專利名稱：盲信號(hào)提取的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從混合信號(hào)自適應(yīng)提取至少一所需電磁波信號(hào)、聲波 信號(hào)或任何其它信號(hào)并抑制其它噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)生增強(qiáng)信號(hào) 的方法。此外，本發(fā)明提出了完成所述方法的裝置。
背景技術(shù)：
信號(hào)提取(或增強(qiáng))算法通常目的在于產(chǎn)生所接收信號(hào)的有利版， 而同時(shí)衰減或消除由一組變換器/傳感器接收的其它不想要的源信 號(hào)。所述算法可對(duì)單一傳感器數(shù)據(jù)起作用而產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)輸出信 號(hào)，也可對(duì)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)起作用而產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)輸出信號(hào)。信號(hào) 提取系統(tǒng)可以是固定的非自適應(yīng)系統(tǒng)，其不管輸入信號(hào)怎樣變化均保 持相同特性；或者信號(hào)提取系統(tǒng)可以是自適應(yīng)系統(tǒng)，其基于所接收的 數(shù)據(jù)的特性改變其自身的特性。當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的自適應(yīng)部分被停止時(shí)， 濾波操作可以是線性或非線性操作。此外，所述操作可依賴于兩個(gè)狀 態(tài)信號(hào)活動(dòng)和信號(hào)穩(wěn)定，即所述操作依賴于信號(hào)活動(dòng)性檢測(cè)。
例如，關(guān)于語(yǔ)音提取，認(rèn)可物理域因而在嘈雜環(huán)境中重構(gòu)語(yǔ)音時(shí) 必須考慮這些物理域。例如，這些域與在語(yǔ)音放大器/譜相減/TDMA (時(shí)分多址)及其它中出現(xiàn)的時(shí)間選擇性有關(guān)。頻率選擇性的域包括 Wiener濾波/陷波濾波/FDMA (頻分多址)及其它?？臻g選擇性域渉 及Wiener BF (波束形成)/BSS (盲信號(hào)分離)/LCMV (線性約束最 小方差)/SDMA (空分多址)及其它。另一現(xiàn)存域是碼選擇性域，例 如包括CDMA (碼分多址)方法，其實(shí)際上是上面提及的物理域的
妙A(yù) 5口 口 o
在嘈雜環(huán)境中增強(qiáng)/提取想要的信號(hào)時(shí)尚沒(méi)有科學(xué)研究或發(fā)現(xiàn)能 夠?qū)r(shí)間選擇性、頻率選擇性和空間選擇性結(jié)合。特別地，在沒(méi)有關(guān)于完成信號(hào)提取的環(huán)境的預(yù)先假設(shè)或特殊知識(shí)的情況下，尚不能實(shí)現(xiàn) 所述結(jié)合。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到全適應(yīng)自動(dòng)信號(hào)提取。
然而，全自動(dòng)信號(hào)提取將遇到下述問(wèn)題傳感器和源間幾何結(jié)構(gòu) 未知及變化、所希望源的數(shù)量未知、周圍噪聲源具有未知的譜特性、 傳感器特性不理想及由于老化而改變、復(fù)雜性限制、在高噪聲情形也 需要操作。
語(yǔ)音提取技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有出版文章為Computational Neurobiology Laboratory (The Salk Institute, 10010 N. Torrey Pines Road, La Jolla， California 92037)的Anthony J. Bell和Terrence J. Sejnowski 所著的 "BLIND SEPARATION AND BLIND DECONVOLUTION: AN INFORMATION-THEORETIC
APPROACH" ， 0-7803-2431 45/95 $4.00 0 1995 IEEE。
盲分離和盲解巻積均是無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)中的相關(guān)問(wèn)題。在盲分離時(shí)， 不同的人談話、音樂(lè)等通過(guò)矩陣線性混合在一起。關(guān)于源或混合過(guò)程 不知道任何東西。所接收的是其N次疊加，Xl(t),x2(t)...,XN(t)。因 而任務(wù)是通過(guò)發(fā)現(xiàn)方陣W而再現(xiàn)原始源，所述方陣為未知矩陣A的 逆矩陣的排列。該問(wèn)題已被稱為"雞尾酒會(huì)"問(wèn)題。
信號(hào)提取技術(shù)領(lǐng)域的另 一 現(xiàn)有出版文章為JEAN-FRANCOIS CARDOSO所著的"Blind Signal Separation: Statistical Principles"， PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 86, NO. 10, OCTOBER 1998。
盲信號(hào)分離(BSS)和獨(dú)立分量分析(ICA)均為陣列處理和數(shù) 據(jù)分析的新興技術(shù)，其目的在于從觀測(cè)到的混合信號(hào)(通常為傳感器 陣列的輸出)再現(xiàn)未觀察到的信號(hào)或"源"，僅采用信號(hào)之間相互獨(dú) 立的假設(shè)。所述假設(shè)的缺點(diǎn)使其為強(qiáng)大的方法，但需要冒超過(guò)常見(jiàn)二 階統(tǒng)計(jì)量的險(xiǎn)。所述文章的目標(biāo)是回顧最近已開(kāi)發(fā)的解決該問(wèn)題的部 分方法，以說(shuō)明它們?cè)鯓踊诨驹砑八鼈兿嗷ピ鯓酉嚓P(guān)。
BSS-ICA/PCA， ICA相當(dāng)于非線性PCA，依賴于輸出獨(dú)立/解相 關(guān)。所有信號(hào)源需要同時(shí)為活動(dòng)信號(hào)源，及記錄信號(hào)的傳感器必須等于信號(hào)源的量或比信號(hào)源多。此外，現(xiàn)有BSS及其等效方案僅用于 低噪聲環(huán)境中。
信號(hào)提取技術(shù)領(lǐng)域的另一現(xiàn)有出版文章為Jourjine， A.、 Rickard, S. 、 Yzlmaz 0.所著的"BLIND SEPARATION OF DISJOINT ORTHOGONAL SIGNALS: DEMIXING N SOURCES FROM 2 MIXTURES ，， ， Proceedings in 2000 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Volume 5， Page(s): 2985 -2988， 5-9 June 2000。
在該科技文章中，作者給出了僅使用兩個(gè)混合信號(hào)盲分離任何數(shù) 量的源的新方法。當(dāng)源(W-)離散正交時(shí)即當(dāng)所述混合信號(hào)中任何 兩個(gè)信號(hào)的(窗口)傅立葉變換的載波為不相交集時(shí)，應(yīng)用該方法。 對(duì)于衰減和延遲的源的無(wú)回聲混合信號(hào)，可以看出該方法通過(guò)群集所 述混合信號(hào)的時(shí)頻表示的比而使能估計(jì)混合參數(shù)。之后，所述混合參 數(shù)的估計(jì)值可用于區(qū)分一個(gè)混合信號(hào)的時(shí)頻表示從而再現(xiàn)初始的源。 即使在源的數(shù)量大于混合信號(hào)的數(shù)量的情況下該技術(shù)也是有效的。一 般結(jié)果對(duì)語(yǔ)音和無(wú)線信號(hào)而言均得到了驗(yàn)證。樣本聲音文件可在下面 的地址找到http:〃eleceng.ucd.ie/ srickard/bss.html。
