位置引導(dǎo)聲學(xué)陣列和波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及位置引導(dǎo)聲學(xué)陣列和波束形成方法。方法和系統(tǒng)被提供來用于接收所需的聲音。所述系統(tǒng)包括：位置傳感器，其被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置。多個(gè)麥克風(fēng)被構(gòu)造成用以接收來自被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)。與位置傳感器和麥克風(fēng)通信的處理器被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
【專利說明】位置引導(dǎo)聲學(xué)陣列和波束形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本【技術(shù)領(lǐng)域】主要涉及聲學(xué)陣列(acoustic array)和波束形成(beamforming)方法，并且更特別地涉及以聲學(xué)陣列來增強(qiáng)語(yǔ)音的波束形成系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]比如汽車等現(xiàn)代交通工具通常利用語(yǔ)音識(shí)別處理來接受來自駕駛員或其它乘員的可聽見輸入和指令。例如，人可以使用可聽見指令來選擇娛樂選項(xiàng)或參與移動(dòng)電話對(duì)話。
[0003]交通工具中的語(yǔ)音識(shí)別性能可能受到噪聲或其它擾動(dòng)的負(fù)面影響。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、道路噪聲、風(fēng)噪聲和/或娛樂裝置可能產(chǎn)生噪聲，其干擾語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)用以恰當(dāng)?shù)亟忉屨f話者的可聽見輸入和指令的能力。雖然已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中嘗試一些技術(shù)來降低這類擾動(dòng)，但是它們通常不足夠牢固以適應(yīng)于聲學(xué)狀態(tài)例如通常發(fā)生在汽車中的噪聲的快速改變。
[0004]因此，希望的是提供系統(tǒng)和技術(shù)來限制非所需噪聲和擾動(dòng)在音頻信號(hào)中的影響。更進(jìn)一步，從后續(xù)詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書，結(jié)合附圖和前述【技術(shù)領(lǐng)域】和【背景技術(shù)】來理解，本發(fā)明的其它所需特征和特性將變得清楚明了。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]用于接收所需聲音的適應(yīng)性(adaptive)波束形成方法被提供。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括:確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置。所述方法還包括:以多個(gè)麥克風(fēng)接收來自所述被限定空間內(nèi)的聲音。與在所述多個(gè)麥克風(fēng)中的每個(gè)處的被接收聲音相對(duì)應(yīng)的多個(gè)音頻信號(hào)被生成。所述方法還包括:向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器，來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向所確定的乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
[0006]—種系統(tǒng)被提供來用于接收所需聲音。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括:位置傳感器，其被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置。多個(gè)麥克風(fēng)被構(gòu)造成用以接收來自被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:與位置傳感器和麥克風(fēng)通信的處理器。處理器被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
[0007]本發(fā)明還提供以下技術(shù)方案:
1.一種用于接收所需聲音的適應(yīng)性波束形成方法，所述方法包括:
確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置；
以多個(gè)麥克風(fēng)接收來自所述被限定空間內(nèi)的聲音；
生成與在所述多個(gè)麥克風(fēng)中的每個(gè)處的被接收聲音相對(duì)應(yīng)的多個(gè)音頻信號(hào)；以及向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器，來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向所確定的乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
