本發(fā)明是有關(guān)于一種聲音處理技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種聲音處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

麥克風(fēng)在進(jìn)行收音的時候，常常會受到環(huán)境中的噪聲如交通工具或風(fēng)聲的雜音干擾。這些噪聲通常在低頻的范圍具有較大的音量，并對聲音的品質(zhì)造成影響。許多利用噪聲消除(noise cancellation)或噪聲抑制(suppression)來移除或抑制噪聲的技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。實現(xiàn)這些技術(shù)的硬件非常耗費功率，并因而縮短裝置中的電池的供電時間。

因此，如何設(shè)計一個新的聲音處理裝置與方法，以解決上述缺陷，乃為此一業(yè)界亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的聲音處理裝置可有效抑制噪聲對聲音信號的影響。

因此，本發(fā)明的一方面是在提供一種聲音處理裝置，包含：麥克風(fēng)陣列以及后濾波模塊。麥克風(fēng)陣列包含指向不同方向的多個麥克風(fēng)，并配置以接收多個聲音信號。后濾波模塊配置以：自麥克風(fēng)陣列接收聲音信號；對聲音信號濾波，以產(chǎn)生區(qū)分為多組的多個濾波信號，各組濾波信號對應(yīng)于聲音信號其中之一，其中同組的濾波信號各對應(yīng)于不同的多個頻帶其中之一；分別根據(jù)各組濾波信號中對應(yīng)于同一個頻帶的濾波信號的強度，以及頻帶間的噪聲強度相關(guān)性(correlation)間的比較產(chǎn)生多個頻帶信號；以及疊加頻帶信號以產(chǎn)生輸出聲音信號。

本發(fā)明的另一方面是在提供一種聲音處理方法，包含：由包含于麥克風(fēng)陣列并指向不同方向的多個麥克風(fēng)接收多個聲音信號；對聲音信號濾波，以產(chǎn)生區(qū)分為多組的多個濾波信號，各組濾波信號對應(yīng)于聲音信號其中之一，其中同 組的濾波信號各對應(yīng)于不同的多個頻帶其中之一；分別根據(jù)各組濾波信號中對應(yīng)于同一個頻帶的濾波信號的強度，以及頻帶間的噪聲強度相關(guān)性間的比較產(chǎn)生多個頻帶信號；以及疊加頻帶信號以產(chǎn)生輸出聲音信號。

應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)點在于通過聲音處理裝置的設(shè)計，將不同方向接收來的聲音信號進(jìn)行不同頻帶的濾波，并依據(jù)在各頻帶的特性產(chǎn)生不同的頻帶信號進(jìn)行疊加，降低噪聲對最終產(chǎn)生的聲音信號的干擾，而輕易地達(dá)到上述的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中，一種聲音處理裝置的方塊圖；

圖2為本發(fā)明一實施例中，一個范例性電子裝置的示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例中，在濾波器允許信號通過的三個范例性頻帶的示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例中，噪聲的信號頻譜的示意圖；

圖5為本發(fā)明一實施例中，聲音處理裝置的方塊圖；

圖6為本發(fā)明一實施例中，一種聲音處理方法的流程圖；

圖7為本發(fā)明一實施例中，結(jié)合圖1的比較器與圖5的信噪比計算單元以及等化器的操作方法的流程圖；以及

圖8為本發(fā)明一實施例中，原始聲音信號以及由聲音處理裝置所產(chǎn)生的輸出聲音信號的模擬波形圖。

具體實施方式

請參照圖1。圖1為本發(fā)明一實施例中，一種聲音處理裝置1的方塊圖。聲音處理裝置1包含：麥克風(fēng)陣列10以及后濾波模塊12。

麥克風(fēng)陣列10包含：多個麥克風(fēng)100A-100C。在圖1中，是范例性的繪示三個麥克風(fēng)100A-100C，然而本發(fā)明并不以此為限。

請同時參照圖2。圖2為本發(fā)明一實施例中，一個范例性電子裝置2的示意圖。在不同實施例中，電子裝置2可為例如，但不限于智能手機(jī)、平板電腦或其他可攜式電子裝置。

