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JP7811346B2 - Sound source location estimation method, learning model generation method, sound source location estimation device, and sound source location estimation system - Google Patents
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JP7811346B2 - Sound source location estimation method, learning model generation method, sound source location estimation device, and sound source location estimation system - Google Patents

Sound source location estimation method, learning model generation method, sound source location estimation device, and sound source location estimation system

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JP7811346B2 JP2021098573A JP2021098573A JP7811346B2 JP 7811346 B2 JP7811346 B2 JP 7811346B2 JP 2021098573 A JP2021098573 A JP 2021098573A JP 2021098573 A JP2021098573 A JP 2021098573A JP 7811346 B2 JP7811346 B2 JP 7811346B2
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Description

本発明は、音源位置推定方法、学習モデル生成方法、音源位置推定装置、及び音源位置推定システムに関する。 The present invention relates to a sound source localization method, a learning model generation method, a sound source localization device, and a sound source localization system.

自然は豊かな人間生活のために不可欠な構成要素である。そのため、人間と自然の共存を目指した自然環境の保全が求められている。 Nature is an essential component for a rich human life. Therefore, there is a need to conserve the natural environment with the aim of achieving coexistence between humans and nature.

自然環境において、ワシタカ類やフクロウ類などの猛禽類は、食物連鎖の頂点に位置し、生態系の健全度を示す存在である。猛禽類の保護は、その猛禽類が生息する生態系の保護につながる。そのため、公共事業等を対象に実施される環境アセスメント等において、猛禽類は調査対象種として選定されている。 In the natural environment, birds of prey such as eagles, hawks, and owls are at the top of the food chain and indicate the health of the ecosystem. Protecting birds of prey leads to protecting the ecosystem in which they live. For this reason, birds of prey are selected as target species in environmental assessments conducted for public works projects and other such projects.

猛禽類調査では、繁殖期を中心にして調査が計画され、実施されている。これは、事業計画地およびその周辺での繁殖期における営巣の有無や繁殖の成否が、事業による影響を予測、評価し、保全対策を検討、実施する上で重要との認識に基づいている。特に、猛禽類の営巣地の営巣木を特定することは、工事中の保全対策を検討する上で必須となる。 Raptor surveys are planned and conducted mainly during the breeding season. This is based on the recognition that the presence or absence of nesting and breeding success during the breeding season in and around the planned project site is important for predicting and assessing the impact of the project and for considering and implementing conservation measures. In particular, identifying nesting trees in raptor nesting areas is essential for considering conservation measures during construction.

加えて、環境アセスメント等において事業の影響を事前に予測、評価する上では、営巣中心域を特定することも重要である。営巣中心域は、「営巣地の営巣木を中心に交尾や求愛行動(例えば、発声や求愛給餌など)が行われ、また、抱卵、育雛を経て幼鳥が巣立つまで過ごす区域」と定義される。営巣中心域は、猛禽類の繁殖にとって最も重要なエリアである。営巣中心域の改変や繁殖期における人の立ち入り、工事の実施は、繁殖に及ぼす影響が大きいため、慎重に取り扱われるべきとされている。特に、例えばオオタカの場合、営巣中心域は、幼鳥の行動範囲から推定されるため、営巣地における幼鳥の行動を把握することも必須になる。 In addition, identifying the nesting core area is also important when predicting and evaluating the impact of a project in advance in environmental assessments, etc. The nesting core area is defined as "the area where mating and courtship behavior (such as vocalizations and courtship feeding) take place, centered around the nesting tree at the nesting site, and where the birds spend time after incubation and brooding until the young leave the nest." The nesting core area is the most important area for the breeding of birds of prey. Alterations to the nesting core area, human entry during the breeding season, and construction work must be handled with caution, as they have a significant impact on breeding. In particular, in the case of the Northern Goshawk, for example, the nesting core area is estimated from the activity range of the young, so it is essential to understand the behavior of the young at the nesting site.

例えば、特許文献1では、工事周辺の猛禽類の営巣を直接監視し、猛禽類の挙動を監視して、異常挙動を検出し、工事の影響によるものか、工事以外の影響によるものかを自動判定し、工事管理者に通知して、営巣放棄や繁殖失敗などの危機回避の対策を講じる猛禽類異常挙動自動解析システムが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an automatic raptor abnormal behavior analysis system that directly monitors raptor nesting areas around construction sites, monitors the behavior of raptors, detects abnormal behavior, automatically determines whether the behavior is due to the effects of construction or other factors, notifies the construction manager, and takes measures to avoid crises such as nest abandonment and breeding failure.

特開2008-158745号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-158745

猛禽類調査では、営巣地を特定するため、猛禽類の飛翔等を望遠鏡で目視観察し、繁殖に係る行動から営巣の可能性のある地域を絞り込み、当該地域の林内を踏査して営巣木を直接確認することが行われている。あるいは、営巣中心域を特定するため、オオタカなどの幼鳥の行動を追跡することも行われている。 In raptor surveys, to identify nesting sites, the flights of raptors are visually observed with a telescope, and possible nesting areas are narrowed down based on breeding behavior, after which the forests in those areas are surveyed to directly confirm nesting trees. Alternatively, the behavior of young birds such as goshawks is tracked to identify central nesting areas.

しかし、視界を遮るものが多い林内の調査では、著しく視認性が低下する。また、夜行性のフクロウ類の場合には、目視観察すること自体が困難である。加えて、そもそも猛禽類は、絶滅危惧種等に指定されている種が多く、生息個体数が少ない。そのため、限られた時間内での調査では遭遇確率が低く、発見漏れのリスクも高い。猛禽類調査では、これらの問題点をふまえ、調査精度を確保し、効果的に調査することが求められる。 However, when conducting surveys in forests where there are many obstructions to the view, visibility is significantly reduced. Furthermore, in the case of nocturnal owls, visual observation itself is difficult. Furthermore, many raptor species are designated as endangered species, and their populations are small. Therefore, the probability of encountering a raptor is low when conducting a survey within a limited time frame, and there is a high risk of missing one. When conducting raptor surveys, it is necessary to take these issues into account, ensure survey accuracy, and conduct the survey effectively.

また、道路やダム等の大規模な公共事業では事業期間も長期に渡る。猛禽類の調査では、2営巣期を含む1.5年の調査が行われるが、事業の計画、実施、供用の各段階での調査が必要で、膨大なコストや時間を要する。公共事業をとりまく財政面での環境が厳しくなる中で、猛禽類調査もコストの面で効率的に調査することが求められている。 In addition, large-scale public works projects such as roads and dams take a long time to complete. Raptor surveys take 1.5 years, covering two nesting periods, but surveys are required at each stage of the project, from planning and implementation to operation, which requires enormous costs and time. As the financial environment surrounding public works projects becomes increasingly severe, raptor surveys must also be conducted in a cost-efficient manner.

本発明は、猛禽類調査において、効率的、効果的に営巣の有無や繁殖の成否の判断、営巣地の特定等を行うため、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する装置、システム、及び方法を提供することを主目的とする。 The primary objective of the present invention is to provide an apparatus, system, and method for estimating the source location of raptor calls in order to efficiently and effectively determine whether or not birds are nesting, whether or not they are breeding, and identify nesting sites in raptor surveys.

