產生增強下混頻信號的裝置、產生增強下混頻信號的方法以及電腦程式的製作方法

2023-07-10 03:26:41 3

專利名稱：產生增強下混頻信號的裝置、產生增強下混頻信號的方法以及電腦程式的製作方法
技術領域：
根據本發明的實施例涉及一種用於產生增強下混頻信號的裝置、一種用於產生增強下混頻信號的方法、以及一種產生增強下混頻信號的電腦程式。根據本發明的實施例涉及一種針對空間音頻麥克風的增強下混頻計算。
背景技術：
利用小麥克風配置記錄環繞聲音仍是一種挑戰。最廣泛已知的這種配置之一是聲場麥克風以及對應的環繞解碼器(例如，參見參考文獻[3])，對應的環繞解碼器對聲場麥克風的四個幾乎一致的麥克風膠囊信號進行濾波和組合，以產 生環繞聲音輸出聲道。儘管保持了高單聲道信號保真度，但是該方法的缺陷在於其與一階麥克風方向響應的有限方向性相關的有限聲道分尚。備選地，可以應用基於觀察到的聲場的參數表示的技術。在參考文獻[2]中，已經提出了一種使用傳統的一致立體麥克風對來記錄環境聲音。示出了如何根據這些定向麥克風信號估計空間提示參數直射-散射聲比和聲音到達方向，以及如何應用該信息來驅動空間音頻編碼合成，從而產生環境聲音。在參考文獻[2]中，還討論了參數信息(即，聲音的到達方向(DOA)和聲場的散射聲比(DSR))如何用於直接計算在MPEG環繞(MPS)編碼方案中使用的特定空間參數(例如，參見參考文獻[6])。MPEG環繞是多聲道音頻信號的參數表示，代表了高質量空間音頻編碼的高效方法。MPS利用了以下事實從感知的觀點，多聲道音頻信號相對於不同的擴音器聲道包含顯著冗餘。MPS編碼器考慮多個揚聲器信號作為輸入，其中，必須預先知道揚聲器的對應空間配置。基於這些輸入信號，MPS編碼器計算頻率子帶下的空間參數，例如，兩個聲道之間的聲道電平差(CLD)和兩個聲道之間的聲道間相關性(ICC)。然後根據這些空間參數導出實際MPS輔助信息。此外，編碼器計算能夠由一個或多個音頻聲道構成的下混頻信號。已經發現立體聲麥克風輸入信號非常適合於估計空間提示參數。然而，還發現未處理的立體聲麥克風輸入信號通常不太適合於直接用作對應的MPEG環繞下混頻信號。在許多情況下已經發現，左聲道和右聲道之間的串擾太高，導致MPEG環繞解碼信號中的不良聲道分離。由於這種情況，需要一種基於多聲道麥克風信號產生增強下混頻信號的構思，使得增強下混頻信號在MPEG環繞解碼之後產生足夠好的空間音頻質量和定位特性。

發明內容
通過所要求保護的用於產生增強下混頻信號的裝置、所要求保護的用於產生增強下混頻信號的方法以及所要求保護的用於產生增強下混頻信號的電腦程式來實現上述目標。根據本發明的實施例創建了一種用於基於多聲道麥克風信號產生增強下混頻信號的裝置。該裝置包括空間分析器，被配置為基於多聲道麥克風信號來計算空間提示參數集合，空間提示參數集合包括對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息。該裝置還包括濾波器計算器，根據對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息來計算增強濾波器參數。該裝置還包括濾波器，使用增強濾波器參數對麥克風信號或從麥克風信號中導出的信號進行濾波，以獲得增強下混頻信號。根據本發明的該實施例基於以下發現可以通過濾波操作根據輸入的多聲道麥克風信號導出比輸入的多聲道麥克風信號更適合的增強下混頻信號，以及可以根據空間提示參數高效地導出針對這種信號增強濾波操作的濾波器參數。相應地，能夠再使用同樣的信息(S卩，空間提示參數，也非常適合於導出MPGE環繞參數)，來計算增強濾波器參數。相應地，可以使用上述構思來創建高效系統。此外，即使多聲道麥克風信號的聲道信號僅包括低空間分離，也能夠導出在MPEG環繞解碼器中被處理時允許良好聲道分離的下混頻信號。相應地，與傳統系統相比，增強下 混頻信號可以在MPEG環繞解碼之後產生顯著改善的空間音頻質量和定位特性。總之，根據本發明的上述實施例允許以適度計算量來提供具有良好空間分離特性的增強下混頻信號。