DE69836152T2

DE69836152T2 - System und verfahren zur faktorisierung eines zusammengestellten wellenfelds in unabhängigen komponenten

Info

Publication number: DE69836152T2
Application number: DE69836152T
Authority: DE
Inventors: Malcolm W. P. Cambridge Strandberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: EP1057291B1; EP1057291A1; US6023514A; WO1999033201A1; JP2001527317A; JP4173280B2; DE69836152D1; EP1057291A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Signalverarbeitungssysteme und -verfahren, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Faktorisieren eines zusammengesetzten Wellenfelds, wie eines Schallwellenfelds, in unabhängige Komponenten oder Quellensignale, die von jeder der Energiequellen generiert werden, die das zusammengesetzte Wellenfeld erzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein zusammengesetztes Wellenfeld wird von vielen Energiequellen wie Schallquellen produziert, die unabhängig Quellensignale generieren, die sich kombinieren, um das zusammengesetzte Wellenfeld zu bilden. Ein zusammengesetztes Wellenfeld kann unter Verwendung üblicher Sensoren oder Wandler erfasst und unter Verwendung üblicher Signalverarbeitungstechniken verarbeitet werden. Die Signalverarbeitungssysteme des Stands der Technik haben aber eine begrenzte Fähigkeit, selektiv die Quellensignale zu bestimmen, die jeder der unabhängigen Energiequellen von einem erfassten zusammengesetzten Wellenfeld zugeteilt werden. Das Faktorisieren eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Quellensignale ist besonders schwierig, wenn die von den Energiequellen generierten Signale eine komplexe Wellenform haben, wie Sprache oder andere komplexe Schallsignale.
Ein Typ eines zusammengesetzten Wellenfelds, das häufig erfasst und verarbeitet wird, ist ein Schallwellenfeld, das von mehreren Schallquellen erzeugt wird, wie zum Beispiel von einem Hörgerät. Wandler, Mikrophone oder andere Sensoren werden verwendet, um das Schallwellenfeld zu erfassen, und übliche Signalverarbeitungstechniken werden verwendet, um das erfasste Schallsignal zu verarbeiten. Das Schallwellenfeld enthält aber oft viele unerwünschte Schallsignale oder Geräusche, die die gewünschten zu messenden, zu übertragenden oder weiter zu verarbeitenden Signale maskieren oder beschädigen. Übliche Signalverarbeitungssysteme haben versucht, diese unerwünschten Schallsignale oder Geräusche zu filtern und auf eines oder mehr der unabhängigen Schallsignale zu fokussieren, die von den jeweiligen Schallquellen generiert werden.
Eine der häufigsten Beanstandungen von Hörgerätbenutzern ist zum Beispiel, dass Hintergrundgeräusch das Verständnis von Sprache beeinträchtigt. Derzeit verwendete Verfahren, um Hintergrundgeräusch in Hörgeräten zu verringern, nutzen Filtertechniken, bei denen die Frequenzbereiche, die hohe Geräuschpegel enthalten, unterdrückt werden. Obwohl manche Dauerzustandsgeräusche, wie Auto- oder andere Maschinengeräusche, tatsächlich unterdrückt werden können, ist die menschliche Sprache der schwierigste zu filternde Geräuschtyp, und oft der am häufigsten bei einem Hörgerät auftretende Typ eines akustischen Rauschens. Der Träger eines Hörgeräts hat oft Schwierigkeiten, sich auf eine Stimme oder eine Schallquelle zu fokussieren, wenn er mehreren Stimmen ausgesetzt ist, wie zum Beispiel die Geräusche einer Party oder einer Unterhaltung in einer Gruppe.
Ein weiteres verbreitetes Problem ist dasjenige des Nachhalls, der von Echos oder akustischen Reflexionen von Wänden, Decke und anderen Oberflächen in einem Raum erzeugt wird. Die Reflexion des Schalls wirkt wie zusätzliche virtuelle unabhängige Schallquellen und kann sowohl die Qualität als auch die Verständlichkeit der erfassten Sprache beeinträchtigen.
Existierende Signalverarbeitungstechniken waren nicht in der Lage, effektiv ein Sprachsignal von vielen angetroffenen Sprachquellen zu trennen. Frühere Versuche, unerwünschtes Sprachgeräusch zu unterdrücken, verwendeten viele Mikrophone und eine Vorgehensweise mit einem adaptiven Array. Ein Array von Sensoren oder viele Mikrophone empfangen das zusammengesetzte Schallwellenfeld, und die Signale vom Array von Sensoren werden so kombiniert, dass die sich ergebende Leistung das gewünschte Signal im Vergleich mit den unerwünschten Signalen maximiert. Der Schall oder die Sprache, der die Person zuhören möchte, wird verstärkt, und das Geräusch oder die unerwünschten Schallsignale werden unterdrückt. Diese Vorgehensweise hängt von der Wechselwirkung der verschiedenen Typen von Mikrophonen einschließlich des Arrays und der Richtungseigenschaften der Mikrophone ab. Durch gemeinsames Verarbeiten der von den verschiedenen Mikrophonen erfasstem Signale, die unterschiedliche Richtungseigenschaften haben, werden das Geräusch oder die unerwünschten Signale bezüglich des gewünschten Schallsignals gelöscht.
Diese Vorgehensweise hat einen begrenzten Erfolg in einfachen Unterhaltungssituationen, ist aber nicht in der Lage, ein unabhängiges Quellensignal von einer einzigen Schallquelle zu liefern. Die Signalleistung der Vorgehensweise des adaptiven Arrays liefert eine Skalarleistung, d.h. eine gewichtete Summe der Schallsignale von allen Schallquellen. Diese Vorgehensweise liefert also kein unabhängiges Schallsignal nur von einer einzigen Schallquelle und ist daher begrenzt, wenn mehrere Schallquellen vorhanden sind. Die Vorgehensweise mit einem adaptiven Array hängt auch stark von der Mikrophonrichtwirkung und der genauen Bestimmung der Orientierungen der Schallquellen ab. Aufgrund der Empfindlichkeit für Quellenorientierungsfehler hat die Vorgehensweise mit adaptivem Array Schwierigkeiten, die Wirkungen des Nachhalls zu behandeln, da der nachhallende Schall aus so vielen Richtungen kommt.
Daher gibt es einen Bedarf für ein System und ein Verfahren zur Faktorisierung eines zusammengesetzten Wellenfelds, wie eines Schallwellenfelds, in unabhängige Komponenten oder Quellensignale, die unabhängigen Energiequellen zugeordnet sind, wie eine oder mehrere Schallquellen. Es gibt einen Bedarf für ein System und ein Verfahren, die das zusammengesetzte Wellenfeld in unabhängige Komponenten faktorisieren, ohne signifikant von Quellenorientierungsfehlern und Nachhall beeinträchtigt zu werden. Insbesondere gibt es einen Bedarf für ein Hörgerät oder einen anderen Typ eines Töne empfangenden und verarbeitenden Systems, das selektiv ein Schallsignal von einer einzigen Schallquelle unter vielen Schallquellen verarbeiten und übertragen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kennzeichnet ein System und ein Verfahren zum Faktorisieren eines zusammengesetzten Wellenfelds, wie eines Schallwellenfelds, in unabhängige Quellensignale. Jedes der unabhängigen Quellensignale wird von einer von mehreren Energiequellen, wie Schallquellen, generiert, die zusammen das zusammengesetzte Wellenfeld ergeben. Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden, um elektromagnetische Felder in unabhängige Quellensignale, sowie andere Typen von zusammengesetzten Energiewellenfeldern zu faktorisieren, die von mehreren Energiequellen erzeugt werden.
Das Verfahren weist auf: Abtastung des zusammengesetzten Wellenfelds mit einem Array von Sensoren; Umwandlung des von jedem der mehreren Sensoren abgetasteten zusammengesetzten Wellenfelds in mehrere elektrische Sensorsignale, die das von jedem der Sensoren abgetastete zusammengesetzte Wellenfeld darstellen; Digitalisierung jedes der elektrischen Sensorsignale, um abgetastete Sensorsignaldaten zu bilden, die das von jedem der Sensoren abgetastete zusammengesetzte Wellenfeld darstellen; Erstellen mehrerer vorhergesagter Quellensignaldaten-Arrays zum Speichern vorhergesagter Quellensignaldaten entsprechend jeder der Energiequellen; Erhalt von Quellenverzögerungswerten für jede der Energiequellen, wobei die Quellenverzögerungswerte ein Zeitdifferential jedes der unabhängigen Quellensignale darstellen, die an jedem Sensor ankommen; Überprüfung der replizierten Sensorsignaldaten durch Kombination der vorhergesagten Quellensignaldaten entsprechend jeder der Energiequellen mit entsprechenden Quellenverzögerungswerten für jede der Energiequellen, um replizierte Sensorsignaldaten zu produzieren, die jedem Sensor entsprechen, und durch Berechnung eines Vorhersage-Überprüfungsfaktors unter Verwendung der replizierten Sensorsignaldaten und der abgetasteten Sensorsignaldaten; Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten unter Verwendung eines Zufallsverfahrens; Wiederholung der Schritte der Überprüfung und Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten für mehrere Iterationen, bis der Vorhersage-Überprüfungsfaktor einen vorbestimmten Wert erreicht, bei dem die vorhergesagten Quellensignale überprüft sind; und Ausgabe der überprüften vorhergesagten Quellensignale als die unabhängigen faktorisierten Quellensignale.
