DE102017203469A1 - A method and a device for noise removal of audio signals and a voice control of devices with this Störfreireiung - Google Patents
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Abstract
Störgeräuschunterdrückungseinrichtung umfassend
ein Erfassungsmodul (55), eingerichtet zum Erfassen eines Betriebszustandes mindestens einer in mindestens einem Betriebszustand Geräusche erzeugenden Komponente (11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 25),
ein Steuermodul (54), eingerichtet zur Erzeugung von Steuerparametern (540) in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandes,
ein Signalverarbeitungsmodul (53), eingerichtet zur Verarbeitung eines zugeführten Audiosignals (510) entsprechend einer über die Steuerparameter (540) steuerbaren Verarbeitungsweise und zur Ausgabe eines durch die Verarbeitung gewonnenen Audionutzsignals (530)
und Verfahren dazu.
Noise suppression device comprising
a detection module (55) configured to detect an operating state of at least one component (11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 25) generating noise in at least one operating state,
a control module (54) configured to generate control parameters (540) as a function of the detected operating state,
a signal processing module (53) configured to process a supplied audio signal (510) in accordance with a processing mode controllable via the control parameters (540) and to output an audio user signal (530) obtained by the processing
and methods for doing so.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Störbefreiung von Audio-Signalen sowie eine Sprachsteuerung von Geräten mit dieser Störbefreiung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The invention relates to a method and a device for interference-freeing of audio signals and a voice control of devices with this Störergreiung according to the independent claims.
Verfahren zur Sprachsteuerung, das heißt zur Steuerung von Geräten mittels gesprochener Sprachkommandos, werden beispielsweise bei Mobiltelefonen oder sogenannten Smartphones, daneben etwa im Bereich der Kraftfahrzeugelektronik, etwa zur Bedienung von in Fahrzeugen betriebenen Fahrerinformationssystemen zur Auswahl Funktionen sowie zur weiteren Bedienung innerhalb ausgewählter Funktionen, beispielsweise zur Zieleingabe in Fahrzeugnavigationssystemen, eingesetzt.Speech control methods, ie for controlling devices by means of spoken voice commands, are used, for example, in the field of automotive electronics, for example for operating driver information systems operated in vehicles for selecting functions and for further operation within selected functions, for example Destination input in vehicle navigation systems used.
In gestörten Umgebungen wird dabei die geräteseitige Interpretation der über ein Mikrofon aufgenommenen Sprachkommandos durch in den Mikrofonsignalen enthaltenen Störgeräuschanteile erschwert.In disturbed environments, the device-side interpretation of the speech commands recorded via a microphone is hampered by noise components contained in the microphone signals.
Aus
Dieser und vergleichbare Ansätze zur Unterdrückung von in Audio-Signalen enthaltenen Störsignal-Anteilen, auch als Noise Cancellation Systeme bezeichnet, sind dazu ausgelegt, Umgebungssignale, also Audiosignale stetig aufzunehmen und danach die Störsignale herauszufiltern. Dabei wird das Umgebungssignal kontinuierlich aufgenommen, verarbeitet und gefiltert.This and comparable approaches for suppressing interference signal components contained in audio signals, also referred to as noise cancellation systems, are designed to continuously record ambient signals, ie audio signals, and then to filter out the interference signals. The ambient signal is continuously recorded, processed and filtered.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass eine Isolierung eines Audio-Nutzsignals aus einem Audiosignal, welches neben dem Audio-Nutzsignal Störsignalanteile enthält, verbessert und erleichtert wird.The invention with the features of the independent claims has the advantage that an isolation of an audio useful signal from an audio signal, which contains in addition to the audio useful signal noise components, is improved and facilitated.
