专利名称：声音发射和采集设备以及声音发射和采集设备的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在多个点之间通过网络等进行的电话会议 等中的声音发射和采集设备，具体地讲，涉及一种声音发射和采集设 备以及这种声音发射和采集设备的控制方法，在这种设备中，将麦克 风和扬声器放置在相对较近的位置。
背景技术：
通常，已经将用于在举行电话会议的每个点安装声音发射和采 集设备、通过网络连接这些设备以及传播声音信号的方法用作在远程 位置之间进行电话会议的方法。于是，提供了很多这样的设备，其中， 在这些声音发射和采集设备的机柜中同时安装了用于发射对方设备
端的声音的扬声器和用于采集自己一方设备端的声音的麦克风。
例如，在专利参考文献1的电话会议设备(声音发射和采集设 备)中，从放置在天花板表面上的扬声器发射通过网络输入的声音信 号，采集每个麦克风的声音信号，并通过网络将声音采集信号发送到 外面，这些麦克风放置在侧表面，采用多个不同的方向作为各自的前 向。
专利参考文献1: JP-A-8-29869
发明内容
本发明要解决的问题
不过，在专利参考文献1的设备中，麦克风邻接扬声器，从而， 在每个麦克风的声音采集信号中大量地包括来自扬声器的绕射声音。 于是，当这个绕射声音的音量比较大，而且来自讲话者的发言声音的 音量较小时，不能准确地检测到讲话者的方位来准确地采集来自这个 方位的声音。
6从而，本发明的目的是提供一种声音发射和采集设备以及这种 声音发射和采集设备的控制方法，该设备能够在不被绕射声音影响的 情况下检测到讲话者方位，并能够确实地采集和输出来自讲话者的声
音
解决这些问题的手段
本发明的声音发射和采集设备的特征在于包括声音发射装置， 其包括扬声器；声音采集装置，其包括多个以预定格局布置的多个麦 克风；声音采集束信号产生装置，用于通过对声音采集装置的每个麦 克风的声音采集信号执行延迟和幅度处理，来产生多个具有各自不同 的指向性的声音采集束信号；以及声音采集束信号选择装置，用于计 算在各个定时处每个声音采集束信号的能量和所有声音采集束信号 的平均能量之间的能量比值，并选择能量比值的绝对值电平是预定值 或高于预定值的声音采集束信号。
在这种结构中，声音采集束信号选择装置计算声音采集束信号 产生装置所产生的所有声音采集束信号的信号能量的平均值。然后， 声音采集束信号选择装置计算每个声音采集束信号的信号能量对信 号能量平均值的能量比值。在本文中，当从某个方位采集发言声音时， 对应于该方位的声音采集束信号的信号能量变高，在与该方位不对应 的声音采集束信号的信号能量中没有变化。从而，只有对应于发言声 音的入射方位的声音采集束信号的能量比值变高。声音采集束信号选 择装置参照平均值来预置一个预定的阈值，当检测到其具有的信号能 量比值的绝对值电平超过了阈值的声音釆集束信号时，选择该声音采 集束信号。因此，对于每个声音采集装置选择了对应于讲话者方位的 声音采集束信号，而不会受到信号能量基本相等的绕射声音的影响。
而且，本发明的声音发射和采集设备的特征在于包括声音发 射装置，其包括扬声器；声音采集装置，其包括多个具有以预定格局 布置的各自不同定向中的指向性的麦克风，并将来自每个麦克风的输 出信号用作声音采集束信号；以及声音采集束信号选择装置，用于计 算在各个定时处每个声音采集束信号的能量和所有声音采集束信号 的平均能量之间的能量比值，并选择能量比值的绝对值电平是预定值或高于预定值的声音采集束信号。
在这种结构中，为每个麦克风提供指向性，在不采用声音采集 束信号产生装置的情况下根据每个麦克风的输出直接形成声音采集 束信号。而且在这种结构中，如上文所述，由声音采集束信号选择装 置选择声音采集束。
而且，本发明的声音发射和采集设备的特征在于包括包括扬 声器的声音发射装置，其用于以关于预定的参考平面对称的声压来发 射输入的声音信号；声音采集装置，其由第一麦克风组和第二麦克风 组组成，第一麦克风组采集预定参考平面的一侧的声音，第二麦克风 组采集另一侧的声音；声音采集束信号产生装置，用于产生第一声音 采集束信号组的每个声音采集束信号和第二声音采集束信号组的每 个声音采集束信号，第一声音采集束信号组是通过对第一麦克风组的 声音采集信号执行延迟和幅度处理获得的，第二声音采集束信号组是 通过对关于预定参考平面与第一麦克风组的声音采集信号对称的第 二麦克风组的声音采集信号执行延迟和幅度处理获得的；声音采集束 信号选择装置计算在各个定时处关于参考平面彼此对称的声音采集 束信号之间的能量比值，检测出能量比值不在预定参考电平范围内的 声音采集束信号的组合，并根据关于能量比值高于或低于参考电平范 围的信息，来从组成这个组合的两个声音采集束信号中选择一个声音 采集束信号。
