CN101794575B - 相位校正装置、语音处理装置、及校正相位不匹配的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相位校正模块、语音处理装置、及校正相位不匹配的方法。该相位校正模块，用以校正一阵列麦克风所包括的多个麦克风所输出的多个麦克风信号之间的相位不匹配。于一实施例中，该相位校正模块包括一次频带滤波器、一延迟时间计算模块、以及一延迟补偿滤波器。该次频带滤波器自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分，以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号。该延迟时间计算模块计算该低频成分信号间的延迟时间。该延迟补偿滤波器依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到多个校正低频成分信号。
Description
技术领域
本发明涉及阵列麦克风，特别是涉及阵列麦克风的输出信号的相位不匹配的校正。
背景技术
阵列麦克风(array microphone)为包含多个麦克风的一装置。当一声波传递至一阵列麦克风时，阵列麦克风所包含的每一麦克风都会将该声波转换为一麦克风信号，因此阵列麦克风可同时产生多个麦克风信号。由于该麦克风接收声波的位置有些许差别，该麦克风所产生的麦克风信号的相位有些许差异。一波束成型(beamforming)模块因此可以依据该麦克风信号间的相位差决定该声波的接收方向，并自麦克风信号中滤除来自接收方向以外的噪音及干扰。因此，波束成形模块可产生包含较多声波成分及较少噪音及干扰成份的一目标信号。
由于波束成形模块是依据麦克风信号间的相位差决定声波的接收方向，因此麦克风信号间的相位差的精确程度决定了目标信号包含声波成分的多寡，亦即决定了波束成型模块所产生的目标信号的质量。然而，阵列麦克风所产生的多个麦克风信号间的相位差包含了各麦克风的电路差异所导致的信号延迟时间，而并非完整的反映了各麦克风的接收位置的空间差异。因此，各麦克风的电路差异会使波束成型模块所产生的目标信号的质量下降。因此，需要一相位校正模块以补偿阵列麦克风所输出的麦克风信号间的由于麦克风电路差异而导致的延迟时间差异。
现有的相位校正模块106依据阵列麦克风的多个麦克风的输出信号决定麦克风的电路差异所导致的延迟时间差异。然而，阵列麦克风的多个麦克风的电路差异于麦克风输出信号的低频成分中引起较大的延迟时间差异，而于麦克风输出信号的高频成分中引起较小的延迟时间差异。因此，麦克风输出信号的低频成分会较麦克风输出信号的高频成分包含较多麦克 风电路差异所导致的相位差及信号失真。由于现有的相位校正模块于计算电路差异所导致的延迟时间差异时并不区别对待麦克风输出信号的高频成分与低频成分，因此其所计算得到的延迟时间差异并不具有高的精确度，因而使波束成型模块所产生的目标信号的质量下降。因此，需要一种相位校正模块以校正一阵列麦克风所包括的多个麦克风所输出的多个麦克风信号之间的相位不匹配。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相位校正模块，以校正一阵列麦克风所包括的多个麦克风所输出的多个麦克风信号之间的相位不匹配。于一实施例中，该相位校正模块包括一次频带滤波器、一延迟时间计算模块、以及一延迟补偿滤波器。该次频带滤波器自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分，以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号。该延迟时间计算模块计算该低频成分信号间的延迟时间。该延迟补偿滤波器依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到多个校正低频成分信号。
本发明提供一种校正阵列麦克风的相位不匹配的方法。于一实施例中，该阵列麦克风所包括的多个麦克风将一声音信号转换为多个麦克风信号。首先，自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分，以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号。接着，计算该低频成分信号间的延迟时间。最后，依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配，以得到多个校正低频成分信号。
本发明还提供一种语音处理装置。于一实施例中，该语音处理装置包括一阵列麦克风、一相位校正模块、以及一波束成型/信号分离模块。该阵列麦克风包括多个麦克风供产生多个麦克风信号。该相位校正模块自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号，计算该低频成分信号间的延迟时间，并依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到多个校正低频成分信号。该波束成型/信号分离模块藉由波束成型(beamforming)技术或信号分离(signalseparation)技术依据该校正信号产生无噪音及干扰成分的一目标信号。
为了使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文 特举数较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1为依据本发明的语音处理装置的区块图；
图2为依据本发明的相位校正模块的区块图；以及
图3为依据本发明的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法的流程图。
附图符号说明
(图1)
102，103～麦克风；
104，105～模拟至数字转换器；
106～相位校正模块；
108～波束成型/信号分离模块；
(图2)
202～次频带滤波器；
204～语音检测器；
206～延迟时间计算模块；
208～延迟滤波器。
具体实施方式
