CN107210824A - 麦克风的环境切换 - Google Patents

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CN107210824A CN201680007267.0A CN201680007267A CN107210824A CN 107210824 A CN107210824 A CN 107210824A CN 201680007267 A CN201680007267 A CN 201680007267A CN 107210824 A CN107210824 A CN 107210824A
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S·萨卡里
A·K·达娜帕兰
H·I·K·劳
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Abstract

提供了用于音频装置中的麦克风的环境切换的系统和方法。一种示例方法包括：检测通过至少两个麦克风捕捉声信号的条件的变化。一配置与所述至少两个麦克风相关联。该示例方法提供了确定所述条件变化已稳定了预定时段。响应于所述确定，所述方法改变与所述至少两个麦克风相关联的配置。所述条件可以包括远端语音的存在与否、混响、低/高信噪比、低/高信号回波比、背景噪声的类型等。改变所述配置包括基于条件的变化来指派主麦克风和辅麦克风。基于改变的配置，可以调节噪声抑制和声回波消除的调谐参数。

Description

麦克风的环境切换
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年1月30日提交的美国临时专利申请No.62/110,171的权益。前述申请的主题出于所有目的通过引用并入于此。
技术领域
本申请总体上涉及音频处理，并且更具体地，涉及用于麦克风的环境切换(contextual switching)的系统和方法。
背景技术
诸如移动电话、个人计算机(PC)、平板电脑、游戏机以及可佩戴装置的装置具有超过一个麦克风以及一个或更多个扬声器是常见的。随着每一代设备的发展，市场焦点一直在于提升终端用户体验。例如，由于防水设计、单片玻璃设计、弯曲屏幕、电池布局、相机位置、心率传感器、扬声器尺寸、红外线(IR)/接近/湿度/磁性传感器等，将麦克风放置在移动电话或其它装置上的期望位置可能不可行。这些增强可以导致希望性能在各种情况下具有挑战性。例如，给定装置的形状因子和该装置上麦克风和扬声器的位置，难以在不同情况下利用同一麦克风作为主麦克风来实现希望的噪声抑制(NS)和声回波消除(AEC)。
发明内容
提供本摘要以简要地介绍一些概念，这些概念在下面详细描述中进一步描述。本摘要不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在被用作确定所要求保护的主题的范围的帮助。
提供了用于麦克风的环境切换的系统和方法。一种示例方法包括：检测通过至少两个麦克风来捕捉声信号的条件的变化，一配置与所述至少两个麦克风相关联。所述方法允许确定所述条件变化已稳定，使得所述变化已发生了预定时段。该方法包括：响应于所述确定，改变与所述至少两个麦克风相关联的所述配置。
在不同实施方式中，所述麦克风至少包括第一麦克风和第二麦克风。所述配置可以包括将所述第一麦克风指配成充任主麦克风，而将所述第二麦克风指配成充任辅麦克风。在其它实施方式中，改变所述配置包括：将所述第一麦克风指配成充任辅麦克风，而将所述第二麦克风指配成充任主麦克风。
在一些实施方式中，该方法还包括：基于改变的配置来调节用于噪声抑制(NS)的调谐参数。在某些其它实施方式中，该方法还包括：基于改变的配置来调节用于声回波消除(AEC)的调谐参数。
在其它实施方式中，检测所述条件的变化包括：检测所述第一麦克风被遮蔽而所述第二麦克风未被遮蔽。遮蔽例如可以基于麦克风能级来检测。改变所述配置可以包括：将所述第二麦克风指配成充任主麦克风。
在一些实施方式中，检测所述条件变化包括：检测混响的存在。所述至少两个麦克风可以包括至少三个麦克风。改变所述配置包括：响应于检测到所述混响的存在，从用于捕获所述声信号的所述至少三个麦克风中选择第一麦克风和第二麦克风。所述第一麦克风和所述第二麦克风可以是被分隔开最大距离的一对麦克风。
