专利名称：用于为广义边带抵消生成噪声参考的方法
技术领域：
本发明一般地涉及声音信号处理，更具体地涉及为用于广义边带抵消系统中的自适应干扰抵消滤波器生成噪声参考。
背景技术：
本发明中的波束(beam)是指多个接收器的经过处理的输出目标信号。波束赋形器(beamformer)是对多个输入信号(波场的空间取样)进行处理并提供选择所期望信号的单个输出而将来自其它方向的信号滤出的空间滤波器。自适应波束赋形器是指已知的广义边带抵消器(GSC)，其为提供所期望的信号输出的波束赋形器和产生噪声估计的自适应干扰抵消器(AIC)的组合，然后将该噪声估计从所期望的信号输出中减去，从而进一步降低了所期望信号路径上剩余的环境噪声。期望信号例如是来自源方向上的语音信号，而噪声信号是包括期望信号的反射分量的环境中的所有其它信号。当信号(声音压力波或电磁辐射)撞击障碍物并改变方向时出现反射，可以是从另一个方向反射回系统。
在现有技术的GSC自适应滤波中的主要问题是期望信号漏到自适应滤波器中，这导致系统输出中期望信号的恶化。同样，当目标在移动时，必须相应地改变波束方向，这需要计算新的阻挡矩阵或使用预转向(pre-steering)，如Claesson和Nordholm在“A Spatial FilteringApproach to Robust Adaptive Beaming”，IEEE Trans.on Antennas andPropagation，Vol.40，No.9，Sep 1992中所描述的。在现有技术系统中通常不考虑转向(steering)并且假定波束赋形器仅指向一个已知的固定观察(目标)方向。
在传统的GSC中，可通过限制自适应滤波器(例如，漏溢式最小均方(1eaky LMS)，最小均方)的性能和/或加大用于阻挡的空间角度来试图防止期望信号的抵消。
现有技术中的方案是次优的，因为它们(例如，漏溢式LMS自适应滤波器)不能提供与不限制自适应滤波器的性能的情况下同样的干扰抵消。同样，阻挡矩阵通常作为被计算为波束赋形滤波器的互补的滤波器，因此，当期望信号源转动时，改变波束赋形器的观察(目标)方向通常需要对互补滤波器进行相当费力的重新计算。另一方面，互补滤波器可以存储在存储器中，这需要对于每个观察(目标)方向将滤波因子进行单独存储。在这种情况中，波束赋形器的实际观察(目标)方向被限制于从存储器中经过预先计算的滤波器获得的观察方向。另一种可选方案是预先将阵列信号转向期望信号源(期望信号是在所有信道上同相)。然而，预先转向需要模拟延迟滤波器或数字分数延迟滤波器，这些滤波器非常长，因此实施起来很复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于为用在广义边带抵消系统中的自适应干扰抵消滤波器提供噪声参考的具有新颖性的方法。
根据本发明的第一个方面，一种用于为广义边带抵消生成噪声参考的方法，包括以下步骤由具有M个麦克风的麦克风阵列接收声音信号，所述M个麦克风用于提供相应的M个麦克风信号或M个数字麦克风信号，其中，M为至少为2的有限整数；由T+1个前置滤波器中的相应滤波器响应于M个麦克风信号或M个数字麦克风信号生成T+1个中间信号中的每一个，并将所述T+1个中间信号提供给N个噪声后置滤波器中的每个后置滤波器，所述T+1个前置滤波器和N个噪声后置滤波器是波束赋形器的构成组件，其中，T为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；由波束赋形器的波束形状控制块生成N个噪声控制信号，并将所述N个噪声控制信号中的每个信号分别提供给N个噪声后置滤波器中相应的一个滤波器；以及由所述N个噪声后置滤波器生成N个噪声参考信号，并将所述噪声参考信号中的每个信号分别提供给自适应干扰抵消器的N个自适应滤波器块中相应的一个滤波器块，用于使用所述广义边带抵消方法提供输出目标信号。
进一步根据本发明第一个方面，在所述生成T+1个中间信号之前，所述方法还可包括以下步骤使用A/D转换器将所述麦克风阵列的M个麦克风信号转换为M个数字麦克风信号并将所述M个数字麦克风信号提供给所述波束赋形器。
进一步根据本发明的第一个方面，该方法还可以包括以下步骤生成到达方向信号或外部到达方向信号以及可选的N个噪声方向信号或N个外部方向信号，并且将所述到达方向信号或所述外部到达方向信号以及可选的所述N个噪声方向信号或N个外部方向信号提供给波束形状控制块。进一步地，所述生成T+1个中间信号的步骤还可包括将所述T+1个中间信号提供给扬声器和噪声跟踪块。仍然进一步地，到达方向信号和可选的N个噪声方向信号可由所述扬声器和噪声跟踪块生成并提供给波束形状控制块。仍然进一步地，在可选的实施例中，外部到达方向信号和可选的N个外部噪声方向信号可由外部控制信号生成器生成并提供给波束形状控制块。
进一步根据本发明的第一个方面，生成T+1个中间信号的步骤之后，所述方法还可以包括以下步骤由扬声器和噪声跟踪块生成到达方向信号和可选的N个噪声方向信号，并将所述到达方向信号以及可选的所述N个噪声方向信号提供给所述波束形状控制块。
进一步根据本发明的第一个方面，生成T+1个中间信号的步骤还可以包括将所述T+1个中间信号提供给目标后置滤波器，并且其中，所述生成N个噪声控制信号的步骤还包括由波束形状控制块生成目标控制信号并将所述目标控制信号提供给目标后置滤波器，所述方法还包括以下步骤由目标后置滤波器生成目标信号并将所述目标信号提供给自适应干扰抵消器的加法器。仍然进一步地，该方法还可以包括步骤由所述相应的N个自适应滤波器块生成N个噪声抵消自适应信号，并将所述N个噪声抵消自适应信号提供给加法器；以及使用加法器通过从目标信号中减去N个噪声抵消自适应信号来生成输出目标信号。仍然进一步地，输出目标信号可以被提供给N个自适应滤波器块中的每个滤波器块，用于继续适配处理以及生成输出目标信号的其它值。
