專利名稱：相位校正模塊、語音處理裝置、及校正相位不匹配的方法
技術領域：
本發明涉及陣列麥克風，特別是涉及陣列麥克風的輸出信號的相位不匹配的校正。
背景技術：
陣列麥克風(array microphone)為包含多個麥克風的一裝置。當一聲波傳遞至 一陣列麥克風時，陣列麥克風所包含的每一麥克風都會將該聲波轉換為一麥克風信號，因 此陣列麥克風可同時產生多個麥克風信號。由于該麥克風接收聲波的位置有些許差別，該 麥克風所產生的麥克風信號的相位有些許差異。 一波束成型(beamforming)模塊因此可以 依據該麥克風信號間的相位差決定該聲波的接收方向，并自麥克風信號中濾除來自接收方 向以外的噪音及干擾。因此，波束成形模塊可產生包含較多聲波成分及較少噪音及干擾成 份的一目標信號。 由于波束成形模塊是依據麥克風信號間的相位差決定聲波的接收方向，因此麥克 風信號間的相位差的精確程度決定了目標信號包含聲波成分的多寡，亦即決定了波束成型 模塊所產生的目標信號的質量。然而，陣列麥克風所產生的多個麥克風信號間的相位差包 含了各麥克風的電路差異所導致的信號延遲時間，而并非完整的反映了各麥克風的接收位 置的空間差異。因此，各麥克風的電路差異會使波束成型模塊所產生的目標信號的質量下 降。因此，需要一相位校正模塊以補償陣列麥克風所輸出的麥克風信號間的由于麥克風電 路差異而導致的延遲時間差異。 現有的相位校正模塊106依據陣列麥克風的多個麥克風的輸出信號決定麥克風 的電路差異所導致的延遲時間差異。然而，陣列麥克風的多個麥克風的電路差異于麥克風 輸出信號的低頻成分中引起較大的延遲時間差異，而于麥克風輸出信號的高頻成分中引起 較小的延遲時間差異。因此，麥克風輸出信號的低頻成分會較麥克風輸出信號的高頻成分 包含較多麥克風電路差異所導致的相位差及信號失真。由于現有的相位校正模塊于計算電 路差異所導致的延遲時間差異時并不區別對待麥克風輸出信號的高頻成分與低頻成分，因 此其所計算得到的延遲時間差異并不具有高的精確度，因而使波束成型模塊所產生的目標 信號的質量下降。因此，需要一種相位校正模塊以校正一陣列麥克風所包括的多個麥克風 所輸出的多個麥克風信號之間的相位不匹配。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種相位校正模塊，以校正一陣列麥克風所包 括的多個麥克風所輸出的多個麥克風信號之間的相位不匹配。于一實施例中，該相位校正 模塊包括一次頻帶濾波器、一延遲時間計算模塊、以及一延遲補償濾波器。該次頻帶濾波器 自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分，以得到多個高頻成分信號以及多個低 頻成分信號。該延遲時間計算模塊計算該低頻成分信號間的延遲時間。該延遲補償濾波器 依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號。
本發明提供一種校正陣列麥克風的相位不匹配的方法。于一實施例中，該陣列麥 克風所包括的多個麥克風將一聲音信號轉換為多個麥克風信號。首先，自該麥克風信號分 別取出一高頻成分及一低頻成分，以得到多個高頻成分信號以及多個低頻成分信號。接著， 計算該低頻成分信號間的延遲時間。最后，依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位 不匹配，以得到多個校正低頻成分信號。 本發明還提供一種語音處理裝置。于一實施例中，該語音處理裝置包括一陣列麥 克風、一相位校正模塊、以及一波束成型/信號分離模塊。該陣列麥克風包括多個麥克風供 產生多個麥克風信號。該相位校正模塊自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分 以得到多個高頻成分信號以及多個低頻成分信號，計算該低頻成分信號間的延遲時間，并 依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號。該波 束成型/信號分離模塊藉由波束成型(beamforming)技術或信號分離(signals印aration) 技術依據該校正信號產生無噪音及干擾成分的一目標信號。 為了使本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉數較佳實 施例，并結合附圖詳細說明如下。


