CN102204276A - 声音发射和采集装置以及声音发射和采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了声音发射和采集装置以及声音发射和采集方法，其能够精确估计声源(如主发言者)的方位而不会增加处理负荷。声音发射和采集装置(1)通过网络等连接至另一个声音发射和采集装置。声音发射和采集装置(1)从所述另一个声音发射和采集装置接收声音信号来作为声音发射信号(FE)，并从扬声器(SP)发射该信号。声音发射和采集装置(1)采集麦克风(MIC1至MIC3)处的声音，并且产生不同方位的声音采集束信号(NE1至NE3)。声音发射和采集装置对各个声音采集束信号(NE1至NE3)进行降采样，并且滤除降采样声音采集束信号(DNE1至DNE3)中的回声。所述声音发射和采集装置从滤除了回声的声音采集束信号(DNE1’至DNE3’)中选择具有最高信号电平的声音采集束信号(DNE1’)。声音发射和采集装置滤除来自声音采集束信号(DNE1’)的声音采集方位(D1)的声音采集束信号(NE1)的回声，并将其传送至另一个声音发射和采集装置。

Description

声音发射和采集装置以及声音发射和采集方法
技术领域
本发明涉及用于采集多个方位的声音的声音发射和采集装置以及声音发射和采集方法。
背景技术
传统上已经提出了多种声音发射和采集装置，其采集一个发言者的语音，并基于输入的声音发射信号来发射所述语音(参见专利文献1)。
例如，专利文献1中所描述的声音发射和采集装置包括由多个麦克风组成的麦克风阵列、针对由各个麦克风采集到的声音信号执行延迟处理等、并产生多个具有方向轴彼此不同的声音采集方向性的声音采集束信号。所述声音发射和采集装置从所述多个声音采集束信号中选择具有最高信号电平的声音采集束信号、从所选择的声音采集束信号中去除回声、并将所述声音采集束信号传送至另一个通信方，从而所述声音发射和采集装置将主发言者的语音传送至另一个通信方。
引用列表
专利文献
专利文献1 JP-A-2002-238091
发明内容
要解决的问题
然而，上述声音采集束信号包括该发言者的语音以及基于从自身装置发出的声音的回声。因此，当回声大于主发言者的语音时，该声音发射和采集装置无法精确地选择该发言者的语音。
在这种情况下，当所述声音发射和采集装置选择要传送的声音采集束信号时，基于各个去除了回声的声音采集束信号的信号电平，所述声音发射和采集装置就能够精确地选择主发言者的语音。然而，去除全部(例如6个方向上的)声音采集束信号的回声的处理会造成高处理负荷，并且实际上不可能去除全方向的回声。
因此，本发明的目的是提供能够精确地选择主发言者的语音而不造成任何处理负荷的声音发射和采集装置以及声音发射和采集方法。
解决该问题的手段
本发明的声音发射和采集装置产生针对不同方位的声音采集信号，并且对声源(例如主发言者)的方位进行估计。另外，该声音发射和采集装置包括第一回声消除部分和多个第二回声消除部分。第一回声消除部分去除所估计方位的声音采集信号的回声。第二回声消除部分具有比第一回声消除部分简单的构造，并从各方位的声音采集信号中去除回声。声音发射和采集装置基于各声音采集信号的信号电平来估计声源的方位，其中各个声音采集信号在多个第二回声消除部分中进行了处理。同时，具有更简单构造的回声消除部分将去除进行了降采样的声音采集信号的回声，或将利用具有较小抽头数的自适应滤波器来去除回声。
因此，由于声音发射和采集装置通过使用只是去除了回声之后的声音采集信号来估计声源的方位，因此能够精确地估计声源的方位而不会增加处理负荷。
此外，本发明的声音发射和采集装置的第一回声消除部分和多个第二回声消除部分中的每一个回声消除部分均具有自适应滤波器、和用于估计该自适应滤波器的滤波器系数的滤波器系数估计部分。第一回声消除部分的滤波器系数估计部分执行更新滤波器系数的处理，并同时使用第二回声消除部分的滤波器系数来作为初始值，其中所述第二回声消除部分已经去除了所估计的声源方位的声音采集信号的回声。