在这个结构中，声音采集束信号选择装置计算在彼此关于参考 平面对称的位置上的声音采集束信号之间的能量比值。在本文中，对 应于讲话者方位并相对于参考平面出现在讲话方的声音采集束信号 的信号能量变高，而与这个声音釆集束信号对称的声音采集束信号的 能量变化很小。从而，这个组合的能量比值改变。而且，与讲话者方 位不对应的声音采集束信号的信号能量变化很小，从而其它组合的能 量比值不变。结果，只有包括对应于发言声音入射方位的声音采集束 信号的组合的能量比值变高。参照该组合的能量比值的平均值，声音 采集束信号选择装置预置预定的阈值，并且当检测到了信号能量比值 的绝对值电平超过了阈值的声音采集束信号组合时，选择该组合。然后，根据关于检测到的组合的信号能量是高于还是低于平均值的信 息，声音采集束信号选择装置选择声音采集束信号中的任意一个。即， 采用下述事实来选择声音采集束信号在计算能量比值时，当作用参 考方的声音采集束信号的能量信号较小时，在能量比值变大的方向上 进行改变，当用作参考方的声音采集束信号的能量信号较大时，在能 量比值变小的方向上进行改变。
而且，本发明的声音发射和采集设备的特征在于包括包括扬 声器的声音发射装置，用于以关于预定的参考平面对称的声压来发射 输入的声音信号；声音采集装置，其包括第一麦克风组和第二麦克风 组，第一麦克风组包括多个在相对于参考平面的一侧具有各个不同方 位上的指向性的麦克风，并将来自每个麦克风的输出信号用作声音采 集束信号，第二麦克风组包括在相对于另一侧具有各个不同方位上的 指向性的多个麦克风，并将来自每个麦克风的输出信号用作声音采集 束信号，所述声音采集装置用于把通过第一麦克风组获得的声音采集 束信号和通过第二麦克风组获得的声音采集束信号设置成关于参考 平面对称；以及声音采集束信号选择装置，用于计算在各个定时处关 于参考平面彼此对称的声音采集束信号之间的能量比值，检测出能量 比值不在预定参考电平范围内的声音采集束信号的组合，并根据关于 能量比值高于或低于参考电平范围的信息，从组成这个组合的两个声 音采集束信号中选择一个声音采集束信号。
在这种结构中，在不采用声音采集束信号的情况下，通过为每 个麦克风提供指向性来根据麦克风输出直接形成声音采集束信号。在 这种情况下，关于参考平面对称地设置第一麦克风组的麦克风的指向 性所形成的声音采集束组和第二麦克风组的麦克风的指向性所形成 的声音采集束组。因此，由声音采集束信号选择装置如上文所述地选 择声音采集束。
而且，本发明的声音发射和采集设备的特征在于通过声音采 集束信号选择装置，将能量比值转换为以分贝为单位，并根据转换为 以分贝为单位的值来选择声音采集束信号。
在这种结构中，通过采用以分贝为单位，可以明显地指示信号能量比值中的微小变化。因此，能够更精确地执行用信号能量比值来 检测对称位置上的声音采集束信号组合和声音采集束信号。
本发明的声音发射和采集设备的控制方法包括下列步骤根据 从预定格局布置的多个麦克风输出的声音采集信号，产生具有各自不 同的指向性的多个声音采集束信号的步骤；计算在各个定时处每个声 音采集束信号的能量和所有声音采集束信号的平均能量之间的能量 比值的步骤；以及选择其中的能量比值的绝对值电平是预定值或大于 预定值的声音采集束信号的步骤。
本发明的声音发射和采集设备的控制方法包括下列步骤根据 从用于对预定参考平面的一侧的声音进行采集的第一麦克风组输出 的声音采集信号，产生多个具有各自不同的指向性的第一声音采集束 信号的步骤；根据从用于对关于预定参考平面分别与多个第一声音采 集束信号对称的另一侧声音进行采集的第二麦克风组输出的声音采 集信号，产生多个具有各自不同的指向性的第二声音采集束信号的步 骤；计算在各个定时处彼此关于参考平面对称的声音采集束信号之间
的能量比值的步骤；检测出其中的能量比值不在预定参考电平范围内 的声音采集束信号的组合的步骤；以及根据关于能量比值高于还是低 于参考电平范围的信息，从构成所述组合的两个声音采集束信号中选 择一个声音采集束信号的步骤。
本发明的效果
根据本发明，可以精确地检测到诸如讲话者之类的声音源的方 位，并确定地采集和输出来自该方位的声音，而不会受绕射声音电平 的影响。
图1A是示出了根据本发明的声音发射和采集设备的麦克风和扬 声器的布置的平面图。
图1B是示出了所述声音发射和采集设备所形成的声音采集束区 域的图。
图2是实施例的声音发射和采集设备的功能框图。图3是示出了图2所示的声音采集束选择部件19的结构的框图。
图4A是示出了实施例的声音发射和采集设备1被放置在桌面C 上，两个会议人员A、 B主持会议，会议人员A说话时的情况的图示。
