[发明专利]用于产生定向输出信号的系统和方法

说明书

技术领域

本申请涉及对声音信号的处理，特别涉及适宜双耳辅助性收听设备，如，助听器、护耳(earmuff)和耳蜗植入装置(cochlear implants)等的双向波束形成策略。

背景技术

当来自头部的每一侧的至少一个麦克风信号有效时，可以优化地合并麦克风输出以产生超级定向响应(super-directional response)。大多数已知的获得定向响应的双耳定向处理器是基于宽边天线阵(broadside array)配置、自适应最小平方(Least Minimum Square，LMS)或者更复杂的盲源分离(Blind Source Separation，BSS)策略。

当声源的波长相对大于麦克风之间的间隔时，宽边天线阵配置产生有效的定向响应。结果，当在双耳阵列配置中使用时，宽边天线阵技术只对于声音的低频率分量有效。

与宽边天线阵设计不同，最小平方(LMS)系统独立于频率或麦克风之间间隔，有效地产生定向性，在这样的系统中，需要话音有源检测器(Voice Active Detector，VAD)以在信号等级与噪声等级之比相对较大的那些时刻捕捉期望信号。这种被捕捉的期望信号，典型地被称为估计期望信号，因此与来自麦克风的滤波输出相比较，会产生估计误差信号。LMS的目的是通过迭代地改善施加给麦克风输出信号的滤波器权重，使估计误差信号的平方最小化。然而，估计期望信号不可能完整地反映真实的期望信号，因此，滤波器权重的自适应不可能总是使系统的真正误差最小化。这种优化很大程度上依赖于所采用的VAD的效率。不幸的是，大多数VAD在相对高的信噪比的环境中工作良好，而它们的性能随着信噪比的降低而显著恶化。

盲源分离(BSS)方案通过有效地计算在声源存在的所有空间位置上产生定向响应的一组相位消除滤波器来工作。结果，该系统产生的输出与所存在的不是专门以形成期望声源为目的的声源一样多。BSS方案还需要后置滤波(post-filtering)算法，以便选择具有期望目标信号的输出。使用BSS方案的问题在于：为了有效地计算相位消除滤波器需要过多的计算负荷，滤波器对于混响和源或收听者的微小移动的依赖，以及对一个输出的识别是与目标信号有关的，而这在大多数情况下是未知的，并且需要预先识别环境中存在的声源数量，以保证声源之间的分离。

目前仍需要提供改进的或可替代的用于产生定向输出信号的方法和系统。

发明内容

一种获得双耳波束形成器设计的可替代方法是，以利用头部的自然空间声学(natural spatial acoustics)，直接使用耳间时间和等级差来产生定向响应。耳间时间差，是由头部两侧的麦克风之间的间隔(从18至28cm的范围内)引起的，可被用于消除如在宽边天线阵配置中的取决于到达方向的频率相对低的声音。另一方面，头部遮蔽提供了对于对侧声音(即，从头部的每一侧呈现的声音)的自然等级抑制，通常导致一只耳朵上的信噪比比另一只耳朵上大得多。结果，耳间等级差(从0至18dB的范围内)，可被用于消除取决于它们在加权求和的配置中的到达方向的高频率声音。这种低通和高通的双耳波束形成器拓扑要优于单独的常规宽边天线阵和依赖于VAD的LMS系统，并且比大多数BSS技术所要求的计算量更少。此外，由于设计新颖，双耳波束形成器工作在，例如，低信噪比的复杂的收听环境中，并且提供对于诸如风噪声等的复杂的不想要的声音的舍弃。

在本发明的第一方面中，提供了一种产生定向输出信号的方法，包括以下步骤：检测人的头部的左侧和右侧处的声音，以产生左侧信号和右侧信号；确定左侧信号和右侧信号的相似度；基于左侧信号和右侧信号的相似度来调整这些信号；以及合并经调整的左侧信号和右侧信号，以产生输出信号。

可以通过衰减和/或时间位移来调整左侧信号和右侧信号。

衰减和/或时间可以是频率特定的。

衰减和/或时间位移可以通过滤波器模块来执行，并且滤波器模块的滤波器权重是基于左侧信号和右侧信号的相似度。

确定左侧信号和右侧信号的相似度的步骤可以包括，比较它们的互功率和自功率，或者比较它们的互相关和自相关的步骤。

比较步骤可以包括，将互功率与自功率相加，并且用互功率除以相加的结果的步骤。

比较步骤可以包括，将互相关与自相关相加，并且用互相关除以相加的结果的步骤。

本方法可进一步包括在确定左侧信号和右侧信号的相似度之前，处理右侧信号和左侧信号，从而控制定向输出信号的方向的步骤。