CN113874732B - 通过加速度测量进行风检测的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种方法，包括：获得从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；以及，基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数。

Description

通过加速度测量进行风检测的装置和方法

技术领域

本公开内容的实施方案涉及用于在麦克风信号中检测风、估计风参数以及降低风噪声的方法、装置和系统，且特别地涉及用于使用加速度计来检测和估计风以及降低风噪声的方法、装置和系统。

背景技术

音频系统中的风噪声由流过麦克风端口或麦克风膜上的气流中的湍流生成。这与由入射在麦克风膜上的声压波所生成的非风噪声(例如，交通、火车、建筑等)不同。

风噪声可能通常具有足够大的幅度来掩盖麦克风信号中更有价值的声音，诸如话音。因此，期望的是，抑制由这种湍流所生成的麦克风信号中的风噪声，以使得能够听到和/或处理麦克风信号的非风噪声分量。

现有技术的风噪声降低算法需要有关麦克风信号中所存在的风噪声的信息，通常称为“风噪声参数”，诸如风存在的概率、风速、风向、短期和长期频谱幅度、短期和长期频谱截止频率等。然而，由于常规的麦克风无法区分单独的风噪声和与非风噪声(例如，交通噪声)混合的风噪声，因此很难精确确定风降低算法要使用的风噪声参数。

除上述之外，常规的麦克风在大风的情况下通常会饱和，导致麦克风输出信号的削波。非常大的风(例如，速度大于12ms^-1)可能导致麦克风信号的完全饱和，意味着对具有高于出现完全饱和时的速率的速度的风的特性之间无法进行划分(delineation)。

对包含在本说明书中的文件、动作、材料、设备、文章等的任何讨论不应因为它存在于每个所附权利要求的优先权日之前而被视为承认任何或所有这些事项构成现有技术基础的一部分或者是与本公开内容相关的领域中的公知常识。

发明内容

本公开内容的实施方案试图通过使用加速度计或惯性测量单元(IMU)估计风噪声的存在和特性来解决或至少减轻这些问题中的一个或多个。发明人已经确定，加速度计信号可以被用于在由移动气流所生成的湍流与由入射声压波所引起的振动之间进行划分。这是因为加速度计(或者，加速度计所在的壳体)周围的空气运动(例如，风)所施加的力倾向于超出加速度计的灵敏度阈值，然而即使非常大的声压波(例如，大于100dB SPL)所施加的力通常也不足以超出加速度计的灵敏度阈值。

此外，典型的MEMS麦克风的有效质量比MEMS加速度计的惯性质量(proof mass)小几个数量级。因此，虽然麦克风在存在高速风的情况下变得饱和，但是加速度计和IMU不会因高速风饱和。典型的MEMS加速度计被设计为具有高达+/-16g的测量范围，这超出了显著风速(例如，高达12ms^-1)时由体积空气流动所施加的力。

本公开内容的实施方案利用加速度计和IMU的上述现象和特性来检测风噪声以及确定风噪声参数，而不管非风噪声水平以及大风条件(例如，超出12ms^-1的速度)。此外，本公开内容的实施方案旨在基于使用来自加速度计的信号所确定的风噪声参数来降低麦克风信号中的风噪声。

根据本公开内容的第一方面，提供了一种方法，包括：接收从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；以及，基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数。

所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括所述加速度计处的风速和/或所述加速度计处的风向入射角。所述一个或多个加速度计信号可以包括代表不同加速度轴的两个或更多个加速度计信号。在这种情况下，确定所述加速度计处的风向入射角可以包括比较所述两个或更多个加速度计信号。

所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括所述加速度计处存在风的指示和/或所述加速度计处存在风的概率。

所述方法还可以包括对所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个进行滤波，以去除非风噪声。可以基于经滤波的一个或多个加速度计信号来确定所述一个或多个风参数。滤波可以包括低通滤波。附加地或替代地，可以应用高通滤波来去除与风无关的噪声(诸如，运动)的高频分量。

所述方法还可以包括检测所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个中的非风噪声的存在。可以仅在未检测到非风噪声时才执行所述确定。

所述方法还可以包括：从靠近所述加速度计的麦克风接收麦克风信号；以及，基于所确定的所述加速度计处的一个或多个风参数来降低所述麦克风信号中的风噪声。

确定所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括：确定所述加速度计信号中的一个或多个加速度计信号中的子带功率；以及，基于所确定的所述一个或多个加速度计信号中的子带功率来估计所述麦克风信号中的噪声的截止频率。然后，可以使用所估计的截止频率来降低所述麦克风信号中的风噪声。例如，可以使用压缩器降低所述麦克风信号中的风噪声，根据所估计的截止频率来动态地调整所述压缩器的拐点。

确定所述加速度计处的一个或多个风参数可以进一步包括确定风速。然后，可以根据所确定的风速而非所估计的截止频率来确定所述压缩器的拐点，或者根据所确定的风速以及所估计的截止频率来确定所述压缩器的拐点。

