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1. (WO2018047805) DISPOSITIF D'ESTIMATION DE LA VITESSE D'UNE SOURCE SONORE MOBILE, SYSTÈME DE SURVEILLANCE DE LA VITESSE, PROCÉDÉ D'ESTIMATION DE LA VITESSE D'UNE SOURCE SONORE MOBILE, ET SUPPORT DE STOCKAGE DANS LEQUEL EST STOCKÉ UN PROGRAMME D'ESTIMATION DE LA VITESSE D'UNE SOURCE SONORE MOBILE
Document

明 細 書

発明の名称 移動音源速度推定装置、速度監視システム、移動音源速度推定方法、および移動音源速度推定用プログラムが記憶された記憶媒体

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

非特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103  

符号の説明

0104  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

明 細 書

発明の名称 : 移動音源速度推定装置、速度監視システム、移動音源速度推定方法、および移動音源速度推定用プログラムが記憶された記憶媒体

技術分野

[0001]
 本発明は、音源の移動速度を推定する移動音源速度推定装置、速度監視システム、移動音源速度推定方法、および移動音源速度推定用プログラムに関する。

背景技術

[0002]
 音源から発せられ、マイクロフォンに入力された音に基づいて、当該音源の移動速度を推定する方法がある。
[0003]
 非特許文献1に記載されている方法では、音源が移動している場合に、音源から発せられた音の周波数と受音位置で観測された音の周波数との間にはドップラー効果による差異が生じることが利用されて、音源の移動速度が推定される。すなわち、非特許文献1に記載されている方法では、音源の移動速度に応じて観測された音の周波数が時間的に変化することが利用される。
[0004]
 具体的には、当該方法では、観測された音が周波数解析されて、音の周波数成分のうち振幅が最大の周波数であるピーク周波数が抽出される。そして、抽出されたピーク周波数の時間変化に基づいて、ドップラー効果による周波数の変化と移動速度との公知の関係式が利用されて、移動速度が推定される。

先行技術文献

非特許文献

[0005]
非特許文献1 : 土肥、廣江、加来、“高速移動体上の騒音発生源の同定 -ドップラー効果を利用した位置推定方法について-”、日本音響学会研究発表会講演論文集、一般社団法人日本音響学会、1997年、第2号、p.663-664

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかし、非特許文献1に記載されている方法は、信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)の値が小さい場合や、音のピーク周波数が明確でない場合に、ピーク周波数を適切に算出できず、移動音源の速度を精度よく推定することができない。なお、ピーク周波数が明確でない音には、例えば、自動車の走行音などのように周波数成分が広帯域に亘る音がある。
[0007]
 本発明の目的は、上述の課題を解決し、ピーク周波数が明確でない音に基づいて、移動音源の速度を適切に推定することができる移動音源速度推定装置、速度監視システム、移動音源速度推定方法、および移動音源速度推定用プログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明による移動音源速度推定装置は、音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じたスペクトログラムを示すスペクトログラムテンプレート情報が格納されたモデル格納手段と、音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成する周波数解析手段と、モデル格納手段に格納されているスペクトログラムテンプレート情報が示す複数のスペクトログラムと、周波数解析手段が生成したスペクトログラムとに基づいて、音源の移動速度を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする。
[0009]
 本発明による速度監視システムは、複数の、いずれかの態様の移動音源速度推定装置と、推定手段による推定結果の移動速度の値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する異常検出手段とを備えたことを特徴とする。
[0010]
 本発明による移動音源速度推定方法は、音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成し、音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じた複数のスペクトログラムと、生成したスペクトログラムとに基づいて、入力された音信号に応じた音を発した音源の移動速度を推定することを特徴とする。
[0011]
 本発明による移動音源速度推定用プログラムは、コンピュータに、音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成する周波数解析処理と、音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じた複数のスペクトログラムと、周波数解析処理で生成したスペクトログラムとに基づいて、入力された音信号に応じた音を発した音源の移動速度を推定する推定処理とを実行させることを特徴とする。

