本公開的實施例總體涉及個人聽覺設(shè)備,并且更具體地,涉及聲學(xué)存在檢測器。
背景技術(shù):
存在檢測傳感器通常部署在諸如私人住宅、私人企業(yè)和公共空間的各種場置或位置中,以檢測那些場景或位置中的人的存在。存在檢測傳感器的一個常見應(yīng)用是檢測闖入者或入侵者的存在。在這種應(yīng)用中,當(dāng)存在檢測傳感器檢測到闖入者或入侵者時,信號通常被傳輸?shù)桨踩到y(tǒng),安全系統(tǒng)繼而又觸發(fā)可聽或無聲警報。存在檢測傳感器的另一個常見應(yīng)用是在智能家庭系統(tǒng)中,其中房間中的人的存在觸發(fā)一個或多個動作,諸如調(diào)整照明、播放音樂、或打開或關(guān)閉一組窗簾。
當(dāng)前存在各種類型的存在檢測傳感器。紅外(ir)傳感器通常通過感測熱能或通過調(diào)諧到紅外頻率范圍的光電傳感器來檢測紅外能量的變化。運動傳感器通常通過感測靠近運動傳感器的光學(xué)或微波能量場中的變化來檢測移動對象?;趫D像處理方法的傳感器系統(tǒng)通過攝像機捕獲圖像,并且應(yīng)用一種或多種計算機視覺技術(shù),諸如邊緣檢測或特征匹配,以檢測人的存在?;诩す獾南到y(tǒng)包括一個或多個激光源,其中每個激光源與不同的檢測器配對。每個檢測器被配置成當(dāng)不再感測到與檢測器對應(yīng)的激光源時,諸如當(dāng)由激光源生成的激光束已經(jīng)被穿過激光束路徑的移動對象或人中斷時,傳輸信號。
現(xiàn)有存在檢測傳感器的一個缺點是精度隨著距傳感器的距離而降低。因此,存在檢測傳感器可能不能檢測到超出距傳感器的閾值距離的人的存在。另一個缺點是大多數(shù)類型的存在檢測傳感器具有“盲點”,在所述“盲點”中傳感器不能檢測到在由相對于傳感器的角度范圍限定的弧形外部的人的存在。類似地,一些現(xiàn)有存在檢測傳感器不能檢測到在房間中另一對象(諸如一件家具)后方的人的存在。
這些潛在問題的一種可能的解決方案是在房間中的不同位置部署多個傳感器。在房間中分布多個傳感器增加了房間中在至少一個傳感器附近的區(qū)域的數(shù)量。另外,某些傳感器可以放置在特定位置中以覆蓋房間中的放置在其他區(qū)域中的傳感器不能檢測到的某些區(qū)域,從而減少盲點的數(shù)量和尺寸。這些可能的解決方案的一個缺點是,即使利用多個傳感器,全部覆蓋房間和消除盲點通常也是困難的,即使不是不可能的。這些可能的解決方案的另一個缺點是增加房間中的傳感器的數(shù)量增加了成本,特別是對于昂貴的傳感器技術(shù),諸如基于圖像處理的系統(tǒng)和激光系統(tǒng)。
如前所述,檢測人在特定場景或位置中的存在的更有效的方式將是有用的。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
所闡述的一個或多個實施例包括音頻存在檢測系統(tǒng)。所述音頻存在檢測系統(tǒng)包括:存儲器,其包括聲學(xué)存在檢測應(yīng)用;以及處理器,其耦合到存儲器,并且當(dāng)執(zhí)行聲學(xué)存在檢測應(yīng)用時,被配置成執(zhí)行某些步驟。所述步驟包括接收與第一揚聲器相關(guān)聯(lián)的第一輸入信號。所述步驟進一步包括接收與第一麥克風(fēng)相關(guān)聯(lián)的第二輸入信號。所述步驟進一步包括基于至少第一輸入信號和跟與第一揚聲器和第一麥克風(fēng)相關(guān)的房間相關(guān)聯(lián)的脈沖響應(yīng),通過自適應(yīng)濾波器來生成第一估計信號。所述步驟進一步包括基于第二輸入信號和第一估計信號來計算第一誤差信號。所述步驟進一步包括基于與第一誤差信號相關(guān)聯(lián)的量值、相對于第一閾值水平來確定對象存在于空間內(nèi)。
其他實施例包括但不限于:包括用于執(zhí)行所公開的技術(shù)的一個或多個方面的指令的計算機可讀介質(zhì);以及用于執(zhí)行所公開的技術(shù)的一個或多個方面的方法。
本文描述的方法的至少一個優(yōu)點是音頻存在檢測系統(tǒng)覆蓋房間的所有區(qū)域,而不管距音頻存在檢測系統(tǒng)的距離如何。所公開的方法的另一個優(yōu)點是即使在利用單個麥克風(fēng)和自適應(yīng)濾波器進行部署時,音頻存在檢測系統(tǒng)也幾乎不顯示盲點。因此,相對于現(xiàn)有方法,所公開的系統(tǒng)顯示出改進的存在檢測。
附圖說明
因此,為了詳細理解上文闡述的一個或多個實施例的特征,通過參考某些特定實施例來對上文簡要概述的一個或多個實施例進行更具體的描述,這些實施例中的一些在附圖中示出。然而,應(yīng)當(dāng)注意,附圖僅示出典型的實施例,并且因此不應(yīng)當(dāng)被視為以任何方式限制其范圍,因為所公開的實施例的范圍也包括其他實施例。
圖1示出被配置成實現(xiàn)各種實施例的一個或多個方面的聲學(xué)存在檢測處理器;
圖2示出根據(jù)各種實施例的圖1的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)可以如何在房間內(nèi)實現(xiàn)以檢測對象的存在;
圖3是根據(jù)各種實施例的圖1的自適應(yīng)濾波器的更詳細方框圖;
圖4a-4b是根據(jù)各種實施例的圖1的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)如何以聲學(xué)方式檢測房間中人的存在的概念圖示;并且
圖5是根據(jù)各種實施例的用于以聲學(xué)方式檢測人的存在的方法步驟的流程圖。
具體實施方式
在以下描述中,闡述眾多具體細節(jié)以提供對某些具體實施例的更透徹理解。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白,其他實施例可以在沒有這些具體細節(jié)中的一個或多個細節(jié)的情況下或在具有附加的特定細節(jié)的情況下加以實踐。
系統(tǒng)綜述