估计所述截止频率可以包括使用查找表将所述子带功率转换为所述截止频率。

所述方法还可以包括基于所述麦克风信号来检测所述麦克风处的风的存在或者确定所述麦克风处的风的概率。

可以响应于在所述麦克风处检测到风的存在而执行确定所述加速度计处的一个或多个风参数的步骤。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种装置，包括：存储器；以及，处理器，耦合到所述存储器且被配置为：接收从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；以及，基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数。

所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括所述加速度计处的风速和/或所述加速度计处的风向入射角。

所述一个或多个加速度计信号可以包括代表不同加速度轴的两个或更多个加速度计信号。确定所述加速度计处的风向入射角可以包括比较所述两个或更多个加速度计信号。

所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括所述加速度计处存在风的指示和/或所述加速度计处存在风的概率。

所述处理器还可以被配置为：对所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个进行滤波，以去除非风噪声。可以基于经滤波的一个或多个加速度计信号来确定所述一个或多个风参数。

所述处理器还可以被配置为：检测所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个中的非风噪声的存在。可以仅在未检测到非风噪声时才执行所述确定。

所述处理器还可以被配置为：接收从靠近所述加速度计的麦克风所导出的麦克风信号；以及，基于所确定的所述加速度计处的一个或多个风参数来降低所述麦克风信号中的风噪声。

确定所述加速度计处的一个或多个风参数可以包括：确定所述加速度计信号中的一个或多个加速度计信号中的子带功率；以及，基于所确定的所述一个或多个加速度计信号中的子带功率来估计所述麦克风信号中的噪声的截止频率。然后，可以使用所估计的截止频率来降低麦克风信号中的风噪声。例如，所述处理器可以被配置为实施压缩器来降低所述麦克风信号中的风噪声，且可以根据所估计的截止频率来确定所述压缩器的拐点。在一些实施方案中，确定所述加速度计处的一个或多个风参数可以进一步包括确定风速。在这种情况下，可以使用所估计的截止频率以及根据所确定的风速来确定所述压缩器的拐点，或者可以根据所确定的风速而非使用所估计的截止频率来确定所述压缩器的拐点。

估计所述截止频率可以包括使用存储在所述存储器中的查找表将所述子带功率转换为所述截止频率。

所述处理器还可以被配置为：基于所述麦克风信号来检测所述麦克风处的风的存在或确定所述麦克风处的风的概率。可以响应于检测到所述麦克风处的风的存在而执行确定所述加速度计处的一个或多个风参数的步骤。

所述装置还可以包括麦克风。所述装置还可以包括加速度计。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种包括如上面所描述的装置的电子设备。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种存储指令的非暂时性机器可读介质，所述指令在被处理电路执行时导致电子设备：接收从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；以及，基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种降低从麦克风所接收的麦克风信号中的风噪声的方法，所述方法包括：从靠近所述麦克风的一个或多个加速度计接收一个或多个加速度计信号；确定所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个中的子带功率；基于所确定的子带功率来估计所述麦克风信号中的噪声的截止频率；以及，使用所估计的截止频率来降低所述麦克风信号中的风噪声。

贯穿本说明书，词语“包括(comprise)”或变体(诸如，“包括(comprises)”或“包括(comprising)”)应被理解成暗示包括所陈述的元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤组，但不排除任何其他元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤组。

附图说明

现在将参考附图仅以非限制性示例的方式对本公开内容的实施方案进行描述，在附图中：

图1a和图1b是根据本公开内容的一个实施方案的装置的示意图；

图1c是示出定位在用户耳朵上的图1a和图1b的装置的平面图；

图2是图1a至图1c中所示出的装置的麦克风和加速度计在多种噪声条件下的频率与功率的关系图；

图3a和图3b是图1a至图1c中所示出的装置的内部麦克风和外部麦克风的输出信号以及加速度计的三个空间轴的输出的功率相关矩阵；

图4a、图4b和图4c是针对在图1a至图1c中所示出的装置的加速度计处所入射的分别具有4m/s、6m/s和8m/s的速度的风，风向入射角相对于低于500Hz的加速度计子带信号功率的散点图；