Ein Beispiel des Vorhersage-Überprüfungsfaktors ist die mittlere quadratische Differenz der abgetasteten Sensorsignaldaten und der replizierten Sensorsignaldaten.
Der Schritt der Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten umfasst vorzugsweise: (a) zufällige Wahl einer inkrementalen Zunahme und einer inkrementalen Abnahme eines vorhergesagten Quellensignaldatenelements aus den Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten; (b) Berechnung eines inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors auf der Basis der gewählten inkrementalen Zunahme oder inkrementalen Abnahme des vorhergesagten Quellensignaldatenelements; (c) Bestimmung, ob das vorhergesagte Quellensignaldatenelement auf der Basis des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors angepasst wird; und (d) Wiederholung der Schritte (a) bis (c) für jedes vorhergesagte Quellensignaldatenelement in jedem der Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten.
Der bevorzugte Schritt der Bestimmung, ob die Anpassung jedes der vorhergesagten Quellensignaldatenwerte akzeptiert wird, umfasst: Akzeptieren der Anpassung, wenn der inkrementale Vorhersage-Überprüfungsfaktor negativ ist; und Akzeptieren der Anpassung, wenn eine Exponentialfunktion des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors, exp(–dE/T), größer ist als eine Zufallszahl zwischen Null und 1, wobei T ein Kontrollparameter ist, der bei jeder Iteration des Schritts verändert wird.
Gemäß einen Verfahren weist der Schritt des Erhalts der Quellenverzögerungswerte die Zuordnung vorbestimmter Quellenverzögerungswerte für jede der Energiequellen auf der Basis einer angenommenen Anordnung der Quellen und Sensoren auf. Gemäß einem anderen Verfahren weist der Schritt des Erhalts von Quellenverzögerungswerten die Durchführung eines Querkorrelationsprozesses auf. Der Querkorrelationsprozess weist die folgenden Schritte auf: (a) Auswahl von Segmenten eines Paars von abgetasteten Sensorsignalen; (b) Filterung jedes Segments des Paars von abgetasteten Sensorsignalen, um erste und zweite gefilterte Sensorsignalsegmente zu bilden; (c) Berechnung eines Skalarprodukts der ersten und zweiten gefilterten Sensorsignalsegmente; (d) Sicherung des Skalarprodukts in einem Querkorrelationsarray; (e) Verschiebung eines Index des ersten gefilterten Sensorsignalsegments um eine Einheit, um ein verschobenes erstes gefiltertes Sensorsignalsegment zu bilden; (f) Wiederholung der Schritte c–e, bis das verschobene erste gefilterte Sensorsignalsegment öfter als eine vorbestimmte maximale Anzahl von Einheiten verschoben wurde; und (g) Bestimmen des Quellenverzögerungswerts auf der Basis eines Index des maximalen Elements in dem Querkorrelationsarray. Der Querkorrelationsprozess kann unter Verwendung anderer abgetasteter Sensorsignale mit den Quellenverzögerungen wiederholt werden, die in einem Pufferspeicher gespeichert sind, und die wahrscheinlichste Quellenverzögerung ausgewählt werden.
In einem Beispiel weist das Verfahren weiter die Auswahl einer der Energiequellen als Zielquelle; die Umwandlung der faktorisierten unabhängigen Quellensignaldaten entsprechend dem Zielquellensignal in ein faktorisiertes Schallsignal; und die Übertragung des faktorisierten Schallsignals in ein oder beide Ohren eines Benutzers auf. Alternativ kann der faktorisierte Quellensignaldatenwert aufgezeichnet oder weiter verarbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung kennzeichnet auch ein System zur Faktorisierung eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Quellensignale. Das System weist ein Array von Sensoren auf, um das zusammengesetzte Wellenfeld abzutasten und das zusammengesetzte Wellenfeld in mehrere elektrische Sensorsignale umzuwandeln. Ein Digitalisierer ist mit dem Array von Sensoren zur Digitalisierung der elektrischen Sensorsignale verbunden, um eine Anzahl von abgetasteten Sensorsignalen zu formen, die jedem der Sensoren entsprechen. Ein Signalprozessor ist mit dem Digitalisierer verbunden, um die abgetastetem Sensorsignale zu verarbeiten und um die faktorisierten Quellensignale zu bestimmen.
Der Signalprozessor umfasst vorzugsweise Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten, um die mehreren abgetasteten Sensorsignaldaten zu speichern, und Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten zum Speichern der vorhergesagten Quellensignaldaten, die jeder der Energiequellen entsprechen. Ein Prüfer vorhergesagter Quellensignale spricht auf die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten an, um replizierte Sensorsignaldaten durch Kombination der vorhergesagten Quellensignaldaten mit Quellenverzögerungswerten, die jeder der mehreren Quellen zugeordnet sind, zu berechnen, und um durch Vergleich mit den abgetasteten Sensorsignaldaten zu überprüfen, ob der replizierte Sensorsignaldatenwert akzeptabel ist. Ein Anpasser des vorhergesagten Quellensignals, der auf den Prüfer des vorhergesagten Quellensignals anspricht, passt den vorhergesagten Quellensignaldatenwert in den Arrays von vorhergesagten Quellensignalen an, bis der vorhergesagte Quellensignaldatenwert akzeptabel ist. In einer Ausführungsform weist der Signalprozessor außerdem einen Quellenverzögerungsrechner auf, der auf das Array von abgetasteten Sensorsignaldaten anspricht, um unter Verwendung eines Querkorrelationsprozesses die Quellenverzögerungswerte zu berechnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm des Systems zur Faktorisierung eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Quellensignale gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren der Faktorisierung eines zusammengesetztes Wellenfelds in unabhängige Quellensignale gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren der Verwendung einer Querkorrelation für den Erhalt von Quellenverzögerungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
die 4A und 4B Ablaufdiagramme, die das Verfahren der Überprüfung und Anpassung vorhergesagter Signalkomponenten gemäß dem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das System 10 in 1 zur Faktorisierung eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um ein zusammengesetztes Wellenfeld 12 in unabhängige Signalkomponenten oder Quellensignale 14a–14c zu faktorisieren, die unabhängig von jeweiligen Energiequellen 16a–16c generiert werden, so dass die Quellensignale 14a–14c sich kombinieren, um das zusammengesetzte Wellenfeld 12 zu erzeugen. In dem Ausführungsbeispiel ist das zusammengesetzte Wellenfeld 12 ein Schallwellenfeld, das von Schallquellen 16a–16c, wie vielen Stimmen oder Sprachquellen, erzeugt wird. Das Ausführungsbeispiel sieht vor, dieses System 10 in mehreren verschiedenen Anwendungen zu verwenden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einem Hörgerät, Computerstimmerkennung, Videokonferenzen und anderen Anwendungen, bei denen eine einzige Sprach- oder Schallquelle unter vielen Schallquellen ausgewählt oder isoliert werden muss. Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, die Konzepte des nachfolgend beschriebenen Systems und Verfahrens zu verwenden, um elektromagnetische Wellenfelder oder eine beliebige andere Art von skalar oder vektoriell zusammengesetzten Energiewellenfeldern zu faktorisieren.
Das System 10 enthält ein Array von Sensoren 18a–18c, die verwendet werden, um das zusammengesetzte Wellenfeld 12 zu erfassen und das zusammengesetzte Wellenfeld 12 in elektrische Sensorsignale 19a–19c umzuwandeln. Im Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 18a–18c Wandler oder Mikrophone, die in der Lage sind, Schallwellen zu erfassen. Wenn das System 10 verwendet wird, um andere Typen von zusammengesetzten Wellenfeldern zu faktorisieren, enthält das Array von Sensoren 18a–18c Wandler, die in der Lage sind, diesen Typ von Energiewelle zu erfassen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
In dem Ausführungsbeispiel enthält das Array von Sensoren drei Sensoren – linker Sensor 18a, mittlerer Sensor 18b, und rechter Sensor 18c – die je einen Abstand d haben. Gemäß dem Anwendungsbeispiel wird das System 10 verwendet, um ein zusammengesetztes Wellenfeld 12 zu faktorisieren, das von drei Energiequellen gebildet wird – einer linken Quelle 16a, einer mittleren Quelle 16b und einer rechten Quelle 16c. Die mittlere Quelle 16b ist die in der Achse liegende Quelle bezüglich der Sensoren 18a–18c, und die linke und rechte Quelle 16a, 16c sind achsferne Quellen, die sich im linken bzw. rechten Quadranten befinden. Wie gezeigt, hat die linke Quelle 16a einen Orientierungswinkel β.
Im Hörgerät-Ausführungsbeispiel können drei Miniaturmikrophone 18, die etwa 6 bis 8 cm in der Mitte beabstandet sind, verwendet werden, um das Schallfeld mehrerer Schallquellen 16 zu erfassen, die unterschiedliche Orientierungen bezüglich der Mikrophone haben. Die drei Miniaturmikrophone könnten zum Beispiel an der linken und rechten Schläfe und dem Nasensteg der Brille einer Person angeordnet werden.
