基于空間分析的麥克風(fēng)陣列處理器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 分案申請(qǐng)說(shuō)明
[0002] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年10月17日的題為"基于空間分析的麥克風(fēng)陣列處理 器"的發(fā)明專利申請(qǐng)No. 200880112211. 7的分案申請(qǐng)。
[0003] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0004] 本申請(qǐng)涉及并通過(guò)引用并入2007年5月17日遞交的題為"Spatial Audio Coding Based on Universal Spatial Cues"的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/750, 300,該在先美國(guó)申請(qǐng) No. 11/750, 300通過(guò)引用并入2006年5月17日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/747,532的公 開(kāi)內(nèi)容，該在先美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/747, 532的公開(kāi)內(nèi)容也通過(guò)引用被整體上結(jié)合于此。 此外，本申請(qǐng)以 2007 年 10 月 19 日遞交的題為 "Enhanced Microphone Array Beamformer Based on Spatial Analysis"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/981，458(CLIP231PRV)為優(yōu)先權(quán) 并要求其公開(kāi)內(nèi)容的權(quán)益，該在先美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被整體上結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明涉及麥克風(fēng)陣列。更具體而言，本發(fā)明涉及應(yīng)用到這些陣列的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0006] 對(duì)于電話會(huì)議、IP電話、汽車應(yīng)用等，需要遠(yuǎn)程談話自動(dòng)通信。不幸的是，在這 些應(yīng)用中的通信通常受來(lái)自不想要的聲源的回響和干擾所阻礙。麥克風(fēng)陣列先前已被用 來(lái)改善不利環(huán)境中的語(yǔ)音接收，但是基于線性處理（例如，延遲和波束成形（delay-sum beamforming))的小型陣列由于低方向性和高電平旁瓣而只允許進(jìn)行有限改善。
[0007] 所需要的是一種改進(jìn)的波束成形系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種波束成形和處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)形成多個(gè)被操縱波束并對(duì)聲 音場(chǎng)景執(zhí)行空間分析來(lái)提高麥克風(fēng)陣列的空間選擇性。該分析得到一時(shí)間-頻率掩蔽，該 時(shí)間-頻率掩蔽在被應(yīng)用到基準(zhǔn)觀看方向波束（或其他基準(zhǔn)信號(hào)）時(shí)增強(qiáng)了目標(biāo)源并極大 地提高了對(duì)指定目標(biāo)區(qū)域外部的干擾源的抵制。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種增強(qiáng)音頻信號(hào)的方法。輸入信號(hào)在具有多個(gè)換能器 的麥克風(fēng)陣列處被接收到。隨后從該麥克風(fēng)陣列生成多個(gè)音頻信號(hào)。這多個(gè)音頻信號(hào)在多 波束成形器處被處理以形成用于采樣音頻場(chǎng)景的多個(gè)被操縱波束以及一基準(zhǔn)信號(hào)，例如在 目標(biāo)源的方向上的基準(zhǔn)波束（其中，該基準(zhǔn)波束可以是前述多個(gè)被操縱波束之一）。對(duì)于多 個(gè)被操縱波束中的每一個(gè)分配一空間方向向量。這些空間方向向量與由多波束成形器所生 成的相應(yīng)波束信號(hào)相關(guān)聯(lián)?；诳臻g方向向量和波束信號(hào)的空間分析被執(zhí)行?？臻g分析的 結(jié)果被用來(lái)提高基準(zhǔn)觀看方向波束（或其他基準(zhǔn)信號(hào)）的空間選擇性。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)被操縱波束是通過(guò)將輸入麥克風(fēng)信號(hào)與被應(yīng)用到陣列中的 換能器的元素濾波和進(jìn)展延遲中的至少一者相關(guān)聯(lián)來(lái)生成的。
[0011] 在其他實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào)被確定為多個(gè)波束信號(hào)之和、來(lái)自麥克風(fēng)陣列的單個(gè) 麥克風(fēng)信號(hào)、觀看方向波束、或者跟蹤所選說(shuō)話者的跟蹤波束。
[0012] 在又一實(shí)施例中，增強(qiáng)操作包括確定時(shí)間-頻率掩蔽并將其應(yīng)用到基準(zhǔn)信號(hào)。在 又一實(shí)施例中，時(shí)間-頻率掩蔽被進(jìn)一步適配以丟棄來(lái)自預(yù)定目標(biāo)區(qū)域外部的干擾信號(hào)。