BSS-離散正交分開(kāi)依賴于不相重疊的時(shí)頻能量，其中傳感器的數(shù) 量不等于源的數(shù)量。其產(chǎn)生樂(lè)調(diào)即信號(hào)嚴(yán)重失真，且僅在低噪聲環(huán)境 中起作用。
BSS-聯(lián)合累積量對(duì)角線化使更高階的累積量矩陣對(duì)角線化，及傳 感器必須大于或等于源的數(shù)量。與此有關(guān)的問(wèn)題是其收斂慢及其僅在 低噪聲環(huán)境中起作用。
信號(hào)提取技術(shù)領(lǐng)域中的另一現(xiàn)有出版文章為Koutras, A.、 Dermatas, E.所著的"ROBUST SPEECH RECOGNITION IN A HIGH INTERFERENCE REAL ROOM ENVIRONMENT USING BLIND SPEECH EXTRACTION" ， Proceedings in 2002 14th International Conference on Digital Signal Processing, Volume 1, Page(s): 167 - 171 ， 2002。該文章給出了新的盲信號(hào)提取(BSE)方法，其用于在干擾性非 語(yǔ)音源同時(shí)共存的情況下在實(shí)際室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行魯棒語(yǔ)音識(shí)別。所提 出的方法能夠基于最大峰度條件提取目標(biāo)說(shuō)話者的話音。大量的因素 識(shí)別實(shí)驗(yàn)已證明所提出的網(wǎng)絡(luò)的效率，當(dāng)用于談話的說(shuō)話者與多個(gè)非 語(yǔ)音源(如音樂(lè)和噪聲)共存的真實(shí)生活情形時(shí)，實(shí)現(xiàn)約23%的因 素識(shí)別改善，尤其在高干擾情況下更是如此。此外，比較所提出的網(wǎng)
絡(luò)和通常在類似情形使用的己知盲源分離(BSS)網(wǎng)絡(luò)可看出BSE 網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算復(fù)雜性更低及識(shí)別準(zhǔn)確度更高，這使其可理想地用作現(xiàn)有 ASR (自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別)系統(tǒng)的前端。
最大峰度條件提取具有最高峰度的單一源，且傳感器的數(shù)量不等 于源的數(shù)量。其困難與處理幾個(gè)說(shuō)話者有關(guān)，且其僅在低噪聲環(huán)境中 起作用。
信號(hào)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域的另一現(xiàn)有出版文章為Amr El-Key" Thiagalingam Kirubarajan禾口 Alex B. Gershman所著的"Robust Adaptive Beamforming Based on the Kalman Filter", IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 53, NO. 8, AUGUST 2005。
這篇文章給出了實(shí)施魯棒最小方差無(wú)失真響應(yīng)(MVDR)波束形
成器的新方法。該波束形成器基于最壞情形的性能優(yōu)化，且其對(duì)所希 望信號(hào)導(dǎo)向矢量中的任意但范數(shù)有界的失配可提供卓越的魯棒性。然 而，解決該問(wèn)題的現(xiàn)有算法沒(méi)有直接的計(jì)算有效在線實(shí)施。在這篇文 章中，開(kāi)發(fā)了用于魯棒MVDR波束形成器的新算法，其基于約束 Kalman濾波器并可以低計(jì)算成本在線實(shí)施。所述算法已被表明與魯 棒MVDR波束形成器的最初的基于二階錐規(guī)劃(SOCP)的實(shí)施具有 類似的性能。同樣還提出了對(duì)所提出算法的兩個(gè)改進(jìn)修改以額外考慮 非靜止環(huán)境。這些修改均基于模型切換和假設(shè)歸并技術(shù)，其進(jìn)一步提 高了所述波束形成器對(duì)快速(突然)環(huán)境變化的魯棒性。
盲波束形成依賴于被動(dòng)說(shuō)話者定位及傳統(tǒng)的波束形成(如 MVDR)，其中傳感器的數(shù)量不等于源的數(shù)量。與此有關(guān)的問(wèn)題在于 由于被動(dòng)定位其僅在低噪聲環(huán)境中起作用。
8
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明下的概念的名稱為盲信號(hào)提取(BSE)。在說(shuō)明和描述 包括語(yǔ)音增強(qiáng)作為其實(shí)施例的同時(shí)，本發(fā)明不限于語(yǔ)音增強(qiáng)本身，而 是包括電磁信號(hào)及包括振動(dòng)等的聲音的檢測(cè)和增強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的BSE的自適應(yīng)操作依賴于從混合信號(hào)區(qū)分一個(gè)或
多個(gè)所需信號(hào)，如果這些信號(hào)由一些辨別參數(shù)(度量)空間或時(shí)間上 分開(kāi)的話，通常通過(guò)統(tǒng)計(jì)特性、統(tǒng)計(jì)概率分布函數(shù)(pdf)的形狀、 所需信號(hào)的時(shí)間或頻率位置進(jìn)行區(qū)分。與所需信號(hào)具有不同辨別參數(shù) (度量)如統(tǒng)計(jì)概率分布函數(shù)的形狀的信號(hào)在自適應(yīng)操作的輸出將較
少被偏愛(ài)。BSE中的源信號(hào)提取的原理對(duì)任何類型的辨別參數(shù)(度量) 如統(tǒng)計(jì)概率分布函數(shù)均是有效的，假定所需信號(hào)的參數(shù)如統(tǒng)計(jì)概率分 布函數(shù)(pdf)的形狀與不想要的信號(hào)的參數(shù)如統(tǒng)計(jì)概率分布函數(shù)的 形狀不同。根據(jù)本發(fā)明，這意味著幾個(gè)并行的BSE結(jié)構(gòu)可以這樣的 方式實(shí)施，使得具有不同參數(shù)如pdf的幾個(gè)源信號(hào)可被同時(shí)提取，而 對(duì)傳感器的輸入相同。
本發(fā)明目標(biāo)在于例如解決如全自動(dòng)語(yǔ)音提取這樣的問(wèn)題，其中傳 感器和源間幾何結(jié)構(gòu)未知和變化、語(yǔ)音源的數(shù)量未知、周圍噪聲源具 有未知譜特性、傳感器特性不理想且由于老化而變化、復(fù)雜性限制、 還需要在高噪聲情形起作用、及提及的其它問(wèn)題。因此，在語(yǔ)音提取 的情況下，本發(fā)明提供了僅基于與說(shuō)話者無(wú)關(guān)的語(yǔ)音特性(統(tǒng)計(jì)分布 的形狀)提取所有不同語(yǔ)音源信號(hào)的方法和裝置。
本發(fā)明的BSE提供大量合乎需要的特性，如是自適應(yīng)算法、能 夠在時(shí)間選擇性域和/或空間域和/或瞬時(shí)域中起作用、能夠基于任何 數(shù)量(〉0)的變換器/傳感器操作、其操作不依賴于信號(hào)活動(dòng)性檢測(cè)。 此外，對(duì)于BSE操作，不需要源和/或傳感器間幾何結(jié)構(gòu)的先驗(yàn)知識(shí)， 且其操作也不需要校準(zhǔn)的變換器/傳感器陣列。BSE操作的另一合乎 需要的特性為其不依賴于所述源的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立或所產(chǎn)生輸出的統(tǒng)計(jì)解此外，BSE不需要任何預(yù)先記錄的陣列信號(hào)或從實(shí)際環(huán)境提取的 參數(shù)估計(jì)值，也不依賴于從實(shí)際源提取的任何信號(hào)或參數(shù)估計(jì)值。