発明の効果

[0012]
 本発明によれば、ピーク周波数が明確でない音に基づいて、移動音源の速度を適切に推定することができる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 第1の実施形態の移動音源速度推定装置の構成例を示すブロック図である。
[図2] 第2の実施形態の移動音源速度推定装置の構成例を示すブロック図である。
[図3] 第2の実施形態の移動音源速度推定装置の動作を示すフローチャートである。
[図4] 第3の実施形態の移動音源速度推定装置の構成例を示すブロック図である。
[図5] 第3の実施形態の移動音源速度推定装置の動作を示すフローチャートである。
[図6] 第4の実施形態の速度検出装置の構成例を示すブロック図である。
[図7] 第4の実施形態の速度検出装置の動作を示すフローチャートである。
[図8] 第5の実施形態の速度監視システムの構成例を示すブロック図である。
[図9] 第5の実施形態の速度監視システムの動作を示すフローチャートである。
[図10] 第6の実施形態の速度検出システムの構成例を示すブロック図である。
[図11] 第6の実施形態の速度検出システムの動作を示すフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0014]
 実施形態1.
 第1の実施形態の移動音源速度推定装置100について、図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態の移動音源速度推定装置100の構成例を示すブロック図である。
[0015]
 図1に示すように、移動音源速度推定装置100は、周波数解析部101と、モデル格納部102と、推定部103とを含む。
[0016]
 周波数解析部101は、音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成する。
[0017]
 モデル格納部102には、音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じたスペクトログラムを示すスペクトログラムテンプレート情報が格納されている。
[0018]
 推定部103は、周波数解析部101が生成したスペクトログラムと、モデル格納部102に格納されているスペクトログラムテンプレート情報が示す複数のスペクトログラムとに基づいて、音源の移動速度を推定する。
[0019]
 本実施形態によれば、音源によって発せられた音の時間変化を周波数スペクトログラムによって周波数構造全体の変化としてとらえるので、ピーク周波数のみの時間変化をとらえる方法よりも外乱による性能劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、ピーク周波数が明確でない音の音源の移動速度をより精度よく適切に推定することができる。
[0020]
 実施形態2.
 第2の実施形態の移動音源速度推定装置200について、図面を参照して説明する。図2は、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200の構成例を示すブロック図である。移動音源速度推定装置200は、入力された音信号の変化に基づいて、当該音信号に対応する音の発生源(音源ともいう)の移動速度を算出する。図2に示すように第2の実施形態の移動音源速度推定装置200は、周波数解析部201、モデル格納部202、および推定部203を含む。なお、周波数解析部201および推定部203は、例えば、プログラム制御に従って処理を実行するCPU(Central Processing Unit)や複数の回路によって実現される。また、モデル格納部202は、例えば、ハードディスクやメモリ等の記憶手段によって実現される。
[0021]
 周波数解析部201は、入力された音信号を周波数解析して周波数スペクトログラムを算出する。なお、音信号は、例えば、マイクロフォン(図示せず)に入力された音が電気信号に変換されて生成され、周波数解析部201に入力される。
[0022]
 モデル格納部202には、速度情報と周波数スペクトログラムテンプレート情報とが格納されている。なお、速度情報は、例えば、移動音源速度推定装置200に入力される音信号に対応する音源に想定される複数の移動速度のそれぞれを示す情報である。具体的には、例えば、速度情報は、10km/h~180km/hの間の値のうち、1の位が0である値の速度(移動速度)をそれぞれ示す情報である。
[0023]
 また、周波数スペクトログラムテンプレート情報は、例えば、速度情報が示す各移動速度で音源が移動した場合に観測される音信号の周波数パターンの時間変化を、各移動速度に応じたフレームの周波数スペクトログラムによってそれぞれ示す情報である。具体的には、周波数スペクトログラムテンプレート情報には、例えば、10km/hに応じたフレームの周波数スペクトログラムや120km/hに応じたフレームの周波数スペクトログラムが含まれている。
[0024]
 推定部203は、周波数解析部201が算出した周波数スペクトログラムと、モデル格納部202に格納されている速度情報および周波数スペクトログラムテンプレート情報とに基づいて、音源の移動速度を推定する。
[0025]
 各部についてより詳細に説明する。
[0026]
 周波数解析部201は、音信号x(t)が入力された場合に、周波数スペクトログラムX(k,l)を算出する。ここで、音信号x(t)において、tは時間を示す変数である。周波数スペクトログラムX(k,l)において、kは周波数ビン数を示し、lは時間フレーム数を示す。そして、周波数スペクトログラムX(k,l)は、周波数ビン数がkであり時間フレーム数がlである場合における周波数スペクトログラムの強度数値データを要素とするk×l行列である。
[0027]
 また、x(t)は、例えば、マイクロフォン等が、入力された音を電気信号に変換したアナログ信号をA-D(Analog to Digital)変換して得られたデジタル信号であってもよい。
[0028]
 周波数解析部201は、周波数スペクトログラムX(k,l)を算出するために、例えば、x(t)に短時間フーリエ変換の処理を施した後に周波数のフィルタバンクにおける処理を施したり、x(t)にウェーブレット変換の処理や定Qウェーブレット変換を施したりしてもよい。
