[发明专利]处理音频信号

说明书

技术领域

本发明涉及对在设备处接收的音频信号进行处理。

背景技术

设备可以具有诸如麦克风之类的音频输入器件，其可以被用来从周围环境接收音频信号。例如，用户设备的麦克风可以接收主音频信号（诸如来自用户的话音）以及其它音频信号。所述其它音频信号可能是在设备的麦克风处所接收的干扰音频信号，并且可能是从干扰源接收的，或者可能是周围背景噪声或麦克风的自噪声。干扰音频信号可能干扰在设备处接收的主音频信号。设备可以将所接收音频信号用于许多不同用途。例如，在所接收的音频信号是从用户接收的话音信号的情况下，该话音信号可以由设备进行处理以便在通信事件中使用，例如通过经网络将该话音信号传送至可以与通信事件的另一用户相关联的另一设备。可替换地或除此之外，所接收的音频信号可以被用于如本领域已知的其它用途。

为了提高所接收音频信号（例如，从用户处接收的用于在呼叫中使用的话音信号）的质量，需要对在用户设备的麦克风处接收的干扰音频信号（例如，背景噪声以及从干扰音频源所接收的干扰音频信号）进行抑制。

立体声麦克风以及其中多个麦克风作为单个音频输入器件进行操作的其它麦克风阵列的使用变得日益普遍。在设备使用多个麦克风使得除了能够从单个麦克风所接收的音频信号中所提取的信息之外，还能够使用从所接收音频信号提取的空间信息。当使用这样的设备时，一种用于抑制干扰音频信号的方法是对多个麦克风所接收的音频信号应用波束成形器。波束成形是通过应用信号处理而对麦克风阵列所接收的音频信号进行集中以使得在麦克风阵列从一个或多个所期望位置（即，方向和距离）所接收的特定的音频信号相比在麦克风所接收音频信号的其余部分有所提升的处理。为了简要，这里将对仅具有单个所期望方向的情形进行描述，但是相同的方法可以在存在更多感兴趣的方向时应用。在波束成形行处理之前，可以确定或设置在麦克风阵列接收所期望音频信号的角度（和/或距离），即所谓的到达方向（DOA）信息。由于到达方向的估计可能是复杂的，所以将所期望的到达方向设置为固定会是有利的。然而，在替代的情形中，使得所期望的到达方向适应于变化的条件会是有利的，并且因此在使用波束成形器时实时执行对所期望的到达方向的估计可能是有利的。自适应波束成形器对所接收的音频信号应用多个权重（或“波束成形器系数”）。这些权重可以得以适配以考虑到DOA信息而对多个麦克风所接收的音频信号进行处理以形成“波束”，由此高增益被应用于麦克风从所期望的位置（即，所期望的方向和距离）接收的所期望的音频信号，而低增益则被应用于去往任意其它（例如，干扰）信号源的方向。就干扰源的抑制可以进行适配的意义而言，波束成形器可以是“自适应的”，而所期望源/观看方向的选择则不必是可适配的。

设备不但具有用于接收音频信号的多个麦克风，还可以具有用于输出音频信号的音频输出器件（例如，包括扬声器）。这样的设备例如在音频信号例如要在通信事件期间被输出到设备用户以及从设备用户接收的情况下是有用的。例如，设备可以是诸如电话、计算机或电视的用户设备，并且可以包括允许用户参与电话会议所必须的装置。

在设备包括音频输出器件（例如，包括扬声器）和音频输入器件（例如，麦克风）二者的情况下，则在所接收音频信号中存在回声是经常存在问题，其中回声产生于从扬声器输出并且在麦克风接收的音频信号。可以使用回声消除器来消除麦克风处所接收的音频信号中的回声。回声抑制和回声削减是实施回声消除器的两种方法。例如，回声消除器可以实施回声抑制器，其被用来对在麦克风所接收的音频信号中的回声进行抑制。音频信号从扬声器到麦克风的传播路径被称作回声路径，并且回声抑制器可以估计作为时间函数的回声路径增益并且使用其来估计所接收音频信号中的回声功率。所接收音频信号中的回声功率估计可以被用来将所接收信号中的回声抑制到使得它们在存在任意近端信号（在麦克风所接收的音频信号中并非来源于扬声器的信号分量）的情况下不会被注意到的水平。所接收的音频信号中的回声功率估计是基于回声消除器在其中进行操作的扬声器-封闭-麦克风（loudspeaker-enclosure-microphone）系统的模型。该模型经常至少部分地是线性的，但是在一些情况下，该模型可能是非线性的。混合回声消除器由以层级方式应用的回声削减器和回声抑制器所构成。通过使用混合回声消除器，通过回声削减器实现了有所提高的双端语音（doubletalk）透明度，并且如果需要，则通过回声抑制器获得额外的回声抑制增益。

对于回声消除的最优操作的一般要求在于：

· 回声路径相对缓慢地变化，这是因为否则回声路径增益估计将很快不准确；