發(fā)明領域

本公開涉及一種音頻增強系統(tǒng)和方法。

發(fā)明背景

在現代機動車輛中，可使用許多依賴于麥克風信號的不同的聲學系統(tǒng)，例如像動態(tài)均衡控制，所述動態(tài)均衡控制使音頻信號的音量和/或均衡適應于動態(tài)變化的背景噪聲；車載通信，所述車載通信實現或至少促成乘客在車輛內部的通信；有源噪聲控制，所述有源噪聲控制在聲學上減弱源自例如道路或發(fā)動機的噪聲；免提通信，所述免提通信在不必讓手離開方向盤的情況下實現電話呼叫；以及波束形成，所述波束形成產生空間濾波器以為房間內某一方向上的揚聲器準確指定麥克風陣列等。希望進一步改進聲學系統(tǒng)在車輛內部的性能。

技術實現要素：

示例性音頻增強系統(tǒng)包括第一音頻信號路徑，所述第一音頻信號路徑具有第一麥克風，所述第一麥克風被配置來提供第一音頻信號；以及第一信號處理結構，所述第一信號處理結構被配置來處理第一音頻信號，其中針對第一信號處理結構在第一麥克風的位置和第一麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第一麥克風。所述系統(tǒng)還包括第二音頻信號路徑，所述第二音頻信號路徑具有第二麥克風，所述第二麥克風被配置來提供第二音頻信號；以及第二信號處理結構，所述第二信號處理結構被配置來處理第二音頻信號，其中針對第二信號處理結構在第二麥克風的位置和第二麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第二麥克風，并且其中第二信號處理結構不同于第一信號處理結構。所述系統(tǒng)還包括信號耦合器，所述信號耦合器被配置來處理第一音頻信號并且將處理過的第一音頻信號提供給第二信號處理結構，其中處理第一音頻信號包括增強第一音頻信號以用于在第二信號處理結構中使用。

示例性音頻增強方法包括利用第一麥克風在第一音頻信號路徑中提供第一音頻信號，并且利用第一信號處理結構來處理第一音頻信號，其中針對第一信號處理結構在第一麥克風的位置和第一麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第一麥克風。所述方法還包括利用第二麥克風在第二音頻信號路徑中提供第二音頻信號，并且利用第二信號處理結構來處理第二音頻信號，其中針對第二信號處理結構在第二麥克風的位置和第二麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第二麥克風，并且其中第二信號處理結構不同于第一信號處理結構。所述方法還包括處理第一音頻信號并且將處理過的第一音頻信號提供給第二信號處理結構，其中處理第一音頻信號包括增強第一音頻信號以用于在第二信號處理結構中使用。

附圖簡述

可以通過參考附圖閱讀非限制性實施方案的以下描述來更好地理解本公開，在下文中：

圖1是示出車輛內部中的多麥克風排列的示意圖；

圖2是示出從車載通信系統(tǒng)向有源噪聲控制系統(tǒng)提供附加麥克風信號的方框圖；

圖3是示出從車載通信系統(tǒng)、有源噪聲控制系統(tǒng)和動態(tài)均衡控制系統(tǒng)向示例性免提通信系統(tǒng)提供附加麥克風信號的方框圖；