圖1示出被配置成實現(xiàn)各種實施例的一個或多個方面的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100。如圖所示,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100包括但不限于處理器104、系統(tǒng)盤106、輸入/輸出(i/o)設(shè)備接口108、網(wǎng)絡(luò)接口110、互連件112和系統(tǒng)存儲器114。
處理器104可以是處理設(shè)備配置的過程數(shù)據(jù)和執(zhí)行程序代碼的任何技術(shù)上可行的形式。處理器104可以是例如但不限于中央處理單元(cpu)、數(shù)字信號處理器(dsp)、圖形處理單元(gpu)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。處理器104包括一個或多個處理核。在操作中,處理器104是聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100的主處理器,控制和協(xié)調(diào)其他系統(tǒng)組件的操作。系統(tǒng)存儲器114存儲供處理器104使用的軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)。處理器104執(zhí)行存儲在系統(tǒng)存儲器114內(nèi)的軟件應(yīng)用并且任選地執(zhí)行操作系統(tǒng)。具體地,處理器104執(zhí)行軟件,并且然后執(zhí)行本申請中闡述的功能和操作中的一個或多個。
類似地,處理器104被配置成存儲應(yīng)用數(shù)據(jù)(例如,軟件庫)并從系統(tǒng)存儲器114檢索應(yīng)用數(shù)據(jù)?;ミB件112被配置成促進處理器104、系統(tǒng)盤106、i/o設(shè)備接口108、網(wǎng)絡(luò)接口110和系統(tǒng)存儲器114之間的數(shù)據(jù)(諸如編程指令和應(yīng)用數(shù)據(jù))的傳輸。i/o設(shè)備接口108被配置成從i/o設(shè)備116接收輸入數(shù)據(jù),并且通過互連件112將輸入數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥?04。i/o設(shè)備接口108進一步被配置成通過互連件112從處理器104接收輸出數(shù)據(jù),并將輸出數(shù)據(jù)傳輸?shù)絠/o設(shè)備116。例如,并且非限制性地,i/o設(shè)備116可以包括一個或多個麥克風(fēng)、一個或多個揚聲器、來自媒體系統(tǒng)的一個或多個音頻信號、鍵盤、鼠標(biāo)和/或其他輸入和輸出設(shè)備。
系統(tǒng)存儲器114包括聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117,其被配置成以聲學(xué)方式檢測空間(諸如房間)中的人的存在。聲學(xué)存在檢測應(yīng)用217包括一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器118,其被配置成將所接收的模擬信號變換為數(shù)字信號,以便有利于由處理器104進行分析和處理。在一個實例中,并且非限制性地,模數(shù)轉(zhuǎn)換器118可以攔截由媒體系統(tǒng)發(fā)送并被導(dǎo)向到揚聲器的模擬音頻信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器118可以將所截取的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式,以便由自適應(yīng)濾波器119進行分析和處理。在另一實例中,并且非限制性,模數(shù)轉(zhuǎn)換器118可以從麥克風(fēng)接收模擬音頻信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器118可以將所接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式,以便由自適應(yīng)濾波器119進行分析和處理。聲學(xué)存在檢測應(yīng)用217進一步包括自適應(yīng)濾波器119,其基于修改源音頻信號(諸如由房間的脈沖響應(yīng)修改的傳輸?shù)綋P聲器的信號)來自適應(yīng)地估計由麥克風(fēng)接收的音頻信號。
系統(tǒng)盤106可以包括一個或多個硬盤驅(qū)動器、固態(tài)存儲設(shè)備或類似的存儲設(shè)備。系統(tǒng)盤106被配置成存儲非易失性數(shù)據(jù),諸如濾波器系數(shù)135。濾波器系數(shù)135可以由自適應(yīng)濾波器119檢索,如本文進一步描述的。在一些實施例中,網(wǎng)絡(luò)接口110被配置成根據(jù)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進行操作。
音頻存在檢測
圖2示出根據(jù)各種實施例的圖1的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100可以如何在房間內(nèi)實現(xiàn)以檢測對象的存在。如圖所示,該圖示包括但不限于揚聲器210、房間脈沖響應(yīng)220、麥克風(fēng)230以及圖1的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100。
揚聲器210從媒體系統(tǒng)接收表示模擬音頻信號的信號x(t)250。信號x(t)250可以包括任何合適的音頻信號,包括但不限于音樂、語音或電影聲軌。揚聲器210將信號x(t)250轉(zhuǎn)換為聲波,并將聲波傳輸?shù)綋P聲器210所在的房間中。在一些實施例中,多個揚聲器210可以放置在房間中。
