JP7010900B2 - Sound source localization device and sound source localization method - Google Patents
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Description
本発明は、音源の位置を推定する音源定位装置及び音源定位方法に関する。 The present invention relates to a sound source localization device for estimating the position of a sound source and a sound source localization method.
従来、複数の受音装置が受音した音声に基づいて、3次元空間における音源の位置を推定する装置が知られている。非特許文献には、音声特徴量を入力することに離散的な音源の位置を出力するように学習された深層ニューラルネットワーク(以下、「DNN」という。)を含む機械学習モデルを用いて、音源の位置を推定する技術が開示されている。 Conventionally, there is known a device that estimates the position of a sound source in a three-dimensional space based on the sound received by a plurality of sound receiving devices. The non-patent document uses a sound source using a machine learning model that includes a deep neural network (hereinafter referred to as "DNN") trained to output discrete sound source positions for inputting audio features. A technique for estimating the position of is disclosed.
上記技術においては、音源の位置が既知である学習データを用いて機械学習モデルに学習させる必要があった。そのため、例えば、機械学習モデルが学習していない位置に音源が存在する場合に、音源定位の精度が低下する可能性があった。また、一般的に、音源定位の処理においては、複数の音声の波形を比較するため、音声に雑音が含まれると、波形に重畳された雑音の影響により音源定位の精度が低下する可能性があった。 In the above technique, it is necessary to train a machine learning model using learning data in which the position of a sound source is known. Therefore, for example, when the sound source exists at a position where the machine learning model has not learned, the accuracy of sound source localization may decrease. In general, in the sound source localization process, the waveforms of a plurality of voices are compared. Therefore, if the voice contains noise, the accuracy of the sound source localization may decrease due to the influence of the noise superimposed on the waveform. there were.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、音源定位の精度を向上させることができる音源定位装置及び音源定位方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a sound source localization device and a sound source localization method capable of improving the accuracy of sound source localization.
本発明の第1の態様に係る音源定位装置は、第1受音装置が受音した第1音声と、前記第1受音装置とは異なる位置に設置された第2受音装置が受音した第2音声とを取得する取得部と、前記第1音声及び前記第2音声のそれぞれに、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力可能な機械学習モデルに含まれる複数の処理層を伝搬させる伝搬制御部と、前記複数の処理層から選択した後段処理層、及び前記後段処理層の直前の処理層である前段処理層の両方の処理層において共通に活性化しているユニットを含む、前記第1音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第1出力と前記第2音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出する抽出部と、前記一以上の第1出力に基づいて一以上の第1音響特徴量を検出し、かつ前記一以上の第2出力に基づいて一以上の第2音響特徴量を検出する特徴量検出部と、前記一以上の第1音響特徴量と前記一以上の第2音響特徴量とに基づいて、前記第1音声及び前記第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定する音源定位部と、前記音源定位部が推定した前記音源の位置を示す情報を出力する出力部と、を有する。 In the sound source localization device according to the first aspect of the present invention, the first sound received by the first sound receiving device and the second sound receiving device installed at a position different from the first sound receiving device receive sound. A plurality of processing layers included in a machine learning model capable of outputting text information indicating the content of the input voice to each of the acquisition unit for acquiring the second voice and the first voice and the second voice. A unit that is commonly activated in both the propagation control unit for propagating, the post-stage processing layer selected from the plurality of processing layers, and the pre-stage processing layer that is the processing layer immediately before the post-stage processing layer is included. One or more first outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer based on the first sound, and one or more outputs from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer based on the second sound. An extraction unit that extracts the second output, one or more first acoustic feature quantities based on the one or more first outputs, and one or more second acoustics based on the one or more second outputs. Based on the feature amount detection unit that detects the feature amount, the one or more first acoustic feature amounts, and the one or more second acoustic feature amounts, the sounds included in the first voice and the second voice, respectively. It has a sound source localization unit that estimates the position of a sound source that is a source, and an output unit that outputs information indicating the position of the sound source estimated by the sound source localization unit.
前記音源定位部は、前記第1受音装置が前記第1音響特徴量に対応する音声を受音した時刻と、前記第2受音装置が前記第2音響特徴量に対応する音声を受音した時刻との関係、並びに前記第1受音装置の位置と、前記第2受音装置の位置との関係に基づいて、前記音源の位置を推定してもよい。 The sound source localization unit receives a time when the first sound receiving device receives a sound corresponding to the first acoustic feature amount and a sound received by the second sound receiving device corresponding to the second acoustic feature amount. The position of the sound source may be estimated based on the relationship between the time and the position of the first sound receiving device and the position of the second sound receiving device.
前記抽出部は、前記第1音声が前記複数の処理層の一部である前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び前記第2音声が前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する後段抽出部と、前記一以上の後段第1出力及び前記一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前記前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前記前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する前段抽出部と、を有してもよい。 The extraction unit has a plurality of post-stage first outputs output from the post-stage processing layer due to the propagation of the first voice in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer which are a part of the plurality of processing layers, and the above-mentioned One or more post-stage first outputs and one or more commonly activated from the plurality of post-stage second outputs output from the post-stage processing layer due to the second voice propagating in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer. A plurality of pre-stage first outputs output from the post-stage extraction unit that extracts the post-stage second output, and the pre-stage processing layer that is a factor that activates the one or more rear-stage first outputs and the one or more post-stage second outputs. The output and the pre-stage extraction unit that extracts one or more pre-stage first outputs and one or more pre-stage second outputs that are commonly activated among the plurality of pre-stage second outputs output from the pre-stage processing layer. You may have.
前記前段抽出部は、前記複数の前段第1出力及び前記複数の前段第2出力のうち、活性化している大きさに基づいて、前記一以上の前段第1出力及び前記一以上の前段第2出力を抽出してもよい。 The pre-stage extraction unit has one or more pre-stage first outputs and one or more pre-stage second outputs based on the activated size of the plurality of pre-stage first outputs and the plurality of pre-stage second outputs. The output may be extracted.
前記機械学習モデルは、再帰型ニューラルネットワークを含んでもよいし、前記後段処理層は、出力層、再帰層、全結合層、プーリング層及び畳み込み層のうちのいずれかの層であってもよい。
前記前段処理層は、再帰層、全結合層、プーリング層、畳み込み層及び入力層のうちのいずれかの層であってもよい。
The machine learning model may include a recurrent neural network, and the post-processing layer may be any one of an output layer, a recursive layer, a fully connected layer, a pooling layer, and a convolution layer.
The pretreatment layer may be any one of a recursive layer, a fully connected layer, a pooling layer, a convolution layer, and an input layer.
前記抽出部は、前記複数の処理層のうち、最後尾の処理層である最後尾層を後段処理層として選択した場合において、前記最後尾層において共通に活性化している前記一以上の第1出力及び前記一以上の第2出力がない場合、前記最後尾層より前の処理層において共通に活性化している前記一以上の第1出力及び前記一以上の第2出力を抽出してもよい。 When the last layer, which is the last treatment layer, is selected as the subsequent treatment layer among the plurality of treatment layers, the extraction unit has one or more first layers that are commonly activated in the last treatment layer. When there is no output and the one or more second outputs, the one or more first outputs and the one or more second outputs that are commonly activated in the treatment layer before the rearmost layer may be extracted. ..
前記音源定位装置は、前記特徴量検出部が特定した前記一以上の第1音響特徴量及び前記一以上の第2音響特徴量から、相互の対応関係に基づいて一部の第1音響特徴量及び一部の第2音響特徴量を選択する選択部をさらに有してもよいし、前記音源定位部は、前記一部の第1音響特徴量と前記一部の第2音響特徴量とに基づいて、前記音源の位置を推定してもよい。 The sound source localization device is a part of the first acoustic feature amount based on the mutual correspondence relationship from the one or more first acoustic feature amount and the one or more second acoustic feature amount specified by the feature amount detection unit. And a part of the selection unit for selecting a part of the second acoustic feature amount may be further provided, and the sound source localization part may be divided into the part of the first acoustic feature amount and the part of the second acoustic feature amount. Based on this, the position of the sound source may be estimated.
前記音源定位装置は、前記複数の処理層のうち、前記後段処理層として用いる処理層を選択する指示を受け付ける指示受付部をさらに有してもよいし、前記抽出部は、前記指示受付部が受け付けた前記指示が示す前記処理層を、前記後段処理層として使用してもよい。 The sound source localization device may further have an instruction receiving unit that receives an instruction to select a processing layer to be used as the subsequent processing layer among the plurality of processing layers, and the extraction unit may have the instruction receiving unit. The processed layer indicated by the received instruction may be used as the post-processed layer.
