远场声音捕获制造技术

一种用于远场声音捕获的系统方法，所述方法包括：拾取声音以提供M≥2个传声器信号；对所述M个传声器信号(和一个或多个参考信号)进行回声消除处理以提供M个回声消除的信号；以及对所述M个回声消除的信号进行波束成形处理以提供B≥1个波束成形的信号。

Far field sound capture

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】远场声音捕获
本公开涉及一种用于远场声音捕获的系统和方法(统称为“系统”)。
技术介绍
用于远场声音捕获的系统(也被称为远场传声器或远场传声器系统)适于记录来自定位在距远场传声器更大的距离(例如，若干米)处的期望声源的声音。然而，声源与远场传声器之间的距离越大，期望声噪比越低。在本案中，术语“噪声”包括不携带信息、想法或情绪的声音(例如，没有言语或音乐)。如果噪声是非期望的，那么它也被称为干扰噪声。当言语或音乐被引入诸如住宅或办公室内部的充满噪声的环境中时，内部中存在的噪声可能对期望言语通信或音乐呈现有非期望的干扰效果。降噪通常是非期望信号的衰减，但是也可能包括期望信号的放大。期望信号可以是言语信号，而非期望信号可以是在环境中的干扰期望信号的任何声音。已经结合降噪使用的三种主要方法如下：定向波束成形、频谱减法和基于音调的言语增强。设计用于接收空间上传播的信号的系统通常遇到干扰信号的存在。如果期望信号和干扰源占用相同的时间频带，那么不能使用时间滤波来将期望信号与干扰分离。存在对改善降噪的期望。
技术实现思路
一种用于远场声音捕获的系统包括：M≥2个传声器，所述M≥2个传声器被配置为拾取声音和提供M个电传声器信号；多通道声学回声消除器，所述多通道声学回声消除器被配置为接收所述M个传声器信号(和一个或多个参考信号)和提供M个回声消除的信号；以及(固定)波束成形器块，所述(固定)波束成形器块被配置为接收所述M个回声消除的信号和处理所述M个回声消除的信号以提供B≥1个波束成形的信号。一种言语停顿检测器包括：时间-频率变换块，所述时间-频率变换块被配置为将在时域中的输入信号变换为在频域中的输入信号；分裂器，所述分裂器被配置为将在所述频域中的所述输入信号拆分成在所述频域中的多个中间信号；以及多个噪声估计器，所述多个噪声估计器被配置为估计在所述频域中的每个中间信号中包含的噪声。所述言语停顿检测器还包括：多个信噪比评估器，所述多个信噪比评估器被配置为从在所述频域中的所述多个中间信号和在所述频域中的每个中间信号中包含的所述估计的噪声来评估在所述频域中的每个输入信号的所述信噪比；多个比较器，所述多个比较器被配置为将每个信噪比与预定阈值进行比较，以提供信噪比较信号；加法器，所述加法器被配置为将所述信噪比较信号相加和提供和信号；以及语音活动检测器，所述语音活动检测器被配置为检测在所述和信号中言语信号的出现和未出现以及提供指示言语信号的所述出现和所述未出现的语音活动信号。一种用于远场声音捕获的方法，所述方法包括：拾取声音以提供M≥2个传声器信号；对所述M个传声器信号(和一个或多个参考信号)进行回声消除处理以提供M个回声消除的信号；以及对所述M个回声消除的信号进行波束成形处理以提供B≥1个波束成形的信号。一种言语停顿检测方法包括：将在时域中的输入信号变换为在频域中的输入信号；将在所述频域中的所述输入信号拆分成在所述频域中的多个中间信号；估计在所述频域中的每个中间信号中包含的噪声；以及从在所述频域中的所述多个中间信号和在所述频域中的每个中间信号中包含的所述估计的噪声来评估在所述频域中的每个输入信号的所述信噪比。所述方法还包括：将每个信噪比与预定阈值进行比较，以提供信噪比较信号；将所述信噪比较信号相加并提供和信号；以及检测在所述和信号中言语信号的出现和未出现以及提供指示言语信号的所述出现和所述未出现的语音活动信号。在研究下面的详细描述和附图后，其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都应包括在本说明书中、在本专利技术的范围内，并且受所附权利要求书的保护。附图说明参考下面的附图和描述可以更好地理解系统。附图中的部件未必按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记在各个不同的视图中表示对应的部件。图1是示出示例性远场传声器系统的示意图。图2是示出可适用于图1中所示的远场传声器系统的示例性声学回声消除器的示意图。图3是示出示例性滤波器和求和波束成形器的示意图。图4是示出示例性波束转向块的示意图。图5是示出具有自适应后置滤波器而没有自适应阻塞滤波器的自适应波束成形器的简化结构的示意图。图6是具有示例性言语停顿检测块的示例性远场传声器的示意图。图7是示出在频域中操作的示例性言语停顿检测块的示意图。附图在一个或多个结构部件的上下文中描述了概念。附图中所示的各种部件可以以任何方式实现，包括例如在适当的硬件上执行的软件或固件程序代码、硬件及其任何组合。