BR112015014380A2

BR112015014380A2 - Filtro e método para filtragem espacial informada utilizando múltiplas estimativas da direção de chegada instantânea.

Info

Publication number: BR112015014380A2
Application number: BR112015014380A
Authority: BR
Inventors: Sebastian Braun; Emanuel Habets; Maja Taseska; Oliver Thiergart
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2020-01-28
Also published as: RU2641319C2; EP2936830B8; CN105165026A; US10331396B2; US20150286459A1; EP2936830B1; JP2016506664A; ES2612528T3; CN105165026B; BR112015014380B1; RU2015129784A; JP6196320B2; WO2014095250A1; EP2936830A1; EP2747451A1

Abstract

filtro e método para filtragem espacial informada utilizando múltiplas estimativas da direção oe chegada instantânea um filtro (100) para gerar um sinal de saída de áudio, compreendendo uma pluralidade de amostras do sinal de saída de áudio com base em dois ou mais sinais de entrada do microfone, é fornecido. o sinal de saída de áudio e os dois ou mais sinais de entrada do microfone são representados em um domínio de tempo-frequência, caracterizado por cada uma da pluralidade de amostras do sinal de saída de áudio ser atribuída a uma posição de tempo-frequência ((k, n)) de uma pluralidade de posições de tempo-frequência ( (k, n)).

Description

FILTRO E MÉTODO PARA FILTRAGEM ESPACIAL IHFORMADA UTILIEAMDO MÚLTIPLAS ESTIMATIVAS DA DIREÇÃO DE CHEGADA IRSTAMTÂHEA

DESCRIÇÃO [QOÜ1J A presente invenção refera-ae no processamento de sinal de áudio e, nm particular, a um filtre e nm método para filtragem espacial informada utiliaando múltiplas astimativaa da direção de chegada instantânea.

[0002] A extração de fontes sonoras em condições ruidosas e reverberantes é geralmente encontrada cm sistemas módernós de comunicação. Has últimas quatro décadas, uma grande variedade de técnicas espaciais de filtragem foi proposta para ráslirar essa tarefa. 0s filtros espaciais existentes são átimos quando os sinais observados estão de acorde com 0 modelo do sinal s quando a informação necessária para calcular os filtros é precisa. Na prática, entretanto,, o modelo do sinal é geralmsnte vicladé e a estimativa da informação necessária é um grande desafio.

roOGã] Gs filtros espaciais existentes podem ser amplarnente classificados em filtros espaciais lineares (vide, p.eXx, [1, 2, 3, 41} e filtros espaciais parametrises (vide, p.eXx, [S, 6, 7_f 8]), do geral, filtros espaciais lineares exigem uma estimativa, de um ou mais vetores de propagação ou estatísticas de segunda urdam (80S | seuòad-order statistics; dá ume ou mais fontes desejadas mais as 80S da interferência. Alguns filtros espaciais são desenhados para extrair um único sinal de origem, tanto reverberante nu desrevsrberado, (vide,

p.ex., [9, 10, 11, 12, 13, 14, 13, 10] ) , enquanto outros foram desenhados pata extrair x soma da dois óu mais sina ia de origesi raverbarante (vida, g.ex., [17, ΐ3]) * Os métodos previamente mencionados exigem cunhe cimente· anterior da direção de uma ou. mais fontes desejadas ou um período no qual apenas as fontes desejadas sâo ativas, tanto separada quanto s 1 mu11aneamente >

(00δ4 j üma desvantagem desses métodos é a incapacidade de adaptar de forma rápida e suficiente a novas situações_f por exemple, móviméntos de erigem ou alto-falantes concorrentes que se tornam ativos quando a fonte desejada está ativa. Os filtros espaciais paramétricos geralmente têm. base em um modelo dc sinal relativamente simples, por exemplo, o sinal recebido no domínio de tempo~fraguéncia consiste em uma única onda plana mais o som difuso, e sáo calculado* com base nas estimativas símultâneaados parâmetros do modelo. As vantagens dos filtros espaciais paramétricos sâo uma resposta direcional altamentn flexível, uma supressão comparavelmente forte do som difuso e interioridores, e a capacidade de rapidamente adaptar-se a novas situações. Entretanto, conforms mostrado em [19], o modelo único tie sinal de onda plane subjacente pode ser facilmente violado na prática, a qual fortemente degrada o desempenho dos filtros espaciais paramétricos. Deve ser observado que os filtros espaciais paramétricos do estado da técnica u.ti li ram todos os sinais do microfone disponíveis para estimar os parimetros do modelo, enquanto apenas um

/ fcnt^ís) sonora(s), e sendo adaptado para, gorar a informação da ponderação para nada uma- da pluralidade de posições de tampa· frequência, dependendo da informação de direção de chagada de am ou mais componente te) do som. de uma ou mais fonte(s) sonora(s) da referida posição de tempu-freqaencia ou dependendo òa informação de posição de uma ou mais fonte(s) sonora(a) da referida posição de tempo-frequêneia<

Ϊ 0009] Alem disso, o filtro cumpreende um ge rsdardo sinal d® salda para gerar o sinal da salda de áudio, gerando, para cada uma da pluralidade de posições de témpu-fsequência, nua da pioralidada de amostras do sinal da salda de áudio, que ê atribuída à referida posição de tempo-f raquênuia, dependendo da informação de ponderação da referida posição de tempo-frequência e dependendo de uma amostra de entrada de áudio, sendo atribuída à referida posição da tempof r e q u ê no 1 a, de oa d a um d e d a .1 s ou ma í s s 1 na i s de a n t rada do microfone.

ÍOOÍOj As aplicações fornecem um filtro «spac.is.1 para obter uma resposta desejada para, no máximo, fontes sonoras ativas simultâneas f-, 0 .filtro espacial fornecido é obtido reduaindo-se a potência difuso-mais-ruido na salda do filtro submetido a restrições lineares .1, Ao cò.ntráriu dos conceitos do estadá da tácnica, as lineares .1 têm como base as estimativas da direção· de chegada de banda estreite x n s t a n t àn ® a. A .1 êm d 1 s s o, no vo s a s t im ado r e a p a r a o í n d i c a de difuso-para-ruido / potência, difusa são fornecidos, exibindo uma resolução temporal a espectral aufícientemente alta para atingir tanto a des-reverberação e redução de ruído.