仍然进一步地根据本发明的第一个方面，N可以等于1。
仍然进一步地根据本发明的第一个方面，所述广义边带抵消方法可以在频率域或者时间域或同时在频率域和时间域中执行。
根据本发明的第二个方面，一种广义边带抵消系统包括麦克风阵列，包括M个麦克风，用于响应于声音信号提供M个麦克风信号，其中，M为至少为2的有限整数；波束赋形器，用于响应于M个麦克风信号或M个数字麦克风信号生成T+1个中间信号、生成N个噪声控制信号以及提供N个噪声参考信号，其中，T为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；以及自适应干扰抵消器，用于响应于N个噪声参考信号，提供广义边带抵消系统的输出目标信号。
进一步根据本发明的第二个方面，波束赋形器可以为多项式波束赋形器。
进一步根据本发明的第二个方面，N可以等于1。
仍然进一步根据本发明的第二个方面，所述的广义边带抵消系统还包括A/D转换器，用于响应于M个麦克风信号提供M个数字麦克风信号。
仍然进一步根据本发明的第二个方面，所述波束赋形器可以包括波束形状控制块用于响应于到达方向信号或外部到达方向信号以及可选的N个噪声方向信号或N个外部噪声方向信号，提供目标控制信号和N个噪声控制信号。仍然进一步地，所述波束赋形器还可以包括T+1个前置滤波器，每个所述前置滤波器用于响应于M个数字麦克风信号中的每个信号，提供T+1个中间信号。仍然进一步地，所述广义边带抵消系统还可以包括扬声器和噪声跟踪块，用于响应于所述T+1个中间信号提供到达方向信号和可选的N个噪声方向信号。仍然进一步地，所述波束赋形器还包括目标后置滤波器，用于响应于T+1个中间信号和目标控制信号提供目标信号；以及N个噪声后置滤波器，每个所述后置滤波器用于响应于T+1个中间信号和N个噪声控制信号中相应的一个信号，且提供N个噪声参考信号。仍然进一步地，广义边带抵消系统而不是扬声器和噪声跟踪块还可以包括外部控制信号生成器，用于提供外部到达方向信号和可选的N个外部噪声方向信号。
仍然根据本发明的第二个方面，自适应干扰抵消器可以包括N个自适应滤波器块，每个所述自适应滤波器块用于响应于N个噪声参考信号中相应的一个信号以及输出目标信号，提供N个噪声抵消自适应信号中相应的一个信号；以及加法器，用于响应于目标信号和N个噪声抵消自适应信号，提供输出目标信号。
仍然根据本发明的第二个方面，所述广义边带抵消系统可以在频率域或时间域或同时在频率域和时间域中实施。
根据本发明的第三个方面，一种用于为广义边带抵消生成噪声参考的方法，包括以下步骤由具有M个麦克风的麦克风阵列接收声音信号，用于提供相应的M个麦克风信号或M个数字麦克风信号，其中，M为至少为2的有限整数；由T+1个前置滤波器中相应的一个前置滤波器响应于M个麦克风信号或M个数字麦克风信号生成T+1个中间信号中的每个中间信号，将所述T+1个中间信号提供给N×K个噪声后置滤波器中的每个后置滤波器，所述T+1个前置滤波器和所述N×K个噪声后置滤波器是波束赋形器的构成组件，其中，T为至少为1的有限整数，K为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；分别由波束赋形器的K个波束形状控制块中的每个波束形状控制块生成N×K个噪声控制信号中的N个信号，并且将所述噪声控制信号中的每个信号分别提供给N×K个噪声后置滤波器中相应的一个滤波器；以及由N×K个噪声后置滤波器中相应的一个滤波器生成N×K个噪声参考信号中的每个信号，并且将所述噪声参考信号中的每个信号分别提供给K个自适应干扰抵消器中相应的一个自适应干扰抵消器的N×K个自适应滤波器中相应的一个滤波器。
进一步根据本发明的第三个方面，在所述生成T+1个中间信号的步骤之前，所述方法还可以包括以下步骤使用A/D转换器将麦克风阵列的M个麦克风信号转换为数字麦克风信号，并将所述M个数字麦克风信号提供给波束赋形器。
仍然进一步地根据本发明的第三个方面，所述生成T+1个中间信号的步骤还可以包括将所述T+1个中间信号提供给K个目标后置滤波器中的每个目标后置滤波器，并且其中，由K个波束形状控制块中的每个控制块分别生成N×K个噪声控制信号的所述N个信号的步骤还可以包括，由K个波束形状控制块中相应的一个控制块生成K个目标控制信号中的每个信号，并将所述K个目标控制信号中的每个信号提供给K个目标后置滤波器中相应的一个滤波器，所述方法还包括步骤由K个目标后置滤波器中相应的一个滤波器生成K个目标信号中的每个信号，并且将所述K个目标信号中的每个信号分别提供给K个自适应干扰抵消器中相应的一个抵消器的K个加法器中相应的一个加法器。仍然进一步地，该方法可以包括以下步骤由N×K个自适应滤波器块中相应的一个滤波器块生成N×K个噪声抵消自适应信号中的每个信号；将所述N×K个噪声抵消自适应信号中的每个信号提供给具有相同指数K的K个加法器中相应的一个加法器；以及使用K个加法器通过从具有相同指数K的K个目标信号中相应的一个信号中减去具有相同指数K的N×K个噪声抵消自适应信号中的每个信号来生成K个输出目标信号。仍然进一步地，K个输出目标信号中的每个信号被分别提供给具有指数K的N×K个自适应滤波器块中的每个滤波器块，用于继续适配处理和生成K个输出目标信号的其它值。
仍然进一步地根据本发明的第三个方面，N可以等于1。进一步地，波束赋形器可以为多项式波束赋形器。