本発明は、コンピュータを利用して、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する方法であって、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する推定段階を少なくとも含む、音源位置推定方法を提供する。
前記音声取得位置の数が少なくとも4つであり、前記推定段階が、4つの前記音声データのそれぞれに含まれる前記音圧レベルの前記減衰量を算出するための三元連立方程式を解くことにより前記音源位置を推定してもよい。
前記推定段階の前に、分析段階をさらに含んでおり、前記分析段階が、前記音声データに含まれている前記鳴き声の種別を判定してもよい。
前記分析段階において、前記鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、前記鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを用いて学習した学習モデルが、前記画像データを得て、前記種別を判定してもよい。
また、本発明は、猛禽類の鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、該猛禽類の鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを取得する取得段階と、前記教師データを用いて、前記画像データを入力とし、前記種別情報を出力とする学習モデルを生成する生成段階と、を少なくとも含む、学習モデル生成方法を提供する。
また、本発明は、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる猛禽類の鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する推定部を少なくとも含んでいる、音源位置推定装置を提供する。
また、本発明は、情報通信ネットワークを介して実現されており、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する音源位置推定システムであって、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて音声データを取得する音声取得装置と、音源位置推定装置と、を少なくとも備えており、前記音源位置推定装置が、前記音声取得装置が取得した音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する、音源位置推定システムを提供する。
The present invention provides a method for estimating the sound source position of a bird of prey's call using a computer, which includes at least an estimation step of estimating the sound source position based on the sound pressure level of the call contained in sound data acquired at each of a plurality of sound acquisition positions, using the attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.
The number of the sound acquisition positions may be at least four, and the estimation step may estimate the sound source position by solving a three-dimensional simultaneous equation to calculate the attenuation amount of the sound pressure level contained in each of the four sound data.
The method may further include an analysis step before the estimation step, in which the analysis step determines the type of the call contained in the audio data.
In the analysis stage, a learning model trained using image data containing information about the cry and training data containing information about the type of the cry may obtain the image data and determine the type.
The present invention also provides a learning model generation method including at least an acquisition step of acquiring image data containing information about the calls of raptors and training data containing species information about the calls of the raptors, and a generation step of using the training data to generate a learning model that uses the image data as input and the species information as output.
The present invention also provides a sound source position estimation device that includes at least an estimation unit that estimates the sound source position based on the sound pressure level of the raptor's call contained in sound data acquired at each of a plurality of sound acquisition positions, using the attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.
The present invention also provides a sound source location estimation system that is realized via an information and communication network and that estimates the sound source location of the calls of birds of prey, the system comprising at least a sound acquisition device that acquires sound data at each of a plurality of sound acquisition positions, and a sound source location estimation device, wherein the sound source location estimation device estimates the sound source location based on the sound pressure level of the call contained in the sound data acquired by the sound acquisition device, using an attenuation amount of the sound pressure level that corresponds to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.

本発明によれば、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する方法、装置、及びシステムを提供することができる。 The present invention provides a method, device, and system for estimating the source location of a bird of prey's call.

本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法において用いる音声取得装置の配置についての説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating the arrangement of a sound capture device used in a sound source localization method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a sound source localization method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置及び音声取得位置の平面座標及び音圧等を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing planar coordinates of a sound source position and a sound acquisition position, sound pressure, etc. according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a sound source localization method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る分析段階のフローチャートである。1 is a flow chart of an analysis stage according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法が用いるスペクトログラムの一例である。3 is an example of a spectrogram used in the sound source localization method according to the embodiment of the present invention. オオタカの鳴き声の種別を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the types of goshawk cries. 本発明の一実施形態に係る学習モデルを示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a learning model according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る学習モデル生成方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a learning model generation method according to an embodiment of the present invention. 本発明が利用するコンピュータの一実施形態のハードウェア構成図である。FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an embodiment of a computer used in the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a sound source position estimation device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る音源位置推定システムを示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a sound source localization system according to an embodiment of the present invention; 本発明が利用する音声取得装置の一実施形態のハードウェア構成図である。1 is a hardware configuration diagram of an embodiment of a voice acquisition device used in the present invention. 本発明の一実施形態に係る学習済みモデルの検証結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating verification results of a trained model according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を説明するための図である。1 is a diagram for explaining an estimation result obtained by a sound source position estimation method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を説明するための図である。1 is a diagram for explaining an estimation result obtained by a sound source position estimation method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を示す図である。1 is a diagram showing an estimation result obtained by a sound source localization method according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を示す図である。1 is a diagram showing an estimation result obtained by a sound source localization method according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を示す図である。1 is a diagram showing an estimation result obtained by a sound source localization method according to an embodiment of the present invention;

以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Preferred embodiments for implementing the present technology are described below. The embodiment described below is an example of a typical embodiment of the present technology, and should not be construed as narrowing the scope of the present technology. Unless otherwise specified, in the drawings, "upper" means the upper direction or upper side in the drawing, "lower" means the lower direction or lower side in the drawing, "left" means the left direction or left side in the drawing, and "right" means the right direction or right side in the drawing. Furthermore, in the drawings, the same or equivalent elements or components are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.

本発明の説明は以下の順序で行う。
1.本発明に係る第1の実施形態(音源位置推定方法)
(1)概要
(2)推定段階
(3)分析段階
(4)学習モデル生成方法
(5)ハードウェア構成
2.本発明に係る第2の実施形態(音源位置推定装置)
3.本発明に係る第3の実施形態(音源位置推定システム)
4.実施例
(1)鳴き声の種別の判定
(2)鳴き声による位置の推定
The present invention will be described in the following order.
1. First embodiment of the present invention (sound source position estimation method)
(1) Overview (2) Estimation Stage (3) Analysis Stage (4) Learning Model Generation Method (5) Hardware Configuration 2. Second Embodiment of the Present Invention (Sound Source Localization Apparatus)
3. Third embodiment of the present invention (sound source localization system)
4. Example (1) Identifying the type of bird call (2) Estimating location based on bird call

<1.本発明に係る第1の実施形態(音源位置推定方法)> <1. First embodiment of the present invention (sound source location estimation method)>

<(1)概要>
本発明に係る音源位置推定方法は、コンピュータを利用して、例えば猛禽類などの鳴き声の音源位置を推定する方法である。猛禽類の種類は特に限定されないが、例えばオオタカが選定されてもよい。オオタカは、環境省レッドリストにおいて準絶滅危惧種に指定されている。オオタカは生態系の上位種であり、環境影響評価などに活用されている「猛禽類保護の進め方」(環境省、平成24年)においても保全対象とされている種である。
<(1) Overview>
The sound source location estimation method according to the present invention is a method for estimating the sound source location of the cry of, for example, a bird of prey, using a computer. The type of bird of prey is not particularly limited, but a goshawk, for example, may be selected. The goshawk is designated as a near-threatened species in the Ministry of the Environment's Red List. The goshawk is a top species in the ecosystem, and is also a species that is targeted for conservation in the "Progression of Raptor Conservation" (Ministry of the Environment, 2012), which is used for environmental impact assessments, etc.

あるいは、猛禽類の種類として例えばフクロウが選定されてもよい。フクロウは夜行性であるため、人間による調査作業も夜間に行う必要がある。しかし、夜間の調査作業は困難を極めるためである。 Alternatively, an owl may be selected as a type of bird of prey. Because owls are nocturnal, human survey work must also be carried out at night. However, survey work at night is extremely difficult.

本発明に係る音源位置推定方法では、猛禽類の鳴き声が含まれる音声データを取得する。このことについて図1を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法において用いる音声取得装置の配置についての説明図である。 The sound source localization method according to the present invention acquires audio data containing the calls of birds of prey. This will be explained with reference to Figure 1. Figure 1 is an explanatory diagram of the arrangement of an audio acquisition device used in the sound source localization method according to one embodiment of the present invention.

図1に示されるとおり、猛禽類の営巣地が存在することが推測される位置の周辺に、複数の音声取得装置がランダム又は規則的に配置される。数字は、音声取得装置が配置されている位置を示す。星印は、猛禽類の営巣地が存在することが推測される位置を示す。なお、配置する音声取得装置の数は特に限定されない。 As shown in Figure 1, multiple audio capture devices are placed randomly or regularly around locations where raptor nesting sites are suspected to exist. Numbers indicate the locations where the audio capture devices are placed. Stars indicate locations where raptor nesting sites are suspected to exist. There is no particular limit to the number of audio capture devices that can be placed.

この音声取得装置には、例えばICレコーダーやPCMレコーダー等が用いられてもよい。あるいは、この音声取得装置には、高感度のマイクロフォンが用いられてよい。これにより、音声取得装置の数が削減できる。 This voice capture device may be, for example, an IC recorder or PCM recorder. Alternatively, this voice capture device may be a highly sensitive microphone. This allows the number of voice capture devices to be reduced.

複数の音声取得装置のそれぞれは、猛禽類の鳴き声が含まれる音声データを取得する。この音声データの形式は、例えばサンプリング周波数が44.1kHz、量子化ビット数が16ビット、チャンネル数が2チャンネルでありうる。 Each of the multiple audio capture devices captures audio data containing the calls of birds of prey. The audio data may have a format, for example, of 44.1 kHz sampling frequency, 16 bits quantization, and two channels.