Die Erfindung verfolgt dabei den Ansatz, Informationen über einen Betriebszustand von Geräten oder Einrichtungen, welche im Betrieb Geräusche verursachen, vorzugsweise aus vorliegenden Erkenntnissen über eine Ansteuerung dieser Komponenten oder Geräte zu erhalten und eine Signalverarbeitung, schon bei Vorliegen dieser Informationen zur Kompensation der erzeugten Störgeräusche einzustellen. Erkenntnisse über eine Ansteuerung solcher Komponenten oder Geräte können aus einer Schalterstellung für eine solche Komponente oder einem Steuersignal zur Ansteuerung einer solchen Komponente, welches auf einem Datenbus vorliegt, gewonnen werden. Somit kann die Signalverarbeitung beispielsweise auf ein zu erwartendes Geräusch einer Komponente oder Einrichtung voreingestellt und bereits gestartet werden, sobald das betreffende Steuersignal oder die Schalterstellung oder dergleichen erkannt ist. Im Gegensatz zu bekannten Ansätzen, welche eine Anpassung an bereits vorhandene Störgeräusche abstellen, ist damit eine reaktionsschnellere und effizientere Kompensation von Störgeräuschen möglich.The invention pursues the approach to obtain information about an operating condition of devices or devices that cause noise during operation, preferably from existing knowledge about a control of these components or devices and to set a signal processing, even in the presence of this information to compensate for the generated noise , Findings about a control of such components or devices can be obtained from a switch position for such a component or a control signal for controlling such a component, which is present on a data bus. Thus, the signal processing can for example be preset to an expected noise of a component or device and already started as soon as the relevant control signal or the switch position or the like is detected. In contrast to known approaches, which turn off an adaptation to existing noise, thus a faster response and more efficient compensation of noise is possible.
Im Zusammenhang mit der bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung, nämlich einer Sprachsteuerung von in Fahrzeugen betriebenen Geräten oder Einrichtungen, hat die Erfindung den Vorteil, dass die Erkennung von durch einen Benutzer gesprochenen Sprachkommandos, auch als Sprachanweisungen bezeichnet, zur Bedienung dieser Geräte oder Einrichtungen verbessert, erleichtert und beschleunigt wird. Dabei weist die Erfindung den weitergehenden Vorteil auf, dass die Identifizierung von zusammengesetzten, sich überlagernden, von Komponenten im Fahrzeug erzeugten Störgeräuschen automatisiert und das Filtern von Störgeräuschen und damit das Isolieren der Sprachkommandos als Nutzsignal optimiert wird.In the context of the preferred application of the present invention, namely voice control of vehicle-operated devices or devices, the invention has the advantage that the recognition of voice commands spoken by a user, also referred to as voice instructions, improves the operation of these devices or devices, is made easier and faster. In this case, the invention has the further advantage that the identification of composite, overlapping, generated by components in the vehicle noise is automated and the filtering of noise and thus isolating the voice commands is optimized as a useful signal.
Dazu werden erfindungsgemäß zur Störgeräuschunterdrückung in einem Audiosignal ein Betriebszustand mindestens einer Komponente, welche in mindestens einem Betriebszustand Geräusche erzeugt, erfasst,
Steuerparameter in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandes erzeugt, das Audiosignal gemäß einer Verarbeitungsweise zu einem Audionutzsignal verarbeitet, wobei die Verarbeitungsweise über die Steuerparameter gesteuert wird, und das auf diese Weise gewonnenen Audionutzsignal schließlich ausgegeben. Das Verfahren kann dabei vorteilhaft in Form eines Computerprogramms oder eines Moduls eines Betriebsprogramms eines Steuergeräts ausgeführt sein, welches durch einen Prozessor des Steuergeräts abgearbeitet wird.For this purpose, according to the invention for noise suppression in an audio signal, an operating state of at least one component which generates noises in at least one operating state is detected,
Generates control parameters in dependence on the detected operating state, processes the audio signal according to a processing mode to an audio user signal, wherein the processing mode is controlled by the control parameters, and finally outputs the audio audio signal thus obtained. The method can be advantageous in Form of a computer program or a module of an operating program of a control device to be executed, which is processed by a processor of the control unit.