[00111 De -acordo oom algumas aplicaçõe.s, es conceitos são fornecidas para obter ima resposta espacial arbitrária desejada para_Λ no máximo, L fontessonorassendo simultaneamente ativas por instaste de tempo-frequência< âara essa finalidade, a informação paramétríca instantânea (IPX i .instantaneous parametric .information) sobre a cena acústica é incorporada no desenho de um filtro espsoial resultando em um filtro espacial informadc''.

[0012] Em algumas aplicações, tal filtro espacial informado, per exemplo, combina todos os sinais de microfone disponíveis,, com base nas ponderações complexas, para fornecer um sinal de salda melhorado» (001.3] De acorde som as aplicaçÕes> o filtro espacial informado pode, por exemplo, ser realizado como um filtro especial......de váriância minima restrita llnearmenta (LCMV) linearly oonstrained minimum variance) ou como um f i 1.1 r o d í en e r mu 11. í o a π a 1 p a r am é t r 1 c o.

Γ0014] Em algumas aplicações, o filtro espacial informado fornecido e, por exemplo, obtido pela redução da potência de autorruído mais difusa submetida a restrições lineares L<

(GDIS] Em algumas aplicações, ao contrário da técnica anterior, as lineares L têm base nas estimativas de d1reção de chega da (DOA) direo t i ou-of-arr1va1J inst antâneas, e as respostas resultantes às 1 DOAs correspondem a diretividade desejada específica.

[ QOl 6} Hemdi® so, noves estivadores para as é s .'. a 11 a t iç a a de s e j ad a a de s mal ê r u ide _f p o r e xs mp 1 ο , o iadice da difuao-para-rnldo (DNR· dif.fuse-fo-noiae ratio), Síàó forneeloos azibindo uma raso loção temporal e espectral suficientsments alta, per exemplo, para redurir tanto a reverberação quanto c ruido>

[0017] Além disso, um método parra gera r um sinal de saída da áudio, compresndendo uma pluralidade de amostras do aluai da saída de áudio, oom bass am doía ou mais sinais da entrada do microfone, í fornecido, 0 sinal de saida de áudio e os dois ou mai® sinais de entrada do microfone são representades em um domínio de tempo-frequência, caracter irado por cada uma da pluralidade de amostras do sinal de saída de áudio ser atribuída a uma posição da tempofrequência de urna pluralidade de posições de tempofrequência, O método compreeude:

~ Reoe.bimento, para cada uma da pluralidade de posições de tempo-fsequência fit, da informação de direção de chegada de um ou mais components(s) do som de uma ou mais fonte(s) sonora(s) ou informação de posição de uma ou ma i s fon t s(s) sone ra(s),

- Geração da informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempc-frequêncía, dependendo da informação de direção de chegada de um ou mais componente {s i do som de uma ou mais fonte (s) sonora (s) da referida posição de tempo-,frequência ou dependendo da informação de posição de uma ou mais fonte (s) sonora (s) da

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posição de tempc-freqoência.....fk, n/... dependendo da informação de ponderação da referida.....posição de tempo· fraqnsncia......f.è,,......n.1 e dependendo de u»á dás amostras de entrada de áudio de nada de dois oa mais sinais de entrada do microfone# a saber# por exemplo# dependendo de uma da a amostras de entrada de áudio de nada de dois ou mais ninais de entrada do microfone# que é atribuída à referida posição de tempo*frequência fk_z nj« [0035] Para cada amestra do sinal de salda de ãudio a s e r g a r ada a pá r 11 r d e çada po s i ç ão de t empo~ f r e qu ência (1., n;... o gerador da ponderações110 recentemente gera a informação de ponderação individual, 0 gerador do sinal de saída leO gera# então # a amostra do sinal de sai da de áudio da posição de tempo-frequeueia considerada fá# n) com base na informação de ponderação gerada para essa posição de tempo™ frequência x Em outras palavras# a 'nova informação de ponderação a calculada pelo gerador da ponderações 110 para cada posição de tempo-frequência# a qual ursa, amostra do sinal de salda de áudio deve ser gerada, [G03.6] Ac gerar a informação de ponder ação# o gerador de ponderações 110 ê adaptado para considerar a infarmação de uma ou mais fonte(s) sonora(s).

[0037] Fo« & xempl o # o g e r a do r de po nde r a goes? 110 pode considerar uma posição de uma fonte sorjora, Ém uma aplicação# o gerador de ponderações pode# ainda# considerar uma posição de ema segunda fonte sonora.

[0033] Gu# por exemplo# a primeira fonte sonora pode emitir uma primeira onda sonora com um primeiro componente sonoro. A primeira onda sonora com- o primeiro componente sonoro· chega em w microfone e o gerador de ponderações 110 pode considerar a direção -de chegada, do primeiro compônente sonoro / da onda sonora» Com relação a isso#· o gerador de ponderações .110 considera a informação na primeiro fonte sonora» Além disso# a segunda fonte sonora pode- cmítl.r uma segunda onda sonora com um segundo componente sonoro·» A segUCda onda s odd r a com o ssgundo commonéhte sonorõ c hega no microfone e o gerador de ponderações. 1.10 pode considerar a direção da chegada do segundo componente sonoro / da segunda onda sonora. Com. relação a isso# o gerador .de pcnderagces 110 ccnsidcra# ainda# a informação sobre a segunda fonte sonora. [003$] A Fig. i.b ilustra um. poasivel cenário de aplicação paia um filtro 100# de acordo com uma aplicação. Uma primeira onda sonora cam um primeiro components sonoro é em i tide par um p r 1 me i roelto-falentelil . (·.· m a p r i me i r a f on te sonora) e chega em um primeiro microfone 1.11 < A direção de chegada do primeiro componente sonoro (*= a direção de chegada da primeira onda sonora ;# no primeiro microfone# 111 é considerada. Além disso# uma segunda onda sonora com um segundo componente sonoro ê emitida por um segundo alto·* falante 123 (uma segunda fonte sonora) e chega no primeiro microfone 111. O gerador de ponderações 110 é capaz de considerar# ainda# a direção da chegada do segundo componente sonoro no primeiro microfone 11.1 para determinar a informação de ponderação. Além disso# a direção de chegada dos componentes do som. direção de chegada das ondas sonoras) em outros microfones, como minrofone 112 pode, ainda, ear considerada pelo gerador de ponderações pare de to rminar a 1 n f o rma çã o d e ροή de r a ç ã ο.» [0040] Deve ser observado que as fontes sonoras podesç por exemplo, ser fontes sonoras físicas que existem, fisicamente em um ambiente, por exemplo, alto-falantes, instrument os musicais ou uma pessoa falando·.