BSE可在正和負(fù)SNIR (信噪加干擾比)環(huán)境中成功操作，且其操作 包括所接收信號(hào)的去混響。
為實(shí)現(xiàn)前述及其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出了從混合信號(hào)自適應(yīng)提取所 需電磁波信號(hào)、聲波信號(hào)或任何其它信號(hào)中的至少一個(gè)并抑制噪聲和
干擾信號(hào)從而產(chǎn)生增強(qiáng)信號(hào)的方法。因此，該方法包括步驟
連續(xù)時(shí)間及相對(duì)的離散時(shí)間所需信號(hào)中的至少一個(gè)由一個(gè)或多 個(gè)辨別參數(shù)預(yù)先確定，所述辨別參數(shù)如統(tǒng)計(jì)特性、統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)
(pdf)的形狀、時(shí)間或頻率位置；
所需信號(hào)的參數(shù)與噪聲或干擾源信號(hào)參數(shù)不同；
從所需信號(hào)、噪聲和干擾信號(hào)接收的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)至少一適當(dāng)?shù)?傳感器裝置收集，為此，連續(xù)時(shí)間或?qū)?yīng)地使用離散時(shí)間采樣輸入信
號(hào)以形成離散時(shí)間輸入信號(hào)的時(shí)間幀； 將所述信號(hào)數(shù)據(jù)變換為一組子帶；
進(jìn)行下列行動(dòng)中的至少一個(gè)以所需信號(hào)的衰減低于噪聲和千擾
信號(hào)的方式對(duì)所有混合信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀
進(jìn)行衰減；及以所需信號(hào)的放大高于噪聲和干擾源信號(hào)的方式對(duì)所有 混合信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大-,
更新每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀濾波器系數(shù)，使得濾波 后的輸入信號(hào)和變換后的輸出信號(hào)之間的誤差最??；及
所述子帶信號(hào)由一組預(yù)定的子帶濾波器進(jìn)行濾波從而產(chǎn)生預(yù)定 數(shù)量的輸出信號(hào)，每一輸出信號(hào)在信號(hào)辨別參數(shù)的基礎(chǔ)上偏愛(ài)所需信 號(hào)；及
用逆變換重構(gòu)子帶輸出信號(hào)。在此，術(shù)語(yǔ)"帶寬"通常指全帶寬， 但也包括比全帶寬稍窄的帶寬。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述變換包括使其數(shù)字表示可用的信號(hào) 細(xì)分為更小或相等帶寬的子帶信號(hào)的變換。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述混合信號(hào)中的不同信號(hào)之間的辨別
參數(shù)基于pdf。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如果所接收的信號(hào)數(shù)據(jù)為模擬形式， 則其被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
另一實(shí)施例包括，輸出信號(hào)在需要時(shí)被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
另一實(shí)施例包括，輸出信號(hào)電平由于衰減/放大過(guò)程中信號(hào)電平 的變化而被校正。
另一實(shí)施例包括，濾波器系數(shù)范數(shù)被約束為最小和最大值之間的 限度。
另一實(shí)施例包括，當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)低于最小允許值時(shí)進(jìn)行濾 波器系數(shù)放大，及當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)高于最大允許值時(shí)進(jìn)行濾波器
系數(shù)衰減。
另一實(shí)施例包括，所述衰減和放大導(dǎo)致這樣的原理，其中每一子 帶中的濾波器系數(shù)被盲調(diào)整以增強(qiáng)時(shí)間選擇性域、瞬時(shí)域及空間域中 的所需信號(hào)。
此外，本發(fā)明提出了從混合信號(hào)自適應(yīng)提取所需電磁波信號(hào)、聲 波信號(hào)或任何其它信號(hào)中的至少一個(gè)并抑制噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)
生增強(qiáng)信號(hào)的裝置。因此，該裝置包括
適于捕獲預(yù)定特性的一組非線性功能塊，所述預(yù)定特性描述所需 信號(hào)的辨別參數(shù)和不想要的信號(hào)即噪聲和干擾源信號(hào)的參數(shù)之間的 區(qū)別；
適于從所需信號(hào)、噪聲和干擾信號(hào)收集信號(hào)數(shù)據(jù)的至少一傳感 器，連續(xù)時(shí)間或?qū)?yīng)地使用離散時(shí)間采樣輸入信號(hào)以形成離散時(shí)間輸 入信號(hào)的時(shí)間幀；
適于將所述信號(hào)數(shù)據(jù)變換為一組子帶的變換器；
適于以所需信號(hào)的衰減低于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào) 的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行衰減的衰減器；
適于以所需信號(hào)的放大高于噪聲和干擾源信號(hào)的方式對(duì)所有信 號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大的放大器；用于每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀的一組濾波器系數(shù)，其 適于被更新從而使得線性濾波后的輸入信號(hào)和非線性變換后的輸出 信號(hào)之間的誤差最小；及
濾波器，該濾波器被調(diào)整使得所述子帶信號(hào)由一組預(yù)定的子帶濾 波器進(jìn)行濾波從而產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的輸出信號(hào)，每一輸出信號(hào)在信號(hào)辨 別參數(shù)的基礎(chǔ)上偏愛(ài)所需信號(hào)；及
適于對(duì)子帶輸出信號(hào)執(zhí)行逆變換的重構(gòu)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述變換器適于變換所述信號(hào)數(shù)據(jù)使得其 數(shù)字表示可用的信號(hào)被細(xì)分為更小或相等帶寬的子帶信號(hào)。
應(yīng)意識(shí)到，所述裝置適于執(zhí)行與上述方法有關(guān)的實(shí)施例，從所附 的一組從屬裝置權(quán)利要求可明顯看出。
下面將在聲波傳播中的語(yǔ)音增強(qiáng)上下文中示意性地描述BSE，其 中語(yǔ)音信號(hào)為所需信號(hào)，噪聲和其它千擾源信號(hào)為不想要的源信號(hào)。
下面參考附圖及特定例子和所述實(shí)施方式以更好地理解本發(fā)明， 腫
圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的語(yǔ)音和噪聲的兩種情形。
圖2a-c示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間選擇性的例子。
圖3示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用數(shù)字濾波器怎樣處理時(shí)
間選擇性的例子。
圖4a和4b示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空間選擇性。
圖5a和5b示意性地示出了根據(jù)圖4a和4b的空間選擇性的兩個(gè)
所得信號(hào)。
圖6示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)怎樣通過(guò)三個(gè)傳聲器空間收 集尸1曰萬(wàn)。
圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的盲信號(hào)提取時(shí)間幀圖解概圖。 圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)分解時(shí)間幀方案。
12圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波，執(zhí)行所述濾波以在變換 域產(chǎn)生輸出。
圖io示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)生輸出的逆變換。
圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的使用一批濾波器系數(shù)的時(shí) 間、瞬時(shí)和空間選擇性。及
圖12a-c示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的從不想要的信號(hào)的pdf濾 波所需信號(hào)的pdf的瞬時(shí)域中的BSE曲線圖。
圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明濾波所需信號(hào)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明描述了 BSE (盲信號(hào)提取)的基本原理、操作及算法參數(shù) 記法/選擇。因此，其提供了僅基于所需源信號(hào)及不想要的源信號(hào)如 噪聲和其它干擾信號(hào)之間的概率密度函數(shù)形狀的不同而提取所有所 需信號(hào)的方法和裝置，所述所需信號(hào)在附圖中示為語(yǔ)音源。
BSE提供許多合乎需要的特性，如是自適應(yīng)算法、能夠在時(shí)間選 擇性域和/或空間域和/或瞬時(shí)域中操作、能夠基于任何數(shù)量(>0)的 變換器/傳感器操作、其操作不依賴于信號(hào)活動(dòng)性檢測(cè)。此外，對(duì)于 BSE操作，不需要源和/或傳感器間幾何結(jié)構(gòu)的先驗(yàn)知識(shí)，且其操作 也不需要校準(zhǔn)的變換器/傳感器陣列。BSE操作的另一合乎需要的特 性為其不依賴于所述源的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立或所產(chǎn)生輸出信號(hào)的統(tǒng)計(jì)解相關(guān)。
此外，BSE不需要任何預(yù)先記錄的陣列信號(hào)或從實(shí)際環(huán)境提取的 參數(shù)估計(jì)值，也不依賴于從實(shí)際源提取的任何信號(hào)或參數(shù)估計(jì)值。 BSE可在正和負(fù)SNIR (信噪加干擾比)環(huán)境中成功操作，且其操作 包括所接收信號(hào)的去混響。
本發(fā)明的BSE方法和裝置存在多種應(yīng)用。BSE操作可用于不同 的信號(hào)提取應(yīng)用。這些包括但不限于空氣聲場(chǎng)的信號(hào)增強(qiáng)例如個(gè)人 (移動(dòng)和固定)電話、個(gè)人無(wú)線電通信設(shè)備、助聽(tīng)器、會(huì)議電話、在 嘈雜環(huán)境中進(jìn)行個(gè)人通信的設(shè)備，即所述設(shè)備之后與聽(tīng)力保護(hù)、醫(yī)學(xué) 超聲分析工具結(jié)合。BSE的另一應(yīng)用涉及電磁場(chǎng)中的信號(hào)增強(qiáng)，例如用于宇宙監(jiān)視的 望遠(yuǎn)鏡陣列、無(wú)線電通信、無(wú)線電檢測(cè)及測(cè)距(雷達(dá))、醫(yī)學(xué)分析工 具。
另外的應(yīng)用特征在于水下聲場(chǎng)中的信號(hào)增強(qiáng)，例如水下聲通信、 聲音導(dǎo)航及測(cè)距(聲納)。
另外，振動(dòng)場(chǎng)中的信號(hào)增強(qiáng)也是其它可能的應(yīng)用，如地震檢測(cè)和 預(yù)測(cè)、火山爆發(fā)分析、機(jī)械振動(dòng)分析。
另一可能的應(yīng)用是海洋波場(chǎng)中的信號(hào)增強(qiáng)，例如海嘯檢測(cè)、海流 分析、海洋溫度分析、海洋鹽度分析。
圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的語(yǔ)音和噪聲的兩種情形。圖
1的上半部分示出了由傳聲器/傳感器/變換器12短距離記錄并與指向 傳聲器12的箭頭所指示的噪聲混合的聲源(人)10。因此，語(yǔ)音和 噪聲均被傳聲器12記錄，及信噪比SNR^x[dB]。圖1的下半部分示 出了將作為聲源記錄、提取的人10距傳聲器/傳感器/變換器12的距 離為R?，F(xiàn)在所記錄的聲音為a 語(yǔ)音+噪聲，其中012正比于1/R2， 及SNR等于x+10 log1Qa2 [dB]。
圖2a-2c示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間選擇性的不同例 子。傳聲器12覺(jué)察x(t)，其包含被添加噪聲的所需源信號(hào)。圖2a示 出了開(kāi)關(guān)14，其可在存在語(yǔ)音時(shí)接通并可在所有其它時(shí)間段關(guān)斷。 圖2b示出了倍增函數(shù)a(t)。其可具有1和0之間的任何值。該值可 由語(yǔ)音信號(hào)的活動(dòng)性模式控制因而成為自適應(yīng)軟開(kāi)關(guān)。
圖2c示出了在一組自適應(yīng)軟開(kāi)關(guān)之前的濾波器組變換，其中每 一開(kāi)關(guān)對(duì)其各自的窄帶子帶信號(hào)起作用。之后，所得的子帶輸出由合 成濾波器組重構(gòu)以產(chǎn)生輸出信號(hào)。圖3示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，怎樣使用數(shù)字濾波器30處 理時(shí)間選擇性的例子，即具有不同時(shí)間周期性的信號(hào)被不同地處理。 所述濾波器應(yīng)用單位延遲算符，由符號(hào)Z—"指示。當(dāng)應(yīng)用于數(shù)字值序 列時(shí)，該算符在所述序列中提供前一值。因此，其實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致一個(gè)采 樣間隔的延遲。將算符Z—1應(yīng)用于輸入值(Xn)給出前一輸入(；t)。
濾波器輸出y(n)由圖3中的公式描述。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇參數(shù)&和bk， 可確定所述數(shù)字濾波器的特性。
圖4a和4b示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的與空間選擇性有關(guān)的 問(wèn)題，圖5a和5b示意性地示出了根據(jù)圖4a和4b的空間選擇性所得 的兩個(gè)信號(hào)。