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為計算增強濾波器參數，使得增強下混頻信號與期望下混頻信號近似。使用該方法，可以確保增強濾波器參數非常適合於期望的濾波結果。例如，可以計算增強濾波器參數，使得增強下混頻信號的一個或多個統計特性與下混頻信號的期望統計特性近似。相應地，可以實現增強的下混頻信號非常適合於期望值，其中可以在期望相關性方面以數值方式定義期望值。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為根據空間提示參數計算多聲道麥克風信號(或，更精確地，多聲道麥克風信號的聲道信號)與下混頻信號的期望聲道信號之間的期望相關值。在這種情況下，濾波器計算器優選地被配置為根據期望互相關值計算增強濾波器參數。已經發現，所述互相關值是對下混頻信號的聲道信號是否呈現足夠良好聲道分離特性的良好度量。同樣，還發現，可以基於空間提示參數以適度的計算量來計算期望的相關值。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為根據方向相關增益因子和一個或多個下混頻矩陣值來計算期望互相關值，方向相關增益因子描述了多聲道麥克風信號的直達聲分量對多個擴音器信號的期望貢獻，一個或多個下混頻矩陣值描述了多個音頻聲道(例如，擴音器信號)對增強下混頻信號的一個或多個聲道的貢獻。已經發現，方向相關增益因子和下混頻矩陣值均非常適合於計算期望互相關值，並且發現方向相關增益因子和增強下混頻矩陣值是容易獲得的。此外，已經發現基於所述信息容易獲得期望互相關值。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為將方向信息映射到方向相關增益因子。已經發現，多聲道幅度平移(panning)定律可以用於根據方向信息以適度工作量確定增益因子。已經發現，到達方向信息非常適合於確定方向相關增益因子，方向相關增益因子例如可以描述哪個揚聲器應當呈現直達聲分量。容易理解，根據到達方向信息(簡要地，被指定為方向信息)向不同揚聲器信號分發直達聲分量，並且確定對哪個揚聲器應當呈現直達聲分量加以描述的增益因子相對簡單。例如，用於將方向信息映射到方向相關增益因子集合的映射規則可以簡單地確定與到達方向相關聯的那些揚聲器能夠呈現(或主要呈現)直達聲分量，而與其他方向相關聯的其他揚聲器僅呈現直達聲分量的一小部分，或者甚至抑制
直達聲分量。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為考慮直達聲功率信息和散射聲功率信息，來計算期望互相關值。已經發現，對兩個所述聲音分量(直達聲分量和散射聲分量)的功率的考慮獲得特別良好的聽覺印象，這是因為直達聲分量和散射聲分量均可以被適當地分配給(典型地，多聲道)下混頻信號的聲道信號。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為根據方向信息對直達聲功率信息加權，並且對散射聲功率信息應用與方向信息無關的預定權重，以便計算期望互相關值。相應地，可以在直達聲分量與散射聲分量之間進行區分，以獲得對期望互相關值的特別現實的估計。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為基於維納-霍普夫(Wiener-Hopf)方程導出增強濾波器參數。在這種情況下，維納-霍普夫方程描述了相關值、增強濾波器參數與期望互相關值之間的關係，所述相關值描述了多聲道麥克風信號的不同聲道對之間的相關性，期望互相關值是多聲道麥克風信號的聲道信號與下混頻信號的期望聲道信號之間的期望互相關值。已經發現，基於維納-霍普夫方程能夠獲得非常適合於下混頻信號的聲道信號的期望相關特性的增強濾波器參數。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為根據期望下混頻信號的模型來計算增強濾波器參數。