[0008]2.如技術(shù)方案I所述的方法，進(jìn)一步包括: 向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣，來排除不與正在進(jìn)行說話的乘員相關(guān)聯(lián)的其它位置，并生成與音頻信號(hào)中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)；
向阻塞矩陣輸出信號(hào)應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除處理來生成適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)；以及合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)和適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)來生成說話乘員輸出信號(hào)。
[0009]3.如技術(shù)方案I所述的方法，進(jìn)一步包括:將所述說話乘員輸出信號(hào)送至語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。
[0010]4.如技術(shù)方案I所述的方法，進(jìn)一步包括:將所述說話乘員輸出信號(hào)送至電話通信系統(tǒng)。
[0011]5.如技術(shù)方案I所述的方法，其中，確定乘員位置包括:
以多個(gè)發(fā)射器來發(fā)射處于超聲波范圍和射電頻率(RF)范圍中的至少一個(gè)中的波；
接收被反射的波；以及
分析與被發(fā)射和被反射的波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)來確定乘員位置。
[0012]6.如技術(shù)方案I所述的方法，進(jìn)一步包括:確定乘員正在進(jìn)行說話。
[0013]7.如技術(shù)方案6所述的方法，其中，確定乘員正在進(jìn)行說話包括:通過搜索與被反射的波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。
[0014]8.如技術(shù)方案I所述的方法，其中，確定乘員位置包括:分析來自至少一個(gè)座椅傳感器的座椅傳感器數(shù)據(jù)。
[0015]9.一種用于接收所需聲音的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
位置傳感器，被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置；
多個(gè)麥克風(fēng)，被構(gòu)造成用以接收來自所述被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)；和
處理器，與所述位置傳感器和所述麥克風(fēng)通信，并被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向所確定的乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
[0016]10.如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還被構(gòu)造成用以:向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣，來排除不與正在進(jìn)行說話的乘員相關(guān)聯(lián)的其它位置，用以生成與音頻信號(hào)中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)；向阻塞矩陣輸出信號(hào)應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除處理來生成適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)；以及合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)和適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)來生成說話乘員輸出信號(hào)。
[0017]11.如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括:
信號(hào)生成器；
多個(gè)超聲波發(fā)射器，被電聯(lián)接至所述信號(hào)生成器，并被構(gòu)造成用以生成處于超聲波范圍中的聲波；
多個(gè)超聲波接收器，用于接收處于超聲波范圍中的被反射的聲波，并生成與接收到的被反射的聲波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)被接收信號(hào)；和
處理單元，被電聯(lián)接至所述超聲波接收器和所述處理器，并被構(gòu)造成用以接收所述被接收信號(hào)，確定乘員位置，并將乘員位置提供至所述處理器。
[0018]12.如技術(shù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器被構(gòu)造成用以通過搜索與被反射的聲波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。
[0019]13.如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括:
信號(hào)生成器；
多個(gè)RF發(fā)射器，被電聯(lián)接至所述信號(hào)生成器，用于生成處于RF范圍中的RF波；