前記抽出部は、前記複数の処理層のうち一つの層を前記後段処理層として選択して前記一以上の第1出力及び前記一以上の第2出力を抽出した後に、前記前段処理層として選択した処理層を前記後段処理層として選択して、別の前記一以上の第1出力及び前記一以上の第2出力を抽出してもよい。 The extraction unit selects one of the plurality of processing layers as the post-processing layer, extracts the one or more first outputs and the one or more second outputs, and then selects the pre-processing layer. The processed layer may be selected as the subsequent processing layer to extract another one or more first outputs and one or more second outputs.
本発明の第2の態様に係る音源定位方法は、第1受音装置が受音した第1音声を取得するステップと、前記第1受音装置とは異なる位置に設置された第2受音装置が受音した第2音声を取得するステップと、前記第1音声及び前記第2音声のそれぞれに、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力可能な機械学習モデルに含まれる複数の処理層を伝搬させるステップと、前記複数の処理層から選択した後段処理層、及び前記後段処理層の直前の処理層である前段処理層の両方の処理層において共通に活性化しているユニットを含む、前記第1音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第1出力と前記第2音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出するステップと、前記一以上の第1出力に基づいて一以上の第1音響特徴量を検出し、かつ前記一以上の第2出力に基づいて一以上の第2音響特徴量を検出するステップと、前記一以上の第1音響特徴量と前記一以上の第2音響特徴量とに基づいて、前記第1音声及び前記第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定するステップと、推定した前記音源の位置を示す情報を出力するステップと、を有する。 The sound source localization method according to the second aspect of the present invention includes a step of acquiring the first sound received by the first sound receiving device and a second sound receiving device installed at a position different from the first sound receiving device. A plurality of processes included in a machine learning model capable of outputting text information indicating the content of the input voice to each of the step of acquiring the second voice received by the device and the first voice and the second voice. A unit that is commonly activated in both the treatment layer of the step of propagating the layer, the post-stage treatment layer selected from the plurality of treatment layers, and the pre-stage treatment layer that is the treatment layer immediately before the post-stage treatment layer is included. One or more first outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer based on the first sound, and one or more outputs from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer based on the second sound. A step of extracting a second output, detecting one or more first acoustic features based on the one or more first outputs, and one or more second acoustic features based on the one or more second outputs. It is a source of sound included in each of the first voice and the second voice based on the step of detecting the amount and the one or more first acoustic feature quantities and the one or more second acoustic feature quantities. It has a step of estimating the position of the sound source and a step of outputting information indicating the estimated position of the sound source.
前記抽出するステップは、前記第1音声が前記複数の処理層の一部である前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び前記第2音声が前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する後段抽出ステップと、前記一以上の後段第1出力及び前記一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前記前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前記前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する前段抽出ステップと、を有してもよい。 In the extraction step, a plurality of post-stage first outputs and a plurality of post-stage first outputs output from the post-stage processing layer due to the propagation of the first voice in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer which are a part of the plurality of processing layers. One or more post-stage first outputs and one or more commonly activated from a plurality of post-stage second outputs output from the post-stage processing layer due to the propagation of the second sound in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer. A plurality of pre-stage first outputs output from the post-stage extraction step for extracting the post-stage second output, and the pre-stage processing layer that has become a factor for activating the one or more post-stage first outputs and the one or more post-stage second outputs. A pre-stage extraction step for extracting one or more pre-stage first outputs and one or more pre-stage second outputs that are commonly activated among the one output and the plurality of pre-stage second outputs output from the pre-stage processing layer. May have.
前記前段抽出ステップを実行した後に、前記一以上の前段第1出力及び前記一以上の前段第2出力を、前記複数の後段第1出力及び前記複数の後段第2出力として、前記後段抽出ステップを実行してもよい。
前記複数の処理層のそれぞれに対して、前記後段抽出ステップ及び前記前段抽出ステップを実行してもよい。
After executing the pre-stage extraction step, the post-stage extraction step is performed by using the one or more pre-stage first outputs and the one or more pre-stage second outputs as the plurality of post-stage first outputs and the plurality of post-stage second outputs. You may do it.
The latter-stage extraction step and the first-stage extraction step may be executed for each of the plurality of processing layers.
本発明によれば、音源定位の精度を向上させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the accuracy of sound source localization can be improved.
[音源定位システムSの概要]
図1は、音源定位システムSの概要を説明するための図である。音源定位システムSは、音源定位、すなわち、3次元空間における音源の位置を推定するシステムである。音源定位システムSは、複数の受音装置1と、音源定位装置2とを有する。
[Overview of sound source localization system S]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the sound source localization system S. The sound source localization system S is a system that estimates the position of the sound source in the sound source localization, that is, the three-dimensional space. The sound source localization system S has a plurality of sound receiving devices 1 and a sound source localization device 2.
受音装置1は、例えばマイクロホンである。受音装置1は、受音した音を電気信号に変換する装置である。図1に示す例において、音源定位システムSは、複数の受音装置1として、第1受音装置1aと、第1受音装置1aとは異なる位置に設置された第2受音装置1bとを有する。
The sound receiving device 1 is, for example, a microphone. The sound receiving device 1 is a device that converts the received sound into an electric signal. In the example shown in FIG. 1, the sound source localization system S has a first
音源定位装置2は、例えばPC(Personal Computer)である。音源定位装置2は、それぞれ異なる位置に設置された複数の受音装置1それぞれが受音した複数の音声に基づいて、複数の音声の発生源である音源の位置を推定することにより、音源定位処理を実行する装置である。音源定位装置2は、予め記憶された複数の受音装置1それぞれが受音した複数の音声に基づいて音源定位処理を実行してもよいし、電気的に接続された複数の受音装置1それぞれがリアルタイムで受音した複数の音声に基づいて音源定位処理を実行してもよい。音源定位装置2には、複数の受音装置1に関する情報(例えば位置及び向き等)が予め設定されている。 The sound source localization device 2 is, for example, a PC (Personal Computer). The sound source localization device 2 estimates the position of a sound source that is a source of a plurality of sounds based on a plurality of sounds received by each of the plurality of sound receiving devices 1 installed at different positions, thereby performing sound source localization. It is a device that executes processing. The sound source localization device 2 may execute the sound source localization process based on the plurality of sounds received by each of the plurality of sound receiving devices 1 stored in advance, or the plurality of electrically connected sound receiving devices 1 may be executed. Sound source localization processing may be executed based on a plurality of sounds received in real time by each. Information (for example, position and orientation) regarding a plurality of sound receiving devices 1 is preset in the sound source localization device 2.
ところで、近年、スマートフォン、スマートスピーカ及び生活家電等の様々な機器にAI(Artificial Intelligence)が搭載され、各AIにおいて人が発話した内容を認識する様々な音声認識用の機械学習モデルが用いられている。AIを搭載した機器が普及しつつあり、これに伴い音声認識を含むAI技術の精度が向上し、音声認識において雑音に対する耐性が高まっている。そこで、本願の発明者は、音声認識用の機械学習モデルを音源定位の技術に転用することを見出した。 By the way, in recent years, AI (Artificial Intelligence) has been installed in various devices such as smartphones, smart speakers, and home appliances, and various machine learning models for voice recognition that recognize the contents spoken by humans have been used in each AI. There is. Devices equipped with AI are becoming widespread, and along with this, the accuracy of AI technology including voice recognition is improved, and the resistance to noise in voice recognition is increasing. Therefore, the inventor of the present application has found that a machine learning model for speech recognition can be diverted to a sound source localization technique.
具体的には、音源定位装置2は、音声認識用の機械学習モデルMを用いて、音源定位処理を実行する。機械学習モデルMは、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力するように学習されたモデルである。テキスト情報が示す音声の内容は、例えば、人が発話した内容である。 Specifically, the sound source localization device 2 executes the sound source localization process by using the machine learning model M for voice recognition. The machine learning model M is a model trained to output text information indicating the content of the input voice. The content of the voice indicated by the text information is, for example, the content spoken by a person.