仍然进一步地根据本发明的第三个方面，广义边带抵消方法可以在频率域或时间域或同时在频率域和时间域中执行。
为了更好地理解本发明的性质和目的，下面结合附图进行详细的描述，其中图1为表示根据本发明使用N个参考噪声信号的广义边带抵消示例的方框图；图2a、2b和2c表示根据本发明的目标方向和噪声参考方向的分布的不同示例。
图3为根据本发明使用一个参考噪声信号的广义边带抵消的示例的方框图；图4为根据本发明的图1中所示的广义边带抵消的流程图；图5为根据本发明使用多个目标方向信号的广义边带抵消的示例的方框图。
具体实施例方式
本发明提供一种用于为应用于广义边带抵消系统中的自适应干扰抵消滤波器生成噪声参考的方法。所述噪声参考信号然后被用于使用所述自适应干扰抵消滤波器生成噪声估计信号，接着将所述噪声估计信号从期望信号路径中减去，从而在系统输出中进一步降低噪声。更具体地，本发明涉及一种类似于广义边带抵消器(GSC)结构的多麦克风波束赋形系统，但是与GSC的区别在于当波束从期望信号源位置转开时使用阻挡期望信号的可转向波束生成噪声参考到自适应干扰抵消器(AIC)滤波器。
当期望信号源转动时，需要改变波束方向。根据本发明，如以M.Kajala和M.Hmlinen为发明人的欧洲专利No.1184676“A methodand a Device for Parametric Steering of a Microphone ArrayBeamformer”(相应于PCT专利申请公开WO 02/1 8969)所描述的技术方案和以P.Valve为发明人的美国专利6,449,593“Method and Systemfor Tracking Human Speakers”中所描述的扬声器跟踪，在一种可能的情形中使用多项式波束赋形器，系统知道期望信号源的方向并且容易地通过仅改变系统中的几个参数值形成具有相应噪声参考信号的新波束。
图1表示根据本发明使用N个参考噪声信号的广义边带抵消系统10-N的一个可能示例的方框图。
声音信号11由具有M个麦克风的麦克风阵列12接收以生成M个相应的麦克风(电声)信号30，其中M是至少为2的有限整数。通常麦克风阵列12中的麦克风基本上沿着水平线安排在单个阵列中。然而，麦克风可沿不同的方向排列，或者在2D或3D阵列中排列。可以使用A/D转换器14对M个相应的麦克风信号30进行转换，并将每个所述M个数字麦克风信号32提供给多项式波束赋形器18-N的T+1个前置滤波器20中的每个前置滤波器，其中T是至少为1的有限整数。多项式波束赋形器18-N和包括T+1个前置滤波器20、目标后置滤波器24、N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N以及波束形状控制块22在以M.Kajala和M.Hmlinen为发明人的欧洲专利No.1184676“A method and a Device for Parametric Steering of aMicrophone Array Beamformer”(相应于PCT专利申请公开WO02/18969)中进行了详细地描述。
因此，多项式波束赋形器18-N及其组件的性能在本说明书中引入作为参考(见图4以及前述参考的波束赋形器30-II的操作)。T+1个前置滤波器20响应于T+1个前置滤波器20接收到所述M个数字麦克风信号32生成T+1个中间信号34，并将T+1个中间信号34提供给目标后置滤波器24以及N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N中的每个后置滤波器，所述T+1个前置滤波器20、所述目标后置滤波器24和所述噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N是波束赋形器18-N的组件，N为至少为1的有限整数。所述T+1个中间信号34也由T+1个前置滤波器20提供给扬声器和噪声跟踪块16。
T+1个中间信号34仍然包含M个麦克风信号30的空间信息，但是格式不同。这些T+1个中间信号34需要由后置滤波器(24、25-1、25-2......25-N)进一步进行处理，以便获得适当地代表由控制信号(3 5、36-1、36-2......36-N)指定的观察(目标)方向的信号，这些控制信号由波束形状控制块22生成，如下所述。
扬声器和噪声跟踪块16的性能在以P.Valve为发明人的美国专利6,449,593“Method and System for Tracking Human Speakers”中进行了描述，该专利在本说明书中引入作为参考(参见上述参考的图3)。扬声器和噪声跟踪块16主要用于选择一个有利的波束方向来跟踪扬声器和噪声跟踪，并且块16生成到达方向(DOA)信号17和可选的(如下所述)噪声方向信号17a，将所述到达方向信号17和可选的可选噪声方向信号提供给多项式波束赋形器18-N的波束形状控制块22(其性能如前所述在这里引入作为参考)。扬声器和噪声跟踪块16能够追踪期望的目标信号源的方向以及下面所述的可选的噪声信号的方向。波束形状控制块22生成目标控制信号3 5和N个噪声控制信号36-1、36-2......36-N，并将所述控制信号35、36-1、36-2......36-N分别提供给目标后置滤波器24和N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N。
