CN1868236A - 根据自相关系数梯度检测信号中噪音的方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种电子设备可以用来检测噪音，例如风噪音。由麦克风产生麦克风信号。根据麦克风信号确定自相关系数。从自相关系数确定梯度值。根据梯度值确定麦克风信号中噪音分量的存在。

Description

根据自相关系数梯度检测信号中噪音的方法和电子设备

技术领域

本发明涉及信号处理技术，更准确地说，涉及检测信号中噪音的方法、电子设备和计算机程序。

背景技术

风的噪音可能由移动终端和助听器这类设备中使用的麦克风捕捉到，例如，可能成为想要的音频信号的干扰源。两个或更多麦克风组成的阵列的敏感度可以被自适应地改变以降低风噪音的影响。例如，电子设备可以根据该电子设备是否在多风环境下工作而操纵由它的麦克风创建的方向模式。

在Dickel等的美国专利公开US 2002/0037088和StefanGustavsson等的美国专利申请序列号10/295,968中，通过分析两个或多个麦克风的输出信号而检测多风环境。

发明内容

根据本发明的一些实施方案，在电子设备中检测到噪音成分，例如风噪音。由麦克风生成麦克风信号。根据麦克风信号检测自相关系数。根据自相关系数确定梯度值。根据梯度值检测麦克风信号中噪音分量的存在。因此，一些实施例能够从来自一个麦克风的麦克风信号检测出风噪音。相反，较早的方法用来自不止一个麦克风的信号检测风噪音。

在本发明另一些实施例中，使用来自自相关系数的梯度值的多种特征确定噪音分量是否存在。可以根据梯度值的平滑度确定噪音分量的存在。例如，该确定可以基于梯度值的变化率是否满足阈值。

在其它实施例中，检测可以基于梯度值何时满足阈值。在另一些实施例中，可以生成被一批延迟值延迟的麦克风信号的抽样值。可以根据麦克风信号的延迟的抽样值生成自相关系数。可以根据梯度值是否在该批延迟值子集范围内与阈值大致相等而确定噪音分量是否存在。该确定可以基于对于实际上非零的延迟值梯度值是否实际上为零。或者该确定可以基于梯度值对于实际上非零的延迟值是否有零点交叉，或者同时基于以上两点。

尽管以上描述主要是关于本发明的方法方面，但应该理解本发明可以被实现为方法、电子设备和/或计算机程序。

附图说明

图1是说明根据本发明的一些实施方案的移动终端的框图；

图2是作为有风环境和无风环境下样本延迟值的函数的自相关系数梯度的图；

图3是一张框图，示出了根据本发明的可以用在电子设备(例如，图1的移动终端)中的信号处理器。

图4是一张流程图，示出了依照本发明的一些实施方案检测麦克风信号中噪音的操作。

优选实施例详细说明

尽管能够方便地对本发明进行各种修改和采用各种替代形式，但这里还是通过附图中的例子示出了其中的具体实施方案，下面将对这些具体实施方案进行详细说明。但是，应该理解，其目的不是为了限制本发明为所公开的特定形式，相反，本发明覆盖了在权利要求所规定的本发明的精神和范围内的所有的修改、等效形式以及替代形式。在对这些图的说明中，相同的引用编号表示相同的元素。还应该理解术语“包括”在本说明书中用来表示所述特性、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特性、整数、步骤、操作、元素和/或部件或它们的组合的存在或加入。

本发明可以实现成方法、电子设备和/或计算机程序产品。因此，本发明可以用硬件和/或软件来实现(包括固件、常驻软件、微-代码，等)。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，所述介质中包含了由指令执行系统使用或与之相结合的计算机可用或计算机可读的计算机程序代码。在本文献的上下文中计算机可用或计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输程序以供由指令执行系统、装置或设备使用或与之相结合的任何介质。

这里是在检测移动终端中作为麦克风信号一个分量的风噪音的环境中说明本发明。但是，应该理解可以用包括一个或多个麦克风的其它形式的电子设备(例如，车载语音识别系统、助听器，等)实现本发明。此外，如同这里所用的那样，术语“移动终端”可以包括具备或不具备多行显示屏的卫星或蜂窝无线电话；组合了蜂窝无线电话和数据处理、传真和数据通信功能的个人通信系统(PCS)；可以包括无线电话、寻呼机、Internet/Intranet访问、web浏览器、管理器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收器的PDA；以及传统的膝上和/或掌上接收器或者包括无线电话接收器的其它设备。

