DE69932626T2

DE69932626T2 - Signalverarbeitungsvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE69932626T2
Application number: DE69932626T
Authority: DE
Inventors: Siew Kok Hui
Original assignee: Bitwave Pte Ltd
Current assignee: Bitwave Pte Ltd
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: US20060072693A1; WO2000030264A1; EP1131892A1; EP1131892B1; US7289586B2; US6999541B1; DE69932626D1; JP2002530922A; ATE335309T1

Description

Technologischer Hintergrund und Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Signalen und eine Vorrichtung dafür.
In zahlreichen Situationen wurden Beobachtungen zum Ausgang eines Mehrfacheingangs- und Mehrfachausgangssystem angestellt, wie etwa einem Phase Array System, Sonar Array System oder Mikrofon-Array System, von dem es erwünscht ist, das gewünschte Signal allein mit all den unerwünschten Signalen, einschließlich Rauschen, beseitigten und unterdrückten Signalen, zurück zu gewinnen. In einem Mikrofon-Array System für eine Spracherkennungsanwendung beispielsweise ist es das Ziel, das Zielsprachsignal im Vorhandensein von Hintergrundrauschen und Nebensprechern zu verbessern.
Der allgemein am weitesten verbreitete Ansatz zur Rausch- oder Interferenzunterdrückung in einem Mehrkanalfall wurde von Widrow etc. in „Adaptive Antenna Systems", Proc. IEEE, Vol. 55, Nr. 12, Dezember 1967, und „Signal Cancellation Phenomena in Antennas: causes and cures", IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. AP30, Mai 1982 vorgeschlagen. Außerdem von L. J. Griffiths etc. in „An Alternative Approach to Linearly Constrained Adaptive Beam forming", IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. AP30, 1982. Bei diesen und anderen ähnlichen Ansätzen trennt die Signalverarbeitungsvorrichtung das wahrgenommene Signal in einen primären Kanal, der sowohl das Zielsignal als auch das Interferenzsignal und Rauschen enthält, und einen sekundären Kanal, der nur Interferenzsignal und Rauschen enthält. Die Interferenzsignale und das Rauschen in dem primären Kanal werden unter Benutzung eines adaptiven Filters mit dem sekundären Kanalsignal als Eingang geschätzt, wobei das geschätzte Interferenz- und Rauschsignal von dem primären Kanal abgezogen werden, um das erwünschte Zielsignal zu erhalten.
Es gibt zwei hauptsächliche Nachteile der obigen Ansätze. Der erste ist, dass vorausgesetzt wird, dass der sekundäre Kanal nur Interferenzsignale und Rauschen umfasst. Diese Voraussetzung könnte in der Praxis aufgrund von Ableitung erwünschter Signale in den sekundären Kanal aufgrund Gerätefehlstellen und begrenzter Array-Abmessung nicht richtig sein. Der zweite ist, dass vorausgesetzt wird, dass die Interferenzsignale und das Rauschen genau aus dem sekundären Kanal geschätzt werden können. Diese Voraussetzung könnte in der Praxis ebenfalls nicht richtig sein, da diese eine große Anzahl an Freiheitsgraden erfordert, wobei dies einen sehr langen Filter und eine große Array-Abmessung beinhaltet. Ein sehr langer Filter führt zu anderen Problemen wie Konvergenz und Instabilitätsverhältnis.
Der erste Nachteil führt zu Signalunterdrückung. Dies verschlechtert die Leistung der Vorrrichtung. Abhängig von der Eingangssignalleistung kann diese Verschlechterung schwerwiegend sein und zu einer dürftigen Qualität der rekonstruierten Sprache führen, da auch ein Teil des erwünschten Signals durch den Filtervorgang unterdrückt wird. Der zweite Nachteil führt zu dürftiger Interferenz- und Rauschunterdrückung insbesondere von Niederfrequenzinterferenzsignalen, deren Wellenlänge das Vielfache der Abmessung des Array betragen.
US 4,931,977 beschreibt einen adaptiven Signalprozessor, der zur Diskriminierung zwischen einem erwünschten Signal und einer Anzahl unerwünschter Signale benutzt ist. Bei dieser Anordnung ist ein Satz gewichteter Signale von einem Array von Sensoren ausgebildet, und diese Signale werden dann sachgemäß summiert, um das/die unerwünschte/n Signal/e zu unterdrücken und das erwünschte Signal zu bewahren. Dies stellt im Vergleich zu einer bekannten LMS-Schleife und einer bekannten Compton-Schleife eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereit.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Signalverarbeitungsvorrichtung und verfahren bereitzustellen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Verarbeiten von Signalen angegeben, die von einem Array von Sensoren empfangen wurden, umfassend die Schritte des Samplens und digitalen Umwandelns und des Verarbeitens der digital umgewandelten Signale zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, wobei das Verarbeiten aufweist das Filtern der Signale unter Verwendung eines ersten adaptiven Filters, der zum Verbessern eines Signals, das als Zielsignal der digital umgewandelten Signale identifiziert wurde, eingerichtet ist, und eines zweiten adaptiven Filters, der zum Unterdrücken eines unerwünschten Signals und Verarbeiten der gefilterten Signale im Frequenzraum zum weiteren Unterdrücken des unerwünschten Signals eingerichtet ist.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Bestimmens einer Signalenergie der Signale und des Bestimmens einer Rauschenergie der Signalenergie umfassen. Die Signalenergie kann bestimmt werden durch Puffern von N/2 Samples des digitalisierten Signals in ein Schieberegister zum Ausbilden eines Signalvektors der folgenden Form
wobei J = N/2 ist; und durch Schätzen der Signalenergie unter Anwendung der folgenden Gleichung
wobei E_τ die Signalenergie ist. Die Rauschenergie kann bestimmt werden durch Messen der Signalenergie E_τ von Blöcken der digital umgewandelten Signale und Berechnen der Rauschenergie E_n gemäß
wobei das hochgestellte K die Blockzahl und α ein empirisch gewählter Wichtungsfaktor ist.
Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Bestimmens einer Rauschschwelle aus der Rauschenergie und des Aktualisierens der Rauschenergie und Rauschschwelle, wenn die Signalenergie unter der Rauschschwelle liegt. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Bestimmens, ob ein Zielsignal vorhanden ist, durch Vergleichen der Signalenergie mit einer Signalschwelle. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Bestimmens der Signalschwelle aus der Rauschschwelle und des Aktualisierens der Signalschwelle, wenn die Signalenergie unter der Rauschschwelle liegt. Die Rauschschwelle T_n1-kann bestimmt werden gemäß Tn1 = δ1En wobei δ₁ ein empirisch gewählter Wert und E_ndie Rauschenergie ist.
Die Signalschwelle T_n2 kann bestimmt werden gemäß Tn2 = δ2En wobei δ₂ ein empirisch gewählter Wert und E_n die Rauschenergie ist.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Bestimmens der Ankunftsrichtung des Zielsignals aufweisen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Verarbeitens der Signale von zwei beabstandeten Sensoren des Array mit einem dritten adaptiven Filter zum Bestimmen der Ankunftsrichtung. Das Verfalhren kann ferner aufweisen den Schritt des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, falls das Signal nicht aus einem ausgewählten Winkelbe reich auf das Array aufgetroffen ist. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Berechnens des Ausmaßes der Kreuzkorrelation von Signalen von zwei beabstandeten Sensoren des Arrays und des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, falls der Kreuzkorrelationsgrad geringer als ein ausgewählter Wert ist. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Berechnens des Rückstrahlungsausmaßes des Signals von Filtergewichten des ersten und dritten adaptiven Filters. Das Verfahren kann ferner aufweisen das Berechnen einer Korrelationszeitverzögerung zwischen den Signalen von einem Bezugskanal der Kanäle und einem anderen der Kanäle.
Das Rückstrahlungsausmaß C_rv wird berechnet gemäß
wobei T die Transponierte eines Vektors bezeichnet und W_su der Filterkoeffizient des ersten Filters und W_td der Filterkoeffizient des dritten Filters ist.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, wenn das Rückstrahlungsausmaß einen Rückstrahlungsgrad anzeigt, der einen ausgewählten Wert übersteigt, aufweisen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Steuerns des Betriebs des ersten Filters zum Ausführen eines adaptiven Filterns, der nur dann ausgeführt wird, falls das Zielsignal als vorhanden angesehen wird. Der erste adaptive Filter kann mehrere Kanäle aufweisen, die die digitalisierten Signale als Eingang empfangen und eine Summe und zumindest ein Differenzsignal als Ausgang bereitstellen, wobei die Differenzsignalkanäle Filterelemente mit entsprechenden Filtergewichten enthalten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Berechnens eines Verhältnisses der Energie in den Summen- und Differenzkanälen aufweisen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Behandelns des Signals als das Zielsignal enthaltend, falls das Verhältnis anzeigt, dass die Energie in dem Summenkanal um mehr als einen ausgewählten Faktor größer als die Energie in den Differenzkanälen ist. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Behandelns des Signals als das Zielsignal enthaltend, der nur dann ausgeführt wird, wenn die Signalenergie eine Schwelle übersteigt. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Steuerns des Betriebs des zweiten Filters zum Ausführen eines adaptiven Filterns, der nur dann ausgeführt wird, wenn das Zielsignal als nicht vorhanden angesehen wird. Der zweite adaptive Filter kann mehrere Kanäle aufweisen, die Eingangssignale von dem ersten adaptiven Filter empfangen und als Ausgang ein Summensignal, das vom ersten adaptiven Filter empfangen wurde, ein Fehlersignal und zumindest ein Differenzsignal bereitstellen, wobei die Differenzsignalkanäle weitere Filterelemente mit entsprechenden weiteren Filtergewichten enthalten. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Skalierens der weiteren Filtergewichte, wenn die Normen der weiteren Filtergewichte eine Schwelle übersteigen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Kombinierens des Summensignals und des Fehlersignals zum Ausbilden eines einzelnen Signals S(t) der Form S(t) = W1Sc(t) + W2ec(t)wobei S_c(t) das Summensignal zur Zeit t, e_c(t) das Fehlersignal zur Zeit t und W₁ und W₂ Gewichtswerte sind.