因此，由于声音发射和采集装置能够通过使用在估计声源方位时使用的滤波器系数作为初始值来去除声源方位的声音采集信号中的回声，从而能够缩短估计滤波器系数所需的时间。因此，该声音发射和采集装置从初始状态就能够去除回声。
此外，本发明的声音发射和采集装置的第一回声消除部分存储自适应滤波器针对各个方位的滤波器系数。仅当滤波器系数未被存储时，第一回声消除部分的滤波器系数估计部分才执行将滤波器系数初始化为第二回声消除部分的滤波器系数的初始化处理，如上文所述。
因此，仅当滤波器系数未存储在存储部分中时，声音发射和采集装置的第一回声消除部分才初始化在估计声源方位时使用的滤波器系数，而针对其它情况初始化先前已经使用过的滤波器系数。因此，即便环境(例如发言者)发生了变化，也能够立即去除回声。
此外，本发明提供了一种声音发射和采集方法，该方法包括发射声音的处理；采集多个方位的声音并且产生针对这些方位的声音采集信号的处理；分别从各个方位的声音采集信号中去除回声的第二回声去除处理；基于已经通过第二回声去除处理执行了回声去除处理的各方位的声音采集信号的信号电平来估计声源的方位的处理；以及从来自在方位估计处理中估计出的声源方位的声音采集信号中去除回声的第一回声去除处理。
优选地，该方法进一步包括：针对在声音采集处理中产生的各方位的声音采集信号执行降采样的处理。在第二回声去除处理中，从经过降采样的各方位的声音采集信号中去除回声。
本发明的有益效果
本发明的声音发射和采集装置能够精确地估计声源(例如主发言者)的方位而不会增加处理负荷。
附图说明
图1是示出了声音发射和采集装置的功能和构造的框图。
图2例示了各个声音采集束信号的声音采集方位。
图3是示出了回声消除部分的功能和构造的框图。
图4是示出了自适应滤波器的各个声音采集方位的滤波器系数示例的视图；
图5是示出了根据另一个实施例的声音发射和采集装置的功能和构造的框图。
具体实施方式
下面将参照图1至图4对根据本发明的实施例的声音发射和采集装置1进行说明。声音发射和采集装置1通过网络等连接至另一个声音发射和采集装置。声音发射和采集装置1从所述另一个声音发射和采集装置接收声音信号来作为声音发射信号，并从扬声器SP发射该信号。另外，声音发射和采集装置1采集麦克风MIC1至MIC3处的声音，并且产生多个方位的声音采集束信号。声音发射和采集装置1将来自主发言者方位的声音采集束信号传送至另一个声音发射和采集装置。
首先，将参照图1和图2对声音发射和采集装置1的功能和构造进行说明。图1是示出了声音发射和采集装置的功能及构造的框图。图2例示了各个声音采集束信号的声音采集方位。声音发射和采集装置1包括扬声器SP、麦克风MIC1至MIC3、通信控制部分11、声音采集控制部分12、降采样部分(下文中称为DS部分)13、降采样部分(下文中称为DS部分)14A至14C、回声消除部分(第二回声消除部分)15A至15C、方位估计部分16、控制部分17、声音采集信号选择部分18、以及回声消除部分(第一回声消除部分)19。
通信控制部分11通过网络连接至另一个声音发射和采集装置并且控制与所述另一个声音发射和采集装置的通信。具体来说，通信控制部分11从另一个声音发射和采集装置接收声音发射信号FE，并通过回声消除部分19将声音发射信号FE输出至DS部分13和扬声器SP(后文中将对其进行说明)。扬声器SP基于声音发射信号FE发射声音。此外，通信控制部分11将从回声消除部分19(后文中将对其进行说明)输入的声音采集束信号NE1’传送至另一个声音发射和采集装置。
麦克风MIC1至MIC3采集周围的声音，分别产生声音采集信号，并将声音采集信号输出至声音采集控制部分12。同时，麦克风的数量不限于3个。
