[发明专利]处理信号

说明书

技术领域

本发明涉及处理在设备中接收到的信号。

背景技术

设备可具有用来从周围环境接收传输信号的输入装置。例如，设备可具有诸如麦克风的音频输入装置，其可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接收主要音频信号（诸如来自用户的语音）和其他音频信号。其他音频信号可以是在设备的麦克风接收到的干扰音频信号，可以是从干扰源接收到的或者可以是环境背景噪声或麦克风的自身噪声。干扰音频信号可扰乱在设备中接收到的主要音频信号。设备可出于许多不同的目的而使用接收到的音频信号。例如，在接收到的音频信号是从用户处接收到的语音信号的情形下，设备可处理语音信号以将其用于通信事件，例如，通过网络传输语音信号到可以与通信事件的另一个用户相关联的另一个设备。可替换地，或附加地，接收到的音频信号可被用于本领域公知的其他目的。

在其他例子中，设备可具有用于接收其他类型的传输信号（诸如雷达信号、声纳信号、天线信号、无线电波、微波和一般宽带信号或窄带信号）的接收装置。对于这些其他类型的传输信号也会发生同样的情况，其中在接收装置中接收主要信号和干扰信号。以下所提供的描述主要涉及设备中对音频信号的接收，但是相同的原理将适用于设备中对其他类型的传输信号（诸如以上所述的一般宽带信号、一般窄带信号、雷达信号、声纳信号、天线信号、无线电波和微波）的接收。

为了提高接收到的音频信号（例如从用户处接收到的用于在呼叫中使用的语音信号）的质量，希望抑制在用户设备的麦克风中接收到的干扰音频信号（例如背景噪声和从干扰音频源接收到的干扰音频信号）。

其中多个麦克风操作为单个音频输入装置的立体声麦克风和其他麦克风阵列的使用已经变得越来越普遍。在设备上使用多个麦克风使得能够除了使用从由单个麦克风接收到的音频信号提取出的信息之外，还能够使用从接收到的音频信号中提取出的空间信息。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向由多个麦克风接收到的音频信号应用波束成型器（beamformer）。波束成型是通过应用信号处理来聚焦由麦克风阵列接收到的音频信号的一种处理，从而相比较于麦克风阵列中接收到的其他音频信号增强麦克风阵列中从一个或多个期望位置（也就是方向和距离）接收到的特定音频信号。出于简明的目的，此处我们将描述仅有单个期望方向的情况，但是相同的方法也可应用到具有多个感兴趣方向的情况。在波束成型处理之前可以确定或设置被称为到达方向（Direction of Arrival（DOA））信息的在麦克风阵列中接收期望的音频信号的角度（和/或距离）。将期望的到达方向设置为固定的是有益的，这是因为到达方向的估计可能很复杂。然而，在可替换的情况中，使期望的到达方向适应变化的条件是有益的，所以在使用波束成型器时实时估计期望的到达方向也是有益的。自适应波束成型器对接收到的音频信号应用多个加权（或波束成型器系数）。这些加权可考虑DOA信息来适配以处理由多个麦克风接收到的音频信号从而形成“波束”，从而高增益被应用到麦克风从期望位置（也就是期望的方向和距离）接收到的期望的音频信号，而低增益被应用到任何其他（例如干扰）信号源的方向。

可在设备中通过与处理来自单个麦克风的接收到的音频信号的相同方式进一步处理波束成型器的输出，例如用于作为通信事件的一部分传输到另一个设备。例如，波束成型器的输出可被作为输入信号提供到设备中的自动增益控制（AGC）处理阶段和单通道噪声降低阶段中的至少一个。

最小方差无失真响应（MVDR）波束成型器（也被称为Capon波束成型器）是适配应用到音频信号的波束成型器系数，在不失真在到达设备的主到达方向接收到的主要音频信号（也就是从波束成型器的聚焦方向接收到的音频信号）的约束下，基于输入信号而最小化输出信号的能量的一类波束成型器的一部分。可使用麦克风阵列中接收到的音频信号的协方差矩阵的逆来计算波束成型器加权。当向接收到的音频信号应用不同的延迟时（相应于音频信号到达麦克风阵列的不同的到达方向），协方差矩阵提供麦克风阵列的不同麦克风中接收到的音频信号的相关性的指示。特别地，互协方差指示多个麦克风中接收到音频信号的到达方向相关度最高，并且这可以被当做主要音频信号的主到达方向。尽管基于输入信号的波束成型器适配有益于最小化输出信号的能量，但是通过这样的方式适配波束成型器趋向于在随时间变化时会导致输出信号的失真。特别是，波束成型器的任何不规则性或突然变化可导致波束成型器的输出的可听失真（当波束成型器的波束图案突然变化时）。