房間脈沖響應(yīng)220表示揚聲器210所在的空間(諸如房間、大廳或其他區(qū)域)的聲學(xué)響應(yīng)。僅出于說明的目的,并且非限制性地,所述空間在本文中被稱為房間。由于揚聲器210在多個方向上將聲波傳輸?shù)椒块g中,每個聲波撞擊房間內(nèi)的一個或多個表面,諸如墻壁、家具、人和其他對象。當(dāng)沿特定方向行進的聲波撞擊對象時,聲波可被對象完全吸收或可被完全反射。更通常的是,當(dāng)沿特定方向行進的聲波撞擊對象時,聲波的一些部分被吸收,而聲波的一些部分被反射。聲波的反射部分在相對于原始聲波方向不同的方向上行進穿過房間。反射部分可以撞擊另一對象,其中,再次,聲波的一些部分被吸收,而聲波的一些部分被反射。這個過程繼續(xù),直到聲波的聲能撞擊對象并被完全吸收,并且極少或沒有聲波部分被反射。房間脈沖響應(yīng)220表示從揚聲器210發(fā)出的所有聲波的吸收和反射的總效應(yīng)。
麥克風(fēng)230放置在與揚聲器210相同的房間內(nèi)。麥克風(fēng)230接收來自揚聲器210的直接聲波以及在被麥克風(fēng)230接收之前已經(jīng)從房間中的一個或多個對象反射的反射聲波?;邴溈孙L(fēng)230相對于房間中的揚聲器210和其他對象的位置,來自揚聲器210的聲波的一部分可以在撞擊另一對象之前撞擊麥克風(fēng)上的傳感器。來自揚聲器210的聲波的另一部分可在撞擊房間中的一個或多個其他對象之后撞擊麥克風(fēng)上的傳感器。麥克風(fēng)將來自所有接收到的聲波的聲能轉(zhuǎn)換為標(biāo)識為信號y(t)252的模擬電信號。信號y(t)252表示來自揚聲器210并由麥克風(fēng)230接收的由房間脈沖響應(yīng)220修改的聲音。在一些實施例中,房間可以包括放置在房間中的各個位置的多個麥克風(fēng)230。在此類實施例中,每個麥克風(fēng)230與不同的對應(yīng)的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)。
聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100檢測對象(諸如人)何時進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。在一些實施例中,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100可以是與麥克風(fēng)230分開的物理組件。在一些實施例中,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100可以內(nèi)置在麥克風(fēng)230的主體中,并且包括麥克風(fēng)230。在各種實施例中,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100可以通過硬連線連接或通過無線連接(諸如藍牙)連接到麥克風(fēng)230。如圖2所示,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100包括但不限于第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-2、自適應(yīng)濾波器119和信號加法器240。
第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1將表示傳輸?shù)綋P聲器210的模擬音頻信號的信號x(t)250轉(zhuǎn)換為信號x(n)256,其為信號x(t)250的對應(yīng)數(shù)字對應(yīng)體。在一些實施例中,第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1通過到向揚聲器210供應(yīng)信號的源的硬連線連接來接收信號x(t)250。在一些實施例中,第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1通過到向揚聲器210供應(yīng)信號的源的無線連接(諸如藍牙連接)接收信號x(t)250。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1以給定的采樣率對信號x(t)250進行采樣。例如,并且非限制性地,第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1可以以48khz對信號x(t)250進行采樣,導(dǎo)致1/48khz或約20.83μs的采樣周期。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1將信號x(n)256傳輸?shù)阶赃m應(yīng)濾波器119。
類似地,第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-2將表示由麥克風(fēng)230接收的模擬音頻信號的信號y(t)252轉(zhuǎn)換為信號y(n)254,其為信號y(t)252的對應(yīng)數(shù)字對應(yīng)體。例如,并且非限制性地,第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-2可以以48khz對信號y(t)250進行采樣,導(dǎo)致1/48khz或約20.83μs的采樣周期。第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-2將信號y(n)254傳輸?shù)叫盘柤臃ㄆ?40。
自適應(yīng)濾波器119從第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1接收信號x(n)256,其為表示傳輸?shù)綋P聲器210的模擬音頻信號的信號x(t)250的數(shù)字版本。自適應(yīng)濾波器119對信號x(n)256進行濾波以產(chǎn)生信號
自適應(yīng)濾波器119從信號加法器240接收誤差信號e(n)260。自適應(yīng)濾波器根據(jù)自適應(yīng)濾波器119內(nèi)的一個或多個濾波器參數(shù)從信號x(n)256連續(xù)地生成信號
