値に変換することで画像を生成し，この画像を全てのマイクロホンについて並べることで構成した2次元画像を「時空間音圧分布画像」と定義した。この画像を2次元フーリエ変換して得た2次元振幅スペクトルにおいては，到来方向が異なる平面波は，傾きが異なる直線上の成分として出現する。その傾きに基づいて音の到来方向推定が可能であり，さらには各直線上の成分のみを抽出し逆フーリエ変換することで音源分離が可能である。以上の原理を提案した。
この原理を実装するにあたり，少数マイクロホンを用いて観測した疎な時空間音圧分布画像から情報を抽出するために人工知能技術を利用する。本年度は，その第一歩として，以下３点について検討を行った。
１．不等間隔マイクロホン配置の効果の検証：マイクロホンを不等間隔に配置した場合，その間隔の最大公約数に対応する空間標本化定理に基づいた周波数までを収録可能であると考えた。ここでは画像処理を行わないシステムを構築して検討した結果，従来法である遅延和アレイに比べて良好な性能を達成し，不等間隔配置の有効性を明らかにした。
２．提案したアレイのパラメタが音源分離特性に及ぼす影響の検証：不等間隔配置のアレイから得た時空間音圧分布画像を高精細化して音源分離を行うため，その高精細画像の性質に及ぼすアレイパラメタの影響を検討した。特にアレイ長が重要なパラメタであり，遅延和アレイを構成した場合に比べて高性能であることを示した。
３．最小の時空間音圧分布についての検討：時系列2点の場合を取り上げ，人工知能技術のうちニューラルネットワークを用いてマイクロホンアレイを構築し，良好な指向性を得た。
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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
マイクロホンを不等間隔に配置することの利点については，申請時から可能性として述べていたが，それを実際に検討した。また，最小の時空間音圧分布画像として時系列2点の場合を取り上げ，このサイズであればニューラルネットワークにより音源分離可能であることを示した。これらは，当初計画を上回る成果である。
一方で，申請時の計画では，本年度に球面波までを対象とする予定であったが，平面波を対象とするに留まっている。
以上のように，計画より進んだ部分と若干遅れた部分があるが，全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，少数マイクロホンから得た疎な時空間音圧分布画像を超解像技術により高精細化した上で，音源分離を行う。初年度は，人工知能技術のうち機械学習の一つであるスパースモデリングに基づく検討を行った。その結果から，確かに高精細画像を導出できることを示した。ただし，その導出の過程で実質的に音源分離がなされているとも考えられる。この方法でも人工知能技術を用いた音源分離という目的は達しているが，今後は音源位置を前提としない超解像技術に基づいた高精細化に取り組みたいと考えている。
また，現状では直線状のアレイを検討対象として，平面波から構成される2次元音場での音源分離を検討してきた。今後は，球面波まで対象を広げるのみならず，申請時点の計画に従い，平面的にマイクロホンを配置して3次元音場での音源分離に取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
・研究打ち合わせ会の開催を予定していたが，代表者がインフルエンザに罹患したために流会となり，予算執行ができなかったため。
・当初に購入を予定していた仕様のコンピュータの価格が値下がりし，予算をセーブすることができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
・繰り越した旅費を利用した研究打ち合わせ会を開催する。
・次年度以降に購入するコンピュータの仕様をより高いものとする。
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