[Ó ó 41] Entrar auto,: de ve se r o b s erva do que as fontes da imagem do espelho são, ainda, fontes sonoras. For exemplo, uma onda sonora emitida por um alto-falante 122 pode ser refletida por uma parede 122 e a onda sonora parece, então, ser emitida de uma posição 123 sendo diferente da. posição dó alto-falante que, da fato, emitiu a onda sonora. Tal fonte 4a imagem de espelho 123 é, ainda, considerada como uma fonte sonorax Om gerador de ponderações 110 pode ser adaptado para gerar a_: informação de ponderação,dependendo da informação de direção de chegada referente a uma fonte da i.macem de espelho ou. dependendo de informação de posição em uma, duas ou mais fontes da imagem do espalho.

[0042] A Fig. 2 ilustra um filtro 100, de acorde com uma. aplicação e uma pluralidade de microfones 111, 112, 1'13,,.,, lln, 14a aplicação da Figura 2, c filtro 100 compreenda, ainda, nm. banco de filtro 101. Além disso, na aplicação dâ Fig. 2> o gerador da ponderações 110 òrmvgresnde um módulo do calculo camputeclona1 da informação 102, us módulo do cálculo oomputacian.a.l de ponderações 10 3 e um módulo da seleção de função de transferência. 104.

ccndueidax Mais especifioamente, as ponderações w(A, n] são, per example, calculadas ccl case na inforsaçâo pa ra;né tries instantâneá (I PI] J(xçn) $ _Com base -am uma função de transferência desejada ccrrespondenta G (x, a).

[G047J 0 modulo do nil .onio computacional da informação 10'2 ê configurada para calcular a XFX _a partir dos sinais do microfone x(k, a} * A I FI descreve as características especificasdo sinalecs camponantes de ruído compreendidos nos sinais do microfone χ{1> n) pars ο dado instante de tempo-frequência tip η)>

(0048j A Fig. 3 ilustra, um gerador de ponderações

110, de acorda com uma aplicação. Q gerador de ponderações

110 compreende am módulo do cálculo computacional da informação 102, um módulo do cálculo computacional de ponderações 103 e um módulo de seleção de função de transferência 104, [004 9] Conforme- mostrado- no exemplo na Fig. .3, a IPX compreende principalm&nts a direção de chegada instantânea (DOA) de um ou mais componente(s? do som direcionais (por exemplo, ondas planas), por exemplo, calculadas por um módulo de estimativa de DOA 201, [0050] Conforme explicado abaixo, a informação de

DOA pode ser representada como -um ângulo (por exempla, pelo (ângulo azimute çíf, o.) , pele ângulo de elevação n) por uma frequência espacial (por exemplo, por μ [A i çfà, n) ] ; , por uma mudança de fase (por exemplo, por a[x í

n)J} por um atrasa tempo.oal entre os microfones, por um vetor

prr exesiplo, ser oomponenteS: de ruído estacionarias / componentes de ruído lentamente variantes e a segunda informação de ruído pode ser a informação sobre os componentes de ruído eatacíonáríGS / lentamente variantes« (0059] Sm uma aplicação# o gerador de ponderações

110 é can figu.rada para gerar a primeira informação de ruído (por exempla, a informação sobro os componentes de ruído não es tab 1 ona r ids / lent amente 1 o variantes Γ,empregando, por exemplo, a informação estatística predefinida (por exemplo, a informação sobre uma coerenóia espacial entre dois ou mais sinais de entrada do miorofone resultantes dós rompeuentea de ruído não estaolanarios), e caracterizado pelo gerador de ponderações 110 ser configurado para gerar a segunda informação de ruído (por exemplo in fórma-çãc sobre cs componentes de ruído leutamente variantes / estacionários) sem empregar a informação estatística.

(0060] Referente aos componentes de ruído qua mudam rápido, os sinais da entrada do microfone sozinhos não .fornecem informação suficiente para determinar a informação sobre esses componentes de ruído. A informação estatística ê, por exemplo, adicíonalmenta, nsçéssária para determinar a informação referente aos componentes de ruído de rápida mudança <

[0061] carretaste, referente aos componentes de ruído que não mudam ou mudam lentemente, a informação estatística não ê necessária. para determinar a informação sobre esses componentes de ruído. Ao invés disso, ê suficiente para avaliar oa sináis do míorofono.

[0052] Deve ser observado cue a informação estatística pode ssr calculada, expiorandc-se a informação de DOA estimada, cótiforme mostrado na Fig. 3<. Deve ser observado, ainda, que a IPX também pode ser fornecida enter nascent a, Por exemplo, uma DOA do s<» (uma posição de fontes sonoras, respectivamentej pode ser determinada por uma c ame rã de v1ded juntamente com um a1goritmo de r eco n he c 1mento facial, presumindo-se que os oradéres humanos formem a cena socorra, [0033] Um. modulo de seleção da função de transferência 104 ê configurado para fornecer ume função de transferência dfb, n; . A função de transferência (potencíalments complexa] Gfk, aj da Figura 2 e da Figura 3 dascrave a. resposta desejada do sistema qua recebeu a. IPX (por exemplo, paramétrica atual) dhsp g_or exemplo, G{'à, M pode deacrever um padrão de retirada arbitrária de um microfone espacial desejado para a melhoria do sinal na reprodução mono, um ganho dç alto-falante dependente da DOA

para a reprodução do	a 11 o - f a 1 an t e, o u	uma função de
transferência relacionada	à cabeça (HsTF}	para reprodução
binaura1.
(0064] Dave ser	c b s e r v ado qu e,	q e r a 1 m e n t e, a s

estatísticas da uma cana sonets gravada variam raptdamante ao .longo do tempo e da frequência.. Consequeustemante, a ÍPI JUtn) a _ajJ ponderações ótimas correspondentes w{.k, n) são válidas apenas para um índice da tampo-fsequência espeoífiou

19/52 e, as a innsão recalculadas para cadak en. Portanto, o sistana p o d a adapt a r - s e instantaπaseente ã a i t u aç ã o de gravação atual.