図2は、機械学習モデルMの構成の一例を示す図である。機械学習モデルMは、再帰型ニューラルネットワーク(以下、「RNN(Recurrent Neural Network)」という。)を含む。機械学習モデルMに含まれるRNNは、長期短期記憶(以下、「LSTM(Long Short Term Memory)」という。)又はゲート付き再帰型ユニット(以下、「GRU(Gated Recurrent Unit)」という。)のブロックを含んでもよい。機械学習モデルMは、畳み込みニューラルネットワーク(以下、「CNN(Convolutional Neural Network)」という。)をさらに含んでもよい。また、機械学習モデルMは、隠れマルコフモデル(以下、「HMM(Hidden Markov Model)」という。)及び混合ガウスモデル(以下、「GMM(Gaussian Mixture Model)」という。)をさらに含んでもよい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the machine learning model M. The machine learning model M includes a recurrent neural network (hereinafter referred to as "RNN (Recurrent Neural Network)"). The RNN included in the machine learning model M is a block of long-term short-term memory (hereinafter referred to as “LSTM (Long Short Term Memory)”) or a gated recurrent unit (hereinafter referred to as “GRU (Gated Recurrent Unit)”). May include. The machine learning model M may further include a convolutional neural network (hereinafter referred to as "CNN (Convolutional Neural Network)"). Further, the machine learning model M may further include a hidden Markov model (hereinafter referred to as "HMM (Hidden Markov Model)") and a mixed Gaussian model (hereinafter referred to as "GMM (Gaussian Mixture Model)").
図2に示す例として、機械学習モデルMは、第1畳み込み層(以下、「入力層M1」という。)、第1プーリング層M2、第2畳み込み層M3、第2プーリング層M4、第3畳み込み層M5、第4畳み込み層M6、第1全結合層M7、第2全結合層M8、第1再帰層M9、第2再帰層M10及びCTC(Connectionist Temporal Classification)損失(コネクショニスト時系列分類法の損失。以下、「出力層M11」という。)を有する。 As an example shown in FIG. 2, the machine learning model M has a first convolution layer (hereinafter referred to as “input layer M1”), a first pooling layer M2, a second convolution layer M3, a second pooling layer M4, and a third convolution layer. Layer M5, 4th convolutional layer M6, 1st fully connected layer M7, 2nd fully connected layer M8, 1st recursive layer M9, 2nd recursive layer M10 and CTC (Connectionist Temporal Classification) loss (loss of connectionist temporal classification) Hereinafter, it has an “output layer M11”).
機械学習モデルMは、情報を削除したり追加したりする機能を有するゲート層をさらに有してもよい。機械学習モデルMは、例えば、RNNにおいてLSTMのブロックを含む場合、忘却ゲート層、入力ゲート層及び出力ゲート層を有してもよい。また、機械学習モデルMは、例えば、RNNにおいてGRUのブロックを含む場合、更新ゲート層及び再設定ゲート層を有してもよい。本明細書においては、隣接する2つの処理層のうち、入力された音声が伝搬する際の上流側の処理層を前段処理層と称し、下流側の処理層を後段処理層と称する。 The machine learning model M may further have a gate layer having a function of deleting or adding information. The machine learning model M may have a forgetting gate layer, an input gate layer, and an output gate layer, for example, when the RNN includes a block of LSTM. Further, the machine learning model M may have an update gate layer and a reset gate layer, for example, when the RNN includes a block of GRU. In the present specification, of the two adjacent processing layers, the upstream processing layer when the input voice propagates is referred to as a pre-stage processing layer, and the downstream processing layer is referred to as a post-stage processing layer.
後段処理層となり得る処理層は、出力層M11、再帰層(第2再帰層M10、第1再帰層M9)、結合層(第2全結合層M8、第1全結合層M7)、畳み込み層(第4畳み込み層M6、第3畳み込み層M5、第2畳み込み層M3)及びプーリング層(第2プーリング層M4、第1プーリング層M2)のうちのいずれかの層である。また、前段処理層となり得る処理層は、再帰層(第2再帰層M10、第1再帰層M9)、結合層(第2全結合層M8、第1全結合層M7)、畳み込み層(第4畳み込み層M6、第3畳み込み層M5、第2畳み込み層M3)、プーリング層(第2プーリング層M4、第1プーリング層M2)及び入力層M1のうちのいずれかの層である。なお、機械学習モデルMがゲート層を有する場合、前段処理層となり得る処理層は、ゲート層であってもよい。音源定位装置2は、取得した第1音声及び第2音声それぞれを機械学習モデルMに入力し、入力層から出力層までの各処理層を順伝搬させる、すなわち、推論させることにより、第1音声に対応するテキスト情報と第2音声に対するテキスト情報とを出力させる。 The processing layers that can be the subsequent processing layers are an output layer M11, a recursive layer (second recursive layer M10, first recursive layer M9), a connecting layer (second fully connected layer M8, first fully connected layer M7), and a convolution layer (convolution layer M7). It is any one of a fourth convolution layer M6, a third convolution layer M5, a second convolution layer M3) and a pooling layer (second pooling layer M4, first pooling layer M2). Further, the processing layers that can be the pre-stage processing layer are a recursive layer (second recursive layer M10, first recursive layer M9), a connecting layer (second fully connected layer M8, first fully connected layer M7), and a convolutional layer (fourth). It is any one of a convolution layer M6, a third convolution layer M5, a second convolution layer M3), a pooling layer (second pooling layer M4, first pooling layer M2), and an input layer M1. When the machine learning model M has a gate layer, the processing layer that can be the pre-stage processing layer may be a gate layer. The sound source localization device 2 inputs the acquired first voice and the second voice into the machine learning model M, and forward-propagates each processing layer from the input layer to the output layer, that is, causes the first voice to be inferred. The text information corresponding to and the text information for the second voice are output.
図1に示す例において、まず、音源定位装置2は、第1受音装置1aが受音した第1音声と、第2受音装置1bが受音した第2音声とを取得する(図1の(1))。第1音声及び第2音声には、音源定位の対象となる音源から発せらせた対象音(例えば人の声)と、対象の音源以外の音源から発せられた雑音とが含まれている。音源定位装置2は、取得した第1音声及び第2音声それぞれを機械学習モデルMに入力し、当該機械学習モデルMに含まれる複数の処理層を伝搬させる(図1の(2))。
In the example shown in FIG. 1, first, the sound source localization device 2 acquires the first sound received by the first
音源定位装置2は、機械学習モデルMが出力したテキスト情報によって示される音声の内容を認識するに至った各処理層における計算結果、すなわち、深層学習による抽象度の高い特徴量を用いて、第1音声及び第2音声に共通する音響特徴量を検出する(図1の(3))。ここで、音源定位装置2は、共通する音響特徴量の検出を、伝搬させた順序とは逆の順序で行う。このようにすることで、音源定位装置2は、抽象度が高い特徴量に基づく音響特徴量を検出することができる。 The sound source localization device 2 uses the calculation result in each processing layer that has come to recognize the content of the voice indicated by the text information output by the machine learning model M, that is, the feature amount with a high degree of abstraction by deep learning. The acoustic feature amount common to the first voice and the second voice is detected ((3) in FIG. 1). Here, the sound source localization device 2 detects the common acoustic features in the reverse order of the propagation order. By doing so, the sound source localization device 2 can detect an acoustic feature amount based on a feature amount having a high degree of abstraction.
音源定位装置2は、例えば、共通する音響特徴量を検出することにより、第1音声に含まれている対象音に由来する音響特徴量と、第2音声に含まれている対象音に由来する音響特徴量とにそれぞれ対応関係があることを検出する。対応関係は、第1音声の音響特徴量が示す第1音声に含まれる対象音と、第2音声の音響特徴量が示す第2音声に含まれる対象音とが一致又は近似した関係である。 The sound source localization device 2 is derived from, for example, an acoustic feature amount derived from the target sound included in the first voice and a target sound contained in the second voice by detecting a common acoustic feature amount. It is detected that there is a corresponding relationship with the acoustic features. The correspondence relationship is a relationship in which the target sound included in the first voice indicated by the acoustic feature amount of the first voice and the target sound included in the second voice indicated by the acoustic feature amount of the second voice match or approximate.
音源定位装置2は、検出した第1音声に対応する音響特徴量と、検出した第2音声に対応する音響特徴量とに基づいて、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音(対象音)の発生源である音源の位置を推定する(図1の(4))。そして、音源定位装置2は、推定した音源の位置を示す情報を出力する(図1の(5))。 The sound source localization device 2 is based on the detected acoustic feature amount corresponding to the first voice and the detected acoustic feature amount corresponding to the second voice, and the sound included in each of the first voice and the second voice (target sound). ) Is estimated ((4) in FIG. 1). Then, the sound source localization device 2 outputs information indicating the estimated position of the sound source ((5) in FIG. 1).