图5a、图5b和图5c是代表在存在分别具有4m/s、6m/s和8m/s的速度的风的情况下，由图1a至图1c中所示出的装置的加速度计测量的功率密度的密度图；

图6a、图6b和图6c是针对在图1a至图1c中所示出的装置处所接收的风的不同风向入射角和风速，加速度计子带功率相对于麦克风子带功率的散点图；

图7是由图1a至图1c中所示出的装置实施的示例性参数估计模块的框图；

图8是可以由图7中所示出的参数估计模块实施的过程的流程图；以及

图9、图10和图11是纳入图7的参数估计模块的风噪声降低系统的框图。

具体实施方式

本公开内容的实施方案涉及采集以及使用加速度计信号，以用于在麦克风信号中检测风噪声、划分风噪声和非风噪声、确定在宽范围的风条件下的风的特性以及降低风噪声。

MEMS麦克风和加速度计设备这二者都可以建模为简单的谐振子(质量-弹簧系统)。然而，这些设备的设计针对不同的问题进行了优化；一个用于测量加速度，且另一个用于测量声压。因此，MEMS麦克风膜的有效质量比加速度计MEMS的惯性质量小几个数量级。MEMS麦克风膜的相对小的有效质量使其成为差的空间信号的换能器。它还使MEMS麦克风更容易受到风噪声的影响，在MEMS麦克风中，此问题由于它们的构造特别是它们的端口尺寸而被加剧。端口的尺寸是最小化杂质的进入以及限制湍流对流压力之间的折衷。一般而言，麦克风的端口周围的空气的流动产生三个噪声源：上游湍流、尾缘涡脱落(trailing edgevortex shedding)以及边界层湍流。这些噪声源的水平和频谱取决于入射风速、相对麦克风取向以及物理屏障(诸如，风挡)的存在和特性。

发明人已经意识到，与MEMS麦克风相比，MEMS加速度计可以被用于在由移动气流所生成的湍流与由入射声压波所引起的振动之间进行划分。这是因为空气运动(例如，风)所施加的典型力倾向于超出典型MEMS加速度计的灵敏度阈值，然而即使由非常大的声压波(例如，大于100dB SPL)所施加的典型力也不足以倾向于超出加速度计的灵敏度阈值。本公开内容的实施方案将上述现象应用于麦克风声音处理的多个方面，例如麦克风信号中的风噪声降低和抑制。

图1a是根据本公开内容的一个实施方案的装置100的示意图，该装置100包括外部麦克风102、内部麦克风103和加速度计104。在一些实施方案中，外部麦克风102和内部麦克风103是MEMS麦克风。外部麦克风102和内部麦克风103可以分别是参考麦克风和误差麦克风，且可以使用本领域公知的技术用于噪声消除。在一些实施方案中，加速度计104是MEMS加速度计。在一些实施方案中，加速度计104可以被配置为测量一维或多维的运动。例如，加速度计104可以生成代表三维空间(x和y；或者，x和y和z；或者，y和z)中的多个空间维度的加速度的输出信号。虽然在以下描述中，加速度计104将被描述为被配置为生成代表x、y和z空间轴的三个输出信号，但是应理解，本公开内容的实施方案不限于具有三个轴的加速度计。虽然装置100被示出为具有内部麦克风102和内部麦克风103，但是应理解，实施方案不限于图1a中的麦克风的示例性设置和放置。例如，在替代的实施方案中，装置可以包括一个麦克风或多于两个麦克风，其可以定位在装置100之上或之中的任何地方。

在图1中示出的实施方案中，装置100是被配置用于放置在用户107的耳朵106上的头戴式耳机。然而，应理解，本文中所描述的技术可以在包括麦克风和加速度计的任何装置上实施。这种装置可以包括但不限于耳机(earphone)、头戴式耳机(headphone)、头戴式受送话器(headset)、耳塞、耳机、护耳器、智能手机、平板电脑或用于向鼓膜传送声音和/或消除鼓膜处的声音(主动地或被动地)的其他装置。任何这样的装置都可以放置在耳朵上方或在耳朵上或在耳道中。

图1b是示例性配置的装置100的示意图。装置100包括处理器108、存储器110和收发器112。处理器108可以被设置为单个部件或多个部件。同样地，存储器110可以设置为单个部件或多个部件。可以以本领域已知的任何方式经由总线114等在装置100的元件之间传输数据。处理器108可以是装置100的数字信号处理器(DSP)或应用处理器。处理器108可以被配置为接收和处理从麦克风102和加速度计104所接收的信号。处理器108可以被配置为对从麦克风102和/或加速度计104所接收的信号执行操作。装置100还可以包括附加的处理电路116，以用于执行对从麦克风102和/或加速度计104所接收的信号的临时处理。例如，处理电路可以包括一个或多个模数转换器(ADC)、一个或多个数模转换器(DAC)和/或一个或多个FFT模块。为简单起见，图1b中示出了仅一个麦克风102。图1a中示出的内部麦克风103还可以与总线114等通信。存储器110可以被设置用于存储数据和/或程序指令。收发器112可以被配置为实现与外部设备(诸如，智能电话、计算机等)的(有线或无线)通信。在一些实施方案中，收发器可以被配置为建立蓝牙连接。应理解，装置100可以包括图1a和1b中未示出的附加部件，诸如扬声器、附加的麦克风等。

图1c是定位在用户107的耳朵106上的装置100的俯瞰图，在此情况下，耳朵106是用户107的左耳。贯穿装置100的以下描述，风在设备上的入射角将以度数来描述。图1c例示了这些角度的参考系，0°代表在用户的脸的前方处入射的风，90°代表在用户的头部的右侧处入射且朝向右耳行进的风，180°代表在用户的头部的后方处所入射的风，270°代表在用户的头部的左侧处入射且朝向左耳106行进的风。如下面更详细地描述的，应理解，取决于装置处的风向入射角，麦克风102、103和/或加速度计104所拾取的风噪声量可能受到头部、耳朵106和装置100本身周围的湍流以及装置100的主体和用户107对麦克风102、103和/或加速度计104的遮蔽的影响。这将在以下关于在多种风向入射角时加速度计104处所接收的信号功率的讨论中变得更加明显。