[0029]
 なお、時間フレーム数lは、例えば、所定の時間幅(例えば、音源がマイクロフォンにもっとも近づいたときの前後1秒の間。1秒よりも長くてもよいし短くてもよい。)におけるフレーム数である。
[0030]
 モデル格納部202には、周波数スペクトログラムテンプレート情報として、周波数f_sの音を発しながら速度vで移動している音源から発せられた音の周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)が格納されている。具体的には、モデル格納部202に格納されている周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)は、例えば、周波数f_sの音を発しながら各速度vで移動する音源から発せられた音の、所定の時間幅(例えば、2秒間。2秒間よりも長くてもよいし、短くてもよい。)のドップラー効果による周波数の変化を示す周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)をテンプレートとしたものである。
[0031]
 ここで、音速をc、音源の移動速度をv、音源から発せられた音の周波数(音源周波数ともいう)をf0とした場合に、マイクロフォン等によって収録された音の周波数(収録周波数ともいう)f1は、ドップラー効果に基づき以下に示す式(1)によって表される。
[0032]
 f1=(c/(c-v))×f0・・・(1)
 式(1)では、収録周波数f1の値が、音源周波数f0とc/(c-v)との積で表される。したがって、音源周波数f0の値に応じて収録周波数f1の変化の度合いが異なってしまう。
[0033]
 例えば、音速cが330m/sであり、音源の移動速度vが30m/sである場合に、cの値およびvの値を式(1)に代入すると、収録周波数f1は、
 f1=1.1×f0・・・(2)
から算出される。
[0034]
 したがって、音源周波数f0が1000Hzである場合の収録周波数f1は1100Hzであると算出される。よって、収録周波数f1は音源周波数f0から100Hz変化したことになる。また、音源周波数f0が2000Hzである場合の収録周波数f1は2200Hzであると算出される。よって、収録周波数f1は音源周波数f0から200Hz変化したことになる。これらのことから、音源周波数f0の値に応じて収録周波数f1の変化の度合いが異なってしまうことがわかる。したがって、音源の移動速度を精度よく推定するために、周波数スペクトログラムテンプレートは、音源周波数ごとに用意される必要がある。よって、モデル格納部202には、音源周波数f_s(f_sは、例えば、100Hz~20000Hzの間における100Hz間隔の周波数)に応じた周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)が格納されている。
[0035]
 推定部203は、周波数スペクトログラムX(k,l)と周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)とに基づいて、音源の移動速度vを推定する。具体的には、推定部203は、まず、以下の式(3)を用いて周波数スペクトログラムX(k,l)と周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)との類似度Z_vを計算する。
類似度Z_v=max f_sΣ Σ {X(k,l)×Y_v(k,l,f_s)}・・・(3)
 なお、推定部203は、音源周波数f_sを変化させて、類似度Z_vの値が最大になったvの値を音源の移動速度vの推定結果とする。つまり、推定部203は、音源周波数fをシフトさせながら、類似度Z_vを算出し、算出結果の値が最大となったときのvの値を音源の移動速度vの推定結果とする。
[0036]
 次に、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200の動作について説明する。図3は、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200の動作を示すフローチャートである。
[0037]
 図3に示すように、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200において、周波数解析部201が、音信号x(t)が入力された場合に、周波数スペクトログラムX(k,l)を算出する(ステップS101)。
[0038]
 そして、推定部203が、周波数スペクトログラムX(k,l)とモデル格納部202に格納されている周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l,f_s)とに基づいて、音源の移動速度vを推定する(ステップS102)。
[0039]
 本実施形態によれば、移動する音源の音源周波数f0のパターンの時間変化を周波数スペクトログラムによって周波数構造全体の変化としてとらえるので、非特許文献1に記載されている技術のようにピーク周波数のみの時間変化をとらえる方法よりも外乱による性能劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、ピーク周波数が明確でない音の音源の移動速度をより精度よく推定することができる。
[0040]
 実施形態3.
 第3の実施形態の移動音源速度推定装置300について、図面を参照して説明する。図4は、第3の実施形態の移動音源速度推定装置300の構成例を示すブロック図である。移動音源速度推定装置300は、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200と同様に、入力された音信号の変化に基づいて、音源の移動速度を算出する。なお、移動音源速度推定装置300は、対数周波数スペクトログラムを用いる点で、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200と異なる。
[0041]