(00651 Devs ser observado, ainda, que os níorufanes de entrada M poder tanto tornar una única natris do niorofone quanto ser distribuídos para tornar váriaa natrires emdiferentes localizações. Alén disso, a IPX Jtkon) pode compreender a infcrmaçâo de posição, ao invés da informação de DOA, por ex employ as posições das fontes sonoras en uin ambiente tridimensional * Por causa disso, os filtros espaciais podem ser definidos não apenas filtrando direções espéoifioas, conforne desejado, nas regiões espaciais tridimensfonais da cana da gravação.

(00661 Todas as explieaçòés fornecidas cor relação às DO As são igualmente aplicáveis quando una infernação de posição de una fonte sonora está disponível. Por exenplu, a

i.nfcrração de posição pode ser representada por una DOA (un ângulo) e una distância. Quando tal representação da posição é empregada, a DOA pode sér inediatánente obtida, a partir da informação de posição. Ou, a informação de posição pode, por exenpic, ser descrita pelas acordenadas x, y, x. Então, a DOA pode ser fanilnente calculada ocn base na irrfornãçáo de posição da fonte sonora a com base en una posição de nícróforie, a qual grava o respectivo sinal do ni or o.fone de entrada.

[vúál] A seguir, oo.tras aplicações são descritas.

fOD68] álgunas aplicações pemiten a gravação de son ospaoi a Iman te seletiva coa dasreverberação e redução de ruído. Nessa contexto, as aplicações para a aplicação de filtragem espacial para a dei borla do sinal em termos de extração da fonte, desreverberaçâo e redação de ruído são fornecidas. 0 objetivo dessas aplicações é calcular um aluai Y (k, rq que corresponde à saída de um microfone direcional com um padrão de retirada arbitrária. Isso significa que o s co dime ions 1 {por e x a mp 1 o, uma única on d. a pi a n a) é a t an u ado eu presérvádò, confome desejado, dependendo de sua DQA_?enquanto o som difuso ou o autorruído do microfone é s up rir ido. De acordo cor as aplicações., o filtro espacial fornecido combina os beneficies dos filtros espaciais do estado da técnica, inter alia, fornecendo um alto índice de diratividade (DI ] directivity .index) er situações coo alto DNR, e ur alto ganho de ruído branco (WG i unite noise gala.) , de outra forma. De acordocor algesias aplicações, o filtro espacial pode ser apenas linearments restrito, permitindo um rápido cálculo corputacionai das ponderações, Por exeMplo, a função de transferencia n) da Fig. 2 a da Fiç, 3 pode, por exemplo, representar um padrão de retirada desejado do Microfone direcional.

[OOnõl à seguir, uma finmula do problema é fornecida< Bntao, as aplicações do módulo do cálculo computacional de ponderações 103 n o modulo do cálculo computacional da IPX 102 para a gravação da som áspacialmente seletiva com desreverberação e redução de ruído são fornecidos. Além disse, as aplicações de um módulo da seleção

TF correspondente 104 são descritos<

í 0 0 7 0 ] Fm primé 1 x o 1 úga xá f ô.rmu la do problema é fcrneaida< doa matriz da miorofon.es omnidirecionais Zf 1 oo a 1i z a d o s am Φ ,_f, „ # e cc u a ide r ada ♦ P a r a c a da (i _f ft) ρ x e s uw ~ se que um campo de sun's é composto por ondas planas D < M {oom dl rsei ona 1) que se propaqam em um campo de som di fuso isútxdpico e espauialmeóté bomegênso, Os sinais do micxófçne x(i, n) podem ser escritos como· x(Í_t ^?0 — ]jP xpi< a.) è xa(L ft 1 4' XgÇís η).

<::s 1 í [0071 j em que xH.k_z n) ·« r.< dü ♦ . x<

dU p cempresride os siuaie do microfone que sâo proporcionais à préssâo do sem da onda plana i-th, xü ê o ruído não estacionário medido (pôr exemplo# som difuso) e χ_ΛΤ_; rd é o ruído estacionário / ruído lentaosnre variance (por exemplo, au torruí do do mi e rofone), [0072} Presumindo-se que os três componentes na

Fórmula (2) sejam mutualmente não relacionados, a matri* da densidade espectral da potência (PSD | pomer spectral density; dos sinais do microfone pode ser descrita por

4>(À\ s) ~~ E {x.(À\ ·η) χ^Η(ί. .0') } £

_tW >d(E?n ~ cm(A?0 Γ,ηΗ [0074] Aqui# ^.(2, n) á a matrix da PSD do ruído estacionário Z ruído .lent&mente variante e ó<s(t, n) é a potência esperada doruído não estacionário, que pode variar rapidamente pulo tespo efrequência. 0elemento1/-th da matrix de cosrênci« X/pi], denotado por yiq(^) r õ a coerência entre os microfones i e g resultante do ruido não estacionário. Por exemplo, para um campe difusa esfericamante iaotropioo, y'm(ê) sincLK x.í₄) [20], com número de onda κ o xm ^m H<,7 - dj H 0 elemento ig-th da. matrix de coerência F_R[.â) é a coerência entre os microfones i e j resultante do ruído estacionário / ruida lentamante variante. Para act cr rui do do microfone, n) ~ p_rs[ê, ai X, em que I é uma matriz de identidade e %(ê, n) ê a potência esperada da auterruidc.

[0075] 0 som direcional x>[i, ή) em (2) pede ser escrito como

X[(àt n) ™ a[fe | pg (k n)| Xi(Kn< d i), , ₅, [007S] em que n) ê o acimute da DOA da onda plana 1-tn (p-~0 denotando a lado amplo da matrix) e e[i i çu(Àz n) ) [s-ι ík | a) ] ... eeíà' I ¢1(^ ·Ρ)ίΓ' ê α vetor de propagação.. O elemento i*th de a[& i pjÇxt nj 1 , ipiê i çquc n)j - exp{,?r r* sinn)}, [0077] descreve a mudança da fa.se da onde plana 1-th do primeiro microfone ao microfone .i-th» Oeve ser observado que xo ^;;í Hdl - dl I i é igual à distancia entre o primeiro microfone e c microfone f~th.