圖1為依據本發明的語音處理裝置的區塊圖；圖2為依據本發明的相位校正模塊的區塊圖；以及圖3為依據本發明的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法的流程圖。附圖符號說明(圖1)102， 103 麥克風;104， 105 模擬至數字轉換器；106 相位校正模塊；108 波束成型/信號分離模塊；(圖2)202 次頻帶濾波器；204 語音檢測器；206 延遲時間計算模塊；208 延遲濾波器。
具體實施例方式
圖1為依據本發明的語音處理裝置100的區塊圖。語音處理裝置100包括麥克風 102及103、模擬至數字轉換器104及105、相位校正模塊106、以及波束成型/信號分離模 塊108。假設一聲音訊號源距離麥克風102及103為等距。因此，當一聲波產生時，麥克風 102及103會同時收到該聲波。麥克風102及103分別轉換聲波為信號sl (t)及s2 (t)。模 擬至數字轉換器104、105接著轉換模擬信號sl(t)及s2(t)為數字信號sl(n)及s2 (n)。
由于聲音訊號源距離麥克風102及103為等距，因此麥克風102及103的接收位置 差別不會對信號sl(n)及s2(n)產生相位差或延遲時間差異。當信號sl (n)及s2 (n)間存
5在延遲時間差異時，該延遲時間差必然是由麥克風102及103間的電路差異所造成。相位 校正模塊106接著可計算信號sl(n)及s2(n)間的延遲時間差。于計算延遲時間差之前， 相位校正模塊106自信號sl(n)及s2(n)分別抽取高頻成分極低頻成分。接著，相位校正 模塊106檢測是否高頻成分中包含語音成分。若高頻成分中包含語音成分，則相位校正模 塊106量測低頻成分之間的延遲時間差，并依據該延遲時間差補償信號sl(n)及s2(n)間 的相位不匹配。由于僅有兩麥克風輸出信號sl(n)及s2(n)，因此僅有信號sl(n)及s2(n) 其中之一需要補償。舉例來說，信號sl(n)的相位被依據延遲時間差調整以得到一校正信 號slc (n)。當陣列麥克風包括多個麥克風時，多個麥克風產生麥克風輸出信號，因此相位校 正模塊106以同樣方式調整多個麥克風輸出信號的相位。 信號slc (n)及s2 (n)接著被送至波束成型/信號分離模塊108。波束成型/信號 分離模塊108接著借著波束成型技術或信號分離技術依據信號slc(n)及s2(n)產生具有 較多語音成分并經衰減噪音及干擾成分的目標信號d(n)。由于相位校正模塊106是量測信 號sl(n)及s2(n)的低頻成分的延遲時間差以進行相位校正，因此相位校正模塊106所量 得的延遲時間差較現有技術中來的精確。因此，信號slc(n)及s2(n)之間由麥克風102及 103間的電路差異所導致的延遲時間差可被完全補償。因此，信號slc(n)及s2(n)之間的 相位差可完整地反映麥克風102及103間的接收位置的空間差異，從而提升波束成型/信 號分離模塊108所產生的目標信號d(n)的精確度。 圖2為依據本發明的相位校正模塊200的區塊圖。相位校正模塊200包括次頻帶 濾波器202、語音檢測器204、延遲時間計算模塊206、以及延遲濾波器208。由麥克風102 及103所產生的信號sl (n)及s2 (n)首先被送至次頻帶濾波器202。次頻帶濾波器202將 信號sl(n)分為高頻成分信號slh(n)及低頻成分信號sll(n)，并將信號s2(n)分為高頻成 分信號s2h(n)及低頻成分信號s21(n)。于一實施例中，次頻帶濾波器202包含一高通濾 波器及一低通濾波器。高通濾波器有等于界限頻率的一截角頻率，用以過濾信號sl(n)及 s2(n)以產生高頻成分信號slh(n)及s2h(n)。低通濾波器有等于界限頻率的一截角頻率， 用以過濾信號sl(n)及s2(n)以產生低頻成分信號sll (n)及s21 (n)。于一實施例中，該界 限頻率的范圍可由500Hz至1000Hz。 語音檢測器204接著檢測是否高頻成分信號slh (n)及s2h (n)包含語音成分。若 高頻成分信號slh(n)及s2h(n)包含語音成分，則語音檢測器204產生一語音檢測信號 v(n)以致能延遲時間計算模塊206計算延遲時間。于一實施例中，語音檢測器204檢測是 否高頻成分信號slh(n)及s2h(n)的功率高于一功率界限值。若高頻成分信號slh(n)及 s2h(n)的功率高于功率界限值，則語音檢測器204決定高頻成分信號slh(n)及s2h(n)包 含語音成分，并致能語音檢測信號v(n)以驅動延遲時間計算模塊206。