圖4是示出向示例性有源噪聲控制系統(tǒng)提供附加麥克風信號的方框圖；

圖5是示出從有源噪聲控制系統(tǒng)和車載通信系統(tǒng)向具有波束形成器的示例性免提通信系統(tǒng)提供附加麥克風信號的方框圖；

圖6是示出提供有附加麥克風信號的具有波束形成、回波消除和動態(tài)均衡特性的示例性車載通信系統(tǒng)的示意圖；

圖7是示出示例性音頻增強方法的流程圖。

詳細描述

例如，為了確保在汽車內部，在一名乘客的免提電話通話期間，另一名乘客不能聽到該通話，可以產生掩蔽聲，所述掩蔽聲不僅會掩蔽傳播到另一名乘客的聲音，而且會干擾正在通話的那名乘客——這個概念在下文中將被稱為“聲音簇射(soundshower)”。同時，免提系統(tǒng)的要求正好相反，因為語音是希望的信號并且應該盡可能地阻斷背景噪聲。出于這個目的，通常將單向麥克風或多個麥克風結合波束形成技術來使用。隨后產生波束形成電路的單一麥克風或麥克風陣列可以放置在靠近乘客嘴部的頂蓬內襯或立柱中。在車載通信的情況下，要求以可能的最佳方式拾取語音，然而，不僅是在免提系統(tǒng)中的一個位置上，而是在多個位置上拾取語音，這取決于車載通信系統(tǒng)是建立為單向系統(tǒng)還是雙向系統(tǒng)。在車載通信系統(tǒng)中，單一麥克風通常放置在鄰近頂蓬內襯的安全把手中。在有源噪聲控制系統(tǒng)中，再一次要關注的是噪聲場而非語音信號。理想的是，在不從所有位置拾取語音的情況下評價所述位置處靠近乘客耳朵的噪聲場，這可以通過將麥克風放置在高于每個頭部位置的頂蓬內襯中或所有座椅位置上的頭靠中來實現。

圖1針對各種聲音信號處理系統(tǒng)示出車輛100內部中的一些典型的麥克風位置。如可以容易地看到的，不同的系統(tǒng)使用不同的麥克風位置。例如，動態(tài)均衡控制(dec)系統(tǒng)的目的是拾取環(huán)境噪聲，但是它不應對語音作出反應，因此在這種情況下，重要的是找出能很好地提供這兩種特性的點—通常出于這個目的，將單一專用麥克風101放置在后視鏡102上。專用麥克風應理解為是出于某項義務，例如動態(tài)均衡控制(dec)而至少在位置和性能(例如，指向性、動力學、敏感度、頻率特征等)方面得到優(yōu)化的麥克風，在這種情況下，所述麥克風又被稱為動態(tài)均衡控制(dec)麥克風。用于波束形成(bf)或免提通信(hf)的一個或多個專用麥克風例如麥克風陣列103可以設置在儀表盤104或儀表盤104上方的車頂內襯(未示出)中。針對車載通信(icc)系統(tǒng)優(yōu)化的專用麥克風105–108可以放置在側門109–112或側門109–112上方的車頂內襯(未示出)中。有源噪聲控制(anc)系統(tǒng)可以包括設置在車輛內部中的前座和后座的頭靠117–120中的專用麥克風113–116。除了優(yōu)化位置之外或替代優(yōu)化位置，一些或所有麥克風可以在性能例如指向性、頻率特征、敏感度、動力學等方面進行優(yōu)化。甚至是在這類基于麥克風的系統(tǒng)的目標可能有所不同的情況下，已經發(fā)現有益的是，訪問盡可能多的麥克風信號，因為信息內容會一直增加，而不管系統(tǒng)的不同目的可能是什么，前提是正確應用了麥克風耦合，例如預處理和/或組合。

參考圖2，在可以包括圖1中所示的麥克風113(又稱為anc麥克風113)的anc模塊201的示例性情況下，圖1中所示的麥克風105(又稱為icc麥克風113)連接至icc模塊202并且與anc系統(tǒng)201的麥克風113組合以便于深入了解由anc系統(tǒng)控制的噪聲場?；趦蓚€麥克風取代了靠近每個乘坐或頭部位置的麥克風，不僅可以使用單一anc麥克風113來導出噪聲場的聲壓，而且還可以通過評價在產生抗噪聲場時來自icc麥克風105和anc麥克風113的相應位置上的信號之間的差異來獲得這個位置上的噪聲場的模態(tài)特性的第一近似。因此，先前可用的僅基于聲壓的控制的anc系統(tǒng)現在可以通過組合這些麥克風來增強以控制聲場的模式，這意味著在控制過程中不僅考慮了聲壓而且考慮了波場的速度。在當前實例中，操作性地耦合至麥克風105和113的減法器203充當簡單的信號耦合器，所述信號耦合器向anc模塊201提供基于來自麥克風105和113的音頻信號的另一個信號。

