專利名稱：信號處理設備、信號處理方法及其程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理設備、信號處理方法及其程序。更具體地說，本發明涉及執行 下述處理的信號處理設備、信號處理方法和程序通過使用獨立分量分析(ICA)來分離混 合有多種信號的信號。特別地，該處理是實時處理，即，將連續地輸入的觀測信號分離為具 有少量延遲的獨立分量并連續地輸出它們的處理。
背景技術：
首先，作為本發明的背景技術，將給出對獨立分量分析(ICA)和獨立分量分析 (ICA)的實時實現方法的描述。Al. ICA 的描述ICA是一種多變量分析，S卩，通過使用信號的統計性質來分離多維信號的技術。 關于 ICA 自身的細節，例如，請參考"Introduction to the Independent Component Analysis"(Noboru Murata7Tokyo Denki University Press)(《獨立分量分析的人門》(村 田昇著，東京電械大學出版社))。在下文中，將給出對用于聲音信號的ICA(特別地，時間頻率域中的ICA)的描述。如
圖1所示，考慮這樣的情況即，其中，正從N個聲源播放不同的聲音，并且，在 η個傳聲器(microphone)處觀測這些聲音。從所述聲源產生的聲音(聲音信號)在到達 傳聲器之前經過時間延遲、反射等。因此，在傳聲器k處觀測到的信號(觀測信號)可以 被表示為由表達式[1. 1]表示的表達式，該表達式針對所有的聲源將聲音信號和傳遞函數 (transfer function)之間的卷積求和。在下文中，這些混合將被稱為“卷積混合”。另外，假設傳聲器η的觀測信號為。傳聲器1和傳聲器2的觀測信號是X1 (t) 和 X2 (t)。對于所有的傳聲器的觀測信號可以由如下面表達式[1. 2]的一個表達式表示數式1
N L ^(0 = ΣΣav(0sj(卜O=Σ{ *^
y=i I=O
Mx(t) = A
s(t)+...+A[L]s(t-L)其中，
P
冰)=I,x{t) =
y
Λν A
\l/ O
ζΓ
Π.3]
_ο ι(0 ·■· αΛ )_
O這里，X(t)和s(t)分別是具有作為元素的xk(t)和％(t)的列向量。A[1]是具有 作為元素的a[1]w的nXN矩陣。在下面的描述中，假設η = N。公知的是，時間域中的卷積混合被表示為時間頻率域中的瞬時混合。使用該特性 的分析是時間頻率域中的ICA。關于時間頻率域ICA自身，例如，請參考“Explanation of Independent
4Component Analysis” ( “獨立分量分析的解釋，，)的 “ 19. 2. 4Fourier Transform Methods'^ "19. 2. 4傅里葉變換方法”)和日本未審專利申請公開No. 2006-238409 ("Audio Signal Separating Apparatus/Noise Removal Apparatus and Method，，(“音步頁信號分離 設備/噪聲去除設備和方法”))。在下文中，將主要描述與本發明有關的特征。在上述的表達式[1. 2]的兩邊應用短時傅里葉變換得到下面的表達式[2. 1]。數式2 Χ(ω , t) = A(co)S(co，t)
權利要求
1.一種信號處理設備，包括分離處理單元，該分離處理單元通過對由多個傳感器從多個聲源獲取的作為輸出的混 合信號執行短時傅里葉變換(STFT)來產生時間頻率域中的觀測信號，并且通過對所述觀 測信號執行線性濾波處理來產生與各個聲源相對應的聲源分離結果， 其中，分離處理單元具有線性濾波處理部分，該線性濾波處理部分對所述觀測信號執行線性濾波處理，以產生 與各個聲源相對應的分離信號；全死角空間濾波部分，該全死角空間濾波部分應用朝向由所述多個傳感器獲取的觀測 信號中所包含的所有聲源形成死角波束的全死角空間濾波器，以產生應用全死角空間濾波 器濾波的、去除了死角方向上的獲取的聲音的信號，即空間濾波信號；以及頻率濾波部分，該頻率濾波部分通過輸入所述分離信號和空間濾波信號來執行去除所 述分離信號中包含的對應于空間濾波信號的信號分量的濾波處理， 從而產生頻率濾波部分的處理結果，作為聲源分離結果。
2.根據權利要求1所述的信號處理設備，還包括學習處理單元，該學習處理單元通過學習處理求解用于分離混合信號的分離矩陣，并 且產生全死角空間濾波器，在所述混合信號中混合有來自所述多個聲源的輸出，所述學習 處理對從所述混合信號產生的觀測信號應用獨立分量分析(ICA)，所述全死角空間濾波器 朝向從觀測信號獲取的所有聲源形成死角波束，其中，線性濾波處理部分對觀測信號應用由學習處理單元產生的分離矩陣，以分離所 述混合信號并產生與各個聲源相對應的分離信號，并且全死角空間濾波部分對觀測信號應用由學習處理單元產生的全死角空間濾波器，以產 生去除了死角方向上的獲取的聲音的空間濾波信號。