图4B是示出了实施例的声音发射和采集设备1被放置在桌面C 上，两个会议人员A、 B主持会议，会议人员B说话时的情况的图示。
图4C是示出了实施例的声音发射和采集设备1被放置在桌面C 上，两个会议人员A、 B主持会议，会议人员A、 B不说话时的情况的 图示。
图5是示出了每个声音采集束信号的发射声音的信号电平数据 Esp和每个声音采集束信号的信号电平数据E11 E14、 E21 E24的 时间序列(T)分布的图示。
图6是示出了平均信号电平数据Eav以及电平比值CE11 CE14、 CE21 CE24的时间序列(T)分布的图示。
图7是分别示出了电平比值CE1至CE4的时间序列(T)分布的图示。
参考数字和标号的说明
1声音发射和采集设备
101机柜
11输入输出连接器
12输入输出I/F
13声音发射指向性控制宕 件
14D/A转换器
15声音发射放大器
16声音采集放大器
17A/D转换器
181，182 声音采集束生成部件
19声音采集束选择部件
191BPF (带通滤波器)
192全波整流电路
193电平检测电路194 电平比值计算电路
195 电平比较器
196 声音采集束信号选择电路 20 回声消除部件
201 自适应滤波器
202 后处理器 SP1 SP3 扬声器 SPA10 扬声器阵列 MIC11 MIC17， MIC21 MIC27 麦克风 MA10，MA20 麦克风阵列
具体实施例方式
参照附图对根据本发明第一实施例的声音发射和采集设备进行 说明。
图1A是示出了根据本发明的声音发射和采集设备的麦克风和扬
声器的布置的平面图，图1B是示出了图1A中所示的声音发射和采集
设备所形成的声音采集束区域的图。
图2是该实施例的声音发射和采集设备1的功能框图。 该实施例的声音发射和采集设备1被配置为在机柜101中包括
如图2所示的多个扬声器SP1 SP3、多个麦克风MIC11 MIC17、
MIC21 MIC27以及功能性部件。
机柜ioi基本上被制成为在一个方向上为长尺寸的长方体形状，
在机柜101的长尺寸侧(表面)的两端上安装了具有固定高度的支撑 部件(未示出)，该支撑部件用来将机柜101的较低表面与安装表面 分开一个预定距离。另外，在下文的说明中，将机柜101的四个侧表 面中的长尺寸的表面叫做长尺寸表面，将四个侧表面中的短尺寸的表 面叫做短尺寸表面。
在机柜101的下表面上安装具有相同形状的无指向性单元扬声 器SP1 SP3。沿长尺寸方向以固定间距线性地安装这些单元扬声器 SP1 SP3，并且这些单元扬声器被安装来使得连接各个单元扬声器
12SP1 SP3的中心的直线沿机柜101的长尺寸表面延伸、水平方向位 置与连接短尺寸表面中心的中心轴100匹配。也就是说，连接扬声器 SP1 SP3的中心的直线被放置在包括中心轴100的垂直参考平面中。 从而，通过布置和放置单元扬声器SP1 SP3来构建扬声器阵列 SPAIO。在这种状态下，当从扬声器阵列SPA10的单元扬声器SP1 SP3的每一个发出声音时，发出的声音同样地传播到两个长尺寸表 面。在这种情况下，发出来传播到两个相对的长尺寸表面的声音在垂 直于参考平面的相互对称的方向上传播。
在机柜101的一个长尺寸表面上安装规格相同的麦克风 MIC11 MIC17。在沿长尺寸方向上以固定间距线性地安装这些麦克风 MIC11 MIC17，从而构建麦克风阵列MAIO。而且，在机柜101的另 一个长尺寸表面上安装相同规格的麦克风MIC21 MIC27。同样在沿 长尺寸方向上以固定间距线性地安装这些麦克风MIC21 MIC27，从 而构建麦克风阵列MA20。放置麦克风阵列MA10和麦克风阵列MA20， 以便这种布置的轴的垂直位置相匹配，而且，将麦克风阵列MA10的 每个麦克风MIC11 MIC17和麦克风阵列MA20的每个麦克风MIC21 MIC27分别放置在相对于参考平面的对称位置上。例如，具体来讲， 麦克风MIC11和麦克风MIC21具有相对于参考平面的对称关系，以及 类似地，麦克风MIC17和麦克风MIC27具有对称关系。
另外，在该实施例中，扬声器阵列SPA10的扬声器的数量被设 置为3，每个麦克风阵列MA10、MA20的麦克风的数量分别被设置为7， 但不限于此，可以根据规格适当地设置扬声器的数量和麦克风的数 量。而且，扬声器阵列的每个扬声器之间的距离和麦克风阵列的每个 麦克风之间的距离可以不是固定的，例如，可以采用在沿长尺寸方向 的中心上密集地放置和朝向两端松散地放置的形式。
