CN1792084A - 具有可调方向图的用于减小扬声器反馈的麦克风电路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种麦克风电路包括第一麦克风、第二麦克风、可调延迟单元以及组合器。第一麦克风产生第一麦克风信号，该信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分。第二麦克风产生第二麦克风信号，该信号包括与扬声器的输出信号相关的成分。可调延迟单元通过延迟值相对于第一麦克风信号延迟第二麦克风信号。组合器组合延迟的第二麦克风信号和第一麦克风信号，以提供组合麦克风信号。可调延迟单元调整延迟值，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。

Description

具有可调方向图的用于减小扬声器反馈的麦克风电路 及其操作方法
技术领域
本发明涉及包括麦克风和扬声器的通信电路，且更具体地说，涉及用于减小扬声器反馈和回声的麦克风电路及方法。
背景技术
当通信系统包含间隔紧密的麦克风和扬声器时，来自扬声器的某些声音可能由麦克风检测到，并通过通信系统反馈。这种反馈可以产生回声效应，例如用户的声音反馈回用户，并以回声形式听到。
在通信系统中，例如在陆线电话中，已经应用了回声消除电路，来减小从扬声器通过麦克风的反馈。然而，在嘈杂环境中和/或在声音反馈中可能出现长时间延迟的情况下，某些回声消除电路可能对麦克风提供的声音质量产生负面影响，并且例如可能增加回声，或引入不必要的噪声。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种麦克风电路，其包括第一麦克风、第二麦克风、可调延迟单元和组合器。第一麦克风产生第一麦克风信号，该信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分(contribution)。第二麦克风产生第二麦克风信号，该信号包括与扬声器的输出信号相关的成分。延迟单元通过延迟值可调地延迟第二麦克风信号。组合器组合延迟的第二麦克风信号与第一麦克风信号，以提供组合麦克风信号。延迟单元调整延迟值，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。
根据本发明的另一些实施例，可调延迟单元可基于组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分来调整第一和第二麦克风产生的方向图。因而，可调延迟单元可以调整方向图，以使麦克风降低灵敏度的方向可以在扬声器输出信号的方向上。
可调延迟单元可响应于扬声器的输入信号和组合麦克风信号来调整延迟值。组合器可以从第一和第二麦克风信号的一个中移除第一和第二麦克风信号的另一个的至少一部分。可调延迟单元可以调整延迟值，以便使组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分最小化。可调延迟单元可以从组合麦克风信号中移除扬声器的输入信号的至少一部分，以提供差信号，并可基于该差信号调整延迟值。麦克风电路还可包括对扬声器的输入信号进行反相的反相单元，以及对反相输入信号和组合麦克风信号进行求和以提供差信号的求和单元。备选地，反相单元可以对组合麦克风信号进行反相，而求和单元可以对反相的组合麦克风信号和扬声器的输入信号进行求和，以提供差信号。
本发明的其它实施例提供了一种操作麦克风电路的方法。通过第一麦克风产生第一麦克风信号，并通过第二麦克风产生第二麦克风信号。第一和第二麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分。第二麦克风信号可通过延迟值可调地延迟。延迟的第二麦克风信号与第一麦克风信号组合，以提供组合麦克风信号。基于扬声器的输入信号和组合麦克风信号来调整延迟值，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。
根据本发明的另一些实施例，该组合可以从第一和第二麦克风信号的一个中移除第一和第二麦克风信号的另一个的至少一部分。可以调整延迟值，以使组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分最小化。在其它实施例中，可以调整延迟值，以基于组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分，来调整由第一和第二麦克风产生的方向图。
在又一些实施例中，基于通过从组合麦克风信号中移除扬声器输入信号的至少一部分而形成的差信号，可以调整延迟值。例如，可将扬声器输入信号反相，并与组合麦克风信号求和，来提供差信号。备选地，可将组合麦克风信号反相，并与扬声器输入信号求和，来提供差信号。
本发明的另一些实施例提供了一种配置为操作麦克风装置的计算机程序产品。该计算机程序产品包括具有在此实施的计算机可读程序代码的计算机可读存储介质。计算机可读程序代码包括如下计算机可读程序代码：用于通过延迟值可调地延迟来自第二麦克风的第二麦克风信号。计算机可读程序代码还包括如下计算机可读程序代码：用于将延迟的第二麦克风信号与来自第一麦克风的第一麦克风信号进行组合，以提供组合麦克风信号，第一和第二麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分。计算机可读程序代码还包括如下计算机可读程序代码：用于调整延迟值，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。