このようにすることで、音源定位システムSは、第1音声及び第2音声それぞれに含まれている対象音に由来する音響特徴量を用いることにより、第1音声及び第2音声に含まれる雑音に影響されずに対象音の発生源である音源の位置を推定することができる。その結果、音源定位システムSは、音源定位の精度を向上させることができる。 By doing so, the sound source localization system S uses the acoustic feature amount derived from the target sound contained in each of the first voice and the second voice, so that the noise contained in the first voice and the second voice is used. The position of the sound source, which is the source of the target sound, can be estimated without being affected by. As a result, the sound source localization system S can improve the accuracy of the sound source localization.
なお、上記において、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる対象音が人の声であるとして説明したが、これに限らず、機械学習モデルMがテキスト情報に出力する内容に対応する音であればよい。例えば、機械学習モデルMが出力する内容が五線譜の音符である場合、対象音は、楽器の音であってもよい。
以下、音源定位装置2の詳細について説明する。
In the above, the target sound included in each of the first voice and the second voice has been described as a human voice, but the present invention is not limited to this, and the sound corresponds to the content output by the machine learning model M to the text information. All you need is. For example, when the content output by the machine learning model M is a musical note of a staff notation, the target sound may be the sound of a musical instrument.
Hereinafter, the details of the sound source localization device 2 will be described.
[音源定位装置2の構成]
図3は、音源定位装置2の構成を示す図である。音源定位装置2は、操作部21、記憶部22、及び制御部23を有する。
[Structure of sound source localization device 2]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the sound source localization device 2. The sound source localization device 2 has an
操作部21は、ユーザの操作を受け付ける入力デバイスである。記憶部22は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びハードディスク等の記憶媒体である。記憶部22は、制御部23が実行する各種のプログラムを記憶する。
The
制御部23は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。制御部23は、記憶部22に記憶されているプログラムを実行することにより、音源定位装置2に係る機能を制御する。制御部23は、プログラムを実行することにより、取得部231、伝搬制御部232、抽出部233、指示受付部236、特徴量検出部237、選択部238、音源定位部239及び出力部240として機能する。
The
取得部231は、第1受音装置1aが受音した第1音声と、第2受音装置1bが受音した第2音声とを取得する。例えば、記憶部22には、第1音声と第2音声とが記憶されており、音源定位装置2においてユーザが第1音声及び第2音声に対する音源定位処理を実行する操作をしたことを契機として、取得部231は、記憶部22に記憶されている第1音声と第2音声とを取得する。取得部231は、取得した第1音声及び第2音声を伝搬制御部232に入力する。
The
取得部231は、機械学習モデルMに入力可能な形式に変換した第1音声及び第2音声を伝搬制御部232に入力してもよい。この場合、取得部231は、音声を所定の形式に変換する変換部として機能してもよい。例えば、機械学習モデルMに入力可能な形式が画像形式である場合、取得部231は、第1音声を画像に変換した第1画像と、第2音声を画像に変換した第2画像とを、第1音声及び第2音声として伝搬制御部232に入力してもよい。取得部231は、例えば、取得した音声を、音声のスペクトルをフーリエ変換した結果であるケプストラムを表示した画像に変換してもよい。
The
伝搬制御部232は、第1音声及び第2音声のそれぞれに、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力可能な機械学習モデルMに含まれる複数の処理層を伝搬させることにより、伝搬処理を実行する。図2に示す例において、伝搬制御部232は、第1音声及び第2音声のそれぞれに、機械学習モデルMに含まれる入力層M1から出力層M11までの各処理層を、順に伝搬させる。
The
抽出部233は、複数の処理層から選択した後段処理層、及び後段処理層の直前の処理層である前段処理層の両方の処理層において共通に活性化しているユニットを含む、第1音声に基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第1出力と第2音声に基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出することにより、抽出処理を実行する。具体的には、抽出部233は、第1音声に含まれる第1フレームに基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第1出力と第2音声に含まれる第2フレームであって、第1フレームと対応関係にある第2フレームに基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出する。
The
対応関係にある第1フレーム及び第2フレームは、機械学習モデルMに第1音声を入力することによって機械学習モデルMが出力した第1テキスト情報と、機械学習モデルMに第2音声を入力することによって機械学習モデルMが出力した第2テキスト情報とにおいて共通する箇所(例えば文字)を機械学習モデルMが認識するに至ったフレームである。例えば、音声の内容として「おはよう」が第1テキスト情報及び第2テキスト情報に含まれている場合、対応関係にある第1フレーム及び第2フレームは、各文字(例えば1文字目の「お」)を機械学習モデルMが認識するに至った第1音声及び第2音声それぞれに含まれるフレームである。 In the corresponding first frame and the second frame, the first text information output by the machine learning model M by inputting the first voice to the machine learning model M and the second voice are input to the machine learning model M. This is a frame in which the machine learning model M recognizes a part (for example, a character) common to the second text information output by the machine learning model M. For example, when "good morning" is included in the first text information and the second text information as the content of the voice, the corresponding first frame and the second frame are each character (for example, the first character "o". ) Is a frame included in each of the first voice and the second voice that led to the recognition of the machine learning model M.
抽出部233が行う抽出処理の詳細については後述するが、抽出部233は、後段処理層で共通に活性化している第1出力の一部である後段第1出力及び第2出力の一部である後段第2出力を抽出する後段抽出部234と、前段処理層で共通に活性化している第1出力の一部である前段第1出力及び第2出力の一部である前段第2出力を抽出する前段抽出部235とを有する。
The details of the extraction process performed by the
抽出部233が抽出する第1出力及び第2出力は、処理層に含まれる複数のユニットのうち、活性化しているユニットを示す情報である。「活性化」の定義は、例えば、ユニットの出力値又はユニットの出力値と当該ユニットの結合の重みとの積が、所定の閾値を超えた場合でもよいし、出力の大きい順に所定の個数又は所定の割合に含まれた場合であってもよい。また、全結合層以外の処理層(例えば畳み込み層)においては、例えば、チャンネルごとに出力の大きい順に所定の個数又は所定の割合に含まれた場合であってもよい。チャンネルは、フィルタ毎に畳み込み演算した出力である。「共通に活性化」の定義は、第1出力及び第2出力の両方において活性化している場合であってもよいし、第1出力と第2出力との積が、所定の閾値を超えた場合でもよいし、大きい順に所定の個数又は所定の割合に含まれた場合であってもよい。
The first output and the second output extracted by the
抽出部233は、複数の処理層のうち、最後尾の処理層である最後尾層を後段処理層として選択することが好ましい。しかし、最後尾層において共通に活性化している第1出力及び第2出力がない場合がある。そこで、抽出部233は、複数の処理層のうち、最後尾層を後段処理層として選択した場合において、最後尾層において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力がない場合、最後尾層より前の処理層において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を抽出してもよい。
It is preferable that the
例えば、抽出部233が、最後尾層である出力層M11を後段処理層として選択した場合において、出力層M11において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力がないとする。この場合において、抽出部233は、出力層M11より前の各処理層に対して、共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を繰り返し探索する。抽出部233は、例えば、出力層M11の直前の処理層である第2再帰層M10において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力があった場合、第2再帰層M10を後段処理層として選択する。そして、抽出部233は、後段処理層として選択した第2再帰層M10において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を抽出する。
For example, when the
また、抽出部233は、例えば、機械学習モデルMがDNN-HMMハイブリッドシステム又はDNN-GMM-HMMタンデムシステム等である場合、出力層のユニットはHMMの状態に対応しているため、第1音声を入力したことにより最尤推定された複数の状態と、第2音声を入力したことにより最尤推定された複数の状態とにおいて共通する状態を第1出力及び第2出力として抽出してもよい。このようにDNNの部分にのみ処理を適用することで、抽出部233は、機械学習モデルMがDNN-HMMハイブリッドシステム又はDNN-GMM-HMMタンデムシステム等の場合であっても、それぞれに音響特徴量を対応付けることができる。