图2是麦克风102和加速度计104在多种噪声条件下的频率与功率的关系图。线202代表在仅存在风噪声的情况下麦克风102的输出信号的功率谱。线204代表在存在风噪声和非风噪声(火车噪声)的情况下麦克风102的输出信号的功率谱。线206代表在仅存在风噪声的情况下加速度计104的输出信号的功率谱。线208代表在存在风噪声和非风噪声(火车噪声)的情况下加速度计104的输出信号的功率谱。

可以看到，对于低于约2.5kHz的频率，来自麦克风102的具有风噪声和不具有风噪声的输出信号的功率谱202、204非常相似。然而，特别是在2.5kHz以上，在存在非风噪声的情况下，来自麦克风102的输出信号的功率谱存在相当大的差异。对于一些频率，dB功率差异超过25dB。与此不同，来自加速度计104的具有风噪声和不具有风噪声的输出信号的功率谱206、208最多相差5dB，且在高于500Hz的频率时，任何差异基本上与频率无关。在500Hz以下，具有风噪声和不具有风噪声的功率谱206、208之间没有区别。因此，可以看到，加速度计104的输出信号基本上不受非风噪声的影响。

图3a和图3b是分别存在语音(图3a)和4ms^-1的风(图3b)的情况下，内部麦克风102和外部麦克风103的输出信号以及加速度计104的三个空间轴(“x”、“y”和“z”)的输出信号的功率相关矩阵。可以看到，在存在语音或风的情况下，在由麦克风102所记录的声域与由加速度计104在任何空间维度上所记录的空间域之间不存在统计上显著的相关性。特别是在存在风的情况下，由麦克风102所生成的信号与由加速度计104所生成的信号之间似乎没有任何相关性。相反，可以看到，在来自加速度计104的x、y和z轴输出信号中的每一个之间存在某种相关性。

在存在风的情况下，内部麦克风信号和外部麦克风信号之间也存在非常小的相关性。相信这是由于在与每个麦克风102、103相关联的端口开口处所形成的涡流而导致在麦克风102、103的端口周围存在湍流。这些涡流随着风速的增大以及随着端口尺寸/直径的减小而增大。因此，随着风速增大，麦克风信号由于端口开口周围的湍流而开始饱和。通过增大端口的尺寸，可以在一定程度上缓解这种饱和；对于较大的端口，较少的脱落出现，这转而使涡流平均。然而，由于端口入口处的潜在污染和/或进入，实践中对可以制造的端口的尺寸存在限制。

一般而言，MEMS麦克风的饱和开始出现在约2-3m/s的风速。MEMS麦克风典型地对于语音具有120dB到130dBSPL之间的声压级(SPL)限制。风噪声的波峰因数小于语音的波峰因数，所以MEMS麦克风对于风的SPL限制在110-120dBSPL之间。MEMS麦克风还具有在35-85Hz之间的3dB截止的高通响应。

常规地，基于从麦克风102、103中的一个或这两个所接收的信号来估计风参数。麦克风信号中的风噪声的频谱功率与其低于截止频率的频率近似成反比，此关系在该截止频率处失效。换句话说，风噪声在频谱域中遵循1/f分布。因此，估计风噪声的现有方法涉及使用例如傅里叶分析来确定麦克风信号的子带功率谱，且随后确定截止频率(即，麦克风中的噪声的频谱功率变平的频率)。此确定的截止频率然后可以被用于例如改变后续抑制步骤的压缩带宽和拐点，使得这种抑制不会从受噪声影响的麦克风信号中过度去除低频分量。

这种方法的问题在于，麦克风信号通常包含湍流和除风之外的噪声源(例如，汽车噪声、自身话音等)形式的噪声的非线性分量。这种类型的非线性噪声可能使确定麦克风信号中所存在的噪声的风部分的截止频率变得困难。

本公开内容的实施方案利用加速度计104对非风噪声源的不敏感性来确定风参数，特别是在存在风噪声和非风噪声的环境中。这些确定的参数转而可以被用于麦克风102、103中的一个或这两个处所接收的音频信号的风噪声降低/抑制。可以从由加速度计104所生成的信号中导出几个有用的参数。例如，可以确定风功率、风速和风向入射角的线性估计。这样的参数可以被用于估计麦克风102处的风噪声的截止频率，此截止频率转而可以被用于风噪声降低。另外，可以从来自加速度计104的信号来确定自身话音的以子带功率估计形式的可靠估计。从加速度计信号所导出的自身话音的估计可以被用于确定一些时段，在这些时段中风速和角度的线性估计将是精确的，因为在装置100处存在自身话音可能影响加速度计信号功率与风速和风向入射角中的每一个之间的关系。类似地，可以从加速度计所输出的信号来估计与加速度计104的运动相关联的非风噪声，从加速度计所输出的信号可以被用于确定精确风参数估计的时段。

