[发明专利]使用麦克风的非均匀布局来增强音频质量的设备和方法

说明书

本申请要求于2010年9月17日提交的第10-2010-0091920号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用全部包含于此，以用于各种目的。

技术领域

以下描述涉及声学信号处理，更具体地讲，涉及通过使用麦克风的非均匀布局减轻噪声以增强音频质量的设备和方法。

背景技术

随着包括高科技医疗设备(诸如高精度助听器)、移动电话、超级移动个人计算机(UMPC)、摄录机等的移动汇聚终端(mobile convergence terminal)现今变得越来越普遍，对使用麦克风阵列的产品的需求已增加。麦克风阵列包括多个麦克风，其中，所述多个麦克风被布置为用于获得声音和声音的补充特征(诸如方向性(例如，声音的方向或声源的位置))。方向性可被用于通过使用声源信号在组成麦克风阵列的多个麦克风中的每一个麦克风处的到达时间之间的差来提高对从位于预定方向的音源所发出的信号的灵敏度。通过使用麦克风阵列的方向性的原理来获得音源信号，从预定方向输入的声源信号可被增强或抑制。

最近的研究集中于：通过定向噪声消除来提高语音呼叫质量和记录质量的方法；能够自动估计和追踪发言人的位置的电话会议系统和智能会议记录系统；用于追踪目标声音的机器人技术。

基于波束成形算法的噪声消除是一种应用于大多数麦克风阵列算法的技术。作为波束成形噪声消除方法的示例，固定波束成形技术被用于不受输入信号的特性影响的波束成形。根据固定波束成形技术，波束图依据麦克风阵列的大小以及包括在所述麦克风阵列中的元件或麦克风的数量而变化。可使用较大的麦克风阵列来获得期望的较低频带的波束图，但是当使用较小的麦克风阵列时，波束图变为全方向的。然而，当使用较大的麦克风阵列时，伴随较高频带而出现旁瓣或栅瓣。结果，不需要的方向上的声音被获得。

传统的麦克风阵列使用至少十个麦克风来形成期望的波束图。然而，这增加了制造麦克风阵列的成本以及麦克风阵列的声学信号处理的应用。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于增强具有非均匀布局的麦克风阵列的音频质量的设备和方法，因此即使当麦克风阵列较小时，也可在包括较高频带和较低频带的宽频率范围中获得期望的方向的波束图。

在一个总体方面，一种用于增强音频质量的设备包括：至少三个麦克风、频率变换单元、频带划分与合并单元以及双声道波束成形单元。所述至少三个麦克风以非均匀布局被布置。所述频率变换单元被配置为将从所述至少三个麦克风输入的声学信号变换为频域的声学信号。所述频带划分与合并单元被配置为基于所述至少三个麦克风之间的间隔将变换的声学信号的频率划分为频带，以及基于划分的频带将频域中的声学信号合并为两个声道的信号。所述双声道波束成形单元被配置为通过对所述两个声道的信号执行波束成形来降低包括来自目标声音的方向以外的方向的输入的信号的噪声，并输出噪声降低的信号。

可根据最小冗余线性阵列布局来布置所述至少三个麦克风，其中，所述最小冗余线性阵列布局使针对所述至少三个麦克风之间的间隔的冗余分量最小化。

频带划分与合并单元可基于所述至少三个麦克风的各个间隔，针对变换后的声学信号将频率划分为频带。可使用对于所述至少三个麦克风的每个对应间隔不引起空间假频(spatial aliasing)的最大频率值来分配所述频带。

频带划分与合并单元可将频带的最大频率值(f₀)确定为小于通过将声速(c)除以对应麦克风之间的间隔(d)的两倍而获得的值。

由频带划分与合并单元配置的频带的数量可被确定为与所述至少三个麦克风的各成对麦克风的间隔的数量对应。

频带划分与合并单元还被配置为对于所述至少三个麦克风的间隔的所有集合提取每个频带的频域中的声学信号并将提取的声学信号合并为两个声道的声学信号，其中，所述频域中的声学信号从形成间隔的所述至少三个麦克风中的两个麦克风的集合输入。

所述设备还可包括频率反变换单元，其中，所述频率反变换单元被配置为将输出的噪声降低的信号变换为时域的声学信号。