在本发明的另一些实施例中，计算机可读程序代码可基于组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分来调整第一和第二麦克风产生的方向图。可基于扬声器的输入信号和组合麦克风信号来调整延迟值。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的移动终端的框图；
图2是示出根据本发明实施例用在有扬声器情况下的麦克风电路的框图；
图3是示出根据本发明另一些实施例用在有扬声器情况下的麦克风电路的框图；
图4是示出根据本发明实施例用于调整两个或更多个麦克风产生的方向图的操作的流程图。
具体实施方式
虽然本发明易受各种修改和备选形式的影响，但通过示例方式在附图中给出了本发明的具体实施例，并在此进行详细描述。然而，应该理解到，并无意将本发明局限于所公开的特定形式，而相反，本发明将含盖落在权利要求书所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等同方式以及备选方式。在附图描述中，相同的附图标记表示相同的元件。还应理解到，说明书中所用的术语“包括”用于说明规定的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
本发明可以实施为方法、电路和/或计算机程序产品。因而，本发明可用硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)来实施。此外，本发明可以采用计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该存储介质具有在介质中实施的计算机可用或计算机可读程序代码，以便由指令执行系统使用，或与之相关。在该文档的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可以是能包含、存储、通信、传播或传输程序以便由指令执行系统、设备或装置使用或与之相关的任何介质。
在减小移动终端中经两个或更多个麦克风反馈的扬声器信号的情形下，描述本发明。然而，要理解到，本发明可在结合两个或更多个麦克风的其它类型电子装置中实施，例如在汽车语音识别系统、助听器、通信头戴耳机等中实施。此外，本申请所用的术语“移动终端”可以包括：能够与通信装置、有或没有多线显示的卫星或蜂窝式无线电话一起使用的头戴耳机，例如，蓝牙耳机；可将蜂窝式无线电话与数据处理、传真以及数据通信能力相结合的个人通信系统(PCS)终端；能够包含无线电话、寻呼机、因特网/内联网访问、网页浏览器、管理器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收器的PDA；以及包含无线电话收发器的传统膝上型和/或掌上型接收器或其它设备。
现在参照图1，根据本发明的一些实施例，示范性移动终端100包括与处理器112通信的至少两个麦克风102和104、扬声器106、收发器108以及存储器110。收发器108包括发射电路114以及接收电路116，这两个电路分别通过天线118发射和接收射频信号。移动终端100可以是通过射频信号与基站收发器进行通信的蜂窝式终端，并且其中业务与控制信号(例如，用于呼入的寻呼信号/消息)可用于建立并维持与另一方或目标的通信。例如，移动终端100可以是通过蓝牙协议与另一通信装置(例如蜂窝式终端)进行通信的蓝牙耳机。扬声器106和/或麦克风102和104可与移动终端100的其它部件位于同一外壳内，或者它们可以分离，但电耦合到移动终端100。
处理器112通过地址/数据总线与存储器110通信。例如，处理器112可以是市场上可买到的或定制微处理器。存储器110表示包含用于操作移动终端100的软件和数据的一个或多个存储装置。存储器110可以包括(但不限于)一个或多个只读存储器(ROM)、可擦写可编程ROM(EPROM或闪速EPROM)、电池供电随机存取存储器(RAM)、磁、光或其它数字存储装置，并且可与处理器112分离，或者至少部分位于处理器112内。
用户可经由移动终端100通过由存储器110内的操作系统120提供的传统功能性与另一用户或目标通信。处理器112向扬声器106提供输入信号以产生声音，并且麦克风102和104各基于传入的声音向处理器112提供麦克风信号。来自扬声器106的声音可由麦克风102和104检测到，并反馈到处理器112。当扬声器106与麦克风102和104间隔很近时，和/或当扬声器106用在高音量时，例如在免提扬声器电话中，这种来自扬声器106经过麦克风102和104的反馈特别明显。
如图2所示，扬声器106的输出信号可通过直接通路200以及输出信号从物体203反射的间接通路202耦合到麦克风102和104。因而，随着移动终端100和/或相邻物体的移动，扬声器106输出信号的主要部分传入麦克风102和104的大小和方向可以改变。根据本发明的实施例，移动终端包括调节麦克风102和104灵敏度方向图(由灵敏度图206和208(例如极性图)示出)的麦克风电路204，以使麦克风102和104在扬声器106的输出信号的主要部分方向(由标记轴210示出)上灵敏度较低。对于图1所示的移动终端100，麦克风电路可通过处理器112根据存储器110中的麦克风图案控制软件122进行操作来提供。