[0070] o angulo dad·* I pi. n) ] « AHÍ ΐ Ç.HÀ_Z η) ] é geraImente referido como frequência espacial. A DOA da onda J-th pode ser representada por g.ü, η), aHd i a) ] ,

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d_;: A %u .n, dj <Xs.(kz dj.) ] compreende o$ sinais propurcionais às pressões de som das ondas planas X no microfone de reférincia, Observe que 4mà ú) ê uma matrix d i a go na 1 _f es q ç e os e 1 eme ή tos d x a goma i s d i a g {Φ _s (k, n J } ™ íõiíà., rp . . v ç_£. (k, η) P são as potãnoxas das andas planas de chegada > A fim da ter u cent role sobre as disuorçôes do sinal introduzidas, podé-se incluir wa matrix diagonal Λ{1., n) compreendendo parãmetros de controle dependentes de tempo e frequência diag{Á} ~ Àd, n] A > ♦ » ·Ρ(1, η) P , ou seja,

Opwpl A »». [g À^(lgn)w|^H A(Ç») #_S(A«) A^M(k,n) w] é w^H Φ»(Ρ ^?H ^w·ό'/ο^://d··· ///j/Linoogx/fo]/ [0101] n solução ao protdáka de sünimisação em (1?) _f dado CsAkz A , à w » [A^H A(k<z/Í#s(PhjA 4- ^J^ jAAÍAx u^sÇk^pg.

[21)

Í0103} issó ê idênticé a w =x Φ'¹ AjA'¹^ -a Α^ΗΦ”^ιΑ]“^ _í22.

(0104] óev© ser observado que para Α'^Λ ~ 0, a solução LCMV em (14) á obtida.» Para A ® X, o filtro Wiener multi rranai é obtido» Para outras valores Λι,,.!·.. (k, xü, a quantidade de distorção do sinal de origem oarrespondenta e a quantidade da supressão do ruído residual podam ser controladas, respect!vãmantePortanto, gêralmente defina-se ' {,kn}, de pe u de ndo d a i n f ó rma ç ã o p a r a mé t r i c a d i s p on 1 ve 1,

das ponderações podarem. ser ca Ion la da*. As DOAs das ondas planos A calculadas; no siddula 201 podem ser obtidas com estimadores de EGA de banda estreita bee conhecidos coes EEFRIT [221 ou MUSIC í23J de raise ou outros eatleaders* du estado da técnica. Esses aigerltmos pedee forneoer# pot exemplo, o ângulo animate g(k, n}, a frequência espacial p(k i ç(.k_z a) }, a mudança da fase a[k j n} 1 ou o veter de p re pa g agio a [ k Γ p (k, n) ί para era o u ma 1 s o nda s qua ch a g am na matriz. A. estimativa de DOA não será discutida posteriormsnte, pais a própria estimativa de DOA é bem conhecida na técnica.

[01x1] A seguir, a estimativa do indica de difusopar a- ruído (DMR] é descrita. £m particular, a. estimativa de DES da entrada 1* [2. n} , ou seja, uma rea11ração do módulo 202 na Fig. ó, é discutida. A estimativa de DMA explora a informação de DOA obtida ac módulo 201. Para estimar k (k, n), um filtro espacial adicional, o qual cancela as ondas planas 2, de modo que apenas o som. difuso seja eapte.rado, pode .ser utilizado. As ponderações desse filtro espacial são ánaçnt radas, por exemplo, pelo a urns nt a de WG da -matriz>· ou seja, xvg ™ arapuin w^w W f t X v : : - CS .:.-:4::.-0 . ..................... ---4 < ........ 4 : 4 < 4 4:4 4 ^: 44 .-:-:4.4: :: : : : 4: 44 ^: 44 4 %·<·».·;>

[0112] submetida a w^H aU-1 <a>(/g η ή - ü< / c (L 2.... J,).

4ji4[:[:44:[4-4:44;çgW ^h U; A: i pp (k, n); ™ L , ₇ iOU3] A restrição {27} garante ponderações não zero . 0 vetor de propagação a[2 i çç(k,· n) ] corresponde a uma

[0118) em que ^w't à definido no parágrafoanterior,

Deve ser observado que a matrix da PSD doruído estacionário / ruídó lent amante variante Φ,ρ.Χζ a) pode ser es tomada durante o silênoio (ou seja, durante: a ausência do sinal e do ruído não estacionário), ou seja, <>« (d, u) - E (xÇn (d w)} , , ,_{$í v} [01lã) « que a expectativa é aproximada pela média sobre as estruturas de silêncio ,n. As estruturas de silêncio podem ser detectadas com os métodos do estade da técnica» [0120] A seguir, a estimativa da matrix daP3D do sinal indesejado (veja módulo 203) é discutida.

[ 0121] lê ma t r i a da 2 0.0 do s i n a 1 1 n d e s e j a d o (r u i d u estacionário / lentamente variante mais raids não estacionário) $42, n) podo ser obtida nem

Φ_υ(Αηη) «Á, ^)(Ψ(Αη«)Γ<ί(Α:) 4 Γ_η(Α'))<

{33) [0122] ou, de moda mais gerai, corn #u(Ai d) == ÇdPi n)ía(£) 4· n)._$ i;. ' ; / ; > ' · 71 ^:.' . · : ' 1 · ; 1 : s ·· ^: :: .· _K< ·· 7 z · - : : .; _Λ < _<: · _: · [0123] em que Γ*(ί) a r_í;(á) são disponíveis como informação a priori (veja acima) . O DdR $ {2, n) _f a potência do ruído estacionário / lent amante va. ri ante ò«(xt n) e outras quantidades necessárias podem ser ualcula.daa, conforme explicado acima. Assim, a estimatdva de n) explora a informação de DOA obtida pelo módulo 201<

[0124] A seguir, a estimativa da matrix da PSD do s i n a1 (ve j a módu1o 2 0 4) é de s cr i t a.

[0120] A potência dm n) das ondas planas de

então, obtido por — arpnún w^H Φ_η( U ??) w w w«w {301 [013.3] Bsistá ama solução da. forma fechada para (38) (1) qua permite um rápido cálculo computacional de. »&. Deve ser observado que esse filtre não necessariamente fornece o 151 mais amplo.