接下来，该实施例的声音发射和采集设备1功能性地包括如图2 所示的输入输出连接器11、输入输出I/F 12、声音发射指向性控制 部件13、 D/A转换器14、声音发射放大器15、扬声器阵列SPA10 (扬 声器SP1 SP3)、麦克风阵列MAIO、 MA20 (麦克风MIC11 MIC17， MIC21 MIC27)、声音采集放大器16、 A/D转换器17、声音采集束生成部件181和182、声音采集束选择部件19、以及回声消除部件 20。
输入输出I/F 12根据对应于网络的数据格式(协议)来对从另 一个声音发射和采集设备输入端通过输入输出连接器11输入的输入 声音信号进行转换，并通过回声消除部件20将声音信号提供给声音 发射指向性控制部件13。而且，输入输出1/F12将回声消除部件20 所产生的输出声音信号转换为对应于网络的数据格式(协议)，并通 过输入输出连接器11将输出声音信号发送至网络。
当没有设置声音发射指向性时，声音发射指向性控制部件13将 基于输入声音信号的声音发射信号同时提供给扬声器阵列SPA10的 每个扬声器SP1 SP3。而且，当指定了虚拟点声源的声音发射指向 性等设置时，声音发射指向性控制部件13通过根据指定的声音发射 指向性来对输入声音信号分别执行扬声器阵列SPA10的每个扬声器 SP1 SP3所特有的幅度处理和延迟处理，来产生各自的声音发射信 号。声音发射指向性控制部件13将这些各自的声音发射信号输出到 安装在每个扬声器SP1 SP3前面的D/A转换器14。每个D/A转换器 14将各自的声音发射信号转换为模拟格式，并将信号输出到每个声 音发射放大器15，每个声音发射放大器15放大各自的声音发射信号， 并将信号提供给扬声器SP1 SP3。
扬声器SP1 SP3对提供的声音发射信号和各自的声音发射信号 进行声音转换，并向外发射声音。扬声器SP1 SP3安装在机柜101 的下表面，以便发射的声音被其上安装了声音发射和采集设备1的桌 子的安装表面所反射，并从会议人员所在的设备侧向斜向上部分传 播。而且， 一部分发射的声音从声音发射和采集设备1的底面被绕射 至安装了麦克风阵列MAIO、 MA20的侧表面。
麦克风阵列MA10和MA20的每个麦克风MIC11 MIC17和 MIC21 MIC27可以是无指向性的或有指向性的，但希望这些麦克风 是有指向性的，采集来自声音发射和采集设备1外面的声音，进行电 转换，并将声音采集信号输出到每个声音采集放大器16。
在这种情况下，麦克风阵列MA10的麦克风MICln (n=l到7)和麦克风阵列MA20的麦克风MlC2n (n二l到7)相同地采集来自扬声器 阵列SPA10的单元扬声器SP1 SP3的绕射声音，麦克风阵列MA10 和MA20位于根据这种扬声器阵列SPA10的配置以及麦克风阵列MA10 和MA20的配置而相对于参考平面的对称位置。
每个声音采集放大器16放大声音采集信号，并分别将这些信号 提供给A/D转换器17， A/D转换器17进行这些声音采集信号的数字 化转换，并将这些信号输出到声音采集束产生部件181、 182。将安 装在长尺寸表面的麦克风阵列MA10的每个扬声器MIC11 MIC17的声 音采集信号输入声音采集束产生部件181，将安装在另一个长尺寸表 面的麦克风阵列MA20的每个扬声器MIC21 MIC27的声音采集信号输 入声音采集束产生部件182。
声音采集束产生部件181对每个麦克风MIC11 MIC17的声音采 集信号执行预定延迟和幅度处理等，并产生声音采集束信号MB11 MB14。在声音采集束信号MB11 MB14中，在如图l (B)所示安装了 麦克风MIC11 MIC17的长尺寸表面侧，沿长尺寸表面的声音采集束 区域中分别设置具有不同预定宽度的区域。
声音采集束产生部件182对每个麦克风MIC21 MIC27的声音采 集信号执行预定延迟和幅度处理等，并产生声音采集束信号MB21 鹏24。在声音采集束信号MB21 MB24中，在如图l (B)所示安装了 麦克风MIC21 MIC27的长尺寸表面侧，沿长尺寸表面的声音采集束 区域中分别设置具有不同预定宽度的区域。
在这种情况下，将声音采集束信号MB11和声音采集束信号MB21 形成为关于具有中心轴100的垂直平面(参考平面)对称的束。相似 地，将声音采集束信号MB12和声音采集束信号MB22对、声音采集束 信号MB13和声音采集束信号MB23对、以及声音采集束信号MB14和 声音采集束信号MB24对形成为关于参考平面对称的束。
声音采集束选择部件19选择出其扬声器声音主要从输入声音采 集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24中进行采集的声音采集束信号， 并将该束信号作为声音采集束信号MB输出到回声消除部件20。
图3是示出了声音采集束选择部件19的主要结构的框图。