Alternativ könnten die drei Mikrophone 18 mit gleicher Geometrie auf einem Stab angeordnet werden, der vorne an der Bekleidung des Benutzers befestigt ist. Das System 10 wird vorzugsweise verwendet, um den von einer Zielquelle kommenden Schall zu faktorisieren, die sich im Allgemeinen direkt vor dem Träger des Hörgeräts befindet. Im in 1 gezeigten Beispiel ist die Zielquelle die in der Achse liegende oder mittlere Quelle 16b, die sich direkt vor dem mittleren Sensor 18b befindet.
Als Ergebnis der Beabstandung der Quellen 16a–16b und Sensoren 18a–18b kommen die Quellensignale 14a–14c an jedem der Sensoren 18a–18c zu unterschiedlichen Zeiten an. Jede der Energiequellen 16a–16c hat so eine unterschiedliche Zeitverzögerung oder Quellenverzögerung bezüglich jedes der Sensoren 18a–18c. Die den jeweiligen Energiequellen 16a–16c zugeordneten Quellenverzögerungen werden verwendet, um die faktorisierten Quellensignale zu bestimmen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Gemäß dem in 1 gezeigten Anordnungsbeispiel von Quellen 16a–16c und Sensoren 18a–18c hat die in der Achse liegende oder mittlere Quelle 16b allgemein eine differentielle Zeitverzögerung Null für die Ankunftszeit an jedem der Sensoren 18a–18c. Für Signale, die von der linken und rechten Quelle 16a, 16c kommen, erzeugt die achsferne Orientierung differentielle Zeitverzögerungen unter den Sensoren 18a–18c. In anderen Worten hat die linke Quelle 16a eine linke Quellenverzögerung dt_l am linken Sensor 18a bezüglich des mittleren Sensors 18b, und die rechte Quelle 16c hat eine rechte Quellenverzögerung dt_r am rechten Sensor 18c bezüglich des mittleren Sensors 18b. Die den achsfernen Quellen zugeordnete Quellenverzögerung dt wird durch die folgende Gleichung dargestellt: dt = d·sin(β)/ν Gleichung 1wobei d der Sensorabstand, β die Quellenorientierung und ν die Geschwindigkeit des Schalls in der Luft ist.
Obwohl das Ausführungsbeispiel nur drei Quellen zeigt, können das System und das Verfahren verwendet werden, um zusätzliche Energiequellen zu faktorisieren, die verschiedene mögliche Anordnungen haben. Da die Anzahl von faktorisierten Quellen im Allgemeinen von der Anwendung und dem Ziel des Faktorisierungsprozesses abhängt, können das System und das Verfahren weniger Quellen faktorisieren als tatsächlich vorhanden sind. Obwohl das Ausführungsbeispiel drei Sensoren verwendet, um die drei Energiequellen zu faktorisieren, können zwei Sensoren verwendet werden, um drei Quellen zu faktorisieren, mit einer Erhöhung der Anzahl von Iterationen, um Ergebnisse zu erhalten, die denjenigen vergleichbar sind, die mit der Verwendung von drei Sensoren erhalten werden, und so einer Erhöhung der Verarbeitungszeit.
Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, zusätzliche Sensoren mit verschiedenen Abständen und Anordnungen zu verwenden, die von der besonderen Verwendung des Systems abhängen. Obwohl die Hörgerät-Ausführungsform vorzugsweise von der mittleren oder in der Achse liegenden Energiequelle 16b annimmt, dass sie die zu faktorisierende und an den Benutzer übertragene Zielquelle ist, kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden, um die achsfernen Energiequellen zu faktorisieren.
Das System 10 enthält einen digitalen Signalprozessor 20, der die elektrischen Sensorsignale 19a–19c verarbeitet, die das zusammengesetzte Wellenfeld 12 darstellen, um das zusammengesetzte Wellenfeld 12 in die unabhängigen Komponenten oder Quellensignale 14a–14c zu faktorisieren, die von jeder unabhängigen Energiequelle 16a–16c generiert werden. Der digitale Signalprozessor 20 kann einen Mikroprozessor 21 enthalten, der mit einer Software programmiert ist, um den Faktorisierungsprozess durchzuführen, oder kann einen digitalen Signalprozessor und/oder eine getaktete Gate-Array-Schaltung enthalten, die den Faktorisierungsprozess durchführt. Beim Hörgerät-Ausführungsbeispiel ist der digitale Signalprozessor 20 vorzugsweise eine kompakte Vorrichtung der Größe von 1 Zoll mal 2,3 Zoll mal 4 Zoll, die von der Person getragen wird, die das Hörgerät zum Beispiel in einer Hemd- oder Kleidtasche trägt.
Der digitale Signalprozessor 20 enthält einen Digitalisierer 22, der die elektrischen Sensorsignale 19a–19c digitalisiert oder abtastet und abgetastete Sensorsignale 24a–24c liefert. Ein Beispiel des Digitalisierers enthält einen multiplexierten 66,150 Hz-8 Bit Analog/Digital-Wandler (A/D), der 3 Ausgänge mit 22,050 Hz 8 Bit liefert. Der digitale Signalprozessor 20 enthält auch Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten 26 zum Speichern der abgetasteten Sensorsignale 24a–24c während der Verarbeitung. Der digitale Signalprozessor kann auch zusätzliche Arrays zum Speichern berechneter Daten während der Verarbeitung aufbauen.
Im Allgemeinen wird die Faktorisierung des zusammengesetzten Wellenfelds 12 in unabhängige Komponenten durch Vorhersage der Komponenten oder Quellensignale 14a–14c unter Verwendung eines Zufallsprozesses und dann Überprüfung der vorhergesagten Quellensignale durchgeführt. Die vorhergesagten Quellensignale werden überprüft durch Kombination der vorhergesagten Quellensignale mit den geeigneten Quellenverzögerungen, die den jeweiligen Quellen 16a–16c zugeordnet sind, um die Sensorsignale 24a–24c zu replizieren.
Der digitale Signalprozessor 20 weist Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28 auf, die die vorhergesagten Quellensignaldaten entsprechend den unabhängigen Quellensignalen 14a–14c enthalten, die das zusammengesetzte Wellenfeld 12 bilden. Der digitale Signalprozessor 20 weist auch einen Quellenverzögerungsrechner 30 auf, der die jeder der Quellen 16a–16c bezüglich der Sensoren 18a–18c zugeordneten Quellenverzögerungen erhält oder berechnet. Die Quellenverzögerungen können auf der Basis einer angenommenen Geometrie der Quellen 16a–16c oder unter Verwendung eines Querkorrelationsprozesses berechnet werden.
Ein Beispiel der Bestimmung der Quellenverzögerungen unter Verwendung einer angenommenen Geometrie basiert auf der in 1 gezeigten Geometrie. Entsprechend dieser angenommenen Geometrie liegt die Ziel- oder mittlere Quelle 16b direkt vor den Sensoren 18a–18c und hat somit keine wesentliche Zeitverzögerung an den linken und rechten Sensoren 18a, 18c bezüglich des mittleren Sensors 18b. Von den Energiequellen 16a, 16c im achsfernen linken und rechten Quadranten wird angenommen, dass sie Orientierungswinkel β von 45° nach links bzw. rechts der mittleren oder Zielquelle 16b haben. Wenn die Quellen 16a–16c diese angenommene Geometrie und die Sensoren 18a–18c den oben beschriebenen bevorzugten Abstand haben, d.h. etwa 6 cm, dann sind die differentiellen Zeitverzögerungen dt_l, dt_r 3 Mal so groß wie das Datenabtastintervall des Digitalisierers 22, d.h. ±3 Abtastintervalle. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird, können diese angenommenen Quellenverzögerungen im linken und rechten Quadranten verwendet werden, um zusammengesetzte Wellenfelder zu faktorisieren, die von Energiequellen erzeugt werden, die nicht dieser besonderen Geometrie entsprechen. Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, Teilabtastintervallverzögerungen durch Verwendung einer Fouriertransformation, einer frequenzabhängigen Phasenverschiebung ωT₀ und einer inversen Fouriertransformation zu verwenden, um ein um T₀ verschobenes vorhergesagtes Array zu erhalten.
Um die Quellenverzögerungen durch Verwendung einer Querkorrelation zu bestimmen, enthält der digitale Signalprozessor ein Filter 32, das die abgetasteten Sensorsignaldaten zum Beispiel durch Hochpassfilterung filtert. Ein Beispiel des Filters, das verwendet werden kann, ist ein Butterworth der 5. Ordnung Endlosimpulsantwort-Hochpassfilter. Die quadrierte Größe des analogen Tiefpassfilters, von dem es abgeleitet ist, hat die folgende Form |H_a(jΩ)|² = 1/(1 + (jΩ/jΩ_c)²ⁿ), wobei n die Filterordnung, Ω die Kreisfrequenz und Ω_c die Grenzfrequenz ist. Der Quellenverzögerungsrechner 30 verarbeitet dann die gefilterten abgetasteten Sensorsignaldaten unter Verwendung des Querkorrelationsprozesses, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Die Verwendung der Querkorrelation bestimmt die Quellenverzögerungen für jede besondere Quellengeometrie und Sensorabstand genauer.
