專利名稱：音頻處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音頻處理裝置，包括用于生成輸入音頻信號的多個音頻源，用于 從所述輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過處理的音頻信號的處理電路，用于從所述經(jīng)過處理的音頻信 號導(dǎo)出組合的音頻信號的組合電路，以及用于控制所述處理電路以便使所述組合的音頻信 號的功率度量最大化并且用于將所述經(jīng)過處理的音頻信號的增益的函數(shù)限制為預(yù)定值的 控制電路。本發(fā)明還涉及一種音頻處理方法。
背景技術(shù)：
在包括例如電信、內(nèi)容分發(fā)等等的許多領(lǐng)域中，音頻信號的高級處理變得越來越 重要。例如，在諸如電話會議之類的一些應(yīng)用中，對于來自多個麥克風(fēng)的輸入的復(fù)雜處理已 經(jīng)被用于為包括各麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列提供可配置的方向敏感度。具體地，對于來自麥克 風(fēng)陣列的信號的處理可以生成具有可以簡單地通過改變各個麥克風(fēng)信號的組合的特性來 改變的方向的音頻波束。典型地，波束形成系統(tǒng)被控制，以使得干擾源(interferer)的衰減最大化。例如， 可以控制波束形成系統(tǒng)，以在從主要干擾源接收的信號的方向上提供最大的衰減(優(yōu)選地 為不存在)。在許多實(shí)施例中提供特別有利的性能的波束形成系統(tǒng)是在WO 99/27522中公開 的濾波-和波束形成器(Filtered-Sum Beamformer, FSB)。與許多其它的波束形成系統(tǒng)形成對照，F(xiàn)SB系統(tǒng)設(shè)法使朝向期望的信號的麥克風(fēng) 陣列的敏感度最大化，而不是使朝向干擾源的衰減最大化。FSB系統(tǒng)的示例在

圖1中例示。該FSB系統(tǒng)設(shè)法對于麥克風(fēng)陣列標(biāo)識來自期望源的聲學(xué)脈沖響應(yīng)的特性，所述期 望源包括直達(dá)場和第一次反射。FSB通過相干地將麥克風(fēng)信號的期望部分相加來產(chǎn)生增 強(qiáng)的輸出信號z，所述相干地添將麥克風(fēng)信號的期望部分相加的步驟是通過對前向匹配濾 波器中的所接收的信號進(jìn)行濾波并且將經(jīng)過濾波的輸出相加而進(jìn)行的。而且，在對于前 向?yàn)V波器具有共軛濾波器響應(yīng)(在頻域中對應(yīng)于時域中的逆時脈沖響應(yīng))的后向自適應(yīng)濾 波器中對輸出信號進(jìn)行濾波。作為輸入信號與后向自適應(yīng)濾波器的輸出之間的差而生產(chǎn) 誤差信號，并且濾波器系數(shù)被適配為使誤差信號最小化，從而導(dǎo)致音頻波束導(dǎo)向主導(dǎo)信號 (dominant signal)。所生成的誤差信號可以被視為特別適于對于增強(qiáng)的輸出信號ζ執(zhí)行 額外的噪聲降低的噪聲參考信號。對于音頻信號處理來說特別重要的領(lǐng)域是助聽器領(lǐng)域。近年來，助聽器越來越多 地應(yīng)用復(fù)雜音頻處理算法來提供改進(jìn)的用戶體驗(yàn)以及對于用戶的輔助。例如，音頻處理算 法已經(jīng)被用于提供期望的聲音源和干擾聲音源之間的改進(jìn)的信號噪聲比，從而向用戶提供 更清楚并且更易感的信號。特別地，已經(jīng)開發(fā)了包括多于一個麥克風(fēng)的助聽器，其中麥克風(fēng) 的音頻信號被動態(tài)地組合以為麥克風(fēng)裝置提供方向性。作為另一個示例，噪聲消除系統(tǒng)可 以被應(yīng)用來降低由不期望的聲音源和背景噪聲導(dǎo)致的干擾。FSB系統(tǒng)有望對于諸如助聽器之類的應(yīng)用是有利的，因?yàn)镕SB系統(tǒng)許諾朝向期望的信號(而不是針對干擾信號的衰減)的高效的波束形成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這在助聽器應(yīng)用中特別 有利，在所述助聽器應(yīng)用中，F(xiàn)SB系統(tǒng)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)向用戶提供便利并且?guī)椭鷮τ谄谕男盘?的感知的信號。另外，F(xiàn)SB系統(tǒng)提供特別適于對于所生成的信號進(jìn)行噪聲降低/補(bǔ)償?shù)脑?br> 聲參考信號。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)FSB系統(tǒng)在用于諸如助聽器之類的應(yīng)用時具有一些相關(guān)聯(lián)的缺 點(diǎn)。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于麥克風(fēng)陣列中的各麥克風(fēng)之間的短距離，F(xiàn)SB系統(tǒng)的性能降級。 例如，對于具有間隔為15 mm的兩個全向麥克風(fēng)的典型的端射陣列的助聽器配置，F(xiàn)SB已經(jīng) 被發(fā)現(xiàn)具有次最優(yōu)的性能。