Further, in the
抽出部233は、ユーザによって指定された処理層を後段処理層として選択してもよい。具体的には、まず、指示受付部236は、操作部21を介して、複数の処理層のうち、後段処理層として用いる処理層を選択する指示を受け付ける。そして、抽出部233は、指示受付部236が受け付けた指示が示す処理層を、後段処理層として使用する。抽出部233は、図2に示す例において、ユーザが第2再帰層M10を選択した場合に、指示受付部236が受け付けた指示が示す第2再帰層M10を、後段処理層として使用する。抽出部233は、抽出した第1出力と第2出力とを特徴量検出部237に入力する。
The
特徴量検出部237は、一以上の第1出力に基づいて一以上の第1音響特徴量を検出し、かつ一以上の第2出力に基づいて一以上の第2音響特徴量を検出する。具体的には、特徴量検出部237は、まず、一以上の第1出力及び一以上の第2出力に基づいて、対応関係にある音響特徴量を探索する。そして、特徴量検出部237は、探索した結果に基づいて、対応関係にある一以上の第1出力に基づく一以上の第1音響特徴量と、一以上の第2出力に基づく一以上の第2音響特徴量とを検出する。
The feature
特徴量検出部237は、例えば、一以上の第1出力及び一以上の第2出力のうち、第1音声に含まれる対象音に由来する一以上の第1出力に基づく一以上の第1音響特徴量と、第2音声に含まれる対象音に由来する一以上の第2出力に基づく第2音響特徴量であって、一以上の第1音響特徴量それぞれと対応関係にある一以上の第2音響特徴量とを検出する。このように、特徴量検出部237は、対応関係にある一以上の第1音響特徴量と一以上の第2音響特徴量を検出することにより、第1受音装置が第1音響特徴量に対応する音声を受音した時刻と、第2受音装置が第2音響特徴量に対応する音声を受音した時刻とを特定することができる。また、特徴量検出部237は、対象音に由来する音響特徴量を検出することにより、第1音声及び第2音声に含まれている雑音によって音源定位の精度が低下することを抑止することができる。特徴量検出部237は、検出した第1音響特徴量及び第2音響特徴量を選択部238に入力する。
The feature
選択部238は、特徴量検出部237が検出した一以上の第1音響特徴量及び一以上の第2音響特徴量から、相互の対応関係に基づいて一部の第1音響特徴量及び一部の第2音響特徴量を選択する。具体的には、選択部238は、誤検出した対応関係を除去し、除去した後の対応関係に基づく一以上の第1音響特徴量及び一以上の第2音響特徴量を選択する。対応関係の誤検出は、例えば、第1音響特徴量及び第2音響特徴量の対応関係に矛盾が生じている状態である。対応関係の誤検出は、例えば、音源の位置を推定するために算出される音源との距離、すなわち、音源の奥行きを示す値が負数になって正常な範囲に入らない場合、又は3つ以上の音声に基づいて音源位置を推定する場合において、音声の組み合わせによって同じ音源の奥行きを示す値が著しく異なる場合等である。
The
また、対応関係の誤検出は、音響特徴量の時系列に矛盾が生じている状態であってもよい。例えば、一以上の第1音響特徴量のうちの1つである第1音響特徴量A1が、一以上の第2音響特徴量のうちの1つである第2音響特徴量B1と対応し、一以上の第1音響特徴量のうちの1つの第1音響特徴量であって、時系列的に第1音響特徴量A1より後である第1音響特徴量A2が、一以上の第1音響特徴量のうちの1つである第2音響特徴量B2と対応しているとする。この場合において、対応関係の誤検出は、第2音響特徴量B1が第2音響特徴量B2よりも時系列的に前である場合、又は第2音響特徴量B1が第2音響特徴量B2よりも時系列的に後であっても第2音響特徴量B1、B2間における時間の間隔が第1音響特徴量A1、A2間における時間の間隔と著しく異なる場合等である。選択部238は、例えば、RANSAC(Random Sampling Consensus)法又は最小2乗メディアン(LMedS:Least Median of Square)法に基づいて絞り込みを行うことにより、誤検出した対応関係を除去する。
Further, the false detection of the correspondence relationship may be in a state where a contradiction occurs in the time series of the acoustic features. For example, the first acoustic feature amount A1 which is one of one or more first acoustic feature quantities corresponds to the second acoustic feature amount B1 which is one of one or more second acoustic feature quantities. The first acoustic feature amount A2, which is one of the first acoustic feature amounts of one or more first acoustic feature amounts and is later than the first acoustic feature amount A1 in chronological order, is one or more first acoustic features. It is assumed that it corresponds to the second acoustic feature amount B2, which is one of the feature amounts. In this case, the erroneous detection of the correspondence is when the second acoustic feature amount B1 is ahead of the second acoustic feature amount B2 in time series, or the second acoustic feature amount B1 is from the second acoustic feature amount B2. Even after the time series, the time interval between the second acoustic features B1 and B2 is significantly different from the time interval between the first acoustic features A1 and A2. The
音源定位部239は、一以上の第1音響特徴量と一以上の第2音響特徴量とに基づいて、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定する。第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音は、機械学習モデルMがテキスト情報に出力した音声の内容に対応する音であり、第1音声及び第2音声の両方に含まれる音である。
The sound
具体的には、まず、音源定位部239は、一以上の第1音響特徴量と一以上の第2音響特徴量とに基づいて、第1音声及び第2音声の発生源である音源の奥行きを推定する。そして、音源定位部239は、推定した音源の奥行きに基づいて、3次元空間における音源の位置を推定する。
Specifically, first, the sound
音源定位部239は、第1受音装置が第1音響特徴量に対応する音声を受音した時刻と、第2受音装置が第2音響特徴量に対応する音声を受音した時刻との関係、並びに第1受音装置の位置と、第2受音装置の位置との関係に基づいて、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定してもよい。音源定位部239は、例えば、第1受音装置が第1音響特徴量に対応する音声を受音した時刻と、第2受音装置が第2音響特徴量に対応する音声を受音した時刻との差と、第1受音装置及び第2受音装置の相対位置とに基づいて算出される双曲面に基づいて、音源の位置を推定してもよい。
The sound
また、音源定位部239は、複数の受音装置として、3つの受音装置が存在する場合、3つの受音装置それぞれが音響特徴量に対応する音声を受音した時刻の差と、3つの受音装置の相対位置とに基づいて算出される2つの双曲面の交線(双曲線)に基づいて、音源の位置を推定してもよい。また、音源定位部239は、複数の受音装置として、4つの受音装置が存在する場合、4つの受音装置それぞれが音響特徴量に対応する音声を受音した時刻の差と、4つの受音装置の相対位置とに基づいて算出される3つの双曲面の交点に基づいて、音源の位置を推定してもよい。
Further, when the sound
音源定位部239は、選択部238が誤検出を除去した後の対応関係に基づく一部の第1音響特徴量と一部の第2音響特徴量とに基づいて、音源の位置を推定してもよい。なお、音源定位部239は、公知の技術を用いて、音源の位置を推定してもよい。
The sound
出力部240は、音源定位部239が推定した音源の位置を示す情報を出力する。
The
[抽出処理]
続いて、抽出部233が行う抽出処理について説明する。上述のとおり、抽出部233は、後段抽出部234及び前段抽出部235を有する。後段抽出部234は、第1音声が複数の処理層の一部である前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び第2音声が前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する。具体的には、後段抽出部234は、第1音声に含まれる第1フレームに基づいて後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び第2音声において第1フレームと対応関係にある第2フレームに基づいて後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する。
[Extraction process]
Subsequently, the extraction process performed by the
前段抽出部235は、一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する。
The
図4から図7は、抽出部233が行う抽出処理について説明するための図である。図4から図6は、前段処理層から後段処理層に伝搬させた状態を示している。図4から図7において、実線で示すユニットを結合する結合線は、結合するユニットが活性化していたことを示し、破線で示す結合線は、結合するユニットが活性化していなかったことを示す。また、結合線を示す線の太さは、結合するユニットの活性化の大きさを示す。
4 to 7 are diagrams for explaining the extraction process performed by the
図4に示す例において、処理層M20は後段処理層であり、処理層M19は前段処理層である。図4(a)は抽出前の状態であり、図4(b)は抽出後の状態である。第1音声において、処理層M20は、ユニットU1、U2が活性化しており、処理層M19は、ユニットU1、U2が活性化している。第2音声において、処理層M20は、ユニットU2が活性化しており、処理層M19は、ユニットU2が活性化している。 In the example shown in FIG. 4, the treatment layer M20 is a post-stage treatment layer, and the treatment layer M19 is a front-stage treatment layer. FIG. 4A is a state before extraction, and FIG. 4B is a state after extraction. In the first voice, units U1 and U2 are activated in the processing layer M20, and units U1 and U2 are activated in the processing layer M19. In the second voice, the unit U2 is activated in the processing layer M20, and the unit U2 is activated in the processing layer M19.
