專利名稱：提供濾波器系數(shù)拷貝的音頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于抑制音頻失真的系統(tǒng)，包含以下電路裝置-回波抵消裝置，其耦合在音頻輸出端和失真的期望音頻感測麥克風陣列之間；以及-濾波器裝置，其耦合到該回波抵消裝置和/或該麥克風陣列。
本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用于該系統(tǒng)中的鏡像電路裝置以及一種抑制音頻失真的方法。
這樣的系統(tǒng)可以從WO 97/45995獲知。該已知音頻系統(tǒng)包含自適應(yīng)回波抵消濾波器，其用于去除在系統(tǒng)的揚聲器輸出端和麥克風之間發(fā)射的回波。該已知系統(tǒng)具有耦合到該回波抵消濾波器和該麥克風的濾波器裝置，該濾波器裝置用于對沒有被該回波抵消濾波器去除的該麥克風信號中的回波分量進行譜抑制。一個麥克風感測期望的音頻信號，而其它麥克風只接收該期望信號的干擾失真。該系統(tǒng)可以具有耦合到該回波抵消裝置和/或該麥克風陣列的濾波器裝置，該濾波器裝置用于對具有附加音頻噪聲干擾的形式的失真進行譜抑制。
該已知系統(tǒng)的不足之處在于，它不能有效地用于降低由麥克風陣列感測的期望音頻信號中的混響(reverberant)失真。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供改進的系統(tǒng)和其中的濾波器裝置，以用于同時抑制具有由麥克風陣列感測的音頻信號中的回波尾部混響的形式的回波失真。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述濾波器裝置包括代表音頻失真的至少一部分的濾波器系數(shù)，并且該系統(tǒng)包含一個至少部分地鏡像的(partly mirrored)電路裝置，以用于由此將代表所仿真的音頻失真的濾波器系數(shù)值拷貝到所述濾波器裝置的濾波器系數(shù)中。
根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)和電路裝置的優(yōu)點在于，通過將代表音頻失真的所仿真的濾波器系數(shù)拷貝到該濾波器裝置的濾波器系數(shù)中，使得對音頻失真的抑制獨立于語音信號(一般來說即所期望的信號)。這些系數(shù)值代表聲場的混響尾部的相關(guān)性屬性，并且還可以被用來在該濾波器裝置中對期望信號進行實際上的濾波以便抑制其中的混響，而不管所期望的語音是否被輸出。因此特別地，語音的存在或不存在不再使失真抵消失真。即使存在語音，利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)也可以有效地對于空間相關(guān)性敏感的形式的失真(特別是混響類型的失真，但不限于此)實施失真抵消。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個允許設(shè)計靈活性的實施例的特征在于，所述濾波器裝置包括波束形成器。
濾波器、求和和延遲元件的組合通常被包括在該濾波器裝置中，以便形成所謂的通用旁瓣抵消器。有利地，可以將附加的延遲元件添加到波束形成器中，以用于進一步改進根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的性能。
有利地，根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的另一個簡單實施例的特征在于，該系統(tǒng)在所述電路裝置和所述至少部分地鏡像的電路裝置之間包括系數(shù)值拷貝裝置。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一個實施例的特征在于，所述濾波器裝置被設(shè)置成自適應(yīng)于由所述麥克風陣列感測的混響失真和/或所期望的音頻信號。
在這種情況下，所述濾波器系數(shù)可以被更新，從而包括在變化的相關(guān)性敏感的形式的失真(例如混響)的抵消中的動態(tài)方面，而不是代表或多或少地固定的房間模型。現(xiàn)在，還可以相對于所述陣列麥克風的各自變化的位置和方向來抑制這樣的失真。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的再一個實施例的特征在于，該系統(tǒng)被設(shè)置成用于更新所述鏡像濾波器系數(shù)。
