專利名稱：用于分離混合信號的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混和信號的信號分離，所述混和信號源于波形混和環(huán)境，在這種環(huán)境有多個用于提供混和信號的傳感器。本發(fā)明特別適用于，但不限于，對源于混和環(huán)境中的傳感器的混和信號進行信號分離，在混和環(huán)境中的傳感器的數(shù)量可以不同。
背景技術(shù)：
為了分離源于具有一個以上信號源的混和環(huán)境，如會議室和具有能夠產(chǎn)生音頻信號的空調(diào)、計算機和人群的辦公室的信號，具有多個傳感器的環(huán)境得到了廣泛的應(yīng)用。
從用多個傳感器記錄的多個信號的疊加中分離出信號在很多應(yīng)用中都非常重要，如通信、生物醫(yī)學(xué)和語音處理。對輸入信號的知之甚少使這項工作變得非常困難，并使得這種分離通常被看作是盲信號分離，如Zhang和A.Cichocki的文章“Blind Deconvolution of Dynamical SystemsA StateSpace Approach”，Journal of Signal Processing，第2期第4卷，2000年3月，111-130頁。
在WO9858450中描述了一種用于分離來自一個波形混和環(huán)境的混和信號的方法和裝置。該方法和裝置使用盲信號分離技術(shù)，且只適用于相關(guān)傳感器的數(shù)量保持不變的混和環(huán)境。
在WO0176319中也描述了一種用于分離源于一個波形混和環(huán)境的混和信號的方法和裝置。該方法和裝置采用預(yù)先設(shè)定麥克風(fēng)位置的傳感器陣列技術(shù)，且只適用于所涉及的傳感器的數(shù)量和位置保持不變的混和環(huán)境。
理想的情況是，傳感器的數(shù)量如果不多于信號源數(shù)量的話，最少應(yīng)該等于信號源的數(shù)量，以便提供有效的波形分離。這樣，具有固定數(shù)量傳感器的靜態(tài)分離系統(tǒng)就不適用于信號源的最大數(shù)量不能確定的動態(tài)系統(tǒng)。
在本說明書中，包括權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”、“包括”或類似術(shù)語都是非排他性的包括，這樣，包括一些元件的一種方法或設(shè)備并不只包括那些已列出的元件，還可以包括其他沒有列出的元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于分離由傳感器提供的混和信號的信號分離方法，這些混和信號來源于傳感器檢測各個混和波形，這些波形包括多個源于混和在混和環(huán)境中的波形發(fā)生源的源波形，該方法包括以下步驟在處理器和多個處于混和環(huán)境的傳感器之間建立通信，這種建立是依賴于所述環(huán)境中傳感器數(shù)量的變化而動態(tài)實現(xiàn)的；所述處理器從傳感器接收各個所述混和信號；根據(jù)傳感器的數(shù)量確定環(huán)境的未混和(un-mixing)參數(shù)；以及有選擇地將所述未混和參數(shù)應(yīng)用于至少一個所述混和信號，從而分離所述至少一個所述混和信號，并提供至少一個與一傳感器相關(guān)的輸出源信號，這個輸出源信號表明所述源波形中未混和的一個波形。
建立通信的步驟最好可以通過所述處理器不斷檢測混和環(huán)境中是否存在傳感器和在所述處理器和在所述環(huán)境中檢測出的傳感器之間建立通信的方法來實現(xiàn)。
檢測傳感器是否存在的特征可以是，至少一些傳感器不斷向處理器發(fā)送存在信號。
建立通信的步驟的特征最好還可以在于，處理器不斷更新環(huán)境中傳感器的存在列表，存在列表表示環(huán)境中與處理器進行通信的傳感器。
在一種形式中，確定未混和參數(shù)的步驟可以用盲信號分離來實施。
盲信號分離最好用解方程[W，D]＝eig(XXT，R)的方法來實現(xiàn)，其中X是N×T混和信號矩陣，包括混和信號的N個傳感器讀數(shù)的T個采樣(N是在建立步驟22中建立的環(huán)境中的傳感器數(shù)量)；eig是廣義特征值過程，對于A.V＝B.V.D，由[V，D]＝eig(A，B)來定義，即，V聯(lián)合對角化A和B，R是一個基于加在源信號上的假設(shè)的矩陣。
有選擇地應(yīng)用步驟的特征可以在于分離混和信號，以便為每個所述傳感器提供所述輸出源信號。