图4a、图4b和图4c是针对在加速度计104处所入射的分别具有4m/s、6m/s和8m/s的速度的风，风向入射角(x轴)相对于低于500Hz的加速度计子带信号功率(y轴)的散点图。从4a、图4b和图4c可以看到，加速度计子带功率取决于风速。在所有风向入射角处，风速越高，加速度计信号中的子带功率越高。还可以看到，在不考虑风速时，加速度计子带功率取决于风向入射角。因此，可以看到，加速度计子带功率可以被用于估计风相对于加速度计104的入射角。从这些图中还可以看到，如上面参考图1c所提及的，在存在以相对于用户107的头部成0°、45°以及225°至315°的角度所入射的风的情况下(如图1c中示出的)，靠近加速度计104的湍流和/或遮蔽可能导致由加速度计104所测量的加速度计子带功率的降低。因此，在加速度计104处所测量的子带功率在180°和225°之间存在显著下降，然后在275°到315°的入射风角度，所述子带功率增大。

图4a、图4b和图4c描绘了加速度计104的单个轴的数据，其中装置100被定位在用户107的左耳106上(如图1c中示出的)。使用加速度计104的单个轴将角分辨率限制到由一组角度所限定的两个类。此由图5a、图5b和图5c所例示，图5a、图5b和图5c各自示出了两条密度曲线，代表在存在以225°、275°和315°(左手曲线)以及0°、45°、90°、135°和180°(右手曲线)所入射的风的情况下，由加速度计104所测量的功率。图5a、图5b和图5c分别示出了4m/s、6m/s和8m/s的速度的风的功率密度图。从这些图中可以再次看到，来自用户107的遮蔽导致加速计104处所测量的信号功率的降低。

应理解，通过使用加速度计104的附加轴，所测量的每个附加轴的子带功率可以被用于增大加速度计104对风向角的估计的角分辨率。例如，使用加速度计104的第二轴，可以使用来自第二轴的信号解决关于在加速度计104的一个轴上的风向入射角的任何不确定性。

图6a、图6b和图6c是在安静环境中，针对不同风向入射角和风速，加速度计子带功率(横轴)相对于麦克风子带功率(纵轴)的散点图。应理解，在安静的环境(没有非风噪声)中，麦克风信号中的功率是由风引起的，且将导致麦克风信号中的风噪声。相同的点被绘制在每个图上，但在每个图中按颜色/阴影进行不同的分组。图6a通过颜色/阴影在如图1c中所描绘的风向入射角(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°)之间进行划分。图6b通过颜色/阴影在风速(4m/s、6m/s和8m/s)之间进行划分。图6c基于入射角将点分成两组，第一组包括在存在角度0°、45°和225°的风的情况下所进行的测量，第二组包括在存在角度90°、135°、180°、270°和315°的风的情况下所进行的测量。

这些图示出(由风引起的)麦克风子带功率随着风速的增大而有变化地增大。这是随着风速增大，麦克风端口周围的湍流增大的结果。还可以看到，在图6c中最清楚例示的两个角簇，对于所测量的相同的加速度计子带功率，麦克风子带功率的差异证明了这一点。这两个簇近似对应于从装置100的前方(正向)和后方(反向)入射的风。图6c中还提供了线性回归线602、604。第一回归线602代表响应于来自0°、45°和225°的角度的风，加速度计信号和麦克风信号之间的子带功率相关性。第二回归线604代表响应于角度90°、135°、180°、270°和315°的风，加速度计信号和麦克风信号之间的子带功率相关性(低于500Hz)。因此，对于中等风速，图6a至6c所示出的麦克风子带功率和加速度计子带功率之间的关系可以被用于基于从加速度计104所输出的信号中的子带功率，来估计由来自麦克风102的输出信号中所存在的风噪声引起的子带功率。例如，可以基于上述数据或类似数据生成模型或查找表等，以将所接收的加速度计信号的一个或多个子带加速度计功率转换为风速、风向、麦克风噪声截止频率中的一个或多个。

图7是根据本公开内容的一个实施方案的可以由图1b中所示出的装置100实施的参数估计模块700的框图。参数估计模块700被配置为接收从加速度计104所输出的一个或多个加速度计信号702。来自加速度计104的加速度计信号702可以在首先被数字化(量化和离散化)为特定持续时间(元素数目，M)的帧之后，被提供至参数估计模块700。加速度计104可以为加速度计104的一个或多个轴中的每一个生成一个信号。例如，在加速度计104包括3个测量轴的情况下，一个或多个加速度计信号702可以包括三个信号；每个测量轴一个信号。参数估计模块700被配置为生成参数估计输出704，该参数估计输出704包括加速度计104处入射的风的一个或多个估计参数。这样的参数可以包括但不限于加速度计104处的风的存在、风速、风向和麦克风信号中的噪声的截止频率。