[0013] 在另一實(shí)施例中，一種增強(qiáng)被配置用于接收來(lái)自環(huán)境的信號(hào)的陣列的空間選擇性 的方法包括：在多個(gè)元件處接收信號(hào)；以及生成用于采樣聲音環(huán)境的多個(gè)被操縱波束?；?準(zhǔn)信號(hào)被識(shí)別并且針對(duì)每個(gè)時(shí)間和頻率估計(jì)到達(dá)方向。在某些實(shí)施例中，估計(jì)的到達(dá)方向 包括指示在該時(shí)間和頻率上聲音環(huán)境的方向性程度的幅度參數(shù)。所作估計(jì)被用作基礎(chǔ)來(lái)接 受、衰減或丟棄基準(zhǔn)信號(hào)的分量以創(chuàng)建輸出信號(hào)。
[0014] 下面將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是示出用于標(biāo)準(zhǔn)5聲道格式的方向向量的圖。
[0016] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的增強(qiáng)波束成形器的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。優(yōu)選實(shí)施例的示例在附圖中示出。雖然將 結(jié)合這些優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，但是將會(huì)理解，不希望將本發(fā)明局限于這些優(yōu)選實(shí)施 例。相反，希望覆蓋可以包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代方 式、修改和等同物。在以下描述中，提出多個(gè)具體細(xì)節(jié)來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。本發(fā)明 可以在無(wú)需這些具體細(xì)節(jié)中的某些或全部的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述公 知的機(jī)構(gòu)，以免不必要地模糊本發(fā)明。
[0018] 這里應(yīng)該注意，遍及各個(gè)附圖的類似標(biāo)號(hào)指示類似部件。這里示出和描述的各個(gè) 附圖被用于圖示說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)特征。就在一張附圖中示出而在其他附圖中沒(méi)有示出的 一個(gè)特定特征而言，除非特別指示或者該結(jié)構(gòu)本質(zhì)上禁止并入該特征，否則將理解為這些 特征可以被適應(yīng)性修改以包括到在其他附圖中表示的實(shí)施例中，就好像這些特征在這些附 圖中被完全示出一樣。除非特別指示，否則附圖不一定是按比例繪制的。在附圖中提供的 任何量綱都不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制而僅僅是示例性的。
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)形成多個(gè)被操縱波束（steered beam)并對(duì)聲音場(chǎng)景進(jìn)行空 間分析來(lái)提供改善的波束成形。該分析得到一時(shí)間-頻率掩蔽（mask)，該時(shí)間-頻率掩蔽 在被應(yīng)用到基準(zhǔn)信號(hào)（例如觀看方向波束）時(shí)增強(qiáng)目標(biāo)源并充分提高對(duì)在所識(shí)別的目標(biāo)區(qū) 域外部的干擾源的抵制。觀看方向波束是通過(guò)組合各個(gè)麥克風(fēng)陣列信號(hào)以使得麥克風(fēng)陣列 在某一方向上（稱之為"觀看"方向）被最大接收來(lái)形成的。雖然觀看方向波束由于來(lái)自 除了觀看方向之外的其他方向的源一般相對(duì)于觀看方向源被衰減而具有空間選擇性，但是 這種相對(duì)衰減在不利環(huán)境中是不足夠的。對(duì)于這些環(huán)境，諸如在本發(fā)明中所公開(kāi)的額外處 理是有益的。
[0020] 在各個(gè)實(shí)施例中所描述的波束成形算法使得能夠在可能受回響和不想要的源的 存在所損害的環(huán)境中有效地利用小型陣列來(lái)接收語(yǔ)音（或其他目標(biāo)源）。在優(yōu)選實(shí)施例中， 該算法可擴(kuò)展到陣列中任意數(shù)目的麥克風(fēng)，并且可應(yīng)用到任意陣列幾何學(xué)。
[0021] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，陣列被配置為在跨越聲音環(huán)境的多個(gè)方向上形成接收波束。針 對(duì)所需源確定一個(gè)已知的、被標(biāo)識(shí)的或被跟蹤的方向。
[0022] 在各個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明基本涉及麥克風(fēng)陣列方法，麥克風(fēng)陣列方法相對(duì)單麥克 風(fēng)方法是有利的，因?yàn)樗鼈兲峁┝丝臻g過(guò)濾機(jī)制，該機(jī)制可以基于一組先驗(yàn)條件來(lái)靈活地 涉及并且容易隨聲音條件改變而被適配，例如，通過(guò)自動(dòng)跟蹤移動(dòng)說(shuō)話者或操縱零訊號(hào) (null)來(lái)抵御時(shí)間變化干擾源。雖然這些適配性對(duì)于響應(yīng)變化的和/或挑戰(zhàn)的聲音環(huán)境 是有用的，但是簡(jiǎn)單線性波束成形器的性能方面存在固有局限，因?yàn)椴幌胍脑从捎谑芟?的方向性和旁瓣抑制而仍然得到承認(rèn)；對(duì)于小型陣列（例如將適合于消費(fèi)者應(yīng)用的小型陣 列），低方向性和高電平旁瓣確實(shí)是嚴(yán)重的問(wèn)題。在各個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了采用基于 多個(gè)被操縱波束的空間分析的波束成形和后處理方案；該