在訓(xùn)練模式中,揚聲器210發(fā)送適當(dāng)?shù)挠?xùn)練信號,諸如跨可聽頻率范圍的寬譜白噪聲或包括寬頻譜的音樂。自適應(yīng)濾波器119基于誤差信號e(n)260的量值連續(xù)地調(diào)整自適應(yīng)濾波器119內(nèi)的一個或多個濾波器參數(shù)。一個或多個濾波器參數(shù)的這些調(diào)整包括但不限于增加濾波器中抽頭的數(shù)量、減少濾波器中抽頭的數(shù)量、以及調(diào)整與濾波器相關(guān)聯(lián)的一個或多個濾波器系數(shù)135。在每次參數(shù)調(diào)整之后,自適應(yīng)濾波器119測量新的誤差信號e(n)260以確定新的誤差信號e(n)260是否相對于先前的誤差信號e(n)260增加或減少。自適應(yīng)濾波器119繼續(xù)進行參數(shù)調(diào)整,直到誤差信號e(n)260為零或在接近零的值的范圍內(nèi)。在一些實施例中,誤差信號e(n)260的允許范圍可以以特定絕對值的形式給出。在一些實施例中,誤差信號e(n)260的允許范圍可以以百分比的形式給出,諸如不大于從麥克風(fēng)230接收的信號y(n)254的5%。在自適應(yīng)濾波器119確定誤差信號e(n)260足夠接近零之后,自適應(yīng)濾波器119進入檢測模式。
濾波器抽頭的數(shù)量,以及相應(yīng)地使誤差信號e(n)260最小所需的濾波器系數(shù)135的數(shù)量根據(jù)房間中的對象表面的數(shù)量和硬度而變化。一般來說,隨著房間中的硬表面的數(shù)量增加,濾波器抽頭的數(shù)量同樣增加。相應(yīng)地,自適應(yīng)濾波器119在時間方面的長度以及房間脈沖響應(yīng)220的持續(xù)時間同樣隨著硬表面的數(shù)量而增加。在一個實例中,并且非限制性地,具有硬表面和軟表面的混合物的典型房間可具有持續(xù)時間為2-4秒的房間脈沖響應(yīng)220。自適應(yīng)濾波器119可以利用10,000-20,000抽頭濾波器來最小化誤差信號e(n)260,假設(shè)“語音質(zhì)量”采樣率為8000hz。相比之下,具有大量硬物的房間可以具有持續(xù)時間為8秒或更長的房間脈沖響應(yīng)220。自適應(yīng)濾波器119可以利用具有40,000個抽頭或更多抽頭的濾波器來最小化誤差信號e(n)260。
在一些實施例中,可以指定自適應(yīng)濾波器119中的抽頭的最大數(shù)量。在此類實施例中,自適應(yīng)濾波器119可以在以下約束下來最小化誤差信號e(n)260:自適應(yīng)濾波器119不超過指定的抽頭的最大數(shù)量,同時仍然足夠靈敏以檢測對象何時進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。通過限制自適應(yīng)濾波器119中的抽頭的最大數(shù)量,相對于允許自適應(yīng)濾波器119具有無限數(shù)量的抽頭,可以減少自適應(yīng)濾波器119的訓(xùn)練時間。此外,所需的計算資源可隨著抽頭的數(shù)量而增加,從而增加功率消耗。通過限制自適應(yīng)濾波器119中的抽頭的最大數(shù)量,相對于允許自適應(yīng)濾波器119具有無限數(shù)量的抽頭,可以減少自適應(yīng)濾波器119的計算資源以及相應(yīng)地功率消耗。濾波器抽頭的最大數(shù)量可以是任何技術(shù)上可行的數(shù)量,其減少訓(xùn)練時間、計算資源和功率消耗,同時仍足夠靈敏以檢測對象何時進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。濾波器抽頭的最大數(shù)量可以是但不限于500個抽頭、1000個抽頭、2,000個抽頭、4,000個抽頭,或者大于4,000個抽頭的某個數(shù)量。
因為自適應(yīng)濾波器119可以訪問原始音頻信號x(n)256和由房間脈沖響應(yīng)220修改的所得音頻信號y(n)254,所以自適應(yīng)濾波器119可以比自適應(yīng)濾波器更快地收斂,其中原始音頻信號是未知的或不可用。在一些實施例中,自適應(yīng)濾波器可以被配置成僅接收信號y(n)254,而不接收原始音頻信號x(n)256。在此類實施例中,相對于能夠訪問原始音頻信號x(n)256的自適應(yīng)濾波器,訓(xùn)練周期可能更長。
在檢測模式中,自適應(yīng)濾波器119根據(jù)在訓(xùn)練模式期間建立的濾波器參數(shù)從信號x(n)256連續(xù)地生成信號
揚聲器210從揚聲器210的前方沿?zé)o限數(shù)量的方向傳輸聲波。當(dāng)這些聲波撞擊房間中的各種對象時,反射波在其他方向上傳輸。這些反射波撞擊房間中的其他對象,從而導(dǎo)致在另外其他方向上傳輸?shù)牧硗獾姆瓷洳?。隨著這個過程繼續(xù),聲波幾乎到達房間的所有區(qū)域。因此,房間脈沖響應(yīng)220(其是房間中所有直接聲波和反射聲波的總和效應(yīng))基本上沒有盲點。因此,在本公開的范圍內(nèi),麥克風(fēng)230可以放置在房間內(nèi)的任何地方。在一些實施例中,麥克風(fēng)230可以有利地放置在距揚聲器210一定距離處,并且不在揚聲器210的直接路徑中。在此類實施例中,麥克風(fēng)230接收由反射聲波而不是直接聲波主導(dǎo)的信號。相應(yīng)地,自適應(yīng)濾波器119可以更多地針對反射聲波的特性,而不是直接聲波的特性進行調(diào)諧。因此,自適應(yīng)濾波器119可以對房間脈沖響應(yīng)220的變化更敏感,從而導(dǎo)致改進的檢測靈敏度。
隨著時間的推移,房間脈沖響應(yīng)220可能由于某些環(huán)境條件的相應(yīng)變化而漂移。在一個實例中,并且非限制性地,因為聲波在空氣中行進的速度隨溫度變化,所以房間脈沖響應(yīng)220可以隨著房間溫度增加或減少而改變。因此,由麥克風(fēng)230接收的實際信號y(n)254可以改變,而估計信號