[0136] 0 segundefiltro espacial éconhecido como o formador de feixes da superdiretividado robusta (SD 1 super<if recti ve) a reduc s. potência do som difuso na salda do filtro [ou seja, aumenta o Dl] com uma vínculação inferior no WIG [24]< A vínculaçãc Inferior no WNG aumenta a robustez aos erros novetor depropagação e limitaà amplificaçãodo autorruído [24]< O ótimo vetor de ponderação que reduz o MSB entre (7) e (3) sujeito a (M) s satisfaz- a- vinculagão inferior no WG é, então, obtido por w_d ™ arp mm w^H Φρ(Α\ a) w W ............·......_;:>

w^K r.-p t/x) w _{( x} [01371 e sujeito a uma restrição quadratics w⁵* w <

O parâmetro ,8“' define o OG .mloime e determina o Dl alcançável do filtro. Na prática, é çeralmente difícil encontrar uma ótima desvantagem entre um suficiente em

s.it cações de baixo SN.R, e um Dl sufi oi eu temente alto em. situações de alto SNã. Alem disso, solucionar (3.9} leva a um problema de otimização nâo convexo devido à restrição quadrática, que e demorada. para solucionar. Isso é espacia.lmen.te problemático, viste que o vetor de ponderação

37/52

falxes ND robusto (we . A Fig. 8..(.b) mux fra os ifNGs cox respondestes. Du r anta a a i1 ê n ex o , o filtro espacial proposta (linha trade jadswè atinge w alto MG, enquanto que, durante a atividade do sinal, o WG é relativamente baixo.

[0144j Fig. 8: o Dl e c WG doa filtrou espaciais comparados. Para «g, o WNG mínima fui definido como -12 dB pára tornar o filtra espacial robusto contra a autorruído da [Olãõj No geral,aFig. 8 mostraque q filtro especial propôs tu combina as vantagens de ambos os filtros espaciais existentes: durante as partes de silêncio, um WNG máximo á fornscldc, levando a uma amplificação minima de outerruido, ou seja, alta robustas.

[0148] Durante a atividade do sinal e a alta reverberação, em gue o autorruído é geralmente mascarado, um alto Dl e ferneoido (a custo de um baixo WNG) levando a uma ótima redução do som difuso. Dessa caso, NNGs ainda menores sã0 to1eráve i s.

[0147] Observe que, para as frequências mais altas (f‘ > 5 kHs) , todos os filtros espaciais realisam de forma quase idêntica, visto que a mat ris de coerência Χύ(Ι') em (3âj é (12) e aproximadamente igual a uma matrix da idéntldade.

[0148] ã seguir, as restrições direcionais i n s t a n t â n e a. s s ã o e on s i de r ada s.

[81481 Para esta simulação, presume-se que nenhuma informação a prior! sobre e esteja disponível. As DGAs \ / */

Ρι(2, n) e ÇíU, n)são estimadas cos......ESPRIT < Assim,as restrições(9} variam aclongodo tampo. Apenas parao formador de feixes ED robusto ama restrição única. e invariants do tempo (9) _f correspondente a ama direção de visualização fixa de (A ^::: 33% é empregada- Esse formador de feixes serve cesso uma referência.

[0150] A Fig. $ descreve a DOA estimada ζ<·(Χ'_ζ n) e as ganhes resultantes G[.fe I çg ( á , n)j. Em particular, a Fig. 9 ilustra a DOA estimada pit, a)e o ganho resultante iG(k i m·. (k, n) 1%. A onda plans de chegada não é atenuada, se a POA estiver dentro da janela espadai na Fig. 4 (linha sólida). Casa contrário, a potência da onda é atenuada por 21 dB.

[0151] A Tabela 1 ilastra um desempenha de todos os filtros espaciais (* não prccessados) . Os valores entre parênteses se rersrem às restrições direcionais invariantes da tempo, valores fora dos parênteses sé referem ãs restrições direaionéis instantâneas, Os sinais foram ponderados por A antes da calcular SIR, SRR e SSKR.

	s nr#	t pB[	111111111'	PncU
		s -(0-1:) I·	28	(29)	Α1.Β]1	(La)
d:	21 (32)	...V f....;Ç	33	íSU	2i)	(L.T)
	23 (SB)	: 3 (-1;	2:2	(2i)	2 1	• 2 0}
dd	23 [3%	: í (4]	<lÍ^:%rrlr	(2b)	2.1	(1.0)

Tabela 1 [0152] Em particular, a Tabula 1 resume o desempenha gerai dos filtras espaciais ém termos de indica da sinalpara-interferênoia (SIR i Aig-nâi-to-interference ratio), Índice de sinal-para-revárberaçâo (SRR signal-to-

considerado e um problema semelhante ê formulado. 0 ruído estacionário / lentamente variante corresponde ao autorruído do microfone indesejadc, enquanto o ruído não estacionário corresponde ao som difuso desejado. O som difuso é desejado nesta aplicação, pois ê de maior importância para reproduzir a impressão espacial original da cena de gravação.

[01531 A seguir, a reprodução do som direcional

Xjil, n,d,;,; sem distorções da DOA çj(r, n) correspondente deve ser obtida. Além disso, c som difuso deve ser reproduridé com á energia correta de todas as direções, enquanto o asterruido do microfone é suprimido. Assim, o sinal desejado ¥ (A, a) in (7, é agora expresso como

11/1/11111/ rl/·' /111·)/ i^?////////P/jú/:///js/////^

U(/a n) a» Xpl.n. di) 'è Gá(âçn)Xrí.(&< ó,d), na iãOj [Olõdj em gu-s n) é o sinal do canal 1-th do sistema de reprodução do asm (i »* (1, < . . , GH, X_3< ,.(,5, n, d) é o som difuso medido em um ponto arbitrário (por exemplo, no primeiro microfone dj) a ser reproduzido pelo alto-falante i e ί1<(χ, n) é uma função de ganho para o som difuso garantir uma potência correta do som difuso durante a reprodução (gsralmente tò(.k, u) - i/Ç.V ; . Idealmente, os sinais Xmi(A, a) têm a potência do som difuso correta e são mutuaImente não correlacionados aos canais i, ou seja, .,»,· . , I ^:i.'í 11. aj ,( ?^í lu n)| ™

U' Oé oíúto rr.ndf';.

[ 01S7j (41)

As funções dé transferência G;[À I d>U, n) ]

/ V A .(. 4 .3 )

/ X-·

correspondenteou de urnitem ou urna característica de urn aPare1ho correspondente.