 図4に示すように第3の実施形態の移動音源速度推定装置300は、周波数解析部301、モデル格納部302、および推定部303を含む。なお、周波数解析部301および推定部303は、例えば、プログラム制御に従って処理を実行するCPUや複数の回路によって実現される。また、モデル格納部302は、例えば、ハードディスクやメモリ等の記憶手段によって実現される。
[0042]
 周波数解析部301は、入力された音信号を周波数解析して対数周波数スペクトログラムを算出する。なお、音信号は、例えば、マイクロフォン(図示せず)に入力された音が電気信号に変換されて生成され、周波数解析部301に入力される。
[0043]
 モデル格納部302には、速度情報と対数周波数スペクトログラムテンプレート情報とが格納されている。なお、速度情報は、例えば、移動音源速度推定装置300に入力される音信号に対応する音源に想定される複数の移動速度のそれぞれを示す情報である。具体的には、例えば、速度情報は、10km/h~180km/hの間の値のうち、1の位が0である値の速度(移動速度)をそれぞれ示す情報である。
[0044]
 また、対数周波数スペクトログラムテンプレート情報は、例えば、速度情報が示す各移動速度で音源が移動した場合に観測される音信号の周波数パターンの時間変化を、各移動速度に応じたフレームの対数周波数スペクトログラムによってそれぞれ示す情報である。具体的には、対数周波数スペクトログラムテンプレート情報には、例えば、10km/hに応じたフレームの対数周波数スペクトログラムや120km/hに応じたフレームの対数周波数スペクトログラムが含まれている。
[0045]
 推定部303は、周波数解析部301が算出した対数周波数スペクトログラムと、モデル格納部302に格納されている速度情報および対数周波数スペクトログラムテンプレート情報とに基づいて、音源の移動速度を推定する。
[0046]
 各部についてより詳細に説明する。
[0047]
 周波数解析部301は、音信号x(t)が入力された場合に、対数周波数スペクトログラムX(k,l)を算出する。ここで、音信号x(t)において、tは時間を示す変数である。対数周波数スペクトログラムX(k,l)において、kは周波数ビン数を示し、lは時間フレーム数を示す。そして、対数周波数スペクトログラムX(k,l)は、周波数ビン数がkであり時間フレーム数がlである場合における対数周波数スペクトログラムの強度数値データを要素とするk×l行列である。
[0048]
 また、x(t)は、例えば、マイクロフォン等が、入力された音を電気信号に変換したアナログ信号をA-D変換して得られたデジタル信号であってもよい。
[0049]
 周波数解析部301は、対数周波数スペクトログラムX(k,l)を算出するために、例えば、x(t)に短時間フーリエ変換の処理を施した後に対数周波数のフィルタバンクにおける処理を施したり、x(t)にウェーブレット変換の処理や定Qウェーブレット変換を施したりしてもよい。
[0050]
 なお、時間フレーム数lは、例えば、所定の時間幅(例えば、音源がマイクロフォンにもっとも近づいたときの前後1秒の間。1秒よりも長くてもよいし短くてもよい。)におけるフレーム数である。
[0051]
 モデル格納部302には、対数周波数スペクトログラムテンプレート情報として、速度vで移動している音源から発せられた音の対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)が格納されている。具体的には、モデル格納部302に格納されている対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)は、例えば、各速度vで移動する音源から発せられた音の、所定の時間幅(例えば、2秒間。2秒間よりも長くてもよいし、短くてもよい。)の周波数の変化を示す対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)をテンプレートとしたものである。
[0052]
 ここで、音速をc、音源の移動速度をv、音源周波数をf0とした場合に、マイクロフォン等によって収録された音の周波数(収録周波数)f1は、ドップラー効果に基づき、前述したように式(1)によって表される。
[0053]
 すると、前述したように、式(1)では、収録周波数f1の値が、音源周波数f0とc/(c-v)との積で表される。したがって、前述したように、音源周波数f0の値に応じて収録周波数f1の変化の度合いが異なってしまうことがわかる。そうすると、音源の移動速度を精度よく推定することができない。
[0054]
 そこで、本例では対数周波数が用いられる。対数周波数が用いられる場合に、音源周波数f0と収録周波数f1との関係は、ドップラー効果に基づき以下に示す式(4)によって表される。
log(f1)=log(c/(c-v)×f0)・・・(4)
 式(4)はさらに、以下のように表される。
log(f1)=log(c)―log(c-v)+log(f0)・・・(5)
 式(5)に示すように、音源の移動によるドップラー効果に関係する項は、上記関係式(式(5))のうち移動音源速度vに関係する第2項(除算項)である
―log(c-v)
のみである。
[0055]
 したがって、収録周波数の対数値log(f1)の変化の度合いは、音源周波数f0の値の変化によらず、速度vの変化の度合いのみに基づいて決定される。よって、モデル格納部302には、速度vの変化が考慮された対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)が格納されていればよい。すると、音源の移動速度vに応じた収録周波数f1の変化を示す対数周波数スペクトログラムを音源周波数f0ごとに格納する場合に比べて、モデル格納部302をより少ない記憶容量にすることができ、メモリコストをより低減させることができる。
[0056]
 推定部303は、対数周波数スペクトログラムX(k,l)と対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)とに基づいて、音源の移動速度vを推定する。具体的には、推定部303は、まず、以下の式(4)を用いて対数周波数スペクトログラムX(k,l)と対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)との類似度Z_vを計算する。