图1为依据本发明的语音处理装置100的区块图。语音处理装置100包括麦克风102及103、模拟至数字转换器104及105、相位校正模块106、以及波束成型/信号分离模块108。假设一声音讯号源距离麦克风102及103为等距。因此，当一声波产生时，麦克风102及103会同时收到该声波。麦克风102及103分别转换声波为信号s1(t)及s2(t)。模拟至数字转换器104、105接着转换模拟信号s1(t)及s2(t)为数字信号s1(n)及s2(n)。
由于声音讯号源距离麦克风102及103为等距，因此麦克风102及103的接收位置差别不会对信号s1(n)及s2(n)产生相位差或延迟时间差异。当信号s1(n)及s2(n)间存在延迟时间差异时，该延迟时间差必然是由麦克风102及103间的电路差异所造成。相位校正模块106接着可计算信号s1(n)及s2(n)间的延迟时间差。于计算延迟时间差之前，相位校正模块106自信号s1(n) 及s2(n)分别抽取高频成分极低频成分。接着，相位校正模块106检测是否高频成分中包含语音成分。若高频成分中包含语音成分，则相位校正模块106量测低频成分之间的延迟时间差，并依据该延迟时间差补偿信号s1(n)及s2(n)间的相位不匹配。由于仅有两麦克风输出信号s1(n)及s2(n)，因此仅有信号s1(n)及s2(n)其中之一需要补偿。举例来说，信号s1(n)的相位被依据延迟时间差调整以得到一校正信号s1c(n)。当阵列麦克风包括多个麦克风时，多个麦克风产生麦克风输出信号，因此相位校正模块106以同样方式调整多个麦克风输出信号的相位。
信号s1c(n)及s2(n)接着被送至波束成型/信号分离模块108。波束成型/信号分离模块108接着借着波束成型技术或信号分离技术依据信号s1c(n)及s2(n)产生具有较多语音成分并经衰减噪音及干扰成分的目标信号d(n)。由于相位校正模块106是量测信号s1(n)及s2(n)的低频成分的延迟时间差以进行相位校正，因此相位校正模块106所量得的延迟时间差较现有技术中来的精确。因此，信号s1c(n)及s2(n)之间由麦克风102及103间的电路差异所导致的延迟时间差可被完全补偿。因此，信号s1c(n)及s2(n)之间的相位差可完整地反映麦克风102及103间的接收位置的空间差异，从而提升波束成型/信号分离模块108所产生的目标信号d(n)的精确度。
图2为依据本发明的相位校正模块200的区块图。相位校正模块200包括次频带滤波器202、语音检测器204、延迟时间计算模块206、以及延迟滤波器208。由麦克风102及103所产生的信号s1(n)及s2(n)首先被送至次频带滤波器202。次频带滤波器202将信号s1(n)分为高频成分信号s1h(n)及低频成分信号s11(n)，并将信号s2(n)分为高频成分信号s2h(n)及低频成分信号s21(n)。于一实施例中，次频带滤波器202包含一高通滤波器及一低通滤波器。高通滤波器有等于界限频率的一截角频率，用以过滤信号s1(n)及s2(n)以产生高频成分信号s1h(n)及s2h(n)。低通滤波器有等于界限频率的一截角频率，用以过滤信号s1(n)及s2(n)以产生低频成分信号s11(n)及s21(n)。于一实施例中，该界限频率的范围可由500Hz至1000Hz。
语音检测器204接着检测是否高频成分信号s1h(n)及s2h(n)包含语音成分。若高频成分信号s1h(n)及s2h(n)包含语音成分，则语音检测器204产生一语音检测信号v(n)以致能延迟时间计算模块206计算延迟时间。于一实施例中，语音检测器204检测是否高频成分信号s1h(n)及s2h(n)的功率高于一 功率界限值。若高频成分信号s1h(n)及s2h(n)的功率高于功率界限值，则语音检测器204决定高频成分信号s1h(n)及s2h(n)包含语音成分，并致能语音检测信号v(n)以驱动延迟时间计算模块206。
当语音检测信号v(n)被致能后，延迟时间计算模块206接着计算低频成分信号s11(n)及s21(n)间的延迟时间差t(n)。一实施例中，延迟时间计算模块206对低频成分信号s11(n)及s21(n)进行相关性运算(correlation)，以计算低频成分信号s11(n)及s21(n)间的延迟时间差t(n)。由于本实施例仅包含两麦克风输出信号s1(n)及s2(n)，仅有麦克风输出信号s1(n)及s2(n)的其中之一需要校正以消除两者间的相位差或延迟时间差。延迟时间差t(n)接着被送至延迟滤波器208，而延迟滤波器208接着依据延迟时间差t(n)校正低频成分信号s11(n)以得到校正低频成分信号s11c(n)。校正低频成分信号s11c(n)及高频成分信号s1h(n)合而为图1所示的校正信号s1c(n)。因此，于校正信号s1c(n)与信号s2(n)间不存在麦克风102及103或模拟至数字转换器104及105间的电路差异所倒置的延迟时间差或相位差。接着，波束成型/信号分离模块108可依据校正信号s1c(n)与信号s2(n)产生精确的目标信号d(n)。
图3为依据本发明的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法300的流程图。首先，接收由一阵列麦克风的多个麦克风转换一声音所得到的多个麦克风信号(步骤302)。接着，自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分以得到多个高频成分信号及多个低频成分信号(步骤304)。接着，决定是否该高频成分信号包含语音成分(步骤306)。若该高频成分信号包含语音成分，则计算该低频成分信号间的多个延迟时间(步骤308)。接着，依据该延迟时间校正该麦克风信号间的相位不匹配以得到多个校正信号(步骤310)。最后，以波束成型技术或信号分离技术依据该校正信号产生不具噪音及干扰成分的一目标信号(步骤312)。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
Claims (21)
1.一种相位校正装置，用以校正一阵列麦克风所包括的多个麦克风所输出的多个麦克风信号之间的相位不匹配，包括：
一次频带滤波器，自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分，以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号；