有利地，在這個進一步的實施例中，鏡像濾波器系數(shù)可以在需要的任何時候或在訓(xùn)練時間期間被連續(xù)更新。這是由于通過代表混響的人工輸入信號來創(chuàng)建所述鏡像濾波器系數(shù)而實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的詳盡細節(jié)的特征在于，該麥克風陣列的每個麥克風具有其單獨的回波抵消裝置。
通過為該陣列的每個麥克風應(yīng)用個體化的回波抵消裝置，任何分離的直接回波和反射以及混響尾(reverberating tail)的至少一部分被盡可能地單獨抵消，同時通過該濾波器裝置和/或該輸出回波抵消裝置來處理剩余失真。
現(xiàn)在將進一步結(jié)合其附加的優(yōu)點并且同時參考附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，其中用相同的附圖標記表示類似的組件。在附圖中

圖1顯示包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的各可能實施例的總覽；圖2顯示直接信號、早期反射和作為時間函數(shù)的典型房間脈沖響應(yīng)的后期產(chǎn)生的混響尾部；以及圖3顯示通用旁瓣抵消器形式的濾波器裝置實施例，其具有一個包括三個麥克風的陣列以應(yīng)用在圖1的系統(tǒng)的擴展中。
圖1的上部代表系統(tǒng)1，其適于抑制所期望的信號中的音頻失真。如圖所示，該系統(tǒng)具有揚聲器2和包含兩個麥克風3-1、3-2的麥克風陣列3。輸出端4上的音頻輸出信號由該揚聲器2再現(xiàn)。一個近端源(未示出)產(chǎn)生所期望的語音，該期望語音作為期望的語音信號由該陣列3接收。另外，如圖2中所闡明的那樣，該陣列3感測(作為除噪聲之外的不同類型失真的一部分的)從該揚聲器2到該陣列3的直接信號、具有早期(第一部分)反射的形式的回波以及在某一指數(shù)衰減之后的后期(第二部分)反射，所述后期反射具有所謂的混響的形式，該混響被顯示為作為時間函數(shù)的典型房間脈沖響應(yīng)的混響尾。每個麥克風3-1、3-2可以分別具有耦合在音頻輸出端4和感測失真的期望音頻的麥克風陣列3之間的與之相關(guān)聯(lián)的回波抵消器g1和g2。如果可能的話，可以共用回波抵消裝置gi(對于兩個麥克風是i＝1，2)的硬件和/或軟件部分，以便節(jié)省成本。每個回波抵消器gi仿真從揚聲器2到各自的麥克風3的路徑，以便抵消至少所述直接信號和早期反射(即回波的第一部分)的影響。該技術(shù)的實現(xiàn)例如已知于WO 97/45995，其公開內(nèi)容在此引用以作為參考。所述各自的回波抵消裝置可以以多種方式實現(xiàn)，諸如最小均方(LMS)、遞歸最小平方或使用塊LMS技術(shù)的頻域自適應(yīng)濾波器。
通過示意性地示出的減法器5-1和5-2，將對應(yīng)的回波抵消裝置gi耦合到陣列3的兩個麥克風3-1、3-2，每個減法器各具有輸出端6-1、6-2。這些減法器輸出端6-1和6-2載送各自的回波抵消信號。
該系統(tǒng)具有濾波器裝置7，其可以包括波束形成器7B，該波束形成器通過減法器5耦合到回波抵消裝置gi和/或耦合到麥克風陣列3。該波束形成器7B被包括在通常所稱的通用旁瓣抵消器中，其能夠限定和控制音頻麥克風靈敏度波瓣或曲線。在這種情況下，在減法器輸出端6-1、6-2上給定兩個波束形成器輸入信號，這些信號包含期望的音頻/聲音/語音信號和源自所述混響尾的混響信號。通過導(dǎo)出原始信號z，該波束形成器7B能夠辨別混響信號，該原始信號z包括期望信號和包括混響的參考信號x。這是通過在濾波器f1和f2中進行濾波(如圖所示)、然后在求和裝置9-1中對濾波器fi的輸出進行求和以展現(xiàn)該原始信號而實現(xiàn)的。這樣，經(jīng)回波抵消的麥克風信號u1和u2被相加，以使得期望音頻的剩余的直接信號和早期反射被相干地求和，從而提高了波束形成器的性能。此外，該波束形成器7B通過在分塊濾波器b1和b2中對經(jīng)回波抵消的麥克風信號進行濾波、然后在裝置9-2中對各濾波器的輸出進行求和以展現(xiàn)代表混響的參考信號x來實現(xiàn)上述目的。該參考信號x實質(zhì)上不包含期望的信號分量。濾波器bi和B一起被稱為分塊矩陣。濾波器fi和bi載送定向的、即所期望的依賴于源的信息。