<(2)推定段階>
本発明に係る音源位置推定方法について図2を参照しつつ説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法のフローチャートである。図2に示されるとおり、本発明に係る音源位置推定方法は、推定段階(S2)を少なくとも含む。
<(2) Estimation stage>
The sound source localization method according to the present invention will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a flowchart of the sound source localization method according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 2, the sound source localization method according to the present invention includes at least an estimation step (S2).

推定段階(S2)は、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて同一時刻に取得された音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する。 The estimation step (S2) estimates the sound source position based on the sound pressure level of the call contained in the sound data acquired at the same time at each of multiple sound acquisition positions, using the attenuation of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.

音声データに含まれる音圧レベルPは、例えば下記の式(1)で求められる。pはサンプリング周波数毎の音圧である。Tは音声の長さである。mはサンプリングデータ数である。 The sound pressure level P contained in the audio data can be calculated, for example, using the following formula (1): p is the sound pressure for each sampling frequency. T is the length of the audio. m is the number of sampling data points.

音源位置の音圧レベルPは、例えば下記の式(2)で求められる。Pは音声データを取得する位置である音声取得位置iにおける音圧レベルである。rは音源位置から音声取得位置iまでの距離である。 The sound pressure level P0 at the sound source position can be calculated, for example, by the following equation (2): P i is the sound pressure level at sound acquisition position i, which is the position where sound data is acquired, and r i is the distance from the sound source position to sound acquisition position i.

音源位置の音圧pと、音源位置の平面座標(x、y)と、音声取得位置iの音圧pと、音声取得位置iの平面座標(x、y)を用いて、上記の式(2)は下記の式(3)のように変形される。 Using the sound pressure p0 at the sound source position, the plane coordinates ( x0 , y0 ) of the sound source position, the sound pressure p1 at the sound acquisition position i, and the plane coordinates ( x1 , y1 ) of the sound acquisition position i, the above equation (2) is transformed into the following equation (3):

この平面座標について図3を参照しつつ説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る音源位置及び音声取得位置の平面座標及び音圧等を示す説明図である。図3に示されるとおり、図の中央に音源位置0が配置されており、音源位置の周囲に4つの音声取得位置(1~4)が配置されている。 These plane coordinates will be explained with reference to Figure 3. Figure 3 is an explanatory diagram showing the plane coordinates and sound pressure of sound source positions and sound acquisition positions according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 3, sound source position 0 is located in the center of the diagram, and four sound acquisition positions (1 to 4) are located around the sound source position.

音源位置0の平面座標は(x、y)である。音源位置0の音圧レベルはPである。
音源位置0から右上にある音声取得位置1の平面座標は(x、y)である。音声取得位置1の音圧レベルはPである。音声取得位置1の音圧はpである。なお、音源位置0から音声取得位置1までの距離はrである。
同様に、音源位置0から左上にある音声取得位置2の平面座標は(x、y)である。音声取得位置2の音圧レベルはPである。音声取得位置2の音圧はpである。なお、音源位置0から音声取得位置2までの距離はrである。
同様に、音源位置0から左下にある音声取得位置3の平面座標は(x、y)である。音声取得位置3の音圧レベルはPである。音声取得位置3の音圧はpである。なお、音源位置0から音声取得位置3までの距離はrである。
同様に、音源位置0から右下にある音声取得位置4の平面座標は(x、y)である。音声取得位置4の音圧レベルはPである。音声取得位置4の音圧はpである。なお、音源位置0から音声取得位置4までの距離はrである。
The plane coordinates of the sound source position 0 are (x 0 , y 0 ). The sound pressure level at the sound source position 0 is P 0 .
The plane coordinates of sound acquisition position 1, which is located to the upper right of sound source position 0, are ( x1 , y1 ). The sound pressure level at sound acquisition position 1 is P1 . The sound pressure at sound acquisition position 1 is p1 . The distance from sound source position 0 to sound acquisition position 1 is r1 .
Similarly, the plane coordinates of sound acquisition position 2, which is located to the upper left of sound source position 0, are ( x2 , y2 ). The sound pressure level at sound acquisition position 2 is P2 . The sound pressure at sound acquisition position 2 is p2 . The distance from sound source position 0 to sound acquisition position 2 is r2 .
Similarly, the plane coordinates of sound acquisition position 3, which is located to the lower left of sound source position 0, are ( x3 , y3 ). The sound pressure level at sound acquisition position 3 is P3 . The sound pressure at sound acquisition position 3 is p3 . The distance from sound source position 0 to sound acquisition position 3 is r3 .
Similarly, the plane coordinates of sound acquisition position 4, which is located to the lower right of sound source position 0, are ( x4 , y4 ). The sound pressure level at sound acquisition position 4 is P4 . The sound pressure at sound acquisition position 4 is p4 . The distance from sound source position 0 to sound acquisition position 4 is r4 .

これらの変数を用いて、上記の式(3)から下記の式(4)、式(5)、及び式(6)に示す三元連立方程式に変形する。 Using these variables, the above equation (3) is transformed into the three simultaneous equations shown in the following equations (4), (5), and (6).

上記の式(4)、式(5)、及び式(6)からなる三元連立方程式を解くことにより、音源位置0の平面座標(x、y)を求めることができる。 By solving the simultaneous equations consisting of the above equations (4), (5), and (6), the plane coordinates (x 0 , y 0 ) of the sound source position 0 can be found.

なお、3つの音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データから音源位置の平面座標を推定することも理論上は可能である。しかし、誤差を低減し、高精度に推定するためには、少なくとも4つの音声取得位置のそれぞれにおいて音声データを取得することが好ましい。 In theory, it is also possible to estimate the planar coordinates of the sound source position from the audio data acquired at each of the three audio acquisition positions. However, in order to reduce errors and achieve highly accurate estimation, it is preferable to acquire audio data at each of at least four audio acquisition positions.

<(3)分析段階>
ところで、猛禽類の営巣地を特定するためには、まず、音声データを分析して猛禽類(例えばオオタカ等)の鳴き声を抽出することが好ましい。さらには、営巣地における鳴き声の種別と、営巣地ではない場所における鳴き声の種別は異なるため、鳴き声の種別を判定することが好ましい。
<(3) Analysis stage>
In order to identify the nesting sites of birds of prey, it is preferable to first analyze the audio data to extract the calls of birds of prey (for example, goshawks, etc.). Furthermore, since the types of calls made at nesting sites differ from those made at non-nesting locations, it is preferable to determine the types of calls.

そこで、本発明に係る音源位置推定方法は、推定段階(S2)の前に、音声データを分析する分析段階をさらに含むことができる。このことについて図4を参照しつつ説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法のフローチャートである。図4に示されるとおり、本発明に係る音源位置推定方法は、推定段階(S2)の前に、分析段階(S1)をさらに含んでいる。 Therefore, the sound source localization method according to the present invention may further include an analysis step of analyzing audio data before the estimation step (S2). This will be explained with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a flowchart of a sound source localization method according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the sound source localization method according to the present invention further includes an analysis step (S1) before the estimation step (S2).

分析段階(S1)の具体的な処理について図5を参照しつつ説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る分析段階の一例のフローチャートである。 The specific processing of the analysis stage (S1) will be described with reference to Figure 5. Figure 5 is a flowchart of an example of the analysis stage according to one embodiment of the present invention.

図5に示されるとおり、分析段階(S1)は、まず、音声データに対して高速フーリエ変換による周波数分析(FFT分析)を行う(S101)。この周波数分析により、スペクトログラムが作成される。 As shown in Figure 5, the analysis stage (S1) first performs frequency analysis using a fast Fourier transform (FFT analysis) on the audio data (S101). This frequency analysis creates a spectrogram.

ここで、スペクトログラムについて図6を参照しつつ説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法が用いるスペクトログラムの一例である。図6に示されるとおり、スペクトログラムは、時間、周波数、及び強度の三次元で音声波形の情報を表示した画像データである。このスペクトログラムにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が周波数を示し、色が音圧を示している。なお、図6A、図6B、及び図6Cのそれぞれの説明については後述する。 Now, a spectrogram will be described with reference to Figure 6. Figure 6 is an example of a spectrogram used in a sound source localization method according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 6, a spectrogram is image data that displays audio waveform information in three dimensions: time, frequency, and intensity. In this spectrogram, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents frequency, and color represents sound pressure. Figures 6A, 6B, and 6C will be described later.