圖4a和4b中的箭頭指示兩個(gè)完全一樣的波40、 42以兩個(gè)傳聲 器12正前方的方向從信號(hào)源傳播及兩個(gè)完全一樣的波44、 46與傳聲 器12成角度地傳播。在圖4a中，傳聲器正前方空間方向中的波同相。 由于波40、 42同相且從同一距離以相同頻率傳輸，所收集的信號(hào)的 振幅合計(jì)為兩個(gè)振幅的和，在此提供兩倍于波40、 42的振幅的輸出 信號(hào)，如圖5a中所示。
圖4b中的兩個(gè)波44、 46也同相，但到達(dá)每一傳聲器12時(shí)有半 個(gè)波長(zhǎng)的差，因而當(dāng)相加時(shí)相互抵消，如圖5b中所示。
圖4a-4b和圖5a-5b的簡(jiǎn)單例子提供了提取想要的信號(hào)所遭遇的 一些困難。關(guān)于語(yǔ)音和噪聲的實(shí)際問(wèn)題、時(shí)間選擇性、從源到傳聲器 12的距離不同及多個(gè)頻率均表明提供BSE方法極其困難但很重要，該方法不需要預(yù)先記錄的陣列信號(hào)或從實(shí)際環(huán)境提取的參數(shù)估計(jì)值， 也不依賴于從實(shí)際源提取的任何信號(hào)或參數(shù)估計(jì)值。
圖6示意性地示出了怎樣通過(guò)三個(gè)傳聲器在空間上收集來(lái)自所 有方向的聲音信號(hào)，其中所述傳聲器12拾取上面提及的所有域中的 來(lái)自語(yǔ)音和噪聲的信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖7，其示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的盲信號(hào)提取時(shí)間
幀方案概圖。BSE70對(duì)使用變換器/傳感器/傳聲器12空間上從物理波 傳播場(chǎng)采樣的"I"個(gè)輸入信號(hào)起作用，從而產(chǎn)生P個(gè)輸出信號(hào)，其 饋給一組逆變換器/逆?zhèn)鞲衅魇沟卯a(chǎn)生另一物理波傳播場(chǎng)。所產(chǎn)生的 波傳播場(chǎng)特征在于所需信號(hào)電平遠(yuǎn)高于不想要的信號(hào)的電平。所產(chǎn)生 的波傳播場(chǎng)可保持初始空間采樣的波傳播場(chǎng)的空間特性，或者其可改 變所述空間特性使得初始源表現(xiàn)為它們?cè)醋耘c其真實(shí)物理位置不同 的位置。
.本發(fā)明的BSE70按如下所述操作，藉此，盲信號(hào)提取(BSE)操 作的一個(gè)目標(biāo)在于用相應(yīng)的概率密度函數(shù)(pdf)產(chǎn)生部分或全部源 自所需源的增強(qiáng)信號(hào)，同時(shí)用相應(yīng)的pdf衰減或消除部分或完全源自 不想要的源的信號(hào)。出現(xiàn)這種情況的要求在于不想要的pdf的形狀與 所需pdf的形狀不同。
圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)分解時(shí)間幀圖解。所接收 的數(shù)據(jù)x(t)由一組變換器/傳感器12收集。當(dāng)所接收的數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上為 模擬形式時(shí)，其通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC) 12轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式(這在下 述的方法/過(guò)程/算法中的步驟1中完成)。之后，所述數(shù)據(jù)通過(guò)下述過(guò)程中的步驟2變換為子帶x,("(")。該變換82使得數(shù)字表示可用的信 號(hào)被細(xì)分為更小(或相等)帶寬的子帶信號(hào)x,("(")。這些子帶信號(hào)由
一組子帶濾波器90進(jìn)行相應(yīng)地濾波從而產(chǎn)生多個(gè)相加(92)子帶信
號(hào)的輸出信號(hào)《)(M)，其中每一輸出信號(hào)偏愛(ài)具有特定pdf形狀的信
號(hào)，下述過(guò)程中的步驟3-9。
如圖10中所示，這些輸出信號(hào)《)(《)通過(guò)逆變換100進(jìn)行重構(gòu)，
見(jiàn)下述過(guò)程中的步驟IO。當(dāng)需要模擬信號(hào)時(shí)，執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC) 102，見(jiàn)下述過(guò)程中的步驟ll。
如通過(guò)圖ll提供的例子所示，操作的核心在于在每一步驟即對(duì) 于輸入數(shù)據(jù)110的每一時(shí)間幀，在多通道子帶變換步驟之后，在每一 子帶中更新示為濾波器系數(shù)陣列的濾波器系數(shù)112，使得所有信號(hào)均 被衰減和/或放大。在114，輸出信號(hào)通過(guò)逆變換進(jìn)行重構(gòu)。
在所有信號(hào)均被衰減的情況下，其以這樣的方式進(jìn)行具有所需 pdf形狀的信號(hào)的衰減少于所有其它信號(hào)的衰減。在所有信號(hào)均被放 大的情況下，具有所需pdf形狀的信號(hào)的放大多于所有其它信號(hào)的放 大。這導(dǎo)致每一子帶中的濾波器系數(shù)被盲調(diào)整以增強(qiáng)時(shí)間選擇性域、 瞬時(shí)域及空間域中的某些信號(hào)，所述信號(hào)由其相應(yīng)的pdf的形狀確定。
當(dāng)不想要的pdf的形狀明顯不同于所需信號(hào)的pdf時(shí)，相應(yīng)的衰 減/放大將顯著地更大。這導(dǎo)致其pdf遠(yuǎn)離所需pdf的源接收更多的變 化自由度(注意)。所述衰減/放大在步驟3-4中執(zhí)行。當(dāng)產(chǎn)生輸出信 號(hào)使得它們更接近所需pdf形狀時(shí)，誤差(步驟4)將更小。因此， 進(jìn)行優(yōu)化以使每一輸出信號(hào)的誤差最小。之后，在步驟5更新濾波器系數(shù)。還需要校正由于衰減/放大過(guò)程中的信號(hào)電平變化引起的輸出 信號(hào)電平變化。這在步驟6和7中進(jìn)行。由于每一子帶均根據(jù)上述方 法更新，其自動(dòng)導(dǎo)致譜過(guò)濾，其中對(duì)不想要的信號(hào)能量具有更大貢獻(xiàn) 的子帶被衰減更多。
如果濾波器系數(shù)不受約束，則它們可能下降到零或不受控制地增 長(zhǎng)。因此，必須將濾波器系數(shù)約束在最小和最大范數(shù)值之間的限度。 為此，當(dāng)濾波器系數(shù)范數(shù)低于最小允許值(整體提取)時(shí)進(jìn)行濾波器 系數(shù)放大，當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)高于最大允許值(整體收回)時(shí)進(jìn)行 濾波器系數(shù)衰減。這在算法的步驟8和9進(jìn)行。 在本發(fā)明的BSE方法/過(guò)程中使用的常數(shù)為 I-表示可用于操作的變換器/傳感器的數(shù)量(下標(biāo)i)
K-表示變換后的子帶信號(hào)的數(shù)量(下標(biāo)k)
p-表示所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的數(shù)量(下標(biāo)p)
n-表示離散時(shí)間下標(biāo)(即實(shí)時(shí)t二riT，其中T為采樣周期) L「表示每一子帶濾波器的長(zhǎng)度
Levelp-表示用于保持輸出p的所需輸出信號(hào)電平的電平校正項(xiàng) 入t和A 2 -表示濾波器系數(shù)更新加權(quán)參數(shù) C,-表示整體提取時(shí)的較低電平 C2-表示整體收回時(shí)的較高電平
所使用的函數(shù)為