實(shí)際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在許多情況下，F(xiàn)SB系統(tǒng)未能夠朝向期望的信 號收斂。因此，改進(jìn)的音頻波束形成將是有利的，特別地，允許用于麥克風(fēng)之間的距離相當(dāng) 小的助聽器的改進(jìn)的適用性的波束形成將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種適于麥克風(fēng)陣列中的各麥克風(fēng)之間的短距離的增 強(qiáng)的音頻處理裝置。本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定有利的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，此目的在如上所述的音頻處理裝置中實(shí)現(xiàn)，所述音頻處理裝置的特 征在于所述音頻處理裝置包括用于從輸入音頻信號中導(dǎo)出經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號的預(yù)處 理電路。代替輸入音頻信號，將經(jīng)過預(yù)處理的信號提供給處理電路。所述預(yù)處理電路被布 置為使包括在輸入音頻信號中的干擾的互相關(guān)最小化。在一個實(shí)施例中，所述預(yù)處理電路保證在包括在一個輸入音頻信號中的干擾與 包括在其它輸入音頻信號中的干擾相關(guān)的情況下，輸出信號中僅期望信號的功率被最大 化。在沒有預(yù)處理電路、并且處理電路和控制電路例如使用被配置為使組合的音頻信號中 的期望的輸出功率最大化的自適應(yīng)濾波器系數(shù)的情況下，如果音頻信號中的干擾相關(guān)的 話，包括在處理電路和控制電路中的自適應(yīng)濾波器的誤差信號包含與自適應(yīng)濾波器的輸入 相關(guān)的干擾。這將導(dǎo)致自適應(yīng)濾波器系數(shù)背離最優(yōu)解。這里，所述背離意味著使組合的信 號的輸出功率最大化不導(dǎo)致使期望的信號的輸出功率最大化。在一個實(shí)施例中，在預(yù)處理電路中執(zhí)行的預(yù)處理確保例如利用由處理電路和控 制電路使用的、被配置為使組合的音頻信號中的期望的輸出功率最大化的自適應(yīng)濾波器系 數(shù)，自適應(yīng)濾波器的誤差信號與輸入中的干擾分量之間的相關(guān)被最小化。以此方式，所述音頻處理裝置在應(yīng)用于具有相關(guān)的干擾的麥克風(fēng)陣列時提供魯棒 的性能。這種情況的一個示例是混響情況下端射配置中的小麥克風(fēng)陣列。在一個實(shí)施例中，所述預(yù)處理電路通過將輸入音頻信號乘以調(diào)節(jié)矩陣的逆矩陣的 電路來使干擾的互相關(guān)最小化。所述調(diào)節(jié)矩陣是相關(guān)矩陣的函數(shù)，其中相關(guān)矩陣中的元是 包含在音頻源中多個干擾中的相應(yīng)對的干擾之間的相關(guān)度量。例如包括在處理電路和控制電路中的自適應(yīng)濾波器分別對于其中自適應(yīng)濾波器 收斂到期望的語音信號的情況的背離是由音頻信號中的干擾的相關(guān)造成的，特別是由自適 應(yīng)濾波器的誤差信號中的干擾和自適應(yīng)濾波器的輸入中的干擾的相關(guān)造成的。這里，到期 望的信號的收斂確保自適應(yīng)濾波器系數(shù)被配置為使組合的音頻信號中的期望的輸出功率 最大化。將輸入音頻信號乘以調(diào)節(jié)矩陣的逆矩陣確保自適應(yīng)濾波器的誤差信號和輸入中的干擾之間的相關(guān)被最小化。在另一個實(shí)施例中，調(diào)節(jié)矩陣是相關(guān)矩陣。相關(guān)矩陣的元可以是標(biāo) 量或者濾子(filter)。當(dāng)元是標(biāo)量時，則在時域中處理問題是有利的。如 果元是濾子，則在頻域中處理問題是有利的。在頻域中，對于每個頻率分量 (O,相關(guān)矩陣Γ(ω)具有標(biāo)量元，并且因此標(biāo)量的情況可被應(yīng)用于每個單獨(dú)的頻率分量。在另一個實(shí)施例中，調(diào)節(jié)矩陣由下式給出
權(quán)利要求
1.一種首頻處理裝置(200)，包括預(yù)處理電路，用于從輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號，從而使包括在輸入音 頻信號中的干擾的互相關(guān)最小化；處理電路(110)，用于從經(jīng)過預(yù)處理的輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過處理的音頻信號， 組合電路(120)，用于從所述經(jīng)過處理的音頻信號導(dǎo)出組合的音頻信號，以及 控制電路(130)，用于控制所述處理電路以便使所述組合的音頻信號的功率度量最大 化，并且用于將所述經(jīng)過處理的音頻信號的增益的函數(shù)限制為預(yù)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻處理裝置，其中所述預(yù)處理電路(140)被布置為通過將 輸入音頻信號乘以調(diào)節(jié)矩陣的逆矩陣的電路來使干擾的互相關(guān)最小化，其中所述調(diào)節(jié)矩陣 是相關(guān)矩陣的函數(shù)，并且其中所述相關(guān)矩陣中的元是多個音頻源中相應(yīng)對的音頻源之間的 相關(guān)度量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻處理裝置，其中所述調(diào)節(jié)矩陣是所述相關(guān)矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻處理裝置，其中所述調(diào)節(jié)矩陣由下式給出