有選擇地應(yīng)用步驟最好可以用由方程S＝WTX一次性分離的輸出源信號來實施，其中S是一個輸出源信號的矩陣。
在另一種形式中，有選擇地應(yīng)用步驟可以用輸出源信號來實施，這些信號分別作為矩陣WT的特定行和矩陣W的列的乘積來分別進行分離。
在有選擇地應(yīng)用步驟之后還可以有一個發(fā)送所述至少一個輸出源信號的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于對混和信號進行信號分離的電子設(shè)備，所述混和信號是由與設(shè)備連接的傳感器提供的，源于傳感器檢測各個混和波形，這些波形包括多個源于混和在混和環(huán)境中的波形發(fā)生源的源波形，該電子設(shè)備包括一處理器，具有與之相連的存儲器，該存儲器用于存儲處理器所用的操作碼；一用于從傳感器接收混和信號的采樣器，該采樣器與處理器相連，其中在使用中操作碼實現(xiàn)如下步驟在處理器和多個處于混和環(huán)境的傳感器之間建立通信，這種建立是依賴于環(huán)境中傳感器數(shù)量的變化而動態(tài)實現(xiàn)的；所述處理器從傳感器接收各個所述混和信號；根據(jù)傳感器的數(shù)量確定環(huán)境的未混和參數(shù)；以及有選擇地將所述未混和參數(shù)應(yīng)用于至少一個所述混和信號，從而分離所述至少一個所述混和信號，并提供至少一個與一傳感器相關(guān)的輸出源信號，這個輸出源信號表明所述源波形中的一個未混合波形。
建立通信的步驟最好可以通過所述處理器不斷檢測混和環(huán)境中是否存在傳感器和在所述處理器和在所述環(huán)境中檢測出的傳感器之間建立通信的方法來實現(xiàn)。
在一種形式中，該設(shè)備可以用盲信號分離來實施確定未混和參數(shù)的步驟。
該設(shè)備最好可以通過解方程[W，D]＝eig(XXT，R)的方法來實施盲信號分離，其中X是N×T混和信號矩陣，包括混和信號的N個傳感器讀數(shù)的T個采樣(N是在建立步驟22中建立的環(huán)境中的傳感器數(shù)量)；eig是廣義特征值過程，對于A.V＝B.V.D，由[V，D]＝eig(A，B)來定義，即，V聯(lián)合對角化A和B，R是一個基于加在源信號上的假設(shè)的矩陣。
該設(shè)備可以通過分離混和信號執(zhí)行有選擇地應(yīng)用的步驟，以便為每個所述傳感器提供所述輸出源信號。
該設(shè)備可以最好通過利用方程S＝WTX一次性分離輸出源信號來執(zhí)行有選擇地應(yīng)用的步驟，其中S是一個輸出源信號的矩陣。
在另一種形式中，設(shè)備可以通過輸出源信號來執(zhí)行有選擇地應(yīng)用的步驟，這些信號是作為矩陣WT的特定行和矩陣W的列的乘積分別分離的。
該設(shè)備可以具有一個發(fā)射機，用來發(fā)送所述至少一個輸出源信號。


為了更好的理解本發(fā)明并且將其付諸實踐，下面參照附圖對優(yōu)選非限制性實施例進行說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子設(shè)備的框圖；以及圖2是圖1設(shè)備執(zhí)行的信號分離方法的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明在附圖中，相同的數(shù)字表示所有相同的元件。參見圖1，圖中所示為一個具有多個波形源的動態(tài)環(huán)境10中的電子設(shè)備1。設(shè)備1具有一個處理器3，處理器3與隨機存儲器(RAM)4、只讀存儲器(ROM)5、用戶接口6和通信單元2相連。還有一個與處理器3相連的采樣器7和一個與采樣器7相連的無線鏈接12。用戶接口6通常是一個揚聲器、小鍵盤和一個可視顯示單元。
在動態(tài)環(huán)境10中還有多個麥克風(fēng)11形式的與采樣器7相連的靜態(tài)傳感器。而且，還有一個集成在設(shè)備1上的麥克風(fēng)13形式的傳感器。還有在混和環(huán)境中的蜂窩式電話14和個人數(shù)字助理16形式的動態(tài)傳感器Ds，它們都通過無線鏈接12與采樣器7保持通信，無線鏈接接12最好是根據(jù)www.bluetooth.com上的說明的藍牙BluetoothTM系統(tǒng)，本說明書將其引入作為參考。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然也可以采用其它鏈接，如紅外鏈接。在本說明書中，傳感器是指一個或麥克風(fēng)11、13和動態(tài)傳感器Ds的任何組合，它們與設(shè)備1相連，并為設(shè)備1提供多個信號源。