-表示一組非線性函數(shù) g"，w(，)-表示一組電平增加函數(shù)表示-一組電平降低函數(shù) 所使用的變量為
表示系數(shù)的長(zhǎng)度L,的序列(濾波器)，在時(shí)間瞬間n有效 g")(/)表示系數(shù)的長(zhǎng)度L,的中間序列(濾波器)，在時(shí)間瞬間n
有效
A《/)(/)表示(校正)系數(shù)的長(zhǎng)度Li的序列，在時(shí)間瞬間n有效 A兄")(/)表示(校正)系數(shù)的長(zhǎng)度Li的中間序列，在時(shí)間瞬間n
有效
信號(hào)通過(guò)下述形式表示
所接收的變換器/傳感器輸入信號(hào)
x機(jī)i=l，".I
采樣的變換器/傳感器輸入信號(hào)
Xi(n), i=l,...I
變換后的采樣子帶輸入信號(hào) x,("(")， i=l，...I; k=0"..K-l
在此使用的變換可以是任何頻率選擇變換，例如短時(shí)開(kāi)窗FFT、 小波變換、子帶濾波器組變換等。
變換后的采樣子帶輸出信號(hào) 《(")，p=l,...P; k=0,...K-l
中間信號(hào)
")("),p=l,...P; k=0,...K-l
逆變換后的輸出采樣信號(hào)<formula>formula see original document page 20</formula>
在此使用的逆變換為用于變換所述輸入信號(hào)的變換的逆。
連續(xù)時(shí)間輸出信號(hào)
<formula>formula see original document page 20</formula>
下述方法/過(guò)程歩驟典型地定義本發(fā)明的BSE:
1. V"采樣連續(xù)時(shí)間輸入信號(hào)Xi(t)以形成一組離散時(shí)間輸入信 號(hào)x,(n)
2. V"變換所述輸入信號(hào)x"n)以形成K個(gè)子帶信號(hào)x,("(n)
3. VP、 計(jì)算中間子帶輸出信號(hào)<formula>formula see original document page 20</formula>
4. Vp、 V/t，計(jì)算校正項(xiàng)(其中l(wèi)卜ll表示任何數(shù)學(xué)范數(shù))
<formula>formula see original document page 20</formula>
5. 更新濾波器V/c、 Vi、 Vp、 V/
<formula>formula see original document page 20</formula>
6. 計(jì)算Vp (其中l(wèi)卜ll表示任何數(shù)學(xué)范數(shù)) 1 - i印,2,」]
7.計(jì)算輸出VA、 VP
<formula>formula see original document page 20</formula>
8. W，如果p")(/)
^c,(整體提取)<formula>formula see original document page 20</formula>9. Vp，如果
C7 (整體收回)
V/ ， VA: ， VZ
<c，
V/ ， VA: ， Vz'
A)，/)(/) = g")(/^'P>(/))
10. vP，如果c, <p /)|
11. Vp，逆變換所述子帶輸出信號(hào)^)( )以形成輸出信號(hào)yp(n)
的時(shí)間幀 _
12. VP,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)重構(gòu)連續(xù)吋間輸出信號(hào)yp(t) 上面的步驟另外用文字進(jìn)行描述(參見(jiàn)圖示部分4的圖13):
1. 如果需要，將所有輸入信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
2. 將所有輸入信號(hào)變換為一個(gè)或多個(gè)子帶。
3. 所述子帶輸入信號(hào)用在前一迭代(即在時(shí)間瞬間n-l)獲得的 濾波器系數(shù)進(jìn)行濾波以形成所有輸出p的每一子帶k的中間輸出信
號(hào)
4. 該步驟執(zhí)行線性化過(guò)程。 一個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一子帶k 和每一輸出p，找到一組校正項(xiàng)使得所述子帶輸入信號(hào)的線性濾波和 非線性變換后的中間輸出信號(hào)之間的范數(shù)差最小。選擇非線性函數(shù)使 得主要占據(jù)所需信號(hào)電平的輸出采樣以比主要占據(jù)不想要信號(hào)電平 的輸出采樣更高的值(電平)通過(guò)。應(yīng)注意，如果所述非線性函數(shù)由 線性函數(shù)/"(x)w代替，則最佳校正項(xiàng)將總是等于0，與輸入信號(hào)沒(méi)
有關(guān)系。5. 所述校正項(xiàng)(用、)加權(quán)，并被加到在前一迭代中獲得的加 權(quán)(X,)系數(shù)以對(duì)每一子帶k、每一通道i、每一輸出p及每一參數(shù)下 標(biāo)1形成一組新的中間濾波器。
6. 由于所述線性化過(guò)程可改變輸出信號(hào)的電平，因而計(jì)算濾波 器范數(shù)的逆以供隨后使用。
7. 對(duì)于每一子帶k及每一輸出下標(biāo)p，通過(guò)用當(dāng)前(即在時(shí)間瞬 間n)中間濾波器濾波輸入信號(hào)而計(jì)算子帶輸出信號(hào)，且子帶輸出信
號(hào)乘以濾波器范數(shù)的逆。
8. —個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一輸出下標(biāo)p，如果跨所有k、 i、 1 的組合系數(shù)的總范數(shù)低于(或等于)級(jí)Q，則通過(guò)使當(dāng)前中間濾波 器通過(guò)提取函數(shù)而執(zhí)行整體提取從而產(chǎn)生當(dāng)前濾波器(即在時(shí)間瞬間 n)。
9. 一個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一輸出下標(biāo)p，如果跨所有k、 i、 1 的組合系數(shù)的總范數(shù)大于(或等于)級(jí)C2，則通過(guò)使當(dāng)前中間濾波 器通過(guò)收回函數(shù)而執(zhí)行整體收回從而產(chǎn)生當(dāng)前濾波器(即在時(shí)間瞬間 n)。
10. —個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一輸出下標(biāo)p，如果跨所有k、 i、 1
的組合系數(shù)的總范數(shù)在級(jí)d和C2之間，則當(dāng)前濾波器(即在時(shí)間瞬
間n)等于中間濾波器。
11. 一個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一p，逆變換所述子帶輸出信號(hào)以 形成輸出信號(hào)。12. —個(gè)一個(gè)單獨(dú)地，對(duì)于每一 p，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換形成連續(xù)時(shí)間輸 出信號(hào)。
要求和設(shè)置
1.非線性函數(shù)/f C)的選擇取決于特定子帶k中的所需信號(hào)的
統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)。假定有多個(gè)(R)零平均值隨機(jī)信號(hào)，s,(t)，r=l， 2,...R，其具有相應(yīng)的概率密度函數(shù)&(zO及具有相應(yīng)的方差一，則
非線性函數(shù)(如果存在的話)應(yīng)實(shí)現(xiàn)
<formula>formula see original document page 23</formula>