在一些示例中，各种部件可以反映在实际实现方式中对应的部件的使用。某些部件可以被分解为多个子部件，并且某些部件可以以与本文所示的次序不同的次序实现，包括并行方式。具体实施方式已经发现，期望信号和干扰信号通常源自不同的空间位置。因此，在音频应用中可以使用波束成形技术改善信噪比。常见波束成形技术包括延迟和求和技术、使用算法(诸如Griffiths-Jim算法)的自适应有限脉冲响应(FIR)滤波技术以及基于人类双耳听觉系统的建模的技术。波束成形器可以被分类为数据独立或统计最佳的，这取决于权重的选择方式。在数据独立波束成形器中的权重不取决于阵列数据，并且被选择为针对所有信号/干扰场景呈现指定响应。统计上最佳的波束成形器基于数据的统计而选择权重以优化波束成形器响应。数据统计通常是未知的，并且可能随时间而变化，因此使用自适应算法获得收敛到统计上最佳的解的权重。计算方面的考虑要求使用具有由大量传感器组成的阵列的部分地自适应波束成形器。已经提出许多不同的方法来实现最佳波束成形器。一般，统计上最佳的波束成形器在干扰源的方向上放置零点，以试图最大化在波束成形器输出处的信噪比。在许多应用中，期望信号可能具有未知强度，并且可能不总是存在。在此类应用中，不可能正确地估计在最大信噪比(SNR)中的信号和噪声协方差矩阵。缺乏关于期望信号的知识可能阻止对参考信号方法的利用。通过将线性约束应用于权重矢量，可以克服这些限制。使用线性约束是允许对波束成形器的自适应响应的扩展的控制的方法。然而，不存在通用线性约束设计方法，并且在许多应用中，不同类型的约束技术的组合可能是有效的。然而，试图找到用于设计线性约束的单一最佳方式或不同方式的组合限制了依赖于用于波束成形应用的线性约束设计的技术的使用。广义旁瓣抵消(GSC)技术是解决与用于波束成形应用的线性约束设计技术相关联的缺点的替代方法。本质上，GSC是用于将受约束的最小化问题转变为无约束的形式的机制。GSC使来自某个方向的期望信号不失真，同时抑制从其它方向辐射的非期望信号。然而，GSC使用两个路径结构：用于实现指向期望信号的方向的(固定)波束成形器的期望信号路径，以及理想地自适应地生成纯噪声估计的非期望信号路径，从固定波束成形器的输出信号减去纯噪声估计，从而通过抑制噪声来增加其信噪比(SNR)。非期望信号路径，即用于噪声估计的路径，可以以两部分方法实现。非期望信号路径的第一级从该级的输入信号移除或阻塞期望信号的剩余分量，例如，在单一输入的情况下为自适应阻塞滤波器，或如果使用多于一个输入信号，那么为自适应阻塞矩阵。非期望信号路径的第二级还可以包括自适应(多通道)干扰消除器(AIC)，以便生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于远场声音捕获的系统，所述系统包括：M≥2个传声器，所述M≥2个传声器被配置为拾取声音和提供M个电传声器信号；多通道声学回声消除器，所述多通道声学回声消除器被配置为接收所述M个传声器信号和提供M个回声消除的信号；以及波束成形器，所述波束成形器被配置为接收所述M个回声消除的信号和处理所述M个回声消除的信号以提供B≥1个波束成形的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.04 EP 17150217.21.一种用于远场声音捕获的系统，所述系统包括：M≥2个传声器，所述M≥2个传声器被配置为拾取声音和提供M个电传声器信号；多通道声学回声消除器，所述多通道声学回声消除器被配置为接收所述M个传声器信号和提供M个回声消除的信号；以及波束成形器，所述波束成形器被配置为接收所述M个回声消除的信号和处理所述M个回声消除的信号以提供B≥1个波束成形的信号。2.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括波束转向器，所述波束转向器被配置为接收和处理所述B个波束成形的信号，其中处理所述B个波束成形的信号包括检测期望源波束信号，所述期望源波束信号表示指向期望源的声波波束。3.如权利要求2所述的系统，其中处理所述B个波束成形的信号还包括检测非期望源波束信号，所述非期望源波束信号表示指向非期望源的声波波束。4.如权利要求2或3所述的系统，所述系统还包括自适应干扰消除器，所述自适应干扰消除器被配置为基于所述期望源波束信号和所述非期望源波束信号中的至少一个而提供估计的噪声信号；以及减法器，所述减法器被配置为从所述期望波束信号减去所述估计的噪声信号以提供输出信号。5.如权利要求2所述的系统，其中处理所述B个波束成形的信号还包括评估所述B个波束成形的信号的信噪比以识别最高信噪比，并且基于所述最高信噪比而检测所述期望源波束信号。6.如权利要求3所述的系统，其中处理所述B个波束成形的信号还包括评估所述B个波束成形的信号的所述信噪比以识别最低信噪比，并且基于所述最低信噪比而检测所述非期望源波束信号。7.