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻處理裝置，其中所述參數(shù)If由下式給出
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻處理裝置，其中所述參數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻處理裝置，其中所述調(diào)節(jié)矩陣的元(p，q)由下式給出:
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻處理裝置，其中所述相關(guān)矩陣的元(p，q)由下式給出:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻處理裝置，其中所述處理電路(110)包括用于從所述經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過處理的音頻信號的多個可調(diào)節(jié)濾波器(113，114)，所述控制電路(130)包括用于從所述組合的音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過濾波的組合的音頻信號的多個另外可調(diào)節(jié)濾波器(137，138)，所述另外可調(diào)節(jié)濾波器具有作為所述可調(diào)節(jié)濾波器的傳遞函數(shù)的共軛的傳遞函數(shù)，以及所述控制電路被布置為通過控制所述可調(diào)節(jié)濾波器以及所述另外可調(diào)節(jié)濾波器的傳遞函數(shù)來將所述經(jīng)過處理的音頻信號的增益的函數(shù)限制為所述預(yù)定值，以 便使所述輸入音頻信號與對應(yīng)于所述輸入音頻信號的經(jīng)過濾波的組合的音頻信號之間的差度量最小化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻處理裝置，其中所述音頻處理裝置(200)包括用于補(bǔ) 償在所述輸入音頻信號中存在的共用音頻信號的延遲差的延遲元件(141，142)。
11.一種音頻信號處理裝置，包括生成輸入音頻信號的多個音頻源(101，102)，以及 如權(quán)利要求1所述的音頻處理裝置(200)。
12.—種音頻處理方法，包括從多個音頻源(101，102)接收多個輸入音頻信號，從所述輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號，從而使包括在所述輸入音頻信號中 的干擾的互相關(guān)最小化，從所述經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過處理的音頻信號，從所述經(jīng)過處理的音頻信號 導(dǎo)出組合的音頻信號，控制經(jīng)過處理的音頻信號的導(dǎo)出，以便使所述組合的音頻信號的功率度量最大化，以及控制將所述經(jīng)過處理的音頻信號的增益的函數(shù)限制為預(yù)定值的處理。
13.一種助聽器，包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的音頻處理裝置。
全文摘要
一種音頻處理裝置(200)包括生成輸入音頻信號的多個音頻源(101，102)；處理電路(110)，用于從輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過處理的音頻信號；組合電路(120)，用于從所述經(jīng)過處理的音頻信號導(dǎo)出組合的音頻信號；以及控制電路(130)，用于控制所述處理電路以便使所述組合的音頻信號的功率度量最大化，并且用于將所述經(jīng)過處理的音頻信號的增益的函數(shù)限制為預(yù)定值。根據(jù)本發(fā)明，所述音頻處理裝置(200)包括預(yù)處理電路(140)，用于從輸入音頻信號導(dǎo)出經(jīng)過預(yù)處理的音頻信號，從而使包括在輸入音頻信號中的干擾的互相關(guān)最小化。代替輸入音頻信號，將所述經(jīng)過預(yù)處理的信號提供給處理電路(110)。
文檔編號H04R3/00GK102077277SQ200980124038
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者P. 詹斯 C., A. C. M. 魯弗斯 D., 斯里尼瓦桑 S. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司