多個(gè)RF接收器，用于接收處于RF范圍中的被反射的RF波，并生成與接收到的被反射的RF波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)被接收信號(hào)；和
處理單元，被電聯(lián)接至所述RF接收器和所述處理器，并被構(gòu)造成用以接收所述被接收信號(hào)，確定乘員位置，并將乘員位置提供至所述處理器。
[0020]14.如技術(shù)方案13所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器被構(gòu)造成用以通過搜索與被反射的RF波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。
[0021]15.如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括攝像頭。
[0022]16.—種交通工具，包括:
客室；
音頻系統(tǒng)，其包括
位置傳感器，被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在客室內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置；
多個(gè)麥克風(fēng)，被構(gòu)造成用以接收來自被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)；
處理器，與所述位置傳感器和所述麥克風(fēng)通信，并被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)，向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣來排除不與正在進(jìn)行說話的乘員相關(guān)聯(lián)的其它位置用以生成與音頻信號(hào)中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)，向阻塞矩陣輸出信號(hào)應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除處理來生成適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)，以及合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)和適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)來生成說話乘員輸出信號(hào)；和
語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和電話通信系統(tǒng)中的至少一個(gè)，與所述音頻系統(tǒng)通信用于接收所述說話乘員輸出信號(hào)。
[0023]17.如技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括:
信號(hào)生成器；
多個(gè)超聲波發(fā)射器，被電聯(lián)接至所述信號(hào)生成器，并被構(gòu)造成用以生成處于超聲波范圍中的聲波；
多個(gè)超聲波接收器，用于接收處于超聲波范圍中的被反射的聲波，并生成與接收到的被反射的聲波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)被接收信號(hào)；和
處理單元，被電聯(lián)接至所述超聲波接收器和所述處理器，并被構(gòu)造成用以接收所述被接收信號(hào)，確定乘員位置，并將乘員位置提供至所述處理器。
[0024]18.如技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器被構(gòu)造成用以通過搜索與被反射的聲波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。
[0025]19.如技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括:
信號(hào)生成器；
多個(gè)RF發(fā)射器，被電聯(lián)接至所述信號(hào)生成器，用于生成處于RF范圍中的RF波；
多個(gè)RF接收器，用于接收處于RF范圍中的被反射的RF波，并生成與接收到的被反射的RF波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)被接收信號(hào)；和
處理單元，被電聯(lián)接至所述RF接收器和所述處理器，并被構(gòu)造成用以接收所述被接收信號(hào)，確定乘員位置，并將乘員位置提供至所述處理器。
[0026]20.如技術(shù)方案19所述的系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器被構(gòu)造成用以通過搜索與被反射的RF波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面將結(jié)合以下附圖來描述示例性實(shí)施例，附圖中相似附圖標(biāo)記表示相似要素，并且附圖中:
圖1是包括依據(jù)一示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)的交通工具的框圖；
圖2是依據(jù)第一示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)的位置傳感器的框圖；
圖3是依據(jù)第二示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)的位置傳感器的框圖；
