CN107545901A - 信号处理装置与信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理装置与信号处理方法。信号处理装置包括回音消除电路、阻挡阵列电路、控制器、减法器与滤波器。回音消除电路基于远端信号以及第一输入信号进行回音消除处理，以产生处理信号。阻挡阵列电路抑制第一输入信号以及第二输入信号中的目标信号成分，以产生参考信号。控制器基于处理信号以及第二输入信号产生控制系数。减法器基于处理信号以及滤波信号，以产生输出信号。滤波器响应于控制系数、参考信号以及输出信号以产生滤波信号。

Description

信号处理装置与信号处理方法

技术领域

本申请是有关于一种信号处理装置，且特别是有关于具有消除回音与干扰方法的信号处理装置。

背景技术

音频处理装置被广泛地应用于各种电子装置中。在一些相关技术中，于音频处理装置内，回音消除机制通常会设置在波束成型机制前。

在此种设置方式下，一般而言，回音消除机制的电路所采用的数量将与麦克风的数量成正比。当回音消除机制的电路的数量过大时，将造成音频处理装置的整体运算量与复杂度过高，较不适合应用于低运算量的电子产品(如包括移动式装置)中。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种信号处理装置。信号处理装置包括回音消除电路、阻挡阵列电路、第一控制器、减法器与滤波器。回音消除电路用于基于远端信号以及第一输入信号进行回音消除处理，以产生第一处理信号。阻挡阵列电路用于抑制第一输入信号以及第二输入信号中的目标信号成分，以产生参考信号。第一控制器用于基于第一处理信号以及第二输入信号产生第一控制系数。减法器用于基于第一处理信号以及滤波信号，产生第一输出信号。滤波器用于响应于第一控制系数、参考信号以及第一输出信号以产生滤波信号。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种信号处理装置。信号处理装置包括回音消除电路、第一频率转换电路、第二频率转换电路、阻挡阵列电路、第一控制器、减法器以及滤波器。回音消除电路用于基于远端信号以及第一输入信号进行回音消除处理，以产生第一处理信号。第一频率转换电路用于产生相应于第一输入信号的第一输入频域信号。第二频率转换电路用于产生相应于第二输入信号的第二输入频域信号。阻挡阵列电路用于基于第一输入频域信号与第二输入频域信号产生参考信号。第一控制器用于基于第一处理信号以及第二输入信号产生第一控制系数。减法器用于基于第一处理信号以及滤波信号产生第一输出信号。滤波器用于响应于第一控制系数、参考信号以及第一输出信号以产生滤波信号。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种信号处理方法，其包括下列多个操作：基于远端信号以及第一输入信号进行回音消除处理，以产生第一处理信号；抑制第一输入信号以及多个第二输入信号中的多个目标信号成分，以产生多个参考信号；基于第一处理信号以及第二输入信号中产生第一控制系数；基于第一处理信号以及滤波信号，产生第一输出信号；以及响应于第一控制系数、参考信号以及第一输出信号以产生滤波信号。

综上所述，本申请所提供的信号处理装置与信号处理方法可在仅采用单一回音消除电路的操作下，降低回音与干扰对信号的影响。如此一来，信号处理装置的复杂度以及运算量可有效地被降低。

附图说明

为让本申请的上述内容和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置的示意图；

图2为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置的示意图；

图3为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置的示意图；以及

图4为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理方法的流程图。

具体实施方式

关于本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用于限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

另外，关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指二或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个组件相互操作或动作。

参照图1，图1为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置100的示意图。信号处理装置100包括回音消除电路110、阻挡阵列电路120、控制器130、减法器140以及滤波器150。

回音消除电路110用于基于输入信号S1以及远端信号SFA进行回音消除(acoustic echo cancellation,AEC)处理，以产生处理信号SAEC。以图1之示例而言，如一些实施例中，回音消除电路110耦接至多个麦克风101A～101M中的麦克风101A，且输入信号S1为麦克风101A所接收的声音信号。于另一些实施例中，回音消除电路110所接收的输入信号S1亦可替换为固定波束成型电路基于多个麦克风101A～101M所接收的多个输入信号S1～SM所输出的声音信号。于一些实施例中，远端信号SFA为预期由多个扬声器102中的至少一者所播放的声音信号。

阻挡阵列电路120耦接至多个麦克风101A～101M，以接收对应的多个输入信号S1～SM。阻挡阵列电路120用于抑制多个输入信号S1～SM中的多个目标信号成分，以产生多个参考信号SREF。于一些实施例中，多个目标信号成分为多个麦克风101A～101M预期所接收到的主要能量信号，例如为主演讲者的声音。于一些实施例中，阻挡阵列电路120可由M个适应性(adaptive)滤波器实现。于一些实施例中，阻挡阵列电路120产生M-1个参考信号，举例来说，当M为2，阻挡阵列电路120可相减输入信号S1及输入信号S2，以得到参考信号SREF。