參見圖2，圖中所示是用于分離混和信號的方法20，這些混和信號是由麥克風(fēng)11、13和動態(tài)傳感器Ds形式的傳感器提供的。這些混和信號來源于傳感器檢測各個混和波形，這些波形包括多個源于混和在混和環(huán)境10中的波形發(fā)生源的源波形。方法20包括一個開始步驟21，由一個用戶在用戶接口6上啟動鍵來執(zhí)行。開始步驟21之后是建立通信步驟22，在處理器3和混和環(huán)境10中的多個傳感器之間建立通信，這種建立動態(tài)地依賴于傳感器數(shù)量的不同而實施。在建立通信步驟22，處理器3不斷更新環(huán)境中傳感器的存在列表，這個存在列表中所列的是環(huán)境中與處理器3保持通信的傳感器。這是通過蜂窩式電話14或個人數(shù)字助理16不斷的通過鏈接12向采樣器7發(fā)送存在信號Ps來實現(xiàn)的，存在信號Ps被處理器3接收。由于傳感器的數(shù)量可能會改變，因此，麥克風(fēng)11也要不斷地向處理器發(fā)送存在信號(注意，傳感器13是永久性連接在處理器3上的，因此不必發(fā)送存在信號Ps)。
處理器3從ROM5中下載操作碼，不斷更新混合環(huán)境10中的檢測到的傳感器DS和麥克風(fēng)11的存在列表，這個存在列表被存在RAM4中。
然后，通過實施接收步驟23，處理器3接收分別來自各傳感器的混和信號。此后，實施確定步驟24來確定環(huán)境10的未混和參數(shù)，未混和參數(shù)是基于傳感器數(shù)量的。確定通常是通過一種廣為人知的盲信號分離技術(shù)，如在Cardoso，J.F.“Blind signal separationstatistical principles”IEEE會議論文集，第9卷，第10期，2009-2026頁，1998年10月中描述的一種技術(shù)。Cardoso描述的盲信號分離技術(shù)作為參考被引入本說明書。
為了確定未混和參數(shù)，一個由未混和參數(shù)組成的未混和矩陣W由下式?jīng)Q定[W，D]＝eig(XXT，R)-(1)其中X是N×T混和信號矩陣，包括對混和信號的N個傳感器讀數(shù)的T個采樣(N是在建立步驟22中建立的環(huán)境中的傳感器數(shù)量)；eig是廣義特征值過程，對于A.V＝B.V.D，可以用[V，D]＝eig(A，B)來定義，即，V聯(lián)合對角化A和B。
矩陣R要根據(jù)加在源信號上的假設(shè)來選擇。例如對于非白噪聲源信號，R＝在某個延時τ2處的相互關(guān)系；對于非穩(wěn)定源信號，R＝在不同時刻t2的協(xié)方差；對于非高斯源信號，R＝某些更高階m的積累量。
在確定步驟24之后，將實施應(yīng)用步驟25來有選擇地將未混和參數(shù)應(yīng)用到至少一個混和信號上，以分離至少一個混和信號并提供至少一個與一傳感器相關(guān)的輸出源信號，輸出源信號即為源波形中的一個未混和波形。
源信號通常用下面的等式一次性全部分離S＝WTX-(2)其中S是輸出源信號的矩陣。
輸出源信號可以分別作為矩陣，的特定行或者矩陣X的列的積進行分離。
然后，在發(fā)送步驟26由通信單元2將輸出源信號發(fā)送出去。
而后，測試步驟27確定用戶是否已經(jīng)啟動了用戶接口上的鍵盤來結(jié)束該方法20，如果沒有啟動任何按鍵，那么方法20將回到建立步驟22，否則，該方法將在結(jié)束步驟28終止。
本發(fā)明可以允許提供一個或多個來自混和環(huán)境的輸出信號波形分離，其中，混和環(huán)境的傳感器個數(shù)可以變化。例如，如果電子設(shè)備1是一個被放置在一個房間內(nèi)的會議通信單元，那么一個集成麥克風(fēng)13就被安裝在會議通信單元上。其余的麥克風(fēng)11通常被放置在形成混和環(huán)境10的房間中的固定位置上。
在使用中，用戶通過啟動用戶接口6上的小鍵盤，通過鏈接在電話中繼系統(tǒng)上的通信單元2或用其它通信媒介建立一個呼叫，就可以召開電話會議。在電話會議期間，在混和環(huán)境中的很多人可能同時說話，并且環(huán)境噪聲提供了由集成麥克風(fēng)13提供的混和噪聲的一部分。其他的混和信號由用于檢測環(huán)境噪聲和語音的麥克風(fēng)11和動態(tài)傳感器Ds提供。由于像蜂窩式電話14和個人數(shù)字助理16的設(shè)備可以只暫時處于環(huán)境中，方法20在所有的傳感器和處理器3之間動態(tài)的建立通信，以便改善信號的分離。