この場合において、後段抽出部234は、第1音声に含まれる第1フレームに基づいて後段処理層である処理層M20から出力された後段第1出力であるユニットU1、U2、及び第2音声において第1フレームと対応関係にある第2フレームに基づいて処理層M20から出力された後段第2出力であるユニットU2を比較する。そして、後段抽出部234は、共通に活性化している後段第1出力のユニットU2及び後段第2出力のユニットU2を抽出する。
In this case, the
続いて、前段抽出部235は、後段第1出力のユニットU2を活性化させる要因となった前段処理層である処理層M19から出力された前段第1出力であるユニットU1、U2、及び後段第2出力のユニットU2を活性化させる要因となった処理層M19から出力された前段第2出力であるユニットU2を比較する。そして、前段抽出部235は、共通に活性化している前段第1出力のユニットU2、及び前段第2出力のユニットU2を抽出する。
Subsequently, the front-
前段抽出部235は、複数の前段第1出力及び複数の前段第2出力のうち、活性化している大きさに基づいて、一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出してもよい。前段抽出部235は、例えば、複数の前段第1出力及び複数の前段第2出力のうち、最も大きく活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出してもよい。
The
抽出部233は、処理層M20から処理層M19までの出力を抽出すると、次の処理層に対する出力を抽出する。具体的には、抽出部233は、処理層ごとに、共通に活性化している第1出力及び第2出力を抽出する処理を、伝搬制御部232が伝搬させた順序とは逆の順序で繰り返し行う。より具体的には、抽出部233は、複数の処理層のうち一つの層を後段処理層として選択して一以上の第1出力及び一以上の第2出力を抽出した後に、前段処理層として選択した処理層を後段処理層として選択して、別の一以上の第1出力及び一以上の第2出力を抽出する。このようにすることで、抽出部233は、第1音声及び第2音声に対する比較の精度を高めることができる。
When the
抽出部233は、第1音声に含まれる複数の第1フレームそれぞれに基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第1出力と、第2音声に含まれる第2フレームにおいて第1フレームと対応関係にある第2フレームに基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出してもよい。
The
図5は、第1音声における第1フレームn及び第1フレームn-1が、前段処理層から後段処理層に伝搬した状態を示している。図6は、第2音声における第2フレームm及び第2フレームm-1が、前段処理層から後段処理層に伝搬した状態を示している。第1フレームn及び第2フレームmは、対応関係にある第1フレーム及び第2フレームであり、第1フレームn-1及び第2フレームm-1は、対応関係にある第1フレーム及び第2フレームそれぞれの1つ前のフレームである。図5及び図6の場合において、第1フレームn及び第2フレームmの処理層M18は後段処理層であり、第1フレームn-1及び第2フレームm-1の処理層M18と第1フレームn及び第2フレームmの処理層M17とは前段処理層である。図5(a)及び図6(a)は抽出前の状態であり、図5(b)及び図6(b)は抽出後の状態である。 FIG. 5 shows a state in which the first frame n and the first frame n-1 in the first voice propagate from the pre-stage processing layer to the post-stage processing layer. FIG. 6 shows a state in which the second frame m and the second frame m-1 in the second voice propagate from the pre-stage processing layer to the post-stage processing layer. The first frame n and the second frame m are the first frame and the second frame having a corresponding relationship, and the first frame n-1 and the second frame m-1 are the first frame and the second frame having a corresponding relationship. This is the frame immediately before each frame. In the case of FIGS. 5 and 6, the processing layer M18 of the first frame n and the second frame m is a post-stage processing layer, and the processing layers M18 and the first frame of the first frame n-1 and the second frame m-1. The processing layer M17 of n and the second frame m is a pre-stage processing layer. 5 (a) and 6 (a) are states before extraction, and FIGS. 5 (b) and 6 (b) are states after extraction.
図5に示す例において、第1音声における第1フレームnの処理層M18は、ユニットU11、U12が活性化している。図6に示す例において、第2音声における第2フレームmの処理層M18は、ユニットU12が活性化している。 In the example shown in FIG. 5, the units U11 and U12 are activated in the processing layer M18 of the first frame n in the first voice. In the example shown in FIG. 6, the unit U12 is activated in the processing layer M18 of the second frame m in the second voice.
この場合において、後段抽出部234は、第1音声の第1フレームnにおける後段処理層である処理層M18から出力された後段第1出力であるユニットU11、U12、及び第2音声において第1フレームnと対応関係にある第2フレームmにおける処理層M18から出力された後段第2出力であるユニットU12を比較する。そして、後段抽出部234は、共通に活性化している後段第1出力のユニットU12及び後段第2出力のユニットU12を抽出する。
In this case, the
続いて、前段抽出部235は、第1フレームnにおける後段第1出力のユニットU12を活性化させる要因となった前段処理層である第1フレームn-1の処理層M18から出力された前段第1出力であるユニットU11、U12、及び第2フレームmにおける後段第2出力のユニットU12を活性化させる要因となった前段処理層である第2フレームm-1の処理層M18から出力された前段第2出力であるユニットU12を比較する。そして、後段抽出部234は、共通に活性化している前段第1出力のユニットU12及び前段第2出力のユニットU12を抽出する。
Subsequently, the
また、前段抽出部235は、第1フレームnにおける後段第1出力のユニットU12を活性化させる要因となった前段処理層である第1フレームnの処理層M17から出力された前段第1出力であるユニットU11、U12、及び第2フレームmにおける後段第2出力のユニットU12を活性化させる要因となった前段処理層である第2フレームmの処理層M17から出力された前段第2出力であるユニットU12を比較する。そして、前段抽出部235は、共通に活性化している前段第1出力のユニットU12、及び前段第2出力のユニットU12を抽出する。
Further, the front-
前段抽出部235は、後段抽出部234が一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出した後段処理層にゲート層が含まれている場合、当該ゲート層において共通に活性化している前段第1出力及び前段第2出力を抽出してもよい。
When the gate layer is included in the post-processing layer from which the
図7に示す例において、ユニットU22は、後段抽出部234が抽出した第1出力及び第2出力であり、ゲートG2は、出力ゲート層であり、セルC2は、メモリセルである。図7(a)は抽出前の状態であり、図7(b)は抽出後の状態である。第1音声においては、ゲートG2及びセルC2が活性化している。第2音声においては、セルC2が活性化している。
In the example shown in FIG. 7, the unit U22 is the first output and the second output extracted by the
この場合において、前段抽出部235は、後段第1出力のユニットU22を活性化させる要因となったゲートG2、セルC2、及び後段第2出力のユニットU22を活性化させる要因となったセルC2を比較する。そして、前段抽出部235は、共通に活性化している前段第1出力のセルC2、及び前段第2出力のセルC2を抽出する。
In this case, the front-
抽出部233は、上述の抽出処理を入力層まで繰り返し行うことが好ましい。しかし、抽出部233は、抽出処理を最初の処理層まで行わずに、途中の処理層(例えば、プーリング層又は畳み込み層等)で終了してもよい。このように、抽出部233は、伝搬制御部232が伝搬させた順序とは逆の順序で抽出処理を行うことにより、抽象度が高い特徴量を抽出することができる。
It is preferable that the
[音源定位装置2の処理]
続いて、音源定位装置2が行う処理の流れを説明する。図8は、音源定位装置2が行う処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートは、例えば、記憶部22に記憶されている第1音声と第2音声とを取得したことを契機として開始する(S1)。取得部231は、取得した第1音声と第2音声とを、伝搬制御部232に入力する。
[Processing of sound source localization device 2]
Subsequently, the flow of processing performed by the sound source localization device 2 will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing performed by the sound source localization device 2. This flowchart starts, for example, when the first voice and the second voice stored in the
伝搬制御部232は、取得部231から入力された第1音声及び第2音声のそれぞれに、機械学習モデルMに含まれる入力層M1から出力層M11までの複数の処理層を、入力層M1から順に伝搬させる(S2)。抽出部233は、後段処理層及び前段処理層の両方の処理層において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を抽出する処理を行う(S3)。
The
図9は、抽出部233が行う処理の流れを示すフローチャートである。抽出部233は、指示受付部236が、操作部21を介して、複数の処理層のうち、後段処理層として用いる処理層を選択する指示を受け付けたか否かを判定する(S31)。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing performed by the
抽出部233は、指示受付部236が指示を受け付けたと判定した場合(S31においてYESの場合)、指示受付部236が受け付けた指示が示す処理層を、後段処理層として使用する(S32)。抽出部233は、例えば、指示受付部236が第2再帰層M10を示す指示を受け付けたと判定した場合、指示受付部236が受け付けた指示が示す第2再帰層M10を、後段処理層として選択する。一方、抽出部233は、指示受付部236が指示を受け付けていないと判定した場合(S31においてNOの場合)、最後尾層(例えば、出力層M11)で共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力があるか否かを判定する(S33)。
When the
抽出部233は、第2再帰層M10で共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力があると判定した場合(S33においてYESの場合)、最後尾層である出力層M11を、後段処理層として使用する(S34)。一方、抽出部233は、第2再帰層M10で共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力がないと判定した場合(S33においてNOの場合)、第2再帰層M10より前の各処理層に対して、共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を繰り返し探索する。そして、抽出部233は、共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力がある処理層(例えば、第1再帰層M9)を、後段処理層として使用する(S35)。抽出部233は、選択した後段処理層、及び前段処理層の両方の処理層において共通に活性化している、第1音声に基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第1出力と第2音声に基づいて後段処理層及び前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出する。