声音采集控制部分12针对来自各个麦克风MIC1至MIC3的声音采集信号执行延迟处理等，并由此产生具有不同的、分别作为声音采集方向性的中心方向的方位的多个声音采集束信号NE1至NE3，如图2所示。声音采集束信号NE1至NE3的各个声音采集方位由D1至D3指示。
声音采集控制部分12将声音采集束信号NE1至NE3分别输出至DS部分14A至14C，并输出至声音采集信号选择部分18。由声音采集控制部分12产生的声音采集束信号的数量不限于3个。此外，声音采集控制部分12不是本实施例的必需组件。在这种情况下，各个麦克风MIC1至MIC3采集不同方位的声音，产生各声音采集信号，并将各声音采集信号输出至DS部分14A至14C以及声音采集信号选择部分18。
DS部分14A至14C包括低通滤波器，其分别对输入的声音采集束信号NE1至NE3进行降采样，并将降采样声音采集束信号DNE1至DNE3分别输出至回声消除部分15A至15C。例如，DS部分14A至14C将以20kHz的采样频率采样获得的声音采集束信号NE1至NE3降采样为具有10kHz采样频率的信号。
DS部分13包括低通滤波器，其对输入的声音发射信号FE进行降采样，并将降采样声音发射信号DFE输出至回声消除部分15A至15C。例如，DS部分13将以20kHz的采样频率采样获得的声音发射信号FE降采样为具有10kHz采样频率的信号。
回声消除部分15A至15C基于降采样声音发射信号DFE产生伪回声信号，所述伪回声信号是从扬声器SP到达各个麦克风MIC1至MIC3的回声分量的伪信号。回声消除部分15A至15C分别从降采样声音采集束信号DNE1至DNE3中减去所述伪回声信号，以去除回声。然后，回声消除部分15A至15C输出已经去除了回声的声音采集束信号DNE1’至DNE3’。
回声消除部分15A至15C要去除的是降采样声音采集束信号DNE1至DNE3的回声，因此回声消除部分15A至15C具有比回声消除部分19更简单的构造(回声消除部分15A至15C具有比回声消除部分19处理能力低的构造)，从而能够去除回声而不会增加处理负荷。此外，回声消除部分15A至15C的抽头数可以小于回声消除部分19的抽头数。同时，下文中将对回声消除部分15A至15C的具体功能和构造进行说明。
方位估计部分16从进行了回声消除的声音采集束信号DNE1’至DNE3’中选择具有最高信号电平的声音采集束信号。下面将对其中方位估计部分16基于声音采集方位D1选择声音采集束信号DNE1’来作为具有最高信号电平的声音采集束信号的情况进行说明。方位估计部分16获取所选择的声音采集束信号DNE1’的声音采集方位D1，并将声音采集方位D1输出至控制部分17。
控制部分17基于从方位估计部分16输入的声音采集方位D1来控制声音采集信号选择部分18和回声消除部分19。
声音采集信号选择部分18基于从控制部分17输入的声音采集方位D1，在从声音采集控制部分12输入的声音采集束信号NE1至NE3中选择声音采集束信号NE1，并将声音采集束信号NE1输出至回声消除部分19。
回声消除部分19基于声音发射信号FE产生伪回声信号(其是从扬声器SP到达各个麦克风MIC1至MIC3的回声分量的伪信号)，并从由声音采集信号选择部分18输入的声音采集束信号NE1中减去该伪回声信号，以去除回声。然后，回声消除部分19将已经去除了回声的声音采集束信号NE1’输出至通信控制部分11。同时，下文中将对回声消除部分19的具体功能和构造进行说明。
如上文所述，由于回声消除部分15A至15C去除了降采样声音采集束信号DNE1至DNE3的回声，因此能够降低处理负荷。另外，由于声音发射和采集装置1通过使用已经去除了回声的声音采集束信号DNE1’至DNE3’来获取主发言者的方位，并选择来自该主发言者方位的声音采集束信号，因此能够精确地选择主发言者的语音。因此，声音发射和采集装置1能够精确地选择主发言者的语音而不会增加处理负荷。
