專利名稱：處理信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理在設(shè)備上接收到的信號。
背景技術(shù)：
設(shè)備可以具有能夠用于從周圍環(huán)境接收發(fā)送的信號的輸入裝置。例如，設(shè)備可以具有諸如麥克風(fēng)之類的音頻輸入裝置，其能夠被用于從周圍環(huán)境接收音頻信號。例如，用戶設(shè)備的麥克風(fēng)可以接收主要音頻信號(諸如來自用戶的語音)以及其他的音頻信號。其他的音頻信號可以是在設(shè)備的麥克風(fēng)上接收到的干擾音頻信號，并且可以是從干擾源接收到的或者可以是環(huán)境背景噪聲或麥克風(fēng)自噪聲。干擾音頻信號可能干擾在設(shè)備上接收的主要音頻信號。設(shè)備可以針對許多不同的目的來使用接收到的音頻信號。例如，在接收到的音 頻信號是從用戶接收到的語音信號的情形下，語音信號可以由設(shè)備處理以便用于通信事件中，例如，通過在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送語音信號至可能與通信事件的另一個用戶相關(guān)聯(lián)的另一個設(shè)備。可替換地或附加地，接收到的音頻信號能夠用于如本領(lǐng)域中所公知的其他目的。在其他的示例中，設(shè)備可以具有用于接收其他類型的發(fā)送信號諸如一般的寬帶信號、一般的窄帶信號、雷達(dá)信號、聲納信號、天線信號、無線電波或微波的接收裝置。對于這些其他類型的發(fā)送信號，同樣的情況可能發(fā)生，從而在接收裝置上接收主要信號以及干擾信號。下面提供主要涉及設(shè)備上音頻信號的接收的描述，但是相同的原理將適用于設(shè)備上其他類型的發(fā)送信號諸如上述的一般的寬帶信號、一般的窄帶信號、雷達(dá)信號、聲納信號、天線信號、無線電波和微波的接收。為了改善接收到的音頻信號(例如從用戶接收到的用于在呼叫中使用的語音信號)的質(zhì)量，希望抑制在用戶設(shè)備的麥克風(fēng)上接收到的干擾音頻信號(例如背景噪聲和從干擾音頻源接收到的干擾音頻信號)。其中多個麥克風(fēng)作為單個音頻輸入裝置操作的立體聲麥克風(fēng)和其他麥克風(fēng)陣列的使用正變得越來越普遍。在設(shè)備上使用多個麥克風(fēng)除了能夠從利用單個麥克風(fēng)接收到的音頻信號中提取的信息之外還允許使用從接收到的音頻信號中提取的空間信息。當(dāng)使用這樣的設(shè)備時，一種用于抑制干擾音頻信號的方法是將波束形成器(beamformer)應(yīng)用于利用多個麥克風(fēng)接收到的音頻信號。波束形成是通過應(yīng)用信號處理以便與在麥克風(fēng)陣列上接收到的音頻信號的其余部分相比而言增強(qiáng)在麥克風(fēng)陣列上從一個或多個期望位置(即方向和距離)接收到的特定音頻信號來聚焦(focus)利用麥克風(fēng)陣列接收到的音頻信號的一種處理。出于簡明的目的，我們在此將描述僅具有單個期望方向的情況，但是相同的方法在具有多個感興趣方向時將適用。如本領(lǐng)域中所公知的，在期望方向的數(shù)量增加時，解決設(shè)備上多個期望到達(dá)方向的問題可能不是微不足道的，并且對于大數(shù)量的期望方向，可能無法確定所有的期望到達(dá)方向。然而，本文描述的本發(fā)明的實施例不是僅限于其中能夠確定特定音頻信號的到達(dá)方向的情形，而是即使不能唯一確定干擾源的位置也能夠應(yīng)用這些實施例。在麥克風(fēng)陣列上從中接收期望音頻信號的角度(和/或距離)即所謂的到達(dá)方向(“D0A”)信息能夠在波束成形處理之前進(jìn)行確定或設(shè)置。將期望到達(dá)方向設(shè)置成固定的能夠是有益的，這是因為到達(dá)方向估計可能是復(fù)雜的。然而，在替換情形中，使得期望到達(dá)方向適應(yīng)于不斷改變的條件能夠是有益的，并因此在使用波束成形器時實時執(zhí)行期望到達(dá)方向的估計可能是有益的。也有可能只估計與特定到達(dá)方向(并且也可能地，距離)相對應(yīng)的信號延遲，我們在下文也將其表示為DOA信息。自適應(yīng)波束形成器以合并(incorporate) DOA信息的方式來更新其時變?yōu)V波器系數(shù)。這樣做，以便在處理利用多個麥克風(fēng)接收到的音頻信號時形成“波束”，從而將高增益應(yīng)用于由麥克風(fēng)從期望位置(即，期望方向和距離)接收的期望音頻信號，并將低增益應(yīng)用于至任何其他(例如干擾)信號源的方向。能夠在設(shè)備中利用與可以處理從單個麥克風(fēng)接收到的音頻信號的相同方式進(jìn)一步處理波束形成器的輸出，例如，以便作為通信事件的一部分傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備。例如，波束形成器的輸出可以作為輸入信號被提供至設(shè)備中的Acoustic Echo Cancellation(聲學(xué)回聲消除)(AEC)階段、Automatic Gain Control (自動增益控制)(AGC)處理階段和單信道噪聲減少階段中的至少一個。數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器通?；诮邮盏降囊纛l信號的平均統(tǒng)計信息來計算這些系數(shù)。接收到的音頻信號的平均統(tǒng)計信息允許波束形成器系數(shù)適應(yīng)于接收到的音頻信號，以致波束形成器具有特定特性。例如，平均統(tǒng)計信息可以包括在麥克風(fēng)上接收的音頻信號的平均協(xié)方差矩陣。能夠使用協(xié)方差矩陣，以便計算波束形成器系數(shù)，以致波束形成器具有特定特性。