在不同实施方式中，所述条件与以下中的至少一项相关联：远端语音的存在与否；背景噪声的类型；所述至少两个麦克风的灵敏度；以及所述至少两个麦克风的密封性。
在一些实施方式中，确定所述条件包括以下一个或更多个步骤：确定所述声信号中的信噪比(SNR)的水平；以及确定所述声信号中的信号回波比(SER)的水平。
根据本公开的另一示例实施方式，用于麦克风的环境切换的所述方法步骤被存储在包括指令的机器可读介质上，所述指令在被一个或更多个处理器实现时执行所述步骤。
根据结合附图做出的下列描述，本公开的其它示例实施方式和方面变得清楚。
附图说明
实施方式在附图的图中通过示例而非限制的方式进行了例示，其中，相同标记指示相似部件。
图1是示例性音频装置的框图。
图2A和图2B是例示根据示例实施方式的音频装置的麦克风的两种配置的框图。
图3是例示根据示例实施方式的、与麦克风的配置相关联的状态以及状态之间的转换的框图。
图4是根据示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例性方法的流程图。
图5是根据另一示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例性方法的流程图。
图6是根据又一示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例性方法的流程图。
图7例示了可以被用于实现所公开的技术的实施方式的示例计算机系统。
具体实施方式
本文所公开的技术涉及用于麦克风的环境切换的系统和方法。本技术的实施方式可以用能够工作为至少捕获和处理声信号的音频装置来具体实践。
根据示例实施方式，提供了一种用于麦克风的环境切换的方法，该方法包括：检测通过至少两个麦克风来捕捉声信号的条件的变化。该方法确定所述条件变化已稳定预定时段。响应于所述确定，该方法使能改变与至少两个麦克风相关联的配置。
图1是例示根据一些实施方式的、适于实现用于麦克风的环境切换的方法的示例音频装置100的框图。该示例音频装置100包括：(无线电)收发器110、处理器130、麦克风120(还称为麦克风120a、120b、120c等)、扬声器140、音频处理系统150以及传感器160。在其它实施方式中，音频装置100包括用于提供特定操作或功能的更多或其它组件。类似的是，音频装置100可以包括执行与图1描绘的那些类似或等同的功能的更少的组件。
在一些实施方式中，收发器110被设置成与诸如互联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、蜂窝网络等的网络通信，以接收和/或发送音频数据流。然后，可以将所接收的音频数据流转发至音频处理系统140和扬声器140。
根据一些实施方式，处理器130包括根据音频装置100(例如，通信装置和计算机)的类型来实现处理音频数据和各种其它操作的硬件和软件。存储器(例如，非暂时性计算机可读存储介质)可工作以至少部分地存储供处理器130执行的指令和数据。
在不同实施方式中，音频处理系统150包括实现声信号编码的硬件和软件。例如，音频处理系统150被设置成经由麦克风120(可以是一个或更多个麦克风或声传感器)从声源接收声信号并处理该声信号。在被麦克风120接收到之后，可以通过模数转换器将声信号转换成电信号。在一些实施方式中，声信号的处理包括NS和/或AEC。噪声是不需要的声音，其包括街道噪声、环境噪声以及来自除希望的扬声器之外的其它实体的语音。例如，噪声源包括工作中的空调机、通风扇、电视机、移动电话、立体声音响系统等。某种噪声可能由机器(例如，汽车)的运行和它们运行的环境(例如，道路、轨道、轮胎、车轮、风扇、雨刮器、发动机、排气装置、娱乐系统、风、雨、波浪等)而产生。