图3示出了根据本发明一些实施例的麦克风电路。麦克风102基于传入的声音产生麦克风信号，该信号由模数转换器300转换成数字信号。该数字信号被提供到求和单元306或组合器。另一麦克风104产生的麦克风信号由模数转换器308转换成数字信号。可调延迟单元310通过预定的延迟值在时间上相对于来自麦克风102的数字信号延迟来自麦克风104的数字信号。延迟的数字信号由反相单元304反相，并提供到求和单元306。反相的延迟信号(由310和304延迟和反相)通过求和单元306与来自模数转换器300的数字信号组合，以提供组合麦克风信号。组合麦克风信号由定标(scaling)单元312进行定标，并提供给求和单元314。提供给扬声器106的扬声器输入信号还提供给线性回声消除单元316，由反相单元318反相，并提供给求和单元314。线性回声消除单元316可以是有限脉冲响应(FIR)滤波器，该滤波器以公知的方式减小扬声器输入信号中的回声。求和单元314将定标的组合麦克风信号与反相并滤波的信号输入信号进行组合，以为可调延迟单元310产生延迟命令信号。可调延迟单元310通过基于延迟命令信号的延迟值来延迟来自麦克风104的数字信号。通过对一个麦克风信号进行反相，并随后组合麦克风信号，形成了两个麦克风102和104灵敏度的方向图。
可调延迟单元310可通过相对于来自麦克风102的数字信号向来自麦克风104的数字信号增加可调时间延迟来调节或调整方向图。可调延迟单元310可以调节加到来自麦克风104的数字信号上的延迟，以减小或最小化来自求和单元314的延迟值信号(即，扬声器输入信号和组合麦克风信号的组合)。因而，可以调节麦克风信号之间的相对延迟，以便减小提供给组合麦克风信号的扬声器输出信号的至少一部分。
例如，参照图2，麦克风电路204可以通过调节加到来自麦克风102和104的信号上的时间延迟来调节灵敏度图206和208，以使降低灵敏度的方向(由标记轴210示出)位于来自扬声器106的一部分入射信号的方向(例如，通路200和202)。
尽管图1-3显示了包括两个麦克风的麦克风电路，但是本领域技术人员应该理解，可以类似方式使用两个以上的麦克风。因而，本发明可以扩展为包括两个或更多个麦克风的麦克风电路和其它电子装置的实施例。还要理解的是，麦克风信号可以是模拟信号，并且麦克风电路204可以调节麦克风信号的相对位相和/或振幅。
图4显示了根据本发明实施例可用于调整由两个或更多个麦克风产生的方向图的操作。在框402，从第一麦克风产生第一麦克风信号。第一麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分。在框404，从第二麦克风产生第二麦克风信号。第二麦克风信号包括与扬声器的输出信号相关的成分。在框406，通过延迟值相对于第二麦克风信号延迟第一麦克风信号。在框408，延迟的第一麦克风信号与第二麦克风信号组合，以提供组合麦克风信号。在框408，调整延迟值，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。
可以调整延迟值，以基于组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分，调整第一和第二麦克风产生的方向图。可基于扬声器的输入信号和组合麦克风信号来调整延迟值。
根据本发明的各种其它实施例，在框406，在第一和第二麦克风信号中的至少一个上应用传递函数，例如有限脉冲响应(FTR)滤波器。随后，在框410，基于扬声器的输入信号和组合麦克风信号调整传递函数，以便减小组合麦克风信号的与扬声器输出信号相关的成分的至少一部分。
图4的流程图显示了移动终端100硬件和/或软件实施例的结构、功能性及操作。在这点上，各框表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意，在其它实现中，框中所示的功能可不以图4所示的顺序出现。例如，顺序显示的两个框(实际上)可基本同时执行，或者有时可以相反顺序执行，取决于所涉及的功能性。
在基本不脱离本发明原理的情况下，可对优选实施例进行许多变化和修改。所有这些变化和修改都试图包含在如下权利要求书所阐明的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种操作麦克风电路的方法，包括：
通过第一麦克风产生第一麦克风信号，第一麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分；
通过第二麦克风产生第二麦克风信号，第二麦克风信号包括与所述扬声器的输出信号相关的成分；
通过延迟值来延迟第二麦克风信号；
将延迟的第二麦克风信号与第一麦克风信号进行组合，以提供组合麦克风信号；以及
基于所述扬声器的输入信号和所述组合麦克风信号，调整所述延迟值，以便减小所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分的至少一部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中将延迟的第二麦克风信号与第一麦克风信号组合包括：从第一和第二麦克风信号的一个中移除第一和第二麦克风信号的另一个的至少一部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中基于所述扬声器的输入信号和所述组合麦克风信号调整所述延迟值包括：调整所述延迟值，以最小化所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分。