在一實施例中，麥克風(fēng)100A-100C設(shè)置在電子裝置2的不同位置上，例如分別設(shè)置在前側(cè)、后側(cè)以及上側(cè)。因此，麥克風(fēng)100A-100C指向不同的方 向D1、D2及D3。在一實施例中，在對應(yīng)兩個不同方向的各麥克風(fēng)間，例如麥克風(fēng)100A以及100B間的角度大于90度。

麥克風(fēng)100A-100C配置以接收多個聲音信號101A-101C。在一實施例中，由于麥克風(fēng)100A-100C指向不同的方向，因此可以接收來自不同方向的聲音信號101A-101C。

在一實施例中，后濾波模塊12包含多個濾波器120A-120C、多個比較器122A-122C以及混合器124。在一實施例中，濾波器120A-120C的數(shù)目對應(yīng)于麥克風(fēng)100A-100C的數(shù)目。于一實施例中，比較器122A-122C的數(shù)目對應(yīng)于濾波器120A-120C的數(shù)目。

各個濾波器120A-120C配置以對其中的一聲音信號101A-101C進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生一組濾波信號。舉例來說，濾波器120A對聲音信號101A進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生一組濾波信號121A-121C。濾波器120B對聲音信號101B進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生一組濾波信號123A-123C。濾波器120C對聲音信號101C進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生一組濾波信號125A-125C。

在一實施例中，各個濾波器120A-120C為有限脈沖響應(yīng)(finite impulse response；FIR)濾波器。對有限脈沖響應(yīng)濾波器來說，當(dāng)不同時間的輸入信號包括x(n)、x(n-1)、…、x(n-N)，且輸出信號為y(n)時，則輸入及輸出信號的關(guān)系可表示為y(n)＝h₀x(n)+h₁x(n-1)+…+h_Nx(n-N)，其中h_i為第i個時刻的脈沖響應(yīng)的數(shù)值，并可根據(jù)不同的濾波狀況決定。

因此，各個濾波器120A-120C可在時域上直接處理其中一個聲音信號101A-101C，不需要在時域和頻域間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

需注意的是，由有限脈沖響應(yīng)濾波器實現(xiàn)的濾波器僅為一范例。其他合適且運作在時域的數(shù)字濾波器亦可被應(yīng)用。

于一實施例中，各組濾波信號中的各個濾波信號對應(yīng)于不同的頻帶。請參考圖3。圖3為本發(fā)明一實施例中，在濾波器120A允許信號通過的三個范例性頻帶B1-B3的示意圖。在圖3中，水平軸對應(yīng)信號頻率，其單位為例如，但不限于赫茲(Hertz)。垂直軸對應(yīng)信號被允許通過的強度，其單位為例如，但不限于dB。

在一實施例中，濾波信號121A對應(yīng)于最低且約以f_low為中心的頻帶B1，濾波信號121B對應(yīng)于中間且約以f_mid為中心的頻帶B2，且濾波信號121C 對應(yīng)于最高且約以f_high為中心的頻帶B3。

舉一個數(shù)值的范例，于一實施例中，濾波信號121A對應(yīng)的頻帶B1的范圍在100赫茲以下。濾波信號121B對應(yīng)的頻帶B2的范圍在100赫茲以上至2千赫茲以下。濾波信號121C對應(yīng)的頻帶B3的范圍在2千赫茲以上。更進(jìn)一步地，各組濾波信號均包含一個對應(yīng)于相同頻帶的濾波信號。舉例來說，濾波信號121A、123A及125A對應(yīng)于相同的頻帶，例如范圍在100赫茲以下的頻帶。

各個比較器122A-122C配置以接收各組濾波信號中，對應(yīng)到特定頻帶的一個濾波信號。舉例來說，比較器122A接收濾波信號121A、123A及125A。比較器122B接收濾波信號121B、123B及125B。比較器122C接收濾波信號121C、123C及125C。