Dazu umfasst eine erfindungsgemäße Störgeräuschunterdrückungseinrichtung ein Erfassungsmodul, eingerichtet zum Erfassen eines Betriebszustandes mindestens einer in mindestens einem Betriebszustand Geräusche erzeugenden Komponente, ein Steuermodul, eingerichtet zur Erzeugung von Steuerparametern in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandes und
ein Signalverarbeitungsmodul, eingerichtet zur Verarbeitung eines zugeführten Audiosignals entsprechend einer über die Steuerparameter steuerbaren Verarbeitungsweise und zur Ausgabe eines durch die Verarbeitung gewonnenen Audionutzsignals. Die genannten Module können, zumindest teilweise, vorzugsweise in Form von Computerprogrammen oder Computerprogramm-Modulen ausgeführt sein, welche durch einen Prozessor des Steuergeräts abgearbeitet wird.For this purpose, a noise suppression device according to the invention comprises a detection module configured to detect an operating state of at least one component generating noise in at least one operating state, a control module configured to generate control parameters as a function of the detected operating state and
a signal processing module configured to process a supplied audio signal in accordance with a processing mode controllable via the control parameters and to output an audio user signal obtained by the processing. The said modules can be implemented, at least partially, preferably in the form of computer programs or computer program modules, which are processed by a processor of the control unit.
Die Störgeräuschunterdrückungseinrichtung kann vorteilhaft in mit Sprachsteuerung, das heißt mit gesprochenen Sprachkommandos bedienbaren Geräten oder Einrichtungen zum Einsatz gebracht werden. Durch die Isolierung des Sprachsignals aus dem mit einem Schallwandler des zu bedienenden Geräts oder Einrichtung aufgenommenen Audiosignal wird dessen geräteseitige Erkennung verbessert und beschleunigt. Fehlererkennungen, die eine Fehlinterpretation und damit Fehlbedienung des Geräts oder der Einrichtung auslösen oder die eine wiederholte Eingabe nötig machen, können damit reduziert oder ganz vermieden werden.The noise reduction device can advantageously be brought into use in voice control, that is, with spoken voice commands operable devices or devices. By isolating the speech signal from the recorded with a sound transducer of the device or device to be used audio signal whose device-side detection is improved and accelerated. Error detections that trigger a misinterpretation and thus incorrect operation of the device or the device or that require a repeated input can be reduced or avoided altogether.
Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Störgeräuschunterdrückung somit in gestörten Umgebungen eingesetzt werden, wie etwa bei sprachbedienten Multimedia- oder Fahrerinformationssystemen in Kraftahrzeugen, beispielsweise zur Auswahl einer Gerätefunktion und/oder zur weiteren Bedienung innerhalb einer ausgewählten Funktion, etwa der Spracheingabe einer Adresse, welche nachfolgend als Ziel für eine Routenberechnung und Zielführung vom aktuellen Stand- zu dem Zielort dienen soll.Particularly advantageously, the noise suppression according to the invention can thus be used in disturbed environments, such as voice-operated multimedia or driver information systems in motor vehicles, for example for selecting a device function and / or for further operation within a selected function, such as the voice input of an address, which subsequently as destination for a route calculation and route guidance from the current location to the destination.
Vorteilhaft weist die Störgeräuschunterdrückungseinrichtung einen Speicher auf, in dem den Betriebszuständen der mindestens einen Komponente Steuerparameter zugeordnet sind. Das Steuermodul ist dabei dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines erfassten Betriebszustandes die im Speicher zugeordneten Steuerparameter auszulesen und dem Signalverarbeitungsmodul zuzuführen.Advantageously, the noise suppression device has a memory in which the operating states of the at least one component control parameters are assigned. In this case, the control module is designed to read out the control parameters assigned in the memory as a function of a detected operating state and feed them to the signal processing module.