該要求意味著所有函數(shù)/f (，)用于降低(當(dāng)>時(shí))或增加(當(dāng)<時(shí))
所有信號(hào)的功率(方差)。
在不損失一般性的情況下，假定對(duì)應(yīng)于單一第一信號(hào)的pdf為所
需pdf，即在第一輸出y"t)的^("。則要求
<formula>formula see original document page 23</formula>
更一般地，如果希望在輸出號(hào)j產(chǎn)生源信號(hào)號(hào)S，則非線性函數(shù) .O),Vyt需要實(shí)現(xiàn)
<formula>formula see original document page 23</formula>
這些要求意味著由非線性函數(shù)引起的功率電平(方差)降低中不 想要的信號(hào)被降低得最多。應(yīng)注意，通常，上述要求不是對(duì)任何輸入方差^均能實(shí)現(xiàn)。在
這種情況下，可降低對(duì)所述方差的允許值的集e或?qū)Σ煌妮斎敕讲?br>
選擇不同的非線性函數(shù)。
通常，對(duì)于聲環(huán)境，其中所需源信號(hào)為人聲，所述非線性函數(shù)可以是下面的形式(x^^tanh^x)。
2. 要求^!〉i，vx，通常選擇g")(;c卜(l + ")x，a〉0
3. 要求^!L〈i,Vx，通常選擇^'力00 = (1-")x，l〉">0
初始化及參數(shù)選擇
濾波器《/)(/),Vyt，Vp可被初始化(即11=0)為
對(duì)于1=0、 ie[1,2,…1]， (/)(/) = 1對(duì)于所有其它l和i， (/)=(>
在本發(fā)明的一非限制性示例性實(shí)施例中可根據(jù)下述條件選擇參
數(shù)
通常1《K《1024 通常l《Li《64 通常O.OK a《0.1 通常0<a 通常0<a 2<5 通常O.OOKC^O.l 通常0.1《C2《10 通常0<入,<1 通常0<入2《1
因此，本發(fā)明提供從混合信號(hào)自適應(yīng)提取至少一想要的電磁波信號(hào)、聲波信號(hào)或任何其它信號(hào)并抑制其它噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)生增
強(qiáng)信號(hào)的裝置，所述增強(qiáng)信號(hào)部分或全部源自產(chǎn)生所需信號(hào)的源10。
從而，適于確定所需連續(xù)時(shí)間輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)概率密度或相對(duì)地適于確定離散時(shí)間輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)概率密度的函數(shù)被包括在所述裝置中。所需統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)與噪聲和干擾信號(hào)的統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)不同。
此外，所述裝置包括至少一傳感器，其適于從所需信號(hào)和噪聲及干擾信號(hào)收集信號(hào)數(shù)據(jù)。如果需要，由所述裝置對(duì)連續(xù)時(shí)間輸入信號(hào)執(zhí)行采樣以形成離散時(shí)間輸入信號(hào)。適于將所述信號(hào)數(shù)據(jù)變換為一組子帶的變換器也包括在所述裝置中，使得其數(shù)字表示可用的信號(hào)被細(xì)分為更小(或相等)帶寬的子帶信號(hào)。
所述裝置中還包括適于以所需信號(hào)的衰減少于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行衰減的衰減器，和/或適于以所需信號(hào)的放大多于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大的放大器。因此，所述裝置包括一組用于每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀的濾波器系數(shù)，其適于被更新以使線性濾波的輸入信號(hào)和非線性變換的輸出信號(hào)之間的誤差最小，及調(diào)節(jié)濾波器使得所述子帶信號(hào)由一組預(yù)定的子帶濾波器進(jìn)行濾波從而產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的輸出信號(hào)，每一輸出信號(hào)偏愛(ài)所需信號(hào)，這由其統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)的形狀確定。最后，所述裝置包括適于對(duì)所述輸出信號(hào)執(zhí)行逆變換的重構(gòu)。圖12a-b-c示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的從不想要的信號(hào)pdf濾
波所需信號(hào)的pdf的瞬時(shí)域中的BSE圖示。圖12a-b-c的下部電平示出了通過(guò)具有所需類型的pdf的子帶2和3及具有不想要類型的pdf的子帶1和4輸入的數(shù)據(jù)，當(dāng)向下移動(dòng)時(shí)，根據(jù)上述教示，其將由圖12a-b-c的上部電平中所示的濾波器進(jìn)行抑制。
本發(fā)明己通過(guò)給出的例子和實(shí)施方式進(jìn)行描述，但這些并非用于限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到所附權(quán)利要求還提出其它有利的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1、從混合信號(hào)(40、42、44、46)自適應(yīng)提取至少一所需電磁波信號(hào)、聲波信號(hào)(40、42)或任何其它信號(hào)并抑制噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所需信號(hào)(10)的增強(qiáng)信號(hào)(50)的方法，該方法包括步驟連續(xù)時(shí)間和/或相對(duì)的離散時(shí)間所需信號(hào)中的至少一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)參數(shù)預(yù)先確定，所述參數(shù)如統(tǒng)計(jì)特性、統(tǒng)計(jì)概率密度函數(shù)pdf的形狀、時(shí)間或頻率位置；所需信號(hào)的參數(shù)與噪聲或干擾信號(hào)的參數(shù)不同；從所需源(10)、噪聲和干擾信號(hào)接收的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)至少一適當(dāng)?shù)膫鞲衅餮b置(12)收集，為此，采樣連續(xù)時(shí)間輸入信號(hào)以形成離散時(shí)間輸入信號(hào)，或處理離散時(shí)間信號(hào)；將所述信號(hào)數(shù)據(jù)變換(82)為一組子帶；進(jìn)行下列行動(dòng)中的至少一個(gè)以所需信號(hào)的衰減低于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行衰減；及以所需信號(hào)(10)的放大高于噪聲和干擾源信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大；更新每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀濾波器系數(shù)(90)，使得濾波后的輸入信號(hào)和變換后的輸出信號(hào)之間的誤差最??