類似度Z_v=max Σ Σ {X(k,l)×Y_v(k-n,l)}・・・(6)
 なお、推定部303は、nを0からkまで変化させて、類似度Z_vの値が最大になったvの値を音源の移動速度vの推定結果とする。つまり、推定部303は、周波数ビンをシフトさせながら、類似度Z_vを算出し、算出結果の値が最大となったときのvの値を音源の移動速度vの推定結果とする。
[0057]
 ここで、推定部303は、X(k,l)とY_v(k-n,l)との積を算出する場合に、Y_v(k-n,l)の周波数ビン数であるkをnだけシフトさせたY_v(k-n,l)を用いる。すると、nの値が0である場合には、周波数ビンがシフトをしていないY_v(k,l)と等しくなり、nの値が1である場合には周波数ビンが1ビンシフトしたものとなる。
[0058]
 次に、第3の実施形態の移動音源速度推定装置300の動作について説明する。図5は、第3の実施形態の移動音源速度推定装置300の動作を示すフローチャートである。
[0059]
 図5に示すように、第3の実施形態の移動音源速度推定装置300において、周波数解析部301が、音信号x(t)が入力された場合に、対数周波数スペクトログラムX(k,l)を算出する(ステップS201)。
[0060]
 そして、推定部303が、対数周波数スペクトログラムX(k,l)とモデル格納部302に格納されている対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)とに基づいて、音源の移動速度vを推定する(ステップS202)。
[0061]
 本実施形態によれば、推定部303が、音源の移動速度の推定に、対数周波数スペクトログラムX(k,l)を用いるので、音源周波数f0が1000Hzである場合と2000Hzである場合とで、速度vで移動している音源から発せられて収録された音の周波数変化を同様に扱うことができる。また、推定部303が、式(4),(5)において、音源周波数f0の変化を周波数ビンのシフトとして扱うことができる。したがって、類似度Z_vの算出式である式(6)では、推定部303が、周波数ビンをnだけシフトさせ、その最大値をmax で取り出すという演算を行うことで、X(k,l)の算出に用いられた音源の音源周波数f0にかかわらず、音源の移動速度vのみが考慮された対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k,l)を用いて音源の移動速度を推定する。
[0062]
 したがって、本実施形態によれば、音源の移動速度vによる収録周波数f1の変化の様子を音源周波数f0ごとに格納する場合に比べて、モデル格納部302に格納されるテンプレートの数を少なくすることができ、メモリコストを低減することができる。具体的には、例えば、モデル格納部302に要する費用を低減することができる。
[0063]
 また、本実施形態において、周波数ビンをずらしながら、対数周波数スペクトログラムX(k,l)と対数周波数スペクトログラムテンプレートY_v(k-n,l)との類似度Z_vを算出する処理は、推定部303が、周波数軸上でFFT(Fast Fourier Transform)の処理を行うことで処理を高速化することができ、他の方法に比べて演算コストを低減することができる。
[0064]
 したがって、本実施形態によれば、対数周波数スペクトログラムに基づき、音源から発せられた音の周波数に依存しないテンプレートが用いられて処理が行われるので、メモリコスト、および演算コストを低減することができる。よって、本実施形態によれば、低メモリコストと低演算コストとを両立させることができる。
[0065]
 本実施形態によれば、移動する音源の音源周波数f0のパターンの時間変化を対数周波数スペクトログラムによって周波数構造全体の変化としてとらえるので、非特許文献1に記載されている技術のようにピーク周波数のみの時間変化をとらえる方法よりも外乱による性能劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、第2の実施形態と同様に、ピーク周波数が明確でない音の音源の移動速度をより精度よく推定することができる。
[0066]
 実施形態4.
 次に、第4の実施形態について、図面を参照して説明する。図6は、第4の実施形態の速度検出装置400の構成例を示すブロック図である。図6に示すように、第4の実施形態の速度検出装置400は、移動音源検知部401と速度推定部402とを含む。
[0067]
 速度推定部402は、例えば、第1の実施形態の移動音源速度推定装置100や、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200、第3の実施形態の移動音源速度推定装置300である。
[0068]
 移動音源検知部401は、音信号x_o(t)に基づいて、移動する音源があることを検知し、移動する音源から発せられた音に応じた信号が含まれる時間帯の音信号x_o(t)を切りだした移動音源信号x(t)を速度推定部402に入力する。ここで、tは時間を示す変数である。移動する音源の検知には、例えば、信号パワーのピークに基づき検知する方法がある。具体的には、例えば、移動音源検知部401は、音信号x_o(t)の振幅が最大になる時間帯の音信号x_o(t)を切り出した移動音源信号x(t)を速度推定部402に入力する。
[0069]
 すなわち、移動音源検知部401は、所定の時間幅(例えば、5秒間。5秒間よりも短くてもよいし、長くてもよい。)毎に切り取った音信号x_o(t)において、振幅が最大となる時間t_oを算出する。移動音源検知部401は、例えば、以下に示す式(7)を用いて時間t_oを算出する。
[0070]
 時間t_o=argmax_t|x_o(t)|^2・・・(7)