比較器122A-122C更進(jìn)一步配置以比較所接收的濾波信號的強度。更進(jìn)一步的，比較器122A-122C根據(jù)特定頻帶的噪聲強度相關(guān)性，分別選擇其中一個所接收的濾波信號作為輸出信號127A-127C。

比較器122A-122C的運作機(jī)制將同時參照圖1及圖4詳細(xì)敘述。圖4為本發(fā)明一實施例中，噪聲的信號頻譜的示意圖，以繪示噪聲強度以及頻帶間的相關(guān)性。

如圖4所示，圖示中的x軸為頻率(Hertz)且y軸為強度(dB)，其中x軸上的數(shù)值是以對數(shù)尺度表示。

噪聲信號的頻譜顯示出噪聲，例如風(fēng)吹的聲音，傾向于在較低的頻帶有較大的強度，并逐漸在較高的頻帶中遞減。在圖4中，低于100赫茲的頻帶(標(biāo)示為最低)中的噪聲具有最大的強度。高于2千赫茲的頻帶(標(biāo)示為最高)中的噪聲具有最小的強度。而在高于100赫茲且低于2千赫茲的中間頻帶(標(biāo)示為中間)中的噪聲具有中間的強度。

須注意的是，上述的各個頻帶的范圍僅為一范例。在不同實施例中，可利用最大強度的不同比例來定義各個頻帶的范圍。舉例來說，最高頻帶可定義為噪聲在小于其最大值的20％的范圍。最低頻帶可定義為噪聲在大于其最大強度的80％的范圍。更進(jìn)一步，中間頻帶則可定義為在噪聲最大強度的20％-80％的范圍。

因此，當(dāng)特定頻帶的頻率愈低，噪聲強度將愈高，以使所接收的濾波信號 中具有較低強度者被選擇。

以比較器122A為例，比較器122A比較所接收對應(yīng)于100赫茲以下的最低頻帶的濾波信號121A、123A及125A的強度。由于根據(jù)上述頻帶的噪聲強度相關(guān)性，最低頻帶的噪聲強度將是最大的，因此濾波信號121A、123A及125A中具有最大強度者的是較可能受到噪聲影響的信號。

因此，比較器122A將選擇濾波信號121A、123A及125A中具有最小強度者輸出為頻帶信號127A。

另一方面，當(dāng)特定頻帶的頻率愈高，噪聲強度將愈低，以使所接收的濾波信號中具有較大強度者被選擇。

以比較器122C為例，比較器122C比較所接收對應(yīng)于2千赫茲以上的最高頻帶的濾波信號121C、123C及125C的強度。由于根據(jù)上述頻帶的噪聲強度相關(guān)性，最高頻帶的噪聲強度將是最小的，因此濾波信號121C、123C及125C中具有最大強度者的是較可能帶有真實的聲音的信號，例如人說話的聲音。

因此，比較器122C將選擇濾波信號121C、123C及125C中具有最大強度者輸出為頻帶信號127C。

在另一方面，當(dāng)特定頻帶的頻率在中間的范圍，噪聲強度將在中等的程度，以使所接收的濾波信號中具有中間強度者被選擇。

以比較器122B為例，比較器122B比較所接收對應(yīng)于100赫茲以上，2千赫茲以下的中間頻帶的濾波信號121B、123B及125B的強度。由于根據(jù)上述頻帶的噪聲強度相關(guān)性，最高頻帶的噪聲強度是中間程度，因此濾波信號121B、123B及125B中具有中間強度者的是較可能帶有真實聲音的信號且具有較小的噪聲影響。

因此，比較器122B將選擇濾波信號121B、123B及125B中具有中間強度者輸出為頻帶信號127B。于另一實施例中，比較器122B可對濾波信號121B、123B及125B進(jìn)行平均以產(chǎn)生頻帶信號127B。

混合器124配置以疊加頻帶信號127A-127C以產(chǎn)生輸出聲音信號129。在一實施例中，聲音處理裝置1還包含記憶體14以儲存輸出聲音信號129。

因此，聲音處理裝置1通過指向不同方向的麥克風(fēng)100A-100C接收來自不同方向，包括聲音信息和噪聲的聲音信號101A-101C。濾波器120A-120C進(jìn)一步產(chǎn)生對應(yīng)于不同頻帶的濾波信號。比較器122A-122C還根據(jù)噪聲相關(guān) 性對對應(yīng)不同頻帶的濾波信號進(jìn)行選擇，以抑制最可能在相對低的頻帶中造成影響的噪聲，以獲得較清晰的輸出聲音信號。