図5の説明に戻る。次に、分析段階(S1)は、このスペクトログラムに対してノイズを除去する(S102)。具体的には、例えば、猛禽類(例えばオオタカ等)の鳴き声の主音域が1.0~6.5kHzであるとき、この主音域以外の周波数帯のパワー値をゼロとすることにより、ノイズが除去される。 Returning to the explanation of Figure 5, next, in the analysis stage (S1), noise is removed from this spectrogram (S102). Specifically, for example, when the main frequency range of the call of a bird of prey (such as a goshawk) is 1.0 to 6.5 kHz, noise is removed by setting the power values of frequency bands outside this main frequency range to zero.

次に、分析段階(S1)は、このスペクトログラムの特徴量を得る。具体的には、例えばスペクトログラムを走査しながら、下記の式(7)に示される畳み込み積分を行う(S103)。下記の式(7)において、Qi,jは、出力されるスペクトログラム(特徴マップ)のi、j成分である。Ii,jは、入力されるスペクトログラムのi、j成分である。Km,nは、カーネル(フィルタ)のm、n成分である。 Next, in the analysis step (S1), the feature quantities of this spectrogram are obtained. Specifically, for example, while scanning the spectrogram, the convolution shown in the following equation (7) is performed (S103). In the following equation (7), Q i,j is the i,j component of the output spectrogram (feature map), I i,j is the i,j component of the input spectrogram, and K m,n is the m,n component of the kernel (filter).

この畳み込み積分には、例えば4パターンのカーネルが用いられる。具体的には、水平線を検出するカーネルV1(-1、-1、-1、2、2、2、-1、-1、-1)、左対角線を検出するカーネルV2(2、-1、-1、-1、2、-1、-1、-1、2)、右対角線を検出するカーネルV3(-1、-1、2、-1、2、-1、2、-1、-1)、及び垂直線を検出するカーネルV4(-1、2、-1、-1、2、-1、-1、2、-1)が用いられる。なお、これらに加えて、平滑化するカーネルV5が用いられてもよい。 For example, four kernel patterns are used for this convolution integral. Specifically, kernel V1 (-1, -1, -1, 2, 2, 2, -1, -1, -1) detects horizontal lines, kernel V2 (2, -1, -1, -1, 2, -1, -1, -1, 2) detects left diagonal lines, kernel V3 (-1, -1, 2, -1, 2, -1, 2, -1, -1) detects right diagonal lines, and kernel V4 (-1, 2, -1, -1, 2, -1, -1, 2, -1) detects vertical lines. In addition to these, kernel V5, which performs smoothing, may also be used.

この畳み込み積分により、分析段階(S1)は、スペクトログラムの特徴量を得ることができる。 This convolution integral allows the analysis stage (S1) to obtain spectrogram features.

次に、分析段階(S1)は、プーリング処理によって、スペクトログラムである画像データのサイズを縮小する(S104)。 Next, the analysis stage (S1) involves reducing the size of the image data, which is the spectrogram, through a pooling process (S104).

次に、分析段階(S1)は、スペクトログラムに含まれている鳴き声の種別を判定する(S105)。鳴き声の種別について図7を参照しつつ説明する。図7は、オオタカの鳴き声の種別を示す説明図である。図7に示されるとおり、例えば種別「警戒」の音声のパターンは「ケッケッケッ」である。この種別「警戒」は、主に成長のオスが発する傾向にある。 Next, in the analysis stage (S1), the type of call contained in the spectrogram is determined (S105). Call types will be explained with reference to Figure 7. Figure 7 is an explanatory diagram showing the types of calls made by goshawks. As shown in Figure 7, for example, the sound pattern for the "alert" type is "kek kek kek." This "alert" type tends to be emitted mainly by adult males.

種別についてさらに図6に示されるスペクトログラムを再び参照しながら説明する。図6Aは、種別が「成鳥(警戒)」であるスペクトログラムの一例である。図6Bは、種別が「成鳥(餌乞)」であるスペクトログラムの一例である。図6Cは、種別が「幼鳥」であるスペクトログラムの一例である。 The species will be further explained with reference again to the spectrograms shown in Figure 6. Figure 6A is an example of a spectrogram for the species "adult bird (alert)". Figure 6B is an example of a spectrogram for the species "adult bird (begging)". Figure 6C is an example of a spectrogram for the species "young bird".

図5の説明に戻る。分析段階(S1)は、機械学習済みの学習モデルを用いて、スペクトログラムに含まれている鳴き声の種別を判定する(S105)。学習モデルとして、例えば決定木モデルを用いることができる。この学習モデルは、スペクトログラムである画像データ及び鳴き声の種別情報が含まれる教師データを用いて学習している。 Returning to the explanation of Figure 5, the analysis stage (S1) uses a machine-learned learning model to determine the type of call contained in the spectrogram (S105). A decision tree model, for example, can be used as the learning model. This learning model is trained using image data, which is a spectrogram, and training data that includes information on the type of call.

学習モデルについて図8を参照しつつ説明する。図8は、本発明の一実施形態に係る学習モデルを示す図である。図8に示されるとおり、本実施例では学習モデルの一例である決定木モデルを用いる。
最上層に配置されるルートノードには、「V11107>=92」という条件式が示されている。この条件式において、最初の2文字はカーネルの種別(V1~V5)を示す。その次の4文字は音声フレームの座標を示す。最後の2文字は輝度(0~255)を示す。つまり、「V11107>=92」という条件式が示す意味は、「水平線を検出するカーネルV1が用いられるとき、横方向のx座標が11、縦方向のy座標が07である位置の輝度が92以上である」という意味である。この条件式を満たすときは左下のノードに進み、この条件式を満たさないときは右下のノードに進む。条件式に含まれるパラメータは、機械学習によって変更されうる。
The learning model will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a diagram showing a learning model according to one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 8, this embodiment uses a decision tree model, which is an example of a learning model.
The root node located at the top layer contains the conditional expression "V11107>=92". In this conditional expression, the first two characters indicate the kernel type (V1 to V5). The next four characters indicate the coordinates of the audio frame. The last two characters indicate the brightness (0 to 255). In other words, the conditional expression "V11107>=92" means that when kernel V1, which detects horizontal lines, is used, the brightness at the position where the horizontal x coordinate is 11 and the vertical y coordinate is 07 is 92 or greater. If this conditional expression is met, the process proceeds to the node at the bottom left; if this conditional expression is not met, the process proceeds to the node at the bottom right. The parameters included in the conditional expression can be changed through machine learning.

このようにして、コンピュータは、スペクトログラムである画像データを得て、学習モデルを用いて鳴き声の種別を判定することができる。なお、本実施例では学習モデルとして決定木モデルが用いられているが、これに限られない。例えば、学習モデルとしてニューラルネットワークが用いられてもよい。 In this way, the computer can obtain image data, which is a spectrogram, and use the learning model to determine the type of bird call. Note that in this embodiment, a decision tree model is used as the learning model, but this is not limited to this. For example, a neural network may also be used as the learning model.

<(4)学習モデル生成方法>
本発明において用いられる学習モデルの生成方法について図9を参照しつつ説明する。図9は、本発明の一実施形態に係る学習モデル生成方法のフローチャートである。
<(4) Learning model generation method>
A method for generating a learning model used in the present invention will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a flowchart of a method for generating a learning model according to one embodiment of the present invention.

図9に示されるとおり、本発明に係る学習モデル生成方法は、取得段階(S3)と、生成段階(S4)と、を少なくとも含む。 As shown in Figure 9, the learning model generation method according to the present invention includes at least an acquisition step (S3) and a generation step (S4).

まず、取得段階(S3)は、学習モデルが学習するための教師データを取得する。教師データには、猛禽類の鳴き声に関する情報が含まれる画像データ(スペクトログラム)と、猛禽類の鳴き声の種別情報と、が含まれている。この画像データは、上述した畳み込み積分及びプーリング処理が行われていることが好ましい。 First, in the acquisition stage (S3), training data is acquired for the learning model to learn from. The training data includes image data (spectrograms) containing information about the calls of raptors and information about the type of call of the raptor. It is preferable that this image data has been subjected to the convolution and pooling processes described above.