适于执行噪声抑制的示例音频处理系统在2010年7月8日提交的题名为“Methodfor Jointly Optimizing Noise Reduction and Voice Quality in a Mono or Multi-Microphone System”的美国专利申请No.12/832,901(现为美国专利No.8,473,287)中进行了更详细讨论，其公开出于所有目的通过引用而并入于此。通过示例而非限制的方式，噪声抑制方法在2008年6月30日提交的题名为“System and Method for Providing NoiseSuppression Utilizing Null Processing Noise Subtraction”的美国专利申请No.12/215,980(现为美国专利No.9,185,487)和在2007年1月29日提交的题名为“System andMethod for Utilizing Omni-Directional Microphones for Speech Enhancement”的美国专利申请No.11/699,732(现为美国专利No.8,194,880)中进行了描述，其全部内容通过引用而并入于此。
扬声器140是向收听者提供音频输出的装置。在一些实施方式中，音频装置100还包括D类输出、耳机的听筒或音频装置100上的送受话器。
在不同实施方式中，传感器160包括但不限于加速度计、磁强计、陀螺仪、惯性测量单元(IMU)、温度传感器、高度传感器、接近传感器、气压计、湿度传感器。色彩传感器、光传感器、压力传感器、GPS模块、信号灯、WiFi传感器、超声传感器、红外传感器、触摸传感器等。在一些实施方式中，传感器数据可以被用于估计由麦克风120捕捉声信号的条件和环境。
图2A和图2B是例示根据一些示例实施方式的、音频装置100的麦克风120的两种配置的框图。在图2A和图2B中所示的示例中，音频装置100包括：麦克风120a、120b及120c(根据某些实施方式，在图1中也示为麦克风120)。
在不同实施方式中，麦克风120a、120b及120c中的每一个都可工作以提供预定功能。在典型情况下，当用户在呼叫期间在音频装置100上说话时，推荐的是将最靠近目标讲话者的嘴部的麦克风设置成用作该音频装置上的主麦克风。在这种情况下，如图2A所示，该装置左下边缘上的麦克风120a用作主麦克风(“PRI”)。来自麦克风120b和120c(在本示例中分别用作辅麦克风(“SEC”)和第三麦克风(“TER”))的输入可以被音频装置100用于所捕获的声信号中的降噪和AEC。降噪可以包括噪声消除和/或噪声抑制。
在示例性情况下，当扬声器140处于活动状态时，指定的麦克风120a(在这个示例中用作主麦克风)可以因其靠近扬声器140而拾取强回波(echo)。在这种情形下，优选的是，被指派为捕捉目标讲话者的主麦克风是与扬声器140相距最远的麦克风。针对该示例，如图2B所示，音频装置100的顶部边缘上的麦克风120b被指派为用作主麦克风(与图2A所示的示例相比，麦克风120a用作主麦克风)。
根据各个实施方式，本文所述技术允许基于近端(目标讲话者)和远端条件来动态地切换一个或更多个麦克风。环境切换可以基于以下因素中的一个或更多个：远端语音(回波)的存在与否、混响(reverberation)的存在与否、背景噪音的类型以及诸如灵敏度和密封性的麦克风特性。在一些实施方式中，环境切换基于由音频装置100的不同麦克风120捕获的信号的信噪比(SNR)的值。例如，将两个麦克风中的哪一个指派成主麦克风而将哪一个指派成辅麦克风可以基于确定在当前时刻哪个麦克风120提供低SNR和高SNR。类似的是，在某些实施方式中，环境麦克风切换基于由音频装置100的不同麦克风120捕获的信号的信号回波比(SER)。
在一些实施方式中，麦克风120中的一个(例如，麦克风120a)可以被遮蔽。例如，当将音频装置100插入汽车内的杯架时，位于音频装置100底部的麦克风(图2A和图2B中的麦克风120a)可能被遮蔽。在这种情况下，可以将位于音频装置100的相对侧的另一麦克风(例如，麦克风120b)指派(配置)成主麦克风(如图2B所示)，而将麦克风120a指派成辅麦克风。
图3是例示根据示例实施方式的、与音频装置中的麦克风的配置相关联的状态以及状态之间的转换的框图300。图3的示例性图包括状态310和状态320。在一些实施方式中，状态310对应于其中麦克风120a(如图2A所示)是主麦克风的配置，而状态320对应于其中麦克风120b(如图2B所示)是主麦克风的配置。在其它实施方式中，状态310与320中的每一个都与NS和AEC的调谐参数集相关联。
在不同实施方式中，图3中的两个状态310和320因以下中的一项或更多项而不同：
1)针对NS的侵入性加以调谐：对于固定或非固定干扰项(distractor)来说，低SNR时更具侵入性，而高SNR时更少侵入性；
