CN1294556C - 用于声频变换器的语音匹配系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的方法和设备，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号。这种方法包括下列步骤：确定由辅助变换器和基准变换器提供的，通过各自信号通路所接收到的声频信号在多个不同频段的各个频段中的单个信号幅度输出值；以及，根据基准变换器的各单个信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段中的至少某些频段中的信号幅度输出。
Description
技术领域
本发明涉及播讲系统，更详细的说，涉及一个播讲者使用多个复式传声器的系统及方法。
背景技术
对于任何向听众超过约50人播讲的讲话而言，都有必要使用传声器和扩音系统。通常，为播讲者提供一个装设在讲台上的，与扩音器相连的传声器。为了放大播讲者的声音，环绕听众席位设置了一组与扩音器相连的扬声器。
在其它情况下，当播讲者需要在房间内走动(例如往黑板上写字，与听众互相交流等等)时，就可以使用便携式传声器(例如无线传声器)。无线传声器是通过将无线发射器装在传声器中，与一组电池共同工作的。附近的接收器接收射频信号，并将播讲者的声音传送给扩音器。
有一种便携式传声器称为悬挂式传声器。悬挂式传声器通常不是用手持拿，而是可以系挂在使用者的衣服上。悬挂式传声器可以是有线的，也可以是无线的，但通常是无线的。
虽然与手持式或讲台安装式相比，通常，悬挂式传声器更便于使用，但是它也有易于接收噪音和易受干扰的缺点。之所以容易接收外来的噪音和受到干扰的原因是，传声器没有放置在播讲者嘴巴的正前方或其附近。由于存在距离，悬挂式传声器所传递的声音通常会让人感到很微弱，而且容易被环境噪音所淹没。
然而，虽然悬挂式传声器存在着种种缺点，但因为它机动灵活，所以播讲者还是常常选用这种悬挂式传声器。正因为对播讲时的机动灵活性的要求是如此重要，所以需要提供一种定位的适应性更强的悬挂式传声器。
发明内容
本发明提供一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的方法，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号。这种方法包括下列步骤：确定由辅助变换器和基准变换器提供的，通过各自信号通路所接收到的声频信号在多个不同频段的各个频段中的单个信号幅度输出值；以及，根据基准变换器的各单个信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段中的至少某些频段中的信号幅度输出值。
根据本发明的另一个方面所述，它提供了一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的设备，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号，这种设备包括：根据沿着相应的信号通路所接收到的声频信号，用于确定在多个不同频段的各个频段中由辅助变换器和基准变换器提供的，单个信号幅度输出值的装置；以及，用于根据基准变换器的相应的信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段的至少某些频段中的信号幅度输出值的装置。
根据本发明的第三个方面所述，它提供了一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的设备，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号，这种设备包括：一个傅立叶处理器，它适用于根据沿着相应的信号通路所接收到的声频信号，用于确定在多个不同频段的各个频段中由辅助变换器和基准变换器提供的，单个信号幅度输出值的装置；以及，一个滤波器，它适用于根据基准变换器的相应的信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段的至少某些频段中的信号幅度输出值的装置。
根据本发明的第四个方面所述，它提供了一种使便携式信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的方法，其中，上述便携式信号源和基准信号源通过相应的不同信号通路接收信号，这种方法包括下列步骤：将处于预先设定时域内的各个信号变换器的信号变换为处于预先设定的频域内的多个频率幅度值；以及调整便携式变换器的多个频率幅度值中至少某些频率幅度值的大小，使其基本上与一组相应的基准变换器频率幅度值相匹配。
附图说明
图1描述了本发明的一个实施例的，用于使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器相匹配的系统。
具体实施方式
如图1所示，播讲人12发出的声频信号14可沿第一传声通路16和第二传声通路18传播，沿第一传声通路16传播的声频信号，到达第一传声器即基准传声器(例如，安装在讲台上的传声器)，而沿第二传声通路18传播的声频信号到达辅助传声器22(例如，悬挂式传声器)。
从传声器20、22之一传递过来的声频信号变换为声频信号电学量，并向前传送给信号处理器24，在信号处理器24中依照特定的处理路线(例如滤波)对信号进行处理，从而提高了再现声频信号的声频特性。经处理器24处理的声频信号在扩音器26中放大，并输送给一组扬声器28、30。在扬声器28、30中，再把电信号变换成能为听众32听到的声频信号。