15声音采集束选择部件19包括BPF(带通滤波器)191、全波整流 电路192、电平检测电路193、电平比值计算电路194、电平比较器 195、以及声音采集束信号选择电路196。
BPF 191是一种采用人声音的主要分量频带和主要具有束特征 的频带作为通带的带通滤波器，执行声音采集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24的带通滤波，并向全波整流电路192输出束信号。
全波整流电路192执行声音采集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24的全波整流(绝对化)。
电平检测电路193对执行了全波整流的声音采集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24进行峰值检测，将这个峰值用作其定时处的信号 电平(信号能量)，并分别向电平比值计算电路194输出信号电平数 据E11 E14、 E21 E24。
具体地讲，当在如图4A 4C所示的情况下发射和采集声音，并 产生会议人员A、 B的声音发射和发言时，如下对每个信号电平数据 E11 E14、 E21 E24进行说明。
图4A 4C是示出了该实施例的声音发射和采集设备1被放置在 桌面C上，两个会议人员A、 B主持会议时的情况的图示，图4A示出 了会议人员A说话时的情况，图4B示出了会议人员B说话时的情况， 图4C示出了会议人员A和B都没有说话的情况。
图5是示出了每个声音采集束信号的发射声音的信号电平数据 Esp和每个声音采集束信号的信号电平数据E11 E14、 E21 E24的 时间序列(T)分布的图示，Esp表示发射声音的信号电平数据Esp， E11 E14分别表示对应于声音采集束信号MB11 MB14的信号电平数 据E11 E14， E21 E24分别表示对应于声音采集束信号MB21 MB24 的信号电平数据E21 E24。而且，在图5的Esp中，数字200是输 入声音信号的发射声音分量，在图5的E11 E24中，数字201是在 采集绕射声音时所产生的绕射声音分量。而且，在图5的E11 E24 中，数字301是在采集会议人员A的发言声音时所产生的采集声音分 量，数字302是在采集会议人员B的发言声音时所产生的采集声音分如图5所示，当产生发射声音时，电平检测电路193检测在每 个声音采集信号MB11 MB14、MB21 MB24的信号电平数据E11 E14、 E21 E24中的如图5的E11 E24中所示的绕射声音分量201。而且， 当会议人员A在如图4A和图5的E21中所示的时间Tl至T2说话时， 电平检测电路193检测声音采集束信号MB21的信号电平数据E21中 的采集声音分量301。而且，当会议人员B在如图4B和图5的E13 中所示的时间T3至T4说话时，电平检测电路193检测声音采集束信 号MB13的信号电平数据E13中的采集声音分量302。
不过，采集声音分量301、 302的信号电平可能比图5的E13、 E21中所示的绕射声音分量201的信号电平低。在这种情况下，不能 从绕射声音分量201中区分出采集声音分量301、 302，不能检测出 讲话者的方位。为了解决这个问题，在本申请的发明中，通过下述的 电平比值计算电路194计算预定的信号比值，来检测讲话者的方位。
电平比值计算电路194计算从电平检测电路193输入的信号电 平数据E11 E14、 E21 E24的平均信号电平数据Eav。然后，电平 比值计算电路194计算平均信号电平数据Eav和每个信号电平数据 E11 E14、 E21 E24之间的电平比值CE11 CE14、 CE21 CE24。具 体地讲，采用下述公式，用分贝单位来对每个信号电平数据Emi (m二l，2， n二l 4)计算电平比值CE11 CE14、 CE21 CE24:
CEmn = A礼og(Emn/Eav) (A是一个常量) (1)
图6是示出了平均信号电平数据Eav以及电平比值CE11 CE14、 CE21 CE24的时间序列(T)分布的图示，平均值Eav表示平均信号 数据Eav，以及Log(Ell/Eav) Log(E14/Eav)分别表示对应于声音采 集束信号MB11 MB14的电平比值数据CE11 CE14， Log (E21/Eav) Log(E24/Eav)分别表示对应于声音采集束信号MB21 MB24的电平比 值数据CE21 CE24。