2)针对AEC的鲁棒性调谐：基于检测到远端活动，将主麦克风切换成距扬声器最远，或者调节最靠近扬声器的麦克风的增益，以避免削波；
3)混响条件：当检测到混响条件时，使用被分隔开最大距离的麦克风，以从目标语音去除混响；以及
4)麦克风遮蔽：如果麦克风因移动电话外壳、用户的手或者覆盖麦克风的杯架而被遮蔽，则切换成使用可用的未遮蔽的麦克风。
在框330和340中检查在这些状态之间切换的条件提示，这也被称为“检查切换提示”框。在框330和340中，将原始特征用于识别在这些状态之间进行切换的条件。在不同实施方式中，用于作出决定的提示的子集包括但不限于：
1)间距；
2)SNR；
3)SER；
4)相干性；
5)噪声源类型(例如，火车、汽车、酒吧、图书馆、餐厅、机场等)；
6)麦克风能量级；以及
7)混响条件的检测。
如果满足切换条件，则在框350和360中，执行针对提示稳定性的检查达预定时段。在不同实施方式中，该预定时段处于大约20毫秒至50毫秒的范围内。响应于满足切换条件达预定时间量来执行状态310与状态320之间的转换。否则，继续使用麦克风的现有配置和关联的调谐参数。
图4是根据不同示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例方法400的流程图。该示例方法400可以用音频装置100来实现。该示例方法400开始于在框410中，检测通过至少两个麦克风来捕捉声信号的条件的变化，一配置与所述至少两个麦克风相关联。该条件可以表征为：远端语音的存在与否、背景噪声的类型、所述至少两个麦克风的灵敏度以及所述至少两个麦克风的密封性。在某些实施方式中，该条件与通过所述至少两个麦克风捕获的声信号中的低SNR或高SNR相关联，并且与该声信号中的低SER或高SER相关联。
该示例方法400包括：在框420中确定所述条件的变化已稳定了预定时段。在框430中，该示例方法400包括：响应于所述确定，切换与麦克风相关联的配置。
在一些实施方式中，该示例方法400包括：在框440中，基于改变的配置，可选地调节用于噪声抑制的调谐参数。在其它实施方式中，该示例方法400包括：在框450中，基于改变的配置，可选地调节用于声回波消除的调谐参数。
图5是根据一些示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例方法500的流程图。该示例方法500可以用音频装置100来实现。该示例方法500可以在框510中开始，其中检测到来自音频装置的麦克风中的第一麦克风被遮蔽，而这些麦克风中的第二麦克风未被遮蔽。在框520中，该示例方法500包括：将第二麦克风指派为充任用于捕捉声信号的主麦克风。
图6是根据一些其它示例实施方式的、用于麦克风的环境切换的示例方法600的流程图。该示例方法600可以用音频装置100来实现。该示例方法600可以在框610中开始，其中检测到由至少三个麦克风捕获的声信号(例如，目标语音)中存在混响。
在框620中，该方法600包括：从用于捕获该声信号的所述至少三个麦克风中选择第一麦克风和第二麦克风。该第一麦克风和第二麦克风可以被分隔开最大距离，利用该第一麦克风和第二麦克风来去除捕获的声信号中的混响。
图7示出了可以被用于实现本公开的一些实施方式的示例性计算机系统700。图7的计算机系统700可以在诸如计算系统、网络、服务器或其组合的背景下实现。图7的计算机系统700包括一个或更多个处理器单元710和主存储器720。主存储器720部分地存储供处理器单元710执行的指令和数据。在这个示例中，主存储器720在工作中存储可执行代码。图7的计算机系统700还包括：海量数据存储部730、便携式存储装置740、输出装置750、用户输入装置760、图形显示系统770以及外围装置780。
图7所示的组件被描绘为经由单一总线790连接。这些组件可以通过一个或更多个数据传输装置连接。处理器单元710和主存储器720经由本地微处理器总线连接，而海量数据存储部730、外围装置780、便携式存储装置740以及图形显示系统770经由一个或更多个输入/输出(I/O)总线连接。
海量数据存储部730(可以利用磁盘驱动器、固态驱动器或光盘驱动器来实现)是用于存储供处理器单元710使用的数据和指令的非易失性存储装置。海量数据存储部730存储用于实现本公开的实施方式的系统软件，用于将该软件加载到主存储器720中。