次に、生成段階(S4)は、前記教師データを用いて、前記画像データを入力とし、前記種別情報を出力とする学習モデルを生成する。なお、学習モデルは、例えば決定木モデルでもよいし、ニューラルネットワークでもよい。 Next, in the generation step (S4), the training data is used to generate a learning model that takes the image data as input and outputs the classification information. The learning model may be, for example, a decision tree model or a neural network.

生成段階(S4)が生成した学習モデルの検証方法について説明する。学習モデルの検証は、検証用データ(教師データ以外のデータ)により、判別した種別毎の適合率を算出することにより行うことができる。学習モデルが例えばAと判別したデータ数をnとし、そのうち、実際もAであったデータ数をnとするとき、学習モデルがAと判別した時の適合率(正答率)qは、例えば下記の式(8)で求められる。 A method for verifying the learning model generated in the generation stage (S4) will be described. The learning model can be verified by calculating the precision for each discriminated type using verification data (data other than the training data). For example, if the number of data discriminated as A by the learning model is n, and the number of data that was actually A among them is n * , the precision (correct answer rate) q when the learning model discriminates as A can be calculated, for example, using the following formula (8):

<(5)ハードウェア構成>
本発明が利用するコンピュータのハードウェア構成について図10を参照しつつ説明する。図10は、本発明が利用するコンピュータ50の一実施形態のハードウェア構成図である。
<(5) Hardware Configuration>
The hardware configuration of a computer used in the present invention will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is a diagram showing the hardware configuration of one embodiment of a computer 50 used in the present invention.

図10に示されるとおり、コンピュータ50は、構成要素として、CPU101、ストレージ102、RAM(Random Access Memory)103、及びディスプレイ104を備えうる。それぞれの構成要素は、例えばデータの伝送路としてのバスで接続されている。 As shown in FIG. 10, the computer 50 may include, as its components, a CPU 101, storage 102, RAM (Random Access Memory) 103, and a display 104. Each component is connected, for example, by a bus that serves as a data transmission path.

CPU101は、例えばマイクロコンピュータにより実現され、コンピュータ50のそれぞれの構成要素を制御する。CPU101は、例えば推定段階(S2)等を行うことができる。この推定段階(S2)等は、例えばプログラムにより実現されうる。このプログラムをCPU101が読み込むことによって機能しうる。 CPU 101 is realized, for example, by a microcomputer, and controls each component of computer 50. CPU 101 can perform, for example, the estimation step (S2). This estimation step (S2) can be realized, for example, by a program. CPU 101 can function by loading this program.

ストレージ102は、CPU101が使用するプログラムや演算パラメータ等の制御用データ等を記憶する。ストレージ102は、例えばHDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)等を利用することにより実現されうる。ストレージ102は、例えば音声データや画像データ等を保有する。 Storage 102 stores programs used by CPU 101, calculation parameters, and other control data. Storage 102 can be realized, for example, by using an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive). Storage 102 holds, for example, audio data, image data, etc.

RAM103は、例えば、CPU101により実行されるプログラム等を一時的に記憶する。 RAM 103 temporarily stores, for example, programs executed by CPU 101.

ディスプレイ104は、情報を表示する。ディスプレイ104は、例えば音源位置を表示しうる。ディスプレイ104は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)またはOLED(Organic Light-Emitting Diode)等により実現されうる。 Display 104 displays information. For example, display 104 may display the location of a sound source. Display 104 may be realized, for example, by an LCD (Liquid Crystal Display) or an OLED (Organic Light-Emitting Diode).

図示を省略するが、コンピュータ50は、通信インタフェースを備えていてもよい。この通信インタフェースは、例えばWi-Fi、Bluetooth(登録商標)、LTE(Long Term Evolution)等の通信技術を利用して、情報通信ネットワークを介して通信する機能を有する。例えば、CPU101は、この通信インタフェースを介して得られた音声データに基づいて、音源位置を推定しうる。 Although not shown, the computer 50 may also be equipped with a communications interface. This communications interface has the ability to communicate via an information and communications network using communications technologies such as Wi-Fi, Bluetooth (registered trademark), and LTE (Long Term Evolution). For example, the CPU 101 can estimate the position of a sound source based on audio data obtained via this communications interface.

コンピュータ50は、例えばサーバであってもよいし、スマートフォン端末、タブレット端末、携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)、PC(Personal Computer)、携帯用音楽プレーヤー、携帯用ゲーム機、またはウェアラブル端末(HMD:Head Mounted Display、メガネ型HMD、時計型端末、バンド型端末等)であってもよい。 The computer 50 may be, for example, a server, a smartphone terminal, a tablet terminal, a mobile phone terminal, a PDA (Personal Digital Assistant), a PC (Personal Computer), a portable music player, a portable game console, or a wearable terminal (HMD: Head Mounted Display, eyeglass-type HMD, watch-type terminal, band-type terminal, etc.).

推定段階(S2)等を実現するプログラムは、コンピュータ50のほかのコンピュータ装置又はコンピュータシステムに格納されてもよい。この場合、コンピュータ50は、このプログラムが有する機能を提供するクラウドサービスを利用することができる。このクラウドサービスとして、例えばSaaS(Software as a Service)、IaaS(Infrastructure as a Service)、PaaS(Platform as a Service)等が挙げられる。 The program that realizes the estimation step (S2) etc. may be stored in a computer device or computer system other than computer 50. In this case, computer 50 can use a cloud service that provides the functions of this program. Examples of such cloud services include SaaS (Software as a Service), IaaS (Infrastructure as a Service), and PaaS (Platform as a Service).

さらにこのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、Compact Disc Read Only Memory(CD-ROM)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、Programmable ROM(PROM)、Erasable PROM(EPROM)、フラッシュROM、Random Access Memory(RAM))を含む。また、上記プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、上記プログラムをコンピュータに供給できる。 Furthermore, this program can be stored and supplied to a computer using various types of non-transitory computer-readable media. Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (e.g., flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (e.g., magneto-optical disks), Compact Disc Read Only Memory (CD-ROM), CD-R, CD-R/W, and semiconductor memory (e.g., mask ROM, programmable ROM (PROM), erasable PROM (EPROM), flash ROM, random access memory (RAM)). The program may also be supplied to a computer by various types of transitory computer-readable media. Examples of transitory computer-readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The transitory computer-readable medium can be supplied to a computer via a wired communication path, such as an electric wire or optical fiber, or via a wireless communication path.

これ以外にも、本技術の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりできる。 In addition to this, the configurations described in the above embodiments can be selected or changed as appropriate, as long as they do not deviate from the spirit of this technology.

<2.本発明に係る第2の実施形態(音源位置推定装置)>
本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置について図11を参照しつつ説明する。図11は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置を示す構成図である。図11に示されるとおり、本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置20は、推定部21を少なくとも含んでいる。
2. Second embodiment of the present invention (sound source position estimation device)
A sound source localization device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a configuration diagram showing a sound source localization device according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 11, a sound source localization device 20 according to an embodiment of the present invention includes at least an estimation unit 21.

推定部21は、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる猛禽類の鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する。 The estimation unit 21 estimates the sound source position based on the sound pressure level of the raptor's call contained in the audio data acquired at each of the multiple audio acquisition positions, using the attenuation of the sound pressure level corresponding to the distance between the audio acquisition position and the sound source position.

推定部21は、第1の実施形態において説明した推定段階(S2)を行うことができる。そのため、再度の詳細な説明は省略する。 The estimation unit 21 can perform the estimation step (S2) described in the first embodiment. Therefore, a detailed explanation will be omitted.

音源位置推定装置20のハードウェアは、第1の実施形態において説明したコンピュータ50のハードウェアと同じでもよい。そのため、再度の詳細な説明は省略する。 The hardware of the sound source localization device 20 may be the same as the hardware of the computer 50 described in the first embodiment. Therefore, a detailed description will not be repeated.

<3.本発明に係る第3の実施形態(音源位置推定システム)>
本発明の一実施形態に係る音源位置推定システムは、情報通信ネットワークを介して実現されており、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定することができる音源位置推定システムである。
3. Third embodiment of the present invention (sound source localization system)
A sound source localization system according to one embodiment of the present invention is realized via an information and communication network, and is a sound source localization system capable of estimating the sound source location of the calls of birds of prey.