还应该理解本发明不限于检测风噪音。本发明还可用来检测相对来说与时间相关的噪音。

现在参考图1，依照本发明的一些实施方案的示例移动终端100包括麦克风105、键盘/小键盘115、扬声器120、显示屏125、收发器130和与处理器140通信的存储器135。收发器130包括发射器电路145和接收器电路150，其分别通过天线155向(例如)基站收发器发射出局的射频信号和从基站收发器接收入局的射频信号。在移动终端100和基站收发器之间传输的射频信号可以包括流量和控制信号(例如，传呼信号/用于呼入的消息)，控制信号用来建立和维护与另一方或目的地的通信。射频信号还可以包括分组数据信息，例如，蜂窝数字分组数据(CDPD)信息。前面所述的移动终端100的组件可以被包括在许多常规移动终端中，并且本领域的技术人员通常也了解它们的功能。

处理器140通过地址/数据总线与存储器135通信。处理器140可以是市场上可获得的微处理器或定制的微处理器。存储器135代表包含由处理器140用来与基站通信的软件和数据的一个或多个存储器设备。存储器135可以包括但不限于下列类型的设备：高速缓冲存储器、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、SRAM和DRAM，可以与处理器140分开或处于处理器140中。

如图1中所示，移动终端100还包括信号处理器160，信号处理器160对来自麦克风105的输出麦克风信号敏感，并且被配置用来生成一个或多个输出信号，这些输出信号表示移动终端处在有风环境或无风环境中。存储器135可以包含各种类别的软件和/或数据，例如，包括操作系统165和风检测模块170。操作系统165通常控制移动终端的操作。具体地，操作系统165可以管理移动终端的软件和/或硬件资源并且能够协调处理器140对程序的执行。风检测模块170可以配置用来处理来自信号处理器160的一个或多个信号输出(这些信号表示移动终端100处于有风环境或无风环境中)，并且根据有风或无风环境指示有选择地使用一个或多个噪音抑制算法和/或声音压缩算法或更改对它们的使用。因此，风检测模块170可以减少来自麦克风105的麦克风信号中风分量的影响。

现在参考图3，现在将说明可以用来(例如)实现图1的信号处理器160的示例信号处理器300.。信号处理器300包括具有N个延迟元件的延迟链305、自相关部件310、梯度部件315和风检测器320，这些部件被串联在一起以形成用于检测麦克风信号中风分量存在的系统。

延迟链305对不同时间上的麦克风信号样本敏感，以延迟值延迟样本，并向自相关部件310提供麦克风信号样本、采样时间以及延迟值。在延迟链305的一些实施方案中，麦克风信号被延迟的延迟值的范围延伸到零上和零下(即正的和负的延迟值)。延迟链305可以对样本加权，以便赋予新的样本比旧的样本更高的权重。如果麦克风信号由s生成并且延迟元件的数量是N，那么自相关部件310可以根据下面的公式1在延迟k生成自相关系数R()

$R\left(k\right)=\frac{1}{N-k}\underset{n=1}{\overset{N-k}{\∑}}s\left(n\right)s(n+k)$ 公式1

梯度部件315从自相关系数生成梯度值。梯度值基于自相关系数如何关于延迟值和/或采样的麦克风信号的时间值变化(即，与相邻自相关系数相关的坡度)。

图2示出了令麦克风在实验室内外的有风环境和无风环境的条件下产生的实验数据的示例图。所示曲线表示麦克风信号的自相关系数作为延迟值的函数形成的梯度值。曲线200a-b是从无风环境中的麦克风信号产生出的(即，麦克风信号没有风分量)。相反，曲线210a-b是从有风环境中的麦克风信号产生出的(即，麦克风信号具有风分量)。

如图2中所示，曲线200a-b和210a-b表明了基于麦克风信号是否具有风分量的不同特征。例如，尽管曲线200a-b和210a-b都在实际上为零的延迟值处与零轴相交(零点交叉)而改变符号(即，从正到负或从负到正)，曲线200a-b(没有风分量)还在一些实际非零的延迟值上与零轴相交。例如，曲线200a-b在约-125和-100之间以及约50和约75之间的延迟值上有零点交叉。曲线200a-b的梯度值在零延迟值附近具有比曲线210a-b的梯度值实际更高的峰值。曲线210a-b的梯度值在一组延迟值上比曲线200a-b的梯度值更平滑(即，更小的变化速率)。

依照本发明的一些实施方案，风检测器320根据来自梯度部件315的梯度值确定麦克风信号是否包括风分量。该确定过程可以基于梯度值在该组延迟值子集中是否通过已知阈值。例如，该阈值可以是零并且该组延迟值的子集可以有大部分的非零值，所以梯度值的零点交叉能够表示麦克风信号中风分量的存在。该已知阈值可以是非零值以(例如)补偿梯度值的偏差和/或改变该确定过程相对于麦克风信号中风分量的阈值的敏感度。