便携式存储装置740结合诸如闪速驱动器、软盘、光盘、数字视频盘或通用串行总线(USB)存储装置的便携式非易失性存储介质工作，以向图7的计算机系统700输入数据和代码并从图7的计算机系统700输出数据和代码。用于实现本公开的实施方式的系统软件被存储在这种便携式介质上，并且经由便携式存储装置740输入至计算机系统700。
用户输入装置760可以提供用户接口的一部分。用户输入装置760可以包括一个或更多个麦克风、用于输入字母数字和其它信息的诸如键盘的字母数字小键盘、或者诸如鼠标器、轨迹球、触控笔或光标方向键的指点装置。用户输入装置760还可以包括触摸屏。另外，如图7所示的计算机系统700包括输出装置750。合适的输出装置750包括扬声器、打印机、网络接口以及监视器。
图形显示系统770包括液晶显示器(LCD)或其它合适的显示装置。图形显示系统770可设置成接收文本和图形信息并处理该信息以输出至显示装置。
外围装置780可以包括用于向计算机系统添加附加功能的任何类型的计算机支持装置。
设置在图7的计算机系统700中的组件是通常在可以适用于本公开的实施方式的计算机系统中发现的那些，并且旨在表示本领域公知的这种计算机组件的广泛类别。由此，图7的计算机系统700可以是个人计算机(PC)、手持式计算机系统、电话、移动计算机系统、工作站、平板电脑、平板式手机、移动电话、服务器、迷你计算机、大型计算机、可穿戴设备或者任何其它计算机系统。计算机还可以包括不同的总线配置、联网平台、多处理器平台等。可以使用各种操作系统，包括UNIX、LINUX、WINDOWS、MAC OS、PALM OS、QNX ANDROID、IOS、CHROME、TIZEN以及其它合适的操作系统。
各种实施方式的处理可以通过基于云的软件来实现。在一些实施方式中，计算机系统700被实现为基于云的计算环境，如在计算云内工作的虚拟机。在其它实施方式中，计算机系统700本身可以包括基于云的计算环境，其中按分布式方式执行计算机系统700的功能。由此，在被配置为计算云时，计算机系统700可以包括采用各种形式的多种计算装置，如将在下面更详细描述的。
一般而言，基于云的计算环境是通常将一大组处理器(如在web服务器内)的计算能力相结合的资源和/或组合一大组计算机存储器或存储装置的存储容量的资源。提供基于云的资源的系统可以由其所有者专门使用，或者这种系统可以被在该计算基础设施内部署应用以获得大的计算或存储资源的益处的外部用户访问。
所述云例如可以由包括诸如计算机系统700的多个计算装置的web服务器的网络形成，其中每个服务器(或至少多个)提供处理器和/或存储资源。这些服务器可以管理由多个用户(例如，云资源客户或其他用户)提供的工作负载。典型地讲，每个用户将工作负载需求放在实时变化(有时显著地变化)的云上。这些变化的性质和范围通常取决于与用户相关联的业务类型。
上面参照示例实施方式对本技术进行了描述。因此，针对本示例性实施方式的其它变型例旨在被本公开所覆盖。

Claims (21)

1.一种用于麦克风的环境切换的方法，该方法包括：
检测通过至少两个麦克风来捕捉声信号的条件的变化，一配置与所述至少两个麦克风相关联；
确定所述条件的所述变化已发生了预定时段；以及
响应于所述确定，改变与所述至少两个麦克风相关联的所述配置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括指派所述至少两个麦克风中的第一麦克风来充任主麦克风，并且指派所述至少两个麦克风中的第二麦克风来充任辅麦克风。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述主麦克风是所述至少两个麦克风中最靠近目标讲话者的麦克风。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，改变所述配置包括：
指派所述第一麦克风来充任所述辅麦克风；以及
指派所述第二麦克风来充任所述主麦克风。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：基于改变的配置，调节用于噪声抑制(NS)的调谐参数。