[01t2] G slnal invent Ivo decomposto pode ser armazenadc am um. melo de armazenamento digital ou pode ser transmitido por um meio de transmissão, tal como um. meio de transmissão sem fio nu um melo de transmissão cansado, tal como a 1a te rn e t * [0170] Dependendo de certas exigências de implementação, as aplicações da invenção podem ser implementadas em hardware ou em software. A. implementação pode ser realizada utilizando-se um meio de armazenamento digitai, por exemplo, um disquete, um DVD, um CD, uma memória sDM, uma PÁOpç uma EFHOd, umá EEPROM ou uma memória FLASH, tendo sinais de controle aistronicements 1egiveis armazenados nela (ou são capazes da cooperar· com um sistema de computador programável, de mudo que o respectivo método seja realizado >

[0171] Algumas aplicações, de acordo com a invenção, compreendem um. transportador de dados não transitório tendo sinais de controle eletronicamente legíveis, que são capazes de cooperar com um sistema de computador programável, de modo que um dos métodos descritos neste documento seja realizado, [0172] De forma geral, as aplicações da presente

Invenção podem ser implementadas como um produto do programa de computador com um código do programa, com o código do programa sendo operativo porá realizar um dos métodos quando o produto do programa dé computador é executado em um computador»O cõd.igodo programa pode# por exemplo, ser a rma renado em um tranapor tador 1ogive1 por ma guina >

fG173J Outras aplicações compreendem c programa de computador para realizar um doa .métodos d.escr itós neste documento, armazenados em um transportador legival por màguin a<

101741 Em muras palavras# uma aplicação do método inventivo é, portanto# um- programa de computador tendo um cõd1go do prcgrama p ara realizar um doa métodos descritos nesta documento, quando n programa de computador é executado em um computador.

[0175] Outra aplicação dos métodos inventivos ê, portanto, um. transportador de dados (ou um meio de amarenamentu digital, ou um meio legivel por computador} compreendendo, gravado ceie, o programa de computador para realizar um dos métodos descritos néste documento.

[0176] Outra aplicação do método inventivo é# portanto, um fluxo de dados ou uma sequência de sinais que .representa, o programa de computador para realizar um; dos métodos descritos neste documento. 0 fluxo de dados nu a sequência de sinais pode, per exemplo# ser configurada para ser transferida po.r meio de uma conexão de comunicação de dados, per exemplo# pela Internet.

[0177] Outre. aplicação compreende um meio de processamento, por exemplo, um. computador ou um dispositivo lógico pro gr ama ve 1, -configurado ou adaptado para realizar um dos métodos descritos nesta documento.

[0178] Dutra aplicação compreenda um computador, em que o programa decomputador para real irar umdos métodos descritas oeste documento está instalado nele.

(0179] £m algumas aplicações, um dispositive lógico programável [por exemplo, am arranjo da portas de campa o r o g r amá ve 1 s} p o d e s e r u t i 1,1 n ado p a r a r e a 11 za r a 1 g ama s o u todas as funcionalidades dos métodos descritos neste documento. Em algumas aplicações, um arranja de portas de campo arogramáveis podo cooperar com um microprocessador, a fim de realirar um dos métodos descritos neste documento. De forma geral, os métodos ado preferivelmente realIrados por qualquer aparelho de hardware.

[0180] ês aplicações descritas acima eão meramenta ilustrativas para os princípios da presents invenção. Entende-se que as modificáoõss e as variações das disposições, e os detalhes descritos no presente documento, serão evidentes a outros especialistas na técnica, έ intenção da invenção, portanto, ser limitada apenas pelo escopo das reivlndicações da patsaté anexas e não pelos detalhes especificas apresentadas em forma de descrição- e explicação das aplicações no presente documento.

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Claims

BulVIhDICAÇOdS

1.Um filtro UOQ} para gerarum sinal de saída do áudio, compreendendo m pluralidade de amostras do sinal de salda da áudio earn base cm dois ou. mais sinais de entrada do microfone, oarauterízado pelo sinal de saída de áudio e pelos dois eu mais sinais de entrada do micro fone sarem representados .em um domínio da tampe-frequência, em que cada uma da pluralidade de amestras do sinal de saída de áudio ê atribuída S uma posição dá tempo-dlrequência ( (A, rd ) de uma p1ura1ídade de pos1ções de tempo-frequênula ((An) ), e em que o filtre (100} compreende:

um gerador de ponderações (110) sendo adaptado para receber, para cada uma da pluralidade de posições de tempo-frequência ((è, n)l , a informação de direção de chegada de um ou mais componente(s) do som de uma ou mais fonte(s) sonora(s) ou a informação de posição de uma ou mais fonte(s) sonora(s), e sendo adaptado 'para gerar