例如，也被稱為Capon波束形成器的最小方差無失真響應(yīng)(Minimum VarianceDistortionless Response) (MVDR)波束形成器是這樣的波束形成器,其在不使設(shè)備上利用主要到達(dá)方向接收的主音頻信號(即從波束形成器的聚焦方向接收的音頻信號)失真的約束下基于輸入信號來適配應(yīng)用于音頻信號的波束形成器系數(shù)以最小化輸出信號的能量。然而，MVDR波束形成器往往使得從除了主要到達(dá)方向之外的其他方向到達(dá)設(shè)備的聲音失真。在基于接收音頻信號的平均協(xié)方差矩陣計算波束形成器系數(shù)的情況下，可以給協(xié)方差矩陣添加定標(biāo)單位矩陣(scaled identity matrix),以便在反轉(zhuǎn)協(xié)方差矩陣并將其用于計算波束形成器的系數(shù)之前控制協(xié)方差矩陣的條件數(shù)。單位矩陣能夠被解釋成與在空間和時間上將白噪聲作為人工源數(shù)據(jù)注入接收音頻信號的傳感器數(shù)據(jù)時平均獲得的協(xié)方差矩陣相對應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已認(rèn)識到在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器中必須實時計算接收信號的統(tǒng)計估計，并且因為這通常不得不針對接收信號的每個采樣或幀來完成，所以這種計算能夠證明在計算方面是相當(dāng)復(fù)雜的，并且可能需要大量的存儲器來存儲統(tǒng)計估計。對于需要計算接收到的輸入信號的平均協(xié)方差矩陣的線性約束最小方差(LCMV)波束形成器來說，這是特別的問題。在不具有高級處理能力或大存儲量的設(shè)備、例如用戶設(shè)備、尤其由于其廉價、小型和/或輕便的需求而可能具有有限處理能力和存儲器的移動用戶設(shè)備中，計算復(fù)雜度以及對于大存儲量的需求是更成問題的。本發(fā)明的實施例避免為了計算波束形成器系數(shù)而實時計算接收信號的統(tǒng)計估計的需要。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器所提供的相比，本發(fā)明的實施例對于如何快速且以什么方式實現(xiàn)期望的波束形成器行為的變化提供更精確的控制。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種在設(shè)備上計算波束形成器系數(shù)的方法，該方法包括在存儲裝置中存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每個理論信號具有它自己的特定屬性，統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在設(shè)備上接收到的信號；在設(shè)備的輸入裝置上接收信號；對于多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度(extent)的分析來確定相應(yīng)多個加權(quán)；從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和(weighted sum),估算(calculate)接收信號的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及基于所估算的接收信號的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。有益地，在優(yōu)選實施例中，對于接收信號的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的估算作為加權(quán)求和來執(zhí)行。這可以降低該方法的計算復(fù)雜度。這通過基于可能在設(shè)備上接收的理論信號估算和存儲理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合來實現(xiàn)。隨后，當(dāng)在設(shè)備上接收到信號時，該設(shè)備能夠分析接收信號，以確定接收信號與理論信號匹配的程度，并從而確定用于執(zhí)行理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和的加權(quán)，以便估算接收信號的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法從接收信號中估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)相比，執(zhí)行加權(quán)求和可能是計算上不太復(fù)雜的。因為在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中不需要存儲接收信號的每一個采樣或幀的所有估計的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以與現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器相比，優(yōu)選實施例的存儲需求可能是較少的。因此能夠意識到本發(fā)明的實施例提供一種用于對于基于接收信號的平均統(tǒng)計信息來形成其特性的數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器降低計算復(fù)雜度和存儲需求的方法。