When the
具体的には、まず、後段抽出部234は、選択した後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び選択した後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する(S36)。そして、前段抽出部235は、後段抽出部234が抽出した一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する(S37)。
Specifically, first, the
続いて、抽出部233は、前段処理層より前に別の処理層があるか否かを判定する(S38)。抽出部233は、前段処理層(例えば、第1再帰層M9)より前に別の処理層(例えば、第2全結合層M8)があると判定した場合(S38においてYESの場合)、第1再帰層M9を後段処理層として使用し(S39)、処理をS46に戻す。一方、抽出部233は、前段処理層(例えば、入力層M1)より前に別の処理層がないと判定した場合(S38においてNOの場合)、抽出した一以上の第1出力及び一以上の第2出力を特徴量検出部237に入力し、抽出処理を終了する。
Subsequently, the
図8に戻り、特徴量検出部237は、一以上の第1出力及び一以上の第2出力に基づいて、対応関係にある音響特徴量を探索し、探索した結果に基づいて、対応関係にある一以上の第1出力に基づく一以上の第1音響特徴量と、一以上の第2出力に基づく一以上の第2音響特徴量とを検出する(S4)。続いて、選択部238は、特徴量検出部237が検出した第1音響特徴量及び第2音響特徴量に誤検出した対応関係があるか否かを判定する(S5)。選択部238は、例えば、RANSAC法に基づいて絞り込みを行う。
Returning to FIG. 8, the feature
選択部238は、第1音響特徴量及び第2音響特徴量に誤検出した対応関係があると判定した場合(S5においてYESの場合)、誤検出した対応関係にある第1音響特徴量及び第2音響特徴量を除去し(S6)、除去した後の対応関係に基づく一部の第1音響特徴量及び一部の第2音響特徴量を選択する。
When the
音源定位部239は、選択部238が、第1音響特徴量及び第2音響特徴量に誤検出した対応関係がないと判定した場合(S5においてNOの場合)、又は誤検出した対応関係にある第1音響特徴量及び第2音響特徴量を除去した後に、一以上の第1音響特徴量と一以上の第2音響特徴量とに基づいて、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定する(S7)。そして、出力部240は、音源定位部239が推定した音源の位置を示す情報を出力する(S8)。
The sound
[本実施の形態における効果]
以上説明したとおり、音源定位システムSは、取得した第1音声及び第2音声のそれぞれに、機械学習モデルMに含まれる複数の処理層を伝搬させる。音源定位システムSは、伝搬させた順とは逆の順序で後段処理層及び前段処理層の両方の処理層において共通に活性化している一以上の第1出力及び一以上の第2出力を、処理層ごとに抽出し、対応関係にある一以上の第1音響特徴量及び一以上の第2音響特徴量をそれぞれ検出する。そして、音源定位システムSは、検出した一以上の第1音響特徴量及び一以上の第2音響特徴量に基づいて、第1音声及び第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定し、推定した音源の位置を示す情報を出力する。
[Effects in this embodiment]
As described above, the sound source localization system S propagates a plurality of processing layers included in the machine learning model M to each of the acquired first voice and the second voice. The sound source localization system S produces one or more first outputs and one or more second outputs that are commonly activated in both the processing layers of the post-stage processing layer and the front-stage processing layer in the reverse order of the propagation order. Each processing layer is extracted, and one or more first acoustic features and one or more second acoustic features that are in a corresponding relationship are detected, respectively. Then, the sound source localization system S is a sound source that is a source of sound included in each of the first voice and the second voice based on the detected one or more first acoustic features and one or more second acoustic features. The position is estimated, and information indicating the estimated position of the sound source is output.
このようにすることで、音源定位システムSは、第1音声及び第2音声それぞれに含まれている対象音に由来する音響特徴量を用いることにより、第1音声及び第2音声に含まれる雑音に影響されずに対象音の発生源である音源の位置を推定することができる。その結果、音源定位システムSは、音源定位の精度を向上させることができる。 By doing so, the sound source localization system S uses the acoustic feature amount derived from the target sound contained in each of the first voice and the second voice, so that the noise contained in the first voice and the second voice is used. The position of the sound source, which is the source of the target sound, can be estimated without being affected by. As a result, the sound source localization system S can improve the accuracy of the sound source localization.
音源定位システムSは、例えば、複数の受音装置1で受音した多聴点音声を用いて、特定の音源の方向を示す情報を取得することにより、当該特定の音源から発せられた音声と他の音声とを聞き分けることができる。また、音源定位装置2は、例えば、聞き取りたい音源とは異なる方向の音声を抑圧することにより、雑音を除去することができる。 The sound source localization system S uses, for example, multiple listening point sounds received by a plurality of sound receiving devices 1, and obtains information indicating the direction of a specific sound source to obtain the sound emitted from the specific sound source. You can distinguish it from other voices. Further, the sound source localization device 2 can remove noise by suppressing the sound in a direction different from that of the sound source to be heard, for example.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed / integrated in any unit. Also included in the embodiments of the present invention are new embodiments resulting from any combination of the plurality of embodiments. The effect of the new embodiment produced by the combination has the effect of the original embodiment together.
1 受音装置
2 音源定位装置
21 操作部
22 記憶部
23 制御部
231 取得部
232 伝搬制御部
233 抽出部
234 後段抽出部
235 前段抽出部
236 指示受付部
237 特徴量検出部
238 選択部
239 音源定位部
240 出力部
1 Sound receiving device 2 Sound
Claims (14)
前記第1音声及び前記第2音声のそれぞれに、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力可能な機械学習モデルに含まれる複数の処理層を伝搬させる伝搬制御部と、
前記複数の処理層から選択した後段処理層、及び前記後段処理層の直前の処理層である前段処理層の両方の処理層において共通に活性化しているユニットを含む、前記第1音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第1出力と前記第2音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出する抽出部と、
前記一以上の第1出力に基づいて一以上の第1音響特徴量を検出し、かつ前記一以上の第2出力に基づいて一以上の第2音響特徴量を検出する特徴量検出部と、
前記一以上の第1音響特徴量と前記一以上の第2音響特徴量とに基づいて、前記第1音声及び前記第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定する音源定位部と、
前記音源定位部が推定した前記音源の位置を示す情報を出力する出力部と、
を有する音源定位装置。 An acquisition unit that acquires the first sound received by the first sound receiving device and the second sound received by the second sound receiving device installed at a position different from that of the first sound receiving device.
A propagation control unit that propagates a plurality of processing layers included in a machine learning model capable of outputting text information indicating the content of the input voice to each of the first voice and the second voice.
Based on the first voice, which comprises a unit that is commonly activated in both the post-treatment layer selected from the plurality of treatment layers and the pre-treatment layer which is the treatment layer immediately before the post-treatment layer. One or more first outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer, and one or more second outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer based on the second voice are extracted. Extractor and
A feature amount detection unit that detects one or more first acoustic features based on the one or more first outputs and detects one or more second acoustic features based on the one or more second outputs.