為了解決這個問題,自適應(yīng)濾波器可以周期性地“重新訓(xùn)練”,但是以比在初始訓(xùn)練周期期間更低的速率。這種重新訓(xùn)練的目的是將穩(wěn)態(tài)誤差信號e(n)維持在閾值水平以下,所述閾值水平在本文中被稱為重新訓(xùn)練閾值。一般來說,重新訓(xùn)練閾值顯著低于檢測閾值。也就是說,重新訓(xùn)練閾值設(shè)定在用于檢測誤差信號e(n)中的緩慢、較小變化的水平處,指示房間的脈沖響應(yīng)中的漂移。相反,檢測閾值設(shè)定在用于檢測誤差信號的突然、較大變化的水平處,指示對象已經(jīng)進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。例如,并且非限制性地,在初始訓(xùn)練周期期間,自適應(yīng)濾波器可以在每個采樣周期改變?yōu)V波器系數(shù)135。如果音頻采樣率是48khz,則自適應(yīng)濾波器119可以在每1/48k秒或約20.83μs改變?yōu)V波器系數(shù)135。在初始訓(xùn)練周期終止并且自適應(yīng)濾波器119處于檢測模式之后,自適應(yīng)濾波器119可以進入訓(xùn)練模式,以便以較低的速率重新訓(xùn)練自適應(yīng)濾波器119。在第一實例中,并且非限制性地,自適應(yīng)濾波器119可以周期性地重新訓(xùn)練,例如每10ms一次。在第二實例中,并且非限制性地,當(dāng)誤差信號e(n)260逐漸增加到超過閾值水平的值時,自適應(yīng)濾波器119可以重新訓(xùn)練。在第三實例中,并且非限制性地,這兩種方法可以組合,其中當(dāng)誤差信號e(n)260逐漸增加到超過閾值水平的值時,自適應(yīng)濾波器119可以重新訓(xùn)練,但不少于每分鐘一次。相對于更頻繁的重新訓(xùn)練,減少重新訓(xùn)練循環(huán)的頻率可以減少所需的計算資源,并且相應(yīng)地汲取顯著更少的功率。此外,因為重新訓(xùn)練通常涉及較小的調(diào)整,所以重新訓(xùn)練循環(huán)通常比初始訓(xùn)練周期涉及更少的時間。
圖3是根據(jù)各種實施例的圖1的自適應(yīng)濾波器119的更詳細方框圖。如圖所示,自適應(yīng)濾波器119包括:延遲元件322、324和326;乘法器310、312、314和316;以及信號加法器332、334和336。
乘法器310接收信號x(n),即由麥克風(fēng)230接收的信號的數(shù)字對應(yīng)體,并將信號x(n)乘以系數(shù)w0。延遲元件322將信號x(n)延遲一個采樣周期以生成生x(n-1)。乘法器312接收信號x(n-1),并將信號x(n-1)乘以系數(shù)w1。信號加法器332將乘法器310的輸出與乘法器312的輸出相加,并將總和傳輸?shù)叫盘柤臃ㄆ?34。
同樣,延遲元件324將信號x(n-1)延遲一個采樣周期以生成x(n-2)。乘法器314接收信號x(n-2),并將信號x(n-2)乘以系數(shù)w2。信號加法器334將信號加法器332的輸出與乘法器314的輸出相加,并將總和傳輸?shù)芥溨械南乱粋€信號加法器(未明確示出)。針對與自適應(yīng)濾波器119相關(guān)聯(lián)的每個附加濾波器系數(shù)135繼續(xù)該過程。在自適應(yīng)濾波器119的最后階段,延遲元件326將信號x(n-m+2)延遲一個采樣周期以生成x(n-m+1)。乘法器314接收信號x(n-m+1),并將信號x(n-m+1)乘以系數(shù)wm-1。信號加法器336將先前信號加法器(未明確示出)的輸出與乘法器316的輸出相加,并將總和估計信號
信號加法器240從作為由麥克風(fēng)230接收的實際信號的數(shù)字對應(yīng)體的信號y(n)254中減去作為由麥克風(fēng)230接收的信號的估計的信號
然后將誤差信號e(n)傳輸?shù)剿谐朔ㄆ?10、312、314和316以調(diào)整系數(shù)w0...wm-1。針對每個采樣周期重復(fù)該過程,直到誤差信號e(n)達到零或接近零。
圖3的自適應(yīng)濾波器119被配置為橫向或有限脈沖響應(yīng)(fir),即采用最小均方(lms)自適應(yīng)方法的濾波器架構(gòu)。然而,在本公開的范圍內(nèi),其他技術(shù)上可行的濾波器架構(gòu)和自適應(yīng)方法也是可能的。在各種實施例中,自適應(yīng)濾波器119可以采用其他濾波器架構(gòu),包括但不限于晶格預(yù)測器結(jié)構(gòu)和脈動陣列。同樣,自適應(yīng)濾波器119可以采用其他自適應(yīng)方法,包括但不限于遞歸最小二乘法(rls)自適應(yīng)、快速橫向濾波器(ftf)自適應(yīng)和梯度下降自適應(yīng)。具體地,相對于lms自適應(yīng),rls自適應(yīng)可以具有更短的訓(xùn)練周期,但是相對于lms自適應(yīng),可能需要更多的計算,因此需要更多的功率。在一個實例中,并且非限制性地,在切換到檢測模式之前,lms自適應(yīng)可能需要幾秒或幾分鐘來訓(xùn)練自適應(yīng)濾波器119。相比之下,在切換到檢測模式之前,rls自適應(yīng)可能僅需要三倍的濾波器長度來訓(xùn)練自適應(yīng)濾波器119。因此,如果濾波器是兩秒,則在切換到檢測模式之前,rls自適應(yīng)將需要六秒來訓(xùn)練自適應(yīng)濾波器119。然而,rls自適應(yīng)相對于lms自適應(yīng)通常需要顯著更多的計算資源,并且相應(yīng)地,相對于lms自適應(yīng),汲取顯著更多的功率。因此,lms自適應(yīng)將適用于低功率應(yīng)用,而rls自適應(yīng)將更適合于期望要較短訓(xùn)練周期的應(yīng)用。在一些實施例中,可以在時域或頻域中實現(xiàn)具有l(wèi)ms自適應(yīng)的自適應(yīng)濾波器119。隨著塊大小的增加,頻域自適應(yīng)算法可能更有效,然而,每個塊可能僅可能執(zhí)行一次更新。一般來說,頻域塊大小可以等于或大于房間的脈沖響應(yīng)。