4.如权利要求1所述的方法，其中调整所述延迟值包括：基于所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分，调整由第一和第二麦克风产生的方向图。
5.如权利要求1所述的方法，其中调整所述延迟值包括：
从所述组合麦克风信号中移除所述扬声器的输入信号的至少一部分，以提供差信号；以及
基于所述差信号调整所述延迟值。
6.如权利要求5所述的方法，其中从所述组合麦克风信号中移除所述扬声器输入信号的至少一部分以提供差信号包括：
反相所述扬声器输入信号；以及
对反相的扬声器输入信号和所述组合麦克风信号求和，以提供所述差信号。
7.如权利要求5所述的方法，其中从所述组合麦克风信号中移除所述扬声器输入信号的至少一部分以提供差信号包括：
反相所述组合麦克风信号；以及
对反相的组合麦克风信号和所述扬声器输入信号求和，以提供所述差信号。
8.一种麦克风电路，包括：
第一麦克风，其配置为产生第一麦克风信号，第一麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分；
第二麦克风，其配置为产生第二麦克风信号，第二麦克风信号包括与所述扬声器的输出信号相关的成分；
可调延迟单元，配置为通过延迟值可调地延迟第二麦克风信号；
组合器，其配置为组合延迟的第二麦克风信号和第一麦克风信号，以提供组合麦克风信号，并且其中所述可调延迟单元还配置为调整所述延迟值，以便减小所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分的至少一部分。
9.如权利要求8所述的麦克风电路，其中所述可调延迟单元还配置为响应所述扬声器的输入信号和所述组合麦克风信号来调整所述延迟值。
10.如权利要求8所述的麦克风电路，其中所述组合器还配置为从第一和第二麦克风信号的一个中移除第一和第二麦克风信号的另一个的至少一部分。
11.如权利要求8所述的麦克风电路，其中所述可调延迟单元还配置为调整所述延迟值，以便最小化所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分。
12.如权利要求8所述的麦克风电路，其中所述可调延迟单元还配置为：基于所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分，调整由第一和第二麦克风产生的方向图。
13.如权利要求8所述的麦克风电路，其中所述可调延迟单元还配置为：检测所述扬声器的输入信号，并从所述组合麦克风信号中移除检测的输入信号的至少一部分，以提供差信号，并基于所述差信号调整所述延迟值。
14.如权利要求13所述的麦克风电路，还包括：
反相单元，其配置为反相所述扬声器的输入信号；以及
求和单元，其配置为对反相的输入信号和所述组合麦克风信号进行求和，以提供所述差信号。
15.如权利要求13所述的麦克风电路，还包括：
反相单元，其配置为反相所述组合麦克风信号；
求和单元，其配置为对反相的组合麦克风信号和所述扬声器的输入信号进行求和，以提供所述差信号。
16.一种配置为操作麦克风装置的计算机程序产品，包括：
计算机可读存储介质，其具有在此实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：
用于通过延迟值可调地延迟来自第二麦克风的第二麦克风信号的计算机可读程序代码；
用于将延迟的第二麦克风信号与来自第一麦克风的第一麦克风信号进行组合以提供组合麦克风信号的计算机可读程序代码，第一和第二麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分；以及
用于调整所述延迟值以便减小所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分的至少一部分的计算机可读程序代码。
17.如权利要求16所述的计算机程序产品，还包括：
用于基于所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分来调整第一和第二麦克风产生的方向图的计算机程序代码。
18.如权利要求16所述的计算机程序产品，还包括：
用于基于所述扬声器的输入信号和所述组合麦克风信号来调整所述延迟值的计算机可读程序代码。
19.一种操作麦克风电路的方法，包括：
通过第一麦克风产生第一麦克风信号，第一麦克风信号包括与扬声器响应输入信号产生的输出信号相关的成分；
通过第二麦克风产生第二麦克风信号，第二麦克风信号包括与所述扬声器的输出信号相关的成分；
向第一和第二麦克风信号中的至少一个应用传递函数；
组合第一和第二麦克风信号以提供组合麦克风信号；以及
基于所述扬声器的输入信号和所述组合麦克风信号来调整所述传递函数，以便减小所述组合麦克风信号的与所述扬声器的输出信号相关的成分的至少一部分。
20.如权利要求19所述的方法，其中应用传递函数包括向第一和第二麦克风信号中的至少一个应用有限脉冲响应滤波器。
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