Vorteilhaft ist das Signalverarbeitungsmodul ferner dazu eingerichtet, aus dem Audiosignal einen Störgeräuschanteil zu isolieren und diesen Störgeräuschanteil charakterisierende Störgeräuschparameter auszugeben und das Steuermodul dazu eingerichtet, die im Speicher abgelegten Steuerparameter in Abhängigkeit der Störgeräuschparameter anzupassen.Advantageously, the signal processing module is further configured to isolate a noise component from the audio signal and to output noise component parameters characterizing this noise component, and to configure the control module to adapt the control parameters stored in the memory as a function of the noise parameters.
Auf diese Art und Weise können Steuerparameter, die der Modellierung bzw. Simulation eines Stör-Geräuschs einer bestimmten Geräuschquelle in der Signalverarbeitung zugrunde gelegt werden, an die tatsächlich Gegebenheiten, etwa eine Belegung oder Beladung des Fahrzeuginnenraums, welche sich auf die Charakteristik des Geräuschs auswirkt, angepasst werden. Im Ergebnis führt dies zu einer exakteren Modellierung des Stör-Geräuschs und damit zu einer präziseren Isolation des Audionutzsignals in der Signalverarbeitung.In this way, control parameters that are used as a basis for modeling or simulating a noise of a specific noise source in the signal processing, on the actual circumstances, such as occupancy or loading of the vehicle interior, which has an effect on the characteristics of the noise, be adjusted. As a result, this leads to a more exact modeling of the noise and thus to a more precise isolation of the audio signal in the signal processing.
Die Synthetisierung einer Störgeräuschsimulation oder eines Störgeräuschmodells für den Störgeräuschanteil des Audiosignals aus den aus dem Speicher gelesenen Steuerparametern ermöglicht eine besonderes einfache Isolierung des Audionutzsignals aus dem Audiosignal, im einfachsten Fall durch eine Subtraktion des modellierten Störgeräuschs von dem aufgenommenen Audiosignal. Im Ergebnis führt dies auch zu einer besonders präzisen Isolation des Audionutzsignals und damit der Sprachkommandos aus dem aufgenommenen Audiosignal.Synthesizing a noise simulation or a noise model for the noise component of the audio signal from the control parameters read from the memory enables a particularly simple isolation of the audio signal from the audio signal, in the simplest case by subtracting the modeled noise from the recorded audio signal. As a result, this also leads to a particularly precise isolation of the audio user signal and thus the voice commands from the recorded audio signal.
Vorteilhaft weist das Signalverarbeitungsmodul ein Filtermodul zur Verarbeitung des Audiosignals auf und die Steuerparameter umfassen Filterparameter für das Filtermodul. Bevorzugt ist dabei das Filtermodul in Form eines adaptiven Filters ausgeführt und dazu ausgebildet, die Verarbeitung des Audiosignals mit Filterparametern zu beginnen, welche vom Steuermodul in Abhängigkeit eines erfassten Betriebszustandes aus dem Speicher gelesen werden. Auf diese Weise wird die Dauer des Einrastens des Adaptionsalgorithmus auf einen Störgeräuschanteil erheblich verkürzt. Zudem kann auch die Adaption des Filters auf einen bestimmten von mehreren möglichen Störsignalanteilen im Audiosignal gelenkt werden. Im weiteren Verlauf der Signalverarbeitung des Audiosignals kann der Adaptionsalgorithmus des adaptiven Filters die zu dessen Initialisierung genutzten Start-Filterparameter automatisch weiter anpassen.Advantageously, the signal processing module has a filter module for processing the audio signal, and the control parameters comprise filter parameters for the filter module. In this case, the filter module is preferably embodied in the form of an adaptive filter and designed to start the processing of the audio signal with filter parameters which are read from the memory by the control module as a function of a detected operating state. In this way, the duration of the snapping of the adaptation algorithm to a noise component is considerably shortened. In addition, the adaptation of the filter can be directed to a specific one of several possible interference signal components in the audio signal. In the further course of the signal processing of the audio signal, the adaptation algorithm of the adaptive filter can automatically further adapt the start filter parameters used for its initialization.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