使用时，播讲人12可以站在讲台(图中未示出)上直接对着设置在讲台上的传声器20讲话。当检测到的声频信号高于某个阈值时，便选择设置在讲台上的传声器20作为向听众32提供的信号源。
或者，播讲人12也可以走动，离开讲台上的传声器20。当播讲人12离开设置在讲台上的传声器20时，信号处理器24(或扩音器26中的电平检测器48)就能检测出设置在讲台上的传声器20的信号能量衰减了，并自动选择悬挂式传声器22作为信号源。悬挂式传声器22可以是有线的也可以是无线的。
使用这种方法可以让播讲人12有更大的灵活性，但，通常却没有考虑到，当播讲人12远离讲台时，播讲人12的放大后的声音会发生变化。通常，这种变化是由播讲人的嘴巴与传声器之间的距离，以及播讲人嘴巴相对于传声器的角度的变化而引起的。尽管这种变化很细微，但是还是有人会察觉到。
在本发明的实施例中，信号处理器24定期测量设置在讲台上的传声器20和悬挂式传声器22两者的信号输出。在测量了这两个输出值之后，处理器24就能检测出两者之间的任和差异，并且对滤波器34中的一组系数进行调整，以消除这两个传声器20、22的输出的任何频谱差异。
由于安装在讲台上的传声器20在使用过程中可以直接设置在播讲人12的面前，所以在将声能转化为声频信号这种电学表现形式的变换过程中，可期望设置在讲台上的传声器20提供更加精确的语音变换。相反，悬挂式传声器22虽可以设置在播讲人胸部的任何位置上，却不能正对着播讲人的嘴巴。
由于距离和方位不同，播讲人12的声音14在沿着通路18到达悬挂式传声器22时，将会明显地降低，而沿着直线通路16到达装设在讲台上的传声器20就不会降低。例如，不沿着直线行进将必然导致声频信号14沿传声通路18的高频分量和音质下降。而且，当悬挂式传声器22有一部分被播讲人的衣衫覆盖时，将使听众进一步感受到频谱质量的劣化和声幅的降低。
为了校正由悬挂式传声器22位置所导致的声频信号品质的劣化，处理器24要在一开始(或周期性地)就对以通过悬挂式传声器22的传声通路为特征的部分声电转移函数进行调整。声电转移函数包括传声通路18的作用，传声器22中的声电(信号)变换器的作用，以及处理器24中的悬挂式传声器滤波器34的作用。由于传声器22的变换器比较稳定，所以处理器24能检测出传声通路18中的任何变化，并能根据需要调整滤波器34，以消除传声通路18所产生的作用。
检测错误的模式可基于任何能够合理地检测到的，由传声通路18所导致的劣化程度的测量值。在所示的一种方法中，可同时对沿着传声通路16和18传播的声频信号14进行测量和比较，从而提供一组差值。这一组差值可以用来调整一种滤波装置(例如有限脉冲响应(FIR)滤波器)34内部的一组系数。
对沿着传声通路16和18传播的声频信号同时进行的测量，可由处理器24中的一对模数(A/D)转换器36来完成。采样值可以存储在处理器24的存储器中，或者，也可以直接传送给傅立叶处理器38。
在傅立叶处理器38中，可对采样值进行快速傅立叶变换(FFT)，以便将这些信号从时域变换到频域。傅立叶变换提供了一种确定能用于限定传声通路18的转移函数的一组参数的方法。了解了传声通路18的转移函数，处理器24就能在滤波器34中对那一条通路的影响进行校正。
实际上，对设置在讲台上的传声器20和悬挂式传声器22所发出的信号的FFT变换，为对人的语音频率范围内的多个频谱之中每一个频谱的信号能量的幅值的测量创造了条件。在本发明的最简单的方式中，可使用比较器40为这些频谱中的每一个频谱产生差值。滤波处理器56可将该差值转换为相应的系数，并将这些系数赋予FIR滤波器34。例如，若FFT变换表明，在3kHz～3.25kHz频率范围内悬挂式传声器22比设置在讲台上的传声器20低5dB，则可对FIR滤波器34进行相应的调整，使该范围内的频率升高5dB。对其它的频率范围也可以进行类似的调整，使得设置在讲台上的传声器20和悬挂式传声器22的频率之间达到一比一的关系。
在另一实施例中，矩阵处理器42可用这些FFT值构成表征传声通路18的转移函数矩阵(M)。而后，矩阵处理器42可反转该矩阵M(即，计算反转矩阵(M-1)的各种系数)。然后，可将反转矩阵(反转转移函数)输入一反转转移函数滤波器44，直接对悬挂式传声器22的信号进行处理，以消除传声通路18的影响(即MM-1＝1)。或者，也可将反转转移函数直接赋予FIR滤波器34。
在本发明的另一实施例中，存在于设置在讲台上的传声器20和悬挂式传声器22中的声频误差都可得以校正。在这个实施例中，可将传声器性能的制造数据加入到表征设置在讲台上的传声器20的第一转移函数矩阵中。
第一步，可使用设置在讲台上的传声器20的转移函数矩阵(以矩阵形式)恢复实际上由播讲人12的嘴发出的声频信号14的真实版本。利用声频信号14的真实版本，就能在矩阵处理器42中，根据从悬挂式传声器22的输出中检测到的信号，计算出经校正的转移函数，这种检测到的信号表征整个传声通路18和悬挂式传声器22的转移函数。
而后，可在滤波处理器56中对经校正的转移函数进行反转并将其输入用以消除传声通路18和悬挂式传声器22的影响的滤波器44。经校正的反转矩阵可输入反转转移函数滤波器44或FIR滤波器34。
利用经过校正的反转转移函数(或上面说到的其它方法)，播讲人12就既可以靠近讲台，也可以在听众席之间自由走动，而语音品质却不会有任何能够察觉得到的变化。而且，悬挂式传声器22的匹配或校准能自动完成，或者在发生预先设定的情况时完成。例如，可在讲台上或讲台附近，或者在处理器24上设置按钮46，当播讲人12走近讲台传声器20时由播讲人12启动按钮46。启动按钮46可作为触发事件，通知处理器24对悬挂式传声器22的输出和播讲人12语音进行频谱匹配，或至少要和讲台传声器20的输出进行频谱匹配。启动按钮46，便使处理器24进入10秒钟的匹配程序，对来自悬挂式传声器22的信号的频谱内容和讲台传声器20频谱内容进行匹配。