通过将每个信号电平数据除以平均信号电平数据来这样计算比 值，基本上相同地包括在所有信号电平数据E11 E14、 E21 E24中 的绕射声音分量201变得基本上等于"1"，也就是说，基本上相当 于分贝单位中的"0"。另一方面，采集声音分量301是信号电平数据E21特有的分量，采集声音分量302是信号电平数据E13特有的分 量，使得在电平比值数据CE21中，在产生采集数据分量301的定时 (Tl到T2)产生高电平分量401，在电平比值数据CE13中，在产生 采集声音分量302的定时(T3到T4)产生高电平分量402。另外， 当这样利用分贝单位来适当地设置常量A时，可以比其他部分更显著 地产生高电平分量401、 402。
电平比值计算电路194向电平比较器195输出这些电平比值数 据CE11 CE14、 CE21 CE24。
当电平比较器195对电平比值数据CE预置了阈值DEth，并检测 到超过了阈值DEth的电平数据时，将对应于相应电平比值数据CE 的声音采集束信号MB11 MB14、鹏21 鹏24的相关选择信息输出到 声音采集束信号选择电路196。在本文中，根据对于有意产生的发射 声音的绕射声音的声音采集电平等或根据没有发言声音的采集声音 的情况下的背景噪声来适当地预置阈值的值DEth。
具体地讲，在图6的情况下，在采样定时Tl到T2的时间点， 检测到高电平分量401，输出用于选择与电平比值数据CE21对应的 声音采集束信号MB21的选择信息。而且，在采样定时T3到T4的时 间点，检测到高电平分量402，输出用于选择与电平比值数据CE13 对应的声音采集束信号MB13的选择信息。
基于从电平比较器195输入的选择信息，声音采集束信号选择 电路196从声音采集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24中选择对应的
声音采集束信号，并将该声音采集束信号作为输出声音采集束信号 MB输出到回声消除部件20。
具体地讲，在图6的情况下，在采样定时Tl到T2的时间点选 择和输出声音釆集束信号MB21，在采样定时T3到T4的时间点选择 和输出声音采集束信号MB13。
通过采用这种配置和处理，即使在会议人员(讲话者)的发言 声音的声音采集信号电平等于绕射声音信号电平，或者变得比绕射声 音信号电平低时，也可以确定地选择处对应于发言声音的声音采集束 信号MB。回声消除部件20包括自适应滤波器201和后处理器202。自适 应滤波器201根据被选作输入声音信号的声音采集束信号MB的声音 采集指向性来产生伪回归声音信号。后处理器202从声音采集束选择 部件19输出的声音采集束信号MB中减去伪回归声音信号，并向输入 输出I/F 12输出伪回归声音信号作为输出声音信号。通过执行这种 回声消除处理，可以采集发言声音并以高的信噪比输出发言声音。
接下来，参照附图对根据第二个实施例的声音发射和采集设备 进行说明。
本实施例的声音发射和采集设备与第一实施例中的声音发射和 采集设备的区别仅在于声音采集束选择部件19的电平比值计算电路 194、电平比较器195和声音采集束信号选择电路196的处理，而其 他结构与第一实施例中所示的声音发射和采集设备的结构是相同的， 因此只对电平比值计算电路194、电平比较器195和声音采集束信号 选择电路196的处理进行说明，而省略对其他结构的说明。
根据从电平检测电路193输入的信号电平数据E11 E14、E21 E24,电平比值计算电路194计算互相关于图1的参考平面100对称 的声音采集束的信号电平数据E之间的电平比值CE1 CE4。具体地 讲，采用下列公式用分贝单位来计算相对于每个信号电平数据Eln、 E2n (n=l至ij 4)的电平比值CE1 CE4:
CEn = B承Log(E2n/Eln) (B是一个常量) (2) 图7是示出了电平比值CE1 CE4的时间序列(T)分布的图示。 通过对处在关于参考平面100彼此对称的位置上的信号电平数 据相除并这样计算比值，具有关于参考平面100实质上对称的特征的 绕射声音分量201基本上变成"1"，也就是说，基本上相当于分贝 单位中的"0"。另一方面，采集声音分量301出现在与会议人员A 的方位对应的声音采集束信号MB21的信号电平数据E21中，而不会 出现在关于参考平面100与声音采集束信号MB21对称的声音采集束 信号MBll中。从而，在电平比值数据CE1中，根据公式(2)在产生 采集声音分量301的定时(T1到T2)产生在正方向上比参考电平0 dB 高的正方向高电平分量501。另外，采集声音分量302出现在与会议人员B的方位对应的声音采集束信号MB13的信号电平数据E13中， 而不会出现在关于参考平面100与声音采集束信号MB13对称的声音 采集束信号MB23中。从而，在电平比值数据CE3中，根据公式(2) 在产生采集声音分量302的定时(T3到T4)产生比参考电平0 dB 低(即在负方向上高)的负方向高电平分量502。另外，在这样利用 分贝单位适当地设置常量B时，可以比其他部分更显著地产生正方向 高电平分量501和负方向高电平分量502。