- Die einzige
1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungswesentlichen Teils einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Störunterdrückung
- The only
1 shows a block diagram of the invention essential part of a device according to the invention for interference suppression
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In
In einer abgeschirmten Geräuschumgebung, wie in einer Fahrgastzelle
Die Einrichtung
Neben den gesprochenen Sprachkommandos
Solche Geräte oder Fahrzeug-Komponenten, kurz auch als Komponenten bezeichnet, welche im Betrieb oder in einem bestimmten Betriebszustand Geräusche, hier auch als Störgeräusche
- - ein
Scheibenwischer 11 , wobei sich die davon erzeugten Geräusche auch in Abhängigkeit einer Betriebsstufe, also beispielsweise Intervallbetrieb, langsamer Dauerbetrieb, schneller Dauerbetrieb unterscheiden - - ein
elektrischer Fensterheber 12 , dessen elektromotorischer Antrieb je nach Bewegungsrichtung des Fensters unterschiedlichen Belastungen unterliegt und daher auch unterschiedliche Geräusche erzeugt, - - eine Lüftung oder
Klimaanlage 13 , welche infolge der Luftströmung durch Luftführungen und -austritte Strömungsgeräusche erzeugt, wobei die Geräusche von einer Lüftungsstufe, daneben aber auch von einer Einstellung der Luftaustrittsöffnungen abhängen, - - ein
Fahrtrichtungsanzeiger 14 , auch als Blinker bezeichnet, oder die zur Anzeige eines laufenden Blinkvorgangs synthetisch erzeugten und im Fahrzeug wiedergegebenen Klick-Geräusche und - - eine elektromotorische und/oder elektropneumatische Sitzverstellung und - Anpassung.
- - a
windscreen wiper 11 , wherein the noise generated therefrom also differ depending on an operating stage, so for example, interval operation, slow continuous operation, fast continuous operation - - an
electric window 12 whose electromotive drive is subject to different loads depending on the direction of movement of the window and therefore also produces different noises, - - a ventilation or
air conditioning 13 which generates flow noise as a result of the air flow through air ducts and outlets, the noise being dependent on a ventilation stage, but also on an adjustment of the air outlet openings, - - a
direction indicator 14 , also referred to as a turn signal, or the click-sounds synthesized to indicate an ongoing flashing operation and reproduced in the vehicle - - An electromotive and / or electropneumatic seat adjustment and - adaptation.
Weitere solche Geräte oder Komponenten, die im Betrieb Geräusche erzeugen, sind beispielsweise
- - Warnsysteme, wie etwa eine Einparkhilfe
21 , die bei Annäherung an ein Hindernis Warnsignale erzeugt oderein Gurtwarner 22 , der bei eingeschalteter Fahrzeugzündung oder bei festgestellter Fahrt des Fahrzeug und gleichzeitig nicht angeschnalltem Fahrzeugführer oder Fahrzeuginsassen ein Warnsignal erzeugt, - -
eine Audioanlage 23 , welche bestimmungsgemäß in Rundfunksignalen oder auf einem Datenträger vorhandene Unterhaltungs- oder Informationsinhalte akustisch über imFahrzeug angeordnete Lautsprecher 231 ,232 ,233 ,234 wiedergibt, die für eine Sprachsteuerung jedoch Störsignale darstellen, - -
ein Fahrzeugnavigationssystem 24 , welches bei bevorstehenden Fahrmanövern zum Befolgen einer Fahrroute akustische Zielführungshinweise über im Fahrzeug angeordnete Lautsprecher wiedergibt, und - -
eine Freisprecheinrichtung 25 , welche das Sprachsignal eines Gesprächsteilnehmers über Fahrzeuglautsprecher ausgibt.
- - Warning systems, such as a
parking aid 21 which generates warning signals when approaching an obstacle or abelt warning device 22 which generates a warning signal when the vehicle ignition is switched on or when the vehicle is detected and at the same time unbelted driver or vehicle occupant, - - an
audio system 23 which intended in broadcasting or on a data carrier existing entertainment or information content acoustically via arranged in thevehicle speakers 231 .232 .233 .234 which, however, represent interference signals for voice control, - - a
vehicle navigation system 24 which reproduces acoustic guidance instructions about loudspeakers arranged in the vehicle in the event of impending maneuvers to follow a driving route, and - - a
handsfree device 25 , which outputs the speech signal of a conversation participant via vehicle speakers.