圖4是依據(jù)第三示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)的位置傳感器的框圖；并且圖5是依據(jù)一示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)的處理器的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]以下詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不旨在限制應(yīng)用和用途。更進(jìn)一步，沒有意圖被在前面的【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或以下詳細(xì)描述中給出的任何明示或暗示的理論限制。
[0029]參考附圖，其中相似附圖標(biāo)記在各圖中指示相似零部件，具有用于接收所需聲音的音頻系統(tǒng)102的交通工具100在其中被示出。在本文中示出的示例性實(shí)施例中，交通工具100是汽車(未單獨(dú)地編號(hào))，并且音頻系統(tǒng)102被聯(lián)接至用于確定被說出的詞語(yǔ)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)104。然而，本文中描述的音頻系統(tǒng)102和/或語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)104可以被實(shí)施和/或利用在其它類型的交通工具100中或非交通工具應(yīng)用中。例如，其它交通工具100可以包括但不限于航空器(未示出)。非交通工具應(yīng)用包括但不限于工廠環(huán)境中的辦公室(未示出)。更進(jìn)一步，代替語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)104，或除了語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)104之外，音頻系統(tǒng)102還可以被聯(lián)接至電話通信系統(tǒng)105。電話通信系統(tǒng)105可以被利用來執(zhí)行遠(yuǎn)程通信，例如通過蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)(未示出)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以聯(lián)接至音頻系統(tǒng)102的其它系統(tǒng)。
[0030]參考圖1，示例性實(shí)施例的交通工具100限定出被限定空間(defined space) 106。具體地，在示例性實(shí)施例中，被限定空間106是交通工具100的客室(未單獨(dú)地編號(hào))?？褪胰菁{一個(gè)或多個(gè)個(gè)體，即交通工具100的乘員，例如駕駛員和乘客。
[0031]音頻系統(tǒng)102包括位置傳感器108。位置傳感器108被構(gòu)造成用以確定乘員110在被限定空間106內(nèi)的乘員位置。在示例性實(shí)施例中，位置傳感器108被構(gòu)造成用以確定每個(gè)乘員110的位置。也就是說，位置傳感器108被構(gòu)造成用以確定多個(gè)乘員110的多個(gè)乘員位置。因此，位置傳感器108也可以確定乘員110的數(shù)量。例如，位置傳感器108可以被利用來確定多個(gè)乘員110中的任一個(gè)的位置。然而，位置傳感器108可以被構(gòu)造成用以只確定一個(gè)乘員110的位置，例如交通工具100的駕駛員(未單獨(dú)地編號(hào))。為了可讀性，以下描述可以論及單個(gè)乘員110。然而，這不應(yīng)該以任何方式被解讀成限制，因?yàn)槭纠詫?shí)施例的位置傳感器108可以被構(gòu)造成用以傳感多個(gè)乘員110的位置。
[0032]位置傳感器108可以被構(gòu)造成用以在音頻系統(tǒng)102處于操作中的任何時(shí)間重復(fù)地和/或連續(xù)地確定乘員I1的位置。這樣，隨著乘員110改變?cè)诒幌薅臻g106內(nèi)的位置，每個(gè)乘員110的位置可以被更新。
[0033]更具體地，位置傳感器108被構(gòu)造成用以傳感乘員110的頭部的位置。更更具體地，位置傳感器108被構(gòu)造成用以傳感乘員110的嘴部的位置。這樣，如以下使用的乘員位置可以被視為交通工具100的乘員110的嘴部的位置。
[0034]更進(jìn)一步，并且如下面以更詳細(xì)的細(xì)節(jié)所描述的，下面描述的示例性實(shí)施例中的至少一個(gè)的位置傳感器108還被構(gòu)造成用以確定是哪個(gè)乘員110在進(jìn)行說話。換種方式說，位置傳感器108可以被構(gòu)造成用以確定是哪個(gè)乘員110在講話。再換種方式說，位置傳感器108可以被構(gòu)造成用以確定每個(gè)乘員110的唇部/嘴部是否在移動(dòng)。
[0035]在第一例性實(shí)施例中,位置傳感器108利用超聲波范圍中的聲波來確定交通工具100的乘員110的位置。這樣，在該范圍中的聲波處于一般人類聽力的范圍之外，因此將不會(huì)使乘員分心，并且不應(yīng)該造成隱私憂慮。因此，位置傳感器108可以被稱為超聲波位置傳感器(未單獨(dú)地編號(hào))。