电平比值计算电路194向电平比较器195输出这些电平比值数 据CE1 CE4。
当电平比较器195对电平比值数据CE1 CE4预置预定电平范围 DWth，并检测在正方向或负方向上超过电平范围DWth的电平的数据 时，检测到对应于相应的电平比值数据CE的声音采集束信号的组合， 并将这个组合的相关选择信息输出到声音采集束信号选择电路196。 另外，电平比较器195向声音采集束信号选择电路196输出正和负电 平信息，该信息指示相应的电平比值数据CE是具有正方向上的高电 平还是负方向上的高电平。在本文中，采用与上面所述的阈值DEth 相类似的方式，还根据对于有意产生的发射声音的绕射声音的声音采 集电平等或根据没有对发言声音进行采集声音的情况下的背景噪声 来适当地设置阈值的值DWth。
具体地讲，在图7的情况下，在采样定时Tl到T2的一个时间 点，检测到正方向高电平分量501，输出用于选择与电平比值数据CE1 相对应的声音采集束信号MBll、 MB21组合的选择信息。而且，对显 示它是正方向上的高电平的正电平信息进行输出。
另一方面，在采样定时T3到T4的一个时间点，检测到负方向 高电平分量502，输出用于选择与电平比值数据CE3相对应的声音采 集束信号MB13、 MB23组合的选择信息。而且，对显示它是负方向上 的高电平的负电平信息进行输出。
声音选择束信号选择电路196根据从电平比较器195输入的选 择信息来从声音采集束信号MB11 MB14、 MB21 MB24中选择声音采 集束信号的组合，并根据正和负电平信息，从两个选择的声音采集束信号中选择一个具有较大信号电平的声音采集束信号，并将该声音采
集束信号作为输出声音采集束信号MB输出到回声消除部件20。
具体地讲，在图7的情况下，在采样定时Tl到T2的一个时间 点，选择声音采集束信号MBll、 MB21。另外，成为公式(2)中的正 方向上的高电平的情况是信号电平数据E21比信号电平数据E11高的 情况，因此根据正电平信息选择声音采集束信号MB21。
另一方面，在采样定时T3到T4的一个时间点，选择声音采集 束信号MB13、 MB23。而且，成为公式(2)中的负方向上的高电平的 情况是信号电平数据E13比信号电平数据E21高的情况，因此根据负 电平信息选择声音采集束信号MB13。
而且，通过采用这样的配置和处理，即使会议人员(讲话者) 的发言声音的声音釆集信号电平等于绕射声音信号电平，或变得低于 绕射声音信号电平，也可以确定地选择对应于发言声音的声音采集束 信号MB。
而且，在上文的说明中，已经示出了关于与扬声器布置方向平 行的参考平面对称放置麦克风阵列的例子，但它还可以应用于在采用 第一实施例的方法时麦克风阵列只出现在相对于参考平面的一侧的 情况。
而且，在上文的每个实施例的说明中，已经示出了用声音采集 束产生部件产生声音采集束信号的情况，但还可以构建来为每个麦克 风MIC11 MIC17、 MIC21 MIC27提供声音采集指向性，并将来自每 个麦克风MIC11 MIC17、 MIC21 MIC27的输出信号用作实际上的声 音采集束信号。在这种情况下，当在彼此关于参考平面100对称的位 置上的麦克风的声音采集指向性被设置为关于参考平面100对称时， 它还可以应用于第二实施例。
2权利要求
1. 一种声音发射和采集设备，其包括声音发射装置，包括扬声器；声音采集装置，包括以预定格局布置的多个麦克风；声音采集束信号产生装置，其用于通过对声音采集装置的多个麦克风中的每一个的声音采集信号执行延迟和幅度处理，来产生多个具有各自不同的指向性的声音采集束信号；以及声音采集束信号选择装置，其用于计算在各个定时处所有声音采集束信号的平均能量和每个声音采集束信号的能量之间的能量比值，并且选择其中能量比值的绝对值电平是预定值或高于预定值的声音采集束信号。
2. 根据权利要求1所述的声音发射和采集设备，其中，所述声 音采集束信号选择装置将所述能量比值转换为一个以分贝为单位的 值，并根据所述以分贝为单位的值选择声音采集束信号。
3. —种声音发射和采集设备，其包括 声音发射装置，包括扬声器；声音采集装置，包括多个具有各自不同的指向性并以预定格局 布置的麦克风，并将来自每个所述麦克风的输出信号用作声音釆集束 信号；以及声音采集束信号选择装置，其用于计算在各个定时处所有声音 采集束信号的平均能量和各个声音采集束信号的能量之间的能量比 值，并且选择其中能量比值的绝对值电平是预定值或高于预定值的声 音采集束信号。