此外，已经发现，在信号的偏移很大时，也能在处理器24中实现这种匹配。例如，已经发现，在相差+/-10dB的程度下，处理器24仍能正常稳定工作。
此外，处理器24还具有检测存在着不能匹配的信号(即，内容与频谱级别不同的信号)的能力。在这种情况下，处理器可利用起伏的差别阈限，识别出那些自一个采样周期起至下一个采样周期为止，在各自频段内的信号电平总差值高于某些阈限值的情况。当检测出这种情况时，就要启动超出极限范围的指示器。
在本发明的一个优选实施例中，以上所描述的方法和设备可应用于诸如传声器之类的声频变换器。在另一个可替代的实施例中，上述术语变换器指的是任意类型的变换器或信号源。它不一定是传声器。
在本发明的一个实施例中，处理器24可以是有2个输入和2个输出的独立的器件。第一输入是基准输入(来自讲台传声器20)，而第二输入则来自悬挂式传声器22。第一输入以均一增益进行变换，变换为第一输出50。而第二输入则用数字计算方法进行处理，以使第二输出52在匹配程序结束时，在高低级别和频谱内容上与第一输出50相匹配。
在本发明的另一个实施例中，处理器24装在悬挂式传声器22的无线接收器中。在接收器上可设置分立音频插孔，用以插接讲台传声器20。
或者，处理器24可以装入具有基准输入和多个辅助输入的音频混合器或自动混频器中。在这个实施例中，按照上述方式使辅助输入与基准输入匹配。
以上，描述了按照本发明的用于匹配变换器输入的方法和设备的具体实施例，描述的目的是为了说明本发明是以什么样的方式实现和应用的。应该理解，对本发明及其各个方面进行其它变化或修改，是本领域普通技术人员所公知的，并且，本发明并不局限于上述具体实施例。因此，对本发明的任何及所有的变型，变化，或等价替换都将落入本发明的在说明书和权利要求书中披露的基本基础原理的实质精神与保护范围内。
Claims (32)
1.一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的方法，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号，这种方法包括下列步骤：
确定由辅助变换器和基准变换器提供的，通过各自信号通路所接收到的声频信号在多个不同频段的各个频段中的单个信号幅度输出值；以及，
根据基准变换器的各单个信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段中的至少某些频段中的信号幅度输出值。
2.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述调整辅助变换器信号幅度输出值的步骤进一步包括：在多个频段的每一个频段中，都使辅助变换器与基准变换器的信号幅度之比为一比一。
3.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述确定由辅助变换器和基准变换器提供的信号幅度输出值的步骤进一步包括：计算通过辅助变换器的信号通路的转移函数。
4.如权利要求3所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述计算通过辅助变换器的信号通路的转移函数的步骤进一步包括：将计算得到的转移函数进行反转后输入滤波器，以消除通过辅助变换器的信号通路的影响。
5.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述确定信号幅度输出值的步骤进一步包括：对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号进行傅立叶变换。
6.如权利要求5所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号进行傅立叶变换的步骤进一步包括：在各个频段内，对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号的幅度进行比较。
7.如权利要求6所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述幅度比较步骤进一步包括：提供在各个频段内的差值。
8.如权利要求7所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述提供在各个频段内的差值的步骤进一步包括：根据所使用的预先设定的算法，确定各个频段的调整值。
9.如权利要求8所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，上述确定调整值的步骤进一步包括：由上述多个频段的调整值来构成一个有限脉冲响应滤波器。
10.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，它还包括：限定辅助变换器是悬挂式传声器。
11.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，它还包括：限定基准变换器为设置在讲台上的传声器。
12.如权利要求1所述的使两种输出相匹配的方法，其特征在于，它还包括：限定声频信号为人的语音。
13.一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的设备，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号，这种设备包括：
根据沿着相应的信号通路所接收到的声频信号，用于确定在多个不同频段的各个频段中由辅助变换器和基准变换器提供的，单个信号幅度输出值的装置；以及，