由于傳感器數(shù)量的增加提高了環(huán)境中傳感器數(shù)量和噪聲源數(shù)量的比率，而噪聲源的數(shù)量可以根據(jù)，例如人群的數(shù)量改變，因此，信號分離得到了改善。這樣，用改善了的輸出信號代表的、用于通信并輸入到集成麥克風(fēng)13中的語音可以從噪聲中分離出來，并用通信單元2發(fā)送出去。盡管這個例子將電子設(shè)備1描述為會議通信單元，該設(shè)備可以是任何的需要信號分離的適合的設(shè)備，如蜂窩電話或者雙向無線電接收裝置。
本詳細說明只提供了一個優(yōu)選的示范性實施例，但并不打算限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用、或者配置。相反，該優(yōu)選范例實施例的詳細說明給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了可以用于實現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)選范例實施例的描述。應(yīng)該明白，在不背離所附權(quán)利要求中列出的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明中要素的功能和配置進行不同的修改。
權(quán)利要求
1.一種信號分離方法，用于分離由傳感器提供的混和信號，所述混和信號來源于傳感器檢測各混和波形，所述波形包括多個源于混和在混和環(huán)境中的波形發(fā)生源的源波形，該方法包括如下步驟在處理器和多個處于混和環(huán)境中的傳感器之間建立通信，這種建立是依賴于環(huán)境中傳感器數(shù)量的變化而動態(tài)實現(xiàn)的；所述處理器從傳感器接收各個所述混和信號；根據(jù)傳感器的數(shù)量確定環(huán)境的未混和參數(shù)；以及有選擇地將所述未混和參數(shù)應(yīng)用于至少一個所述混和信號，從而分離至少一個所述混和信號，并提供至少一個與一傳感器相關(guān)的輸出源信號，該輸出源信號表明所述源波形中的一個未混和波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中建立通信的步驟通過所述處理器不斷檢測混和環(huán)境中的傳感器是否存在和建立在所述處理器和所檢測出的環(huán)境中的傳感器之間的通信的方法來進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中對傳感器是否存在的不斷檢測的特征在于，至少一些傳感器不斷地向處理器發(fā)送存在信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中建立通信的步驟的特征還在于，處理器不斷更新環(huán)境中傳感器的存在列表，所述存在列表指明環(huán)境中與處理器進行通信的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定未混和參數(shù)的步驟可以用盲信號分離來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中盲信號分離用解方程[W，D]＝eig(XXT，R)的方法來實施，其中X是N×T混和信號矩陣，包括對混和信號的N個傳感器讀數(shù)的T個采樣(N是在建立步驟中建立的環(huán)境中傳感器的數(shù)量)；eig是廣義特征值過程，對于A.V＝B.V.D，可以用[V，D]＝eig(A，B)來定義，V聯(lián)合對角化A和B，R是一個基于加在源信號上的假設(shè)的矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中有選擇地應(yīng)用步驟的特征在于分離混和信號，以為每個所述傳感器提供所述輸出源信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述引誘選擇地應(yīng)用步驟由輸出源信號來實現(xiàn)，所述輸出信號是用方程S＝WTX一次性分離的，其中S是一個輸出源信號的矩陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中有選擇地應(yīng)用步驟由輸出源信號來實現(xiàn)，所述信號作為矩陣WT的特定行和矩陣W的列的乘積分別被分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在有選擇地應(yīng)用步驟之后還有一個發(fā)送所述至少一個輸出源信號的步驟。