通過對期望下混頻信號進行建模，可以計算增強濾波器參數，使得獲得允許對多聲道解碼器中的期望多聲道揚聲器信號的良好重構的下混頻信號。在一些實施例中，期望下混頻聲道的模型可以包括在可單獨獲得聲道信號(例如，擴音器信號)的情況下執行的理想下混頻模型。此外，建模可以包括即使多聲道麥克風信號包括僅具有有限空間分離的聲道信號，也可以根據多聲道麥克風信號獲得單獨聲道信號的模型。相應地，例如，通過將用於獲得單獨聲道信號(例如，擴音器信號)以及用於根據所述單獨聲道信號獲得期望下混頻聲道的建模相組合，來獲得期望下混頻信號的總模型。因此，這對於以相對小計算量可獲得增強濾波器參數的計算而言是足夠良好的參考。在優選實施例中，濾波器計算器被配置為選擇性地執行單聲道濾波或雙聲道濾波，在單聲道濾波中，通過對多聲道麥克風信號的第一聲道的濾波來導出下混頻信號的第 一聲道，並且通過對多聲道麥克風信號的第二聲道的濾波來導出下混頻信號的第二聲道，同時避免從多聲道麥克風信號的第一聲道到下混頻信號的第二聲道的串擾以及從多聲道麥克風信號的第二聲道到下混頻信號的第一聲道的串擾，在雙聲道濾波中，通過對多聲道麥克風信號的第一和第二聲道進行濾波來導出下混頻信號的第一聲道，並且通過對多聲道麥克風信號的第一和第二聲道進行濾波來導出下混頻信號的第二聲道。根據對多聲道麥克風信號的第一聲道和多聲道麥克風信號的第二聲道之間相關性加以描述的相關值來進行對單聲道濾波和雙聲道濾波的選擇。通過在單聲道濾波和雙聲道濾波之間進行選擇，可以避免數字錯誤，如果在左聲道和右聲道高度相關的情況下使用雙聲道濾波，則有時會出現數字錯誤。相應地，可以獲得良好質量的下混頻信號，而與多聲道麥克風信號的聲道信號是否聞度相關無關。根據本發明的另一實施例創建了一種用於產生增強下混頻信號的方法。
根據本發明的另一實施例創建了一種用於執行產生增強下混頻信號的方法的電腦程式。方法和電腦程式可以基於與裝置相同的發現，並且可以通過參照裝置討論的任何特徵和功能來補充方法和電腦程式。


參照附圖順序地描述根據本發明的實施例，在附圖中圖I示出了根據本發明實施例的用於產生增強下混頻信號的裝置的示意框圖；圖2示出了根據本發明實施例的空間音頻麥克風處理的圖示說明；
圖3示出了根據本發明實施例的增強下混頻計算的圖示說明；圖4示出了可以在根據本發明實施例中使用的用於計算期望下混頻信號Y1和Y2的聲道映射的圖示說明；圖5示出了根據本發明實施例的基於預處理的麥克風信號的增強下混頻計算的圖示說明；圖6示出了根據本發明實施例的用於根據多聲道麥克風信號導出增強濾波器參數的計算的示意表示；以及圖7示出了根據本發明另一實施例的用於根據多聲道麥克風信號導出增強濾波器參數的計算的示意表示。
具體實施例方式I.根據圖I用於產生增強下混頻信號的裝置圖I示出了基於多聲道麥克風信號產生增強下混頻信號的裝置100的示意框圖。裝置100被配置為接收多聲道麥克風信號110，並且基於多聲道麥克風信號110提供增強下混頻信號112。裝置100包括空間分析器120，被配置為基於多聲道麥克風信號110來計算空間提示參數集合122。空間提示參數典型地包括對直達聲(直達聲被包括在多聲道麥克風信號中)的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息。裝置100還包括濾波器計算器130，根據空間提示參數122(即，根據對直達聲的到達方向加以描述的方向信息)、直達聲功率信息以及散射聲功率信息來計算增強濾波器參數132。裝置100還包括濾波器140，使用增強濾波器參數132對麥克風信號110或根據麥克風信號110導出的信號110』進行濾波，以獲得增強下混頻信號112。可選地可以使用可選預處理150根據多聲道麥克風信號110來導出信號110』。關於裝置100的功能，應當注意，典型地提供增強下混頻信號112，使得與多聲道麥克風信號110相比增強下混頻信號112實現了 MPEG環繞解碼之後改善的空間音頻質量，這是因為增強濾波器參數132典型地由濾波器計算器130來提供，以便實現該目標。