波束形成裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及為了從多個傳聲器(miCTophone)信號中得到強調(diào)了目標信號的信號而進行波束形成的波束形成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在噪聲較大的環(huán)境下或存在多個信號源的環(huán)境下，為了構(gòu)筑車載免提那樣的通話系統(tǒng)，需要僅分離提取出特定信號源(說話者)的信號的技術(shù)。作為該技術(shù)之一，可列舉出波束形成器。波束形成器通過使由微陣列得到的多個通道的信號相加，來強調(diào)目標方向的信號，在波束形成器中，存在固定式波束形成器和自適應(yīng)式波束形成器。
[0003]如圖6所示，最簡單的固定型波束形成器為延遲求和法(Delay and Sum:延遲求和)，由雙通道的傳聲器901、902、信號延遲部903以及延遲求和部904構(gòu)成。該延遲求和法通常進行少量計算即可，但在車載目的等難以使用多個傳聲器的情況下，存在旁瓣大、在混響(reverberat1n)環(huán)境下有效性不佳，針對低頻區(qū)域不能得到足夠的指向性等問題。
[0004]在低頻區(qū)域中，為了提高指向性，需要加長傳聲器陣列整體的陣列長度。例如，在希望針對1000Hz的聲音得到主瓣土 10°左右的指向性的情況下，陣列長度需要為約2m。此夕卜，在通過單純地加長傳聲器陣列的間隔來加長陣列長度時，存在在目標方向以外產(chǎn)生柵瓣(grating lobe)、指向性下降的這樣的問題(參照非專利文獻I)。因此，為了抑制柵瓣、保持低頻區(qū)域中的指向性，需要密集地排列多個傳聲器，存在非常耗費成本的問題。
[0005]與此相對，自適應(yīng)波束形成器是形成指向性的方式，以使目標方向的靈敏度保持恒定并使噪聲音源成為死角，該自適應(yīng)波束形成器針對低頻區(qū)域也有效，即使在混響環(huán)境下也能夠進行噪聲抑制。自適應(yīng)波束形成器存在各種方式，作為能夠視為延遲求和法的擴展的方式之一，存在廣義旁_對消器(GSC-Generalized Sidelobe Canceller)。廣義旁_對消器是利用固定波束形成器和自適應(yīng)濾波器來抑制噪聲的波束形成器，如圖7所示，構(gòu)成基于雙通道的傳聲器的通常的Griffith-Jim式GSC。其由雙通道的傳聲器901、902、信號延遲部903、延遲求和部904、目標聲音阻斷部905以及自適應(yīng)濾波器906構(gòu)成，目標聲音阻斷部905進行基于傳聲器信號的減法的減法型波束形成器。在自適應(yīng)濾波器906中，使用目標聲音阻斷部905的輸出，估計噪聲成分，求出與延遲求和部904的輸出之間的差分。
[0006]在減法型波束形成器的輸出結(jié)果中，被認為僅殘留有減去目標信號后的噪聲成分，通過將其作為自適應(yīng)濾波器的輸入應(yīng)用，能夠從延遲求和法的結(jié)果中去除噪聲成分。但是存在如下問題:通過單純的減法往往不能充分去除目標信號，在自適應(yīng)濾波器中，不能充分去除噪聲，甚至會去除目標信號。
[0007]作為其對策，在專利文獻I中，構(gòu)成為:由使用了固定波束形成器的輸出和傳聲器輸入的自適應(yīng)濾波器來構(gòu)成目標聲音阻斷部，從各傳聲器輸入中去除目標信號。與單純的減法型波束形成器相比，能夠得到更加充分去除了目標聲音后的信號，提高后級的自適應(yīng)濾波器中的噪聲抑制的性能。
[0008]在先技術(shù)文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開平08-122424號公報
[0011]非專利文獻
[0012]非專利文獻1:大賀壽郎、山崎芳男、金田豊著，「音響> 只亍UtT Λ夕夕少処理」、初版、社団法人電子情報通信學會、1995年3月25日，ρ181-186

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問題
[0014]但是，上述專利文獻I公開的技術(shù)是在固定波束形成器中，利用固定FIR(FiniteImpulse Response:有限脈沖響應(yīng))濾波器等來規(guī)整多個輸入信號的相位，提高SN比(Signal to Noise Rat1:信噪比)，在因聲場環(huán)境不同而使得在每一頻帶中相位的偏差方式或強度不同的情況下或在發(fā)生變動的情況下，存在不能高精度地匹配相位、相位匹配的性能下降的問題。
[0015]本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題而完成的，目的在于提高多個輸入信號的相位匹配的精度，得到提高了 SN比的輸出信號。
[0016]用于解決問題的手段
[0017]本發(fā)明的波束形成裝置具有:聲音輸入部，其由兩個傳聲器構(gòu)成，將收集到的聲音轉(zhuǎn)換為第I聲音信號和第2聲音信號；第I目標聲音阻斷部和第2目標聲音阻斷部，其從聲音輸入部轉(zhuǎn)換后的第I聲音信號和第2聲音信號中去除彼此具有相關(guān)性的目標信號；相位匹配部，其使用在第I目標聲音阻斷部去除目標信號時取得的信息，匹配第I聲音信號與第2聲音信號的相位而進行合成；以及噪聲學習部，其根據(jù)在第I目標聲音阻斷部和第2目標聲音阻斷部中去除了目標信號后的信號，來學習相位匹配部的輸出信號中包含的噪聲成分。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能夠不受聲場環(huán)境變化的影響，高精度地進行多個輸入信號的相位匹配，得到提高了 SN比輸出信號。
【附圖說明】
[0020]圖1是示出實施方式I的波束形成裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021]圖2是示出實施方式2的波束形成裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0022]圖3是示出實施方式3的波束形成裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖4是示出實施方式3的波束形成裝置的目標聲音阻斷對的結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]圖5是示出實施方式4的波束形成裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖6是示出延遲求和法的固定型波束形成器的結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖7是示出廣義旁瓣對消的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，為了更詳細地說明本發(fā)明，根據(jù)附圖，對其【具體實施方式】進行說明。
[0028]實施方式1.