更進(jìn)一步地，在部分技術(shù)中，聲音信號的處理需要將聲音信號來回地在時域和頻域間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將增加硬件復(fù)雜度，且相當(dāng)耗時。本發(fā)明的聲音處理裝置1可利用運作在時域中的濾波器120A-120C，使聲音處理裝置1具有較高的信號處理速度，且更為省電。

須注意的是，上述麥克風(fēng)100A-100C、濾波器120A-120C以及比較器122A-122C的數(shù)目僅為一范例。在一實施例中，濾波器的數(shù)目可為兩個，以對應(yīng)于兩個頻帶。然而，僅有一個相對低的頻帶和一個相對高的頻帶，將可能無法有效地移除噪聲的影響，或是可能移除過多的信號。因此，濾波器的數(shù)目較建議為三個以上。

圖5為本發(fā)明一實施例中，聲音處理裝置5的方塊圖。

與圖1繪示的聲音處理裝置1類似，聲音處理裝置5包含麥克風(fēng)陣列10以及后濾波模塊12。然而，在濾波器120A-120C和混合器124外，本實施例中的后濾波模塊12包含頻帶處理單元500A-500C，而非圖1所繪示的比較器122A-122C。更進(jìn)一步地，后濾波模塊12包含信噪比(signal and noise ratio；SNR)計算單元502以及等化器(equalizer)504A-504C。

各頻帶處理單元500A-500C配置以接收各組濾波信號中，對應(yīng)于特定頻帶的一個濾波信號。舉例來說，頻帶處理單元500A接收濾波信號121A、123A及125A。頻帶處理單元500B接收濾波信號121B、123B及125B。頻帶處理單元500C接收濾波信號121C、123C及125C。

頻帶處理單元500A-500C更配置以分別根據(jù)所接收的濾波信號的加權(quán)平均產(chǎn)生頻帶信號127A-127C其中之一。其中加權(quán)平均是根據(jù)與特定頻帶的噪聲強度相關(guān)的多個權(quán)重系數(shù)計算而得。

當(dāng)特定頻帶的頻率較低，噪聲強度較高，而使得對應(yīng)所接收的濾波信號中具有較大強度者的權(quán)重系數(shù)具有較低的值。

以頻帶處理單元500A為例，頻帶處理單元500A計算所接收的濾波信號121A、123A及125A的權(quán)重系數(shù)，以產(chǎn)生頻帶信號127A。于一實施例中，濾波信號121A、123A及125A的數(shù)值表示為S_1a、S_2a及S_3a。

頻帶信號127A的值O_a表示為O_a＝k_1aS_1a+k_2aS_2a+k_3aS_3a，其中k_1a、k_2a及 k_3a為權(quán)重系數(shù)。如果S_1a的值為最大且S_3a的值為最小，由于根據(jù)上述的頻帶間的噪聲相關(guān)度，此頻帶的噪聲強度為最大，因此，權(quán)重系數(shù)k_1a將具有最小值，而權(quán)重系數(shù)k_3a將具有最大值。噪聲的影響將可因此而被抑制。

另一方面，當(dāng)特定頻帶的頻率較高，噪聲強度較低，而使得對應(yīng)所接收的濾波信號中具有較大強度者的權(quán)重系數(shù)具有較高的值。

以頻帶處理單元500C為例，頻帶處理單元500C計算所接收的濾波信號121C、123C及125C的權(quán)重系數(shù)，以產(chǎn)生頻帶信號127C。于一實施例中，濾波信號121C、123C及125C的數(shù)值表示為S_1c、S_2c及S_3c。