A sound source that estimates the position of a sound source that is a source of sound contained in each of the first voice and the second voice based on the one or more first acoustic features and the one or more second acoustic features. Localization part and
An output unit that outputs information indicating the position of the sound source estimated by the sound source localization unit, and an output unit.
Sound source localization device with.
請求項1に記載の音源定位装置。 The sound source localization unit receives a time when the first sound receiving device receives a sound corresponding to the first acoustic feature amount and a sound received by the second sound receiving device corresponding to the second acoustic feature amount. The position of the sound source is estimated based on the relationship between the time and the position of the first sound receiving device and the position of the second sound receiving device.
The sound source localization device according to claim 1.
前記第1音声が前記複数の処理層の一部である前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び前記第2音声が前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する後段抽出部と、
前記一以上の後段第1出力及び前記一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前記前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前記前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する前段抽出部と、
を有する、
請求項1又は2に記載の音源定位装置。 The extraction unit
The plurality of post-stage first outputs and the second voice output from the post-stage processing layer due to the propagation of the first voice in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer which are a part of the plurality of processing layers are the front stages. One or more post-stage first outputs and one or more post-stage second outputs that are commonly activated from the plurality of post-stage second outputs output from the post-stage treatment layer by propagating in the order of the treatment layer and the post-stage treatment layer. The post-stage extraction unit to be extracted and
A plurality of pre-stage first outputs output from the pre-stage processing layer, and a plurality of outputs from the pre-stage processing layer, which are factors that activate the one or more post-stage first outputs and the one or more post-stage second outputs. Of the first-stage second outputs of the above, one or more pre-stage first outputs and one or more pre-stage second outputs that are commonly activated, and a pre-stage extraction unit.
Have,
The sound source localization device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の音源定位装置。 The pre-stage extraction unit has one or more pre-stage first outputs and one or more pre-stage second outputs based on the activated size of the plurality of pre-stage first outputs and the plurality of pre-stage second outputs. Extract the output,
The sound source localization device according to claim 3.
前記後段処理層は、出力層、再帰層、全結合層、プーリング層及び畳み込み層のうちのいずれかの層である、
請求項3又は4に記載の音源定位装置。 The machine learning model includes a recurrent neural network.
The post-treatment layer is any one of an output layer, a recursive layer, a fully connected layer, a pooling layer, and a convolutional layer.
The sound source localization device according to claim 3 or 4.
請求項3から5のいずれか一項に記載の音源定位装置。 The pretreatment layer is any one of a recursive layer, a fully connected layer, a pooling layer, a convolution layer, and an input layer.
The sound source localization device according to any one of claims 3 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の音源定位装置。 When the last layer, which is the last treatment layer, is selected as the subsequent treatment layer among the plurality of treatment layers, the extraction unit has one or more first layers that are commonly activated in the last treatment layer. When there is no output and the one or more second outputs, the one or more first outputs and the one or more second outputs that are commonly activated in the processing layer before the rearmost layer are extracted.
The sound source localization device according to any one of claims 1 to 6.
前記音源定位部は、前記一部の第1音響特徴量と前記一部の第2音響特徴量とに基づいて、前記音源の位置を推定する、
請求項1から7のいずれか一項に記載の音源定位装置。 From the one or more first acoustic features and the one or more second acoustic features specified by the feature detection unit, a part of the first acoustic features and a part of the second acoustic features based on the mutual correspondence relationship. It also has a selection unit for selecting acoustic features.
The sound source localization unit estimates the position of the sound source based on the first acoustic feature amount of the part and the second acoustic feature amount of the part.
The sound source localization device according to any one of claims 1 to 7.
前記抽出部は、前記指示受付部が受け付けた前記指示が示す前記処理層を、前記後段処理層として使用する、
請求項1から8のいずれか一項に記載の音源定位装置。 Further having an instruction receiving unit for receiving an instruction to select a processing layer to be used as the subsequent processing layer among the plurality of processing layers.
The extraction unit uses the processing layer indicated by the instruction received by the instruction receiving unit as the post-stage processing layer.
The sound source localization device according to any one of claims 1 to 8.
請求項1から9のいずれか一項に記載の音源定位装置。 The extraction unit selects one of the plurality of processing layers as the post-processing layer, extracts the one or more first outputs and the one or more second outputs, and then selects the pre-processing layer. The processed layer is selected as the subsequent processing layer, and another one or more first outputs and one or more second outputs are extracted.
The sound source localization device according to any one of claims 1 to 9.
前記第1受音装置とは異なる位置に設置された第2受音装置が受音した第2音声を取得するステップと、
前記第1音声及び前記第2音声のそれぞれに、入力された音声の内容を示すテキスト情報を出力可能な機械学習モデルに含まれる複数の処理層を伝搬させるステップと、
前記複数の処理層から選択した後段処理層、及び前記後段処理層の直前の処理層である前段処理層の両方の処理層において共通に活性化しているユニットを含む、前記第1音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第1出力と前記第2音声に基づいて前記後段処理層及び前記前段処理層から出力された一以上の第2出力とを抽出するステップと、
前記一以上の第1出力に基づいて一以上の第1音響特徴量を検出し、かつ前記一以上の第2出力に基づいて一以上の第2音響特徴量を検出するステップと、
前記一以上の第1音響特徴量と前記一以上の第2音響特徴量とに基づいて、前記第1音声及び前記第2音声それぞれに含まれる音の発生源である音源の位置を推定するステップと、
推定した前記音源の位置を示す情報を出力するステップと、
を有する音源定位方法。 The step of acquiring the first sound received by the first sound receiving device, and
A step of acquiring a second sound received by a second sound receiving device installed at a position different from that of the first sound receiving device, and
A step of propagating a plurality of processing layers included in a machine learning model capable of outputting text information indicating the content of the input voice to each of the first voice and the second voice.
Based on the first voice, which comprises a unit that is commonly activated in both the post-treatment layer selected from the plurality of treatment layers and the pre-treatment layer which is the treatment layer immediately before the post-treatment layer. One or more first outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer, and one or more second outputs output from the post-stage processing layer and the pre-stage processing layer are extracted based on the second voice. Steps and
A step of detecting one or more first acoustic features based on the one or more first outputs and detecting one or more second acoustic features based on the one or more second outputs.
A step of estimating the position of a sound source that is a source of sound included in each of the first voice and the second voice based on the one or more first acoustic features and the one or more second acoustic features. When,
A step to output information indicating the estimated position of the sound source, and
Sound source localization method having.
前記第1音声が前記複数の処理層の一部である前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第1出力、及び前記第2音声が前段処理層及び後段処理層の順に伝搬したことにより前記後段処理層から出力された複数の後段第2出力から、共通に活性化している一以上の後段第1出力及び一以上の後段第2出力を抽出する後段抽出ステップと、
前記一以上の後段第1出力及び前記一以上の後段第2出力を活性化させる要因となった前記前段処理層から出力された複数の前段第1出力、及び前記前段処理層から出力された複数の前段第2出力のうち、共通に活性化している一以上の前段第1出力及び一以上の前段第2出力を抽出する前段抽出ステップと、
を有する、請求項11に記載の音源定位方法。 The extraction step is
The plurality of post-stage first outputs and the second voice output from the post-stage processing layer due to the propagation of the first voice in the order of the pre-stage processing layer and the post-stage processing layer which are a part of the plurality of processing layers are the front stages. One or more post-stage first outputs and one or more post-stage second outputs that are commonly activated from the plurality of post-stage second outputs output from the post-stage treatment layer by propagating in the order of the treatment layer and the post-stage treatment layer. The post-extraction step to extract and
A plurality of pre-stage first outputs output from the pre-stage processing layer, and a plurality of outputs from the pre-stage processing layer, which are factors that activate the one or more post-stage first outputs and the one or more post-stage second outputs. Of the first-stage second outputs of the above, one or more previous-stage first outputs and one or more previous-stage second outputs that are commonly activated are extracted.
The sound source localization method according to claim 11.
請求項12に記載の音源定位方法。 After executing the pre-stage extraction step, the post-stage extraction step is performed by using the one or more pre-stage first outputs and the one or more pre-stage second outputs as the plurality of post-stage first outputs and the plurality of post-stage second outputs. Execute,
The sound source localization method according to claim 12.
請求項12又は13に記載の音源定位方法。
The latter-stage extraction step and the first-stage extraction step are executed for each of the plurality of processing layers.
The sound source localization method according to claim 12 or 13.
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