4. 根据权利要求3所述的声音发射和采集设备，其中，所述声 音采集束信号选择装置将所述能量比值转换为一个以分贝为单位的 值，并根据所述以分贝为单位的值来选择声音采集束信号。
5. —种声音发射和采集设备，其包括包括扬声器的声音发射装置，用于以关于预定的参考平面对称 的声压来发射输入的声音信号；声音采集装置，包括第一麦克风组和第二麦克风组，第一麦克 风组采集预定参考平面的一侧的声音，第二麦克风组采集另一侧的声声音采集束信号产生装置，其用于产生第一声音采集束信号组 的每个声音采集束信号和产生第二声音采集束信号组的每个声音采集束信号，第一声音采集束信号组是通过对第一麦克风组的声音采集 信号执行延迟和幅度处理获得的，第二声音采集束信号组是通过对第 二麦克风组的声音采集信号执行延迟和幅度处理获得的，第一声音采 集束信号组的每个声音采集束信号与第二声音采集束信号组的每个声音采集束信号关于预定的参考平面对称；以及声音采集束信号选择装置，其用于计算在各个定时处关于参考 平面彼此对称的声音采集束信号之间的能量比值，检测出能量比值不 在预定参考电平范围内的声音采集束信号的组合，并根据关于能量比 值高于或低于参考电平范围的信息，来从组成所述组合的两个声音采 集束信号中选择一个声音采集束信号。
6. 根据权利要求5所述的声音发射和采集设备，其中，所述声 音采集束信号选择装置将所述能量比值转换为一个以分贝为单位的 值，并根据所述以分贝为单位的值选择声音采集束信号。
7. —种声音发射和采集设备，其包括包括扬声器的声音发射装置，用于以关于预定的参考平面对称 的声压来发射输入的声音信号；声音采集装置，其包括第一麦克风组和第二麦克风组，第一麦 克风组包括多个在相对于预定参考平面的一侧具有各自不同的指向 性的麦克风，并将来自每个所述麦克风的输出信号用作声音采集束信号，第二麦克风组包括多个在相对于另一侧具有各自不同的指向性的 麦克风，并将来自每个所述麦克风的输出信号用作声音采集束信号， 所述声音采集装置把通过第一麦克风组获得的声音采集束信号和通 过第二麦克风组获得的声音采集束信号设置成关于参考平面对称；以 及声音采集束信号选择装置，其计算在各个定时处关于参考平面 彼此对称的声音采集束信号之间的能量比值，检测出能量比值不在预 定参考电平范围内的声音采集束信号的组合，并根据关于能量比值高 于或低于参考电平范围的信息，来从组成所述组合的两个声音采集束 信号中选择一个声音采集束信号。
8. 根据权利要求7所述的声音发射和采集设备，其中，所述声 音采集束信号选择装置将所述能量比值转换为一个以分贝为单位的 值，并根据所述以分贝为单位的值选择声音采集束信号。
9. 一种声音发射和采集设备的控制方法，其包括步骤根据从以预定格局布置的多个麦克风输出的声音采集信号，来产生具有各自不同的指向性的多个声音采集束信号的步骤；计算在各个定时处每个声音采集束信号的能量和所有声音采集束信号的平均能量之间的能量比值的步骤；以及选择其中的能量比值的绝对值电平是预定值或大于预定值的声音采集束信号的歩骤。
10. —种声音发射和采集设备的控制方法，其包括步骤 根据从用于对预定参考平面一侧的声音进行采集的第一麦克风组输出的声音采集信号，来产生多个具有各自不同的指向性的第一声 音采集束信号的步骤；根据从用于对关于预定参考平面分别与多个第一声音釆集束信 号对称的另一侧的声音进行采集的第二麦克风组输出的声音采集信 号，来产生多个具有各自不同的指向性的第二声音采集束信号的步骤；计算在各个定时处关于参考平面彼此对称的声音采集束信号之 间的能量比值的步骤；检测出其中的能量比值不在预定参考电平范围内的声音采集束 信号的组合的步骤；以及根据关于能量比值高于或低于参考电平范围的信息，从构成所 述组合的两个声音采集束信号中选择一个声音采集束信号的步骤。
全文摘要
电平比值计算电路计算与每个采集声音束信号对应的信号电平数据的平均信号分贝数据，以及每个信号电平数据对平均信号电平数据的电平比值。由于回绕声音基本上等于所有信号电平，因此平均信号电平数据的回绕声音分量也基本上相同。一方面，从讲话者发出的采集声音对于相应的采集声音束信号的信号电平数据而言是固有的。从而，对应于回绕声音的部分是平的，并且电平只在对应于采集声音的部分局部地变高。采用这种方法，检测出包括采集声音的采集声音束信号。
文档编号H04R3/00GK101455094SQ200780019469
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月24日 优先权日2006年5月26日
发明者田中良, 石桥利晃, 鹈饲训史 申请人:雅马哈株式会社