在如圖3所示的情況下，波束形成器7B具有一個延遲元件8，該延遲元件8耦合到裝置9-1的輸出端，其后是求和裝置9-3。該延遲元件8為波束形成器的脈沖響應(yīng)提供非因果部分，這樣做表現(xiàn)出改善了它的性能。將參考信號饋送到一個自適應(yīng)濾波器，其在圖1中用w表示，該自適應(yīng)濾波器的輸出信號被饋送到裝置9-3的反相輸入端。該濾波器裝置7的濾波器w包含濾波器系數(shù)，所述濾波器系數(shù)代表或包含對于由麥克風陣列3感測的期望音頻中的混響(第二部分)失真的度量。該求和裝置9-3還具有一個已求和的或波束形成器輸出端S，該輸出端用于適配這種自適應(yīng)濾波器裝置7的自適應(yīng)濾波器w中的濾波器系數(shù)，以使得它們的系數(shù)值代表變化的混響失真。在一個非自適應(yīng)性實施例中，所述濾波器系數(shù)將被固定，以便隨后抵消隨后假定的固定混響尾。
因為反相輸入端11上的已濾波的混響或參考信號在求和裝置9-3中被從原始信號中減去，因此在已求和輸出端S上的信號只包含期望信號，而回響尾則被抵消。
圖3顯示具有一個包括三個麥克風3-1、3-2、3-3的陣列的濾波器裝置7的實施例。實質(zhì)上，多個麥克風也是可能的。但是上面概述的原理仍然是相同的。各個塊矩陣可以被分組到一個塊B中?？梢詫⒉煌膮⒖夹盘杧1和x2饋送給濾波器7A，該濾波器在此通常包含自適應(yīng)的個體化的濾波器w1和w2。出于希望，可以將延遲元件Δ劃分在耦合到對應(yīng)的三個麥克風3的濾波器f1、f2和f3之前或之后。分離的延遲元件Δ可以被包括在可能從每個麥克風到求和裝置9-1的對應(yīng)分支中，以便解決揚聲器2和麥克風3之間的預(yù)期的單獨延遲。
如果該系統(tǒng)1不是自起動的，則由于不存在任何遠端信號，可能產(chǎn)生一個揚聲器信號，例如噪聲序列或某種起動音調(diào)(start up tune)。
例如可以將上面解釋的系統(tǒng)用于不用手的通信系統(tǒng)(諸如不用手的揚聲器電話)、例如家用或醫(yī)療應(yīng)用的聲控系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、聽寫系統(tǒng)或類似系統(tǒng)。
盡管對附圖的上述說明與由波束形成器7具體實現(xiàn)的濾波器裝置有關(guān)，但應(yīng)當注意到，上述說明也適用于旨在通常抑制如上面說明的系統(tǒng)1中的音頻失真的任何濾波器裝置7。
混響是一種失真形式，它的抵消強烈依賴于麥克風陣列形成和所涉及的房間的空間相關(guān)性屬性。聲場的空間相關(guān)性確定各麥克風信號之間的互相關(guān)性，而各麥克風信號之間的互相關(guān)性又是確定所述濾波器裝置和波束形成器7的設(shè)計和性能的量。這些空間相關(guān)性屬性依賴于幾個屬性，諸如房間幾何結(jié)構(gòu)、墻壁吸收、位置、方向和房間內(nèi)的陣列3的各麥克風的間距。有利地，該系統(tǒng)1不需要針對這些屬性的某種模型。但是當這些屬性和/或所模擬的失真回波抵消屬性或系統(tǒng)1中的系數(shù)顯著改變時，那么需要對其進行相當大的適配，這花費相當數(shù)量的時間。通常這個時間不總是可以獲得的，這會造成這樣的后果特別在存在或者不存在特別是語音之后不久期間，會有聽得見的干擾效果。上述內(nèi)容對于依賴于空間相關(guān)性的形式的失真(比如混響)非常重要。因此，本說明書的剩余部分將針對借助于如圖1所示的具有濾波器裝置的系統(tǒng)的混響抵消。