圖4a-4b是根據(jù)各種實施例的圖1的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100如何以聲學(xué)方式檢測房間400中的人的存在的概念圖示。如圖4a所示,房間400包括揚聲器210和三個麥克風(fēng)230-1、230-2和230-3。三個麥克風(fēng)230-1、230-2和230-3中的每一個配備有如結(jié)合圖1-3所描述的不同的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100。揚聲器210沿?zé)o限數(shù)量的方向傳輸聲波。僅出于說明的目的,示出這些聲波中的六個,即聲波430、440、450、460、470和480。聲波430撞擊墻壁,導(dǎo)致反射聲波435,其撞擊麥克風(fēng)230-1的前部。同樣,聲波440撞擊墻壁,導(dǎo)致反射聲波445,其也撞擊麥克風(fēng)230-1的前部。以類似的方式,聲波470和480撞擊墻壁,分別導(dǎo)致反射聲波475和485,它們也撞擊麥克風(fēng)230-1的前部。聲波450直接撞擊麥克風(fēng)230-1的前部而不首先撞擊墻壁或其他對象。最后,聲波460撞擊墻壁,導(dǎo)致反射聲波465,其撞擊麥克風(fēng)230-1的后部。對于麥克風(fēng)230-2和230-2存在類似的聲波模式(未明確示出)。
如圖4b所示,人490現(xiàn)在已進入房間?,F(xiàn)在,人490的存在阻止聲波452和462(它們對應(yīng)于圖4a的聲波450和460)到達麥克風(fēng)230-1。人490的存在同樣阻止了許多其他聲波到達麥克風(fēng)230-1。此外,由于從人490反射的聲波,人490的存在改變了某些聲波從揚聲器210行進到麥克風(fēng)230-1時所采取的路徑。因此,由麥克風(fēng)230-1接收的信號y(n)由于人490的存在而顯著改變。然而,估計信號
雖然房間400配備有三個麥克風(fēng)230-1、230-2和230-3,但是房間400可以配備有一個、兩個或多于三個麥克風(fēng)300。不管所采用的麥克風(fēng)230的數(shù)量如何,每個麥克風(fēng)230連接到不同的聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100。
圖5是根據(jù)各種實施例的用于以聲學(xué)方式檢測人的存在的方法步驟的流程圖。盡管結(jié)合圖1-4b的系統(tǒng)描述了方法步驟,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解,被配置成以任何順序執(zhí)行方法步驟的任何系統(tǒng)均落在所公開的實施例的范圍內(nèi)。
如圖所示,方法500開始于步驟502,在所述步驟502中,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117進入訓(xùn)練模式。在訓(xùn)練模式期間,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100執(zhí)行各種步驟以最小化指示房間的測量脈沖響應(yīng)與房間的估計脈沖響應(yīng)之間的差的誤差信號。在步驟504處,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117調(diào)整聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的自適應(yīng)濾波器119的一個或多個參數(shù),其中自適應(yīng)濾波器119被配置成接收傳輸?shù)揭粋€或多個揚聲器的信號的副本,并且估計表示由房間的脈沖響應(yīng)修改的輸入信號的信號。參數(shù)調(diào)整可以包括但不限于增加濾波器抽頭的數(shù)量、減少濾波器抽頭的數(shù)量、以及修改與濾波器抽頭相關(guān)的一個或多個系數(shù)。
在步驟506處,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的自適應(yīng)濾波器119計算誤差信號。為了計算誤差信號,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-1將傳輸?shù)揭粋€或多個揚聲器的信號的副本從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。類似地,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器118-2將從麥克風(fēng)接收的信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。從麥克風(fēng)接收的信號表示由一個或多個揚聲器發(fā)送的由房間的脈沖響應(yīng)修改的聲波的復(fù)合體。聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的自適應(yīng)濾波器119將數(shù)字濾波器應(yīng)用于傳輸?shù)揭粋€或多個揚聲器的信號的數(shù)字版本,從而生成表示由麥克風(fēng)接收的信號的數(shù)字版本的估計的估計信號。信號加法器240計算由麥克風(fēng)接收的信號的數(shù)字版本與估計信號之間的差。這個差是誤差信號。
在步驟508處,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117確定是否滿足某些完成標(biāo)準(zhǔn)。在一個實例中,并且非限制性地,當(dāng)誤差信號為零、接近零或低于閾值水平時,滿足完成準(zhǔn)則。在另一實例中,并且非限制性地,當(dāng)自適應(yīng)濾波器119包含指定的最大數(shù)量的濾波器抽頭時,滿足完成準(zhǔn)則。如果滿足完成標(biāo)準(zhǔn),則方法500進行到步驟510,在所述步驟510中,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117進入檢測模式。在檢測模式中,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100被配置成檢測誤差信號的突然變化,從而指示對象(諸如人)已經(jīng)進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。在檢測模式中,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100進一步被配置成是否以及何時重新進入訓(xùn)練模式以便重新訓(xùn)練自適應(yīng)濾波器119。
