估计声音波达方向的系统和方法技术方案

公开了用于估计声音波达方向的系统和方法，一种方法包括以下步骤：生成参考信号；采用两个或多个空间分离、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或多个输出信号；计算两个或多个输出信号中的每一个与参考信号之间的关系；以及基于该关系的差异估计波达方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及声音方向探测领域。
技术介绍
与申请号为 PCT/AU2007/000764 (W02007/1 37364)禾口 PCT/ AU2009/001566 (W02010/051606)的国际专利申请说明书中的信息以引用方式并入本文。一种用于在头部可佩戴设备的波达方向系统采用的技术是将来自头部左侧和右侧的麦克风输出信号结合以确定麦克风输出信号中的声音延迟。当声音从佩戴者的中间(前或后)区域发出时，麦克风输出信号之间的延迟很小。 但是，当声音从头部的一侧发出时，延迟最大。该延迟从中间区域到任意一侧区域单调递增。参照两耳间的中线位置，这种单调递增可被转化为声音的波达方向。另一技术依赖于人类头部的遮蔽效应。头部对来自两侧的声音产生遮蔽效应。由于该遮蔽效应，麦克风输出信号之间会有大于20dB的声级差。随着声音从侧面移动至两耳间的中线位置，该声级差也单调递减。这两种基本机制已用于基于可佩戴听觉设备的波达方向算法。已尝试多种技术来对比左边和右边的麦克风输出信号，得到波达方向的估计。这些技术包括关联法，最大似然法(协方差最小化)，多信号分类法(MUSIC)，采用旋转不变性技术的信号参量估计(ESPRIT)或特征分解法，以及采用阵列流形或三角测量的矩阵束法。但是，这些技术仅能在相对安静的环境中顺利地运行。例如，波达方向的常见技术依赖于传感麦克风阵列，其中计算麦克风输出信号之间的互相关性以确定最大输出功率或峰值处的延迟。存在多重声源时，这些系统不能持续和精确地估计出现在环境中的目标声音的波达方向。取而代之，此估计反映了主导声音的波达方向。但是由于不同声源的时间波动特征，主导声音通常随时改变，使估计含糊不清。这是一个特定的应用问题，其中要求对空间中出现在任意空间位置的目标声源进行持续和精确的探测。例如，诸如助听器和听力防护器之类的头部可佩戴设备可结合双侧波束形成器技术以提高收听者可获得的信噪(S/N)比，且在该过程中去除本地信号。在这样的系统中，会需要所期望的目标声音的波达方向来重现本地信号。在这样的系统中，所期望的目标声音的波达方向可能会用于重构本地信号以供收听者使用，例如，虚拟听觉空间重构技术。在此仍然存在对改进的波达方向技术的需求。
技术实现思路
第一方面，本专利技术提供了一种估计声音波达方向的方法，该方法包括以下步骤生成参考信号；采用两个或多个空间分离的、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或多个输出信号；计算两个或多个的输出信号中的每一个与参考信号之间的关系；以及基于该关系的差异估计波达方向。参考信号通过采用专用的参考信号麦克风探测声音生成。参考信号通过波束形成器技术生成。基于关系之间差异的估计波达方向的步骤包括计算两耳间时差的步骤。计算两耳间时差的步骤可包括使用时间相关技术。基于关系之间差异的估计波达方向的步骤包括计算两耳间声级差的步骤。计算两耳声级差的步骤可包括使用功率差测量。计算关系的步骤对多频率通道执行。上述方法可进一步包括将基于高频声音的波达方向估计的分布与来源于低频声音的波达方向估计的分布相比较的步骤。第二方面，本专利技术提供了一种用来估计声音波达方向的系统，该系统包括生成装置，用于生成参考信号；探测装置，用于采用两个或多个空间分离的、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或多个输出信号；计算装置，用于计算两个或多个输出信号中的每一个与参考信号之间的关系；以及估计装置，用于基于关系之间的差异估计波达方向。第三方面，本专利技术提供了一种估计声音波达方向的方法，包括以下步骤采用两个或多个空间分离的、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或多个输出信号； 计算两个或多个输出信号之间的时差和声级差；以及基于时差和声级差的组合估计波达方向。计算时差和声级差的步骤在可在多频率通道中执行。将时差和声级差组合的步骤可包括时间延迟和声级差测量的加权组合。计算声级差的步骤主要对高频声音执行。计算时差的步骤主要对低频声音执行。该方法进一步包括将基于高频声音的波达方向估计的分布和与来源于低频声音的波达方向估计的分布相比较的步骤。第四方面，本专利技术提供了一种用于估计声音波达方向的系统，包括探测装置，用于采用两个或多个空间分离的、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或多个输出信号；计算装置，用于计算两个或多个输出信号之间的时差和声级差；以及估计装置，用于基于时差和声级差的组合估计波达方向。