增強濾波器參數132的提供是基於空間分析器所提供的空間提示參數集合122，使得根據多聲道麥克風信號110的空間特性來提供增強濾波器參數132，以便強調多聲道麥克風信號110的空間特性。相應地，濾波器140所執行的濾波與輸入的多聲道麥克風信號110相比實現了對增強下混頻信號112的空間特性的信號自適應改進。後續更詳細地描述由空間分析器120執行的空間分析、濾波器計算器130執行的濾波器參數計算和濾波器140執行的濾波有關的細節。2.根據圖2的用於產生增強下混頻信號的裝置圖2示出了用於產生增強下混頻信號(可以採用雙聲道音頻信號的形式)以及與具有多於兩個聲道的上混頻信號相關聯的空間提示集合的裝置200的示意框圖。裝置200包括麥克風裝置205,被配置為提供包括第一聲道信號210a和第二聲道信號210b的雙聲道麥克風信號。裝置200還包括處理器216，基於雙聲道麥克風信號提供與具有多於兩個聲道的上混頻信號相關聯的空間提示集合。處理器216還被配置為提供增強濾波器參數232。處理器216被配置為接收麥克風裝置205提供的第一聲道信號210a和第二聲道信號210b作為其輸入信號。處理器216被配置為提供增強濾波器參數232，並且還提供空間提示信息262。裝置200還包括雙聲道音頻信號供應器240，被配置為接收麥克風裝置205提供的第一聲道信號210a和第二聲道信號210b,並且提供第一聲道信號210a和第二聲道信號210b的處理版本作為包括聲道信號212a、212b的雙聲道音頻信號212。 麥克風裝置205包括第一定向麥克風206和第二定向麥克風208。第一定向麥克風206和第二定向麥克風208優選地間隔不超過30cm。相應地，第一定向麥克風206和第二定向麥克風208接收到的信號具有強相關性，已經發現這對於信號分析器220計算分量能量信息(或分量功率信息)122a和方向信息122b是有利的。然而,對第一定向麥克風206和第二定向麥克風208進行定向，使得第二定向麥克風208的方向特性209是第一定向麥克風206的方向特性207的旋轉版本。相應地，第一聲道麥克風信號210a和第二聲道麥克風信號210b具有強相關性(由於麥克風206和208的空間接近)，然而也是不同的(由於定向麥克風206、208的不同方向特性207、209)。具體地，從近似恆定方向入射在麥克風裝置205上的方向信號使第一聲道麥克風信號210a和第二聲道麥克風信號210b的強相關信號分量具有時間恆定的方向相關幅度比(或強度比)。從時變方向入射在麥克風陣列205上的環境音頻信號使第一聲道麥克風信號210a和第二聲道麥克風信號210b的信號分量具有顯著相關性但具有時間波動幅度比(或強度比)。相應地，麥克風裝置205提供使得即使在麥克風206、208間距較小時，處理器216的信號分析器220也能夠在直達聲與散射聲之間進行區分的雙聲道麥克風信號210a、210b。因此，裝置200構成音頻信號供應器，音頻信號供應器能夠以空間緊湊的形式來實現，但仍能夠提供與具有多於兩個聲道的上混頻信號相關聯的空間提示。空間提示262可以與空間音頻解碼器提供的雙聲道音頻信號212a、212b相結合地使用，以提供環繞聲音輸出信號。在下文中，給出了關於裝置200的一些其他說明。可選地，裝置200包括麥克風裝置205，提供第一聲道信號210a和第二聲道信號210b。第一聲道信號210a也可以用X1⑴表示，第二聲道信號210b也可以用^⑴表示。應當注意，第一聲道信號210a和第二聲道信號210b可以表不被輸入到根據圖I的裝置100中的多聲道麥克風信號110。雙聲道音頻信號供應器240接收第一聲道信號210a和第二聲道信號210b，並且典型地還接收增強濾波器參數信息232。雙聲道音頻信號供應器240例如可以執行可選預處理150和濾波器140的功能，以提供由第一聲道信號212a和第二聲道信號212b表不的雙聲道音頻信號212。雙聲道音頻信號212可以等同於圖I的裝置100輸出的增強下混頻信號 112。信號分析器220可以被配置為接收第一聲道信號210a和第二聲道信號210b。