本発明の一実施形態に係る音源位置推定システムについて図12を参照しつつ説明する。図12は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定システムを示す構成図である。図12に示されるとおり、本発明の一実施形態に係る音源位置推定システム100は、複数の音声取得位置のそれぞれにおいて音声データを取得する音声取得装置10と、音源位置推定装置20と、を少なくとも備えている。 A sound source localization system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a configuration diagram showing a sound source localization system according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, a sound source localization system 100 according to one embodiment of the present invention includes at least a sound acquisition device 10 that acquires sound data at each of a plurality of sound acquisition positions, and a sound source localization device 20.

複数の音声取得装置10と、音源位置推定装置20とが、情報通信ネットワーク30を介して接続されている。なお、音源位置推定装置20に接続されていない音声取得装置10があってもよい。さらには、全ての音声取得装置10が音源位置推定20に接続されていなくてもよい。 Multiple voice capture devices 10 and a sound source localization device 20 are connected via an information and communication network 30. Note that there may be voice capture devices 10 that are not connected to a sound source localization device 20. Furthermore, not all voice capture devices 10 may be connected to the sound source localization device 20.

音源位置推定装置20は、音声取得装置10が取得した音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する。 The sound source position estimation device 20 estimates the sound source position based on the sound pressure level of the bird's cry contained in the audio data acquired by the audio acquisition device 10, using the amount of attenuation of the sound pressure level corresponding to the distance between the audio acquisition position and the sound source position.

音源位置推定装置20は、第1の実施形態において説明した推定段階(S2)を行うことができる。そのため、再度の詳細な説明は省略する。 The sound source localization device 20 can perform the estimation step (S2) described in the first embodiment. Therefore, a detailed description will not be given again.

複数の音声取得装置10のそれぞれは、音源位置推定装置20が有する一部又は全部の機能を有することができる。例えば、複数の音声取得装置10のそれぞれは、推定部21を有することができる。 Each of the multiple voice capture devices 10 may have some or all of the functions of the sound source localization device 20. For example, each of the multiple voice capture devices 10 may have an estimation unit 21.

同様に、音源位置推定装置20は、複数の音声取得装置10のそれぞれが有する一部又は全部の機能を有することができる。例えば、音源位置推定装置20は、音声取得機能を有することができる。 Similarly, the sound source localization device 20 can have some or all of the functions of each of the multiple sound capture devices 10. For example, the sound source localization device 20 can have a sound capture function.

ここで、音声取得装置10のハードウェア構成について図13を参照しつつ説明する。図13は、本発明が利用する音声取得装置10の一実施形態のハードウェア構成図である。 Here, the hardware configuration of the voice capture device 10 will be described with reference to Figure 13. Figure 13 is a hardware configuration diagram of one embodiment of the voice capture device 10 used in the present invention.

図13に示されるとおり、音声取得装置10は、構成要素として、音声取得部1001、記憶部1002、制御部1003を備えうる。それぞれの構成要素は、例えばデータの伝送路としてのバスで接続されている。 As shown in FIG. 13, the voice capture device 10 may include, as its components, a voice capture unit 1001, a memory unit 1002, and a control unit 1003. These components are connected, for example, by a bus serving as a data transmission path.

音声取得部1001は、音声を取得する。音声取得部1001は、例えばマイクロフォン等により実現されうる。 The voice acquisition unit 1001 acquires voice. The voice acquisition unit 1001 can be realized, for example, by a microphone.

記憶部1002は、音声取得部1001が取得した音声を音声データとして記憶する。記憶部1002は、例えばHDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)等を利用することにより実現されうる。 The storage unit 1002 stores the audio acquired by the audio acquisition unit 1001 as audio data. The storage unit 1002 can be realized by using, for example, an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).

制御部1003は、音声取得装置10のそれぞれの構成要素を制御する。制御部1003は、例えばマイクロコンピュータにより実現されうる。 The control unit 1003 controls each component of the voice capture device 10. The control unit 1003 can be realized, for example, by a microcomputer.

図示を省略するが、音声取得装置10は、現在位置取得部を備えていてもよい。この位置情報取得部は、外部からの取得信号に基づいて音声取得装置10の現在位置を検知する機能を有する。具体的には、位置情報取得部は、例えばGPS(Global Positioning System)測位部により実現され、GPS衛星からの電波を受信して、位置情報取得部が存在している位置を検知する。あるいは、位置情報取得部は、GPSの他、例えばWi-Fi(登録商標)、携帯電話・PHS・スマートフォン等との送受信、または近距離通信等により位置を検知するものであってもよい。 Although not shown in the figures, the voice capture device 10 may also include a current location acquisition unit. This location information acquisition unit has the function of detecting the current location of the voice capture device 10 based on an externally acquired signal. Specifically, the location information acquisition unit is realized, for example, by a GPS (Global Positioning System) positioning unit, and receives radio waves from GPS satellites to detect the location of the location information acquisition unit. Alternatively, the location information acquisition unit may detect the location using a method other than GPS, such as Wi-Fi (registered trademark), transmission and reception with a mobile phone, PHS, smartphone, etc., or short-range communication.

図示を省略するが、音声取得装置10は、通信インタフェースを備えていてもよい。音声取得装置10が取得した音声データや位置情報等が、この通信インタフェースを介して、音源位置推定装置20に送信されうる。 Although not shown in the figure, the voice capture device 10 may be equipped with a communication interface. Voice data, position information, etc. captured by the voice capture device 10 can be transmitted to the sound source position estimation device 20 via this communication interface.

音源位置推定装置20のハードウェアは、第1の実施形態において説明したコンピュータ50のハードウェアと同じでもよい。そのため、再度の詳細な説明は省略する。 The hardware of the sound source localization device 20 may be the same as the hardware of the computer 50 described in the first embodiment. Therefore, a detailed description will not be repeated.

なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。 Please note that the effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also be present.

<4.実施例>
<(1)鳴き声の種別の判定>
図1に示されるとおり、オオタカの営巣地が存在することが推測される位置の周辺の16地点に、ICレコーダー(SONY製、ICD-UX560F)を配置した。それぞれのICレコーダーの録音形式は、サンプリング周波数が44.1kHz、量子化ビット数が16、チャンネル数が2のリニアPCMとした。
4. Examples
<(1) Identifying the type of call>
As shown in Figure 1, IC recorders (Sony ICD-UX560F) were placed at 16 locations around suspected goshawk nesting sites. The recording format for each IC recorder was linear PCM with a sampling frequency of 44.1 kHz, quantization bit rate of 16, and two channels.

録音された複数の音声データのうち、図1における地点10に配置されたICレコーダーが録音した音声データにおいて、特定の時間帯(平成30年7月9日AM6~8時)において、オオタカの鳴き声が特に明瞭かつ高頻度で確認された。そのため、この時間帯の音声データから、図7に示されるような音声フレームを抽出した。さらに、例えば種別「成鳥(警戒)」のように鳴き声が連続している場合には、複数の音声フレームから成る音声セグメントも抽出した。 Of the multiple audio data recorded, in the audio data recorded by the IC recorder placed at point 10 in Figure 1, the calls of the Northern Goshawk were confirmed particularly clearly and frequently during a specific time period (6:00 AM to 8:00 AM on July 9, 2018). Therefore, audio frames such as those shown in Figure 7 were extracted from the audio data during this time period. Furthermore, in cases where the calls were continuous, such as in the case of the species "adult bird (alert)," audio segments consisting of multiple audio frames were also extracted.

音声フレームに基づいて、音声データから抽出したデータ数は、種別「成鳥(警戒)」が119件、種別「成鳥(餌乞)」が179件、種別「幼鳥」が426件であり、合計724件であった。 Based on the audio frames, the number of pieces of data extracted from the audio data was 119 for the species "adult bird (alert)," 179 for the species "adult bird (begging)," and 426 for the species "young bird," for a total of 724 pieces.