6.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：基于改变的配置，调节用于声回波消除(AEC)的调谐参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述条件的变化包括：检测到所述至少两个麦克风中的第一麦克风被遮蔽，并且所述至少两个麦克风中的第二麦克风未被遮蔽。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，检测到所述第一麦克风被遮蔽基于检测所述第一麦克风的能级，并且检测所述第二麦克风未被遮蔽基于检测所述第二麦克风的能级。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，改变所述配置包括：指派所述第二麦克风来充任主麦克风。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述条件的变化包括：检测混响的存在。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述至少两个麦克风包括至少三个麦克风，并且其中，改变所述配置包括：响应于检测到所述混响的存在，从用于捕捉所述声信号的所述至少三个麦克风中选择第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和所述第二麦克风被分隔开作为所述至少三个麦克风中的任一对麦克风之间的最大距离的距离。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述条件的变化包括：检测以下中的至少一项的变化：
远端语音的存在；
背景噪声的类型；
所述至少两个麦克风的灵敏度；以及
所述至少两个麦克风的密封性。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述条件的变化包括：检测以下中的至少一项的变化：
所述声信号中的信噪比(SNR)的水平；以及
所述声信号中的信号回波比(SER)的水平。
14.一种用于麦克风的环境切换的系统，该系统包括：
至少一个处理器；以及
存储器，该存储器与所述至少一个处理器通信地联接，所述存储器存储指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时，执行包括以下步骤的方法：
检测通过至少两个麦克风捕捉声信号的条件的变化，一配置与所述至少两个麦克风相关联；
确定所述条件的所述变化已发生了预定时段；以及
响应于所述确定，改变与所述至少两个麦克风相关联的所述配置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述配置包括指派所述至少两个麦克风中的第一麦克风来充任主麦克风，并且指派所述至少两个麦克风中的第二麦克风来充任辅麦克风。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述主麦克风是所述至少两个麦克风中最靠近目标讲话者的麦克风。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，改变所述配置包括：
指派所述第一麦克风来充任所述辅麦克风；以及
指派所述第二麦克风来充任所述主麦克风。
18.根据权利要求15所述的系统，所述系统还包括：基于改变的配置，调节用于噪声抑制(NS)的调谐参数。
19.根据权利要求15所述的系统，所述系统还包括：基于改变的配置，调节用于声回波消除(AEC)的调谐参数。
20.根据权利要求14所述的系统，其中，检测所述条件的变化包括：检测以下中的至少一项的变化：
远端语音的存在；
背景噪声的类型；
所述至少两个麦克风的灵敏度；以及
所述至少两个麦克风的密封性。
21.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上包含有指令，所述指令在由至少一个处理器执行时，执行一方法的步骤，所述方法包括：
检测通过至少两个麦克风捕捉声信号的条件的变化，一配置与所述至少两个麦克风相关联；
确定所述条件的所述变化已发生了预定时段；以及
响应于所述确定，改变与所述至少两个麦克风相关联的配置。
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