同樣，信號分析器220可以被配置為基於雙聲道麥克風信號210 (即，基於第一聲道信號210a和第二聲道信號210b)獲得分量能量信息122a和方向信息122b。優選地,信號分析器220被配置為獲得分量能量信息122a和方向信息122b，使得分量能量信息122a描述對雙聲道麥克風信號的直達聲分量的能量(或功率)以及雙聲道麥克風信號的散射聲分量的能量(或功率)的估計，並且使得方向信息122描述對雙聲道麥克風信號210a、210b的直達聲分量從哪個方向而來的估計。相應地，信號分析器220可以採用空間分析器120的功能，並且分量能量信息122a和方向信息122b可以等同於空間提示參數122。分量能量信息122a可以等同於直達聲功率信息和散射聲功率信息。處理器216還包括空間輔助信息發生器260,從信號分析器220接收分量能量信息122a和方向信息122b。空間輔助信息發生器260被配置為基於分量能量信息122a和方向信息122b提供空間提示信息262。優選地，空間輔助信息發生器260被配置為將雙聲道麥克風信號210a、210b的分量能量信息122 a和雙聲道麥克風信號210a、210b的方向信息122b映射到空間提示信息262上。相應地，獲得空間輔助信息262，使得空間提示信息262描述與具有多於兩個聲道的上混頻音頻信號相關聯的空間提示集合。處理器216基於雙聲道麥克風信號210a、210b實現了對空間提示信息262的計算上非常高效的計算，空間提示信息262與具有多於兩個聲道的上混頻音頻信號相關聯。信號分析器220能夠從雙聲道麥克風信號中提取大量信息，即分量能量信息122a和方向信息122b，分量能量信息122a描述對直達聲分量的能量估計以及對散射聲分量的能量估計，方向信息122b描述了對雙聲道麥克風信號的直達聲分量所源自的方向的估計。已經發現，信號分析器220基於雙聲道麥克風信號210a、2IOb獲得的該信息甚至對於具有多於兩個聲道的上混頻音頻信號也足以導出空間提示信息262。重要地，已經發現分量能量信息122a和方向信息122b足以直接確定空間提示信息262，而無需實際使用上混頻音頻聲道作為中間量。此外，處理器216包括濾波器計算器230，被配置為接收分量能量信息122a和方向信息122b，並且基於分量能量信息122a和方向信息122b提供增強濾波器參數信息232。相應地，濾波器計算器230可以接管濾波器計算器130的功能。綜上所述，裝置200能夠在兩種情況下，以高效方式使用相同的中間信息122a、122b高效地確定增強下混頻信號212和空間提示信息262。同樣，應當注意，裝置200能夠使用空間上較小的麥克風裝置205來獲得(增強)下混頻信號212和空間提示信息262。儘管使用小麥克風裝置(可以是裝置200的部件或者可以在裝置200外部但與裝置200相連)，但下混頻信號212包括非常良好的空間分離特性，這是因為通過濾波器計算器230來計算增強濾波器參數232。相應地，(增強)下混頻信號212在與空間提示信息262相結合時可以非常適合於空間呈現(例如，使用MPEG環繞解碼器的空間呈現)。總之，圖2示出了空間音頻麥克風技術的示意框圖。如所見，在模塊216中使用立體聲麥克風輸入信號210a (也用Xl(t)表示)和210b (也用x2(t)表示)，來計算與多聲道上混頻信號(例如，雙聲道音頻信號212)相關聯的空間提示信息262的集合。此外，提供了雙聲道下混頻信號212。
在以下部分中，對基於分析立體聲麥克風信號確定空間提示信息262所需的步驟進行概述。這裡，參照參考文獻[2]中的描述。3.立體聲信號分析在下文中，描述可以由空間分析器120或信號分析器220執行的立體聲信號分析。應當注意，在存在多於兩 個所使用的麥克風並且存在多聲道麥克風信號的多於兩個聲道信號的一些實施例中，可以使用增強信號分析。本文描述的立體聲信號分析可以用於提供空間提示參數122，可以採取分量能量信息122a和方向信息122b的形式。應當注意，立體聲信號分析可以在時_頻域中執行。相應地，可以將多聲道麥克風信號110、210的聲道信號210a、210b轉換成用於其他分析目的的時-頻域表示。麥克風信號X1⑴和X2 (t)的時-頻域表不是X1 (k, i)和X2 (k, i),其中，k和i是時間和頻率索引。假定可以將xjk，i)和x2(k，i)建模為X1 (k, i) = S(k, i) +N1 (k, i)X2 (k, i) = a (k, i) S (k, i) +N2 (k, i). (I)其中，a(k，i)是增益因子，S(k，i)是左聲道中的直達聲，N1Qi, i) N2 (k, i)表示