Der digitale Signalprozessor 20 enthält auch einen Prüfer von vorhergesagten Quellensignalen 34, der auf die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28 anspricht, um die vorhergesagten Quellensignaldaten, die jedem Quellensignal 14a–14c entsprechen, zusammen mit den geeigneten Quellenverzögerungen zu kombinieren, die jeder Energiequelle 16a–16c zugeordnet sind, um replizierte Sensorsignaldaten zu formen, die dem zusammengesetzten Wellenfeld entsprechen, das an jedem der Sensoren 18a–18c erfasst wird. Der Prüfer der vorhergesagten Quellensignale 34 vergleicht die replizierten Sensorsignaldaten mit den tatsächlichen abgetasteten Sensorsignaldaten, um die vorhergesagten Quellensignale zu prüfen.
Der digitale Signalprozessor 20 weist auch einen Anpasser der vorhergesagten Quellensignale 36 auf, der auf den Prüfer der vorhergesagten Quellensignale 34 anspricht, um die vorhergesagten Quellensignaldaten anzupassen, wenn die vorhergesagten Quellensignaldaten nicht vom Prüfer 34 geprüft werden. Die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28 sprechen auf den Anpasser der vorhergesagten Quellensignale 36 an und werden aktualisiert, um die Anpassungen zu enthalten, die an den vorhergesagten Quellensignaldaten durchgeführt wurden. Der Prüfer der vorhergesagten Quellensignale 34 prüft dann die angepassten vorhergesagten Quellensignaldaten in den Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28.
Dieser Prozess setzt sich über eine Anzahl von Iterationen fort, bis der Prüfer der vorhergesagten Quellensignale 34 die vorhergesagten Quellensignaldaten prüft, die in den Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28 gespeichert sind. Die überprüften vorhergesagten Quellensignaldaten werden dann als faktorisierte Quellensignale 38a–38c ausgegeben, die die Quellensignale 14a–14c darstellen, die jeder der Quellen 16a–16c zugeordnet sind. Eines oder mehr der faktorisierten Quellensignale 38a–38c kann dann selektiv zum Benutzer übertragen, aufgezeichnet oder anders weiter verarbeitet werden.
Das Verfahren 100, 2, der Faktorisierung des zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Komponenten oder Quellensignale gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt im Allgemeinen durch Abtasten des zusammengesetzten Wellenfelds 12 an jedem Sensor 18a–18c in dem Array von Sensoren, Schritt 110. Jeder der Sensoren 18a–18c wandelt das zusammengesetzte Wellenfeld in die elektrischen Sensorsignale 19a–19c um, Schritt 120. Die elektrischen Sensorsignale 19a–19c werden dann in dem Digitalisierer 22 multiplexiert und digitalisiert oder abgetastet, Schritt 130. Die Verwendung zum Beispiel des 66,150 Hz-8 Bit-Analog/Digital-Wandlers zur Digitalisierung der drei elektrischen Sensorsignale 19a–19c erzeugt drei digitale Ströme von Schalldaten, die mit einer Abtastrate von 22,050 Hz bei einer 8-Bit-Amplitude formatiert werden. Die Abtastfrequenz und Bittiefe können in Abhängigkeit von den Erfordernissen der besonderen Anwendung für Signal-Spektralbandbreite und Wiedergabetreue variieren.
Die abgetasteten Sensorsignale 24a–24c werden in digitalen Datenarrays abgetasteter Sensorsignale 26 entsprechend jedem Sensor 18a–18c gespeichert, Schritt 116. In einem Beispiel sind die abgetasteten Sensorsignale 24a–24c vorzugsweise in vielen Arrays gepuffert, die Längen von 1000 Elementen haben und auf 8 Bits digitalisierte 1000 Bytes enthalten. Eine Arraylänge von 1000 ist kurz genug, damit die Verarbeitungsverzögerung weniger als eine Zehntelsekunde beträgt, wodurch das System beim Liefern der faktorisierten Quellensignale an den Benutzer in Echtzeit mit keiner merklichen Verzögerung arbeiten kann. Die abgetasteten Sensorsignaldaten können ein oder mehr Bits nach links verschoben werden, wodurch dem Vorhersageprozess ein Fehler ermöglicht wird, der ein Bruchteil des Bits mit unterster Bedeutung ist. Nach der Verarbeitung werden 3 weitere Bits zu dem Array hinzugefügt, damit mit einem Bruchteil des Bits mit unterster Bedeutung in einer ganzen Zahl von 8 Bits gearbeitet werden kann. Zusätzlich zur Digitalisierung der Sensorsignale können die Signale zum Beispiel konditioniert werden, indem die Sensorverstärkung und Frequenzantwort in allen Sensoren angepasst werden.
Wenn die digitalen Datenarrays von abgetasteten Sensorsignalen 26 erstellt wurden, wird ein Block von abgetasteten Sensorsignaldaten aus den Arrays 26 zur Verarbeitung ausgewählt, Schritt 118. In einem Beispiel enthalten die Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten 26 mindestens erste und zweite Sätze von 1K Pufferspeichern. Wenn der erste Satz von Pufferspeichern mit Daten von jedem der abgetasteten Sensorsignale 24a–24c gefüllt wurde, fließt der abgetastete Sensorsignaldatenstrom zum zweiten Satz von Pufferspeichern, und die Verarbeitung des Blocks von Daten im ersten Satz von Pufferspeichern beginnt.
Um die vorhergesagten Quellensignale zu speichern, werden die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 28 für jede Energiequelle initialisiert, Schritt 120. Ehe die vorhergesagten Quellensignale geprüft werden, werden die vorhergesagten Quellensignaldaten in jedem der Arrays 26 um einen Wert verschoben, der gleich der jeweiligen Quellenverzögerung ist, die der Quelle zugeordnet ist, die vorhergesagt wird. Die jeder achsfernen Energiequelle 16a, 16c zugeordneten Quellenverzögerungen werden, Schritt 122, auf der Basis einer angenommenen Energiequellengeometrie erhalten, wie oben beschrieben, oder können durch Verwendung einer Querkorrelationsprozedur genauer bestimmt werden, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Wenn die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten 26 erstellt und die Quellenverzögerungen erhalten wurden, werden die vorhergesagten Quellensignaldaten für jede Quelle geprüft, Schritt 124. Um die vorhergesagten Quellensignale zu prüfen, werden die vorhergesagten Quellensignaldaten mit den geeigneten Quellenverzögerungen kombiniert, um replizierte Sensorsignale (auch als "Zeugen" bekannt) zu erzeugen, die den abgetasteten Sensorsignalen 24a–24c entsprechen. Die replizierten Sensorsignale werden mit den abgetasteten Sensorsignalen verglichen, um zu bestimmen, ob die vorhergesagten Quellensignale akzeptabel sind, Schritt 126. Der Vergleich erfolgt vorzugsweise durch Berechnung eines Vorhersage-Überprüfungsfaktors unter Verwendung der replizierten Sensorsignaldaten und der abgetasteten Sensorsignaldaten und durch Bestimmung, ob der Vorhersage-Überprüfungsfaktor einen vorbestimmten Wert erreicht hat. In einem Beispiel ist der Vorhersage-Überprüfungsfaktor eine objektive Funktion (auch als "Kostenfunktion" bekannt), die während des Anpassungsprozesses minimiert wird, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Wenn sich herausstellt, dass die vorhergesagten Quellensignale nicht akzeptabel sind, Schritt 126, werden die vorhergesagten Quellensignaldaten für jede Quelle korrigiert oder angepasst, Schritt 128. Die vorhergesagten Quellensignaldaten werden vorzugsweise unter Verwendung eines Zufallsprozesses angepasst, der zufällig bestimmt, ob die vorhergesagten Quellensignaldaten inkremental zunehmen oder abnehmen. In einem Beispiel wird der Zufallsanpassungsprozess unter Verwendung eines Simulated Annealing Algorithmus verwaltet, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Die angepassten vorhergesagten Quellensignaldaten werden mit den geeigneten Quellenverzögerungen kombiniert, um replizierte Sensorsignale zu produzieren, die wieder durch Berechnen des Vorhersage-Überprüfungsfaktors mit den tatsächlichen abgetasteten Sensorsignalen verglichen werden. Der Prozess setzt sich fort, bis der Vorhersage-Überprüfungsfaktor den vorbestimmten Wert erreicht (d.h. die Kostenfunktion einen akzeptablen Wert erreicht), und die geprüften vorhergesagten Quellensignale werden als die faktorisierten Quellensignale ausgegeben, Schritt 130. Nachdem die faktorisierten Quellensignale zur weiteren Verarbeitung ausgegeben wurden, kann ein weiterer Block von abgetasteten Sensorsignaldaten zur Verarbeitung ausgewählt werden, Schritt 118, und der Prozess wird wiederholt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Quellenverzögerungen von einer Querkorrelationsprozedur 200, 3, bestimmt. Ein Segment von mindestens zwei der Arrays von abgetasteten Sensorsignalen 26 wird ausgewählt, Schritt 202, d.h. ein erstes Segment des abgetasteten Sensorsignals 24b vom mittleren Sensor 18b und ein zweites Segment des abgetasteten Sensorsignals 24a vom linken Sensor 18a. Die Länge der Segmente ist vorzugsweise gleich. Die ausgewählten Segmente der abgetasteten Sensorsignaldaten werden dann gefiltert, Schritt 204, unter Verwendung des Filters 32. In einem Beispiel werden die Segmente hochpassgefiltert unter Verwendung eines Hochpassfilters 32, wie oben beschrieben, mit einer niedrigen Grenzfrequenz (z.B. etwa 650 Hz), die tief genug festgelegt wird, um ein ausreichendes Signal zur Verarbeitung zu liefern, und hoch genug, um eine ausreichende Auflösung in der teilweisen Querkorrelation zu liefern, die unter Verwendung der ersten und zweiten gefilterten Segmente der Sensorsignaldaten durchgeführt wird.
