[發明專利]使用麥克風的非均勻布局來增強音頻質量的設備和方法

有效

• 申請號: 201110288677.6
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102421050A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 吳光哲;金正壽;鄭宰熏;鄭韶永
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H04R3/02
• 分類號: H04R3/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;王艷嬌

本申請要求于2010年9月17日提交的第10-2010-0091920號韓國專利申請的權益，該申請的公開通過引用全部包含于此，以用于各種目的。

技術領域

以下描述涉及聲學信號處理，更具體地講，涉及通過使用麥克風的非均勻布局減輕噪聲以增強音頻質量的設備和方法。

背景技術

隨著包括高科技醫療設備(諸如高精度助聽器)、移動電話、超級移動個人計算機(UMPC)、攝錄機等的移動匯聚終端(mobile?convergence?terminal)現今變得越來越普遍，對使用麥克風陣列的產品的需求已增加。麥克風陣列包括多個麥克風，其中，所述多個麥克風被布置為用于獲得聲音和聲音的補充特征(諸如方向性(例如，聲音的方向或聲源的位置))。方向性可被用于通過使用聲源信號在組成麥克風陣列的多個麥克風中的每一個麥克風處的到達時間之間的差來提高對從位于預定方向的音源所發出的信號的靈敏度。通過使用麥克風陣列的方向性的原理來獲得音源信號，從預定方向輸入的聲源信號可被增強或抑制。

最近的研究集中于：通過定向噪聲消除來提高語音呼叫質量和記錄質量的方法；能夠自動估計和追蹤發言人的位置的電話會議系統和智能會議記錄系統；用于追蹤目標聲音的機器人技術。

基于波束成形算法的噪聲消除是一種應用于大多數麥克風陣列算法的技術。作為波束成形噪聲消除方法的示例，固定波束成形技術被用于不受輸入信號的特性影響的波束成形。根據固定波束成形技術，波束圖依據麥克風陣列的大小以及包括在所述麥克風陣列中的元件或麥克風的數量而變化。可使用較大的麥克風陣列來獲得期望的較低頻帶的波束圖，但是當使用較小的麥克風陣列時，波束圖變為全方向的。然而，當使用較大的麥克風陣列時，伴隨較高頻帶而出現旁瓣或柵瓣。結果，不需要的方向上的聲音被獲得。

傳統的麥克風陣列使用至少十個麥克風來形成期望的波束圖。然而，這增加了制造麥克風陣列的成本以及麥克風陣列的聲學信號處理的應用。

發明內容

在一個方面，提供了一種用于增強具有非均勻布局的麥克風陣列的音頻質量的設備和方法，因此即使當麥克風陣列較小時，也可在包括較高頻帶和較低頻帶的寬頻率范圍中獲得期望的方向的波束圖。

在一個總體方面，一種用于增強音頻質量的設備包括：至少三個麥克風、頻率變換單元、頻帶劃分與合并單元以及雙聲道波束成形單元。所述至少三個麥克風以非均勻布局被布置。所述頻率變換單元被配置為將從所述至少三個麥克風輸入的聲學信號變換為頻域的聲學信號。所述頻帶劃分與合并單元被配置為基于所述至少三個麥克風之間的間隔將變換的聲學信號的頻率劃分為頻帶，以及基于劃分的頻帶將頻域中的聲學信號合并為兩個聲道的信號。所述雙聲道波束成形單元被配置為通過對所述兩個聲道的信號執行波束成形來降低包括來自目標聲音的方向以外的方向的輸入的信號的噪聲，并輸出噪聲降低的信號。

可根據最小冗余線性陣列布局來布置所述至少三個麥克風，其中，所述最小冗余線性陣列布局使針對所述至少三個麥克風之間的間隔的冗余分量最小化。

頻帶劃分與合并單元可基于所述至少三個麥克風的各個間隔，針對變換后的聲學信號將頻率劃分為頻帶。可使用對于所述至少三個麥克風的每個對應間隔不引起空間假頻(spatial?aliasing)的最大頻率值來分配所述頻帶。

頻帶劃分與合并單元可將頻帶的最大頻率值(f₀)確定為小于通過將聲速(c)除以對應麥克風之間的間隔(d)的兩倍而獲得的值。

由頻帶劃分與合并單元配置的頻帶的數量可被確定為與所述至少三個麥克風的各成對麥克風的間隔的數量對應。

頻帶劃分與合并單元還被配置為對于所述至少三個麥克風的間隔的所有集合提取每個頻帶的頻域中的聲學信號并將提取的聲學信號合并為兩個聲道的聲學信號，其中，所述頻域中的聲學信號從形成間隔的所述至少三個麥克風中的兩個麥克風的集合輸入。

所述設備還可包括頻率反變換單元，其中，所述頻率反變換單元被配置為將輸出的噪聲降低的信號變換為時域的聲學信號。