11.一種用于對混和信號進行信號分離的電子設(shè)備，所述混和信號是由與設(shè)備連接的傳感器提供的，并來源于傳感器檢測各個混和波形，這些波形包括多個源于混和在混和環(huán)境中的波形發(fā)生源的源波形，該電子設(shè)備包括一個處理器，具有與之相連的存儲器，用于存儲處理器所用的操作碼；一個采樣器，用于從傳感器接收混和信號，該采樣器與處理器相連，在使用中，處理器中的操作碼實現(xiàn)如下步驟在處理器和多個處于混和環(huán)境的傳感器之間建立通信，這種建立是依賴于環(huán)境中傳感器數(shù)量的變化而動態(tài)實現(xiàn)的；所述處理器從傳感器接收各個所述混和信號；根據(jù)傳感器的數(shù)量確定環(huán)境的未混和參數(shù)；以及有選擇地將所述未混和參數(shù)應(yīng)用于至少一個所述混和信號，從而分離所述至少一個所述混和信號，并提供至少一個與一傳感器相關(guān)的輸出源信號，所述輸出源信號表明所述源波形中的一個波形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中在通信建立步驟，操作碼控制所述處理器不斷檢測混和環(huán)境中的傳感器是否存在并建立所述處理器和所檢測出的環(huán)境中的傳感器之間的通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該設(shè)備用盲信號分離來實施確定未混和參數(shù)的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電子設(shè)備，其中該設(shè)備用解方程[W，D]＝eig(XXT，R)實現(xiàn)盲信號分離，其中X是N×T混和信號矩陣，包括對混和信號N個傳感器讀數(shù)的T個采樣(N是在建立步驟中建立的環(huán)境中傳感器的數(shù)量)；eig是廣義特征值過程，對于A.V＝B.V.D，可以用[V，D]＝eig(A，B)來定義，V聯(lián)合對角化A和B，R是一個基于加在源信號上的假設(shè)的矩陣。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該設(shè)備通過分離混和信號，以為每個所述傳感器提供所述輸出源信號執(zhí)行有選擇地應(yīng)用步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該設(shè)備通過輸出源信號來執(zhí)行有選擇地應(yīng)用步驟，所述信號是用方程S＝WTX一次性分離的，其中S是一個輸出源信號的矩陣。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該設(shè)備通過輸出源信號來執(zhí)行有選擇地應(yīng)用步驟，所述信號分別作為矩陣WT的特定行和矩陣W的列的乘積被分離的。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該設(shè)備具有一個發(fā)射器，用來發(fā)送所述至少一個輸出源信號。
全文摘要
用于分離混和信號的方法(20)和設(shè)備(1)，混和信號由與設(shè)備連接的傳感器(11、13)提供并源于傳感器(11、13)檢測各個混和波形，這些波形包括多個源于混和在混和環(huán)境(10)中的波形發(fā)生源的源波形。該方法(20)和設(shè)備(1)在處理器(3)和多個處于混和環(huán)境(10)的傳感器(11、13)之間建立通信(22)，這種建立依賴于環(huán)境中傳感器(11、13)數(shù)量的不同而動態(tài)實現(xiàn)。在接收步驟(23)，處理器(3)分別從傳感器(11、13)接收混和信號，根據(jù)傳感器(11、13)的數(shù)量實施確定步驟(24)，確定環(huán)境的未混和參數(shù)。然后，選擇步驟(25)將未混和參數(shù)應(yīng)用于至少一個混和信號，從而分離至少一個混和信號并提供至少一個與一傳感器(11、13)相關(guān)的輸出源信號，輸出源信號為源波形的一個未混和波形。
文檔編號H04R3/00GK1492393SQ0315744
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者A·馬迪夫斯基, M·湯姆森, A 馬迪夫斯基, 飛 申請人:摩托羅拉公司