Ein Skalarprodukt der gefilterten ersten und zweiten Segmente der abgetasteten Sensorsignale wird berechnet, Schritt 206, und das Skalarprodukt wird in einem Querkorrelationsarray gespeichert, Schritt 208. Der Abtastindex des ersten gefilterten ausgewählten Segments wird dann um eine Einheit verschoben, Schritt 210. Der Prozess bestimmt, ob das der Verschiebung des Abtastindex des ersten gefilterten Segments entsprechende Zeitintervall über die maximal mögliche Quellenverzögerung für die gewählte Sensorgeometrie hinausgeht, Schritt 212. Wenn der Abtastindex des ersten gefilterten Segments nicht um mehr Einheiten als die maximal mögliche Quelle verschoben wurde, Schritt 212, wird ein weiteres Skalarprodukt aus dem verschobenen ersten gefilterten Segment und dem zweiten gefilterten Segment genommen, Schritt 206. Das Ergebnis dieses Skalarprodukts wird dann als das nächste Element in dem Querkorrelationsarray gespeichert, Schritt 208. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das erste gefilterte Segment um mehr Einheiten als die maximal mögliche Quellenverzögerung verschoben wurde, Schritt 212.
Die Datenelemente im Querkorrelationsarray werden dann abgefragt, um das maximale Element im Querkorrelationsarray zu finden, Schritt 214. Der Index minus 1 des maximalen Elements im Querkorrelationsarray wird dann ausgewählt und als die Verzögerung für eine Quelle im Quadranten negativer Verzögerungen gespeichert, d.h. die linke Quellenverzögerung, Schritt 216.
Um die Quellenverzögerung für eine Quelle im Quadranten positiver Verzögerungen zu bestimmen, d.h. die rechte Quellenverzögerung, werden die Prozesse der Berechnung eines Skalarprodukts der zwei gefilterten Segmente, Schritt 218, und des Speicherns des Skalarprodukts in einem Querkorrelationsarray, Schritt 220, wiederholt mit dem Index des ersten gefilterten Segments um minus 1 Einheit verschoben, Schritt 222. Wenn der Index des ersten gefilterten Segments in dieser Richtung um mehr Einheiten als die maximal mögliche Quellenverzögerung für die ausgewählte Sensorgeometrie verschoben wurde, Schritt 224, werden die Datenelemente im Querkorrelationsarray für das maximale Element 226 abgefragt. Der Index des maximalen Elements in dem Querkorrelationsarray wird dann als die Verzögerung einer Quelle im Quadranten positiver Verzögerungen gewählt, d.h. die rechte Quellenverzögerung, Schritt 228.
Das bevorzugte Verfahren enthält weiter das Speichern der Quellenverzögerung des linken oder negativen Quadranten und das Speichern der Quellenverzögerung des rechten oder positiven Quadranten zum Beispiel in einem Ringspeicher mit einer Länge von etwa 20 Tastproben, Schritt 230. Dieser Querkorrelationsprozess kann dann wiederholt werden unter Verwendung anderer abgetasteter Sensorsignaldaten von anderen Sensoren, falls vorhanden, Schritt 232. Im Anwendungsbeispiel wird zum Beispiel die Querkorrelationsprozedur wiederholt unter Verwendung von Segmenten der abgetasteten Sensorsignaldaten vom mittleren Sensor 18b und vom rechten Sensor 18c. Der Ringspeicher wird nach jeder Querkorrelation abgefragt, und die wahrscheinlichste Quellenverzögerung wird zur Verwendung bei der Verarbeitung der vorhergesagten Quellensignale ausgewählt, Schritt 234. Durch Speichern der Quellenverzögerungen im Ringspeicher oder einem ähnlichen Speichertyp wird das Verarbeiten der Quellenverzögerungen stabilisiert, und die Quellenverzögerungen können trotz der Nullergebnisse bestimmt werden, die während stiller Intervalle der Arrays erhalten werden, die korreliert werden.
Obwohl eine Quellenverzögerung für eine einzige Energiequelle in jedem der linken und rechten Quadranten im Ausführungsbeispiel ausreicht, können die resultierenden Daten verwendet werden, um Quellenverzögerungen ebenso vielen Quellen zuzuweisen wie bei der Verarbeitung der vorhergesagten Quellensignale notwendig sind.
Die Faktorisierung des zusammengesetzten Wellenfelds 12 in unabhängige Komponenten oder Signalquellen 14a–14c, die jeder Energiequelle 16a–16c zugeteilt sind, durch Vorhersage und Prüfung der Quellensignale ist ein Typ eines mathematischen Problems, das als nichtdeterministisches Polynomialzeitproblem (NP) bekannt ist, ein Problem, das keine analytische oder deterministische Lösung hat, sondern dessen Lösung einfach überprüft wird. Der Faktorisierungsprozess hat so eine wirksame Lösung und kann in einer Zeit gelöst werden, die als ein Zeitpolynom zunimmt anstatt exponential mit der Zeit. Die NP-Lösung für den Faktorisierungsprozess eines zusammengesetzten Wellenfelds verwendet vorzugsweise einen Zufallsprozess, um die Quellensignale vorherzusagen, und eine objektive Funktion (dem Fachmann als Kostenfunktion bekannt), um die vorhergesagten Quellensignale auszuwerten. Der Zufallsprozess wird verwendet, um die vorhergesagten Quellensignale anzupassen, bis die objektive Funktion einen akzeptablen Wert erreicht. Ein Simulated Annealing Algorithmus wird vorzugsweise verwendet, um den Zufallsprozess derart zu verwalten, dass eine globale Reduzierung der objektiven Funktion erreicht wird und der Zufallsprozess sich nicht auf einem lokalen Minimum blockiert. Die Verwendung der Vorgehensweise der NP-Lösung für die Faktorisierung des zusammengesetzten Wellenfelds erzeugt eine Vektorleistung von unabhängigen faktorisierten Quellensignalen im Gegensatz zu der Skalarleistung, die von der Vorgehensweise des adaptiven Arrays gemäß dem Stand der Technik erzeugt wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform verwenden der Prozess der Überprüfung des vorhergesagten Quellensignals 124, 4A und der Prozess der Anpassung des vorhergesagten Quellensignals 128, 4B die NP-Lösung zur Faktorisierung des zusammengesetzten Wellenfelds durch Überprüfung und Anpassung der vorhergesagten Quellensignale über eine Anzahl von Iterationen (j), bis der Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder die Kostenfunktion akzeptabel ist. Der Überprüfungsprozess des vorhergesagten Signals 124, 4A, beginnt durch Erhalt der vorhergesagten Quellensignaldatenelemente (P_c(i), P_l(i), P_r(i)) von den Arrays der vorhergesagten Quellensignaldaten 28, Schritt 302, wobei i der Index der Datenelemente in den Arrays 28 ist. Die vorhergesagten Quellensignaldaten werden mit den geeigneten Quellenverzögerungen (dt_l, dt_r) kombiniert, um replizierte Sensorsignaldaten oder Zeugen (R_c(i), R_l(i), R_r(i)) zu bilden, die der Leistung jedes der Sensoren 18a–18c entsprechen.
Im Anwendungsbeispiel werden die Indizes der Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten (P_l(i), P_r(i)), die den achsfernen Quellen entsprechen, um die jeweiligen Quellenverzögerungen (dt_l, dt_r) verschoben, die als Vielfache des Abtastintervalls dargestellt sind. Die replizierten Sensorsignale oder Zeugen werden folgendermaßen dargestellt: Rc(i) = Pc(i) + Pl(i) + Pr(i) Gleichung 2 Rl(i) = Pc(i) + Pl(i + dtl) + Pr(i + dtr) Gleichung 3 Rr(i) = Pc(i) + Pl(i – dtl) + Pr(i – dtr) Gleichung 4
Die Zeugen oder replizierten Quellensignale werden dann von jeweiligen tatsächlichen abgetasteten Quellensignale subtrahiert, und die Differenz zwischen den replizierten Quellensignaldatenelementen (R_c(i), R_l(i), R_r(i)) und den jeweiligen abgetasteten Sensorsignaldatenelementen (S_c(i), S_l(i), S_r(i)) werden in Testarrays (T_c(i), T_l(i), T_r(i) gespeichert, Schritt 304. Im Ausführungsbeispiel werden die Testarrays folgendermaßen berechnet: Tc(i) = Sc(i) – Rc(i) Gleichung 5 Tl(i) = Sl(i) – Rl(i) Gleichung 6 Tr(i) = Sr(i) – Rr(i) Gleichung 7
Unter Verwendung der Testarrays wird der Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder Kostenfunktion (E) berechnet, Schritt 308. Im Ausführungsbeispiel ist der Vorhersage-Überprüfungsfaktor vorzugsweise der mittlere quadratische Fehler, der durch Quadrieren jedes Elements des Testarrays (T_c(i), T_l(i), T_r(i)) und Summieren der Ergebnisse über alle Arrays für jeden Sensor und Dividieren durch die Anzahl von Arrayelementen erhalten wird, wie die folgende Gleichung zeigt:
Dann bestimmt das Verfahren, ob der Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder die Kostenfunktion unter einem vorbestimmten Wert oder einer Minimum-Kostenfunktion liegt, Schritt 310. Die akzeptable Minimum-Kostenfunktion wird vorzugsweise nach Installation des Prozessors 20 oder vor jeder Sitzung bestimmt, in der sie verwendet wird. Die Minimum-Kostenfunktion bestimmt die Perfektion der vorhergesagten Quellensignale und wird vorzugsweise nicht so gering festgesetzt, dass die Verarbeitung nicht in Echtzeit stattfinden kann. Bei der ersten Iteration sind die vorhergesagten Quellensignale (P_c(i), P_l(i), P_r(i)) typischerweise Null, und der Anfangsvorhersage-Überprüfungsfaktor oder die Kostenfunktion (E) ist die mittlere Energie der Quellensignale (S_c(i), S_l(i), S_r(i)). Der Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder die Kostenfunktion wird typischerweise nicht auf den vorbestimmten Wert reduziert, bis der Anpassungs- und Überprüfungsprozess des vorhergesagten Quellensignals eine Anzahl von Iterationen durchlaufen hat. In einem Beispiel wird der vorbestimmte Wert oder die Minimum-Kostenfunktion in etwa 100 Iterationen erreicht. Wenn die Vorhersage-Überprüfung unter dem vorherbestimmten Wert liegt, werden die vorhergesagten Quellensignale überprüft und als faktorisierte Quellensignale zur weiteren Verarbeitung ausgegeben, Schritt 312. Wie oben dargelegt, kann das Verfahren dann einen weiteren Block von abgetasteten Sensorsignaldaten zur Verarbeitung mit Verwendung der Vorhersage-Überprüfungs- und Anpassungsprozedur wählen.