頻帶信號127C的值O_c表示為O_c＝k_1cS_1c+k_2cS_2c+k_3cS_3c，其中k_1c、k_2c及k_3c為權(quán)重系數(shù)。如果S_1c的值為最大且S_3c的值為最小，由于根據(jù)上述的頻帶間的噪聲相關(guān)度，此頻帶的噪聲強度為最小，因此，權(quán)重系數(shù)k_3c將具有最小值，而權(quán)重系數(shù)k_1c將具有最大值。噪聲的影響將可因此而被抑制。

在另一方面，當(dāng)特定頻帶的頻率在中間范圍，噪聲強度亦在中間范圍，而使得對應(yīng)所接收的濾波信號中具有中間強度者被選擇。

以頻帶處理單元500B為例，頻帶處理單元500B計算所接收的濾波信號121B、123B及125B的權(quán)重系數(shù)，以產(chǎn)生頻帶信號127B。于一實施例中，濾波信號121B、123B及125B的數(shù)值表示為S_1b、S_2b及S_3b。

頻帶信號127B的值O_b表示為O_b＝k_1bS_1b+k_2bS_2b+k_3bS_3b，其中k_1b、k_2b及k_3b為權(quán)重系數(shù)。如果S_1b的值為最大且S_3b的值為最小，由于根據(jù)上述的頻帶間的噪聲相關(guān)度，此頻帶的噪聲強度為位于中間范圍，因此，權(quán)重系數(shù)k_3b將具有最大值，而權(quán)重系數(shù)k_1b及k_2b將具有其他小于的值k_3b。噪聲的影響將可因此而被抑制。

于一實施例中，在頻帶信號127A-127C產(chǎn)生后，信噪比計算單元502進(jìn)一步根據(jù)頻帶信號127A-127C的第一部分以及第二部分的比例，計算信噪比。

于一實施例中，頻帶信號127A-127C的第一部分的頻率對應(yīng)大于預(yù)設(shè)頻率的頻帶，例如大于100赫茲的頻帶。因此，頻帶信號127B及127C為頻帶信號127A-127C的第一部分，并包含較多真實的聲音信號。

另一方面，頻帶信號127A-127C的第二部分的頻率對應(yīng)不大于預(yù)設(shè)頻率的頻帶，例如不大于100赫茲的頻帶。因此，頻帶信號127A為頻帶信號127A-127C的第二部分，并包含較多噪聲。

因此，信噪比可根據(jù)頻帶信號127A-127C的第一部分以及第二部分的比例決定。當(dāng)信噪比不小于一個臨界值時，等化器504A-504C進(jìn)行旁路(bypass)，以使所計算的頻帶信號127A-127C直接由混合器124相加，以產(chǎn)生輸出聲音信號129。

當(dāng)信噪比小于臨界值時，等化器504A-504C啟動。等化器504A-504C配置以根據(jù)頻帶信號127A-127C對應(yīng)的頻帶，對頻帶信號127A-127C進(jìn)行等化。舉例來說，頻帶信號127A-127B可選擇性地放大或是維持在相同的值，而頻帶信號127C可抑制為原值的一半，以增加頻帶信號127A-127B與頻帶信號127C間的信噪比。在另一范例中，頻帶信號127A-127B可維持在相同的值，而頻帶信號127C可抑制為原值的三分之一。

等化后的頻帶信號127A’-127C’更進(jìn)一步由混合器124疊加，以產(chǎn)生輸出聲音信號129。

需注意的是，在部分實施例中，頻帶信號127A-127C可由比較器122A-122C以及頻帶處理單元500A-500C的組合產(chǎn)生。舉例來說，頻帶信號127A及127C可分別由比較器122A及122C產(chǎn)生，而頻帶信號127B則是由頻帶處理單元500B在設(shè)定各個權(quán)重系數(shù)k_1b、k_2b及k_3b為1/3后產(chǎn)生。

圖6為本發(fā)明一實施例中，一種聲音處理方法600的流程圖。聲音處理方法600可應(yīng)用于圖1所繪示的聲音處理裝置1或是圖5所繪示的聲音處理裝置5中。聲音處理方法600包含下列步驟。應(yīng)了解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調(diào)整其前后順序，甚至可同時或部分同時執(zhí)行。