當語音檢測信號v(n)被致能后，延遲時間計算模塊206接著計算低頻成分信號 sll(n)及s21(n)間的延遲時間差t(n)。 一實施例中，延遲時間計算模塊206對低頻成分 信號sll(n)及s21(n)進行相關性運算(correlation)，以計算低頻成分信號sll(n)及 s21(n)間的延遲時間差t(n)。由于本實施例僅包含兩麥克風輸出信號sl(n)及s2(n)，僅 有麥克風輸出信號sl(n)及s2(n)的其中之一需要校正以消除兩者間的相位差或延遲時 間差。延遲時間差t (n)接著被送至延遲濾波器208，而延遲濾波器208接著依據延遲時間 差t(n)校正低頻成分信號sll(n)以得到校正低頻成分信號sllc(n)。校正低頻成分信號sllc(n)及高頻成分信號slh(n)合而為圖l所示的校正信號slc(n)。因此，于校正信號 sic (n)與信號s2 (n)間不存在麥克風102及103或模擬至數字轉換器104及105間的電路 差異所倒置的延遲時間差或相位差。接著，波束成型/信號分離模塊108可依據校正信號 slc(n)與信號s2(n)產生精確的目標信號d(n)。 圖3為依據本發明的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法300的流程圖。首先， 接收由一陣列麥克風的多個麥克風轉換一聲音所得到的多個麥克風信號(步驟302)。接 著，自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分以得到多個高頻成分信號及多個低 頻成分信號(步驟304)。接著，決定是否該高頻成分信號包含語音成分(步驟306)。若該 高頻成分信號包含語音成分，則計算該低頻成分信號間的多個延遲時間(步驟308)。接著， 依據該延遲時間校正該麥克風信號間的相位不匹配以得到多個校正信號(步驟310)。最 后，以波束成型技術或信號分離技術依據該校正信號產生不具噪音及干擾成分的一 目標信 號(步驟312)。 雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，本領域的技術 人員，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，因此本發明的保護 范圍以本發明的權利要求為準。
權利要求
一種相位校正模塊，用以校正一陣列麥克風所包括的多個麥克風所輸出的多個麥克風信號之間的相位不匹配，包括一次頻帶濾波器，自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分，以得到多個高頻成分信號以及多個低頻成分信號；一延遲時間計算模塊，計算該低頻成分信號間的延遲時間；以及一延遲補償濾波器，依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號。
2. 如權利要求1所述的相位校正模塊，其中該次頻帶濾波器包括一高通濾波器及一低 通濾波器，該高通濾波器依據一界限頻率過濾該麥克風信號以得到該高頻成分信號，而該 低通濾波器依據該界限頻率過濾該麥克風信號以得到該低頻成分信號。
3. 如權利要求2所述的相位校正模塊，其中該界限頻率的范圍由500Hz至1000Hz。
4. 如權利要求1所述的相位校正模塊，其中該相位校正模塊包括一語音檢測器，用以 檢測是否該高頻成分信號包含語音成分以產生一語音檢測信號，而該語音檢測信號用以啟 動該延遲時間計算模塊的延遲時間的計算。
5. 如權利要求4所述的相位校正模塊，其中該語音檢測器檢測是否該高頻成分信號的 功率超過一功率界限值以決定是否致能該語音檢測信號。
6. 如權利要求1所述的相位校正模塊，其中該延遲計算模塊將該低頻成分信號進行相 關性計算以得到該延遲時間。
7. 如權利要求1所述的相位校正模塊，其中該高頻成分信號及該校正低頻成分信號經 混合后形成分別對應于該麥克風信號的多個校正信號，而與該相位校正模塊串接的一波束 成型/信號分離模塊接著藉由波束成型技術或信號分離技術依據該校正信號產生無噪音 及干擾成分的一目標信號。
8. —種校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該陣列麥克風所包括的多個麥克風 將一聲音信號轉換為多個麥克風信號，該方法包括自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分，以得到多個高頻成分信號以及多 個低頻成分信號；計算該低頻成分信號間的延遲時間；以及依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配，以得到多個校正低頻成分信號。
9. 如權利要求8所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該方法還包括 檢測是否該高頻成分信號包含語音成分，以產生一語音檢測信號；以及 依據該語音檢測信號啟動該延遲時間的計算。