[0036]現(xiàn)在參考圖2,第一不例性實(shí)施例的位置傳感器108包括信號(hào)生成器200。信號(hào)生成器200可以被構(gòu)造成用以生成高電壓連續(xù)波(“cr，)信號(hào)和/或多個(gè)高電壓脈沖。其它類型的信號(hào)可以替代地由信號(hào)生成器200生成，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。多個(gè)超聲波發(fā)射器202被電聯(lián)接至信號(hào)生成器200。通常被稱為發(fā)射變換器(transmitting transducer)的超聲波發(fā)射器202生成處于超聲波范圍中的聲波。由超聲波發(fā)射器202生成的聲波對(duì)應(yīng)于由信號(hào)生成器200生成的信號(hào)，并且可以被形成波束用以沿特定方向傳播或是全向的。具體地，在第一示例性實(shí)施例中，聲波具有大約100千赫(“kHz”)的中心頻率和大約25kHz的有效帶寬。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到用于處于超聲波范圍中的聲波的其它適當(dāng)頻率。
[0037]聲波反射離開包括乘員110在內(nèi)的設(shè)置在被限定空間106中的物體。示例性實(shí)施例的位置傳感器108進(jìn)一步包括用于接收這些被反射的聲波的多個(gè)超聲波接收器204。具體地，在示例性實(shí)施例中，大約16個(gè)超聲波接收器204被利用來接收被反射的聲波；然而，也可以采用不同數(shù)量的超聲波接收器204。通常被稱為變換器接收器的超聲波接收器204生成對(duì)應(yīng)于被接收到的反射聲波的多個(gè)被接收信號(hào)。
[0038]盡管超聲波發(fā)射器202和接收器204的以上描述可能暗示單獨(dú)的裝置，但是超聲波發(fā)射器202和接收器204可以被組合成一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器(未示出)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0039]繼續(xù)參考圖2，位置傳感器108還包括與超聲波接收器204通信的處理單元206。處理單元206接收來自超聲波接收器204的被接收信號(hào)，并且被構(gòu)造成用以確定交通工具100的乘員110的位置以及乘員110的數(shù)量。更具體地，在第一示例性實(shí)施例中，處理單元206被構(gòu)造成用以確定交通工具100的乘員110的嘴部的位置。
[0040]處理單元206可以被構(gòu)造成用以調(diào)節(jié)、過濾、解調(diào)、和/或取樣由超聲波接收器204接收到的被反射信號(hào)，用以生成被處理信號(hào)。具體地，第一示例性實(shí)施例的處理單元206包括聯(lián)接至超聲波接收器204的調(diào)節(jié)電路208、聯(lián)接至調(diào)節(jié)電路208的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(“ADC”)210和聯(lián)接至ADC 210的微處理器212。然而，處理單元206的具體設(shè)計(jì)參數(shù)可以變化，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。
[0041]微處理器212也可以被利用來辨識(shí)乘員110的嘴部的運(yùn)動(dòng)，其可以指示乘員110在進(jìn)行說話。也就是說，微處理器212被構(gòu)造成用以確定乘員110在進(jìn)行說話以及該乘員110的位置。具體地，被處理信號(hào)可以進(jìn)一步被處理，用以搜索指示嘴部移動(dòng)的時(shí)空和速率(基于多普勒)區(qū)別特征，從而搜索乘員110在說話的指示。例如，對(duì)于以10Khz為中心的超聲波來說，1cm/秒的唇部移動(dòng)可以生成約300Hz的多普勒頻移。這些與頭部移動(dòng)相比的相對(duì)較高的速度可指示說話動(dòng)作。
[0042]處理單元206也可以與信號(hào)生成器206通信。更具體地，微處理器212可以與信號(hào)生成器206通信，用以控制信號(hào)生成器206的操作。更更具體地，信號(hào)生成器206可以被控制用以執(zhí)行定位傳感器視野的掃描、對(duì)脈沖發(fā)射的定時(shí)、和同步向接收器204的發(fā)射。
[0043]在第二示例性實(shí)施例中，位置傳感器108利用處于RF范圍中的射電頻率(“RF”)波來確定交通工具100的乘員110的位置。換種方式說，位置傳感器108可以利用雷達(dá)(radar)來確定乘員110的位置。這類RF波是看不見或聽不到的，因此將不會(huì)使乘員分心，并且不應(yīng)該造成隱私憂慮。因此，位置傳感器108可以被稱為RF位置傳感器(未單獨(dú)地編號(hào))或雷達(dá)位置傳感器。
[0044]現(xiàn)在參考圖3，第二示例性實(shí)施例的位置傳感器108包括信號(hào)生成器200。多個(gè)RF發(fā)射器302被電聯(lián)接至信號(hào)生成器200。通常被稱為發(fā)射器的RF發(fā)射器302生成RF波。由RF發(fā)射器302生成的RF波對(duì)應(yīng)于由信號(hào)生成器200生成的信號(hào)。第二示例性實(shí)施例的位置傳感器108可以利用線性頻率調(diào)制(“LFM”)CW信號(hào)或超寬帶(“UWB”)脈沖信號(hào)。這類信號(hào)，其在毫瓦(“mW”)級(jí)的發(fā)射功率具有大約4千兆赫(“GHz”)的帶寬，將能夠?qū)崿F(xiàn)大約4厘米(“cm”)的分辨率。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。