[0029]圖1是示出本發(fā)明的實施方式I的波束形成裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]實施方式I的波束形成裝置由第I傳聲器101、第2傳聲器102、第I目標聲音阻斷部103、第2目標聲音阻斷部104、相位匹配部105、噪聲學習部106構(gòu)成。
[0031]第I傳聲器101和第2傳聲器102將外部聲音轉(zhuǎn)換為電信號(第I聲音信號和第2聲音信號)。第I目標聲音阻斷部103利用第2傳聲器102的信號，進行從第I傳聲器101的信號中阻斷目標聲音的處理。第2目標聲音阻斷部104利用第I傳聲器101的信號，進行從第2傳聲器102的信號中阻斷目標聲音的處理。相位匹配部105使用從第I目標聲音阻斷部103輸入的處理結(jié)果，進行從第I傳聲器101和第2傳聲器102輸入的輸入信號的相位匹配。噪聲學習部106使用從第I目標聲音阻斷部103和第2目標聲音阻斷部104輸出的信號的混合信號，根據(jù)相位匹配部105的輸出信號來學習噪聲成分。
[0032]接下來，對該實施方式I的波束形成裝置的動作進行說明。
[0033]另外，以下，以對第I目標聲音阻斷部103和第2目標聲音阻斷部104使用基于LMS (Least Mean Squares filter:最小均方濾波器)的自適應(yīng)濾波器的情況為例來進行說明。
[0034]如圖1所示，第I目標聲音阻斷部103將第I傳聲器101的信號X1至第2傳聲器102的信號&作為輸入，利用LMS自適應(yīng)濾波器求出殘差信號。由此，能夠從第I傳聲器101的信號^中去除第I傳聲器101、第2傳聲器102雙方包含的具有相關(guān)性的信號(目標信號)。
[0035]在設(shè)時刻η的第I傳聲器101的信號為X1 (η)、第2傳聲器102的信號為χ2 (η)、第I目標聲音阻斷部103的輸出Sy1(Ii)、第I目標聲音阻斷部103的LMS自適應(yīng)濾波器的濾波系數(shù)為F(n) = Ditl (η)、h?、…、Iy1 (η) ]τ時，根據(jù)以下的式⑴至式(3)，求出聲音去除后的信號ei (η)。
[0036]X2 (η) = [χ2 (η)，x2 (n-1)，…，χ2 (η-ρ-1) ]τ...(I)
[0037]θ! (η) = X1 (η) I1 (η) = X1 (η) -Ft (η).X2 (η)...(2)
[0038]F (η+1) =F (η)+ μ.G1 (η).X2 (η)...(3)
[0039]在式(3)中，μ為求出學習速度的常數(shù)，是小于I的正值，在式⑴中，P表示LMS自適應(yīng)濾波器的長度，在式(I)和式(2)中，T表示轉(zhuǎn)置矩陣。而且，LMS自適應(yīng)濾波器的長度P使用了聲音信號具有相關(guān)性的程度的長度。在LMS自適應(yīng)濾波器中，在功率較強時，容易推進濾波系數(shù)的學習，在聲音區(qū)間中推進學習，容易從第I傳聲器101的信號X1中去除聲音信號。
[0040]同樣，第2目標聲音阻斷部104將第2傳聲器102的信號X2至第I傳聲器101的信號4作為輸入，利用LMS自適應(yīng)濾波器求出殘差信號。由此，能夠從第2傳聲器102的信號&中去除第2傳聲器102、第I傳聲器101雙方包含的具有相關(guān)性的信號(目標信號)。
[0041]另一方面，相位匹配部105使第I傳聲器101的信號X1和第2傳聲器102的信號X2通過FIR濾波器進行合成。此處，將第I目標聲音阻斷部103學習得到的LMS自適應(yīng)濾波器的濾波系數(shù)F(n)設(shè)定為FIR濾波器的系數(shù)。由第I目標聲音阻斷部103學習得到的濾波系數(shù)F (η)是以使第2傳聲器102的信號X2與第I傳聲器101的信號x i匹配相位的方式學習得到的系數(shù)，因此，通過與第2傳聲器102的信號&進行卷積，能夠得到與第I傳聲器101的信號X1相位匹配的信號。即，使第2傳聲器102的信號X2與第I目標聲音阻斷部103學習得到的濾波系數(shù)F(n)進行卷積后的信號與第I傳聲器101的信號X1相加，并進行平均化。時刻η的相位匹配部105的輸出信號ζ (η)由以下的式(4)表示。
[0042]ζ (n) = (X1 (n) +Ft (η).X2 (η)) /2...(4)
[0043]通過相