 音源が定常音を発しながら移動している場合、音源がマイクロフォンの近傍にあるとき、つまりもっとも近づいたときに音信号x_o(t)の信号パワーが最大になる。また、音源がマイクロフォンの最近傍を通過するときに、収録周波数が最も大きく変化する。したがって、信号パワーが最大である時間t_oを含む時間帯の音信号x_o(t)である移動音源信号x(t)が第1の実施形態の移動音源速度推定装置100、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200および第3の実施形態の移動音源速度推定装置300による音源の移動速度の推定に適切な信号である。
[0071]
 所定の時間幅について説明する。所定の時間幅は、測定対象の音源に応じて適切に設定される。例えば、高速道路や自動車専用道路を走行している自動車の速度を推定する場合に、路肩に配置されたマイクロフォンの最近傍を自動車が通過する前後5秒程度の間の音信号x_o(t)が用いられることが望ましい。よって、そのような場合には、所定の時間幅に10秒が設定される。その他、測定対象の音源に応じて、例えば、時間t_oの前後1秒を含むように、所定の時間幅に2秒が設定されてもよい。
[0072]
 速度推定部402は、移動音源検知部401が入力した移動音源信号x(t)に、第1の実施形態の移動音源速度推定装置100が行った処理、または第3の実施形態の移動音源速度推定装置200が行った処理と同様な処理を行い、音源の移動速度を推定し、推定結果を出力する。
[0073]
 次に、第4の実施形態の速度検出装置400の動作について説明する。図7は、第4の実施形態の速度検出装置400の動作を示すフローチャートである。
[0074]
 図7に示すように、第4の実施形態の速度検出装置400において、移動音源検知部401が、音信号x_o(t)から移動する音源があることを検知し、音信号x_o(t)から移動する音源から発せられた音に応じた信号が含まれる時間帯の音信号である移動音源信号x(t)を切り出す(ステップS301)。そして、移動音源検知部401は、切り出した移動音源信号x(t)を速度推定部402に入力する。
[0075]
 そして、速度推定部402が、移動音源検知部401が入力した移動音源信号x(t)に、第1の実施形態の移動音源速度推定装置100が行った処理、第2の実施形態の移動音源速度推定装置200が行った処理、または第3の実施形態の移動音源速度推定装置300が行った処理と同様な処理を行い、音源の移動速度を推定し、推定結果を出力する(ステップS302)。
[0076]
 本実施形態によれば、速度検出装置400が移動音源検知部401と速度推定部402とを含むので、第1の実施形態の効果、第2の実施形態の効果および第3の実施形態の効果に加えて、音信号x_o(t)から、音源の移動速度の推定に適切な部分を切り出して、速度推定を行うことができる。したがって、メモリコストおよび演算コストをより低減することができる。
[0077]
 実施形態5.
 次に、第5の実施形態について、図面を参照して説明する。図8は、第5の実施形態の速度監視システム500の構成例を示すブロック図である。図8に示すように、第5の実施形態の速度監視システム500は、速度検出装置400と異常検出部501とを含む。
[0078]
 速度検出装置400は、入力された、移動する音源から発せられた音信号に基づいて、音源の移動速度vを推定して、推定結果を異常検出部501に入力する。なお、速度検出装置400は、例えば、第4の実施形態の速度検出装置400であるとする。したがって、速度検出装置400は、ピーク周波数が明確でない音信号が入力されても、音源の移動速度を精度よく推定することができる。
[0079]
 異常検出部501は、速度検出装置400が推定して入力した、音源の移動速度vの値に基づいて異常事態の発生を検知する。例えば、移動する音源が自動車である場合に、異常検出部501は、指定された最高速度の値よりも大きな値の移動速度vが入力されたときに、速度超過違反であることを示す情報を出力する。また、指定された最低速度の値よりも小さな値の移動速度vが入力された場合に、故障車である可能性があることを示す情報を出力する。したがって、異常検出部501が出力した情報によって、異常運転が行われていることが示される。さらに、所定の期間に亘って自動車の車速の平均値や分散などを算出し、算出結果に基づいて、車速の外れ値を検出した場合に、渋滞などで道路の走行状況が変化したことを示す情報を出力する。なお、速度検出装置400の測定対象場所が、一般道路である場合には20km/h以下の値、高速道路や自動車専用道路である場合には40km/h以下の値の移動速度vが測定された場合に、渋滞が発生していることを示す情報を出力するように構成されていてもよい。
[0080]
 つまり、異常検出部501は、速度検出装置400が推定して入力した、音源の移動速度vの値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する。
[0081]
 次に、第5の実施形態の速度監視システム500の動作について説明する。図9は、第5の実施形態の速度監視システム500の動作を示すフローチャートである。
[0082]
 図9に示すように、第5の実施形態の速度監視システム500において、速度検出装置400は、入力された、移動する音源から発せられた音信号に基づいて、音源の移動速度vを推定して、推定結果を異常検出部501に入力する(ステップS401)。
[0083]
 そして、異常検出部501が、速度検出装置400が推定して入力した、音源の移動速度vの値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する(ステップS402)。
[0084]
 本実施形態によれば、第1の実施形態の効果、第2の実施形態の効果、第3の実施形態の効果、および第4の実施形態の効果と同様に、ピーク周波数が明確でない音を発する音源や所定レベル以上の雑音の環境にある音源の移動速度を推定することができる。
[0085]
 また、本実施形態によれば、さらに、異常検出部501を含むので、推定した移動速度に基づいて、渋滞や異常運転などの発生の監視や発見をすることができる。
[0086]
 実施形態6.
 次に、第6の実施形態について、図面を参照して説明する。図10は、第6の実施形態の速度検出システム600の構成例を示すブロック図である。第6の実施形態の速度検出システム600は、複数の地点において音源の移動速度を測定し、測定結果に基づいて、広域的に音源の移動速度を監視する。