可选地，除了参数估计模块700之外，还可以设置非风噪声检测器706。在一些实施方案中，非风噪声检测器706可以被纳入参数估计模块700中。非风噪声检测器706可以被配置为检测加速度计104处与风无关的噪声的存在。例如，非风噪声检测器706可以实施话音活动检测器(VAD)，该话音活动检测器被配置为检测加速度计104处的用户语音。如前面所提及的，语音的存在可能影响基于加速度计信号来精确估计风参数的能力。因此，非风噪声检测器706可以向参数估计模块700输出话音活动信号，以指示是否已经检测到语音。在另一实施例中，非风噪声检测器706可以确定用户107是跑步还是步行，这可能由于加速度计104的方向(即，向上和向下)的剧烈变化而在加速度计104处引起噪声。例如，由跑步所引起的这种噪声在加速度计105处呈现为约100Hz以上的宽带信号。因此，非风噪声检测器706可以输出这样的信号，该信号指示存在非风噪声且可能破坏从加速度计104所输出的一个或多个信号的任何风噪声分量。响应于从非风噪声检测器706所接收的一个或多个信号，为了避免对参数的不精确估计，参数估计模块700可以在指示不存在非风噪声或者这种非风噪声基本上不影响从加速度计104所输出的信号的时间段期间，仅使用从加速度计104所接收的加速度计信号702。附加地或替代地，来自非风噪声检测器706的输出可以被用于切换一个或多个滤波器，以去除一个或多个加速度计信号的与非风噪声相关的分量。

除了从装置100的加速度计104接收加速度计信号702之外，参数估计模块700可以可选地从一个或多个附加加速度计710接收附加加速度计信号708。例如，一个或多个附加加速度计710可以与装置100的加速度计104在空间上分离。例如，在装置100包括一个耳机或头戴式耳机或一组耳机或头戴式耳机的情况下，一个或多个附加加速度计710可以包括位于该对的另一耳机或头戴式耳机中的加速度计。加速度计104和一个或多个附加加速度计710的空间分离可以使得参数估计模块700能够分辨风的入射方向。例如，这可以通过比较从每个加速度计所接收的加速度计信号的共同特性(诸如，子带功率)来实现。

参数估计模块700可以通过确定一个或多个加速度计信号的多种特性来确定上述参数中的一个或多个。在一些实施方案中，参数估计模块可以确定一个或多个加速度计信号702的一个子带的功率。

图8是可以由图7中所示出的参数估计模块700实施的过程的流程图。在步骤802处，参数估计模块700可以从一个或多个加速度计104、710接收一个或多个加速度计信号702、708。然后，可以在步骤804处对加速度计信号702、708进行滤波，以生成一个或多个子带加速度计信号。滤波可以包括低通滤波，以去除加速度计信号中高于阈值频率的分量。在一些实施方案中，基于加速度计104的频谱功率分布来确定阈值频率。可以选择阈值频率，以去除由于语音、来自装置100中的扬声器的串扰、敲击或与头戴式受话器的其他物理交互和/或任何空闲信道噪声而存在的基本上所有的非风噪声。在一些实施方案中，阈值(截止)频率为约500Hz。在一些实施方案中，阈值可以在加速度计信号之间不同。附加地，滤波还可以包括高通滤波，以去除加速度计信号中与加速度计的运动相关联的分量，例如，由于头戴式受话器的运动(步行/跑步等)。参数估计模块700然后可以在步骤806处确定每个子带加速度计信号的子带功率。然后，可以在步骤808处使用所确定的子带功率来估计在麦克风处入射的风的一个或多个参数或特性。例如，子带功率可以被用于确定加速度计104处的风速。附加地或替代地，子带功率可以被用于确定加速度计104处的风向入射角。附加地或替代地，子带功率可以被用于确定麦克风102、103中的一个或这两个的麦克风噪声截止频率，当低于该麦克风噪声截止频率时，噪声影响麦克风102中的一个或这两个所输出的信号。可以基于存储在存储器中的一个或多个模型或查找表来做出确定。如上所述，可以预先生成一个或多个模块或查找表。然后，可以在步骤810在参数估计输出704中输出一个或多个风参数或特性。

如上面所描述的和图6c中例示的，麦克风子带功率与加速度计子带功率之间的关系取决于装置100处的风向入射角。因此，可以使用风向入射角的知识来确定多个模型或查找表中的哪一个用于参数估计。例如，在参数估计模块700从加速度计104以及一个或多个附加加速度计710接收加速度计信号702、708的情况下，在步骤808处，参数估计模块700可以比较所确定的各个加速度计信号的子带信号功率且确定相对于设备100的风向入射角。参数估计模块700然后可以基于此来确定将使用多个模型或查找表中的哪一个来确定风参数。

图9、图10和图100是纳入图7的参数估计模块700的风噪声降低系统900、1000、1100的框图。为简单起见，图7中所示出的可选的非风噪声检测器706以及附加加速度计710未在图9、图10或图11中示出，但可以纳入系统900、1000、1100中。