第五方面本专利技术提供了一个计算机程序产品，包括使计算机设备根据本专利技术第一至第四方面中的任意一项来执行方法或实现系统的软件指令。在众所周知的声源的声跟踪时，例如脉冲列或纯音，通过使用模板可以任意地生成参考信号。可选地，在例如脉冲列或纯音的众所周知的声源的声跟踪过程中，可通过采用模板生成参考信号。当通过双边波束形成器生成参考信号时，可在空间上将波束的瞄准方向调整至预期方向，对波束的宽度而言，包括瞄准方向附近的一系列方向。可选地，多个并行双边波束形成器可运行生成多个参考信号，多个参考信号中的每一个都能够用于在给定的空间区域内确定主导声源的波达方向。当参考信号由多个无线链路产生时，可产生多个参考信号，其中每一个都能够用来确定在每个无线电通信电路可用的可用主导声音的波达方向。可选地，组合的步骤可通过在多个通道，对两耳测量加权和连续求和来实现。可选地，该计算可分别地对时差和声级差进行测量，并将结果加权和连续求和以便产生一个单输出。所公开的方法可包括步骤采用波达方向估计将本地信号重新引入收听者的步骤。可选地，波达方向估计可用于控制外部设备，诸如监视摄像机和机器人臂。附图说明参照附图，现仅通过举例的方式说明本专利技术的实施例，其中图1是根据本专利技术的波达方向估计器的实施例的框图；图2示出着重于任意空间区域的定位响应；图3示出次级声源存在时估计波达方向的任务；图4是图1的波达方向估计器的可选扩展的框图，进一步地包括具有反馈的减噪滤波器；图5是图1的波达方向估计器的可选扩展的框图，进一步地包括生成参考信号的无线电通信电路；图6示出由两耳间时差和声级差测量的正交变换产生的图；图7示出为波达方向估计去除噪声和冗余的空间滤波技术的图；图8示出在头部可佩戴设备中作为空间增强算法的本专利技术的应用。具体实施例方式图1中示出本专利技术的优选实施例100。该系统以数字信号处理方案中的功能块的示意图形式显示。每个功能块表示运算或数据操作步骤。系统100包括探测装置，该探测装置以全方向或定向的麦克风或麦克风阵列101 和102的方式探测声音。系统100还包括用于生成参考信号Y的生成装置103。运算和估计装置包含在计算机硬件中，由软件指令控制。适当的用于实施此处描述的方法的硬件是现有的，且可由熟练DSP技术的合适的人员指定。用于实现此处描述的方法的软件可由技术人员基于此处描述的教导和数学函数准备。参照图1，来自左麦克风101和右麦克风102的输出被转换为多通道信号，例如采用傅立叶变换技术(FFT)。优选实施例随后的分析将假定这些多通道信号左\，右Xk，以及参考信号Y是可获得的。但是本领域技术人员应当明确，该过程可由复合滤波器组在时域内进行。可选地，运算可在宽带信号上进行。在图1中，100，左&信号和右\信号分别与参考信号Y组合，输入到104和1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.11 AU 20099037301.一种估计声音波达方向的方法，包括以下步骤生成参考信号；采用两个或多个空间分离、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成两个或两个以上的输出信号；计算所述两个或多个输出信号中的每一个与参考信号之间的关系；以及基于关系的差异估计波达方向。2.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号通过采用专用的参考信号麦克风探测声音而生成。3.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号通过波束形成器技术生成。4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中基于关系之间的差异估计波达方向的步骤包括计算两耳间时差的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，其中计算两耳间时差的步骤包括时间相关技术的使用。6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中基于关系之间的差异估计波达方向的步骤包括计算两耳间声级差的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中计算两耳间声级差的步骤包括功率差测量的使用。8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中计算关系的步骤在多频率通道中进行。9.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括将基于高频声音的波达方向估计分布与来源于低频声音的波达方向估计分布相比较的步骤。10.一种用于估计声音波达方向的系统，所述系统包括生成装置，用于生成参考信号；探测装置，用于采用两个或多个空间分离、定向或空间分离定向的麦克风探测声音，以生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·梅希亚，
申请(专利权)人：贺尔知识产权公司，
类型：发明
国别省市：