10. 如權利要求9所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該語音檢測信號 的產生步驟包括檢測是否該高頻成分信號的功率超過一功率界限值以決定是否致能該語 音檢測信號。
11. 如權利要求8所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該方法還包括 以一高通濾波器依據一界限頻率過濾該麥克風信號以得到該高頻成分信號；以及 以一低通濾波器依據該界限頻率過濾該麥克風信號以得到該低頻成分信號。
12. 如權利要求11所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該界限頻率的范圍由500Hz至lOOOHz。
13. 如權利要求8所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該延遲時間的計 算步驟包括將該低頻成分信號進行相關性計算以得到該延遲時間。
14. 如權利要求8所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該相位不匹配的 計算包括依據該延遲時間補償該低頻成分信號的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號；以及混合該高頻成分信號及該校正低頻成分信號以形成分別對應于該麥克風信號的多個 校正信號。
15. 如權利要求14所述的校正陣列麥克風的相位不匹配的方法，其中該相位不匹配的 計算還包括藉由波束成型技術或信號分離技術依據該校正信號產生無噪音及干擾成分的一目標 信號。
16. —種語音處理裝置，包括一陣列麥克風，包括多個麥克風供產生多個麥克風信號；一相位校正模塊，自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分以得到多個高頻 成分信號以及多個低頻成分信號，計算該低頻成分信號間的延遲時間，并依據該延遲時間 補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號；以及一波束成型/信號分離模塊，藉由波束成型技術或信號分離技術依據該校正信號產生 無噪音及干擾成分的一 目標信號。
17. 如權利要求16所述的語音處理裝置，其中該相位校正模塊包括 一次頻帶濾波器，自該麥克風信號分別取出該高頻成分及該低頻成分，以得到該高頻成分信號以及該低頻成分信號；一延遲時間計算模塊，計算該低頻成分信號間的該延遲時間；以及 一延遲補償濾波器，依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到該校正低頻成分信號；其中該高頻成分信號及該校正低頻成分信號經混合后形成分別對應于該麥克風信號 的該校正信號。
18. 如權利要求17所述的語音處理裝置，其中該次頻帶濾波器包括一高通濾波器及一 低通濾波器，該高通濾波器依據一界限頻率過濾該麥克風信號以得到該高頻成分信號，而 該低通濾波器依據該界限頻率過濾該麥克風信號以得到該低頻成分信號。
19. 如權利要求18所述的語音處理裝置，其中該界限頻率的范圍由500Hz至1000Hz。
20. 如權利要求17所述的語音處理裝置，其中該相位校正模塊包括一語音檢測器，用 以檢測是否該高頻成分信號包含語音成分以產生一語音檢測信號，而該語音檢測信號用以 啟動該延遲時間計算模塊的延遲時間的計算。
21. 如權利要求20所述的語音處理裝置，其中該語音檢測器檢測是否該高頻成分信號 的功率超過一功率界限值以決定是否致能該語音檢測信號。
22. 如權利要求20所述的語音處理裝置，其中該延遲計算模塊將該低頻成分信號進行 相關性計算以得到該延遲時間。
全文摘要
本發明提供一種相位校正模塊、語音處理裝置、及校正相位不匹配的方法。該相位校正模塊，用以校正一陣列麥克風所包括的多個麥克風所輸出的多個麥克風信號之間的相位不匹配。于一實施例中，該相位校正模塊包括一次頻帶濾波器、一延遲時間計算模塊、以及一延遲補償濾波器。該次頻帶濾波器自該麥克風信號分別取出一高頻成分及一低頻成分，以得到多個高頻成分信號以及多個低頻成分信號。該延遲時間計算模塊計算該低頻成分信號間的延遲時間。該延遲補償濾波器依據該延遲時間補償該低頻成分信號間的相位不匹配以得到多個校正低頻成分信號。
文檔編號H04R1/20GK101794575SQ20101000218
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月13日 優先權日2009年1月13日
發明者張銘, 陸曉燕 申請人:美商富迪科技股份有限公司