下面，将参照图3和图4对回声消除部分15A至15C以及回声消除部分19的功能和构造进行详细说明。图3是示出了回声消除部分的功能和构造的框图。图4是示出了自适应滤波器的各个声音采集方位的滤波器系数示例的视图。回声消除部分15A至15C以及回声消除部分19具有相同的功能和构造。下面将以回声消除部分19进行举例说明。
如图3所示，回声消除部分19具有存储部分21、滤波器系数估计部分22、自适应滤波器23、以及加法器部分24。
存储部分21暂存如图4中所示的系数查找表211。系数查找表211具有针对每个声音采集方位的滤波器系数，并由滤波器系数估计部分22进行参照。同时，存储在系数查找表211中的滤波器系数随着声音发射和采集装置1的电源打开或关闭而被重置。
滤波器系数估计部分22估计声传输系统(从扬声器SP到各个麦克风MIC1至MIC3的声传播路径)的传递函数并且根据所估计的传递函数来设置FIR滤波器的滤波器系数。此时，滤波器系数估计部分22从系数查找表211中获取与从控制部分17输入的声音采集方位D1相对应的滤波器系数，并且使用所获取的滤波器系数作为初始值来计算滤波器系数。此外，滤波器系数估计部分22使用自适应算法，基于从加法器部分24输出的声音采集束信号NE1’和声音发射信号FE来更新滤波器系数。然后滤波器系数估计部分22将计算得到的滤波器系数输出至自适应滤波器23。
自适应滤波器23包括诸如FIR滤波器等的数字滤波器，并利用从滤波器系数估计部分22输入的滤波器系数产生伪回声信号。自适应滤波器23将所产生的伪回声信号输出至加法器部分24。
加法器部分24输出声音采集束信号NE1’，其中通过从声音采集束信号NE1中减去由自适应滤波器23输入的伪回声信号来得到声音采集束信号NE1’。
同时，存储部分21不是本实施例的必需组件。不过，由于在声音采集方位改变时回声消除部分19应当改变滤波器系数的初始值，因此优选地提供存储部分21。
另外，回声消除部分15A至15C的滤波器系数估计部分22使用自适应算法、分别基于从加法器部分24输出的声音采集束信号DNE1’至DNE3’和降采样声音发射信号DFE来更新滤波器系数。
如上文所述，回声消除部分19将针对每个声音采集方位的滤波器系数存储在存储部分21中。于是，即使当声音采集方位改变时环境(发言者)改变了，回声消除部分也能够通过从存储部分21中获取已经做出了适应性改变的滤波器系数来估计滤波器系数。因此，回声消除部分19能够缩短滤波器系数的估计时间，因此即使在环境(发言者)改变时也能够立刻去除回声。
同时，回声消除部分19可以使用从回声消除部分15A至15C获取的滤波器系数来执行回声消除。在这种情况下，回声消除部分15A至15C的滤波器系数被上采样并被使用。图5是示出了根据另一个实施例的声音发射和采集装置的功能和构造的框图。如图5所示，当声音发射和采集装置1的电源打开或者当声音采集方位改变时，控制部分17参照回声消除部分19的存储部分21的系数查找表211。仅当从方位估计部分16输入的声音采集方位的滤波器系数未存储在系数查找表211中时，控制部分17才从已经去除了来自声音采集方位的声音采集束信号的回声的回声消除部分15A至15C获取滤波器系数，并且将其输出至回声消除部分19的滤波器系数估计部分22。然后，滤波器系数估计部分22使用从控制部分17输入的滤波器系数作为初始值来计算滤波器系数。从而，由于回声消除部分19使用在去除降采样声音采集束信号DNE1至DNE3的回声时使用滤波器系数作为初始值来计算滤波器系数，因此能够缩短滤波器系数的估计时间。因此，回声消除部分19从初始状态就能够去除回声。
尽管参照具体的示例性实施例具体描述了本发明，但对本领域技术人员来说显而易见的是，能够在不偏离本发明的精神、范围、和目的的前提下对示例性实施例做出各种改变和修改。