通過利用參數(shù)化和表格化的理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)混合(weighted mixture)來替代現(xiàn)有技術(shù)的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)平均操作，消除通過對實際接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行統(tǒng)計操作來計算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的處理。此外，波束形成器可以操作在許多模式中，在這些模式中波束圖案(beampattern )可以基于接收信號的平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)以不同的方式來估算。在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)自適應(yīng)波束形成器中，在啟動波束形成器的模式的切換與波束形成器的新模式的實現(xiàn)之間將具有時滯，在其期間，對于新模式從接收信號中收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)。這個時滯或延遲在現(xiàn)有技術(shù)的波束形成器中可能是個問題。有利地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例不需要在能夠?qū)崿F(xiàn)波束形成器的新模式之前從接收信號中收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因而，在能夠根據(jù)新的波束形成器模式為接收信號估算精確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合之前的延遲被減少。對于以協(xié)方差矩陣為基礎(chǔ)的波束形成器來說，本發(fā)明的實施例對于波束形成器提供了更多的控制，而不是僅僅添加定標(biāo)單位矩陣至協(xié)方差矩陣。特別地，本發(fā)明的實施例允許改變多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)，以便由此改變波束形成器特性。該方法可以進(jìn)一步包括確定多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。該方法可以進(jìn)一步包括波束形成器將計算的波束形成器系數(shù)應(yīng)用于接收信號，從而生成波束形成器輸出。統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合例如可以是協(xié)方差矩陣、協(xié)峰度(cokurtosis)張量或協(xié)偏度(coskewness)張量。信號的所述特定屬性可以包括在輸入裝置上從中接收信號的方向。信號的所述特定屬性可以包括在輸入裝置上從中接收信號的距離。信號的所述特定屬性可以包括信號的頻譜形狀。所述頻譜形狀可以是白噪聲的頻譜形狀。
該方法可以進(jìn)一步包括確定設(shè)備正操作于其中的模式，其中至少以下之一 (i)根據(jù)所確定的模式來執(zhí)行多個加權(quán)的所述確定，以及(ii)基于所確定的模式來選擇將被包括在所述加權(quán)求和中的理論數(shù)據(jù)集合之中的數(shù)個集合。模式可以基于接收信號的特性來確定。模式可以基于來自設(shè)備的用戶的輸入來確定。模式可以基于從設(shè)備輸出的信號例如從設(shè)備輸出的將導(dǎo)致在輸入裝置上接收到回聲的信號的分析來確定。為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的步驟可以包括給檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和添加歸一化數(shù)據(jù)集合。歸一化數(shù)據(jù)集合可以是加權(quán)單位矩陣。為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的步驟可以根據(jù)將更新波束形成器系數(shù)的確定來執(zhí)行。該方法可以進(jìn)一步包括執(zhí)行將更新波束形成器系數(shù)的所述確定，所述確定以至少以下之一的特性為基礎(chǔ)(i )接收信號，以及(ii )波束形成器輸出。在存儲裝置中存儲多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的步驟可以包括以表格化或參數(shù)化的形式存儲多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。波束形成器系數(shù)可以被計算，以便在波束形成器的波束形成約束內(nèi)最小化波束形成器輸出的功率。該方法可以進(jìn)一步包括使用波束形成器輸出來表示在輸入裝置上接收的用于在設(shè)備內(nèi)進(jìn)一步處理的信號。這些信號可以是以下之一 (i )音頻信號；(ii )寬帶信號；和(iii )窄帶信號。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于計算波束形成器系數(shù)的設(shè)備，該設(shè)備包括存儲裝置，用于存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每個理論信號具有它自己的特定屬性，統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在設(shè)備上接收到的信號；輸入裝置，用于接收信號；加權(quán)確定裝置，用于為多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合、基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析來確定相應(yīng)多個加權(quán)；檢索裝置，用于從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；估算裝置，用于通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及計算裝置，用于基于為接收信號估算的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合來計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。