现在有其它的一些方法可用于生成到达方向信号17以及噪声方向信号17a。要注意的是，根据本发明，目标信号源(和/或噪声源)的位置，即形成控制信号35(和/或36-1、36-2......36-N)的位置，可以通过检查从相机获得的可视信息(如果存在这样的贴附于系统10-N的可视信息)或通过任何其它的可以给出所需信息而不用使用扬声器和噪声跟踪块16的手段进行确定。可选地，外部控制信号生成器16-I可用来取代块16用于生成外部的到达方向信号17-I和N个外部噪声方向信号17a-I以分别代替信号17和17a。区别在于块16-I独立地操作并且其操作不需要所述T+1个中间信号34。
块16所进行的噪声参考方向估计(噪声方向信号17a)并不是必须的，因此根据本发明是可选的，因为噪声参考方向可以通过根据波束形状控制块22中的目标信号方向(到达方向信号17或其等同)生成N个噪声控制信号36-1、36-2......36-N来进行调整，以覆盖整个有兴趣但是从目标方向转开的空间，如图2所示且如下所述。然而，在一些情况下，例如如果存在关于强干扰方向的外部信息，则使用用于生成噪声方向信号17a(或信号17a-I)的扬声器和噪声跟踪块16(或可选择地使用如前所述的外部源16-I)能够提高自适应干扰抵消器(AIC)21-N的噪声抵消性能。同样，如果整个空间没有被噪声参考波束所覆盖，则生成信号17a是有利的，如图2b中所示，其中主要的噪声源A恰好落在均等分布的波束空间中的两个顺次的噪声参考波束之间。进一步的处理如下所述。
目标后置滤波器24使用目标控制信号35生成目标信号38，并且将所述目标信号38提供到自适应干扰抵消器2 1-N的N+1个输入加法器26。N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N中的每个滤波器分别生成N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N中相应的噪声参考信号，并将所述N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N中相应的噪声参考信号分别提供到AIC21-N的N个自适应滤波器块28-1、28-1......28-N中相应的自适应滤波器块。所述N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N从期望信号的方向被转向，因此期望信号的内容在所述N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N中被抑制(阻挡)。N个自适应滤波器块28-1、28-1......28-N生成相应的N个噪声抵消自适应信号40-1、40-2......40-N，并将这些信号提供给加法器26。通过从目标信号38中减去信号40-1、40-2......40-N并将输出目标信号42作为反馈提供给相应的N个自适应滤波器块28-1、28-1......28-N的因子适配块(图1中未示出)从而完成空间-时间适配，加法器26生成广义边带抵消系统10的输出目标信号42。
要注意的是，图1中具有多个平行的滤波器/块(25-1、25-2......25-N和28-1、28-1......28-N)增加了对不同噪声源的方向进行适配的更多的自由度。同样，代替平行的AIC 21-N，自适应的滤波器可以顺次排布，但是与平行结构相比可能不会工作得那么好。
如前所述，关于目标信号方向(或目标DOA)的信息由块1 6或前面所述的其它装置确定。然而，重要的是，N个噪声后置滤波器(25-1、25-2......25-N)的噪声参考方向从该方向被转向。根据本发明，优选地，实现所述转向的一种可能是均等地(或用某种预定的固定分布)以与图2中所示的观察(目标)方向相反的方向对噪声参考方向进行转向。另一种可能是使用扬声器和噪声跟踪块16(或可选择的块16-I)生成噪声控制信号17a和之后的用于生成N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N的N个噪声控制信号36-1、36-2......36-N。
要注意的是，图1实施例描述的本发明能够在频率域和/或时间域中实施。
图2a、2b和2c描述了根据本发明的目标方向和噪声参考方向的不同分布示例。
图2a给出了覆盖了麦克风阵列12整个声音空间的Na个噪声干扰声音方向上的2D空间中的均匀空间分布的例子。图2a表示目标声音符号、三个主要噪声源(A、B和C)、目标方向接收灵敏度简要描述以及N个固定的噪声参考方向灵敏度简要描述(与检测到的目标方向有关)。要注意的是，为了简洁起见，附图没有显示单独的灵敏度图案的边带。
图2b与图2a类似，但是具有减小了覆盖的Nb(Nb＜Na)个噪声参考声音方向，其中在噪声源A的方向上出现了空间上的空处。所以，噪声源方向不是独立地进行转向的，可以看出，例如一个噪声源(来自源A的声音信号)落入两个噪声参考波束之间，可能不是非常优选的选择。
图2c表示根据本发明仅具有一个目标信号方向和单个噪声参考方向(N＝1)并且使用非常简单的心形灵敏度图案用于声音选择的覆盖极大减小的噪声参考声音方向。可以看出，在这种情况中，单个噪声参考信号在空间上并不对噪声源A、B和C进行分隔，但是最后的噪声参考信号仍然阻挡了目标信号，这是本发明的主要问题。
一个关于噪声参考波束的重要考虑是阻挡目标信号的能力，这对于保证适当地操作AIC块21-N是重要的。同样，N个噪声参考波束的集合仍然大致地覆盖麦克风阵列12的整个周围空间，从而接收一个或多个实际的噪声源信号A、B等。如前所述，如果存在关于强干扰方向的外部消息(例如，图2a、2b和2c的主要噪声源A、B和/或C)，则使用用于生成噪声方向信号17a的扬声器和噪声跟踪决16可以提高自适应干扰抵消器块21-N的噪声抵消性能。