圖1的下部顯示了電路裝置7’，其組件至少部分地類似于(或者相對鏡像于)回波抵消裝置g和波束形成器濾波器7。該電路裝置7’包含波束形成器7’(其可以具有類似于波束形成器7的組件)，并且這里的裝置9’具有作為回波濾波器的g1’和g2’，其系數(shù)可以被影響或被設(shè)置。對應(yīng)的回波濾波器裝置gi’(i＝1，2，...)通常是簡單的濾波器，至少在混響抵消的情況下，其中的每一個回波濾波器裝置gi’具有比在相應(yīng)的回波抵消器裝置gi中的系數(shù)數(shù)量更少的系數(shù)，因為此時只有所仿真的脈沖響應(yīng)的混響尾部必須由示意性地示出的拷貝裝置C1、C2和C3從抵消器裝置gi拷貝到濾波器裝置gi’中。類似地，將濾波器f1、f2、b1和b2的濾波器特性或系數(shù)值拷貝到波束形成器7’的對應(yīng)的濾波器f1’、f2’、b1’和b2’中?，F(xiàn)在，將輔助輸入信號施加到鏡像電路裝置g’、7’的輸入端12上，以使得被耦合到輸出端S’的7’中的自適應(yīng)濾波器w’能夠最小化其在輸出端S’上的輸出信號。終端12上的輔助輸入信號可以例如是穩(wěn)態(tài)白噪聲信號或者依賴于將被抵消的特定類型失真的任何其它信號。將濾波器w’的代表如此被仿真的音頻失真的濾波器系數(shù)值拷貝到濾波器裝置7中的濾波器w的濾波器系數(shù)中。這些值代表聲場的混響尾部的相關(guān)性屬性，并且還可以被用于在濾波器裝置7中實際濾波期望信號以抑制其中的混響，而不考慮期望的語音是否被輸出。為了適配或更新濾波器7’的波束形成器系數(shù)，只需要考慮房間的混響行為。另外，不需要期望的音頻源，因為房間內(nèi)的任何源都能夠完成該項工作。只要濾波器w從自適應(yīng)濾波器w’接收其系數(shù)，那么濾波器w就不必是自適應(yīng)的。
權(quán)利要求
1.一種用于抑制音頻失真的系統(tǒng)(1)，其包括這樣的電路裝置(g，7)-回波抵消裝置(g，gii＝1，2，...)，其耦合在音頻輸出端(4)和感測失真的期望音頻的麥克風陣列(3)之間；以及-濾波器裝置(7)，其耦合到該回波抵消裝置(g，gii＝1，2，...)和/或該麥克風陣列(3)，該濾波器裝置(7)包括代表音頻失真的至少一部分的濾波器系數(shù)，該系統(tǒng)(1)包括至少部分地鏡像的電路裝置(g’，7’)以用于由此將代表所仿真的音頻失真的濾波器系數(shù)值拷貝到所述濾波器裝置(7)的濾波器系數(shù)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)(1)，其中該濾波器裝置包括波束形成器(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)(1)，其中該波束形成器包括濾波器和求和波束形成器(7)以及/或者延遲和求和波束形成器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括在該電路裝置(7，gii＝1，2，...)和該至少部分地鏡像的電路裝置(7’，gi’i＝1，2，...)之間的系數(shù)值拷貝裝置(C1，C2，C3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)(1)，其中該波束形成器(7)被設(shè)置成自適應(yīng)于由該麥克風陣列(3)感測的混響失真和/或期望的音頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)(1)，其中該系統(tǒng)(1)被設(shè)置成用于更新所述鏡像的濾波器系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)(1)，其中該麥克風陣列(3)的每個麥克風(3-1，3-2)具有至少部分地個體化的回波抵消裝置(g，gii＝1，2，...)。
8.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項的系統(tǒng)(1)中的電路裝置(g，7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)(1)，其適用于抑制音頻失真。該系統(tǒng)包括耦合在音頻輸出端(4)和感測失真的期望音頻的麥克風陣列(3)之間的回波抵消裝置g
文檔編號H04M9/08GK1902980SQ200480039956
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者D·A·C·M·魯弗斯, B·E·沙勞克哈 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司