[0087]
 図10に示すように、第6の実施形態の速度検出システム600は、速度検出装置400-1~400-mと、異常検出部601とを含む。
[0088]
 速度検出装置400-1~400-mは、入力された、移動する音源から発せられた音信号に基づいて、音源の移動速度vを推定して、推定結果を異常検出部601に入力する。なお、速度検出装置400-1~400-mは、例えば、それぞれ第4の実施形態および第5の実施形態における速度検出装置400であるとする。したがって、速度検出装置400-1~400-mは、それぞれ、ピーク周波数が明確でない音信号が入力されても、音源の移動速度を精度よく推定することができる。
[0089]
 異常検出部601は、速度検出装置400-1~400-mがそれぞれ推定して入力した、音源の移動速度vの値に基づいて異常事態の発生を検知する。具体的には、例えば、異常検出部601の記憶手段(図示せず)には、道路網を示す道路情報が記憶されている。また、異常検出部601の記憶手段には、速度検出装置400-1~400-mと、速度検出装置400-1~400-mによる測定対象場所である道路と、当該道路に指定されている最高速度および指定されていれば最低速度とが対応付けられた配置情報が記憶されている。
[0090]
 そして、異常検出部601は、速度検出装置400-1~400-mのいずれかが推定して入力した、音源の移動速度vの値が、配置情報によって示されている当該入力元の測定対象場所の最高速度の値よりも大きな値であった場合に、速度超過違反であることを示す情報を出力する。
[0091]
 また、異常検出部601は、速度検出装置400-1~400-mのいずれかが推定して入力した、音源の移動速度vの値が、配置情報によって示されている当該入力元の測定対象場所の最低速度の値よりも小さかった場合に、故障車がある可能性があることを示す情報を出力する。
[0092]
 つまり、異常検出部601は、速度検出装置400-1~400-mが推定して入力した、音源の移動速度vの値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する。なお、異常検出部601は、異常事態の発生を示す情報を出力する場合に、移動速度vの値を入力した速度検出装置400-1~400-mを識別する情報を出力してもよいし、配置情報に基づいて移動速度vの値を入力した速度検出装置400-1~400-mの配置場所を示す情報を出力するように構成されていてもよい。
[0093]
 また、速度検出装置400-1~400-mのいずれか複数によって入力された移動速度vの値が、配置情報によって示されている各入力元の各測定対象場所の最低速度の値よりも小さく、かつ、各測定対象場所が、道路情報によって一連に繋がっていることが示されている場合に、異常検出部601は、各測定対象場所に亘って渋滞が生じていることを示す情報を出力する。なお、本例において、異常検出部601は、所定の期間に亘って、音源の移動速度(本例では、自動車の車速)の平均値や分散などを算出し、算出結果に基づいて、一連に繋がっている各測定対象場所において、車速の外れ値が検出された場合に、各測定対象場所に亘って、渋滞などで道路の走行状況が変化したことを示す情報を出力する。ここで、「一連に繋がっている各測定対象場所」とは、例えば、自動車等の車両が道形に進行した場合に連続して通過するように配置された各測定対象場所をいう。
[0094]
 なお、一連に繋がっている各測定対象場所において、一般道路である場合には20km/h以下の値、高速道路や自動車専用道路である場合には40km/h以下の値の移動速度vが測定された場合に、車速の外れ値が検出されたとして、各測定対象場所に亘って、渋滞などで道路の走行状況が変化したことを示す情報を出力する。
[0095]
 次に、第6の実施形態の速度検出システム600の動作について説明する。図11は、第6の実施形態の速度検出システム600の動作を示すフローチャートである。
[0096]
 図11に示すように、第6の実施形態の速度検出システム600において、速度検出装置400-1~400-mは、入力された、移動する音源(本例では自動車)から発せられた音信号に基づいて、音源の移動速度v(本例では車速)を推定して(ステップS501)、推定結果を異常検出部601に入力する。
[0097]
 そして、異常検出部601が、入力された、音源の移動速度vの値が所定の範囲外であった場合に(ステップS502のY)、異常事態の発生を示す情報を出力する(ステップS503)。
[0098]
 さらに、所定の期間に亘って、一連に繋がっている各測定対象場所において、車速の外れ値が検出された場合に(ステップS504のY)、各測定対象場所に亘って、渋滞などで道路の走行状況が変化したことを示す情報を出力する(ステップS505)。
[0099]
 本実施形態によれば、第5の実施形態の効果に加えて、広域的に渋滞や異常運転などの発生の監視や発見をすることができる。
[0100]
 以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。
[0101]
 本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本願発明の範疇に含まれる。
[0102]
 また、本願発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本願発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本願発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるWWW(World Wide Web)サーバも、本願発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)は本願発明の範疇に含まれる。
[0103]
 この出願は、2016年9月9日に出願された日本出願特願2016-176167を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