风检测器320的确定过程还可以包括基于梯度值何时满足阈值或者可替代地基于这个条件。例如，该阈值可以包括正和负阈值，选择这些阈值以使当梯度值超过阈值中的一个或两个时，能够确定麦克风信号中存在风分量。例如，如图2中所示，曲线200a-b的梯度值基本上大于曲线210a-b的梯度值，这样风检测器320能够比较靠近(例如)零延迟值的范围内的梯度值和一个或多个阈值以确定风分量的存在。

风检测器320的确定过程还可以包括基于梯度值的平滑度或可替代地基于该条件。例如，该确定可以基于梯度值关于相应的延迟值和/或时间的变化速度何时满足一个或多个阈值。例如，如图2中所示，曲线210a-b在延迟值上基本上比曲线200a-b更平滑。曲线200a-b在相应的延迟值上展现了比曲线210a-b更快的梯度值波动，所以风检测器可以比较靠近(例如)零延迟的区间内的梯度值和一个或多个阈值以识别风分量的存在。

风检测器320的确定结果可以被提供给处理器，例如图1的处理器140，在那里由图1的风检测模块170处理该确定结果。

仅仅是出于说明目的，图3示出了可以用来根据自相关系数的梯度确定麦克风信号中风分量的存在的部件。应该理解可以提供与延迟链305、自相关部件310、梯度部件315和风检测器320中的一个或多个相对应的另一组部件以检测来自另一麦克风的麦克风信号中风分量的存在。采用这种方式，可以将本发明扩展成包括一个或多个麦克风的电子设备实施方案。但是，一些实施方案能够检测来自单个麦克风的麦克风信号中的风噪音。相反，较早的方法使用来自不止一个麦克风的信号检测风噪音，这可能增加相关电路的复杂度并增加了检测风噪音所需的部件的数量。

尽管图3示出了可以用来检测由电子设备(例如，移动终端)接收到的声波中的风噪音的信号处理器的示例软件和/或硬件体系结构，但将会理解本发明并不限于这种配置，而是意图包括能够完成这里所说明的操作的任何配置。例如，已经关于图3说明的操作至少可以部分由处理器140、信号处理器160和/或无线终端100的其它部件完成。

现在参考图4，它示出了移动终端100的硬件和/或软件的一些实施方案的体系结构、功能和操作。就此来说，每个方框表示一个模块、代码段或代码部分，而它们又包括用于完成指定逻辑功能的一条或多条可执行指令。还应该注意到在其它实现中，方框中注明的功能可以不同于图4中所注明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，显示为连续的两个方框实际上可以并行执行或以相反顺序被执行。

参考图4，操作在块400开始，在这一步确定麦克风信号(例如由图1的麦克风105所输出的信号)的自相关系数。在块405，根据自相关系数确定梯度值。然后在块410确定梯度值对于实际上非零的延迟值是否为零(例如，零点交叉)。块410上的确定或者包括比较梯度值与非零阈值，如同前面关于图3的风检测器320所说明的那样。如果所述梯度值实际为零，那么在块415判定该麦克风信号中包括了风分量。但是，如果在块410梯度值实际不为零，就在块420确定梯度值关于相应延迟值和/或时间的变化量是否比阈值变化量更大，如果是，就在块415判定该麦克风信号中包括了风分量。若在块420确定结果相反，在块425，确定梯度值是否超过了阈值，如果是，就在块415判定该麦克风信号中包括风分量，否则就在块430判定该麦克风信号中不包括风分量。在其它实施方案中，可以用块410、420和425的各种子-组合检测风的存在或不存在。

在本发明的一些实施方案中，在(如)块415和/或块430中可以使用滞后现象，以使除非对于已知数量的梯度数、延迟值和/或时间，块410、420和/或425的条件被满足和/或不被满足才能检测到有和/或无风分量。因此，可以调整风检测器对麦克风信号中噪音分量的短暂存在的敏感度。

为开发方便起见，上述用于完成风检测程序模块170和/或信号处理器160的操作的计算机程序代码可以用高级编程语言来写，例如C或C++。另外，也可以用其它编程语言来写用于完成本发明的操作的计算机程序，例如解释语言，但并不仅限于它。一些模块或程序可以用汇编语言甚至微代码来写以提高性能和/或内存使用率。将会进一步认识到任意或全部程序和/或处理模块的功能还可以用具体的硬件部件、一个或多个专用集成电路(ASIC)或编程过的数字信号处理器或微控制器实现。