；及所述子帶信號(hào)由一組預(yù)定的子帶濾波器進(jìn)行濾波(90)從而產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的輸出信號(hào)，每一輸出信號(hào)在辨別參數(shù)的基礎(chǔ)上偏愛(ài)所需信號(hào)；及用逆變換(100)重構(gòu)所述子帶輸出信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述變換(82)包括使其數(shù)字表示可用的信號(hào)細(xì)分為更小或相等帶寬的子帶信號(hào)的變換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述混合信號(hào)中的不同信號(hào)之間的辨別參數(shù)基于pdf。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其中在所接收的信號(hào)數(shù)據(jù)為模擬形式(80)時(shí)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求卜3任一所述的方法，其中所述輸出信號(hào)在需要時(shí)被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(102)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求卜5任一所述的方法，其中所述輸出信號(hào)電平由于所述衰減/放大過(guò)程中信號(hào)電平的變化而被校正。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的方法，其中所述濾波器系數(shù)的范數(shù)被約束為最小和最大值之間的限度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)低于最小允許值時(shí)進(jìn)行濾波器系數(shù)放大，及當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)高于最大允許值時(shí)進(jìn)行濾波器系數(shù)衰減。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的方法，其中所述衰減和放大導(dǎo)致每一子帶中的濾波器系數(shù)被盲調(diào)整從而增強(qiáng)時(shí)間選擇性域、瞬時(shí)域及空間域中的所需信號(hào)。
10、 從混合信號(hào)(40、 42、 44、 46)自適應(yīng)提取至少一所需電磁波信號(hào)、聲波信號(hào)(40、 42)或任何其它信號(hào)并抑制噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所需信號(hào)(10)的增強(qiáng)信號(hào)(50)的裝置，該裝置包括適于確定連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間所需信號(hào)中的至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)辨別參數(shù)的功能塊，所需信號(hào)的辨別參數(shù)與噪聲和干擾源信號(hào)的參數(shù)不同-，適于從所需信號(hào)(10)、噪聲和干擾信號(hào)收集信號(hào)數(shù)據(jù)的至少一傳感器(12)，其采樣連續(xù)時(shí)間輸入信號(hào)以形成一組離散時(shí)間輸入信號(hào)，或處理離散時(shí)間信號(hào)；適于將所述信號(hào)數(shù)據(jù)變換為一組子帶的變換器(82);適于以所需信號(hào)的衰減低于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行衰減的衰減器；適于以所需信號(hào)的放大高于噪聲和干擾源信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大的放大器；用于每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀的一組濾波器系數(shù)(90)，其適于被更新從而使得濾波后的輸入信號(hào)和變換后的輸出信號(hào)之間的誤差最??；及一組濾波器系數(shù)(90)被調(diào)整使得所述子帶信號(hào)由一組預(yù)定的子帶濾波器進(jìn)行濾波從而產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的輸出信號(hào)，每一輸出信號(hào)偏愛(ài)所述辨別參數(shù)確定的所需信號(hào)；及適于對(duì)子帶輸出信號(hào)執(zhí)行逆變換(100)的重構(gòu)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述變換器(82)適于變換所述信號(hào)數(shù)據(jù)使得其數(shù)字表示可用的信號(hào)細(xì)分為更小或相等帶寬的子帶信號(hào)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10或11的裝置，其中在所接收的信號(hào)數(shù)據(jù)為模擬形式(80)時(shí)其適于轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10-12任一所述的裝置，其中所述輸出信號(hào)在需要時(shí)適于被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(102)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10-13任一所述的裝置，其中所述輸出信號(hào)電平由于所述衰減/放大過(guò)程中信號(hào)電平的變化而被校正。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10-14任一所述的裝置，其中所述濾波器系數(shù)被自適應(yīng)地約束為最小和最大濾波器系數(shù)范數(shù)值之間的限度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)低于最小允許值時(shí)進(jìn)行濾波器系數(shù)放大，及當(dāng)濾波器系數(shù)的范數(shù)高于最大允許值時(shí)進(jìn)行濾波器系數(shù)衰減。
17、 根據(jù)權(quán)利要求10-16任一所述的裝置，其中所述衰減和放大導(dǎo)致每一子帶中的濾波器系數(shù)被盲調(diào)整從而增強(qiáng)時(shí)間選擇性域、瞬時(shí)域及空間域中的所需信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及從混合信號(hào)(40、42、44、46)自適應(yīng)提取至少一所需電磁波信號(hào)、聲波信號(hào)(40、42)或任何其它信號(hào)并抑制噪聲和干擾信號(hào)從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所需信號(hào)(10)的增強(qiáng)信號(hào)(50)的方法及相應(yīng)裝置(70)。其實(shí)質(zhì)在于以所有所需信號(hào)(10)的衰減低于噪聲和干擾信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行衰減；或以所有所需信號(hào)(10)的放大高于噪聲和干擾源信號(hào)的方式對(duì)所有信號(hào)的每一子帶中的輸入信號(hào)的每一時(shí)間幀進(jìn)行放大。
文檔編號(hào)G10L21/0208GK101460999SQ200680054720
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月5日
發(fā)明者I·克拉松, N·格爾比奇, P·埃里克松 申請(qǐng)人:?？藠W迪公司