在步驟512處,聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)的自適應(yīng)濾波器119計算誤差信號。聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100以結(jié)合步驟506描述的方式計算誤差信號。在步驟514處,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117確定是否滿足觸發(fā)閾值。觸發(fā)閾值設(shè)定在指示誤差信號的量值突然大幅增加的水平處。誤差信號的量值的突然大幅增加指示對象(諸如人)已經(jīng)進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。在一些實施例中,可以調(diào)整觸發(fā)閾值水平以便增加或降低聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100的靈敏度。例如,可以增加觸發(fā)閾值水平以降低聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100的靈敏度。因此,較大對象(諸如人)的進入、離開或移動將導(dǎo)致超過觸發(fā)閾值水平的誤差信號。然而,較小對象(諸如家庭寵物)的進入、離開或移動不會導(dǎo)致超過觸發(fā)閾值水平的誤差信號。同樣,可以降低觸發(fā)閾值水平以增加聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100的靈敏度。因此,較大或較小對象的進入、離開或移動將導(dǎo)致超過觸發(fā)閾值水平的誤差信號。在任何情況下,誤差信號的小變化,諸如由于溫度或其他環(huán)境變化造成的房間脈沖響應(yīng)的漂移所引起的變化,將不會導(dǎo)致超過觸發(fā)閾值水平的誤差信號。
如果滿足觸發(fā)閾值,則方法500進行到步驟516,在所述步驟516中,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117觸發(fā)一個或多個適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)動作。如果音頻存在檢測系統(tǒng)100是安全系統(tǒng)的一部分,則音頻存在檢測系統(tǒng)觸發(fā)警報。如果音頻存在檢測系統(tǒng)100是智能家庭系統(tǒng)的一部分,則在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117觸發(fā)某個其他響應(yīng)動作,諸如調(diào)整照明、播放音樂、或打開或關(guān)閉一組窗簾。
在步驟518處,在聲學(xué)存在檢測系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的聲學(xué)存在檢測應(yīng)用117確定是否滿足某些重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)。在一個實例中,并且非限制性地,當(dāng)誤差信號超過重新訓(xùn)練閾值水平時,滿足重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)。一般來說,重新訓(xùn)練閾值水平設(shè)定為顯著低于觸發(fā)閾值水平的值。在另一個實例中,并且非限制性地,當(dāng)自上次進入訓(xùn)練模式以來已經(jīng)過去固定持續(xù)時間時,滿足重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)。在另一個實例中,并且非限制性地,當(dāng)誤差信號超過重新訓(xùn)練閾值水平或者自訓(xùn)練模式被輸入以來的時間超過固定持續(xù)時間時,滿足重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)。如果不滿足重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn),則方法500進行到上述步驟512。然而,如果在步驟518處滿足某些重新訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn),則方法500進行到上述步驟502。
返回到步驟514,如果不滿足觸發(fā)閾值,則方法500進行到上述步驟518。
返回到步驟508,如果不滿足某些完成準(zhǔn)則,則方法500進行到上述步驟504。
總之,音頻存在檢測系統(tǒng)包括位于房間中的一個或多個揚聲器,播放音樂或某個其他音頻源。音頻存在檢測系統(tǒng)包括同樣位于房間中的麥克風(fēng),接收從揚聲器發(fā)出的由房間的脈沖響應(yīng)修改的音頻信號。音頻存在檢測系統(tǒng)進一步包括自適應(yīng)濾波器,其接收驅(qū)動一個或多個揚聲器的源音頻信號的副本。自適應(yīng)濾波器生成預(yù)測由麥克風(fēng)接收的信號的估計信號。通過經(jīng)由特定濾波技術(shù)變換源音頻信號來生成估計信號。自適應(yīng)濾波器還接收跟蹤由麥克風(fēng)接收的信號與估計信號之間的差的誤差信號。自適應(yīng)濾波器進行調(diào)整,直到誤差信號處于零或接近零。