Wenn der Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder die Kostenfunktion immer noch über dem vorherbestimmten Wert liegt, setzt das Verfahren den Anpassungsprozess des vorhergesagten Quellensignals 128 fort, 4B.
Vor der Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten wird ein Kontrollparameter (auch als Temperaturparameter T bekannt) aktualisiert, Schritt 314, zur Verwendung mit dem Simulated Annealing Algorithmus, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. In dem Ausführungsbeispiel wird der Kontrollparameter (T) mit einer willkürlichen Funktion der Iteration Nummer (j) wie folgt aktualisiert: Tj = Tj/log(1 + j) Gleichung 9
Der Anpassungsprozess des vorhergesagten Quellensignals 126 wählt dann ein vorhergesagtes Quellensignaldatenelement aus einem der Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten (P_c(i), P_l(i), P_r(i)) aus, Schritt 316, beginnend mit einer Anpassung oder Korrektur für das erste Element (i = 1) des Arrays von vorhergesagten Signalquellendaten. Das Verfahren wählt dann zufällig eine inkrementale Zunahme oder Abnahme im Arrayelement der vorhergesagten Quellensignaldaten aus, Schritt 318. In einem Beispiel produziert ein Zufallszahlengenerator eine Zufallszahl zwischen 0 und 1. Eine Zufallszahl größer als .5 legt nahe, dass das ausgewählte Arrayelement von vorhergesagten Quellensignaldaten zunimmt, während eine Zufallszahl unter .5 nahe legt, dass das ausgewählte Arrayelement von vorhergesagten Quellensignaldaten abnimmt. Wenn die Zufallszahl eine Zunahme nahe legt, wird ein inkrementaler Vorhersage-Überprüfungsfaktor oder Kostenfunktion (dE) für die nahe gelegte inkrementale Zunahme berechnet, Schritt 320. Eine Differenzierung der Kostenfunktion zeigt, dass die inkrementale Kostenfunktion (dE) für eine Zunahme um eine Einheit gleich einer kleinen anpassbaren Konstanten (dE0) minus die Summe der Testarrays (T_c(i) T_l(i), T_r(i)) ausgewertet mit dem Index (i) ist, der als durch die geeigneten Verzögerungen erhöht betrachtet wird, wie durch die folgenden Gleichungen gezeigt wird: dEc(i) = dE0 – (Tc(i) + Tl(i) + Tr(i)) Gleichung 10 dEl(i) = dE0 – (Tc(i) + Tl(i – dtl) + Tr(i + dtl)) Gleichung 11 dEr(i) = dE0 – (Tc(i) + Tl(i – dtr) + Tr(i + dtr)) Gleichung 12
Wenn die Zufallszahl eine Abnahme nahe legt, wird die inkrementale Kostenfunktion (dE) für die nahe gelegte inkrementale Abnahme berechnet, Schritt 322. Die inkrementale Kostenfunktion (dE) für eine Einheitszunahme ist gleich einer kleinen anpassbaren Konstanten plus die Summe der Testarrayelemente (T_c(i), T_l(i), T_r(i)) erhöht um die geeigneten Verzögerungen, wie durch die folgenden Gleichungen gezeigt wird: dEc(i) = dE0 + (Tc(i) + Tl(i) + Tr(i)) Gleichung 13 dEl(i) = dE0 + (Tc(i) + Tl(i – dtl) + Tr(i + dtl)) Gleichung 14 dEr(i) = dE0 + (Tc(i) + Tl(i – dtr) + Tr(i + dtr)) Gleichung 15
Das Verfahren wertet dann die berechnete inkrementale Kostenfunktion (dE) aus und bestimmt, ob die nahe gelegte Anpassung des vorhergesagten Quellensignaldatenelements akzeptiert wird oder nicht. Wenn sich herausstellt, dass die inkrementale Kostenfunktion negativ ist, Schritt 324, wird die nahe gelegte Korrektur oder Anpassung in dem Array von vorhergesagten Quellensignaldatenelementen akzeptiert, Schritt 326. So werden die vorhergesagten Quellensignale zufällig in einer Weise angepasst, die die Kostenfunktion verringert und sich zur Überprüfung der vorhergesagten Quellensignale bewegt. Im Ausführungsbeispiel wird das Arrayelement der vorhergesagten Quellensignaldaten inkrementiert (nimmt zu oder ab) durch die Summe der Testarrays, die verwendet werden, um die inkrementale Kostenfunktion (dE) zu bestimmen, dividiert durch eine positive Zahl (Ia), die zu Beginn jeder Iteration verändert werden kann, Schritt 326, wie durch die folgende Gleichung gezeigt wird: P(i) = P(i) ± (dE/Ia – Ib) Gleichung 16
Die anpassbaren Parameter dE0, Ia und Ib werden vor dem Faktorisierungsprozess festgelegt und werden so gewählt, dass sie den Algorithmus optimieren. Im Allgemeinen ist es die Strategie, große Korrekturen (d.h. inkrementieren oder dekrementieren) zu Beginn der Iterationen durchzuführen, um schnell zum vorbestimmten Endwert zu kommen. Die inkrementale Kostenfunktion (dE) wird so skaliert, dass sie groß beginnt und klein wird, wenn der vorbestimmte Wert erreicht wird. Um eine Korrektur um eine volle dE zu vermeiden, die die Lösung instabil machen könnte, wird dE durch die positive Zahl Ia dividiert, die größer ist als 1. Das Skalieren kann durch Veränderung des Parameters Ia vor jeder Iteration kontrolliert werden. Um zu verhindern, dass die Korrektur P(i) zu klein wird, wird der variable Parameter Ib subtrahiert oder addiert, je nachdem, ob das Element zunimmt oder abnimmt, um das Niveau für eine Mindestkorrektur festzulegen. In einem Beispiel werden die Parameter ursprünglich folgendermaßen festgelegt: dE0 = 0, Ia = 5, und Ib = 1.
Wenn die inkrementale Kostenfunktion positiv ist, wird die nahe gelegte Anpassung zurückgewiesen, es sei denn, es wird ein Simulated Annealing verwendet, um zu bestimmen, dass die Anpassung durchgeführt werden sollte. Wenn Simulated Annealing verwendet wird, bestimmt das Verfahren, ob die Exponentialfunktion exp(–dE/T) der inkrementalen Kostenfunktion größer ist als eine Zufallszahl zwischen 0 und 1, Schritt 328, wobei dE die vorher berechnete inkrementale Kostenfunktion und T der Kontroll- oder Temperaturparameter ist, der für jede Iteration angepasst wird. Wenn die Exponentialfunktion größer ist als die Zufallszahl, Schritt 330, wird die Anpassung an das Arrayelement von vorhergesagten Quellensignaldaten akzeptiert, Schritt 332. Diese Simulated Annealing Technik erlaubt eine gelegentliche Zunahme des Vorhersage-Überprüfungsfaktors oder der Kostenfunktion, um den Zufallsprozess, der die Kosten minimiert, daran zu hindern, auf einem lokalen Minimum zu blockieren, anstatt zu einem globalen Minimum weiterzugehen.
Wenn die inkrementalen Kostenfunktion positiv ist und die Exponentialfunktion der inkrementalen Kostenfunktion geringer ist als die Zufallszahl, wird das Arrayelement von vorhergesagten Quellensignaldaten nicht angepasst, Schritt 334. Das Verfahren geht dann zu dem Element am Index (i) im nächsten Array von vorhergesagten Quellensignaldaten, Schritt 336, und die Anpassungsprozedur 320 wird wiederholt. Alternativ kann der Prozess des Anpassens und Überprüfens eines Elements der vorhergesagten Quellensignaldaten für jedes Array von vorhergesagten Quellensignaldaten, Schritte 314–334, parallel verarbeitet werden.