在一些實施例中，這些信號是音頻信號，并且輸入裝置包括多個用于接收音頻信號的麥克風(fēng)。該設(shè)備可以進(jìn)一步包括波束形成器，其被配置成將計算的波束形成器系數(shù)應(yīng)用于接收信號，以便從而生成波束形成器輸出。波束形成器可以是最小方差無失真響應(yīng)波束形成器。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于為在設(shè)備的輸入裝置上接收到的信號計算波束形成器系數(shù)的計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品被包括在非瞬態(tài)(non-transient)計算機(jī)可讀介質(zhì)上并被配置，以便當(dāng)在該設(shè)備的處理器上被運(yùn)行時執(zhí)行以下步驟在存儲裝置中存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每個理論信號具有它自己的特定屬性，統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在設(shè)備上接收到的信號；對于多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析來確定相應(yīng)多個加權(quán)；從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及基于為接收信號估算的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。


為了更佳理解本發(fā)明以及為了顯示本發(fā)明可以如何付諸實踐，現(xiàn)在將通過示例來參考以下附圖，其中
圖1顯示根據(jù)優(yōu)選實施例的設(shè)備的示意 圖2顯示根據(jù)優(yōu)選實施例的系統(tǒng)；
圖3顯示根據(jù)優(yōu)選實施例的設(shè)備的元件的功能框 圖4是用于根據(jù)優(yōu)選實施例的處理音頻信號的處理的流程 圖5顯示表示在一個實施例中如何估計到達(dá)方向信息的圖示。
具體實施例方式現(xiàn)在將僅通過示例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。以下描述的優(yōu)選實施例涉及基于輸入音頻信號的平均協(xié)方差矩陣估計來計算波束形成器系數(shù)的情況。大多數(shù)LCMV波束形成器基于輸入音頻信號的平均協(xié)方差矩陣估計。而且，協(xié)方差矩陣統(tǒng)計是其中利用本發(fā)明的實施例實現(xiàn)的復(fù)雜度降低是特別高的示例。然而，本發(fā)明的其他實施例可以涉及使用非平均協(xié)方差矩陣估計的其他類型的平均統(tǒng)計估計或者除了平均協(xié)方差矩陣之外還使用其他類型的平均統(tǒng)計估計的波束形成器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白下面描述的實施例能夠使用其他類型的平均統(tǒng)計估計諸如基于較高階時刻的互相關(guān)估計來實現(xiàn)，例如，協(xié)峰度張量或協(xié)偏度張量的實現(xiàn)方式。在本發(fā)明的以下實施例中，描述其中協(xié)方差矩陣被計算為具有特定屬性的干擾信號理論上將具有的協(xié)方差矩陣的加權(quán)求和的技術(shù)。相比于執(zhí)行接收信號的統(tǒng)計分析以便為接收到的音頻信號計算協(xié)方差矩陣，執(zhí)行矩陣的加權(quán)求和是在計算上更不復(fù)雜的任務(wù)。下面描述的實施例涉及其中信號是音頻信號的情況。然而，其他的實施例涉及其中信號是其他類型的發(fā)送信號諸如一般的寬帶信號、一般的窄帶信號、雷達(dá)信號、聲納信號、天線信號、無線電波或微波的情況。首先參見圖1，其示出設(shè)備102的示意圖。設(shè)備102可以是固定或移動設(shè)備。設(shè)備102包括CPU 104、連接到CPU 104的有用于接收音頻信號的麥克風(fēng)陣列106、用于輸出音頻信號的揚(yáng)聲器110、用于向設(shè)備102的用戶輸出可視數(shù)據(jù)的諸如屏幕的顯示器112和用于存儲數(shù)據(jù)的存儲器114?，F(xiàn)在參見圖2，其示出設(shè)備102在其中操作的示例環(huán)境200。設(shè)備102的麥克風(fēng)陣列106從環(huán)境200接收音頻信號。例如，如圖2所示，麥克風(fēng)陣列106接收來自用戶202的音頻信號(在圖2中標(biāo)示為屯)、來自另一個用戶204的音頻信號(在圖2中標(biāo)示為d2)、來自風(fēng)扇206的音頻信號(在圖2中標(biāo)示為d3)和自墻208反射的來自用戶202的音頻信號(在圖2中標(biāo)示為d4)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，以下將是顯然的麥克風(fēng)陣列106可以接收除了圖2所示的音頻信號之外的其他音頻信號。在如圖2所示的場景中，來自用戶202的音頻信號是期望的音頻信號，并且在麥克風(fēng)陣列106接收到的所有其他音頻信號是干擾音頻信號。