信号源分离
2019-11-22

信号源分离

具有紧密间隔元件的传声器用于获取多个信号,从其分离来自希望源的信号。该信号分离方法使用到达方向的信息或从获取信号之间诸如相位、延迟和振幅的变化确定的其他信息,以及关注源的信号和/或干扰信号的结构信息的组合。和常规的波束形成方法的有效性相比,通过这个信息组合,所述元件可以被更紧密间隔。在一些示例中,所有的传声器元件被集成到单个微电机械系统(MEMS)。

本申请也涉及但不主张于2013年9月17日提交的、标题为"SOURCESEPARATIONUSINGACIRCULARMODEL"的国际申请PCT/US2013/060044的申请日的权益,其通过引用并入本文。

-些实施例联合使用到达方向信息和声音结构信息用于源分离。虽然方向信息和结构信息都不单独足以足够好的源分离,它们的协同作用提供了非常有效的源分离方法。这种组合方法的优点在于:不一定需要远隔(例如,30_)的传声器,因此可以使用具有多个密切相隔(例如,1.5_,2.5mm,3mm间距)集成传声器元件的集成设备。作为例子,在智能手机应用中,利用集成紧密间隔传声器元件可避免需要多个传声器和用于智能手机的屏面的声学端口的对应开口,例如在设备的最远角落或者在车辆中应用中,可使用在顶篷或后视镜的单个传声器位置。当多个独立传声器分别安装在系统中时,减少传声器位置的数量(每个都具有多个传声器元件的传声器设备的位置)可以减少互连电路的复杂性,并能提供传声器元件之间可预测的几何关系和难以实现的匹配机械和电特性。

在其中远程从设备执行某些语音识别的客户端-服务器的语音识别架构中,该方法可以较低的延迟改进自动语音识别(即在听筒中做更多,在空气中较少)。

可替代地,对应于所有可能展开的方向被计算,以及最准确的被保留,但最常见的,选择使用这些展开中的哪些的简单启发式是相当有效的。启发式是假设所有的传声器将较快连续地击中(即,它们比波长间隔少得多),所以我们发现任何两个相位之间的单位圆的弧时间首次发现为展开的基础。该方法最小化最大和最小展开相位值之间的差。

正如上面介绍的,在一些替代实施例中,幅度|Xti|也提供给方向计算,其可以使用绝对或相对幅度,用于确定方向和/或估计的确定性或分布。作为一个例子,从频率的高能量(等效高振幅)信号确定的方向可以比如果能量很低更可靠。在一些示例中,例如基于相位差集的拟合和传声器之间绝对幅度或者该组的各大小的差异的程度而计算到达方向估计的的置信估计值。

Description

许多替代方案可以被并入上述的方法。例如,而不是使用方向的特定估计,所述多个传声器的相对相位的处理可产生分布P(d|f,n),使得P(f,n,d)=P(f,n)P(d|f,n)。使用这样的分布可以提供一种方式来表示到达方向估计的不确定性的频率依赖性。

除了光谱信息,到达方向信息可在相同指数集上获得,例如作为到达方向估计D(f,n)。在本实施例中,如上介绍,这些到达方向的估计是离散值,例如,dG,D(例如,20)个离散(即"分级")到达方向。如下面讨论的,在其他实施例中,这些方向估计不一定离散,并且可以代表传声器间信息(例如,相位或延迟),而不是从这些传声器间信息导出方向的估计。光谱和方向信息被组合成联合分布P(f,n,d),它仅对指数d=D(f,n)不为零。

根据所述特性变化的音频处理器被配置为通过计算表示所获取信号中特征性变化的数据并根据特征性变化选择代表性所获取信号的组件而处理信号。

一个或多个方面的优点可以包括以下内容。

•于2013年9月24日提交的、标题为"SOURCESEPARATIONUSINGDIRECTIONOFARRIVALHISTOGRAMS"的美国临时申请No.61/881709;和

传声器元件的空间位置是共面的位置。在一些示例中,共面位置包括位置的规则栅格。

因子图的一个例子引入要素耦合Sn,i,具有其他指标的集合{S^;|m-n|§1,1}。这个因子图例如通过倾向于产生与不同源相关联的时间-频率空间的连续区域而提供"平滑"。另一个隐藏变量表征所需的源。例如,在因子图中表示预计到达(离散)方向9S。

作为简单的例子,如果两个传声器相距距离d,然后直接从源成90度到达它们之间线路的信号将没有相对相位或延迟地接收,而从遥远的源以0=45度到达的信号具有1=dsin0的路径差,则传播时间之差为1/c,其中c是声音的速度(在20度的温度下,343米/秒)。因此,相距d=3mm的传声器和入射角0=45度的相对延迟大约是(dsin0)/c=6ms,以及波长A对应于相位差(J)=2JT1/A=(2Jrd/A)sin0。例如,对于分离d=3mm以及波长A=343mm(例如,1000赫兹信号的波长),相位差巾=0.038弧度,或伞=2.2度。应当认识到:在随时间变化的输入信号中这样小的延迟或相位差的估计可导致具有相对高的误差(估计噪声)的时间和频率的本地估计。注意:如果具有更大的分离,延迟和相对相位增加,使得如果传声器元件相距d=30mm而不是d=3mm时,则在以上示例中的相位差将是巾=22度,而不是巾=2.2度。然而,如下面所讨论地,紧密间隔可超过更大相位差的传声器元件是有利的,其可以更容易地估计。还需要注意:在更高的频率(例如,超声波),以45度角的入射角的lOOkHZ信号具有约巾=220度,它可以甚至与广告为3mm传感器分离更可靠的估计的相位差。