あわせて、この時間帯の音声データに基づいて周波数分析(FFT分析)を行い、図6に示されるスペクトログラムを作成した。作成したスペクトログラムの特徴を得るため、上記の式(7)に示される畳み込み積分を行った。畳み込み積分に用いるカーネルは、水平線を検出するカーネルV1(-1、-1、-1、2、2、2、-1、-1、-1)、左対角線を検出するカーネルV2(2、-1、-1、-1、2、-1、-1、-1、2)、及び平滑化するカーネルV5の5つのパターンを用いた。 Frequency analysis (FFT analysis) was also performed based on the audio data from this time period, creating the spectrogram shown in Figure 6. To obtain the characteristics of the created spectrogram, the convolution shown in equation (7) above was performed. Five kernel patterns were used for the convolution: kernel V1 (-1, -1, -1, 2, 2, 2, -1, -1, -1) for detecting horizontal lines, kernel V2 (2, -1, -1, -1, 2, -1, -1, -1, 2) for detecting left diagonal lines, and kernel V5 for smoothing.

次に、プーリング処理によって、スペクトログラムである画像データのサイズを11×33ピクセルに縮小した。 Next, the size of the spectrogram image data was reduced to 11 x 33 pixels using a pooling process.

次に、スペクトログラムに含まれている鳴き声の種別を判定した。判定には、機械学習モデルの一例である決定木モデルを用いた。決定木モデルの目的変数として、オオタカの巣内育雛期に確認される鳴き声の3つの種別「成鳥(警戒)」「成鳥(餌乞)及び「幼鳥」を用いた。決定木モデルの説明変数として、畳み込み積分及びプーリング処理を行った後の画像データにおけるピクセル毎の値を用いた。 Next, the type of calls contained in the spectrogram was determined. A decision tree model, an example of a machine learning model, was used to make the determination. The objective variables of the decision tree model were three types of calls heard during the in-nest brooding period of goshawks: "adult bird (alert)," "adult bird (begging)," and "juvenile." The explanatory variables of the decision tree model were the values for each pixel in the image data after convolution and pooling processes.

音声データから抽出したデータ724件のうち半数の362件を学習用データとして用い、残りの半数の362件を検証用データとして用いた。学習用データを教師データとして、決定木モデルに学習させた。 Of the 724 pieces of data extracted from the audio data, half (362 pieces) were used as training data, and the other half (362 pieces) were used as validation data. The training data was used as training data to train a decision tree model.

学習済みモデルである決定木モデルによる判定結果の適合率(正解率)qを、上記の式(8)で求めた結果について図14を参照しつつ説明する。図14は、本発明の一実施形態に係る学習済みモデルの検証結果を示す図である。図14Aは、学習用データを用いた検証結果である。図14Bは、検証用データを用いた検証結果である。 The precision (accuracy rate) q of the judgment results using the trained decision tree model will be explained with reference to Figure 14, where the result is calculated using the above equation (8). Figure 14 shows the verification results of a trained model according to one embodiment of the present invention. Figure 14A shows the verification results using training data. Figure 14B shows the verification results using verification data.

図14A及び図14Bのそれぞれにおいて、横方向に並んでいる項目は、決定木モデルが判定した鳴き声の種別である。縦方向に並んでいる項目は、正しい(実際の)鳴き声の種別である。 In both Figures 14A and 14B, the items arranged horizontally are the types of calls determined by the decision tree model. The items arranged vertically are the correct (actual) types of calls.

図14Aに示されるとおり、例えば種別「成鳥(警戒)」については、決定木モデルが「成鳥(警戒)」と判定したデータ数51件のうち46件は正しい種別であった。このとき、判定の適合率(正統率)は、上記の式(8)で求めると、約90.2%となった。同様に、種別「成鳥(餌乞)」については適合率が87.5%となり、種別「幼鳥」については適合率が約83.4%となった。学習用データは学習に用いられた教師データであるため、適合率は高くなった。 As shown in Figure 14A, for example, for the species "adult bird (alert)", the decision tree model determined that 46 of the 51 pieces of data were "adult bird (alert)", which were the correct species. In this case, the precision rate (correctness rate) of the determination, calculated using equation (8) above, was approximately 90.2%. Similarly, the precision rate for the species "adult bird (begging)" was 87.5%, and for the species "juvenile bird" it was approximately 83.4%. The precision rate was high because the training data was the training data used for learning.

検証用データを用いた検証結果である図14Bを参照すると、種別「成鳥(警戒)」については適合率が約67.9%となり、種別「成鳥(餌乞)」については適合率が約53.0%となり、種別「幼鳥」については適合率が約77.4%となった。 Referring to Figure 14B, which shows the results of the verification using the verification data, the precision rate for the species "adult bird (alert)" was approximately 67.9%, the precision rate for the species "adult bird (begging)" was approximately 53.0%, and the precision rate for the species "juvenile bird" was approximately 77.4%.

本実施例では、種別「成鳥(警戒)」及び「幼鳥」についての適合率が特に高くなった。 In this example, the matching rate was particularly high for the species "adult bird (alert)" and "juvenile bird."

<(2)鳴き声による位置の推定>
16地点における全ての時間帯の音声データについて、高速フーリエ変換(FFT)による高速フーリエ変換(FFT)による周波数分析を行った。次に、ノイズを除去するため、オオタカの鳴き声の主音域である1.0~6.5kHz以外の周波数帯のパワー値をゼロとした。
(2) Estimating location based on bird calls
The sound data from all 16 locations and all time periods were subjected to frequency analysis using a fast Fourier transform (FFT). Next, to remove noise, the power values of frequency bands other than 1.0 to 6.5 kHz, the main frequency range of the goshawk's call, were set to zero.

次に、オオタカの鳴き声を抽出するために、作成されたスペクトログラムを走査しながら、畳み込み積分及びプーリング処理を行った後のピクセル毎の値を説明変数として決定木モデルに入力した。なお、種別「成鳥(警戒)」はセグメント毎に抽出したため、連続するセグメントをまとめて音声フレームとして集約した。 Next, to extract the goshawk's call, the created spectrogram was scanned, and the values for each pixel after convolution and pooling were input into a decision tree model as explanatory variables. Note that the species "adult bird (alert)" was extracted for each segment, so consecutive segments were aggregated together as an audio frame.

次に、逆高速フーリエ変換(逆FFT)を行って音声データに復元して、上記の式(1)を用いてオオタカの鳴き声の音圧レベルを算出した。 Next, an inverse fast Fourier transform (inverse FFT) was performed to restore the audio data, and the sound pressure level of the goshawk's call was calculated using equation (1) above.

最後に、上記の式(2)~(6)を用いて、音源位置を推定した。推定結果について図15及び図16を参照しつつ説明する。図15及び図16は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を説明するための図である。図15は、コンピュータが推定した結果であり、図16は、人間が現地調査をした結果である。なお、図16において楕円形で示されている位置は、オオタカの鳴き声が確認された位置である。 Finally, the sound source position was estimated using the above equations (2) to (6). The estimation results will be explained with reference to Figures 15 and 16. Figures 15 and 16 are diagrams for explaining the estimation results obtained by a sound source position estimation method according to one embodiment of the present invention. Figure 15 shows the results of a computer estimation, while Figure 16 shows the results of a human field survey. Note that the locations indicated by ovals in Figure 16 are locations where the calls of goshawks were confirmed.

図15に示されるとおり、鳴き声の種別毎に、推定された音源位置がプロットされている。また、営巣地の推定位置が星印でプロットされている。図16と比較すると、営巣地の位置が概ね一致している。 As shown in Figure 15, the estimated sound source locations are plotted for each type of call. The estimated locations of nesting sites are plotted with stars. When compared with Figure 16, the locations of the nesting sites are generally consistent.

なお、本発明によれば、巣外育雛期における幼鳥の行動範囲を時刻別に追跡することも可能である.このことについて図17、図18及び図19を参照しつつ説明する。図17、図18及び図19は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定方法による推定結果を示す図である。図17は、平成30年7月9日のAM6時~6時30分、図18は、同日のAM6時30分~7時、図19は、同日のAM7時~7時30分における音源位置の推定結果である。図17、図18及び図19に示されるとおり、推定された幼鳥の音源位置が経時的に移動していることがわかる。これにより、猛禽類の行動範囲の追跡が可能となる。 In addition, according to the present invention, it is also possible to track the activity range of young birds by time during the off-nest brooding period. This will be explained with reference to Figures 17, 18, and 19. Figures 17, 18, and 19 are diagrams showing the estimation results using a sound source location estimation method according to one embodiment of the present invention. Figure 17 shows the estimated sound source location from 6:00 AM to 6:30 AM on July 9, 2018, Figure 18 shows the estimated sound source location from 6:30 AM to 7:00 AM on the same day, and Figure 19 shows the estimated sound source location from 7:00 AM to 7:30 AM on the same day. As shown in Figures 17, 18, and 19, it can be seen that the estimated sound source location of young birds moves over time. This makes it possible to track the activity range of birds of prey.