图3为根据本发明的使用一个参考噪声信号的广义边带抵消的一个示例的方框图。与具有N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N和N个自适应滤波器块28-1、28-1......28-N不同的是，本实施例中仅分别具有一个噪声后置滤波器25-1和一个自适应滤波器块28-1，这降低了系统的计算复杂度。
图4表示根据本发明的图1中出现的广义边带抵消的流程图。图4的流程图在各种情形中仅表示一个可能的情形。在根据本发明的方法中，在步骤50，声音信号11由M个麦克风的阵列12接收，并且M个麦克风信号30由所述阵列12生成。在下一个步骤52，多信道A/D转换器14将M个麦克风信号30转换为数字麦克风信号32并将其提供到多项式波束赋形器18-N的T+1个前置滤波器20。
在下一个步骤54中，T+1个中间信号34由波束赋形器18-N的T+1前置滤波器20生成并分别被提供到扬声器和噪声跟踪块16、目标后置滤波器24和N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N中的每个后置滤波器。在下一个步骤56，扬声器和噪声跟踪块16生成到达方向(DOA)信号17以及可选的N个噪声方向信号17a，并将它们提供给波束形状控制块22。在下一个步骤58中，目标控制信号35和N个噪声控制信号36-1、36-2......36-N由波束形状控制块22生成并被分别提供给目标后置滤波器24和波束赋形器18-N的相应的N个噪声后置滤波器25-1、25-2......25-N。在下一个步骤60中，N个噪声参考信号37-1、37-2......37-N由相应N个后置滤波器25-1、25-2......25-N生成并被分别提供给AIC 21-N的相应自适应滤波器块28-1、28-1......28-N。在下一个步骤62中，目标信号38由目标后置滤波器24生成并被提供给AIC 21-N的加法器26。在下一个步骤64中，N个噪声抵消自适应信号40-1、40-1......40-N由AIC 2 1-N的相应N个自适应滤波器块28-1、28-2......28-N生成。在下一个步骤66中，输出目标信号42由加法器26通过从目标信号3 8减去所有的N个噪声抵消自适应信号40-1、40-1......40-N生成。在下一个步骤68中，确定是否仍然在进行通信。如果不是，则处理结束。但是，如果通信仍然进行，则在下一个步骤70中，输出目标信号42被作为反馈提供给所有N个自适应滤波器块28-1、28-1......28-N的因子适配块(图1中未示出)，并且处理返回步骤50。
最后，图5为根据本发明的使用多目标方向信号的广义边带抵消的一个例子的方框图。图5的系统性能与图3(或N＝1的图1)的系统性能类似，不同之处在于存在K(K为至少为1的整数)个信号目标方向而不是图3(或N＝1的图1)的系统中的一个信号目标方向。图5的多项式波束赋形器18-N-K(N＝1)具有K个目标后置滤波器24-1、24-2......24-K、N×K＝K(N＝1)个噪声后置滤波器25-1-1、25-2......25-1-K以及K个波束形状控制块22-2、22-1......22-K。还有，与图1中只具有1个AIC不同的是，其中存在着具有K个自适应滤波器块28-1-1、28-1-2......28-1-K的N×K＝K(N＝1)个AIC 21-1-1、2 1-1-2......2 1-1-K。这样，不同于1个DOA信号(图1中的信号17)，扬声器和噪声跟踪块16生成K个DOA信号17-1、17-2......17-K，这些信号被发送给相应的K个波束形状控制块22-1、22-2......22-K。K个波束形状控制块22-1、22-2......22-K分别生成K个目标控制信号35-1、35-2......35-K并将它们提供给相应的K个目标后置滤波器24-1、24-2......24-K，并且生成N×K＝K(N＝1)个噪声控制信号36-1-1、36-1-2......36-1-K并将它们提供给相应的K个噪声后置滤波器25-1-1、25-1-2......25-1-K。K个目标后置滤波器24-1、24-2......24-K以及相应的K个噪声后置滤波器25-1-1、25-1-2......25-1-K分别生成K个目标信号38-1、38-2......38-K和相应的K个噪声参考信号37-1-1、37-1-2......37-1-K，并将其分别发送给相应的K个加法器26-1、26-1......26-K以及相应的K个自适应滤波器块28-1-1、28-1-2......28-1-K。因此，存在K个系统输出目标信号42-1、42-2......42-K，每个系统输出目标信号都以图1和图3中的输出目标信号42相似的方式生成。进一步对K个输出目标信号42-1、42-2......42-K的处理包括使用附加组件对它们进行结合或混合(无论应用需要什么)，该附加组件例如是使用现有技术中已知的混频器和/或电话会议开关/桥接器技术。
应当理解，前面所述的方案仅是本发明原理的应用示例。本领域技术人员可以设计出多种修改或替换方案而不脱离本发明的范围，所附的权利要求书意在覆盖这种修改和安排。
权利要求