用于根据基准变换器的相应的信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段的至少某些频段中的信号幅度输出值的装置。
14.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，上述用于调整辅助变换器信号幅度输出值的装置进一步包括：用于在多个频段的每一个频段中，都使辅助变换器与基准变换器的信号幅度之比为一比一的装置。
15.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，用于确定由辅助变换器和基准变换器提供的信号幅度输出值的装置进一步包括：用于计算通过辅助变换器的信号通路的转移函数的装置。
16.如权利要求15所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，用于上述计算通过辅助变换器的信号通路的转移函数的装置进一步包括：用于将计算得到的转移函数进行反转后输入滤波器，以消除通过辅助变换器的信号通路的影响的装置。
17.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，用于上述确定信号幅度输出值的装置进一步包括：用于对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号进行傅立叶变换的装置。
18.如权利要求17所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，用于对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号进行傅立叶变换的装置进一步包括：用于在各个频段内对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号的幅度进行比较的装置。
19.如权利要求18所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，上述用于幅度比较的装置进一步包括：用于提供在各个频段内的差值的装置。
20.如权利要求19所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，上述用于提供在各个频段内的差值的装置进一步包括：用于根据所使用的预先设定的算法，确定各个频段的调整值的装置。
21.如权利要求20所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，上述用于确定调整值的装置进一步包括：用于由上述多个频段的调整值构成一个有限脉冲响应滤波器的装置。
22.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于限定辅助变换器是悬挂式传声器的装置。
23.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括：用于限定基准变换器是设置在讲台上的传声器的装置。
24.如权利要求13所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括：用于限定声频信号是人的语音的装置。
25.一种使辅助信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的设备，其中，上述辅助信号变换器和基准信号变换器通过各不相同的信号通路接收从共用信号源发来的声频信号，这种设备包括：
一个傅立叶处理器，它适用于根据沿着相应的信号通路所接收到的声频信号，用于确定在多个不同频段的各个频段中由辅助变换器和基准变换器提供的，单个信号幅度输出值的装置；以及，
一个滤波器，它适用于根据基准变换器的相应的信号幅度输出值，调整辅助变换器在多个不同频段的至少某些频段中的信号幅度输出值的装置。
26.如权利要求25所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括一个用于根据信号幅度输出值来计算辅助变换器信号通道的转移函数的矩阵处理器。
27.如权利要求26所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于把由矩阵处理器所提供的转移函数反转，再提供给滤波器的滤波处理器。
28.如权利要求25所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于在各个频段内对来自辅助信号变换器和基准信号变换器的信号的幅度进行比较的比较器。
29.如权利要求25所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于限定辅助变换器为悬挂式传声器的装置。
30.如权利要求25所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于限定基准变换器为设置在讲台上的传声器的装置。
31.如权利要求25所述的使两种输出相匹配的设备，其特征在于，它还包括用于限定声频信号为人的语音的装置。
32.一种使便携式信号变换器的输出与基准信号变换器的输出相匹配的方法，其中，上述便携式信号源和基准信号源通过相应的不同信号通路接收信号，这种方法包括下列步骤：
将处于预先设定时域内的各个信号变换器的信号变换为处于预先设定的频域内的多个频率幅度值；
调整便携式变换器的多个频率幅度值中至少某些频率幅度值的大小，使其基本上与一组相应的基准变换器频率幅度值相匹配。
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