参考图9，系统900包括风噪声检测(WND)模块902以及风噪声降低(WNR)模块904。风检测模块(WND)902包括用于从麦克风102接收麦克风输出信号906的输入。WND模块902被配置为基于所接收的麦克风输出信号906来检测麦克风102处的风，且将风检测信号908输出至WNR模块904。在美国专利号9,516,408中描述了一种示例性的WND模块，该美国专利的内容通过引用整体纳入本文。

WNR模块904被配置为接收来自WND模块902的风检测信号908、来自参数估计模块700的参数信号704以及来自麦克风102的麦克风信号906，且当WND模块902检测到噪声时，基于来自参数估计模块的参数信号700来降低麦克风信号906中的风噪声。例如，WNR模块904可以确定每个麦克风102、103中的风强度，且组合信号以使得减小合成信号中的风功率，从而使风最小化。例如，WNR模块904可以基于每个子带中的风强度来动态地衰减受风影响的子带。例如，WNR模块904可以使用所估计的截止频率来实施抑制或压缩，从而动态地设置压缩算法的带宽或拐点。因此，可以基于截止频率和/或风的强度来控制压缩量。在美国专利号9,589,573中描述了一种示例性的风噪声降低方法，该美国专利的内容通过引用整体纳入本文。

图10是风噪声降低系统1000的框图，该风噪声降低系统是图9中所示出的系统900的变体，相同的部件给予相同的数字。在风噪声降低系统1000中，由参数估计模块700执行风噪声检测。除了存在或可能存在风的标志之外，参数估计模块700还可以向WNR模块904输出一个或多个风参数1004。

图11是风噪声降低系统1100的框图，该风噪声降低系统1100是图9中所示出的系统900的另一变体，相同的部件给予相同的数字。风噪声降低系统1100包括WND模块1102、参数估计模块1104和WNR模块1106。在图11中，WND模块1102可以接收麦克风信号906以及加速度计信号702中的一个或这两个，且基于这些信号906、702中的一个或这两个来确定风的存在。WND模块1102之后可以向参数估计模块1104输出风检测信号1108。然后，仅当由WND模块1102检测到风时，即仅当风检测信号1108向参数估计模块1104指示风的存在时，参数估计模块1104可以基于一个或多个加速度计信号702来确定一个或多个风参数。当由WND模块1102确定存在风时，参数估计模块1104则可以将一个或多个参数信号1110输出至WNR模块1106。当WND模块1102确定不存在风时，参数估计模块1104可以向WNR模块1106输出这样的指示，或者替代地，可以不向WNR模块1106输出信号。基于从参数估计模块1104所接收的一个或多个信号704，WNR模块1106可以对麦克风信号906应用风噪声降低。WNR模块1106可以以本领域已知的任何方式(诸如，参考图9和图10的WNR模块906所描述的那些方式)来降低麦克风信号906中的风噪声。

实施方案可以在电子、便携式和/或电池供电的主机设备(诸如，智能电话、音频播放器、移动或蜂窝电话、头戴式受送话器)中实施。实施方案可以在这样的主机设备内所设置的一个或多个集成电路上实施。替代地，实施方案可以在可配置成向单个人提供音频回放的个人音频设备(诸如，智能电话、移动或蜂窝电话、头戴式耳机、耳机等)中实施。再次，实施方案可以在这样的个人音频设备内所设置的一个或多个集成电路上实施。在又一替代方案中，实施方案可以在主机设备与个人音频设备的组合中实施。例如，实施方案可以在个人音频设备内所设置的一个或多个集成电路中以及主机设备内所设置的一个或多个集成电路中实施。

尤其是受益于本公开内容的本领域普通技术人员应理解，本文中所描述的多种操作，尤其是与附图相关的多种操作，可以由其他电路或其他硬件部件来实施。可以改变执行给定方法的每一操作的顺序，且可以对本文中所例示的系统的多种元素进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。意图是，本公开内容涵盖所有这样的修改和改变，因此，上面的描述应被认为是例示性的而非限制性的。

类似地，尽管本公开内容参考特定实施方案，但是可以在不背离本公开内容的范围和覆盖范围的情况下，对那些实施方案进行某些修改和改变。此外，本文中关于特定实施方案所描述的任何益处、优势或问题的解决方案均不旨在被解释为关键的、必需的或必要的特征或要素。

受益于本公开内容的其他实施方案和实施方式同样对于本领域普通技术人员将是显而易见的，且这样的实施方案应被认为是本文所包含的。此外，本领域的普通技术人员将认识到，可以应用多种等效技术来代替所讨论的实施方案或与所讨论的实施方案结合，且所有这样的等效物应被视为被本公开内容所涵盖。