Wenn das Element am ausgewählten Index (i) in jedem der Arrays von vorhergesagten Signalquellendaten (P_c(i), P_l(i), P_r(i)) verarbeitet wurde, wird der Abtastindex (i) inkrementiert, Schritt 338, und das nächste Element jedes der Arrays von vorhergesagten Signalquellendaten wird dementsprechend verarbeitet. Wenn alle Datenarrayelemente in jedem der Arrays von vorhergesagten Signalquellendaten aktualisiert wurden, Schritt 340, geht das Verfahren zurück zur Überprüfungsprozedur, um eine weitere Iteration (j = j + 1) durchzuführen, Schritt 342. Die Überprüfungsprozedur 300 verwendet dann die angepassten vorhergesagten Quellensignaldaten, um replizierte Quellensignale zu bilden, Schritt 304, Testarrays zu berechnen, Schritt 306, und die Kostenfunktion zu berechnen, Schritt 308, und wieder zu bestimmen, ob die Kostenfunktion unter dem vorbestimmten Wert liegt, Schritt 310. Das Verfahren setzt sich durch viele Iterationen fort, bis die Kostenfunktion die akzeptablen Kostenfunktion erreicht und die vorhergesagten Quellensignale als faktorisierte Quellensignale ausgegeben werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, das zusammengesetzte Wellenfeld ohne Rücksicht auf Quellenorientierungsfehler zu faktorisieren. Der Zufallsprozess, der verwendet wird, um die vorhergesagten Quellensignale anzupassen und zu überprüfen, toleriert jede Diskrepanz zwischen den angenommenen Quellenverzögerungen und den tatsächlichen Quellenverzögerungen, abgesehen davon, dass mehr Iterationen und Verarbeitungszeit notwendig sind, um eine Genauigkeit zu erhalten, die mit derjenigen vergleichbar ist, die bei Verwendung der korrekten Quellenverzögerungen erhalten wird. Während die Quellenverzögerungen genauer bestimmt werden bei Verwendung der Querkorrelationstechnik, werden weniger Iterationen benötigt, wodurch die Verarbeitungszeit reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, mit Nachhall umzugehen. Die vorliegende Erfindung behandelt den Nachhall, indem sie die Zielquelle als die Energiequelle direkt vor den Sensoren nimmt und die durch den Nachhall erzeugten virtuellen Schallquellen als Schallquellen im linken oder rechten Quadranten (achsfern) verarbeitet. Der Nachhall würde so nicht in der Vorhersage für die in der Achse liegende Quelle oder Zielquelle erscheinen, die an den Benutzer weitergegeben wird. Aufgrund der Toleranz der vorliegenden Erfindung bezüglich Fehlern in der Quellenorientierung können diese virtuellen Schallquellen mit einer minimalen Verschlechterung des faktorisierten Zielquellensignals verarbeitet werden. Wenn eine der achsfernen Quellen als Zielquelle gewählt werden soll, kann das System zusätzliche vorhergesagte Quellensignale verwenden, die zusätzlichen achsfernen Quellen entsprechen, wobei diese zusätzlichen vorhergesagten Quellensignale verwendet werden, um den Nachhall oder andere Tonstörungen zu absorbieren.
Ein weiterer Vorteil des Systems und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, ein Array von Sensoren zu verwenden, die eine Geometrie mit Abständen haben, die wesentlich kleiner als die Wellenlänge der dominierenden Schallenergie sind, zum Beispiel ein Abstand der Sensoren, der weniger als ein Viertel der Wellenlänge der dominierenden Sprachfrequenzen ist. Der relativ kleine Abstand der Sensoren in dem Array führt zu grobkörnigen Quellenverzögerungseinheiten. Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, das zusammengesetzte Wellenfeld mit ungenauen Quellenverzögerungen zu faktorisieren, ermöglicht die Verwendung eines Arrays von Sensoren mit Abständen, die sehr viel kleiner sind als die Wellenlänge der dominierenden Schallenergie.
Zusätzlich zu seiner Verwendung in einem Hörgerät kann das System der vorliegenden Erfindung auch in anderen Anwendungen zur Faktorisierung von Schallfeldern verwendet werden. Zum Beispiel kann das Array von Mikrophonen in einem Computermonitor eingebaut werden, und die Stimme des sich vor dem Computer befindlichen Benutzers kann vom Computer faktorisiert und verarbeitet werden. Das System kann auch von den Medien als ein hochausrichtbares Mikrophon verwendet werden, indem das faktorisierte Quellensignal von einer Sprache unter einer Anzahl von Sprachquellen aufgezeichnet wird. Das System kann auch in einem Kontext einer Gruppen-Videokonferenz verwendet werden, indem eine einzige Sprachquelle zur Verwendung für die Übertragung als der zugehörige Ton des Videos ausgewählt wird.
Daher faktorisiert das erfindungsgemäße System und Verfahren effektiv ein zusammengesetztes Wellenfeld in unabhängige Komponenten oder Quellensignale, die von jeder der getrennten Energiequellen erzeugt werden, um unabhängige vektorfaktorisierte Quellensignale zu produzieren. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung faktorisiert tatsächlich das zusammengesetzte Wellenfeld in die faktorisierten Quellensignale, ohne von einer genauen Bestimmung der Quellenverzögerungen abhängig zu sein, die jeder der Energiequellen bezüglich der Sensoren zugeordnet sind. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auch in der Lage, die achsfernen Quellenverzögerungen unter Verwendung einer Querkorrelationsprozedur genau zu bestimmen, falls gewünscht. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung faktorisiert auch das zusammengesetzte Wellenfeld in die faktorisierten Quellensignale in Gegenwart von Nachhall ohne eine wesentliche Verschlechterung der auf der Achse befindlichen Zielquelle durch den Nachhall.
Veränderungen und Ersetzungen durch einen Fachmann werden als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend angesehen, die nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Verfahren zum Faktorisieren eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Quellensignale, wobei jedes der unabhängigen Quellensignale von einer von mehreren Energiequellen erzeugt wird, die zusammen das zusammengesetzte Wellenfeld ergeben, wobei das Verfahren aufweist: Abtastung des zusammengesetzten Wellenfelds mit einem Array von Sensoren; Umwandlung des von jedem der mehreren Sensoren abgetasteten zusammengesetzten Wellenfelds in mehrere elektrische Sensorsignale, die das von jedem der Sensoren abgetastete zusammengesetzte Wellenfeld darstellen; Digitalisierung jedes der mehreren elektrischen Sensorsignale, um abgetastete Sensorsignaldaten zu bilden, die das von jedem der Sensoren abgetastete zusammengesetzte Wellenfeld darstellen; Erstellen mehrerer vorhergesagter Quellensignaldaten-Arrays zum Speichern vorhergesagter Quellensignaldaten entsprechend jeder der mehreren Energiequellen; Bestimmung von Quellenverzögerungswerten für jede der mehreren Energiequellen, wobei die Quellenverzögerungswerte ein Zeitdifferential jedes der unabhängigen Quellensignale darstellen, die an jedem Sensor des Arrays von Sensoren ankommen; Überprüfung der replizierten Sensorsignaldaten durch Kombination der vorhergesagten Quellensignaldaten entsprechend jeder der Energiequellen mit den entsprechenden Quellenverzögerungswerten für jede der mehreren Energiequellen, um replizierte Sensorsignaldaten zu produzieren, die jedem Sensor im Array von Sensoren entsprechen, und durch Berechnung eines Vorhersage-Überprüfungsfaktors unter Verwendung der replizierten Sensorsignaldaten und der abgetasteten Sensorsignaldaten; Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten unter Verwendung eines Zufallsverfahrens; Wiederholung der Schritte der Überprüfung und Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten für mehrere Iterationen, bis der Vorhersage-Überprüfungsfaktor einen vorbestimmten Wert erreicht, bei dem die vorhergesagten Quellensignale überprüft sind; und Ausgabe der überprüften vorhergesagten Quellensignale als die unabhängigen faktorisierten Quellensignale.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorhersage-Überprüfungsfaktor die mittlere quadratische Differenz der abgetasteten Sensorsignaldaten und der replizierten Sensorsignaldaten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Anpassung der vorhergesagten Quellensignaldaten umfasst: a. zufällige Wahl einer inkrementalen Zunahme oder einer inkrementalen Abnahme eines vorhergesagten Quellensignaldatenelements aus den Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten; b. Berechnung eines inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors auf der Basis der inkrementalen Zunahme oder der inkrementalen Abnahme des vorhergesagten Quellensignaldatenelements; c. Bestimmung, ob das vorhergesagte Quellensignaldatenelement auf der Basis des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors angepasst wird; und d. Wiederholung der Schritte a bis c für jedes vorhergesagte Quellensignaldatenelement in jedem der Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestimmung, ob das vorhergesagte Quellensignaldatenelement auf der Basis des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors angepasst wird, die Anpassung des vorhergesagten Quellensignaldatenelements nur dann umfasst, wenn der inkrementale Vorhersage-Überprüfungsfaktor negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Bestimmung, ob das vorhergesagte Quellensignaldatenelement auf der Basis des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors angepasst wird, umfasst: Anpassung des vorhergesagten Quellensignaldatenelements, wenn der inkrementale Vorhersage-Überprüfungsfaktor negativ ist; und Anpassung des vorhergesagten