符号の説明

[0104]
 100、200、300  移動音源速度推定装置
 101、201、301  周波数解析部
 102、202、302  モデル格納部
 103、203、303  推定部
 400  速度検出装置
 401  移動音源検知部
 402  速度推定部
 500  速度監視システム
 501、601  異常検出部
 600  速度検出システム

請求の範囲

[請求項1]
 音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じたスペクトログラムを示すスペクトログラムテンプレート情報が格納されたモデル格納手段と、
 音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、前記音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成する周波数解析手段と、
 前記モデル格納手段に格納されているスペクトログラムテンプレート情報が示す複数のスペクトログラムと、前記周波数解析手段が生成したスペクトログラムとに基づいて、前記音源の移動速度を推定する推定手段とを備えた
 ことを特徴とする移動音源速度推定装置。
[請求項2]
 前記モデル格納手段に格納されているスペクトログラムテンプレート情報が示すスペクトログラム、および前記周波数解析手段が生成するスペクトログラムは、それぞれ対数スペクトログラムである
 請求項1に記載の移動音源速度推定装置。
[請求項3]
 前記推定手段は、
 前記周波数解析手段が生成したスペクトログラムと、前記モデル格納手段に格納されているスペクトログラムテンプレート情報が示す複数のスペクトログラムのそれぞれとの類似度を算出し、
 前記複数のスペクトログラムのうち、前記周波数解析手段が生成したスペクトログラムとの類似度が最も高いスペクトログラムに応じた移動速度を前記音源の移動速度と推定する
 請求項1または請求項2に記載の移動音源速度推定装置。
[請求項4]
 入力された前記音信号から、移動する前記音源によって発せられた音に応じた音信号を切り出して前記周波数解析手段に入力する音信号切り出し手段を含む
 請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の移動音源速度推定装置。
[請求項5]
 前記推定手段による推定結果の移動速度の値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する異常検出手段を含む
 請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の移動音源速度推定装置。
[請求項6]
 複数の、請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の移動音源速度推定装置と、
 前記推定手段による推定結果の移動速度の値が所定の範囲外であった場合に、異常事態の発生を示す情報を出力する異常検出手段とを備えた
 ことを特徴とする速度監視システム。
[請求項7]
 複数の前記移動音源速度推定装置のそれぞれによる測定対象場所を示す配置情報と、道路網を示す道路情報とが格納された情報格納手段を含み、
 前記異常検出手段は、いずれか複数の前記移動音源速度推定装置における前記推定手段による推定結果の移動速度の値が所定の範囲外であり、前記配置情報によって示されている前記いずれか複数の移動音源速度推定装置の測定対象場所が道路網によって一連に繋がっていることが前記道路情報によって示されている場合に、広域的な異常事態の発生を示す情報を出力する
 請求項6に記載の速度監視システム。
[請求項8]
 音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、前記音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成し、
 音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じた複数のスペクトログラムと、生成したスペクトログラムとに基づいて、入力された前記音信号に応じた音を発した音源の移動速度を推定する
 ことを特徴とする移動音源速度推定方法。
[請求項9]
 コンピュータに、
 音源によって発せられた音に応じた音信号が入力され、前記音信号を周波数解析してスペクトログラムを生成する周波数解析処理と、
 音源が移動した場合のスペクトログラムであって、少なくとも複数の所定の移動速度のそれぞれに応じた複数のスペクトログラムと、前記周波数解析処理で生成したスペクトログラムとに基づいて、入力された前記音信号に応じた音を発した音源の移動速度を推定する推定処理とを実行させる
 ための移動音源速度推定用プログラムが記憶された記憶媒体。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]