本领域技术人员将认识到，上文所描述的装置和方法的一些方面，例如发现和配置方法可以体现为例如位于非易失性载体介质(诸如，磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、程序化存储器诸如只读存储器(固件))上或位于数据载体(诸如，光学信号载体或电信号载体)上的处理器控制代码。对于许多应用，本公开内容的实施方案将被实施在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上。因此，代码可以包括常规程序代码或微代码或例如用于设立或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可以包括用于动态地配置可重新配置的装置(诸如，可重新编程逻辑门阵列)的代码。类似地，代码可以包括用于硬件描述语言(诸如，Verilog TM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如本领域技术人员将理解，代码可以被分布在彼此通信的多个经耦合的部件之间。在适当的情况下，还可以使用在现场可(重新)编程模拟阵列或类似的设备上运行以配置模拟硬件的代码来实施所述实施方案。

注意，如本文中所使用的，术语模块应被用于指代可以至少部分地由专用硬件部件(诸如，自定义电路)实施的功能单元或功能块，和/或至少部分地由一个或多个软件处理器或在合适的通用处理器等上运行的适当的代码实施的功能单元或功能块。模块本身可以包括其他模块或功能单元。模块可以由不需要被协同定位且可以被设置在不同的集成电路上和/或在不同的处理器上运行的多个部件或子模块来提供。

应注意，上文所提及的实施方案例示而非限制本发明，且在不偏离随附权利要求或实施方案的范围的情况下，本领域普通技术人员将能够设计许多替代实施方案。词语“包括”不排除除了在权利要求或实施方案中所列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求或实施方案中所记载的若干单元的功能。权利要求或实施方案中的任何参考数字或参考标注不应被解释为对所述权利要求或实施方案的范围的限制。

尽管已经详细描述了本公开内容和某些代表性优点，但是应理解，在不背离由所附权利要求或实施方案所限定的本公开内容的实质和范围的情况下，可以在本文中做出多种改变、替换和变更。此外，本公开内容的范围不旨在限制于与本文中利用对应实施方案执行基本相同功能或者实现基本相同的结果的当前存在或以后将要开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤的特定实施方案。因此，所附权利要求或实施方案旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

本领域技术人员将理解，在不背离本公开内容的宽泛的总体范围的情况下，可以对上面所描述的实施方案进行多种变化和/或修改。因此，当前实施方案在所有方面都被认为是例示性的而非限制性的。

Claims (12)

1.一种通过加速度测量进行风检测的方法，包括：

接收从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；

从靠近所述加速度计的麦克风接收麦克风信号；

基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数，其中确定所述一个或多个风参数包括确定所述一个或多个加速度计信号的子带功率；以及

基于所确定的所述加速度计处的一个或多个风参数来降低所述麦克风信号中的风噪声，其中基于所确定的所述一个或多个加速度计信号的子带功率来估计所述麦克风信号中的噪声的截止频率，且其中使用所估计的截止频率来降低所述麦克风信号中的风噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加速度计处的一个或多个风参数包括所述加速度计处的风速和/或所述加速度计处的风向入射角。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个加速度计信号包括代表不同加速度轴的两个或更多个加速度计信号，且其中确定所述加速度计处的风向入射角包括比较所述两个或更多个加速度计信号。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述加速度计处的一个或多个风参数包括所述加速度计处存在风的指示和/或所述加速度计处存在风的概率。

5.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的方法，还包括对所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个进行滤波以去除非风噪声，且其中基于经滤波的一个或多个加速度计信号来确定所述一个或多个风参数。

6.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的方法，还包括检测所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个中的非风噪声的存在，且其中仅当未检测到非风噪声时才执行所述确定一个或多个风参数。

7. 一种通过加速度测量进行风检测的装置，包括：

存储器；以及

处理器，耦合到所述存储器且被配置为：

接收从加速度计所导出的一个或多个加速度计信号；

从靠近所述加速度计的麦克风接收麦克风信号；

基于所述一个或多个加速度计信号来确定所述加速度计处的一个或多个风参数，其中确定所述一个或多个风参数包括确定所述一个或多个加速度计信号的子带功率；以及

基于所确定的所述加速度计处的一个或多个风参数来降低所述麦克风信号中的风噪声，其中基于所确定的所述一个或多个加速度计信号的子带功率来估计所述麦克风信号中的噪声的截止频率，且其中使用所估计的截止频率来降低所述麦克风信号中的风噪声。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述加速度计处的一个或多个风参数包括所述加速度计处的风速和/或所述加速度计处的风向入射角。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述一个或多个加速度计信号包括代表不同加速度轴的两个或更多个加速度计信号，且其中确定所述加速度计处的风向入射角包括比较所述两个或更多个加速度计信号。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的装置，其中所述加速度计处的一个或多个风参数包括所述加速度计处存在风的指示和/或所述加速度计处存在风的概率。

11.根据权利要求7至9中的任一项所述的装置，其中所述处理器还被配置为：对所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个进行滤波，以去除非风噪声，且其中基于经滤波的一个或多个加速度计信号来确定所述一个或多个风参数。

12.根据权利要求7至9中的任一项所述的装置，其中所述处理器还被配置为：检测所述一个或多个加速度计信号中的一个或多个中的非风噪声的存在，且其中仅当未检测到非风噪声时才执行所述确定一个或多个风参数。

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