在另一個實例中，希望增強駕駛員座椅處的免提系統(tǒng)。圖3中所示的基本免提系統(tǒng)301可以包括僅單一麥克風或麥克風陣列，諸如圖1中所示的麥克風陣列103；波束形成(bf)模塊302，所述波束形成模塊302連接在麥克風陣列103的下游；以及免提(hf)模塊303，所述免提模塊303連接在波束形成模塊302的下游。如果基本免提系統(tǒng)301的麥克風陣列103(或單一麥克風)與靠近駕駛員座椅的至少一個其他麥克風組合，那么這些或多或少松散分布的麥克風可以被組合來產生分布式波束形成系統(tǒng)，從而能夠更好地抑制背景噪聲，這改進了信噪比(snr)以及因此免提性能。為此，波束形成模塊302可以包括附加信道，并且可以進一步連接至以下各項中的至少一項：麥克風105，所述麥克風105針對車載通信(icc)模塊304進行優(yōu)化；麥克風113，所述麥克風113針對anc模塊305進行優(yōu)化；以及麥克風101，所述麥克風101針對動態(tài)均衡控制(dec)模塊306進行優(yōu)化。雖然上文結合圖1和圖2進行的描述僅提及駕駛員座椅位置，但是所述描述也相應地適用于所有其他乘坐位置。

有源噪聲控制(anc)(又稱為噪聲消除)或有源降噪(anr)是通過添加特別設計來消除第一聲音的第二聲音來減少不想要的聲音的技術。簡單的單信道前饋有源噪聲控制系統(tǒng)401可以如圖4中所示般構建。利用非聲學傳感器諸如每分鐘轉數(rpm)傳感器403在發(fā)動機402處拾取源自噪聲源，例如車輛的發(fā)動機402的噪聲，結合發(fā)動機階次合成器404輸出表示由發(fā)動機402產生的噪聲的參考信號x(n)，并且因此使所述噪聲與車輛座艙內可聽見的噪聲相關聯(lián)。同時，由專用anc(誤差)麥克風405檢測表示車輛座艙中存在的噪聲的誤差信號e1(n)，所述專用anc(誤差)麥克風405以與圖1中所示的麥克風113類似的方式布置在座艙內的例如駕駛員的座椅的頭靠中。源自發(fā)動機402的噪聲通過其對應的主要路徑來機械地和/或聲學地傳遞至專用anc麥克風405，所述主要路徑具有傳遞特征p(z)。

可控制濾波器406的傳遞特征w(z)由自適應濾波器控制器407控制，所述自適應濾波器控制器407可以基于誤差信號e1(n)和參考信號x(n)根據已知的最小均方(lms)算法來操作，所述參考信號x(n)由濾波器408依據傳遞特征s'(z)來濾波，其中w(z)＝-p(z)/s(z)并且s'(z)＝s(z)。s(z)表示揚聲器409與麥克風405之間的次要路徑的傳遞函數。由可控制濾波器406和濾波器控制器407形成的自適應濾波器基于由此識別的傳遞特征w(z)和參考信號x(n)來產生波形的相位與座艙內可聽見的噪聲相反的消除信號y(n)。之后由揚聲器409(其可以布置在座艙內)依據消除信號y(n)來產生波形的相位與座艙內可聽見的噪聲相反的聲音，從而減少座艙內可聽見的噪聲。上述示例性系統(tǒng)采用簡明的單信道前饋濾波的xlms控制結構，但是同樣可以應用其他控制結構，例如具有以下各項的多信道結構：多個附加信道、多個附加噪聲傳感器、多個附加專用麥克風以及多個附加揚聲器。

系統(tǒng)可以通過采用另一個麥克風410來增強，所述麥克風410可以專用于例如車載通信(icc)或免提通信，并且因此已經存在于汽車座艙內與麥克風405不同的位置處。麥克風410向濾波器控制器407提供另一個誤差信號e2(n)。由于多個誤差信號輸入到濾波器控制器407中，因此濾波器控制器407中采用多重誤差最小均方(melms)算法，以使得由可控制濾波器406、濾波器控制器407和濾波器408形成的自適應濾波器成為根據多重誤差濾波的x最小均方算法操作的多信道系統(tǒng)。

波束形成是在傳感器陣列(例如，揚聲器或麥克風陣列)中使用來進行定向信號傳輸或接收的信號處理技術。這種空間選擇性通過使用自適應或固定的接收/傳輸波束圖來實現。波束形成利用干擾來改變陣列的方向性。在音頻傳輸過程中，波束形成器控制每個發(fā)射器(例如，揚聲器)處的信號的相位和相對幅度以便于在波前產生相長和相消干涉圖。在音頻檢測過程中，將來自不同傳感器(例如，麥克風)的信息組合以使得能夠觀察到期望的輻射圖。