1.一种用于为广义边带抵消生成噪声参考的方法，包括以下步骤由具有M个麦克风的麦克风阵列(12)接收(50)声音信号(11)，所述M个麦克风用于提供相应的M个麦克风信号(30)或M个数字麦克风信号(32)，其中，M为至少为2的有限整数；由T+1个前置滤波器(20)中的相应滤波器响应于M个麦克风信号(30)或M个数字麦克风信号(32)生成(54)T+1个中间信号(34)中的每一个，并将所述T+1个中间信号(34)提供给N个噪声后置滤波器(25-1、25-2......25-N)中的每个后置滤波器，所述T+1个前置滤波器(20)和N个噪声后置滤波器(25-1、25-2......25-N)是波束赋形器(18-N)的构成组件，其中，T为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；由波束赋形器(18-N)的波束形状控制块(22)生成(58)N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)，并将所述N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)中的每个信号分别提供给N个噪声后置滤波器(25-1、25-2......25-N)中相应的一个滤波器；以及由所述N个噪声后置滤波器(25-1、25-2......25-N)中相应的一个滤波器生成(60)N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)中的每个信号，并将所述N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)中的每个信号分别提供给自适应干扰抵消器(21-N)的N个自适应滤波器块(28-1、28-1......28-N)中相应的一个滤波器块，用于使用所述广义边带抵消方法提供输出目标信号(42)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述生成(54)T+1个中间信号(34)之前，所述方法还包括以下步骤使用A/D转换器(14)将所述麦克风阵列(12)的M个麦克风信号(30)转换(52)为M个数字麦克风信号(32)并将所述M个数字麦克风信号(32)提供给所述波束赋形器(18-N)。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤生成(56)到达方向信号(17)或外部到达方向信号(17-I)以及可选的N个噪声方向信号(17a)或N个外部方向信号(17a-I)，并且将所述到达方向信号(17)或所述外部到达方向信号(17-I)以及可选的所述N个噪声方向信号(17a)或N个外部方向信号(17a-I)提供(56)给波束形状控制块(22)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述生成(54)T+1个中间信号(34)的步骤还包括将所述T+1个中间信号(34)提供给扬声器和噪声跟踪块(16)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述到达方向信号(17)和可选的N个噪声方向信号(17a)由所述扬声器和噪声跟踪块(16)生成并提供给波束形状控制块(22)。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述外部到达方向信号(17-I)和可选的所述N个外部噪声方向信号(17a-I)由外部控制信号生成器(16-I)生成并提供给波束形状控制块(22)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在生成(54)所述T+1个中间信号(34)的步骤之后，所述方法还包括以下步骤由所述扬声器和噪声跟踪块(16)生成(56)到达方向信号(17)和可选的N个噪声方向信号(17a)，并将所述到达方向信号(17)以及可选的所述N个噪声方向信号(17a)提供给所述波束形状控制块(22)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，生成(54)所述T+1个中间信号(34)的步骤还包括将所述T+1个中间信号(34)提供给目标后置滤波器(24)，并且其中，所述生成(58)N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)的步骤还包括由波束形状控制块(22)生成目标控制信号(35)并将所述目标控制信号(35)提供给目标后置滤波器(24)，所述方法还包括以下步骤由目标后置滤波器(24)生成(62)目标信号(38)并将所述目标信号(38)提供给自适应干扰抵消器(21-N)的加法器(26)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤由所述相应的N个自适应滤波器块(28-1、28-1......28-N)生成(64)N个噪声抵消自适应信号(40-1、40-2......40-N)，并将所述N个噪声抵消自适应信号(40-1、40-2......40-N)提供给加法器(26)；以及使用加法器(26)通过从目标信号(38)中减去N个噪声抵消自适应信号(40-1、40-2......40-N)生成(66)输出目标信号(42)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，输出目标信号(42)被提供给N个自适应滤波器块(28-1，28-1......28-N)中的每个滤波器块，用于继续适配处理以及生成输出目标信号(42)的其它值。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波束赋形器(18-N)为多项式波束赋形器。