[0045]RF波反射離開包括乘員110在內(nèi)的設(shè)置在被限定空間106中的物體。第二示例性實(shí)施例的位置傳感器108進(jìn)一步包括用于接收這些被反射的RF波的多個(gè)RF接收器304。通常被稱為變換器接收器的RF接收器304生成對(duì)應(yīng)于被接收到的反射RF波的多個(gè)被接收信號(hào)。
[0046]盡管RF發(fā)射器302和接收器304的以上描述可能暗示單獨(dú)的裝置，但是RF發(fā)射器302和接收器304可以被組合成一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器(未示出)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0047]繼續(xù)參考圖3，位置傳感器108還包括被電聯(lián)接至RF接收器304的處理單元206。處理單元206接收來自超聲波接收器204的被接收信號(hào)，并且被構(gòu)造成用以確定交通工具100的乘員110的位置以及乘員110的數(shù)量。更具體地，在第二示例性實(shí)施例中，處理單元206被構(gòu)造成用以確定乘員110的嘴部的位置。所示實(shí)施例的處理單元206包括聯(lián)接至RF接收器204的調(diào)節(jié)電路208、聯(lián)接至調(diào)節(jié)電路208的ADC 210和聯(lián)接至ADC 210的微處理器212。然而，處理單元206的具體設(shè)計(jì)參數(shù)可以變化，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。
[0048]與第一不例性實(shí)施例一樣,第二不例性實(shí)施例的處理單兀206也可以與信號(hào)生成器206通信。更具體地，微處理器212可以與信號(hào)生成器206通信，用以控制信號(hào)生成器206的操作。更更具體地，信號(hào)生成器206可以被控制用以執(zhí)行定位傳感器視野的掃描、對(duì)脈沖發(fā)射的定時(shí)、和同步向接收器304的發(fā)射。
[0049]在另一示例性實(shí)施例中(未示出)，位置傳感器108利用紅外波來確定交通工具的乘員的位置。例如，位置傳感器108可以包括具有紅外光源(未示出)的攝像頭(未示出)。
[0050]在如圖4中示出的第三示例性實(shí)施例中，位置傳感器108可以包括一個(gè)或多個(gè)座椅傳感器400。座椅傳感器400可以被設(shè)置在交通工具100的座椅(未不出)中，用以檢測(cè)乘員110的存在。在第三示例性實(shí)施例中，座椅傳感器400可以測(cè)量乘員110在座椅之一中坐下時(shí)發(fā)生的壓力變化。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到用于實(shí)施座椅傳感器400的其它技術(shù)。
[0051]座椅傳感器400也可以與以上描述的超聲波、雷達(dá)或攝像頭構(gòu)造協(xié)同使用。這樣，座椅傳感器400可以被利用在交通工具100的對(duì)雷達(dá)或攝像頭構(gòu)造隱蔽的區(qū)域中，或用以提供對(duì)由雷達(dá)或攝像頭構(gòu)造生成的位置的驗(yàn)證。更進(jìn)一步，該第三示例性實(shí)施例的音頻系統(tǒng)102也可以利用與座椅傳感器400協(xié)同的人體測(cè)量數(shù)據(jù)，來確定乘員110的頭部和/或嘴部的位置。例如，系統(tǒng)102可以獲得乘員110特別是駕駛員的高度信息。通過該高度信息，與指示乘員110的存在的壓力傳感器數(shù)據(jù)和/或座椅位置數(shù)據(jù)組合，該實(shí)施例的系統(tǒng)102被構(gòu)造成用以計(jì)算乘員110的嘴部的位置。
[0052]示例性實(shí)施例的處理單元206進(jìn)一步被構(gòu)造成用以發(fā)射各種數(shù)據(jù)，包括但不限于:在被限定空間中的乘員的數(shù)量、乘員的位置(即乘員位置)、和哪個(gè)乘員正在說話。
[0053]再次參考圖1，音頻系統(tǒng)100進(jìn)一步包括多個(gè)麥克風(fēng)112。每個(gè)麥克風(fēng)112被構(gòu)造成用以接收來自被限定空間內(nèi)的聲音。麥克風(fēng)可以按幾何方式例如按麥克風(fēng)陣列定位在彼此相鄰。然而，在另一些實(shí)施例中(未示出)，麥克風(fēng)112可以按非幾何方式分布。
[0054]音頻系統(tǒng)100還包括處理器114。處理器114可以包括微處理器、微控制器、專用集成電路、和/或能夠執(zhí)行計(jì)算和/或執(zhí)行程序或其它指令的其它適當(dāng)?shù)难b置。處理器114與位置傳感器108和麥克風(fēng)112通信。這樣，處理器114被構(gòu)造成用以接收來自位置傳感器108的乘員位置和其它數(shù)據(jù)以及來自麥克風(fēng)112的音頻信號(hào)。
[0055]現(xiàn)在參考圖5，處理器114被構(gòu)造成用以向從麥克風(fēng)112接收到的音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器(beamformer) 500。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的,波束形成是一種空間信號(hào)過濾技術(shù)，其能夠通過修正陣列的每個(gè)麥克風(fēng)112處的被接收信號(hào)的相位和振幅來控制信號(hào)的方向性。示例性實(shí)施例的波束形成器500被實(shí)施為處理器114中的軟件，而不是單獨(dú)的硬件部件。波束形成器500生成波束形成器輸出信號(hào)。