尽管图1、3和4示出了可以用来检测由电子设备(例如移动终端)接收到的信号中的风噪音的示例软件和硬件体系结构，但将会理解本发明并不限于这种配置，而是意图包括能够完成这里所说明的操作的任何配置。因此，在不实际偏离本发明原理的前提下可以对优选实施方案进行多种变化和修改。所有这些变化和修改都要被包括在下面的权利要求所阐述的本发明的范围内。

Claims (21)

1.操作电子设备的一种方法，包括：

由麦克风生成麦克风信号；

根据麦克风信号确定出自相关系数；

从自相关系数确定梯度值；并

根据梯度值判断该麦克风信号中噪音分量的存在。

2.权利要求1的方法，其中确定麦克风信号中噪音分量存在的步骤是基于梯度值的平滑度。

3.权利要求2的方法，其中确定麦克风信号中噪音分量存在的步骤基于梯度值的变化率是否满足阈值。

4.权利要求1的方法，其中：

确定自相关系数包括生成由一组延迟值延迟的麦克风信号的采样值，并根据麦克风信号被延迟的采样值生成自相关系数；并且

确定噪音分量存在包括确定梯度值是否在该组延迟值的子集中大致等于某个阈值。

5.权利要求4的方法，其中确定梯度值是否大约等于阈值包括，确定梯度值对于实际非零的延迟值实际上是否为零。

6.权利要求4的方法，其中确定噪音分量存在包括，确定梯度值对于实际非零的延迟值是否具有零点交叉。

7.权利要求1的方法，其中确定噪音分量的存在包括确定梯度值是否满足阈值。

8.权利要求1的方法，其中麦克风信号中的噪音分量是风噪音。

9.一种电子设备，包括：

麦克风，被配置用来生成麦克风信号；

自相关部件，被配置用来根据麦克风信号生成自相关系数；

梯度部件，被配置用来从自相关系数生成梯度值；

风检测器，被配置用来根据梯度值确定麦克风信号中噪音分量的存在。

10.权利要求9的电子设备，其中风检测器被配置用来根据梯度值的平滑度确定麦克风信号中噪音分量的存在。

11.权利要求9的电子设备，其中：

自相关部件，被配置用来生成被以一组延迟值延迟的麦克风信号采样值，并被配置用来根据麦克风信号被延迟的采样值生成自相关系数；

风检测器，被配置用来根据梯度值是否在该组延迟值的子集中大致等于一个阈值，确定麦克风信号中噪音分量的存在。

12.权利要求9的电子设备，其中风检测器被配置用来根据梯度值是否对于实际非零的延迟值有零点交叉，确定麦克风信号中噪音分量的存在。

13.权利要求9的电子设备，其中风检测器被配置用来确定梯度值是否满足阈值。

14.权利要求9的电子设备，其中该电子设备包括无线通信终端。

15.权利要求9的电子设备，其中麦克风信号中的噪音分量是风噪音。

16.权利要求9的电子设备，还包括一个延迟链，它被耦合在麦克风和自相关部件之间，并被配置用来根据麦克风信号生成多个延迟的信号样本，其中自相关部件对多个延迟的信号样本和麦克风信号进行响应。

17.权利要求9的电子设备，其中自相关部件被配置用来通过给该多个延迟的信号样本中较新的信号样本赋予比较老的信号样本更高的权重而生成自相关系数。

18.配置用来处理由电子设备中的麦克风生成的麦克风信号的计算机程序产品，包括：

计算机可读存储介质，其中包含了计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码包括：

用于根据麦克风信号确定自相关系数的计算机可读程序代码；

用于从自相关系数确定梯度值的计算机可读程序代码；

用于根据梯度值确定麦克风信号中噪音分量的存在的计算机可读程序代码。

19.权利要求18的计算机程序产品，其中用于确定噪音分量存在的计算机可读程序代码包括，用于确定梯度值的平滑度的计算机可读程序代码。

20.权利要求18的计算机程序产品，其中：

用于确定自相关系数的计算机可读程序代码包括，用于生成由一组延迟值延迟的麦克风信号采样值的计算机可读程序代码，以及用于根据麦克风信号被延迟的采样值生成自相关系数的计算机可读程序代码；

用于确定噪音分量存在的计算机可读程序代码，包括用于确定梯度值是否在该组延迟值的一个子集中大致等于一个阈值的计算机可读程序代码。

21.权利要求18的计算机程序产品，其中用于确定噪音分量存在的计算机可读程序代码包括用于确定梯度值是否满足阈值的计算机可读程序代码。

Images