なお、本発明は、以下のような構成をとることもできる。
[1]
コンピュータを利用して、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する方法であって、
複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する推定段階を少なくとも含む、音源位置推定方法。
[2]
前記音声取得位置の数が少なくとも4つであり、
前記推定段階が、4つの前記音声データのそれぞれに含まれる前記音圧レベルの前記減衰量を算出するための三元連立方程式を解くことにより前記音源位置を推定する、
[1]に記載の音源位置推定方法。
[3]
前記推定段階の前に、分析段階をさらに含んでおり、
前記分析段階が、前記音声データに含まれている前記鳴き声の種別を判定する、
[1]又は[2]に記載の音源位置推定方法。
[4]
前記分析段階において、前記鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、前記鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを用いて学習した学習モデルが、前記画像データを得て、前記種別を判定する、
[3]に記載の音源位置推定方法。
[5]
猛禽類の鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、該猛禽類の鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを取得する取得段階と、
前記教師データを用いて、前記画像データを入力とし、前記種別情報を出力とする学習モデルを生成する生成段階と、を少なくとも含む、
学習モデル生成方法。
[6]
複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる猛禽類の鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する推定部を少なくとも含んでいる、音源位置推定装置。
[7]
情報通信ネットワークを介して実現されており、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する音源位置推定システムであって、
複数の音声取得位置のそれぞれにおいて音声データを取得する音声取得装置と、
音源位置推定装置と、を少なくとも備えており、
前記音源位置推定装置が、前記音声取得装置が取得した音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する、音源位置推定システム。
The present invention can also be configured as follows.
[1]
A method for estimating the source location of a bird of prey call using a computer, comprising:
A sound source position estimation method comprising at least an estimation step of estimating the sound source position based on the sound pressure level of the bird's cry contained in sound data acquired at each of a plurality of sound acquisition positions, using an attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.
[2]
the number of audio capture locations is at least four;
the estimating step estimates the sound source position by solving simultaneous equations with three unknowns for calculating the attenuation amount of the sound pressure level included in each of the four pieces of audio data;
The sound source position estimation method according to [1].
[3]
further comprising an analysis step prior to said estimation step,
the analyzing step determines the type of the cry contained in the audio data;
The sound source position estimation method according to [1] or [2].
[4]
In the analysis step, a learning model trained using image data including information about the bird's cry and training data including information about the bird's cry type obtains the image data and determines the type.
The sound source position estimation method according to [3].
[5]
an acquisition step of acquiring image data including information about the calls of birds of prey and teacher data including type information of the calls of the birds of prey;
and a generation step of generating a learning model using the training data, the learning model having the image data as input and the type information as output.
Learning model generation method.
[6]
A sound source position estimation device including at least an estimation unit that estimates the sound source position based on the sound pressure level of the calls of birds of prey contained in sound data acquired at each of a plurality of sound acquisition positions, using the attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.
[7]
A sound source location estimation system that is realized via an information and communication network and estimates the sound source location of a bird of prey cry,
a voice capture device that captures voice data at each of a plurality of voice capture positions;
a sound source location estimation device;
A sound source position estimation system in which the sound source position estimation device estimates the sound source position based on the sound pressure level of the cry contained in the sound data acquired by the sound acquisition device, using the attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position.

S1 分析段階
S2 推定段階
S3 取得段階
S4 生成段階
10 音声取得装置
20 音源位置推定装置
30 情報通信ネットワーク
100 音源位置推定システム

S1 Analysis stage S2 Estimation stage S3 Acquisition stage S4 Generation stage 10 Speech acquisition device 20 Sound source localization device 30 Information and communication network 100 Sound source localization system

Claims (6)

コンピュータを利用して、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する方法であって、
音声データに含まれている前記鳴き声の種別を判定する分析段階と、
前記分析段階において判定された特定の種別の鳴き声について、少なくとも4つの音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる前記鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と前記音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を算出するための三元連立方程式を解くことにより前記音源位置を推定する推定段階と、を少なくとも含み、
前記分析段階において、前記鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、前記鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを用いて学習した学習モデルが、前記画像データを得て、前記種別を判定する、音源位置推定方法。
A method for estimating the source location of a bird of prey call using a computer, comprising:
an analysis step of determining the type of the call contained in the audio data;
and an estimation step of estimating the sound source position by solving a three-dimensional simultaneous equation for calculating an attenuation amount of the sound pressure level corresponding to a distance between the sound acquisition position and the sound source position, based on the sound pressure level of the sound included in the sound data acquired at each of at least four sound acquisition positions, for the specific type of sound determined in the analysis step.
A sound source location estimation method in which, in the analysis stage, a learning model trained using image data containing information about the bird cry and training data containing information about the bird cry type obtains the image data and determines the type.
前記猛禽類が、オオタカ又はフクロウである、
請求項1に記載の音源位置推定方法。
The bird of prey is a goshawk or an owl.
The sound source position estimation method according to claim 1 .
前記分析段階が、前記画像データに対してノイズを除去する処理と、畳み込み積分を行う処理とをさらに含む、
請求項1又は2に記載の音源位置推定方法。
the analyzing step further includes a process of removing noise from the image data and a process of performing a convolution integral.
The sound source position estimation method according to claim 1 or 2.
前記分析段階で判定された鳴き声の種別と、前記推定された音源位置に基づいて、前記猛禽類の営巣中心域又は行動範囲を特定することをさらに含む、
請求項1又は2に記載の音源位置推定方法。
The method further includes identifying a nesting center or a home range of the raptor based on the type of call determined in the analysis step and the estimated sound source location.
The sound source position estimation method according to claim 1 or 2.
複数の音声取得位置のそれぞれにおいて取得された音声データに含まれる猛禽類の鳴き声の音圧レベルに基づいて、前記音声取得位置と音源位置との距離に対応した前記音圧レベルの減衰量を用いて前記音源位置を推定する推定部と、
前記音声データに含まれる前記鳴き声の種別を判定する分析部と、を少なくとも含み、
前記分析部が、前記鳴き声に関する情報が含まれる画像データと、前記鳴き声の種別情報と、が含まれる教師データを用いて学習した学習モデルを用いて、前記画像データを得て、前記種別を判定し、
前記推定部が、前記分析部において判定された特定の種別の鳴き声について、少なくとも4つの前記音声取得位置における4つの前記音声データのそれぞれに含まれる前記音圧レベルの前記減衰量を算出するための三元連立方程式を解くことにより前記音源位置を推定する、音源位置推定装置。
an estimation unit that estimates the sound source position based on the sound pressure level of the bird of prey call included in the sound data acquired at each of a plurality of sound acquisition positions, using an attenuation amount of the sound pressure level corresponding to the distance between the sound acquisition position and the sound source position;
an analysis unit that determines the type of the bird cry included in the audio data,
the analysis unit obtains the image data and determines the type using a learning model trained using image data including information about the cry and training data including information about the type of the cry;
A sound source position estimation device, wherein the estimation unit estimates the sound source position by solving a ternary simultaneous equation to calculate the attenuation amount of the sound pressure level contained in each of the four sound data at at least four sound acquisition positions for the specific type of call determined by the analysis unit.
情報通信ネットワークを介して実現されており、猛禽類の鳴き声の音源位置を推定する音源位置推定システムであって、
複数の音声取得位置のそれぞれにおいて音声データを取得する音声取得装置と、
音源位置推定装置と、を少なくとも備えており、
前記音源位置推定装置が、請求項に記載の音源位置推定装置である、音源位置推定システム。
A sound source location estimation system that is realized via an information and communication network and estimates the sound source location of a bird of prey cry,
a voice capture device that captures voice data at each of a plurality of voice capture positions;
a sound source location estimation device;
A sound source localization system, wherein the sound source localization device is the sound source localization device according to claim 5 .
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