[0056]具體地，音頻系統(tǒng)100的波束形成器500朝向乘員位置引導(dǎo)麥克風(fēng)波束。也就是說，處理器114利用波束形成處理中的乘員位置數(shù)據(jù)。更具體地，示例性實(shí)施例的處理器114將正說話的乘員位置數(shù)據(jù)即正在說話的乘員的嘴部的位置利用在引導(dǎo)麥克風(fēng)波束中。在示例性實(shí)施例中，波束形成器500是固定波束形成器，其僅在由位置傳感器108提供的位置數(shù)據(jù)上形成波束。當(dāng)然，位置數(shù)據(jù)可以如以上所描述的被連續(xù)地更新。這樣，波束形成器可以隨說話乘員的嘴部移動(dòng)改變麥克風(fēng)波束的方向。更進(jìn)一步，在另一些實(shí)施例中，波束形成器500可以是適應(yīng)性波束形成器，其不僅基于位置數(shù)據(jù)而且還基于音頻信號(hào)自身來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束。簡(jiǎn)單地說，適應(yīng)性波束形成器500被使用來增強(qiáng)來自所需方向的被接收語(yǔ)音信號(hào)，并減少或最少化來自其它方向的噪聲和干涉即不想要的信號(hào)。
[0057]示例性實(shí)施例的處理器114還被構(gòu)造成用以向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣(blocking matrix)502。阻塞矩陣502是空間抑制濾波器,其排除(exclude)目標(biāo)位置并通過(pass)其它位置。這樣，阻塞矩陣502阻塞來自說話乘員位置的音頻信號(hào)。阻塞矩陣502生成多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)，其中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于由麥克風(fēng)112提供音頻信號(hào)之一。
[0058]示例性實(shí)施例的處理器114進(jìn)一步被構(gòu)造成用以應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除器504，例如廣義旁瓣消除器，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。示例性實(shí)施例的處理器114被構(gòu)造成用以合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)與適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)，用以生成說話乘員輸出信號(hào)。說話乘員輸出信號(hào)表示由正說話乘員執(zhí)行的說話。說話乘員輸出信號(hào)然后可以被發(fā)射至語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)104。適應(yīng)性噪聲消除器504使處理器114的說話乘員輸出信號(hào)的變動(dòng)最小化。
[0059]如前面陳述的，微處理器212可以被利用來辨識(shí)乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。語(yǔ)音存在的精確檢測(cè)允許麥克風(fēng)信號(hào)之間的相對(duì)傳遞函數(shù)的精確計(jì)算，因此允許由波束形成器500和阻塞矩陣502產(chǎn)生的更精確分量(component)。可通過使用戶說話時(shí)的麥克風(fēng)信號(hào)相互關(guān)聯(lián)(correlating)來計(jì)算相對(duì)傳遞函數(shù)。能夠以前面描述的實(shí)施例來實(shí)施用于改善波束形成的通過位置傳感器進(jìn)行的牢固語(yǔ)音檢測(cè)。
[0060]雖然在前述詳細(xì)描述中給出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是存在大量的變型。還應(yīng)該理解的是:一個(gè)示例性實(shí)施例或多個(gè)示例性實(shí)施例只是示例，并不旨在以任何方式限制本公開的范圍、適用性或構(gòu)造。相反，前述詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供便利的線路圖來實(shí)施一個(gè)示例性實(shí)施例或多個(gè)示例性實(shí)施例。應(yīng)該明白的是:可在要素的功能和配置中做出各種變化，而不背離如在所附權(quán)利要求及其法律等同方案中闡述的本公開的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于接收所需聲音的適應(yīng)性波束形成方法，所述方法包括: 確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置； 以多個(gè)麥克風(fēng)接收來自所述被限定空間內(nèi)的聲音； 生成與在所述多個(gè)麥克風(fēng)中的每個(gè)處的被接收聲音相對(duì)應(yīng)的多個(gè)音頻信號(hào)；以及向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器，來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向所確定的乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣，來排除不與正在進(jìn)行說話的乘員相關(guān)聯(lián)的其它位置，并生成與音頻信號(hào)中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)； 