上述关于阻挡阵列电路120的实现方式仅为示例，且各种可实施上述阻挡阵列电路120的多个功能的实现方式皆为本申请内容所涵盖的范围。

在一些实施例中，音频处理装置100还包括延迟时间电路125。延迟时间电路125耦接至多个麦克风101B～101M，并用于延迟多个输入信号S2～SM一预定时间，以产生多个延迟输入信号SD2～SDM。在一些实施例中，前述的预定时间对应于回音消除电路110的运算时间。藉由此设置方式，多个延迟输入信号SD2～SDM可与处理信号SAEC同步。

控制器130用于基于处理信号SAEC以及多个输入信号S2～SM产生控制系数C1。于一些实施例中，控制器130用于基于处理信号SAEC以及多个延迟输入信号SD2～SDM中的一者估测相应于多个目标信号成分的方向。

例如，控制器130可采用到达方向估测(direction of arrival,DOA)的方式进行估测。于一些实施例中，控制器130可对处理信号SAEC与多个延迟输入信号SD2～SDM中的一者执行广义交叉关联(generalized crosscorrelation,GCC)运算，以估测多个目标信号成分的方向，并据以产生控制系数C1。例如，于一些实施例中，上述关于控制系数C1的运算方式可表示如下式：

其中，THL为预定低临界值，THH为预定高临界值，τ’表示为多个目标信号成分的延迟取样点数(delay sample)，可进而计算出方向，且GCC表示为广义交叉关联运算，其以延迟输入信号SD2为例说明。

上述关于控制器130的设置方式仅为示例。各种类型的控制器130皆为本申请所涵盖的范围。

减法器140耦接至回音消除电路110以及滤波器150，以分别接收处理信号SAEC以及滤波信号SF。减法器140用于相减处理信号SAEC以及滤波信号SF，以产生输出信号SO1。

滤波器150耦接至控制器130、阻挡阵列电路120以及减法器140，以分别接收控制系数C1、参考信号SREF以及输出信号SO1。滤波器150用于响应于控制系数C1、参考信号SREF以及输出信号SO1以产生滤波信号SF。于一些实施例中，滤波器150可由适应性滤波器实现，并根据控制系数C1控制是否调整滤波器150内部多个阶(tap)的加权系数(weighting coefficients)。于一些实施例中，滤波器150设置为基于控制系数C1、一或多个参考信号SREF以及输出信号SO1输出滤波信号SF，以降低在输出信号SO1中的干扰成分。

藉由上述设置方式，信号处理装置100可在仅采用单一回音消除电路110的操作下，降低在输出信号SO1中的回音与干扰成分。如此一来，相较于前述讨论的相关技术，信号处理装置100的运算量与复杂度可明显降低。

上述图1中的信号处理装置100为由时域下的电路操作实现，但本申请并不以此为限。在另一些实施例中，信号处理装置100亦可由频域下的电路操作实现。参照图2，图2为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置200的示意图。为易于理解，图2中与图1相类似的组件将被指定为相同参考编号。

相较于图1中的信号处理装置100，信号处理装置200更包括多个频率转换电路201、频率转换电路202以及逆频率转换电路203。多个频率转换电路201分别耦接至多个麦克风101A～101M，以分别接收多个输入信号S1～SM。多个频率转换电路201基于多个输入信号S1～SM产生相应的多个输入频域信号F1～FM。例如，耦接至麦克风101A的频率转换电路201可对输入信号S1执行快速傅立叶变换，以将时域下的输入信号S1转换为频域下对应的输入频域信号F1。上述关于频率转换的设置方式仅为示例，且各种频率转换的设置方式皆为本申请所涵盖的范围。

在此例中，阻挡阵列电路120还设置为基于多个输入频域信号F1～FM产生多个参考信号FREF。频率转换电路202耦接至回音消除电路110，以接收处理信号SAEC。频率转换电路202用于基于处理信号SAEC产生相应的处理频率信号FAEC。在此例中，减法器140更用于相减处理频率信号FAEC与滤波信号FF，以产生输出信号SO1。

逆频率转换电路203耦接至减法器140，以接收输出信号SO1。逆频率转换电路203用于响应于输出信号SO1而产生相应的输出信号SO2。在此例中，输出信号SO1为频域下的信号。在一些实施例中，逆频率转换电路203用于将频域下的输出信号SO1转换至时域下对应的输出信号SO2。在一些实施例中，逆频率转换电路203用于对输出信号SO1执行逆向快速傅立叶变换，以产生输出信号SO2。上述关于逆频率转换的设置方式仅为示例，且各种逆频率转换的设置方式皆为本申请所涵盖的范围。