在其他實施例中，在麥克風(fēng)陣列106接收到的音頻信號之中一個以上的音頻信號可以被認(rèn)為是“期望的”音頻信號，但是為簡單起見，在此處描述的實施例中，僅有一個期望的音頻信號(其是來自用戶202的音頻信號)，并且其他音頻信號被認(rèn)為是干擾。圖2顯示干擾源為另一個用戶204、風(fēng)扇206或自墻208的反射。其他的不需要噪聲的源可包括例如空調(diào)系統(tǒng)、播放音樂的設(shè)備和麥克風(fēng)自噪聲。當(dāng)在麥克風(fēng)陣列106上已接收到音頻信號之后對這些音頻信號進(jìn)行處理時識別(一個或多個)期望的音頻信號。在處理期間，基于語音類特性的檢測來識別期望的音頻信號，并且可以確定主揚(yáng)聲器的主要方向。麥克風(fēng)陣列106可以預(yù)先轉(zhuǎn)向主要方向(例如,在僅有一個期望的揚(yáng)聲器時)，以致主要方向的確定不需要在操作期間實時確定。圖2顯示主揚(yáng)聲器(用戶202)作為從主要方向Cl1到達(dá)麥克風(fēng)陣列106的期望的音頻信號的源?，F(xiàn)在參見圖3，其示出設(shè)備102的元件的功能表示。麥克風(fēng)陣列106包括多個麥克風(fēng)302^3022和3023。設(shè)備102進(jìn)一步包括波束形成器304，其可以例如是最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)波束形成器。波束形成器304可以利用在CPU 104上運(yùn)行的軟件來實現(xiàn)或利用設(shè)備102中的硬件來實現(xiàn)。麥克風(fēng)陣列106中的每個麥克風(fēng)的輸出耦合到波束形成器 304的相應(yīng)輸入。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到需要多個輸入，以便實現(xiàn)波束形成。麥克風(fēng)陣列106在圖3中被顯示為具有三個麥克風(fēng)(302^3022和3023)，但是將明白這個麥克風(fēng)的數(shù)量僅是示例，并且不以任何方式進(jìn)行限制。波束形成器304包括用于接收和處理來自麥克風(fēng)陣列106的麥克風(fēng)302^3022和3023的音頻信號xi(t)、x2(t)和巧(0的裝置。例如，波束形成器304可以包括話音活動檢測器(VAD)和DOA估計塊(未顯示在圖3中)。在操作中，波束形成器304確定由麥克風(fēng)陣列106接收到的音頻信號的性質(zhì)，并基于由VAD和DOA估計塊檢測的語音類質(zhì)量的檢測，確定(一個或多個)主揚(yáng)聲器的一個或多個主要方向。如上所述，在其他實施例中，可以預(yù)先設(shè)置(一個或多個)主揚(yáng)聲器的(一個或多個)主要方向，以致波束形成器304聚焦在固定方向上。在圖2所示的示例中，從用戶202接收到的音頻信號的方向(Cl1)被確定為主要方向。波束形成器304使用DOA信息來通過形成在來自在麥克風(fēng)陣列106上從中接收到期望信號的主方向(Cl1)的方向上具有高增益而在任何干擾噪聲源的方向(d2、d3和d4)上具有低增益的波束來處理音頻信號。波束形成器304也能夠確定干擾到達(dá)方向(d2、d3和d4)，并且有利地，能夠適配由波束形成器304使用的系數(shù)，以致特別低的增益被應(yīng)用于從那些干擾到達(dá)方向接收到的音頻信號，以便抑制干擾音頻信號。波束形成器304既區(qū)分音頻信號在麥克風(fēng)陣列106上的到達(dá)方向，也區(qū)分音頻信號在麥克風(fēng)陣列106上的到達(dá)距離。從中接收到音頻信號的方向和距離確定從中接收到音頻信號的位置。從不同的源位置接收到的音頻信號在麥克風(fēng)陣列106的多個麥克風(fēng)(302^3022和3023)上將具有不同的延遲圖案(pattern)。雖然上面已描述了波束形成器304能夠確定任意數(shù)量的主要方向，但是所確定的主要方向的數(shù)量影響波束形成器的屬性，例如，對于大數(shù)量的主要方向，波束形成器304將應(yīng)用比在僅確定單個主要方向時更少的在麥克風(fēng)陣列上從其他(不需要)方向接收到的信號的衰減。波束形成器304的輸出以單信道的形式提供給設(shè)備102的進(jìn)一步處理裝置，以便進(jìn)行處理。也有可能輸出一個以上的信道，例如，以保留或虛擬生成立體圖像。可以在設(shè)備102中以多種不同方式使用波束形成器304的輸出，如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯然的。例如，波束形成器304的輸出能夠被用作用戶202正使用設(shè)備102參與其中的通信事件的一部分。
波束形成器304的輸出可以經(jīng)受進(jìn)一步的信號處理(諸如自動增益控制、噪聲抑制和/或回聲消除)。這樣的進(jìn)一步信號處理的細(xì)節(jié)超出本發(fā)明的范圍，并因此在此沒有給出進(jìn)一步信號處理的細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到可以在設(shè)備102中處理波束形成器304的輸出的方式。在操作中，波束形成器304被安排為從麥克風(fēng)陣列106的麥克風(fēng)302^3022和3023接收音頻信號XpX2和χ3。波束形成器304包括處理裝置，用于確定用于處理音頻信號Xl、X2和X3以便生成波束形成器輸出的波束形成器系數(shù)。在LCMV波束形成中，為接收到的音頻信號估算協(xié)方差矩陣，并且波束形成器系數(shù)被計算為那個協(xié)方差矩陣以特定波束形成器的特定波束形成器約束為條件的函數(shù)。