i.nfnrítáçãc de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempo-frequência ((i., n) ), dependendo da informação de direção de chagada de um ou mais componente(s) do som de uma ou mais fonte (s) sonora [a} da. referida posição de tempo-frequência ({A, n) } ou dependendo da informação da posição de uma ou mais fonte (s) sonora .(s) da referida posição de tempo-frequência ( (r., n) j , s um gerador do sinal de saída (12Q) pare gerar o sinal de saída de áudio, gerando, para cada uma da pluralidade de posições de tsmpo-frequêneia ((A,· n)}, uma da ρ 1 a r a 11 dada de am o s t r a s da a i n a 1. de s a 1 da de á v. d i o, equal a atribuída à referidapoaiçâo de tempo-freguência (.{stη) ) , dependendo da informação da ponderação da referida posição de tempo-frequência ( (ir, η)) e dependendo de uma amostra de entrada de audio, sendo atribuída a referida posição de témpo-f requênola { (à, a)), de nada um dos dois ou mais sinais de entrada do microfone.
2< cm filtro (100) de acordo com a reivindicação 1, oaractexiradu pelo gerador de ponderações 110) ser adaptado para gerar a informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições da tampo-frequência ((á, n)), dependendo da informação estatística sobre os componentes de sinal ou de ruído de dois ou mais sinais de entrada do microfone, a dependa ή do da informação de direção de chegada de uma ou mais fonts (s) sonora té) dá referida posição da tampo-f requeue ia ((!',- aj ) ou. dependendo da informação de posição de uma ou mais fonte (s) sonora (s) da referida posição de tempo-frequeueia ((è, n))<.
3. Om filtro (100) de acordo com a reivindicação 2, csracterirado pelo gerador de ponderações (11.0) ser adaptado para gerar a informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempo-freguênoia ((k, n) ), dapsndcndo da informação estatística sobre os componentes de sinal ou da ruído da dois ou mais sinais da entrada do microfone, em gue a informação estatística ê uma potência da um componente da ruído, uma informação de sinalpara-difuso, uma informação de sinal-para-ruída, uma informação de difusc-para-ruído, usa potência de um componente do sinal, uma potência de um componente difuso ou uma matriz de denáidadá espectral da potência do um components do sinal, de um componente de ruído ou de um pompon ente de difusão de dois ou m a i s s i na i s de e n t rada do microfone <
4. Dm filtro (luê) de acordo com a re1vind1cã ção caracterizado p e 1 o gerador de ponderações (.110) ser adaptada para gerar a informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempo-frequência ((k, Pu dependendo da primeira informação indicativa de informação de ruidc sobre os componentes de ruidc primários de dois ou mais sinais da entrada da microfone e dependendo da segunda informação indicativa da informação do ruidc sobre os components^ de raids secundários de dois ou mais sinais de entrada do microfone.
5, Om filtro (100) de acordo com a .reivindicação f, caracterizado pelo gerador de ponderações (110) ser adaptado para gerar a informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempo™frequência ((k# n) ), dependendo da primeira informação indicativa de informação de ruído sobre os componentas de ruído primários de dois ou mais sinais de entrada do microfone e dependendo da segunda informação indicativa de informação de ruído sobre os componentes de ruído secundários de dois ou mais sinais de entrada do microfone, em que o gerador de ponderações (110) ê configurado para gerar a primeira informação de ruído empregando informaçãoestatistics, e emqueo geradorda ponderações (ÍIO) s configuradopara gerar asegunda informação de ruído sem empregar a informação estatística,, em que a informação estatística é pradefluids.

β. dm filtro (100) de acordo com a reivindicação 4 cs 5, caraeteríaado pelo gerador de pouderaçóas (110) ser adaptado para gerar a informação do ponderação para nada. uma da pluralidade de posições de tempo* f r equê n e .1 a. (_: (i, «)) , dependendp da primeira info r m açãc de ruído nos componentes de ruído primários de dois ou mais sinais de entrada da microfone c dependendo da segunda informação de ruído sobre- os componentes de ruído secundários de dois ou mais sinais de entrada do microfone, em que o gerador de ponderações (110) e adaptado para gerar a informação de ponderação para cada uma da pluralidade de posições de tempo-frequênoia <(i, n)) dependendo das formula:

Φ,7^ΧΑ [aM^a] ' Vg ^X Λ compreandendu por 4_;i - Φ,; e 4q em. que é a primeira informação de ruído, sendc uma primeira matris indicando uma primeira matriz de densidade espectral da. pctência dos nomponentes de ruído primários? de um ou mais sinais de entrada do microfone, em que e a segunda informação de ruído sendo uma segunda, matria indicando uma segunda, matria de densidade espectral, da potência dos componentes de ruído secundários de um ou ma.is sinais de entrada do microfone, em que Á indica a informação de direção de \s· i i'(s· \·!( sS j,' em cue e um vetor indicando a informação dá ponderaçâο, em que g(L. η) |pjU\ n)] .... Gt í p/(M n)]j fpfe | cg (A\ nú , , >

em. que ⁴ '^Λ - e uma primerra runçao oe diratividade p.redétinida com valor real ou valor completo dependendo da informação da direção de chagada, e ' 7S:: ^: -« :7:77^: ......7 :- -7777. :7^::·7 (IjÀ* ; On Í\ ft h : :,::' :: . 777 ' 7 ' ^: ' .77.7-„v:.:...7: ^K :,7.

em que ⁴ ’ ^; e uma runçao de dire t ivi da d e p reda finida com valor r e a 1 ou valor oomp1 e z o adicional dependendo da informação de direção de chegada.
7. Um filtro (100) de acordo com qualquer uma das rei vindi caçoes de 4 a 6, ca racier i cada pelo gera doar de pcndnraçdee (110) ser configurado para determinar a primeira informação de ruído dependendo de uma ou mais ocexências entre peles menos alguns dos component es de cuido primários de um ou mais sinais de entrada do microfone, em que uma ou mais coeriúciaá síé predefínidas>
8. Um filtre (100) de acordo cc® qualquer uma daa reivindicações de 4 a 7, caracterizado pelo gerador de ponderações (110) ser configurado para determinar a primeira informação de ruído dependendo de uma matriz de coerência r<i(k) indicando coerânoias resultantes dos componentes .de., .ruído, primários de dois ou mais sinais de entrada do microfone, em. que a matriz de coerência r_;i(k) é predetinida.

Um filtro acordo com

s e j a c u.mp r i da, urn que ÂHU indica a informação da direção

informação da ponderação dependendo da informação da direção de chegada indicando uma direção de chagada da uma ou mais ondas planas.

15x Üm filtro (100) de acordo com qualquer uma d a s r e i v 1 nd loa ç ã es a n t e r i o r es, caracterleads pelo gerador da ponderações (110) compreender um módulo de seleção da função de rransferencia (104) para forascar uma função de transferência prsdefinida e em que o gerador de ponderações (1'10) s canfiguradc para gerar & Informação de ponderação dependendo da informação da direção de chegada e dependendo da função de trans ferênc1a pra dsfiaida.

16 x üm filtro (10o) de a cor da com a reivindicação 15, uaracrerizado pelo modulo da seleção de função da transferência {104? ser configurado para fornecer a função de transferência predéfinida., de modo que a função de transferência pradofluida Indies um padrão de retirada arbitrária dependendo da informação de direção da chegada, de medo que a função de transferência pradefinida índice um ganho do alto-falante dependendo da informação da direção de chegada, ou do modo que a função de transferência predafinída indica uma função de transferencia relacionada à cabeça dependendo da informação da direção de chegada.

17, Pm. método para gerar um sinal de saída, de áudio, compreendendo uma pluralidade de amos uras do sinal de saída de áudio com base em dole ou mala sinaiç ds sntrada do microfone, earacterirada pelo sinal, de salda da áudio s por