一延迟时间计算模块，计算该低频成分信号间的延迟时间；以及
一延迟补偿滤波器，依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到多个校正低频成分信号，
其中，该高频成分信号及该校正低频成分信号经混合后形成分别对应于该麦克风信号的多个校正信号。
2.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该次频带滤波器包括一高通滤波器及一低通滤波器，该高通滤波器依据一界限频率过滤该麦克风信号以得到该高频成分信号，而该低通滤波器依据该界限频率过滤该麦克风信号以得到该低频成分信号。
3.如权利要求2所述的相位校正装置，其中该界限频率的范围由500Hz至1000Hz。
4.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该相位校正装置包括一语音检测器，用以检测是否该高频成分信号包含语音成分以产生一语音检测信号，而该语音检测信号用以启动该延迟时间计算模块的延迟时间的计算。
5.如权利要求4所述的相位校正装置，其中该语音检测器检测是否该高频成分信号的功率超过一功率界限值以决定是否产生该语音检测信号。
6.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该延迟时间计算模块将该低频成分信号进行相关性计算以得到该延迟时间。
7.如权利要求1所述的相位校正装置，其中与该相位校正装置串接的一波束成型/信号分离模块接着藉由波束成型技术或信号分离技术依据该校正信号产生无噪音及干扰成分的一目标信号。
8.一种校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该阵列麦克风所包括的多个麦克风将一声音信号转换为多个麦克风信号，该方法包括：
自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分，以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号；
计算该低频成分信号间的延迟时间；以及
依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配，以得到多个校正低频成分信号，
其中，该高频成分信号及该校正低频成分信号经混合后形成分别对应于该麦克风信号的多个校正信号。
9.如权利要求8所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该方法还包括：
检测是否该高频成分信号包含语音成分，以产生一语音检测信号；以及
依据该语音检测信号启动该延迟时间的计算。
10.如权利要求9所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该语音检测信号的产生步骤包括检测是否该高频成分信号的功率超过一功率界限值以决定是否产生该语音检测信号。
11.如权利要求8所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该方法还包括：
以一高通滤波器依据一界限频率过滤该麦克风信号以得到该高频成分信号；以及
以一低通滤波器依据该界限频率过滤该麦克风信号以得到该低频成分信号。
12.如权利要求11所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该界限频率的范围由500Hz至1000Hz。
13.如权利要求8所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该延迟时间的计算步骤包括将该低频成分信号进行相关性计算以得到该延迟时间。
14.如权利要求8所述的校正阵列麦克风的相位不匹配的方法，其中该相位不匹配的计算还包括：
藉由波束成型技术或信号分离技术依据该校正信号产生无噪音及干扰成分的一目标信号。
15.一种语音处理装置，包括：
一阵列麦克风，包括多个麦克风供产生多个麦克风信号；
一相位校正模块，自该麦克风信号分别取出一高频成分及一低频成分以得到多个高频成分信号以及多个低频成分信号，计算该低频成分信号间的延迟时间，并依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到多个校正低频成分信号，其中，该高频成分信号及该校正低频成分信号经混合后形成分别对应于该麦克风信号的多个校正信号；以及
一波束成型/信号分离模块，藉由波束成型技术或信号分离技术依据该校正信号产生无噪音及干扰成分的一目标信号。
16.如权利要求15所述的语音处理装置，其中该相位校正模块包括：
一次频带滤波器，自该麦克风信号分别取出该高频成分及该低频成分，以得到该高频成分信号以及该低频成分信号；
一延迟时间计算模块，计算该低频成分信号间的该延迟时间；以及
一延迟补偿滤波器，依据该延迟时间补偿该低频成分信号间的相位不匹配以得到该校正低频成分信号；
其中该高频成分信号及该校正低频成分信号经混合后形成分别对应于该麦克风信号的该校正信号。
17.如权利要求16所述的语音处理装置，其中该次频带滤波器包括一高通滤波器及一低通滤波器，该高通滤波器依据一界限频率过滤该麦克风信号以得到该高频成分信号，而该低通滤波器依据该界限频率过滤该麦克风信号以得到该低频成分信号。
18.如权利要求17所述的语音处理装置，其中该界限频率的范围由500Hz至1000Hz。
19.如权利要求16所述的语音处理装置，其中该相位校正模块包括一语音检测器，用以检测是否该高频成分信号包含语音成分以产生一语音检测信号，而该语音检测信号用以启动该延迟时间计算模块的延迟时间的计算。
20.如权利要求19所述的语音处理装置，其中该语音检测器检测是否该高频成分信号的功率超过一功率界限值以决定是否产生该语音检测信号。
21.如权利要求19所述的语音处理装置，其中该延迟时间计算模块将该低频成分信号进行相关性计算以得到该延迟时间。
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