Diese Geräte oder Komponenten
Das vom Schallaufnehmer
Soweit nicht anders erwähnt, wird nachfolgend der Einfachheit der Darstellung halber von einem Audiosignal
Dieses Audiosignal
Die weitere Verarbeitung kann dabei insbesondere in einer Sprachsteuerung eines im Fahrzeug betriebenen Geräts
Die Verarbeitungsweise des Signalverarbeitungsmoduls
Zur Bestimmung oder Ermittlung der Steuerparameter
Das Erfassungsmodul
Im Fall des beispielhaft erwähnten Scheibenwischers
Im Fall eines über den Fahrzeugbus
Bei einem über einen Regensensor automatisch steuerbaren Scheibenwischer
Im Fall des elektrischen Fensterhebers
Analog gilt dies auch für die weiteren potenziellen Störgeräuschquellen, wie Innenraumbelüftung und/oder Klimaanlage
In analoger Weise können auch die Betriebszustände der weiteren, bereits genannten, im Betrieb zumindest zeitweise Geräusche erzeugenden Komponenten, wie Warnsignale erzeugende Warnsysteme, beispielsweise Einparkhilfe
Das Steuermodul
In einer bevorzugten Ausführungsform greift das Steuermodul
Die Verarbeitungsweise des Signalverarbeitungsmoduls
Als Steuerparameter
Das Signalverarbeitungsmodul
Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, dass das synthetisch erzeugte, simulierte Wischgeräusch mit dem tatsächlichen Geräusch des Scheibenwischers
Das adaptive Filter ist so in der Lage, Abweichungen des modellierten Wischergeräuschs von dem mit dem oder den Mikrofonen
Die so gewonnene Übertragungsfunktion des adaptiven Filters kann auch die ursprünglichen Informationen zur Synthetisierung der Simulation des Scheibenwischer-Betriebsgeräuschs angewendet werden, um die zugehörigen Steuerparameter
Nachfolgend wird die Verarbeitungsweise des Signalverarbeitungsmoduls
Die Audioanlage
Die Einfallsrichtung der Multimediasignale auf die Mikrofone
Zeigt nun das Erfassungsmodul
In Reaktion auf die zugeführten Steuerparameter
Weiterhin wird das Signalverarbeitungsmodul
Die auf diese Weise ermittelten Filterkoeffizienten des adaptiven Filters können als Teil der Steuerparameter
Auch eine Kombination von Störgeräuschen aus einer Mehrzahl der vorgenannten potenziellen Störgeräuschquellen kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise verarbeitet werden. Dies wird insbesondere durch die Zustandserfassung bzw. die Steuerung der Verarbeitungsweise der Audiosignalverarbeitung in Abhängigkeit der erfassten Betriebszustände der möglichen Störquellen erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht. So können als nicht in Betrieb befindliche Störquellen bei der Signalverarbeitung von vorne herein unberücksichtigt bleiben, was gegenüber rein adaptiven Verfahren, welche ausschließlich auf den aufgenommenen Audiosignalen basieren, deutlich besser Ergebnisse sowohl hinsichtlich der Präzision als auch der Geschwindigkeit der Störunterdrückung bewirkt.Also, a combination of noise from a plurality of the aforementioned potential noise sources can be processed by the inventive approach. This is facilitated in particular by the state detection or the control of the processing mode of the audio signal processing as a function of the detected operating states of the possible sources of interference, or even made possible in the first place. Thus, as non-operational sources of interference in the signal processing can be disregarded from the outset, which compared to purely adaptive methods, which are based solely on the recorded audio signals, significantly better results both in terms of precision and the speed of interference suppression.
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