散射聲。根據a，E {SS*}，E (N1N1*!，和E {N2N2*}計算空間音頻編碼(SAC)下混頻信號112、212和輔助信息262，其中，E{.}是短時平均運算，並且*表示復共軛。在下文中導出這些值。根據(1)，遵循} = Ε{55*}-Ε|ΛΥΛ7}￡( = ,rE{SS* I+EIJ1Xtj =(2)應當注意，這裡可以將E {SS*}視為直達聲功率信息，同樣也可以視為直達聲能量信息，並且可以將EiN1N1I和E{N2N/}視為散射聲功率信息或散射聲能量信息。可以將E{SS*}和EiN1N1I視為分量能量信息，可以將a視為方向信息。假定兩個麥克風信號的散射聲量相同，即，EiN1N1^=EiN2N2I=EiNN*!，並且假定N1與N2之間的歸一化互相關係數是Odiff,即，
&Ε{Λ調m diff = ~7Γτ^ΨππτΨΨΓ '⑷Odiff例如可以取預定值，或者可以根據一些算法來計算Odiff。給出這些假定的情況下，(2)可以寫為E{J]A7I = E{5,9*} + E{NN*}E{X2X!} =十 Ε{Λ:ΛΓ*}K{X,A.!} =卜 Φ— {Λ' \,*}·(4)消去(2)中的E{SS"}和a獲得二次方程AE {NN * } 2+BE {NN * } +C = O(5)其中，i = I - #|ff ,
權利要求
1.一種用於基於多聲道麥克風信號(110; 210; 310)產生增強下混頻信號(112; 212; 312)的裝置(100; 200; 300; 500)，該裝置包括 空間分析器(120; 220; 320)，被配置為基於多聲道麥克風信號來計算空間提示參數集合(E{NN*}，E{SS*}，a，α )，空間提示參數集合包括對直達聲的到達方向加以描述的方向信息(a, α)、直達聲功率信息(E{SS*})以及散射聲功率信息(E{NN*})； 濾波器計算器(130;230;316)，根據對直達聲的到達方向加以描述的方向信息(a, α)、直達聲功率信息(E{SS*})以及散射聲功率信息(E{NN*})來計算增強濾波器參數(132; 232; 332);以及 濾波器(140;240;340)，使用增強濾波器參數(132;232;332)對麥克風信號(110;210;310)或從麥克風信號中導出的信號進行濾波，以獲得增強下混頻信號(112;212;312)。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230;316)被配置為計算增強濾波器參數(132; 232; 332; H1, H2; H1； 1； H1；2, H2； 1； H2； ^，使得增強下混頻信號(112; 212; 312; , Y2)與期望下混頻信號(Y1, Y2)近似。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230;316)被配置為根據空間提示參數計算多聲道麥克風信號(110;210;310)的聲道信號(X1J2)與下混頻信號的期望聲道信號(Y1, Y2)之間的期望互相關值(E (X1Y1*!，E {X2Y2*} ,EiX1, Υ2*}，Ε{Χ2Υ2*})，並且其中，濾波器計算器被配置為根據期望互相關值計算增強濾波器參數(H1, H2, H1,1； H1,2, H2,1； H2,2)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，濾波器計算器被配置為根據方向相關增益因子(gi, g2, g3, g4. g5)和一個或多個下混頻矩陣值(gyinu)來計算期望互相關值,方向相關增益因子描述了多聲道麥克風信號的直達聲分量(S)對多個擴音器信號(L, R, C，Ls, RsJ1)的期望貢獻，一個或多個下混頻矩陣值描述了多個音頻聲道(UR1QI^RsJ1)對增強下混頻信號的一個或多個聲道的貢獻。