12.根据权利要求1所述的方法，其中N＝1。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述广义边带抵消在频率域或者时间域或同时在频率域和时间域中执行。
14.一种广义边带抵消系统(10-N)，包括麦克风阵列(12)，包括M个麦克风，用于响应于声音信号(11)，提供M个麦克风信号(30)，其中，M为至少为2的有限整数；波束赋形器(18-N)，用于响应于M个麦克风信号(30)或M个数字麦克风信号(32)，生成T+1个中间信号(34)、生成N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)以及提供N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)，其中，T为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；以及自适应干扰抵消器(21-N)，用于响应于N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)，提供广义边带抵消系统(10-N)的输出目标信号(42)。
15.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述波束赋形器(18-N)为多项式波束赋形器。
16.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，N＝1。
17.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，还包括A/D转换器(14)，用于响应于M个麦克风信号(30)提供M个数字麦克风信号(32)。
18.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述波束赋形器(18-N)包括波束形状控制块(22)，用于响应于到达方向信号(17)或外部到达方向信号(17-I)以及可选的N个噪声方向信号(17a)或N个外部噪声方向信号(17a-I)，提供目标控制信号(35)和N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)。
19.根据权利要求18所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述波束赋形器(18-N)还包括T+1个前置滤波器(20)，每个所述前置滤波器(20)用于响应于M个数字麦克风信号(32)中的每个信号，提供T+1个中间信号(34)。
20.根据权利要求19所述的广义边带抵消系统(10-N)，还包括扬声器和噪声跟踪块(16)，用于响应于所述T+1个中间信号(34)，提供到达方向信号(17)和可选的N个噪声方向信号(17a)。
21.根据权利要求19所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述波束赋形器(18-N)还包括目标后置滤波器(24)，用于响应于T+1个中间信号(34)和目标控制信号(35)提供目标信号(38)；以及N个噪声后置滤波器(25-1、25-1......25-N)，每个所述后置滤波器用于响应于T+1个中间信号(34)和N个噪声控制信号(36-1、36-2......36-N)中相应的一个信号，提供N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)中相应的一个信号。
22.根据权利要求18所述的广义边带抵消系统(10-N)，还包括外部控制信号生成器(16-1)，用于提供外部到达方向信号(17-I)和可选的N个外部噪声方向信号(17a-I)。
23.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述自适应干扰抵消器(21-N)包括N个自适应滤波器块(28-1，28-2......28-N)，每个所述自适应滤波器块用于响应于N个噪声参考信号(37-1、37-2......37-N)中相应的一个信号以及输出目标信号(42)，提供N个噪声抵消自适应信号(40-1、40-2......40-N)中相应的一个信号；以及加法器(26)，用于响应于目标信号(38)和N个噪声抵消自适应信号(40-1、40-2......40-N)，提供输出目标信号(42)。
24.根据权利要求14所述的广义边带抵消系统(10-N)，其中，所述系统(10-N)在频率域或时间域或同时在频率域和时间域中实施。