参照图3，图3为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理装置300的示意图。为易于理解，图3中与图2相类似的组件将被指定为相同参考编号。

相较于图2中的信号处理装置200，信号处理装置300进一步包括频率转换电路301以及控制器320。在一些实施例中，回音消除电路110进一步设置以基于远端信号SFA以及输入信号S1产生预估回音信号SEC。在一些实施例中，预估回音信号SEC用于指示回音被预估会具有的能量。在此例中，频率转换电路301用于对预估回音信号SEC进行频率转换，以产生相应的处理频率信号FEC。控制器320设置为基于处理频率信号FEC以及处理频率信号FAEC产生控制系数C2。在一些实施例中，控制器320设置为判断次频带中是否存在干扰。示例而言，控制器320可执行下式定义的操作，以产生控制系数C2。

其中，K＝1～M，且M为子频带的长度，TH1K与TH2为多个预定临界值，且SERK为第一数值与第二数值之间的一比例。在一些实施例中，第一数值为对应于第K个子频带中的处理频率信号FAEC的振幅经平滑化后的数值，且第二数值为对应于第K个子频带中的处理频率信号FEC的振幅经平滑化后的数值；SERSPEECH为第三数值与第四数值之间的一比例，其中第三数值为在预定带宽内所有的多个子频带的处理频率信号FAEC的振幅经平滑化后的数值的总和，且第四数值为在预定带宽内所有的多个子频带的处理频率信号FEC的振幅经平滑化后的数值的总和。在一些实施例中，预定带宽为语音频段，例如可约为500～3000赫兹。

在一些实施例中，滤波器150还用于响应于控制系数C1、控制系数C2、多个参考信号FREF以及输出信号SO1产生滤波信号FF。例如，在图3的例子中，滤波器150进一步在控制系数C1以及控制系数C2皆为1时，才更新滤波器150内部多个阶(tap)的加权系数(weightingcoefficients)。如先前所述，滤波器150设置以降低在输出信号SO1中的干扰成分。藉由上述设置方式，控制器320可针对各个子频带区别回音与干扰的影响，并干扰所占的信号成分较大时更新控制系数C2。如此一来，可降低滤波器150受到系统内残留的回音的影响，进而避免滤波器150的权重系数调整方向错误。

上述关于控制器320的设置方式仅为示例。各种类型的控制器320皆为本申请所涵盖之范围。在另一些实施例中，频率转换电路301以及控制器320可内建于回音消除电路110内。在一些实施例中，预估回音信号SEC亦可替换为回音消除电路110所产生的各种运算信息。

图4为根据本申请一些实施例所绘示的一种信号处理方法400的流程图。在一些实施例中，信号处理方法400包括多个操作S410、S420、S430、S440与S450。

在操作S410中，对输入信号S1与远端信号SFA进行回音消除处理，以产生处理信号SAEC。示例而言，如先前图1所示，回音消除电路110可基于远端信号SFA与单一麦克风101A所接收的输入信号S1进行AEC处理，以产生处理信号SAEC。

在操作S420中，抑制多个输入信号S1～SM中的多个目标信号成分，以产生一或多个参考信号SREF。示例而言，如先前图1所示，多个参考信号SREF可经由阻挡阵列电路120响应于多个输入信号S1～SM产生。于一些实施例中，阻挡阵列电路120产生M-1个参考信号，举例来说，当M为2，阻挡阵列电路120可相减输入信号S1及输入信号S2，以得到参考信号SREF。

在操作S430中，基于处理信号SAEC以及多个输入信号S2～SM中的一者产生控制系数C1。示例而言，如先前图1所示，控制器130可基于处理信号SAEC与多个输入信号S2～SM中的一者执行广义交叉关联运算，以产生控制系数C1。

在操作S440中，基于处理信号SAEC以及滤波信号SF，以产生输出信号SO1。

在操作S450中，响应于控制系数C1、一或多个参考信号SREF以及输出信号SO1产生滤波信号SF。示例而言，如先前图1所示，滤波器150可根据控制系数C1控制是否调整滤波器150的权重系数，并响应于多个参考信号SREF以及输出信号SO1输出不同的滤波信号SF。

上述信号处理方法400的多个步骤仅为示例，并非限于上述示例的顺序执行。在不违背本申请内容的各实施例的操作方式与范围下，在信号处理方法400下的各种操作当可适当地增加、替换、省略或以不同顺序执行。