Das zumindest eine Differenzsignal kann zumindest zwei Differenzsignale umfassen, und das Verfahren kann ferner den Schritt des Kombinierens der Differenzsignale zum Ausbilden eines einzelnen Signals aufweisen. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Anwenders eines Hanning-Fensters auf das einzelne Signal aufweisen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Transformierens des gefilterten Signals in zwei Frequenzraumsignale, ein erwünschtes Signal St und ein Interferenzsignal I_f, welche die transformierten Signale zum Bereitstellen einer Verstärkung für das erwünschte Signal verarbeiten und welche das durch Verstärkung modifizierte erwünschte Signal in den Zeitraum zum Bereitstellen eines Ausgangs zurück transformieren. Der Schritt des Verarbeiters kann den Schritt des Ausbilders von Spektren für die Frequenzraumsignale aufweisen. Die Spektren können modifizierte Spektren P_s, P_i des erwünschten Signals und des Störsignals von der Form ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + F(Sf)·rs Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + F(II)·ri sein, wobei „Real" und „Imag" das Nehmen der Beträge der Real- und Imaginärteile bezeichnen, r_s und r_i Skalare sind und F(S_f) und F(I_f) eine Funktion von S_f bzw. I_f bezeichnen.
Die Funktion kann eine Potenzfunktion sein.
Die Spektren können von der Form Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + (If·conj(If))·ri ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + (Sf·conj(Sf))·rs sein, wobei „Conj" die konjugiert komplexe Zahl bezeichnet.
Die Funktion kann eine Multiplikationsfunktion sein.
Die Spektren können von der Form Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + |Real(Sf)|·|Imag(Sf)|·rs Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + |Real(If)|·|Imag(If)|·ri. sein.
Der Schritt des Verarbeitens kann den Schritt des Verziehens (Warping) der Signal- und Interferenzspektren in eine Bark-Skala zum Ausbilden eines entsprechenden Signal- und Interferenz-Barkspektrums aufweisen. Der Schritt des Verarbeitens kann ferner den Schritt des Berechnens eines System-Rausch-Barkspektrums enthalten. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Kombinierens des Interferenz-Barkspektrums und des System-Rausch-Barkspektrum zum Ausbilden eines kombinierten Rausch-Barkspektrums aufweisen.
Das kombinierte Rausch-Barkspektrum kann folgende Form aufweisen: By = Ω1Bi + Ω2Bn wobei Ω₁ und Ω₂ Gewichtungswerte sind, B_i das Interferenz-Barkspektrum ist und B_n das System-Rausch-Barkspektrum ist.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Berechnens eines Signal-Rausch-Verhältnisses aus den Spektren und des Ableitens der Verstärkung aus dem Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. Das Verfahren kann ferner aufweisen den Schritt des Modifizierens des Signal-Rausch-Verhältnisses mit einem Skalierungsfaktor, der sich allmählich von einem ersten Wert beim Beginnen des Signals auf einen zweiten Wert ändert, bei dem der Skalierungsfaktor während der Dauer des Signals beibehalten wird, bis das Signal endet, zu welchem Zeitpunkt der Skalierungsfaktor auf den ersten Wert zurückgesetzt wird.
Der Skalierungsfaktor kann sich in mehreren Schritten ändern. Der Skalierungsfaktor kann sich exponentiell ändern.
Die Schritte des Verarbeitens unter Benutzung des ersten adaptiven Filters und des zweiten adaptiven Filters können das Verarbeiten der Signale im Zeitraum aufweisen, und das Verfahren kann ferner den Schritt des Transformierens der so verarbeiteten Signale in den Frequenzraum aufweisen.
Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern eines wahrgenommenen Zielsignals aus einer vorgegebenen oder bekannten Ankunftsrichtung. Die Vorrichtung beseitigt und unterdrückt die unerwünschten Signale und Rauschen aus ihrer durch die Vorrichtung gekoppelten Überwachung. Es ist ein Ansatz zum Verbessern des Zielsignals in einem realistischeren Szenarium offenbart, in dem sowohl das Zielsignal als auch das Interferenzsignal und Rauschen in den überwachsen Signalen gekoppelt sind. Ferner wird keine Voraussetzung bezüglich der Anzahl oder der Ankunftsrichtung der Interferenzsignale angenommen.
Die beschriebene Ausführungsform enthält ein Array von Sensoren, z.B. Mikrofone, die jeweils einen entsprechenden Signalkanal definieren, ein Array von Empfängern mit Vorverstärkern, ein Array von A/D-Wandlern zum digitalen Umwandeln wahrgenommener Signale und einen digitalen Signalprozessor, der die Signale verarbeitet. Aus den wahrgenommenen Signalen leitet die Vorrichtung ein verbessertes Zielsignal weiter und reduziert das Rauschen und die Interferenzsignale. Die Vorrichtung ermöglicht einen Kompromiss zwischen Interferenz- und Rauschunterdrückungspegel und Signalqualität. Es werden keine Voraussetzungen zur Anzahl von Interferenzsignalen und die Charakteristik des Rauschens angenommen.
Der digitale Signalprozessor umfasst einen ersten Satz von adaptiven Filtern, die als räumlicher Signalfilter unter Benutzung eines ersten Kanals als Bezugskanal wirken. Dieser Filter entfernt das Zielsignal „s" aus dem gekoppelten Signal und leitet die restlichen Elemente des gekoppelten Signals, nämlich Interferenzsignale „u" und Systemrauschen „q" in einen Interferenz- plus Rauschkanal, der als Differenzkanal bezeichnet wird. Dieser Filter verbessert außerdem das Zielsignal „s" und leitet es in einen anderen Kanal, der Summenkanal genannt wird. Der Summenkanal umfasst das verbesserte Zielsignal „s" und die Interferenzsignale „u" und Rauschen „q".
Das Zielsignal „s" könnte aufgrund der plötzlichen Bewegung eines Zielsprechers oder eines Objekts in der Nähe des Sprechers nicht vollständig aus dem Differenzkanal entfernt werden, daher kann dieser Kanal manchmal ein Restzielsignal enthalten, das zu Signalunterdrückung führen kann. Die beschriebene Ausführungsfonn reduziert dies jedoch erheblich.
Die Signale aus dem Differenzkanal werden in einen zweiten adaptiven Filtersatz eingespeist. Dieser Satz Filter schätzt adaptiv die Interferenzsignale und das Rauschen im Summenkanal.
Die geschätzten Signale werden in einen Interferenzsignal- und Rauschunterdrückungsprozessor eingespeist, der das Rauschen und die Interferenzsignale aus dem Smmenkanal beseitigt und unterdrückt und das verbesserte Zielsignal ausgibt.
Das Aktualisieren der Parameter der Sätze von adaptiven Filtern wird unter Benutzung eines weiteren Prozessors ausgeführt, der als vorläufiger Signalparameter-Schätzer (Preliminary Signal Parameters Estimator) bezeichnet ist und der die wahrgenommenen Signale empfängt und den Rückstrahlungspegel des Signals, den Systemrauschpegel, den Signalpegel, Schätz signalerkennungsschwellen und den Ankunftswinkel des Signals schätzt. Diese Information wird vom Entscheidungsprozessor benutzt, um zu entscheiden, ob eine Parameteraktualisierung erforderlich ist.
Eine Anwendung der beschriebenen Ausführungsform der Erforderung ist Sprachverbesserung in einer Kraftfahrzeugumgebung, in der die Richtung des Zielsignals bezüglich des Systems bekannt ist. Wieder eine andere Anwendung ist der Spracheingang für Spracherkennungsanwendungen. Wiederum ist die Ankunftsrichtung des Signals bekannt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird nun beispielhaft eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen.
1 ein allgemeines Szenarium darstellt, in dem die Erfindung benutzt sein kann,
2 eine schematische Darstellung eines allgemeinen Digitalsignalverarbeitungssystems ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert,
3 ein Systemebenenblockdiagramm der beschriebenen Ausführungsform von 2 ist,
4a bis 4c ein Ablaufdiagramm ist, das den Betrieb der Ausführungsform von 3 darstellt,
5 eine typische Koordinatendarstellung von nichtlinearer Energie eines Kanals und der eingerichteten Schwellen zeigt,
6(a) eine Wellenfront darstellt, die aus 40° weg von der Ziellinienrichtung ankommt,
6(b) eine Zeitverzögerungsschätzvorrichtung darstellt, die einen adaptiven Filter nutzt,
6(c) die Impulsreaktion des Filters darstellt, die eine Wellenfront aus der Ziellinienrichtung anzeigt,
7 den Rückstrahlungspegel des empfangenen Signals über Zeit darstellt,
8 das schematische Blockdiagramme des vierkanaligen, adaptiven räumlichen Filters zeigt,
9 das schematische Blockdiagramm der adaptiven Interferenz- und Rauschschätzvorrichtung von 3 zeigt,
10 einen Eingangssignalpuffer zeigt,
11 die Anwendung eines Hanning-Fensters auf überlappende Signalblöcke zeigt,
12 einen plötzlichen Rauschpegelanstieg der nichtlinearen Energiedarstellung darstellt, und
13 die Wiederanpassung der Schwellen darstellt, um den plötzlichen Rauschenergiepegelanstieg widerzuspiegeln.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 stellt schematisch die Betriebsumgebung einer Signalverarbeitungsvorrichtung 5 der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung dar, in einem vereinfachten Beispiel eines Raums gezeigt. Ein Zielschallsignal „s", das in einer bekannten Richtung von einer Quelle s' ausgesendet ist und auf einen Sensorarray auftrifft, wie etwa das Mikrofon-Array 10 der Vorrichtung 5, ist mit anderen, unerwünschten Signalen gekoppelt, nämlich Interferenzsignale u1, u2 von anderen Quellen A, B, Reflektionen dieser Signale u1r, u2r und das reflektierte Signal sr des Zielsignals selbst. Diese unerwünschten Signale bewirken Interferenz und verschlechtern die Qualität des Zielsignals „s", wenn es von dem Sensor-Array empfangen wird. Die tatsächliche Anzahl unerwünschter Signale hängt von der Anzahl von Quellen und der Raumgeometrie ab, wobei zur Vereinfachung der Erläuterung jedoch nur drei Reflektions- (Echo-) Wege und drei direkte Wege dargestellt sind. Das Sensor-Array 10 ist mit den Verarbeitungsschaltungen 20 bis 60 verbunden, und ein Rauscheingang q ist den Schaltungen zugeordnet, der das Zielsignal weiter verschlechtert.
Eine Ausführungsform der Signalverarbeitungsvorrichtung 5 ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung nimmt die Umgebung mit einem Array von vier Sensoren, wie etwa den Mikrofonen 10a - 10d wahr. Ziel- und Rausch-/Interferenzsignale sind gekoppelt, wenn sie auf jeden der Sensoren auftreffen. Das Signal, das von jedem der Sensoren empfangen wird, wird durch einen Verstärker 20a-d verstärkt und unter Benutzung eines A/D-Wandlers 30a-d in einen digitalen Bitstrom umgewandelt. Die Bitströme werden parallel in den digitalen Signalprozessor 40 zur digitalen Verarbeitung eingespeist. Der Prozessor leitet ein Signal an einen D/A-Wandler 50, das in einen Leitungsverstärker 60 eingespeist wird, um einen finalen Analogausgang bereitzustellen.
3 zeigt die hauptsächlichen Funktionsblöcke des Digitalprozessors detaillierter. Die gekoppelten Mehrfacheingangssignale werden von dem Vierkanalmikrofon-Array 10a – 10d empfangen, die jeweils einen Signalkanal ausbilden, wobei der Kanal 10a der Bezugskanal ist. Die empfangenen Signale werden an ein Empfängereingangsteil weitergeleitet, das die Funktionen der Verstärker 20 und A/D-Wandler 30 in einem einzelnen anwenderspezifischen Chip bereitstellt. Die digitalisierten Vierkanalausgangssignale werden parallel in den digitalen Signalprozessor 40 eingespeist. Der digitale Signalprozessor 40 weist vier Unterprozessoren auf. Diese sind (a) ein vorläufiger Signalparameter-Schätzer (Preliminary Signal Parameters Estimator) und Entscheidungsprozessor 42, (b) ein adaptiver, räumlicher Signalfilter 44, (c) eine adaptive, lineare Interferenz- und Rauschschätzvorrichtung 46 und (d) ein adaptiver Interferenz- und Rauschbeseitigungs- und -unterdrückungsprozessor 48. Der grundlegende Signalfluss läuft vom Prozessor 42 zu Prozessor 44 zu Prozessor 46 zu Prozessor 48. Diese Verbindungen sind durch dicke Pfeile in 3 dargestellt. Das gefilterte Signal S wird vom Prozessor 48 ausgegeben. Entscheidungen, die zum Betrieb des Prozessors 40 notwendig sind, werden im Allgemeinen vom Prozessor 42 getroffen, der Information von den Prozessoren 44 bis 48 empfängt, Entscheidungen auf der Grundlage dieser Information trifft und Befehle über Verbindungen an die Prozessoren 44 bis 48 sendet, die durch dünne Pfeile in 3 dargestellt sind.
Es ist ersichtlich, dass das Aufteilen des Prozessors 40 in die vier Bestandteile 42, 44, 46 48 im Wesentlichen fiktiv ist und erfolgt, um das Verständnis des Betriebs des Prozessors zu erleichtern. Der Prozessor 40 wäre in Wirklichkeit als einzelner Mehrfunktionsdigitalprozes sor verkörpert, der die beschriebenen Funktionen unter der Steuerung eines Programms mit geeignetem Speicher und anderen Peripheriegeräten ausführt.
Ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Prozessoren darstellt, ist in 4a-4c gezeigt, wobei dieses zunächst allgemein beschrieben wird. Eine genauere Erläuterung von Aspekten des Prozessorbetriebs folgt dann im Anschluss.
Das Eingangsteil (front end) 20, 30 verarbeitet Samples der von dem Array 10 empfangenen Signale auf einer vorgegebenen Samplefrequenz, beispielsweise 16 kHz. Der Prozessor 42 enthält einen Eingangspuffer 43, der N derartiger Samples für jeden der vier Kanäle enthalten kann. Nach der Initialisierung sammelt die Vorrichtung einen Block von N/2 neuer Signalsamples für alle die Kanäle im Schritt 500, sodass der Puffer einen Block von N/2 neuer Samples und einen Block von N/2 vorheriger Samples enthält. Der Prozessor 42 beseitigt dann jeglichen DC aus den neuen Samples und verstärkt vor oder macht weiß die Samples im Schritt 502.
Es folgt dann eine kurze Initialisierungsperiode im Schritt 504, in der die ersten 20 Blöcke von N/2 Signalsamples nach dem Start zum Schätzen der Umgebungsrauschenergie E_n benutzt werden und zwei Erkennungsschwellen, eine Rauschschwelle T_n1 und eine größere Signalschwelle T_n2, vom Prozessor 42 aus E_n unter Benutzung von Skalierfaktoren berechnet werden. Während dieser kurzen Periode wird die Annahme gemacht, dass keine Zielsignale vorhanden sind. Diese Signale werden jedoch weiterhin verarbeitet, sodass ein anfänglicher Bark-Skala-Systemrauschwert im Schritt 570 unten abgeleitet werden kann.
Nach dieser Initialisierungsperiode aktualisieren sich die Energien und Schwellen automatisch wie unten beschrieben. Die Samples aus dem Bezugskanal 10a werden für diesen Zweck benutzt, obgleich jeder andere Kanal benutzt werden könnte.
Die gesamte nichtlineare Energie der Signalsamples E_τ wird dann bei Schritt 506 berechnet.
Im Schritt 508 wird bestimmt, ob die Signalenergie E_τ über der Schwelle T_n1 liegt. Wenn nicht, werden das Umgebungsrauschen E_n und die zwei Schwellen im Schritt 510 unter Benutzung des neuen Werts von E_τ, der in Schritt 506 berechnet wurde, aktualisiert. Das Bark-Skala-Systemrauschen B_n (siehe unten) wird über Punkt F gleicherweise aktualisiert. Die Routine leitet dann zu Punkt B weiter. Wenn ja, wird das Signal an eine Schwellenanpassungsunterroutine 512 bis 518 geleitet.
Die Schritte 512 bis 518 werden zum Ausgleichen abrupter Änderungen des Umgebungsrauschpegels benutzt, die die Schwellen auffangen können. Ein Zeitzähler wird zum Bestimmen benutzt, ob der Signalpegel eine Dauerzustandszunahme zeigt, die ein Zunehmen des Rauschens anzeigen würde, da das Sprachzielsignal erhebliche Veränderung über die Zeit zeigt und dadurch unterschieden werden kann. Dies ist in 12 gezeigt, in der ein Signalrauschpegel von einem Anfangspegel auf einen neuen Pegel ansteigt, der beide Schwellen übersteigt. Im Schritt 512 wird ein Zeitzähler C_c erhöht. Im Schritt 512 wird C_c mit einer Schwelle T_cc abgeglichen. Wenn die Schwelle nicht erreicht wird, leitet das Programm zu dem Schritt 520 weiter, der unten beschrieben ist. Wenn die Schwelle erreicht wird, dann wird die geschätzte Rauschenergie E_nim Schritt 516 durch ein Mehrfaches σ erhöht, und E_n, T_n1 und T_n2 werden im Schritt 518 aktualisiert. Die Wirkung davon ist in 13 dargestellt. Der Zähler wird zurückgesetzt und das Aktualisieren endet, wenn die Signalenergie E_τ geringer als die zweite Schwelle T_n2 ist, wie im Schritt 520 unten getestet.
Es wird im Schritt 520 ein Test ausgeführt, um zu sehen, ob die geschätzte Energie E_τ im Bezugskanal 10a die zweite Schwelle T_n2 übersteigt. Wenn ja, wird ein Kandidatenzielsignal als vorhanden angesehen. Die Vorrichtung wünscht nur Kandidatenzielsignale zu verarbeiten, die auf das Array 10 aus einer bekannten Richtung auftreffen, die senkrecht zu dem Array ist, im Folgenden als Ziellinienrichtung bezeichnet, oder aus einer begrenzten Winkelabweichung davon, in dieser Ausführungsform plus oder minus 15 Grad. Daher ist die nächste Phase das Überprüfen von allen aus dieser Richtung ankommenden Signalen.
Im Schritt 524 werden zwei Koeffizienten eingerichtet, nämlich ein Korrelationskoeffizient C_x und eine Korrelationszeitverzögerung T_d, die zusammen eine Angabe der Richtung bereitstellen, aus der das Zielsignal angekommen ist.
Im Schritt 526 werde zwei Tests durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Kandidatenzielsignal ein tatsächliches Zielsignal ist. Erstens muss der Korrelationskoeffizient C_x eine vorgegebene Schwelle T_c übersteigen und zweitens muss die Größe des Zeitverzögerungskoeffizienten geringer als ein Wert sein, der anzeigt, dass das Signal innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs auf das Array aufgetroffen ist. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt werden, wird das Signal nicht als Zielsignal betrachtet, und die Routine leitet zu Punkt B weiter. Wenn die Bedingungen erfüllt werden, leitet die Routine zu Punkt A weiter.
Wenn sich herausstellt, dass im Schritt 520 die geschätzte Energie E_τ im Bezugskanal 10a die zweite Schwelle T_n2 nicht übersteigt, wird das Zielsignal als nicht vorhanden angesehen, und die Routine leitet über Schritt 522, bei dem der Zähler C_c zurückgestellt wird, zu Punkt B weiter. Dies erfolgt, weil die Schwelle an diesem Punkt über dem Pegel der gesamten Signalenergie E_τ liegt, wodurch angezeigt ist, dass die Schwelle folglich über dem Umgebungsrauschenergiepegel E_n liegen muss und somit ein Aktualisieren von E_n nicht länger notwendig ist.
Daher wurde das Signal bei den Punkten A und B vorbereitend in ein Zielsignal (Punkt A) oder ein Rauschsignal (Punkt B) eingeteilt.
An Punkt A anschließend wird das Signal bei Schritt 528 bis 532 einem weiteren Test unterzogen. In Schritt 528 wird bestimmt, ob die Filterkoeffizienten W_su von dem Filter 44 bereits aktualisiert wurden. Falls nicht, werden die anschließenden Schritte 530, 532 übergangen, da sich diese zu Berechnungszwecken auf die Koeffizienten von dem Filter 44 stützen. Wenn ja, wird ein Rückstrahlungskoeffizient C_rv berechnet, der ein Ausmaß des Rückstrahlungsgrads des Signals vorsieht, und bei Schritt 532 wird bestimmt, ob C_rv eine Schwelle T_rv übersteigt. Wenn ja, zeigt dies einen annehmbaren Rückstrahlungspegel in dem Signal an, und die Routine leitet zu Schritt 534 (Zielsignalfiltern) weiter. Wenn nicht, schließt sich das Signal dem Weg von Punkt B zu Schritt 536 (Nichtzielsignalfiltern) an.
Das nunmehr bestätigte Zielsignal wird in den adaptiven räumlichen Signalfilter 44 eingespeist, dessen Zweck es ist, das Zielsignal zu verbessern. Dem Filter wird befohlen, adaptives Filtern in den Schritten 534 und 538 durchzuführen, bei denen die Filterkoeffizienten Wsu unter Anwendung des LMS-Algorithmus angepasst werden, um ein "Zielsignal-plus-Rausch"-Signal im Bezugskanal und "Nur-Rausch"-Signale in den restlichen Kanälen vorzusehen. Der Ausgangskanal des Filters 44, der zum Bezugskanal äquivalent ist, wird der Zweckmäßigkeit halber als Summenkanal bezeichnet, und der Ausgang des Filters 44 von den anderen Kanälen Differenzkanäle. Das derart verarbeitete Signal wird der Zweckmäßigkeit halber als A' bezeichnet.
Wenn das Signal als Rauschsignal betrachtet wird, leitet die Routine zu Schritt 536 weiter, bei dem die Signale durch den Filter 44 geleitet werden, ohne dass die Filterkoeffizienten angepasst werden, um die Summen- und Differenzkanalsignale auszubilden. Die derart verarbeiteten Signale werden der Zweckmäßigkeit halber als B' bezeichnet.
Die Wirkung des Filters 44 besteht darin, lediglich dann das Signal zu verbessern, wenn es als Zielsignal erkannt ist.
Im Schritt 540 wird vom Prozessor 42 ein Energieverhältnis R_sd zwischen dem Summenkanal und den Differenzkanälen geschätzt. Im Schritt 542 werden zwei Tests durchgeführt. Zunächst leitet die Routine, wenn die Signale A'-Signale aus Schritt 534 sind, zu Schritt 550 weiter. Zweitens wird für die Signale, für die E_τ> T_n2 (d.h. hoher Energiepegel), R_sd mit einer Schwelle T_sd verglichen. Wenn das Verhältnis niedriger als T_sd ist, zeigt dies wahrscheinliches Rauschen an, aber wenn es höher ist, kann dies anzeigen, dass ein Verlust des Zielsignals in den Differenzkanal vorgelegen hat, was immerhin das Vorhandensein eines Zielsignals anzeigt. Für solche Zielsignale leitet die Routine ebenfalls zu Schritt 550 weiter. Für alle anderen Nichtzielsignale leitet die Routine zu Schritt 544 weiter.
Im Schritt 544 – 560 werden die Signale vom adaptiven, linearen Interferenz- und Rauschschätzfilter 46 verarbeitet, dessen Zweck es ist, die unerwünschten Signale zu reduzieren. Dem Filter 46 wird im Schritt 544 befohlen, ein adaptives Filtern der Nichtzielsignale auszuführen, mit der Absicht, die Filterkoeffizienten anzupassen, um das unerwünschte Signal im Summenkanal auf einen kleinen Fehlerwert e_c zu reduzieren.
Um eine Signalbeseitigung weiter zu verhindern, wird vom Prozessor 42 bei Schritt 546 die Norm der Filterkoeffizienten berechnet. Wenn diese Norm im Schritt 548 einen vorgegebenen Wert [T_no] übersteigt, werden die Filterkoeffizienten im Schritt 549 auf einen reduzierten Wert skaliert.
In der Alternative werden die Zielsignale bei Schritt 550 in den Filter 46 eingespeist, wobei diesmal jedoch kein adaptives Filtern stattfindet, sodass die Summen- und Differenzsignale den Filter durchlaufen.
Ein Ausgang des Summenkanalsignals ohne Veränderung wird gleichfalls durch den Filter 46 geleitet.
Die Ausgangssignale aus dem Prozessor 46 sind somit das Summenkanalsignal S_c (Punkt C), gefilterte Differenzsignale D_c (Punkt E) und das Fehlersignal e_c (Punkt D). Im Schritt 562 wird ein gewichteter Mittelwert S(t) des Fehlersignals e_c und des Summenkanalsignals berechnet, und die Signale aus den Differenzkanälen D_c werden zum Ausbilden eines einzelnen Signals I(t) summiert.
Diese Signale S(t) und I(t) werden dann für die neuen N/2 Samples und die letzten N/2 Samples des vorhergehenden Blocks gesammelt, und ein Hanning-Fenster H_n wird auf die gesammelten Samples zum Ausbilden von Vektoren S_h, und I_h, angewendet, wie in 10 gezeigt. Dies ist eine Überlappungstechnik mit überlappenden Vektoren S_n, I_n, die fortlaufend aus vorigen und derzeitigen Blöcken von N/2 Samples ausgebildet werden. Dies ist in 11 dargestellt. Eine schnelle Fourier-Transformation wird dann auf die Vektoren S_h, und I_h angewendet, um die Vektoren im Schritt 564 in Frequenzbereichsäquivalente S_f und I_f zu transformieren.
Im Schritt 566 wird ein modifiziertes Spektrum für die transformierten Signale berechnet, um "Pseudo"-Spektrumwerte P_s und P_i vorzusehen, und diese Werte werden in derselben Bark-Frequenzskala gewarpt (warp), um bei Schritt 568 skalierte Bark-Frequenzwerte B_s und B_i vorzusehen.
Der Barkwert B_n des Systemrauschens des Summenkanals wird bei Schritt 570 unter Benutzung von B_s und dem vorherigen Wert von B_n aktualisiert, wenn die Bedingung bei Schritt 508 erfüllt wird (über Weg F). Beim Start wird B_n anfangs an diesem Block berechnet, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht. Dabei darf kein Zielsignal vorhanden sein, womit eine kurze Initialisierungsperiode nach dem Beginn der Signalerkennung erforderlich ist, damit dieser B_n-Anfangswert errichtet wird.
Es wird dann im Schritt 572 eine gewichtete Kombination By von B_n und B_i hergestellt, und diese wird mit B_s zum Errechnen der nichtlinearen Bark-Skalaverstärkung G_b im Schritt 574 kombiniert.
G_b wird dann auf den normalen Frequenzbereich entwarpt (unwarp), um einen Verstärkungswert G bei Schritt 578 vorzusehen, und dieser wird dann bei Schritt 580 zum Errechnen eines Ausgangsspektrums S_out unter Benutzung des Signalspektrums S_f von Schritt 564 benutzt. Dieses verstärkungsangepasste Spektrum unterdrückt die Interferenzsignale, das Umgebungsrauschen sowie Systemrauschen.
Es wird dann im Schritt 582 eine umgekehrte FFT auf das Spektrum Sout ausgeführt, und das Ausgangssignal wird dann im Schritt 584 aus den überlappenden Signalen unter Nutzung des Uberlappungsvorgangs wieder aufgebaut.
Hauptsächliche Schritte in dem oben beschriebenen Ablaufdiagramm werden nun detaillierter beschrieben.
Nichtlineare Energie- und Schwellenschätzung und Aktualisierung (Schritte 506 510) Der Prozessor 42 schätzt den Energieausgang aus einem Bezugskanal. In dem beschriebenen Vierkanalbeispiel ist der Kanal 10a als Bezugskanal genutzt.
N/2 Samples des digitalisierten Signals werden in ein Schieberegister gepuffert, um einen Signalvektor der folgenden Form
auszubilden, wobei J = N/2. Die Größe des Vektors hängt von den Auflösungsanforderungen ab. In der bevorzugten Ausführungsform ist J = 256 Samples.
Die nichtlineare Energie des Vektors wird dann unter Anwendung der folgenden Gleichung geschätzt:
Wenn das System initialisiert wird, wird die durchschnittliche System- und Umgebungsrauschenergie unter Nutzung der ersten 20 Blöcke des Signals geschätzt. Ein rekursiver Filter erster Ordnung wird zum Ausführen dieser Aufgabe benutzt, wie unten gezeigt:
wobei das hochgestellte K die Blockzahl und α ein empirisch gewähltes Gewicht zwischen Null und Eins ist. In dieser Ausführungsform ist α = 0,9.
Wenn die Rauschenergie E_n erhalten ist, werden die zwei Signalerkennungsschwellen T_n1 und T_n2 wie folgt eingerichtet: Tn1 = δ1En A.4 Tn2 = δ2En A.5δ₁ und δ₂ sind skalare Werte, die zum Auswählen der Schwellen zum Optimieren der Signalerkennung und zum Minimieren falscher Signalerkennung ausgewählt benutzt werden. Wie in 5 gezeigt, sollte T_n1 über dem Systemrauschpegel liegen, wobei T_n2 ausreichend sein sollte, um im Allgemeinen durch das potentielle Zielsignal durchbrochen zu werden. Diese Schwellen können durch Ausprobieren (try and error) gefunden werden. Es wurde herausgefunden, dass in dieser Ausführungsform δ₁ = 1,125 und δ₂ = 1,8 gute Resultate ergeben.
Wenn die Schwellen eingerichtet sind, kann E_n nach der Initialisierung in Schritt 510 wie folgt aktualisiert werden:
Die aktualisierten Schwellen können dann gemäß Gleichung A.4 und A.5 berechnet werden.
Zeitverzögerungsschätzung (T_d)(Schritt 524)
6a stellt eine einzelne Wellenfront dar, die auf das Sensor-Array auftrifft. Die Wellenfront trifft zuerst auf den Sensor 10d (A wie gezeigt), und zu einem späteren Zeitpunkt auf den Sensor 10a (A' wie gezeigt), nach einer Zeitverzögerung t_d. Dies ist so, weil das Signal in einem Winkel von 40 Grad aus der Ziellinienrichtung herkommt. Wenn das Signal aus der Ziellinienrichtung herkäme, wäre die Zeitverzögerung t_d idealerweise Null.
Die Zeitverzögerungsschätzung wird unter Benutzung einer angezapften Zeitverzögerungslinien-Verzögerungsschätzvorrichtung ausgeführt, die im Prozessor 42 enthalten ist, welcher in 6B gezeigt ist. Der Filter weist ein Verzögerungselement 600 mit einer Verzögerung Z^- ^L/2, das an den Bezugskanal 10a angeschlossen ist, und einen angezapften Verzögerungsleitungsfilter 610 mit einem Filterkoeffizienten W_td auf, der an den Kanal 10d angeschlossen ist. Das Verzögerungselement 600 bewirkt eine Verzögerung, die gleich der Hälfte von der des angezapften Verzögerungsleitungsfilters 610 ist. Der Ausgang aus dem Verzögerungselement ist d(k) und aus dein Filter 610 d'(k). Die Differenz dieser Ausgänge wird bei Element 620 genommen, wodurch ein Fehlersignal e(k) vorgesehen ist (wobei k ein Zeitindex ist, der zur Vereinfachung der Darstellung benutzt ist). Der Fehler wird zurück in den Filter 610 eingespeist. Der "Kleinste mittlere Quadrat-Algorithmus (Least Mean Square-Algorithmus, LMS-Algorithmus) wird zum Anpassen des Filterkoeffizienten W_td wie folgt angewendet:
wobei β_td ein vom Benutzer ausgewählter Konvergenzfaktor 0 < β_td ≤ 2 ist, ∥ ∥ die Norm eines Vektors bezeichnete, k ein Zeitindex ist und L₀ die Filterlänge ist.
Die Impulsreaktion des angezapften Verzögerungsleitungsfilters 620 am Ende der Anpassung ist in 6c gezeigt. Die Impulsreaktion wird gemessen, und die Position der Spitze oder des Maximalwerts der Impulsreaktion bezüglich des Ursprungs O ergibt die Zeitverzögerung T_d zwischen den zwei Sensoren, die außerdem der Ankunftswinkel des Signals ist. In dem gezeigten Fall liegt die Spitze in der Mitte, wodurch angezeigt ist, dass das Signal aus der Ziellinienrichtung (T_d = 0) kommt. Die Schwelle θ in Schritt 506 wird abhängig vom vorausgesetzten, möglichen Abweichungsgrad aus der Ziellinienrichtung, aus der das Zielsignal kommen könnte, ausgewählt. In dieser Ausführungsform ist θ äquivalent mit ± 15°. Normierte Kreuzkorrelationsschätzung C (Schritt 524)
Die normierte Kreuzkorrelationsschätzung zwischen dem Bezugskanal 10a und dem am weitesten entfernten Kanal 10d wird wie folgt berechnet:
Samples der Signale aus dem Bezugskanal 10a und Kanal 10d werden im Schieberegister X und Y gepuffert, wobei X die Länge der J Samples und Y die Länge der K Samples ist, wobei J > K, um zwei unabhängige Vektoren X_r und Y_r auszubilden:
Eine Zeitverzögerung zwischen den Signalen wird vorausgesetzt, und um diese Differenz zu erfassen, wird J größer als K gemacht. Die Differenz wird auf Grundlage eines interessierenden Winkels ausgewählt. Die normierte Kreuzkorrelation wird dann wie folgt berechnet:
wobei ^T die Transponierte des Vektors darstellt und ∥ ∥ die Norm des Vektors darstellt und 1 die Korrelationsverzögerung ist. 1 wird zum Umspannen der interessierenden Verzögerung ausgewählt. Bei einer Samplefrequenz von 16 kHz und einer Beabstandung zwischen den Sensoren 10a, 10d von 18 cm wird die Verzögerung 1 so ausgewählt, dass sie fünf Samples für einen interessierenden Winkel von 15° beträgt.
Die Schwelle T_c wird empirisch bestimmt. T_c = 0,85 wird in dieser Ausführungsform benutzt.
Signalrückstrahlungsschätzung C_rv (Schritt 530)
Der Rückstrahlungsgrad des empfangenen Signals wird unter Benutzung des Zeitverzögerungsschätzvorrichtungsfiltergewichts (time delay estimator filter weight) [Wtd], das in der obigen Berechnung von Td benutzt wird, und des Satzes von räumlichen Filtergewichten [W_su] aus dem Filter 44 (unten beschrieben) wie in der folgenden Gleichung gezeigt berechnet:
wobei ^T die Transponierte des Vektors darstellt und M der Kanal ist, der dem Filterkoeffizienten W_su zugeordnet ist. In dieser Ausführungsform werden drei Werte für C_rv berechnet, einer für jeden Filterkoeffizienten W_su. Der größte wird für nachfolgendes Verarbeiten benutzt.
Die Schwelle rv, die bei Schritt 506 benutzt wird, wird ausgewählt, um zu gewährleisten, dass das Signal nur dann als Zielsignal ausgewählt wird, wenn der Rückstrahlungspegel gemäßigt ist, wie in 7 dargestellt.
Adaptiver räumlicher Filter 44 Schritt 534, 536)
8 zeigt ein Blockdiagramm des adaptiven linearen räumlichen Filters 44. Die Funktion des Filters ist, die gekoppelten Ziel-, Interferenz- und Rauschsignale in zwei Arten zu trennen. Die erste, in einem einzelnen Ausgangskanal, der als Summenkanal bezeichnet wird, ist ein verbessertes Zielsignal mit geschwächter Interferenz und geschwächtem Rauschen, d.h. Signalen, die nicht aus der Zielsignalrichtung kommen. Die zweite, in den restlichen Kanälen, die als Differenzkanäle bezeichnet sind, die im Vierkanalfall drei separate Ausgänge umfassen, zielt darauf ab, nur Interferenz- und Rauschsignale zu umfassen.
Das Ziel ist, die Filterkoeffizienten des Filters 44 derart anzupassen, dass das Zielsignal verbessert und in den Summenkanal weitergeleitet wird und gleichzeitig das Zielsignal aus den gekoppelten Signalen entfernt wird und diese in die Differenzkanäle weitergeleitet werden.
Die adaptiven Filterelemente im Filter 44 wirken als lineare räumliche Prognosefilter (linear spatial prediction filter), die das Signal im Bezugskanal voraussagen, wann immer das Signal vorhanden ist. Der Filter stoppt das Anpassen, wenn das Signal als abwesend angesehen wird.
Die Filterkoeffizienten werden aktualisiert, wann immer die Bedingungen von Schritt 504 und 506 erfüllt werden, nämlich:

(i) der adaptive Schwellendetektor erkennt das Vorhandensein des Signals;
(ii) die Zeitverzögerungsschätzvorrichtung zeigt an, dass das Signal aus dem vorgegebenen Winkel angekommen ist;
(iii) die normierte Kreuzkorrelation des Signals übersteigt die Schwelle; und
(iv) der Rückstrahlungspegel ist niedrig.

Wie in 8 dargestellt, wird das digitalisierte, gekoppelte Signal X₀ von Sensor 10a durch ein digitales Verzögerungselement 710 mit Verzögerung Z^-Lsu/2 eingespeist. Die digitalisierten, gekoppelten Signale X₁, X₂, X₃ von den Sensoren 10b, 10c, 10d werden in jeweilige Filterelemente 712, 4, 6 eingespeist. Die Ausgänge der Elemente 710, 2, 4, 6 werden am Summierelement 718 summiert, wobei der Ausgang aus dem Summierungselement 718 am Dividierelement 719 durch 4 dividiert wird, um das Summenkanalsignal auszubilden. Der Ausgang aus dem Verzögerungselement 710 wird außerdem von den Ausgängen der Filter 712, 4, 6 an jeweiligen Differenzelementen subtrahiert, wobei der Ausgang aus jedem Differenzelement ein jeweiliges Differenzkanalausgangssignal ausbildet, das ebenfalls zurück in den jeweiligen Filter 712, 4, 6 eingespeist wird. Die Funktion des Verzögerungselements 710 ist, das Signal aus dem Bezugskanal 10a zeitlich am Ausgang aus den Filtern 712, 4, 6 auszurichten.
Die Filterelemente 712, 4, 6 passen sich parallel unter Anwendung des LMS-Algorithmus an, der durch die Gleichung E.1, E.8 gegeben ist, wobei der Ausgang des Summenkanals durch Gleichung E.1 gegeben ist und der Ausgang aus jedem Differenzkanal durch Gleichung E.6 gegeben ist:
Dabei ist m = 0,1,2...M-1, die Anzahl von Kanälen ist in diesem Fall 0...3 und ^T bezeichnet die Transponierte eines Vektors.
Dabei sind X_m(k) und W_su ^m(k) Spaltenvektoren der Dimension L_su*1.
Das Gewicht W_su ^m(k) wird unter Anwendung des LMS-Algorithmus wie folgt aktualisiert:
und wobei β_su ein vom Benutzer ausgewählter Konvergenzfaktor 0 < β_su ≤ 2 ist, ∥ ∥ die Norm eines Vektors bezeichnete und k ein Zeitindex ist.
Berechnung des Energieverhältnisses R_sd (Schritt 540)
Dies wird wie folgt ausgeführt:
J = N/2, die Anzahl der Samples, in dieser Ausführungsform 256.
Wobei E_SUM die Summenkanalenergie und E_DIF die Differenzkanalenergie ist.
Das Energieverhältnis zwischen dein Summenkanal und dem Differenzkanal (R_sd) darf eine vorgegebene Schwelle nicht übersteigen. In dem hier dargestellten Vierkanalfall ist die Schwelle auf ungefähr 1,5 festgelegt.
Adaptiver Interferenz- und Rauschschätzfilter 46 (Schritt 544, 550)
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des adaptiven Interferenz- und Rauschschätzfilters 46. Dieser Filter schätzt die Rausch- und Interferenzsignale und subtrahiert sie vom Summenkanal, um einen Ausgang mit reduziertem/er Rauschen und Interferenz abzuleiten.
Der Filter 46 nimmt Ausgänge von den Summen- und Differenzkanälen des Filters 44 und speist die Differenzkanalsignale parallel in einen anderen Satz adaptiver Filterelemente 750, 2, 4 und das Summenkanalsignal in ein entsprechendes Verzögerungselement 756 ein. Die Ausgänge von den drei Filterelementen 750, 2, 4 werden vom Ausgang des Verzögerungselements 756 am Differenzelement 758 zum Ausbilden eines Fehlerausgangs e_c subtrahiert, der ebenfalls zurück in die Filterelemente 750, 2, 4 eingespeist wird. Der Ausgang des Filterelements 756 wird ebenfalls direkt als Ausgang durchgeleitet, so wie die Ausgänge der drei Filterelemente 750, 2, 4.
Wiederum wird der LMS-Algorithmus zum Anpassen der Filterkoeffizienten W_uq wie folgt angewendet:

und wobei β_uq ein vom Benutzer ausgewählter Konvergenzfaktor 0 < β_uq ≤ 2 ist, und wobei m = 0,1,2...M-1 ist, die Anzahl der Kanäle ist in diesem Fall 0...3.
Berechnung der Norm von Filterkoeffizienten (Schritt 546)
Die Normen der Filterkoeffizienten 750, 2, 4 sind ebenfalls auf kleinere Werte als ein vorgegebener Wert beschränkt. Die Begründung dieser Beschränkung liegt darin, dass die Norm der Filterkoeffizienten groß ist, wenn ein Zielsignal in den Differenzkanal austritt. Das Abwärtsskalieren des Normwerts der Filterkoeffizienten reduziert die Signalunterdrückungswirkung.
Dies wird wie folgt berechnet:
wobei m = 1,2...M-1 ist, wobei die Kanäle W_uq Filter aufweisen. T_no ist eine vorgegebene Schwelle, und C_no ist ein Skalierungsfaktor, wobei beide empirisch geschätzt werden können.
Der Ausgang e_c der Gleichung F.1 ist in einer idealen Situation nahezu Interferenz- und rauschfrei. In einer realistischen Situation kann dies jedoch nicht erzielt werden. Dies bewirkt eine Signalunterdrückung, die die Zielsignalqualität verschlechtert, oder Rauschen und Interferenz werden durchgeleitet, und dies führt zu einer Herabsetzung des Ausgangssignal-Rausch/Interferenz-Verhältnisses. Das Signalunterdrückungsproblem ist in der beschriebenen Ausführungsform durch die Benutzung eines adaptiven, räumlichen Filters 44 reduziert, der den Zielsignalverlust in den Differenzkanal reduziert. In Fällen jedoch, in denen das Signal-Rausch/Interferenz-Verhältnis sehr hoch ist, könnte ein Zielsignal trotzdem in die Kanäle austreten.
Um das Zielsignalunterdrückungsproblem und die unerwünschte Signaldurchleitung in den Ausgang weiter zu reduzieren, werden die Ausgangssignale des Prozessors 46 in den adaptiven nichtlinearen Interferenz- und Rauschunterdrückungsprozessor 48 eingespeist, wie unten beschrieben.
Adaptiver nichtlinearer Interferenz- und Rauschunterdrückungsprozessor 48 (Schritt 562 – 584)
Dieser Prozessor verarbeitet Eingangssignale, die im Frequenzraum gekoppelt sind mit der allgemein bekannten Uberlappungs- und Blockverarbeitungstechnik.
Schritt 562: Das Ausgangssignal (e_c) und das Summenkanalausgangssignal (S_c) werden als gewichteter Mittelwert wie folgt kombiniert: S(t) = W1Sc(t) + W2ec(t) H.1
Die Gewichte (W₁, W₂) können zum Minimieren der Signalunterdrückung oder zum Verbessern unerwünschter Signalunterdrückung empirisch gewählt werden. In dieser Ausführungsform ist W₁ = W₂ = 0,5.
Das kombinierte Signal wird in einen Speicher gepuffert, wie in 10 dargestellt. Der Puffer umfasst N/2 neue Samples und N/2 alte Samples vom vorhergehenden Block. Gleicherweise werden die unerwünschten Signale des Differenzkanals gemäß dem Folgenden summiert und auf dieselbe Art und Weise wie der Summenkanal gepuffert:
Dabei ist i = 1,2...M-1 und M ist die Anzahl der Kanäle, in diesem Fall ist M = 4.
Ein Hanning-Fenster wird dann auf die N Samples der gepufferten Signale, wie in 11 dargestellt, angewendet, wie folgt mathematisch ausgedrückt:
wobei (H_n) ein Hanning-Fenster der Dimension N ist, wobei N die Dimension des Puffers ist. Der „Punkt" bezeichnet Punkt-für-Punkt-Multiplikation der Vektoren. t ist ein Zeitindex.
Schritt 564: Die resultierenden Vektoren [S_h] und [I_h] werden unter Anwendung eines FFT-Algorithmus in den Frequenzraum transformiert, wie in den Gleichungen H.5 und H.6 unten dargestellt: Sf = FFT(Sh) H.5 If = FFT(Ih) H.6
Schritt 566: Es wird dann ein modifiziertes Spektrum berechnet, das in den Gleichungen H.7 und H.8 dargestellt ist: Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + F(Sf))·rs H.7 Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + F(If))·ri H.8 wobei „Real" und „Imag" das Nehmen der Absolutwerte der Real- und Imaginärteile bezeichnen, r_s und r_i Skalare sind und F(S_f) und F(I_f) eine Funktion von St bzw. I_f bezeichnen.
Eine bevorzugte Funktion F, die eine Potenzfunktion anwendet, ist unten in den Gleichungen H.9 und H.10 gezeigt, wobei „Conj" die konjugiert komplexe Zahl bezeichnet: Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + (Sf·conj(Sf))·rs H.9 Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + (If·conj(If))·ri H.10
Eine zweite bevorzugte Funktion F, die eine Multiplikationsfunktion anwendet, ist unten in den Gleichungen H.11 und H.12 gezeigt: Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + |Real(Sf)|·|Imag(Sf)|·rs H.11 Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + |Real(If)|·|Imag(If)|·ri H.12
Die Werte der Skalare (r_s und r_i) steuern den Kompromiss zwischen unerwünschter Signalunterdrückung und Signalverzerrung und können empirisch bestimmt werden. (r_s und r_i) werden als 1/(2^vs) und 1/(2^vi) berechnet, wobei vs und vi Skalare sind. In dieser Ausführungsform ist vs = vi = 8 gewählt, was r_s = r_i = 1/256 ergibt. Da vs, vi abnehmen, steigt der Unterdrückungsbetrag an.
Schritt 568: Die Spektren (P_s) und (P_i) werden unter Benutzung der Bark-Frequenzskala in (Nb) kritische Bänder gewarpt [siehe Lawrence Rabiner und Bing Hwang Juang, Fundamentals of Speech Recognition, Prentice Hall 1993). Die Anzahl der kritischen Bark-Bänder hängt von der benutzten Samplefrequenz ab. Zum Samplen von 16 kHz gibt es Nb = 25 kritische Bänder. Das Bark-Spektrum von (P_s) und (P_i) wird als (B_s) und (B_i) bezeichnet.
Schritt 570: Ein Bark-Spektrum des Systemrauschens und Umgebungsrauschens wird gleicherweise errechnet und als (B_n) bezeichnet. B_n wird zunächst während der Systeminitiali sierung als B_n = B_s hergestellt und fortlaufend aktualisiert, wenn kein Zielsignal vom System erkannt wird (Schritt 508), d.h. jeglicher Stilleperiode. B_n wird wie folgt aktualisiert:
wobei 0 < α < 1; in dieser Ausführungsform ist α = 0,9.
Schritt 572, 574: Unter Anwendung von (B_s, B_i und B_n) wird eine nichtlineare Technik zum Schätzen einer Verstärkung (G_b) wie folgt angewendet:
Zunächst wird das unerwünschte Signal-Bark-Spektrum unter Anwendung einer angemessenen Gewichtungsfunktion mit dem Systemrauschen-Bark-Spektrum kombiniert, wie in Gleichung J.1 dargestellt.
Ω₁ und Ω₂ sind Gewichte, die zum Maximieren unerwünschter Signale und Rauschunterdrückung und Minimieren der der Signalverzerrung empirisch gewählt werden können.
Im Folgenden wird ein Nach-Signal-Rauschverhältnis unter Anwendung der Gleichungen J.2 und J.3 unten berechnet:
Die Division in Gleichung 7.2 bedeutet Element-durch-Element-Division, nicht Vektordivision. R_po und R_pp sind Spaltenvektoren der Dimension Nb*1, wobei Nb die Dimension des kritischen Bark-Skalafrequenzbands ist, und I_c ist ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1, wie unten gezeigt:
Wenn jegliche der r_pp(nb)Elemente von R_pp kleiner als Null sind, werden sie gleich Null gesetzt.
Unter Anwendung des Division Direct Approach [siehe Ephraim und D. Malah: Speech Enhancement Using Optimal NonLinear Spectrum Amplitude Estimation; Proc IEEE International Conference Acoustics Speech and Signal Processing (Boston) 1983, S. 1118 – 1121], wird das a priori Signal-Rauschverhältnis R_pr wie folgt berechnet:
Die Division in Gleichung J.7 bedeutet Element-durch-Element-Division. B₀ ist ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1 und bezeichnet das Ausgangssignal-Barkskalen-Barkspektrum des vorhergehenden Blocks B₀ = G_bB_s (siehe Gleichung J.15) (B₀ ist anfänglich Null). R_pr ist ebenfalls ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1. Der Wert von β₁ ist in Tabelle 1 unten aufgeführt:
TABELLE 1
Der Wert i wird beim Beginnen eines Signals gleich 1 gesetzt, und der β-Wert ist daher gleich 0,01625. Dann zählt der i-Wert von 1 bis 5 bei jedem neuen Block von N/2 verarbeiteten Samples und bleibt auf 5, bis das Signal aus ist. Dann startet i beim nächsten Signalbeginn wieder von 1 und β wird entsprechend genommen.
Statt dass β konstant ist, ist in dieser Ausführungsform β variabel hergestellt und beginnt mit einem kleinen Wert bei Beginn des Signals, um eine Unterdrückung des Zielsignals zu verhindern, und nimmt vorzugsweise exponentiell zu, um R_pr zu glätten.
Daraus wird R_rr wie folgt berechnet:
Die Division in Gleichung J.8 ist wiederum Element durch Element. R_rr ist ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1.
Daraus wird L_x berechnet: Lx = Rrr.Rpo J.9
Der Wet von L_x ist auf P_i(≈ 3,14) begrenzt. Die Multiplikation in Gleichung J.9 bedeutet Element-mal-Element-Multiplikation. L_x ist ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1 wie unten gezeigt:
Ein Vektor L_y der Dimension Nb*1 wird dann definiert als:
wobei nb = 1,2...Nb. Dann ergibt sich L_y als:
und E(nb) = –0.57722 – log(lx(nb)) + lx(nb) – (lx(nb))2/4 + lx(nb)3/8 = lx(nb)4/96 J.23
E(nb) wird auf die gewünschte Genauigkeit abgekürzt. L_y kann unter Anwendung eines Tabellensuchansatzes erhalten werden, um Rechenbelastung zu reduzieren.
Schließlich wird die Verstärkung G_b wie folgt berechnet: Gb = Rrr.Ly J.14
Der „Punkt" beinhaltet wiederum Element-mit-Element-Multiplikation. G_b ist ein Spaltenvektor der Dimension Nb*1 wie gezeigt:
Schritt 578: Da G_b weiterhin in der Bark-Frequenzskala ist, wird es zurück in die normale lineare Frequenzskala von N Dimensionen gewarpt (warp). Das entwarpte (unwarp) G_b wird als G bezeichnet.
Das Ausgangsspektrum mit entwarpter Signalunterdrückung ergibt sich als: Sf = G.Sf J.16
Der „Punkt" beinhaltet wiederum Element-mit-Element-Multiplikation.
Schritt 580: Das wiedererhaltene Zeitraumsignal ergibt sich als: S c = Real(IFFT(S f)) J.17
IFFT bezeichnet eine umgekehrte, schnelle Fourier-Transformation, wobei nur der Real-Teil der umgekehrten Transformation genommen ist.
Schritt 584: Schließlich wird das Ausgangszeitbereichssignal durch Uberlappen mit dem vorherigen Ausgangssignalblock erhalten:
Die beschriebene Ausführungsform ist nicht als einschränkend zu begreifen, und die Erfindung ist nur durch die beiliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten von Signalen, die von einem Array von Sensoren (10a, 10b, 10c, 10d) empfangen werden, aufweisend die Schritte des Samplens und digitalen Umwandelns der empfangenen Signale und des Verarbeitens der digital umgewandelten Signale zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, wobei das Verarbeiten aufweist ein Filtern der Signale unter Benutzung eines ersten adaptiven Filters (44), der eingerichtet ist zum Verbessern eines Signals, das als Zielsignal der digital umgewandelten Signale identifiziert wurde, und eines zweiten adaptiven Filters (46), der eingerichtet ist zum Unterdrücken eines unerwünschten Signals der digital umgewandelten Signale und zum Verarbeiten der gefilterten Signale im Frequenzraum zum weiteren Unterdrücken des unerwünschten Signals.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens einer Signalenergie der Signale und des Bestimmens einer Rauschenergie der Signalenergie.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Signalenergie bestimmt wird durch Puffern von N/2 Samples des digitalisierten Signals in ein Schieberegister zum Ausbilden eines Signalvektors der folgenden Form
wobei J = N/2 ist, und Schätzen der Signalenergie unter Anwendung der folgenden Gleichung
wobei E_τ die Signalenergie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Rauschenergie durch Messen der Signalenergie E_τ von Blöcken der digital umgewandelten Signale und Berechnen der Rauschenergie E_n gemäß
wobei das hochgestellte K die Blockzahl und α ein empirisch gewähltes Gewicht ist, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens einer Rauschschwelle aus der Rauschenergie und des Aktualisierens der Rauschenergie und Rauschschwelle, wenn die Signalenergie unter der Rauschschwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens, ob ein Zielsignal vorhanden ist, durch Vergleichen der Signalenergie mit einer Signalschwelle.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens der Signalschwelle aus der Rauschschwelle und des Aktualisierens der Signalschwelle, wenn die Signalenergie unter der Rauschschwelle liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Rauschschwelle T_n1 gemäß Tn1 = δ1En wobei δ₁ ein empirisch gewählter Wert und E_n die Rauschenergie ist, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Signalschwelle T_n2 gemäß Tn2 = δ2En wobei δ₂ ein empirisch gewählter Wert und E_n die Rauschenergie ist, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens der Ankunftsrichtung des Zielsignals.
Verfahen nach Anspruch 10, ferner umfassend den Schritt des Verarbeitens der Signale von zwei beabstandeten Sensoren des Arrays mit einem dritten adaptiven Filter zum Bestimmen der Ankunftsrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, ferner umfassend den Schritt des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, falls das Signal nicht aus einem ausgewählten Winkelbereich auf das Array aufgetroffen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Berechnens des Ausmaßes der Kreuzkorrelation von Signalen von zwei beabstandeten Sensoren des Arrays und des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, falls der Kreuzkorrelationsgrad geringer als ein ausgewählter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt des Berechnens des Rückstrahlungsausmaßes des Signals von Filtergewichten des ersten 44 und dritten adaptiven Filters.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Berechnen einer Korrelationszeitverzögerung zwischen den Signalen von einem Bezugskanal der Kanäle und einem anderen der Kanäle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Rückstrahlungsausmaß C_rv gemäß
wobei T die Transponierte eines Vektors bezeichnet, W_su der Filterkoeffizient des ersten Filters und W_td der Filterkoeffizient des dritten Filters ist, berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner umfassend den Schritt des Behandelns des Signals als unerwünschtes Signal, wenn das Rückstrahlungsausmaß einen Rückstrahlungsgrad anzeigt, der einen ausgewählten Wert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Steuerns des Betriebs des ersten Filters 44 zum Ausführen eines adaptiven Filterns nur dann, falls das Zielsignal als vorhanden angesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste adaptive Filter 44 mehrere Kanäle aufweist, die die digitalisierten Signale als Eingang empfangen und eine Summe und zumindest ein Differenzsignal als Ausgang bereitstellen, wobei die Differenzsignalkanäle Filterelemente mit entsprechenden Filtergewichten enthalten.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend den Schritt des Berechnens eines Verhältnisses der Energie in den Summen- und Differenzkanälen.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend den Schritt des Behandelns des Signals als das Zielsignal enthaltend, falls das Verhältnis anzeigt, dass die Energie in dem Summenkanal um mehr als einen ausgewählten Faktor größer ist als die Energie in den Differenzkanälen.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend den Schritt des Behandelns des Signals als das Zielsignal enthaltend nur dann, wenn die Signalenergie eine Schwelle übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Steuerns des Betriebs des zweiten Filters 46 zum Ausführen eines adaptiven Filterns nur dann, wenn das Zielsignal als nicht vorhanden angesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite adaptive Filter 46 mehrere Kanäle aufweist, die Eingangssignale von dem ersten adaptiven Filter 44 empfangen und als Ausgang ein Summensignal, das vom ersten adaptiven Filter 44 empfangen wurde, ein Fehlersignal und zumindest ein Differenzsignal bereitstellt, wobei die Differenzsignalkanäle weitere Filterelemente mit entsprechenden weiteren Filtergewichten enthalten.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend den Schritt des Skalierens der weiteren Filtergewichte, wenn die Normen der weiteren Filtergewichte eine Schwelle übersteigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, ferner umfassend den Schritt des Kombinierens des Summensignals und des Fehlersignals zum Ausbilden eines einzelnen Signals S(t) der Form S(t) = W1Sc(t) + W2ec(t)wobei S_c(t) das Summensignal zur Zeit t, e_c(t) das Fehlersignal zur Zeit t und W₁ und W₂ Gewichtswerte sind.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das zumindest eine Differenzsignal zumindest zwei Differenzsignale umfasst und das Verfahren ferner den Schritt des Kombinierens der Differenzsignale zum Ausbilden eines einzelnen Signals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, ferner umfassend den Schritt des Anwendens eines Hanning-Fensters auf das einzelne Signal.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Transformierens des gefilterten Signals in zwei Frequenzraumsignale, ein erwünschtes Signal S_f und ein Interferenzsignal I_f, des Verarbeitens der transformierten Signale zum Bereitstellen einer Verstärkung für das erwünschte Signal und des Rücktransformierens des durch Verstärkung modifizierten erwünschten Signals in den Zeitraum zum Bereitstellen eines Ausgangs.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Schritt des Verarbeitens den Schritt des Ausbildens von Spektren für die Frequenzraumsignale umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Spektren modifizierte Spektren P_S, P_i des erwünschten Signals und des Störsignals von der Form Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + F(Sf))·rs Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + F(If))·ri sind, wobei „Real" und „Imag" das Nehmen der Beträge der Real- und Imaginärteile bezeichnen, r_s und r_i Skalare sind und F(S_f) und F(I_f) eine Funktion von S_f bzw. I_f bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Funktion eine Potenzfunktion ist.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Spektren von der Form Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + (If·conj(If))·ri Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + (Sf·conj(Sf))·rs sind, wobei „Conj" die konjugiert komplexe Zahl bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Funktion eine Multiplikationsfunktion ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Spektren von der Form Ps = |Real(Sf)| + |Imag(Sf)| + |Real(Sf)|·|Imag(Sf)|·rs Pi = |Real(If)| + |Imag(If)| + |Real(If)|·|Imag(If)|·ri.sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei der Schritt des Verarbeitens den Schritt des Warpings der Signal- und Interferenzspektren in eine Bark-Skala zum Ausbilden eines entsprechenden Signal- und Interferenz-Barkspektrums umfasst.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei der Schritt des Verarbeitens ferner den Schritt des Berechnens eines System-Rausch-Barkspektrums enthält.
Verfahren nach Anspruch 37, ferner umfassend den Schritt des Kombinierens des Interferenz-Barkspektrums und des System-Rausch-Barkspektrum zum Ausbilden eines kombinierten Rausch-Barkspektrums.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei das kombinierte Rausch-Barkspektrum folgende Form aufweist: By = Ω1Bi + Ω2Bn wobei Ω₁ und Ω₂ Gewichtungswerte sind, B₁ das Interferenz-Barkspektrum ist und B₂ das System-Rausch-Barkspektrum ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 39, ferner umfassend den Schritt des Berechnens eines Signal-Rausch-Verhältnisses aus den Spektren und des Ableitens der Verstärkung aus dem Signal-Rausch-Verhältnis.
Verfahren nach Anspruch 40, ferner umfassend den Schritt des Modifizierens des Signal-Rausch-Verhältnisses mit einem Skalierungsfaktor, der sich allmählich von einem ersten Wert bei Beginn des Signals auf einen zweiten Wert ändert, bei dem der Skalierungsfaktor während der Dauer des Signals beibehalten wird,, bis das Signal endet, zu welchem Zeitpunkt der Skalierungsfaktor auf den ersten Wert rückgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei sich der Skalierungsfaktor in mehreren Schritten ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 oder 42, wobei sich der Skalierungsfaktor exponentiell ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Verarbeitens unter Benutzung des ersten adaptiven Filters 44 und des zweiten adaptiven Filters 46 das Verarbeiten der Signale im Zeitraum umfassen und das Verfahren ferner den Schritt des Transformierens der so verarbeiteten Signale in den Frequenzraum umfasst.