25.一种用于为广义边带抵消生成噪声参考的方法，包括以下步骤由具有M个麦克风的麦克风阵列(12)接收(50)声音信号(11)，用于提供相应的M个麦克风信号(30)或M个数字麦克风信号(32)，其中，M为至少为2的有限整数；由T+1个前置滤波器(20)中相应的一个前置滤波器响应于M个麦克风信号(30)或M个数字麦克风信号(32)生成(54)T+1个中间信号(34)中的每个中间信号，将所述T+1个中间信号(34)提供给N×K个噪声后置滤波器(25-1-1、25-2-1......25-N-K)中的每个后置滤波器，所述T+1个前置滤波器(20)和所述N×K个噪声后置滤波器(25-1-1、25-2-1......25-N-K)是波束赋形器(18-N-K)的构成组件，其中，T为至少为1的有限整数，K为至少为1的有限整数，N为至少为1的有限整数；分别由波束赋形器(18-N-K)的K个波束形状控制块(22-1、22-2......22-K)中的每个波束形状控制块生成(58)N×K个噪声控制信号(36-1-1、36-2-1......36-N-K)中的N个信号，并且将所述噪声控制信号(36-1-1、36-2-1......36-N-K)中的每个信号分别提供给N×K个噪声后置滤波器(25-1-1、25-2-1......25-N-K)中相应的一个滤波器；以及由N×K个噪声后置滤波器(25-1-1、25-2-1......25-N-K)中相应的一个滤波器生成(60)N×K个噪声参考信号(37-1-1、37-2-1......37-N-K)中的每个信号，并且将所述噪声参考信号(37-1-1、37-2-1......37-N-K)中的每个信号分别提供给K个自适应干扰抵消器(21-N-1、21-N-2......21-N-K)中相应的一个自适应干扰抵消器的N×K个自适应滤波器(28-1-1、28-2-1......28-N-K)中相应的一个滤波器。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述生成(54)T+1个中间信号(34)的步骤之前，所述方法包括以下步骤使用A/D转换器(14)将麦克风阵列(12)的M个麦克风信号(30)转换(52)为数字麦克风信号(32)，并将所述M个数字麦克风信号(32)提供给波束赋形器(18-N-K)。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述生成(54)T+1个中间信号(34)的步骤还包括将所述T+1个中间信号(34)提供给K个目标后置滤波器(24-1、24-2......24-K)中的每个目标后置滤波器，并且其中，由K个波束形状控制块(22-1、22-2......22-K)中的每个控制块分别生成(58)N×K个噪声控制信号(36-1-1、36-2-1......36-N-K)中的所述N个信号的步骤还包括，由K个波束形状控制块(22-1、22-2......22-K)中相应的一个控制块生成K个目标控制信号(35-1、35-2......35-K)中的每个信号，并将所述K个目标控制信号(35-1、35-2......35-K)中的每个信号提供给K个目标后置滤波器(24-1、24-2......24-K)中相应的一个滤波器，所述方法还包括步骤由K个目标后置滤波器(24-1、24-2......24-K)中相应的一个滤波器生成(62)K个目标信号(38-1、38-2......38-K)中的每个信号，并且将所述K个目标信号(38-1、38-2......38-K)中的每个信号分别提供给K个自适应干扰抵消器(21-N-1、21-N-2......21-N-K)中相应的一个抵消器的K个加法器(26-1、26-2......26-K)中相应的一个加法器。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括以下步骤由N×K个自适应滤波器块(28-1-1、28-2-1......28-N-K)中相应的一个滤波器块生成(64)N×K个噪声抵消自适应信号(40-1-1、40-2-1......40-N-K)中的每个信号；将所述N×K个噪声抵消自适应信号(40-1-1、40-2-1......40-N-K)中的每个信号提供给具有相同指数K的K个加法器(26-1、26-2......26-K)中相应的一个加法器；以及使用K个加法器(26-1、26-2......26-K)通过从具有相同指数K的K个目标信号(38-1、38-2......38-K)中相应的一个信号中减去具有相同指数K的N×K个噪声抵消自适应信号(40-1-1、40-2-1......40-N-K)中的每个信号来生成(66)K个输出目标信号(42-1、42-2......42-K)。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，K个输出目标信号(42-1、42-2......42-K)中的每个信号被分别提供给具有相同指数K的N×K个自适应滤波器块(28-1、28-1......28-N)中的每个滤波器块，用于继续适配处理和生成K个输出目标信号(42-1、42-2......42-K)的其它值。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，所述波束赋形器(18-N-K)为多项式波束赋形器。
31.根据权利要求25所述的方法，其中N＝1。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述广义边带抵消在频率域或时间域或同时在频率域和时间域中执行。
全文摘要
本发明描述了一种用于为应用于广义边带抵消系统中的自适应干扰抵消滤波器生成噪声参考的方法。更具体地，本发明涉及一种类似于广义边带抵消器(GSC)结构的多麦克风波束赋形系统，但是与GSC的不同之处在于，当波束转离期望的信号源位置时，本发明使用阻挡期望信号的可转向波束生成噪声参考到自适应干扰抵消器(AIC)的滤波器。
文档编号H04R31/00GK101088307SQ200480038782
公开日2007年12月12日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月24日
发明者马特蒂·卡雅拉, 马特蒂·阿马莱南, 维尔·米尔利拉 申请人:诺基亚公司