向阻塞矩陣輸出信號(hào)應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除處理來生成適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)；以及 合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)和適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)來生成說話乘員輸出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:將所述說話乘員輸出信號(hào)送至語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:將所述說話乘員輸出信號(hào)送至電話通信系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定乘員位置包括: 以多個(gè)發(fā)射器來發(fā)射處于超聲波范圍和射電頻率(RF)范圍中的至少一個(gè)中的波； 接收被反射的波；以及 分析與被發(fā)射和被反射的波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)來確定乘員位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:確定乘員正在進(jìn)行說話。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定乘員正在進(jìn)行說話包括:通過搜索與被反射的波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)空和/或速率特征中的區(qū)別特征，來辨識(shí)正在進(jìn)行說話的乘員的嘴部的運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定乘員位置包括:分析來自至少一個(gè)座椅傳感器的座椅傳感器數(shù)據(jù)。
9.一種用于接收所需聲音的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 位置傳感器，被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在被限定空間內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置； 多個(gè)麥克風(fēng)，被構(gòu)造成用以接收來自所述被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)；和 處理器，與所述位置傳感器和所述麥克風(fēng)通信，并被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向所確定的乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)。
10.一種交通工具，包括: 客室； 音頻系統(tǒng)，其包括 位置傳感器，被構(gòu)造成用以確定正在進(jìn)行說話的乘員在客室內(nèi)的乘員位置，并發(fā)射說話乘員位置； 多個(gè)麥克風(fēng)，被構(gòu)造成用以接收來自被限定空間內(nèi)的聲音，并發(fā)射與被接收的聲音相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)； 處理器，與所述位置傳感器和所述麥克風(fēng)通信，并被構(gòu)造成用以接收說話乘員位置和音頻信號(hào)，向音頻信號(hào)應(yīng)用波束形成器來引導(dǎo)麥克風(fēng)波束朝向乘員位置，并生成波束形成器輸出信號(hào)，向音頻信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用阻塞矩陣來排除不與正在進(jìn)行說話的乘員相關(guān)聯(lián)的其它位置用以生成與音頻信號(hào)中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)阻塞矩陣輸出信號(hào)，向阻塞矩陣輸出信號(hào)應(yīng)用適應(yīng)性噪聲消除處理來生成適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)，以及合計(jì)波束形成器輸出信號(hào)和適應(yīng)性噪聲消除輸出信號(hào)來生成說話乘員輸出信號(hào)；和 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和電話通信系統(tǒng)中的至少一個(gè)，與所述音頻系統(tǒng)通信用于接收所述說話乘員輸出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04R3/00GK104244143SQ201310747323
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】茨爾克爾-漢科克 E., 比利克 I., 萊芬菲爾德 M. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司