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230;316)被配置為將方向信息(a, α )映射到方向相關增益因子集合(g1； g2, g3, g4, g5)。
6.根據權利要求3至5之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為考慮直達聲功率信息(E{SS*})和散射聲功率信息(E{NN*})來計算期望互相關值(EiX1Y1*!,EiX2Y^1EiX1, Y2*}, E{X2Y2*})0
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230;316)被配置為根據方向信息(a，α)對直達聲功率信息(E{SS*})加權，並且對散射聲功率信息(E{NN*})應用與方向信息無關的預定權重，以便計算期望互相關值(E (X1Y1*!，E (X2Y1*!，E (X1, Y2*}，E {X2Y2*})。
8.根據權利要求I至7之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為根據以下方程計算濾波器係數H1, H2 μ·,Ι·{55^ +1= Ε{55*} -+- Ε{ΛΓΛΓ*} 2=+ Ef-ViYi 其中，E{SS*}是直達聲功率信息，(E{NN*})是散射聲功率信息， W1和W2是依賴於方向信息(a，α)的係數，並且 W3W4是由散射聲增益Qi1, h2, h3, h4, h5)確定的係數,並且 濾波器(140; 240; 340 )被配置根據以下方程,根據多聲道麥克風信號的第一聲道信號X^k, i)和第二聲道信號X2 (k，i)來確定增強下混頻信號(112;212;312)的第一聲道信號Yliky 0和第二聲道信號烏沐 ) Y2(kJ) = Hο
9.根據權利要求I至7之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130:230:316)被配置為根據以下方程計算濾波器係數7i|j] = I Γ li. {Am. - E{.Yi.\·,；}] [I !.Y1IVJ'i/, J = Tl E {Uf I E {X,[E {X2Ff L'Bi. [I = I Γ I·! Λ I E {Λ. XJ Π ΓΕ [.V1IjT;:)J — d [-E {Λ } E {.Y1A^ U [Ε {U:; }_其中，d = E (I1 $} K {.Y2XI} ....... E {X, Λ]} E {X2X『}, 其中，X1表不多聲道麥克風信號的第一聲道信號， X2表不多聲道麥克風信號的第二聲道信號， Ε{.}表示短時平均運算，並且 *表示復共軛運算， EiX1Y1*!、EiX2Y1*!、Eix1, Υ2*}和Ε{Χ2Υ2*}表示多聲道麥克風信號的聲道信號X2與增強下混頻信號的期望聲道信號Yp Y2之間的互相關值。
10.根據權利要求I至9之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為計算增強濾波器參數Hy (k，i)至％ &，i)，使得根據與相似性的統計度量有關的增強濾波器參數近似，通過對多聲道麥克風信號的聲道信號(XpX2)進行濾波來獲得增強下混頻信號(112;212;312)的聲道信號(U)，期望的聲道信號Yj(k，i)被定義為 其中，7..\kj) = g,(kJ)S(k,i) + h,(kJ)N,(kJ)， 其中，gi是增益因子，依賴於方向信息(a, α )，並且表不多聲道麥克風信號(110; 210; 310)的直達聲分量(^ )對多個擴音器信號(Z1)的期望貢獻； Ii1是預定值，描述了多聲道麥克風信號(110; 210; 310)的散射聲分量(及)對多個擴音器信號的期望貢獻。