在圖5中所示的簡單的波束形成系統(tǒng)中，使用波束操縱模塊502來處理來自專用bf麥克風陣列501的n個麥克風的信號。波束操縱模塊502向濾波模塊503輸出信號，所述濾波模塊503的輸出信號通過加法器504來求和以提供信號505。麥克風陣列501的麥克風拾取在其相應的位置處發(fā)出的聲音，并且提供表示拾取聲音的麥克風信號。麥克風信號通過波束操縱模塊502使用增益因子v1…vn和時間延遲τ1…τn來處理以對麥克風信號的幅度差和渡越時間差進行補償。取決于聲源例如揚聲器與麥克風陣列之間的距離和麥克風之間的距離以及采樣頻率，在數字信號處理的情況下，或多或少能補償麥克風信號之間的傳播或渡越時間。濾波模塊503依據傳遞函數a1…an提供對放大的/衰減的和時間延遲的麥克風信號的濾波。

不是專用于波束形成器的麥克風諸如麥克風506(其專用于有源噪聲控制系統(tǒng)(未示出))和麥克風507(其專用于車載通信系統(tǒng)(未示出))可以通過信號耦合器508和509來操作性地與加法器504耦合。信號耦合器508和509可以包括使用增益因子vn+1和vn+2、時間延遲τn+1和τn+2來進行波束操縱，以及依據傳遞函數an+1和an+2來對放大的/衰減的和時間延遲的麥克風信號進行濾波以對來自麥克風506和507的信號的頻譜幅度差和頻譜渡越時間差進行補償，同時對從聲源到麥克風506和507的傳遞路徑的頻率特征進行補償?？梢韵蛎馓?hf)模塊510提供信號。

在示例性車載通信系統(tǒng)中，麥克風與每個乘客座椅(包括駕駛員的座椅)相關聯(lián)。麥克風提供在每個座椅附近或乘客的頭部附近。每個麥克風拾取相應的乘客的聲音，并且對應的信號通過汽車內的揚聲器來輸出。通常，汽車內現有的揚聲器可能與不同的乘客座椅相關聯(lián)。如果揚聲器安裝在每個門上，那么每個揚聲器可以與坐在相應的門附近的人相關聯(lián)。這允許來自特定乘客的語音的信號主要由對應于座艙內的其他乘客的揚聲器輸出。例如，如果駕駛員正在通話，那么對應于其語音的信號可以由除了駕駛員附近的那些之外的所有揚聲器來輸出。

圖6中示出了示例性車載通信(icc)系統(tǒng)。車輛座艙600可以包括用于四名乘客601-604的四個乘客座椅(未示出)。麥克風陣列605-608(各自包括兩個麥克風)和揚聲器609-612與每名乘客601-604相關聯(lián)。對于前排乘客601和602，麥克風陣列605和606可以布置在乘客601與乘客602之間的中心處，例如布置在儀表盤、車頂內襯或后視鏡中。對于后排座椅，麥克風陣列607和608可以設置在左側門和右側門、對應的b-柱或安全把手中。在圖6中所示的實例中，假設僅麥克風605和揚聲器612是活動的。其余不活動的麥克風606-608和揚聲器609-611由虛線指示。

圖6中所示的車載通信系統(tǒng)可以包括預放大器(pre-amp)模塊613，所示預放大器模塊613用于放大由例如麥克風陣列605提供(以及還任選地來自麥克風陣列606)的多個麥克風信號。將來自麥克風陣列605的多個放大的麥克風信號提供給多信道聲學回聲消除(aec)模塊614，所述多信道聲學回聲消除模塊614被配置來消除或減少聲學回聲，即在當前實例中為由揚聲器612輻射的聲音和由麥克風陣列605拾取的聲音；并且向波束形成(bf)模塊615提供放大的和回聲減少的麥克風信號。波束形成(bf)模塊615處理來自麥克風陣列605的多個放大的和回聲減少的麥克風信號，以產生波束形成信號，所述波束形成信號利用所希望的(任選地可操縱的)指向性來對來自單一麥克風的麥克風信號建模。將表示已去除回聲的波束形成信號的信號提供給動態(tài)均衡控制(dec)模塊616。將由動態(tài)均衡控制(dec)模塊616輸出的信號提供給開關617，所述開關617可以被包括來在獨立于其他揚聲器的情況下訪問每個揚聲器609-612。在將來自動態(tài)均衡控制模塊616的輸出信號提供給揚聲器609-612中的一個、一些或全部之前，利用(功率)放大器(amp)模塊618來放大所述輸出信號。