3.根據權利要求1或2所述的信號處理設備，其中，頻率濾波部分通過從所述分離信號減去所述空間濾波信號的處理執行去除所述 分離信號中包含的與所述空間濾波信號相對應的信號分量的濾波處理。
4.根據權利要求1或2所述的信號處理設備，其中，頻率濾波部分通過基于將所述空間濾波信號視為噪聲分量的譜減法的頻率濾波 處理來執行去除所述分離信號中包含的與空間濾波信號相對應的信號分量的濾波處理。
5.根據權利要求2所述的信號處理設備，其中，學習處理單元執行下述處理通過以分割觀測信號的塊單位執行學習處理，基于 塊單位的學習結果，產生所述分離矩陣和所述全死角空間濾波器，并且分離處理單元執行使用由學習處理單元產生的最新的分離矩陣和全死角空間濾波器 的處理。
6.根據權利要求1或2所述的信號處理設備，其中，頻率濾波部分執行下述處理根據所述分離信號的信道，改變從所述分離信號去 除與所述空間濾波信號相對應的分量的水平。
7.根據權利要求6所述的信號處理設備，其中，頻率濾波部分執行下述處理根據所述分離信號的信道的功率比，改變從所述分 離信號去除與所述空間濾波信號相對應的分量的水平。
8.根據權利要求2所述的信號處理設備，其中，分離處理單元產生分離矩陣和全死角空間濾波器，所述分離矩陣和全死角空間 濾波器經受使用包括與當前觀測信號相對應的幀的多個幀的作為標度調整的重新標度處 理，并且執行將經過所述重新標度處理的分離矩陣和全死角空間濾波器應用于所述觀測信 號的處理，所述多個幀是從所述觀測信號切出的數據單位。
9.一種在信號處理設備上執行聲源分離處理的信號處理方法，該信號處理方法包括下 述步驟在分離處理單元中，通過對由多個傳感器從多個聲源獲取的作為輸出的混合信號執行 短時傅里葉變換(STFT)來產生時間頻率域中的觀測信號，并且通過對所述觀測信號執行 線性濾波處理來產生與各個聲源相對應的聲源分離結果， 其中，產生聲源分離結果的步驟包括下述步驟 對觀測信號執行線性濾波處理，以產生與各個聲源相對應的分離信號， 應用朝向由所述多個傳感器獲取的觀測信號中包含的所有聲源形成死角波束的全死 角空間濾波器，以產生應用全死角空間濾波器濾波的、去除了死角方向上的獲取的聲音的 信號，即空間濾波信號；以及通過輸入所述分離信號和所述空間濾波信號來執行去除所述分離信號中包含的與所 述空間濾波信號相對應的信號分量的濾波處理，從而產生執行頻率濾波處理的處理結果，作為聲源分離結果。
10.一種在信號處理設備上執行聲源分離處理的程序，該程序執行分離處理步驟，在分離處理單元中，通過對由多個傳感器從多個聲源獲取的作為輸出 的混合信號執行短時傅里葉變換(STFT)來產生時間頻率域中的觀測信號，并且通過對所 述觀測信號執行線性濾波處理來產生與各個聲源相對應的聲源分離結果， 其中，分離處理步驟包括線性濾波處理步驟，對觀測信號執行線性濾波處理，以產生與各個聲源相對應的分離 信號；全死角空間濾波步驟，應用朝向由所述多個傳感器獲取的觀測信號中所包含的所有聲 源形成死角波束的全死角空間濾波器，以產生去除了死角方向上的獲取的聲音的、用全死 角空間濾波器濾波的信號，即空間濾波的信號；以及頻率濾波步驟，通過輸入分離信號和空間濾波信號來執行去除分離信號中包含的對應 于空間濾波信號的信號分量的濾波處理，從而產生頻率濾波步驟的處理結果，作為聲源分離結果。
全文摘要
本發明涉及信號處理設備、信號處理方法及其程序。該信號處理設備包括分離處理單元，該分離處理單元通過對由多個傳聲器從多個聲源獲取的作為輸出的混合信號執行短時傅里葉變換(STFT)來產生時間頻率域中的觀測信號，并且通過對所述觀測信號執行線性濾波處理來產生與所述聲源相對應的聲源分離結果。其中，分離處理單元具有線性濾波處理部分，該線性濾波處理部分對觀測信號執行線性濾波處理，以產生與各個聲源相對應的分離信號；全死角空間濾波處理部分，該全死角空間濾波處理部分應用全死角空間濾波器，以產生去除了死角方向上的獲取的聲音的、用全死角空間濾波器濾波的信號(空間濾波信號)；以及頻率濾波部分，該頻率濾波部分通過輸入分離信號和空間濾波信號執行濾波處理。
文檔編號H04R3/00GK102075831SQ20101055398
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月19日 優先權日2009年11月20日
發明者廣江厚夫 申請人:索尼公司