综上所述，本申请所提供的信号处理装置与信号处理方法可在仅采用单一回音消除电路的操作下，降低回音与干扰对信号的影响。如此一来，信号处理装置的复杂度以及运算量可有效地被降低。

虽然本申请已以实施方式揭露如上，然其并非限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本申请的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

[符号说明]

其中，100：信号处理装置；110：回音消除电路；120：阻挡阵列电路；130：控制器；140：减法器；150：滤波器；S1～SM：输入信号；SAEC：处理信号；SFA：远程信号；101A～101M：麦克风；102：扬声器；125：延迟时间电路；SD2～SDM：延迟输入信号；C1：控制系数；SF：滤波信号；SO1：输出信号；201：频率转换电路；SREF：参考信号；203：逆频率转换电路；200：信号处理装置；FAEC：处理频率信号；202：频率转换电路；300：信号处理装置；F1～FM：输入频域信号；320：控制器；SO2：输出信号；FEC：处理频率信号；301：频率转换电路；400：信号处理方法；SEC：预估回音信号；S410～S450：操作；C2：控制系数；FREF：参考信号；FF：滤波信号。

Claims (10)

1.一种信号处理装置，包括：

一回音消除电路，用于基于一远端信号以及一第一输入信号进行一回音消除处理，以产生一第一处理信号；

一阻挡阵列电路，用于抑制该第一输入信号以及一第二输入信号中的一目标信号成分，以产生一参考信号；

一第一控制器，用于基于该第一处理信号以及该第二输入信号产生一第一控制系数；

一减法器，用于基于该第一处理信号以及一滤波信号以产生一第一输出信号；以及

一滤波器，用于响应于该第一控制系数、该参考信号以及该第一输出信号以产生该滤波信号。

2.如权利要求1所述的信号处理装置，还包括：

一延迟时间电路，用于延迟该第二输入信号一预定时间，以产生一延迟输入信号，

其中该预定时间对应于该回音消除电路的一运算时间。

3.如权利要求2所述的信号处理装置，其中该第一控制器用于基于该第一处理信号以及该延迟输入信号估测相应于该目标信号成分之一方向，并根据该方向产生该第一控制系数。

4.如权利要求3所述的信号处理装置，其中该第一控制器用于基于该第一处理信号与该延迟输入信号中执行一广义交叉关联运算，以估测该方向。

5.一种信号处理装置，包括：

一回音消除电路，用于基于一远端信号以及一第一输入信号进行一回音消除处理，以产生一第一处理信号；

一第一频率转换电路，用于产生相应于该第一输入信号的一第一输入频域信号；

一第二频率转换电路，用于产生相应于一第二输入信号的一第二输入频域信号；

一阻挡阵列电路，用于基于该第一输入频域信号与该第二输入频域信号产生一参考信号；

一第一控制器，用于基于该第一处理信号以及该第二输入信号产生一第一控制系数；

一减法器，用于基于该第一处理信号以及一滤波信号产生一第一输出信号；以及

一滤波器，用于响应于该第一控制系数、该参考信号以及该第一输出信号以产生该滤波信号。

6.如权利要求5所述的信号处理装置，还包括：

一第三频率转换电路，用于产生相应于该第一处理信号的一第一处理频率信号，其中该减法器更用于相减该第一处理频率信号以及该滤波信号，产生该第一输出信号；以及

一逆频率转换电路，用于产生相应于该第一输出信号的一第二输出信号。

7.如权利要求6所述的信号处理装置，其中该回音消除电路更用于基于该远端信号与该第一输入信号产生一预估回音信号。

8.如权利要求7所述的信号处理装置，还包括：

一第四频率转换电路，用于产生相应于该预估回音信号的一第二处理频率信号；以及

一第二控制器，用于基于该第一处理频率信号以及该第二处理频率信号产生一第二控制系数，

其中该滤波器更用于响应于该第一控制系数、该第二控制系数、该参考信号以及该第一输出信号以产生该滤波信号。

9.如权利要求8所述的信号处理装置，其中该第二控制器用于基于该第一处理频率信号以及该第二处理频率信号判断相应于干扰的一信号成分是否存在，并在该信号成分存在时更新该第二控制系数。

10.一种信号处理方法，包括：

基于一远端信号以及一第一输入信号进行一回音消除处理，以产生一第一处理信号；

抑制该第一输入信号以及一第二输入信号中的一目标信号成分，以产生一参考信号；

基于该第一处理信号以及该第二输入信号产生一第一控制系数；

基于该第一处理信号以及一滤波信号，产生一第一输出信号；以及

响应于该第一控制系数、该参考信号以及该第一输出信号以产生该滤波信号。