圖6中所示的車載通信(icc)系統(tǒng)可以通過座艙內存在的其他麥克風或麥克風陣列中的(至少)一個，例如通過鄰近后排右側座椅處的乘客604設置的麥克風陣列608來增強。麥克風陣列608將多個麥克風信號提供給預放大器(pre-amp)模塊619以用于放大來自麥克風陣列608的多個麥克風信號。將來自麥克風陣列608的多個放大的麥克風信號提供給多信道自動回聲消除(aec)模塊620，所述多信道自動回聲消除模塊620被配置來消除或減少聲學回聲，即在圖6中所示的實例中由揚聲器612輻射的聲音被麥克風陣列608拾??；并且向波束形成(bf)模塊621提供放大的和回聲減少的麥克風信號。

波束形成(bf)模塊621處理來自麥克風陣列608的多個放大的和回聲減少的麥克風信號，以產生波束形成信號，所述波束形成信號利用所希望的(任選地可操縱的)指向性來對來自單一麥克風的麥克風信號建模。波束形成模塊621使用來自麥克風陣列608的附加麥克風信號來評定座艙內車載通信(icc)系統(tǒng)的所希望的接收位置處存在的噪聲，以使得來自位置601的語音應該在位置604處得到增強，所述波束形成模塊621的輸出信號用于動態(tài)均衡控制(dec)模塊616中以動態(tài)地適應來自波束形成器(bf)模塊615的波束形成信號(所希望的語音信號)的音量或均衡。雖然波束形成器(bf)模塊615結合麥克風陣列605被配置來(或被操縱來)在乘客601的方向上具有其最大敏感度，但是波束形成器(bf)模塊621結合麥克風陣列608可以被配置來(或被操縱來)理想地在不需要從所希望的接收位置604拾取位置語音信號的情況下，在這個位置上在乘客的頭部，具體地說是他的/她的耳朵的方向上具有其最大敏感度。因此，基于麥克風陣列608將受控波束例如朝向604的頭部位置上方的頂蓬內襯引導可能是足夠的。

如圖7中所示的示例性音頻增強方法包括利用第一麥克風在第一音頻信號路徑中提供第一音頻信號，并且利用第一信號處理結構來處理第一音頻信號，其中針對第一信號處理結構在第一麥克風的位置和第一麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第一麥克風(步驟701)。所述方法還包括利用第二麥克風在第二音頻信號路徑中提供第二音頻信號，并且利用第二信號處理結構來處理第二音頻信號，其中針對第二信號處理結構在第二麥克風的位置和第二麥克風的性能中的至少一個方面優(yōu)化第二麥克風，并且其中第二信號處理結構不同于第一信號處理結構(步驟702)。所述方法還包括處理第一音頻信號并且將處理過的第一音頻信號提供給第二信號處理結構，其中處理第一音頻信號包括增強第一音頻信號以用于在第二信號處理結構中使用(步驟703)。

不同的系統(tǒng)，例如像動態(tài)均衡控制、車載通信、有源噪聲控制、免提通信、聲音簇射、自適應/動態(tài)低音/聲場管理/增強和波束形成系統(tǒng)可以被組合來增強所組合的系統(tǒng)中的一個、一些或全部的性能。

已經出于說明和描述的目的呈現了對實施方案的描述。鑒于上文描述可以對所述實施方案進行合適的修改和變化，或者所述合適的修改和變化對于實踐所述方法來說可能是需要的。例如，除非另外指出，否則所描述的方法中的一種或多種可以通過合適的裝置和/或裝置的組合，諸如參考圖2至圖6描述的系統(tǒng)的組合來進行。所描述的方法和相關聯(lián)的動作還可以按本申請中所描述的順序之外的不同順序進行，并行進行和/或同時進行。所描述的系統(tǒng)在本質上是示例性的，并且可以包括附加元件和/或省略元件。本公開的主題包括各種系統(tǒng)和配置以及所公開的其他特征、功能和/或特性的所有新穎的和不明顯的組合和子組合。

如本申請中所使用，以單數形式敘述并用詞語“一個”或“一種”進行描述的元件或步驟應理解為不排除復數個所述元件或步驟，除非陳述了這種排除。另外，對本公開中的“一個實施方案”或“一個實例”的提及并不意在解釋為排除也結合了所敘述特征的附加實施方案的存在。術語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標簽，并且不意在對它們的客體強加數值要求或特定位置順序。