于步驟601，由包含于麥克風(fēng)陣列10并指向不同方向的麥克風(fēng)100A-100C接收聲音信號101A-101C。

于步驟602，由濾波器120A-120C對聲音信號101A-101C濾波，以產(chǎn)生區(qū)分為多組的濾波信號121A-121C、123A-123C以及125A-125C，各組濾波信號對應(yīng)于聲音信號101A-101C其中之一，其中同組的濾波信號各對應(yīng)于不同的多個頻帶其中之一。

于步驟603，分別根據(jù)各組濾波信號121A-121C、123A-123C以及125A-125C中對應(yīng)于同一個頻帶的濾波信號的強度，以及頻帶間的噪聲強度相關(guān)性間的比較，由比較器122A-122C或頻帶處理單元300A-300C產(chǎn)生頻帶信 號127A-127C。

于步驟604，由混合器124疊加頻帶信號127A-127C以產(chǎn)生輸出聲音信號129。

需注意的是，在上述的各個實施例中，可與其他實施例結(jié)合實現(xiàn)。舉例來說，請參考圖7。圖7為本發(fā)明一實施例中，結(jié)合圖1的比較器122A-122C、圖5的信噪比計算單元502以及等化器504A-504C后的操作方法700的流程圖。

于步驟701，計算各聲音信號101A-101C的能量。于一實施例中，聲音信號101A-101C的能量可由獨立設(shè)置的計算模塊(未繪示)計算。

于步驟702，判斷聲音信號101A-101C的能量是否相等。

當(dāng)聲音信號101A-101C的能量相等時，比較器122A-122C在步驟703計算聲音信號101A-101C的加權(quán)平均以產(chǎn)生頻帶信號127A-127C。

在另一方面，當(dāng)聲音信號101A-101C的能量不相等時，在步驟704中，對應(yīng)于最低頻帶的比較器122A選擇聲音信號101A-101C中具有最小強度者最為最低的頻帶信號127A，對應(yīng)于中間頻帶的比較器122B將聲音信號101A-101C進(jìn)行平均以做為中間的頻帶信號127B，且對應(yīng)于最高低頻帶的比較器122C選擇聲音信號101A-101C中具有最大強度者最為最高的頻帶信號127C。

流程在步驟703或704執(zhí)行后接續(xù)至步驟705，其中在步驟705，信噪比計算單元502根據(jù)頻帶信號127A-127C的第一部份及第二部分計算信噪比，在一實施例中，第一部分為頻帶信號127B及127C的能量總和，而第二部分為頻帶信號127A的能量。

于步驟706，判斷信噪比是否大于一臨界值。

當(dāng)信噪比大于臨界值時，于步驟707，各等化器504A-504C的增益為1。

當(dāng)信噪比小于臨界值時，于步驟708，等化器504A的增益為0.5，而各個其他的等化器504B及504C的增益則為1。

在步驟709，等化后的頻帶信號127A-127C直接由混合器124疊加，以產(chǎn)生輸出聲音信號129。

圖8為本發(fā)明一實施例中，原始聲音信號80以及由聲音處理裝置，例如圖1的聲音處理裝置1所產(chǎn)生的輸出聲音信號82(在圖8中標(biāo)示為“處理后”) 的模擬波形圖。

在圖8中，橫軸對應(yīng)于時間，其單位為例如，但不限于秒?？v軸對應(yīng)于信號的強度。

如圖8所示，原始聲音信號80包括范例語音部分800、802及804和相當(dāng)大的風(fēng)聲噪聲部分806。在聲音處理裝置根據(jù)所接收的原始聲音信號80進(jìn)行處理后，輸出聲音信號82大幅度地抑制風(fēng)聲噪聲部分806，并將范例語音部分800、802及804維持在與原始聲音信號80中大約相同的強度。因此，本發(fā)明的聲音處理裝置1可大幅降低環(huán)境的噪聲帶來的沖擊。

雖然本發(fā)明內(nèi)容已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明內(nèi)容，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明內(nèi)容的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。