11.根據權利要求I至10之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為基於維納-霍普夫方程導出增強濾波器參數(132; 232; 332; H1, H2; Η1； 1； Η1； 2; Η2； 1； Η2；2)， 其中，維納-霍普夫方程描述了相關值E U1X1I，E (X1X2*!，E (X2X1*!，E {Χ2Χ2*}、增強濾波器參數(H1；1,H1j2, H2j1, H2j2)與期望互相關值(EiX1Y1*! ,E (X2Y1^1E {XJ；} ,EiX2Y2*!)之間的關係，所述相關值描述了多聲道麥克風信號的不同聲道對之間的關係，所述期望互相關值是多聲道麥克風信號(110;210;310)的聲道信號(XpX2)與下混頻信號的期望聲道信號(Y1, Y2)之間的期望互相關值。
12.根據權利要求I至11之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為根據期望下混頻聲道的模型來計算增強濾波器參數(132; 232; 332)。
13.根據權利要求I至12之一所述的裝置，其中，濾波器計算器(130;230; 316)被配置為根據對多聲道麥克風信號的第一聲道(X1)和多聲道麥克風信號的第二聲道(X2)之間的相關性加以描述的相關值選擇性地執行單聲道濾波或雙聲道濾波， 在單聲道濾波中，通過對多聲道麥克風信號(110; 210; 310)的第一聲道(X1)的濾波來導出增強下混頻信號(112;212;312)的第一聲道( )，並且通過對多聲道麥克風信號的第二聲道(X2)的濾波來導出增強下混頻信號的第二聲道(#2)，同時避免從多聲道麥克風信號的第一聲道到增強下混頻信號的第二聲道的串擾以及從多聲道麥克風信號的第二聲道到增強下混頻信號的第一聲道的串擾， 在雙聲道濾波中，通過對多聲道麥克風信號的第一和第二聲道(X1, X2)進行濾波來導出增強下混頻信號的第一聲道(1)，並且通過對多聲道麥克風信號的第一和第二聲道(X1,X2)進行濾波來導出增強下混頻信號的第二聲道(f2)。
14.一種用於基於多聲道麥克風信號產生增強下混頻信號的方法，該方法包括 基於多聲道麥克風信號來計算空間提示參數集合，空間提示參數集合包括對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息； 根據對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息來計算增強濾波器參數； 使用增強濾波器參數對麥克風信號或從麥克風信號中導出的信號進行濾波，以獲得增強下混頻信號。
15.一種電腦程式，當電腦程式在計算機上運行時執行根據權利要求14所述的方法。
全文摘要
一種用於基於多聲道麥克風信號產生增強下混頻信號的裝置，包括空間分析器，被配置為基於多聲道麥克風信號來計算空間提示參數集合，空間提示參數集合包括對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息。該裝置還包括濾波器計算器，根據對直達聲的到達方向加以描述的方向信息、直達聲功率信息以及散射聲功率信息來計算增強濾波器參數。該裝置還包括濾波器，使用增強濾波器參數對麥克風信號或從麥克風信號中導出的信號進行濾波，以獲得增強下混頻信號。
文檔編號G10L19/00GK102859590SQ201180020677
公開日2013年1月2日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年2月24日
發明者法比安·庫奇, 于爾根·赫勒, 克里斯多福·弗勒, 克裡斯多佛·圖爾尼裡 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協會