Quellensignaldatenelements, wenn eine Exponentialfunktion des inkrementalen Vorhersage-Überprüfungsfaktors, exp(–dE/T), größer ist als eine Zufallszahl zwischen 0 und 1, wobei dE der inkrementale Vorhersage-Überprüfungsfaktor und T ein Kontrollparameter ist, der bei jeder der mehreren Iterationen verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Berechnung des Vorhersage-Überprüfungsfaktors umfasst: Subtrahieren der replizierten Sensorsignaldaten von den abgetasteten Sensorsignaldaten, was zu Testarrays führt, die jedem der Sensoren entsprechen; Quadrieren jedes Datenelements in den Testarrays; Summieren der quadrierten Datenelemente in allen Testarrays; und Dividieren der Summe durch eine Anzahl von Testarrayelementen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung von Quellenverzögerungswerten für jede der mehreren Energiequellen die Zuordnung mindestens eines vorbestimmten Quellenverzögerungswerts auf der Basis einer angenommenen Anordnung der Energiequellen und des Arrays von Sensoren aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine vorbestimmte Quellenverzögerungswert einen Quellenverzögerungswert im rechten Quadranten und einen Quellenverzögerungswert im linken Quadranten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung von Quellenverzögerungswerten für jede der mehreren Energiequellen einen Querkorrelationsprozess aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Querkorrelationsprozess die folgenden Schritte aufweist: a. Auswahl von Segmenten eines Paars von abgetasteten Sensorsignalen aus den abgetasteten Sensorsignaldaten; b. Filterung jedes Segments des Paars von abgetasteten Sensorsignalen, um erste und zweite gefilterte Sensorsignalsegmente zu bilden; c. Berechnung eines Skalarprodukts der ersten und zweiten gefilterten Sensorsignalsegmente; d. Sicherung des Skalarprodukts in einem Querkorrelationsarray; e. Verschiebung eines Index des ersten gefilterten Sensorsignalsegments um eine Einheit, um ein erstes verschobenes gefiltertes Sensorsignalsegment zu bilden; f. Wiederholung der Schritte c–e, bis das erste verschobene gefilterte Sensorsignalsegment öfter als eine vorbestimmte maximale Anzahl von Einheiten verschoben wurde; und g. Bestimmen des Quellenverzögerungswerts auf der Basis eines Index des maximalen Elements in dem Querkorrelationsarray.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiter folgende Schritte aufweist: Auswahl von Segmenten eines anderen Paars von abgetasteten Sensorsignalen aus den abgetasteten Sensorsignaldaten; Wiederholung der Querkorrelationsschritte b–g; Speichern jedes Quellenverzögerungswerts in einem Pufferspeicher; und Wählen eines wahrscheinlichsten Quellenverzögerungswerts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sensorarray zwei Sensoren umfasst, und wobei die mehreren Energiequellen drei Energiequellen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zusammengesetzte Wellenfeld ein zusammengesetztes akustisches Feld ist, das unabhängige akustische Quellensignale aufweist, die von akustischen Quellen produziert werden, und wobei das Array von Sensoren akustische Sensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die akustischen Quellen Sprachquellen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Array von akustischen Sensoren drei akustische Sensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiter aufweist: Auswahl einer der Energiequellen als Zielquelle; Umwandlung der faktorisierten unabhängigen Quellensignaldaten entsprechend der Zielquelle in ein faktorisiertes akustisches Signal; und Übertragung des faktorisierten akustischen Signals zu mindestens einem Ohr eines Benutzers.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die mehreren Energiequellen drei Energiequellen umfassen, und die Zielquelle eine zentrale Quelle der drei Energiequellen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiter die Aufzeichnung der faktorisierten Quellensignaldaten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zusammengesetzte Wellenfeld ein zusammengesetztes elektromagnetisches Feld ist, das mehrere elektromagnetische Wellenkomponenten hat, die von mehreren elektromagnetischen Quellen produziert werden.
System zur Faktorisierung eines zusammengesetzten Wellenfelds in unabhängige Quellensignale, wobei jedes der unabhängigen Quellensignale von einer der mehreren Energiequellen erzeugt wird, die zusammen das zusammengesetzte Wellenfeld produzieren, wobei das System aufweist: ein Array von Sensoren, um das zusammengesetzte Wellenfeld abzutasten und das zusammengesetzte Wellenfeld in mehrere elektrische Sensorsignale umzuwandeln; einen Digitalisierer, der auf das Array von Sensoren anspricht, zur Digitalisierung der mehreren elektrischen Sensorsignale, um abgetastete Sensorsignaldaten zu formen, die jedem der Arrays von Sensoren entsprechen; einen Signalprozessor, der auf den Digitalisierer anspricht, um die mehreren abgetastetem Sensorsignale zu verarbeiten, und um faktorisierte Quellensignale zu bestimmen, wobei der Signalprozessor umfasst: Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten, die auf den Digitalisierer ansprechen, um die abgetasteten Sensorsignaldaten für jeden der Sensoren zu speichern; Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten zum Speichern vorhergesagter Quellensignaldaten, die jeder der mehreren Energiequellen entsprechen; einen Prüfer vorhergesagter Quellensignale, der auf die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten anspricht, um replizierte Sensorsignaldaten durch Kombination der vorhergesagten Quellensignaldaten mit Quellenverzögerungswerten, die jeder der mehreren Energiequellen zugeordnet sind, zu berechnen, und um durch Vergleich mit den abgetasteten Sensorsignaldaten zu überprüfen, ob der replizierte Sensorsignaldatenwert akzeptabel ist; und einen Anpasser des vorhergesagten Quellensignals, der auf den Prüfer des vorhergesagten Quellensignals anspricht, um den vorhergesagten Quellensignaldatenwert in den Arrays von vorhergesagten Quellensignalen anzupassen, bis der replizierte Sensorsignaldatenwert akzeptabel ist.
System nach Anspruch 20, wobei das zusammengesetzte Wellenfeld ein zusammengesetztes akustisches Feld ist, das mehrere akustische Quellensignale aufweist, die von mehreren akustischen Quellen produziert werden, und wobei das Array von Sensoren akustische Sensoren umfasst.
System nach Anspruch 20, wobei der Signalprozessor aufweist: ein Filter, das auf die Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten anspricht, zum Filtern von Segmenten der abgetasteten Sensorsignaldaten; ein Quellenverzögerungsrechner, der auf das Filter anspricht, um die Quellenverzögerungswerte unter Verwendung von gefilterten Segmenten der abgetasteten Sensorsignaldaten und eines Querkorrelationsprozesses zu berechnen, und wobei der Prüfer des vorhergesagten Quellensignals auf den Quellenverzögerungsrechner anspricht, um die Quellenverzögerungswerte zu empfangen, die zur Berechnung der vorhergesagten zusammengesetzten Wellenfelddaten verwendet werden.
System nach Anspruch 20, wobei der Prüfer des vorhergesagten Quellensignals unter Verwendung der replizierten Sensorsignaldaten und der abgetasteten Sensorsignaldaten einen Vorhersage-Überprüfungsfaktor berechnet.
System nach Anspruch 20, wobei der Anpasser des vorhergesagten Quellensignals die vorhergesagten Quellensignaldaten unter Verwendung eines Zufallsverfahrens und eines Simulated Annealing Algorithmus anpasst.
Hörsystem zum selektiven Hören einer einzelnen Schallkomponente in einem zusammengesetzten Schallfeld, wobei die einzelne Schallkomponente von einer von mehreren Schallquellen erzeugt wird, die zusammen das zusammengesetzte Schallfeld produzieren, wobei das System aufweist: ein Array von akustischen Sensoren zum Abtasten des zusammengesetzten Schallfelds und zum Umwandeln des zusammengesetzten Schallfelds in mehrere elektrische Sensorsignale; einen Digitalisierer, der auf das Array von akustischen Sensoren anspricht, zur Digitalisierung der mehreren elektrischen Sensorsignale, um abgetastete Sensorsignaldaten zu formen, die jedem der Arrays von Sensoren entsprechen; einen Signalprozessor, der auf den Digitalisierer anspricht, um die mehreren abgetasteten Sensorsignale zu verarbeiten und um die einzelne Schallkomponente zu bestimmen, wobei der Signalprozessor aufweist: Arrays von abgetasteten Sensorsignaldaten, die auf den Digitalisierer ansprechen, um die abgetasteten Sensorsignaldaten für jeden der Sensoren zu speichern; Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten zum Speichern vorhergesagter Quellensignaldaten, die jeder der mehreren Schallquellen entsprechen; einen Prüfer eines vorhergesagten Quellensignals, der auf die Arrays von vorhergesagten Quellensignaldaten anspricht, um replizierte Sensorsignaldaten durch Kombination der vorhergesagten Quellensignaldaten mit Quellenverzögerungswerten zu berechnen, die jeder der mehreren Schallquellen zugeordnet sind, und um durch Vergleich mit den abgetasteten Sensorsignaldaten zu überprüfen, ob der replizierte Sensorsignaldatenwert akzeptabel ist; und einen Anpasser eines vorhergesagten Quellensignals, der auf den Prüfer eines vorhergesagten Quellensignals anspricht, um die vorhergesagten Quellensignaldaten in den Arrays von vorhergesagten Quellensignalen anzupassen, bis der replizierte Sensorsignaldatenwert akzeptabel ist.