基于空间分析的麦克风阵列处理器的制造方法

文档序号:9619222阅读:527来源:国知局
基于空间分析的麦克风阵列处理器的制造方法
【专利说明】
[0001] 分案申请说明
[0002] 本申请是申请日为2008年10月17日的题为"基于空间分析的麦克风阵列处理 器"的发明专利申请No. 200880112211. 7的分案申请。
[0003] 相关申请的夺叉引用
[0004] 本申请涉及并通过引用并入2007年5月17日递交的题为"Spatial Audio Coding Based on Universal Spatial Cues"的美国专利申请No. 11/750, 300,该在先美国申请 No. 11/750, 300通过引用并入2006年5月17日递交的美国临时申请No. 60/747,532的公 开内容,该在先美国临时申请No. 60/747, 532的公开内容也通过引用被整体上结合于此。 此外,本申请以 2007 年 10 月 19 日递交的题为 "Enhanced Microphone Array Beamformer Based on Spatial Analysis"的美国临时专利申请No. 60/981,458(CLIP231PRV)为优先权 并要求其公开内容的权益,该在先美国临时申请的全部内容通过引用被整体上结合于此。
技术领域
[0005] 本发明涉及麦克风阵列。更具体而言,本发明涉及应用到这些阵列的处理方法。
【背景技术】
[0006] 对于电话会议、IP电话、汽车应用等,需要远程谈话自动通信。不幸的是,在这 些应用中的通信通常受来自不想要的声源的回响和干扰所阻碍。麦克风阵列先前已被用 来改善不利环境中的语音接收,但是基于线性处理(例如,延迟和波束成形(delay-sum beamforming))的小型阵列由于低方向性和高电平旁瓣而只允许进行有限改善。
[0007] 所需要的是一种改进的波束成形系统。

【发明内容】

[0008] 本发明提供了一种波束成形和处理系统,该系统通过形成多个被操纵波束并对声 音场景执行空间分析来提高麦克风阵列的空间选择性。该分析得到一时间-频率掩蔽,该 时间-频率掩蔽在被应用到基准观看方向波束(或其他基准信号)时增强了目标源并极大 地提高了对指定目标区域外部的干扰源的抵制。
[0009] 在一个实施例中,提供了一种增强音频信号的方法。输入信号在具有多个换能器 的麦克风阵列处被接收到。随后从该麦克风阵列生成多个音频信号。这多个音频信号在多 波束成形器处被处理以形成用于采样音频场景的多个被操纵波束以及一基准信号,例如在 目标源的方向上的基准波束(其中,该基准波束可以是前述多个被操纵波束之一)。对于多 个被操纵波束中的每一个分配一空间方向向量。这些空间方向向量与由多波束成形器所生 成的相应波束信号相关联。基于空间方向向量和波束信号的空间分析被执行。空间分析的 结果被用来提高基准观看方向波束(或其他基准信号)的空间选择性。
[0010] 在一个实施例中,多个被操纵波束是通过将输入麦克风信号与被应用到阵列中的 换能器的元素滤波和进展延迟中的至少一者相关联来生成的。
[0011] 在其他实施例中,基准信号被确定为多个波束信号之和、来自麦克风阵列的单个 麦克风信号、观看方向波束、或者跟踪所选说话者的跟踪波束。
[0012] 在又一实施例中,增强操作包括确定时间-频率掩蔽并将其应用到基准信号。在 又一实施例中,时间-频率掩蔽被进一步适配以丢弃来自预定目标区域外部的干扰信号。
[0013] 在另一实施例中,一种增强被配置用于接收来自环境的信号的阵列的空间选择性 的方法包括:在多个元件处接收信号;以及生成用于采样声音环境的多个被操纵波束。基 准信号被识别并且针对每个时间和频率估计到达方向。在某些实施例中,估计的到达方向 包括指示在该时间和频率上声音环境的方向性程度的幅度参数。所作估计被用作基础来接 受、衰减或丢弃基准信号的分量以创建输出信号。
[0014] 下面将参考附图来描述本发明的这些和其他特征和优势。
【附图说明】
[0015] 图1是示出用于标准5声道格式的方向向量的图。
[0016] 图2是示出根据本发明一个实施例的增强波束成形器的框图。
【具体实施方式】
[0017] 现在将详细参考本发明的优选实施例。优选实施例的示例在附图中示出。虽然将 结合这些优选实施例来描述本发明,但是将会理解,不希望将本发明局限于这些优选实施 例。相反,希望覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的替代方 式、修改和等同物。在以下描述中,提出多个具体细节来提供对本发明的全面理解。本发明 可以在无需这些具体细节中的某些或全部的情况下实施。在其他实例中,没有详细描述公 知的机构,以免不必要地模糊本发明。
[0018] 这里应该注意,遍及各个附图的类似标号指示类似部件。这里示出和描述的各个 附图被用于图示说明本发明的各个特征。就在一张附图中示出而在其他附图中没有示出的 一个特定特征而言,除非特别指示或者该结构本质上禁止并入该特征,否则将理解为这些 特征可以被适应性修改以包括到在其他附图中表示的实施例中,就好像这些特征在这些附 图中被完全示出一样。除非特别指示,否则附图不一定是按比例绘制的。在附图中提供的 任何量纲都不认为是对本发明的范围的限制而仅仅是示例性的。
[0019] 本发明的实施例通过形成多个被操纵波束(steered beam)并对声音场景进行空 间分析来提供改善的波束成形。该分析得到一时间-频率掩蔽(mask),该时间-频率掩蔽 在被应用到基准信号(例如观看方向波束)时增强目标源并充分提高对在所识别的目标区 域外部的干扰源的抵制。观看方向波束是通过组合各个麦克风阵列信号以使得麦克风阵列 在某一方向上(称之为"观看"方向)被最大接收来形成的。虽然观看方向波束由于来自 除了观看方向之外的其他方向的源一般相对于观看方向源被衰减而具有空间选择性,但是 这种相对衰减在不利环境中是不足够的。对于这些环境,诸如在本发明中所公开的额外处 理是有益的。
[0020] 在各个实施例中所描述的波束成形算法使得能够在可能受回响和不想要的源的 存在所损害的环境中有效地利用小型阵列来接收语音(或其他目标源)。在优选实施例中, 该算法可扩展到阵列中任意数目的麦克风,并且可应用到任意阵列几何学。
[0021] 根据一个实施例,阵列被配置为在跨越声音环境的多个方向上形成接收波束。针 对所需源确定一个已知的、被标识的或被跟踪的方向。
[0022] 在各个实施例中,本发明基本涉及麦克风阵列方法,麦克风阵列方法相对单麦克 风方法是有利的,因为它们提供了空间过滤机制,该机制可以基于一组先验条件来灵活地 涉及并且容易随声音条件改变而被适配,例如,通过自动跟踪移动说话者或操纵零讯号 (null)来抵御时间变化干扰源。虽然这些适配性对于响应变化的和/或挑战的声音环境 是有用的,但是简单线性波束成形器的性能方面存在固有局限,因为不想要的源由于受限 的方向性和旁瓣抑制而仍然得到承认;对于小型阵列(例如将适合于消费者应用的小型阵 列),低方向性和高电平旁瓣确实是严重的问题。在各个实施例中,本发明提供了采用基于 多个被操纵波束的空间分析的波束成形和后处理方案;该
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