這些波束形成器約束保證波 束形成器達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)(例如，接收到的音頻信號在波束形成器查看方向(look direction)不被抑制,或者在查看方向上的波束形成器瓣具有一定形狀,等等)。以上述的波束形成器約束為條件，音頻信號協(xié)方差矩陣由波束形成器304用于自適應(yīng)計算最小化在波束形成器輸出中的功率的波束形成器系數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)的LCMV波束形成器可以如下估計平均協(xié)方差矩陣。協(xié)方差矩陣R(t)可以使用等式R(t)=E[X(t)XT(t)]來發(fā)現(xiàn),其中E是期望運(yùn)算符(expectation operator)(也被稱為總體平均運(yùn)算符(ensemble average operator)),以及X(t)是接收到的音頻信號的矩陣并且利用以下來給出
權(quán)利要求
1.一種在設(shè)備上計算波束形成器系數(shù)的方法，所述方法包括在存儲裝置中存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每一個理論信號具有它自己的特定屬性，所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在所述設(shè)備上接收到的信號；在所述設(shè)備的輸入裝置上接收信號；基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析為多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合確定相應(yīng)多個加權(quán)；從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及 基于為接收信號估算的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括確定多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。
3.權(quán)利要求1或2的方法，進(jìn)一步包括波束形成器將所計算的波束形成器系數(shù)應(yīng)用于接收信號，從而生成波束形成器輸出。
4.任一前述權(quán)利要求的方法，其中所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合是協(xié)方差矩陣。
5.權(quán)利要求1-3之中任一權(quán)利要求的方法，其中所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合是協(xié)峰度張量或協(xié)偏度張量。
6.任一前述權(quán)利要求的方法，其中信號的所述特定屬性包括在所述輸入裝置上從中接收所述信號的方向。
7.任一前述權(quán)利要求的方法，其中信號的所述特定屬性包括在所述輸入裝置上從中接收所述信號的距離。
8.任一前述權(quán)利要求的方法，其中信號的所述特定屬性包括所述信號的頻譜形狀。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述頻譜形狀是白噪聲的頻譜形狀。
10.任一前述權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括確定所述設(shè)備正操作于其中的模式，其中至少以下之一 (i)根據(jù)所確定的模式來執(zhí)行多個加權(quán)的所述確定，以及(ii)基于所確定的模式來選擇將被包括在所述加權(quán)求和中的理論數(shù)據(jù)集合中的數(shù)個集合。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述模式基于接收信號的特性來確定。
12.權(quán)利要求10或11的方法，其中所述模式基于來自所述設(shè)備的用戶的輸入來確定。
13.權(quán)利要求10或11的方法，其中所述模式基于從所述設(shè)備輸出的信號的分析來確定。
14.任一前述權(quán)利要求的方法，其中為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的步驟包括添加歸一化數(shù)據(jù)集合至檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述歸一化數(shù)據(jù)集合是加權(quán)單位矩陣。
16.任一前述權(quán)利要求的方法，其中為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的步驟根據(jù)將要更新波束形成器系數(shù)的確定來執(zhí)行。
17.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行將要更新波束形成器系數(shù)的所述確定，所述確定基于至少以下之一的特性(i )接收信號，以及(ii )波束形成器輸出。
18.任一前述權(quán)利要求的方法，其中在存儲裝置中存儲多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的所述步驟包括以表格化或參數(shù)化的形式來存儲所述多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。
19.任一前述權(quán)利要求的方法，其中所述波束形成器系數(shù)被計算，以便在波束形成器的波束形成約束內(nèi)最小化波束形成器輸出的功率。
20.任一前述權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括使用波束形成器輸出來表示在所述輸入裝置上接收的用于在所述設(shè)備內(nèi)進(jìn)一步處理的信號。