本申请要求2008年11月5日提交的日本专利申请第2008-284030号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
工业实用性
本发明能够提供一种声音发射和采集装置，其能够精确地估计声源(如主发言者)的方位而不会造成处理负荷。
对参考标号的说明
1 声音发射和采集装置
11 通信控制部分
12 声音采集控制部分
13，14 DS部分
15，19 回声消除部分
16 方位估计部分
17 控制部分
18 声音采集信号选择部分
21 存储部分
211 系数查找表
22 滤波器系数估计部分
23 自适应滤波器
24 加法器部分
MIC1至MIC3：麦克风
SP：扬声器

Claims (8)

1.一种声音发射和采集装置，包括：
声音采集部分，其采集多个方位的声音并且分别产生针对各个方位的声音采集信号；
声音发射部分，其发射声音；
方位估计部分，其基于分别针对各个方位的声音采集信号的信号电平来估计声源的方位；
第一回声消除部分，其去除来自由方位估计部分所估计的声源的方位的声音采集信号中的回声；和
多个第二回声消除部分，其分别去除针对各个方位的声音采集信号中的回声，
其中所述多个第二回声消除部分具有比所述第一回声消除部分简单的构造；并且
其中所述方位估计部分基于已通过第二回声消除部分进行了回声去除处理的声音采集信号的信号电平来估计声源的方位。
2.根据权利要求1的声音发射和采集装置，其中所述第一回声消除部分和所述多个第二回声消除部分中的每一个均具有自适应滤波器、和用于估计所述自适应滤波器的滤波器系数的滤波器系数估计部分；并且
其中所述第一回声消除部分的滤波器系数估计部分执行初始化至初始值的初始化处理，其中所述初始值是所述第二回声消除部分的自适应滤波器的滤波器系数，其中所述第二回声消除部分已经去除了由方位估计部分所估计的方位的声音采集信号的回声。
3.根据权利要求2的声音发射和采集装置，其中所述第一回声消除部分包括存储部分，所述存储部分在其中分别存储所述自适应滤波器针对各个方位的滤波器系数；并且
其中所述第一回声消除部分的滤波器系数估计部分仅在所述存储部中未存储滤波器系数时才执行所述初始化处理。
4.根据权利要求1的声音发射和采集装置，还包括：
降采样部分，其设置在所述多个第二回声消除部分的前级，
其中所述降采样部分分别对从声音采集部分输出的针对各个方位的声音采集信号进行降采样，并且将针对所述各个方位的降采样声音采集信号输出至所述多个第二回声消除部分。
5.根据权利要求1至4中任意一项的声音发射和采集装置，其中所述第一回声消除部分和所述多个第二回声消除部分分别具有自适应滤波器；并且
其中所述多个第二回声消除部分的自适应滤波器中的每一个自适应滤波器的抽头数都小于所述第一回声消除部分的抽头数。
6.根据权利要求1至5中任意一项的声音发射和采集装置，其中所述多个第二回声消除部分中的每一个都具有处理能力低于第一回声消除部分的构造。
7.一种声音发射和采集方法，包括：
发射声音的处理；
采集多个方位的声音并且产生针对各个方位的声音采集信号的处理；
分别从针对各个方位的声音采集信号中去除回声的第二回声去除处理；
基于已经利用第二回声去除处理执行了回声去除处理的各个方位的声音采集信号的信号电平来估计声源的方位的处理；以及
从在方位估计处理中估计出的声源方位的声音采集信号中去除回声的第一回声去除处理。
8.根据权利要求7的声音发射和采集方法，还包括：
对在声音采集处理中产生的针对各个方位的声音采集信号进行降采样的处理，
其中在第二回声去除处理中，从针对各个方位的降采样声音采集信号中去除回声。
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