一旦達到這個條件,自適應(yīng)濾波器繼續(xù)監(jiān)測誤差信號。檢測到誤差信號的量值的突然增加指示房間的脈沖響應(yīng)的突然變化。房間的脈沖響應(yīng)的這種突然變化指示對象(諸如人)已經(jīng)進入房間、離開房間或在房間內(nèi)移動。作為響應(yīng),音頻存在檢測系統(tǒng)采取適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)動作。如果音頻存在檢測系統(tǒng)是安全系統(tǒng)的一部分,則音頻存在檢測系統(tǒng)觸發(fā)警報。如果音頻存在檢測系統(tǒng)是智能家庭系統(tǒng)的一部分,則音頻存在檢測系統(tǒng)觸發(fā)某個其他響應(yīng)動作,諸如調(diào)整照明、播放音樂、或打開或關(guān)閉一組窗簾。
本文描述的方法的至少一個優(yōu)點是音頻存在檢測系統(tǒng)覆蓋房間的所有區(qū)域,而不管距音頻存在檢測系統(tǒng)的距離如何。所公開的方法的另一個優(yōu)點是即使在利用單個麥克風(fēng)和自適應(yīng)濾波器進行部署時,音頻存在檢測系統(tǒng)也幾乎不顯示盲點。因為所公開的系統(tǒng)不依賴于與傳感器的接近并且不導(dǎo)致不可檢測的盲點,所以所公開的系統(tǒng)相對于現(xiàn)有方法顯示出改進的存在檢測。本文描述的方法的另一個優(yōu)點是,即使當(dāng)利用單個麥克風(fēng)和自適應(yīng)濾波器進行部署時,所公開的系統(tǒng)相對于包括多個傳感器的現(xiàn)有方法系統(tǒng)顯示出改進的性能。因此,可以以較低成本實現(xiàn)先前可實現(xiàn)的優(yōu)異性能。
已經(jīng)出于說明目的呈現(xiàn)了各種實施例的描述內(nèi)容,但是其并不意在是窮舉性的或者限于所公開的實施例。在不脫離所描述實施例的范圍和精神的情況下,許多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
本發(fā)明的實施例的各方面可以體現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此,本公開的各方面可以采用以下形式:完全硬件實施例、完全軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或?qū)④浖c硬件方面組合的實施例,所述實施例在本文中一般都可以稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外,本公開的各方面可采用在一個或多個計算機可讀介質(zhì)上實施的計算機程序產(chǎn)品形式,所述計算機可讀介質(zhì)具有在該介質(zhì)上實施的計算機可讀程序代碼。
可以使用一個或多個計算機可讀介質(zhì)的任何組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算機可讀信號介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)可以是例如但不限于電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或設(shè)備、或者前述介質(zhì)的任何合適組合。計算機可讀存儲介質(zhì)的更具體實例(非窮舉性列表)將包括以下介質(zhì):具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、便攜式計算機軟盤、硬盤、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦可編程只讀存儲器(eprom或閃存)、光纖、便攜式光盤只讀存儲器(cd-rom)、光學(xué)存儲設(shè)備、磁性存儲設(shè)備或前述介質(zhì)的任何合適組合。在本文件的上下文中,計算機可讀存儲介質(zhì)可以是可包含或存儲供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其結(jié)合使用的程序的任何有形介質(zhì)。
以上參考根據(jù)本公開實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產(chǎn)品的流程圖圖示和/或方框圖來描述本公開的各方面。應(yīng)了解,流程圖圖示和/或方框圖的每一個方框以及流程圖圖示和/或方框圖的方框組合可以通過計算機程序指令來實現(xiàn)??梢詫⑦@些計算機程序指令提供給通用計算機、專用計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器來產(chǎn)生一種機器,以使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器來執(zhí)行的指令允許實現(xiàn)在流程圖和/或方框圖的一個或多個方框中指定的功能/操作。此類處理器可不限于通用處理器、專用處理器、特殊應(yīng)用處理器或現(xiàn)場可編程處理器或門陣列。
附圖中的流程圖和方框圖示出根據(jù)本公開的各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)方式的架構(gòu)、功能和操作。在這方面,流程圖或方框圖中的每個方框可以表示代碼模塊、代碼區(qū)段或代碼的一部分,其包括用于實現(xiàn)所指定的邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令。還應(yīng)當(dāng)注意到,在一些替代實現(xiàn)方式中,方框中提到的功能可以不按附圖中指出的順序出現(xiàn)。例如,連續(xù)示出的兩個方框?qū)嶋H上可以基本上同時執(zhí)行,或者方框有時可按相反順序執(zhí)行,這取決于所涉及的功能。還將注意到,方框圖和/或流程圖的每個方框以及方框圖和/或流程圖中的方框組合可以由執(zhí)行指定功能或動作的基于特殊用途硬件的系統(tǒng)實現(xiàn),或特殊用途硬件和計算機指令的組合。
雖然上述內(nèi)容是針對本公開的實施例,但是可以在不脫離其基本范圍的情況下,設(shè)想出本公開的其他和另外的實施例,而且其范圍由隨附的權(quán)利要求書加以確定。