如权利要求3所述的系统，其中处理所述B个波束成形的信号还包括基于所述期望源波束信号而检测所述非期望源波束信号，因为所述非期望源波束信号表示指向所述期望源的相反方向的声波波束。8.如权利要求4所述的系统，所述系统还包括自适应阻塞滤波器，所述自适应阻塞滤波器与所述波束转向器和所述自适应干扰消除器可操作地耦合，所述自适应阻塞滤波器被配置为处理来自所述波束转向器的所述期望源波束信号和所述非期望源波束信号中的至少一个以及向所述自适应干扰消除器提供误差信号，并且所述自适应干扰消除器被配置为基于所述误差信号而提供估计的噪声信号。9.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括自适应后置滤波器、言语停顿检测器、降噪滤波器和自动化增益受控放大器中的至少一个，每个都连接在所述减法器的下游，其中所述自适应后置滤波器被配置为提供具有降低的统计宽带噪声的经滤波的输出信号，所述自动化增益受控放大器被配置为控制所述输出信号的信号电平，并且所述言语停顿检测器被配置为检测在所述输出信号或所述经滤波的输出信号中言语信号的出现和未出现。10.如权利要求4所述的系统，所述系统还包括延迟元件，所述延迟元件与所述波束转向器和所述减法器可操作地耦合，并且被配置为及时地延迟由所述波束转向器供应到所述减法器的所述期望源波束信号。11.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括：高通滤波器块，所述高通滤波器块与所述波束成形器可操作地耦合，并且被配置为滤除所述B个波束成形的信号中包含的噪声，以提供经高通滤波的信号；信号平滑块，所述信号平滑块与所述高通滤波器块可操作地耦合，并且被配置为对所述经高通滤波的信号进行低通滤波，以提供平滑的信号；以及噪声估计块，所述噪声估计块与所述信号平滑块可操作地耦合，并且被配置为估计所述平滑的信号中包含的背景噪声，以提供估计的背景噪声信号。12.如权利要求11所述的系统，所述系统还包括信噪比确定块，所述信噪比确定块与所述信号平滑块和所述噪声估计块可操作地耦合，并且被配置为基于所述平滑的信号和所述估计的背景噪声信号而确定信噪比，以提供信噪比值。13.如权利要求12所述的系统，其中所述信噪比确定块进一步被配置为在时域中或在频域中或在子带频域中处理所述平滑的信号和所述估计的背景噪声信号。14.如权利要求12或13所述的系统，所述系统还包括比较器块，所述比较器块与所述信噪比确定块可操作地耦合，并且被配置为将所述信噪比值与一个或多个预定(或可控制的)阈值进行比较，针对每个信噪比值，如果所述信噪比值超过相应阈值，那么提供指示语音活动的活动状态标志，并且如果所述信噪比值低于相应阈值，那么提供指示没有语音活动所述阈值的状态标志。15.如权利要求14所述的系统，所述系统还包括控制器块，所述控制器块被配置为：评估具有所述最高信噪比的信号的频率分布和具有所述最低信噪比的信号的频率分布中的至少一者；以及基于具有所述最高信噪比的信号的所述频率分布，输出所述期望源波束信号，并且基于具有所述最低信噪比的信号的所述频率分布，输出所述非期望源波束信号。16.如权利要求15所述的系统，所述系统还包括衰减器块，所述衰减器块被配置为如果所述期望波束信号和所述非期望波束信号中的至少一者随时间而改变，那么使所述至少一个输出信号衰减。17.一种言语停顿检测器，所述言语停顿检测器包括：时间-频率变换块，所述时间-频率变换块被配置为将在时域中的输入信号变换为在频域中的输入信号；分裂器，所述分裂器被配置为将在所述频域中的所述输入信号拆分成在所述频域中的多个中间信号；多个噪声估计器，所述多个噪声估计器被配置为估计在所述频域中的每个中间信号中包含的噪声；多个信噪比评估器，所述多个信噪比评估器被配置为从在所述频域中的所述多个中间信号和在所述频域中的每个中间信号中包含的所述估计的噪声来评估在所述频域中的每个输入信号的所述信噪比；多个比较器，所述多个比较器被配置为将每个信噪比与预定阈值进行比较，以提供信噪比较信号；加法器，所述加法器被配置为将所述信噪比较信号相加和提供和信号；以及语音活动检测器，所述语音活动检测器被配置为检测在所述和信号中言语信号的出现和未出现以及提供指示言语信号的所述出现和所述未出现的语音活动信号。18.如权利要求17所述的言语停顿检测器，所述言语停顿检测器还包括言语停顿检测计时器，所述言语停顿检测计时器被配置为在检测到在所述和信号中言语信号的未出现的预定时间时提供非活动信号。19.如权利要求17或18所述的言语停顿检测器，其中：所述言语停顿检测计时器包括计数器，以用于对指示言语信号的所述未出现的信噪比较信号的出现进行计数；并且如果所述言语停顿检测计时...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克里斯托夫，
申请(专利权)人：哈曼贝克自动系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE