PT1257146E

PT1257146E - Método e sistema de processamento de som

Info

Publication number: PT1257146E
Application number: PT02009933T
Authority: PT
Inventors: David John Benjamin Pearce; James Alexander Rex
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2006-11-30
Also published as: GB0110861D0; EP1257146A3; DE60213155D1; DE60213155T2; GB2375276B; EP1257146B1; ATE333774T1; GB2375276A; EP1257146A2

Description

ΕΡ 1 257 146 /PT DESCRIÇÃO "Método e sistema de processamento de som"

Campo Técnico 0 presente invento refere-se ao processamento de sinais de som. Em particular, o invento refere-se à melhoria da qualidade de sinais de som para utilização num dispositivo de processamento de som.

Antecedentes

Em métodos conhecidos de melhoria da qualidade de sinais de som, a captura de ruído e reverberação pode ser reduzida utilizando um agrupamento de microfones remotos. As saídas dos microfones remotos são processadas e, em seguida, combinadas num único sinal que tem uma qualidade de sinal melhorada.

Os melhores parâmetros de processamento a utilizar no agrupamento de microfones dependem da localização da fonte de som desejada relativamente aos microfones. Muitos agrupamentos rejeitam ruído pelo facto de terem uma sensibilidade muito mais elevada ao som proveniente da direcção (ou região) da fonte desejada do que aos sons provenientes de qualquer outro lado, onde se situam as fontes de ruído. No entanto, a localização relativa da fonte é, frequentemente, desconhecida, e pode mudar ao longo do tempo. Por exemplo, as pessoas movimentam frequentemente a cabeça quando falam e se um agrupamento for um dispositivo portátil, também é muito provável que se movimente durante a sua utilização. A localização de uma fonte de som relativamente a um agrupamento de microfones, de acordo com os métodos conhecidos na técnica, pode ser estimada através da medição de determinadas características dos sinais recebidos dessa fonte pelo agrupamento de microfones. Um exemplo de uma dessas características é a fase espectral de potência. 2

ΕΡ 1 257 146 /PT Ο outro método de localização de uma fonte de som relativamente a um agrupamento de microfones consiste na estimativa por formação de imagem da fonte de um modo visual, com uma câmara montada na mesma base do agrupamento. A imagem da câmara é processada para localizar a fonte no seu interior, utilizando caracteristicas visuais conhecidas da fonte. Por exemplo, a boca de um orador pode ser localizada procurando a sua cara na imagem. A patente concedida US-A-4984087 mostra um equipamento de microfone da técnica anterior para uma câmara video.

Sumário do Invento É um objectivo do presente invento proporcionar métodos e um sistema inovadores para melhorar a qualidade de sinais de som que superem as desvantagens da técnica anterior. Os métodos e sistema do invento destinam-se a ser utilizados em dispositivos portáteis de processamento de som.

Os métodos e sistema de acordo com o presente invento permitem o processamento de sinais de som que resultam no aumento da qualidade. 0 sinal de saída possui um conteúdo diminuído de ruído acústico e reverberação provocados pelo ambiente envolvente. 0 sinal de saída é também menos sensível a mudanças de localização de uma fonte de som relativamente aos microfones. Estas mudanças de localização são causadas quer pelo movimento da fonte de som quer pelo movimento do dispositivo equipado com estes microfones. Num exemplo típico, a fonte de som seria uma pessoa a falar podendo estar a segurar o dispositivo na sua mão.

De acordo com o presente invento, proporciona-se, desse modo, um método para melhorar a qualidade dos sinais de som, tal como definido na reivindicação 1. 0 método compreende os passos de recepção de som proveniente de uma fonte de som por um agrupamento de microfones e detecção de um movimento deste agrupamento de microfones. 0 movimento é detectado por um sensor de movimento da plataforma. A localização actual da fonte de som relativamente ao agrupamento de microfones é estimada com base no sinal de som proveniente do agrupamento de microfones e nos sinais proveniente do sensor de movimento 3

ΕΡ 1 257 146 /PT da plataforma. Os resultados desta estimativa são utilizados para melhorar a qualidade dos sinais de som de saída.

Uma vantagem do presente invento consiste no facto do sensor de movimento poder seguir continuamente o movimento do agrupamento de microfones e utilizar este facto para regular a estimativa actual da localização relativa da fonte de som desejada. As mudanças da localização relativa da fonte de som e do agrupamento de microfones podem ser seguidas mesmo quando não há sinal de som. Pelo contrário, a estimativa da localização de fonte com base no som só pode seguir mudanças na localização da fonte quando existe som.

Durante um discurso normal existem silêncios frequentes, não só entre palavras ou frases, mas também na construção das palavras. Se o agrupamento de microfones tivesse sido movimentado durante um silêncio desses, e o discurso tivesse sido retomado, passaria um tempo relativamente longo antes que um dispositivo de estimativa de localização de fonte com base no som obtivesse, por si próprio, uma estimativa exacta da localização alterada. 0 resultado consistiria numa redução inicial da qualidade do som de saída. 0 presente invento, por outro lado, utilizaria informação proveniente do sensor de movimento para regular, continuamente, a estimativa da localização da fonte. Consequentemente, quando o discurso é retomado depois de um silêncio, não há qualquer redução inicial na qualidade do som de saída. Isto assume que só o agrupamento de microfones se movimenta significativamente, não a fonte do discurso.

De acordo com outro aspecto do presente invento, proporciona-se um sistema para melhorar a qualidade dos sinais de som tal como definido na reivindicação 5. 0 sistema compreende um agrupamento de microfones e um sensor de movimento da plataforma que estão ligados a um dispositivo de estimativa de localização de fonte. Além disso, o agrupamento de microfones está ligado a um processador de melhoramento de som. 0 processador de melhoramento de som está ligado a um dispositivo de estimativa de localização de fonte. 4

ΕΡ 1 257 146 /PT

Breve descrição dos desenhos 0 presente invento irá ser compreendido e irá ser mais evidente a partir da descrição pormenorizada que se segue feita em associação com os desenhos, nos quais: a FIG. 1 é um fluxograma que ilustra um método de preparação de sinais de entrada a utilizar em dispositivos portáteis de processamento de som de acordo com um exemplo que é útil para a compreensão do presente invento; a FIG. 2 é um fluxograma que ilustra um método de melhoria de qualidade de sinais de som de saída a utilizar em dispositivos portáteis de processamento de som de acordo com um exemplo que é útil para a compreensão do presente invento; a FIG. 3 é um fluxograma que ilustra um método de melhoria de qualidade de sinais de som de saída a utilizar em dispositivos portáteis de processamento de som de acordo com uma concretização do presente invento; a FIG. 4 é uma ilustração esquemática de um sistema de melhoria de qualidade de sinais de som de saída que funciona de acordo com o presente invento.

Descrição pormenorizada da concretização preferida 0 termo "sinal de movimento" que se segue, refere-se a um sinal gerado e proporcionado por um sensor de movimento da plataforma. Um "agrupamento de microfones" aqui mencionado em seguida, refere-se a um conjunto de microfones que fazem parte de um dispositivo portátil. Um dispositivo portátil deste tipo está, tipicamente, na mão de um utilizador, no decurso da sua utilização, e pode ser sujeito a vários movimentos de rotação e de translação.

No que se refere às FIGS. 1 e 4, no passo 100, um som proveniente de uma fonte de som 412, que pode estar em movimento, é recebido por um agrupamento de microfones 402. No passo 102, um sensor de movimento de plataforma 400 detecta um movimento do agrupamento de microfones 402. Em seguida, um sinal de som é enviado para um processador de 5

ΕΡ 1 257 146 /PT melhoramento de som 408 e para um dispositivo de estimativa de localização de fonte 406. Ao mesmo tempo, o sinal de movimento é enviado para o dispositivo de estimativa de localização de fonte 406.

No passo 112, o processador de melhoramento de som 408 melhora a qualidade do sinal de som. Esta melhoria pode ser efectuada de acordo com métodos conhecidos na técnica e não continuará a ser descrita.

No passo 104, com base neste sinal de som, efectua-se uma estimativa de uma localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo longos do sinal de som. Simultaneamente, no passo 106, com base no sinal de movimento, efectua-se uma estimativa de uma mudança de posição do agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo curtos do sinal de movimento.

No passo 108, com base nos resultados das estimativas efectuadas nos passos 104 e 106, estima-se uma mudança actual da localização relativa da fonte.

Finalmente, no passo 110, obtém-se a localização actual estimada da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402, combinando a actual mudança da localização relativa da fonte resultante do passo 108 com a localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402.

Os resultados da estimativa obtida no passo 110 e o sinal melhorado recebido no passo 112 podem ser utilizados para efectuar um processamento adicional noutros dispositivos, por exemplo, dispositivos de reconhecimento de voz .

Na FIG. 2, no passo 200, um som proveniente da fonte de som 412, que pode estar em movimento, é recebido por um agrupamento de microfones 402. No passo 202, o sensor de movimento de plataforma 400 detecta um movimento do agrupamento de microfones 402. Em seguida, um sinal de som é 6 ΕΡ 1 257 146 /PT enviado para um processador de melhoramento de som 408 e para um dispositivo de estimativa de localização de fonte 406. Ao mesmo tempo, o sinal de movimento é enviado para o dispositivo de estimativa de localização de fonte 406.

No passo 204, com base neste sinal de som, efectua-se uma estimativa de uma localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo longos do sinal de som. Os resultados desta estimativa são enviados para o processador de melhoramento de som 408.

No passo 212, o processador de melhoramento de som 408 melhora a qualidade do sinal de som utilizando os resultados da estimativa efectuada no passo 204.

Simultaneamente, no passo 206, com base no sinal de movimento, efectua-se uma estimativa de uma mudança de posição do agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo curtos do sinal de movimento.

No passo 208, com base nos resultados das estimativas efectuadas nos passos 204 e 106, estima-se uma mudança actual da localização relativa da fonte.

Finalmente, no passo 210, efectua-se uma estimativa da localização actual da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402, combinando a actual mudança da localização relativa da fonte resultante do passo 208 com a localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402.

Os resultados da estimativa obtida no passo 210 e o sinal melhorado recebido no passo 212 podem ser utilizados para efectuar um processamento adicional noutros dispositivos, por exemplo, dispositivos de reconhecimento de voz.

Na FIG. 3, no passo 300, um som proveniente de uma fonte de som 412, que pode estar em movimento, é recebido por um agrupamento de microfones 402. No passo 302, o sensor de 7 ΕΡ 1 257 146 /PT movimento de plataforma 400 detecta um movimento do agrupamento de microfones 402. Em seguida, um sinal de som é enviado para um processador de melhoramento de som 408 e para um dispositivo de estimativa de localização de fonte 406. Ao mesmo tempo, o sinal de movimento é enviado para o dispositivo de estimativa de localização de fonte 406.

No passo 304, com base neste sinal de som, efectua-se uma estimativa de uma localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo longos do sinal de som. Simultaneamente, no passo 306, com base no sinal de movimento, efectua-se uma estimativa de uma mudança de posição do agrupamento de microfones 402. Para se obter esta estimativa, analisam-se intervalos de tempo curtos do sinal de movimento.

No passo 308, com base nos resultados das estimativas efectuadas nos passos 304 e 306, estima-se uma mudança actual da localização relativa da fonte.

Finalmente, no passo 310, combinando a actual mudança da localização relativa da fonte resultante do passo 308 com a localização da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402, obtém-se a localização actual estimada da fonte de som 412 relativamente ao agrupamento de microfones 402 .

No passo 312, o processador de melhoramento de som 408 melhora a qualidade do sinal de som utilizando os resultados da estimativa efectuada no passo 310. O sinal de som com qualidade melhorada obtido no passo 212 pode ser utilizado para efectuar um processamento adicional noutros dispositivos, por exemplo, dispositivos de reconhecimento de voz. O intervalo de tempo longo referenciado nos passos 104, 204 e 304 situa-se, tipicamente, no intervalo na gama de 10 ms a 1 s. 8

ΕΡ 1 257 146 /PT Ο intervalo de tempo curto referenciado nos passos 106, 206 e 306 situa-se, tipicamente, no intervalo na gama de 0,1 ps a 10 ps.

Faz-se, agora, referência à FIG. 4, que descreve um sistema destinado a melhorar a qualidade de um sinal de som de saída, que funciona de acordo com a concretização do presente invento tal como ilustrado na FIG. 3.

Um sistema destinado a melhorar a qualidade de sinais de som, de acordo com o presente invento, compreende um agrupamento de microfones 402, que está ligado a um processador de melhoramento de som 408 e a um dispositivo de estimativa de localização de fonte 406. O sistema também compreende um sensor de movimento de plataforma 400 que está ligado ao dispositivo de estimativa de localização de fonte 406 .

De acordo com uma concretização do presente invento, o dispositivo de estimativa de localização de fonte 406 está ligado ao processador de melhoramento de som 408. O agrupamento de microfones 402 consiste em dois ou mais microfones 404. Um agrupamento de, pelo menos, dois microfones pode proporcionar sinais de saída que podem ser utilizados para estimar quer a direcção quer a distância de uma fonte de som. O sensor de movimento de plataforma 400 compreende, pelo menos, um giroscópio e/ou acelerómetro. O sensor de movimento de plataforma 400 está fixo ao agrupamento de microfones 402, ou a qualquer outra parte do dispositivo de processamento de som portátil 410 que constitui uma unidade com o agrupamento 401 de microfones. O dispositivo de estimativa de localização de fonte 406 e o processador de melhoramento de som 408 têm, respectivamente, uma primeira conexão de saída de sinal e uma segunda conexão de saída de sinal. O invento utiliza o sinal proveniente do sensor de movimento de plataforma 400 para proporcionar uma indicação 9

ΕΡ 1 257 146 /PT dos movimentos do agrupamento de microfones 402. Por conseguinte, é necessário que o sensor 400 e o agrupamento de microfones 402 estejam ligados para que o sinal proveniente do sensor 400 se refira ao movimento do agrupamento de microfones 402. Esta ligação pode incluir, simplesmente, a fixação do sensor 400 ao agrupamento 402, ou a fixação dos dois ao mesmo compartimento. Por conseguinte, embora a FIG. 4 mostre todos os elementos 400, 402, 406 e 408 numa unidade, os elementos 406 e 408 podem, de facto, estar localizados noutro local qualquer.

Um sistema de acordo com o invento, ou os métodos do invento podem ser utilizados em vários dispositivos portáteis. Em particular, o invento é utilizável em dispositivos portáteis de comunicação rádio. Por conseguinte, o sistema pode ser utilizado num telemóvel ou num rádio PMR portátil ou móvel. O invento também pode ser utilizado numa agenda pessoal digital (PDA) ou computador portátil, ligados, por exemplo, através de uma ligação por comunicação rádio ou infra-vermelhos, a uma rede celular. Uma rede desse tipo pode estar situada num edifício, ou num telefone celular, ou rede UMTS/3G. O invento pode fazer parte de um sistema de Reconhecimento de Voz Distribuído (DSR). Num sistema deste tipo, poder-se-ia efectuar algum processamento de voz à distância, i. e., o processamento seria levado a cabo em, pelo menos, dois locais diferentes.

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 257 146 /PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Método para melhorar a qualidade de sinais de som, para utilização num dispositivo portátil de processamento de som, compreendendo o método os seguintes passos: - recepção (300) de um som proveniente de uma fonte de som (412) por um agrupamento de microfones (402); - detecção (302) de um movimento do dito agrupamento de microfones (402) por um sensor de movimento de plataforma (400) e geração de um sinal de movimento indicativo desse movimento; - envio de um sinal de som proveniente do dito agrupamento de microfones (402) para um processador de melhoramento de som (408) e para um dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); - envio do dito sinal de movimento proveniente do dito sensor de movimento de plataforma (400) para o dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); estimando o dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406) uma localização actual da dita fonte de som (412) relativamente ao dito agrupamento de microfones (402), utilizando o sinal de som proveniente do dito agrupamento de microfones e o sinal enviado pelo sensor de movimento da plataforma; - envio de um resultado da dita estimativa da dita localização actual da dita fonte de som (412) relativamente ao agrupamento de microfones (402) para o dito processador de melhoramento de som (408); - melhorando (312) o dito processador de melhoramento de som (408) a dita qualidade do sinal de som; envio do dito sinal de som melhorado para um dispositivo de processamento de som. ΕΡ 1 257 146 /PT 2/3
2 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita estimativa da dita localização actual da dita fonte de som relativamente ao dito agrupamento de microfones compreende os seguintes passos: - estimativa (206) de uma mudança de posição do dito agrupamento de microfones com base no dito sinal de movimento proveniente do dito sensor de movimento da plataforma; estimativa (208) de uma mudança actual de uma localização relativa da fonte com base num resultado da dita estimativa da dita localização da dita fonte de som relativamente ao dito agrupamento de microfones e da dita estimativa da dita mudança de posição do dito agrupamento de microfones; combinação (210) da dita mudança actual da dita localização relativa da fonte com a dita localização da dita fonte de som relativamente ao dito agrupamento de microfones.
3 - Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que, para a finalidade da dita estimativa de uma localização da dita fonte de som relativamente ao dito agrupamento de microfones, são analisados os intervalos de tempo longos, estando os intervalos de tempo longos situados num intervalo na gama de 10 ms a 1 s.
4 - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que, para a finalidade da dita estimativa da dita mudança de posição do dito agrupamento de microfones, são analisados os intervalos de tempo curtos, estando os intervalos de tempo curtos situados num intervalo na gama de 0,1 ps a 10 ps.
5 - Aparelho para melhoramento da qualidade de sinais de som, para utilização num dispositivo de processamento de som portátil (410), compreendendo o dito aparelho: um processador de melhoramento de som (408); um dispositivo de estimativa de localização de fonte (406), ligado ao dito processador de melhoramento de som; ΕΡ 1 257 146 /PT 3/3 um agrupamento de microfones (402), ligado ao dito processador de melhoramento de som (408) e ao dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); e um sensor de movimento de plataforma (400), ligado ao dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); em que: o dito agrupamento de microfones (402) pode funcionar de modo a enviar um sinal de som para o dito processador de melhoramento de som (408) e para o dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); o dito sensor de movimento de plataforma (400) pode funcionar de modo a enviar um sinal de movimento para o dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406); o dito dispositivo de estimativa de localização de fonte (406) pode funcionar de modo a estimar uma localização actual da dita fonte de som (412) relativamente ao dito agrupamento de microfones (402), utilizando o sinal de som proveniente do dito agrupamento de microfones e o sinal de movimento enviado pelo sensor de movimento da plataforma; o dito processador de melhoramento de som (408) pode funcionar de modo a melhorar (312) a dita qualidade do sinal de som e para enviar um sinal de som melhorado para um dispositivo de processamento de som.
6 - Aparelho de acordo com a reivindicação 5, em que o dito sensor de movimento de plataforma (400), está fixo ao dito agrupamento de microfones.
7 - Aparelho de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que o dito dispositivo de processamento de som é um módulo de reconhecimento de voz.
8 - Telemóvel, rádio PMR portátil ou móvel, agenda pessoal digital (PDA) ou um computador portátil que incluem o aparelho para melhoramento da qualidade dos sinais de som de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8. Lisboa,