21.任一前述權(quán)利要求的方法，其中所述信號是以下之一(i)音頻信號，(ii) 一般的寬帶信號與(iii) 一般的窄帶信號，(iv)雷達(dá)信號，(V)聲納信號，(vi)天線信號，(vii)無線電波；以及(viii)微波。
22.一種用于計算波束形成器系數(shù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括存儲裝置，用于存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每一個理論信號具有它自己的特定屬性，所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在所述設(shè)備上接收到的信號；輸入裝置，用于接收信號；加權(quán)確定裝置，用于基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析為多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合確定相應(yīng)多個加權(quán)；檢索裝置，用于從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；估算裝置，用于通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及計算裝置，用于基于為接收信號估算的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合來計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，進(jìn)一步包括確定裝置，用于確定多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。
24.權(quán)利要求22或23的設(shè)備，其中所述信號是音頻信號，并且所述輸入裝置包括用于接收所述音頻信號的多個麥克風(fēng)。
25.權(quán)利要求22-24之中任一權(quán)利要求的設(shè)備，進(jìn)一步包括波束形成器，其被配置成將計算的波束形成器系數(shù)應(yīng)用于接收信號，以便從而生成波束形成器輸出。
26.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述波束形成器是最小方差無失真響應(yīng)波束形成器。
27.一種用于為在設(shè)備的輸入裝置上接收到的信號計算波束形成器系數(shù)的計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品被包括在非瞬態(tài)計算機(jī)可讀介質(zhì)上，并被配置成當(dāng)在所述設(shè)備的處理器上被運(yùn)行時執(zhí)行以下步驟在存儲裝置中存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每一個理論信號具有它自己的特定屬性，所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在所述設(shè)備上接收到的信號；基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析，為多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合確定相應(yīng)多個加權(quán)；從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合；以及基于為接收信號估算的統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。
全文摘要
用于在設(shè)備上計算波束形成器系數(shù)的方法、設(shè)備和計算機(jī)程序產(chǎn)品，其中在存儲裝置中存儲相應(yīng)多個理論信號的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，每一個理論信號具有它自己的特定屬性，統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于計算波束形成器系數(shù)中，以便由波束形成器應(yīng)用于在設(shè)備上接收到的信號。在設(shè)備的輸入裝置上接收信號。基于接收信號具有理論信號的特定屬性的程度的分析為多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合確定相應(yīng)多個加權(quán)。從存儲裝置中檢索多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合。通過使用所確定的相應(yīng)多個加權(quán)執(zhí)行檢索到的多個理論統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合的加權(quán)求和，為接收信號估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合?；跒榻邮招盘柟浪愕慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)集合，計算波束形成器系數(shù)，所述波束形成器系數(shù)由波束形成器應(yīng)用于接收信號，以生成波束形成器輸出。
文檔編號G10L21/0208GK103000185SQ20121037721
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者P.阿格倫, K.索倫森 申請人:斯凱普公司