(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンアレイ（１０１）によって受信される信号におけるノイズを検出する方法であって、
ａ）マイクロフォンアレイの少なくとも２つのマイクロフォンから出るマイクロフォン信号を受信するステップ（２０１）と、
ｂ）各マイクロフォンの信号を周波数サブバンド信号に分解するステップ（２０２）と、
ｃ）各マイクロフォン信号に対して、該周波数サブバンド信号に基づいて、時間依存測定値を決定するステップ（２０３）と、
ｄ）該時間依存測定値の所定の統計的関数として、時間依存基準関数を決定するステップ（２０４）と、
ｅ）所定の基準に従って該基準関数を評価することにより、ノイズを検出するステップ（２０５）と
を包含し、
ステップｄ）において、該基準関数は、該時間依存測定値の最小値・最大値比率もしくは所定時での該時間依存測定値の分散として決定されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
ステップｂ）は、各マイクロフォン信号をデジタル化し、特に、短時間離散型フーリエ変換、離散型ウェーブレット変換、もしくはフィルタバンクを用いて、各デジタル化されたマイクロフォン信号を複素数値の周波数サブバンド信号に分解することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｂ）は、各サブバンド信号をサブサンプリングすることを包含する、請求項１もしくは請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップｃ）において、各時間依存測定値は、対応するマイクロフォンの１つもしくはいくつかのサブバンド信号の信号電力の所定の関数として決定される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）において、前記時間依存測定値Ｑｍ（ｋ）は、
【数１】
0004764037.tif 000018
として決定され、
ここで、Ｘｍ，ｌ（ｋ）は、サブバンド信号を示し、ｍ∈{１，・・・，Ｍ}は、マイクロフォンインデックスであり、ｌ∈{１，・・・，Ｌ}は、サブバンドインデックスであり、ｋは、時間変数であり、ｌ１，ｌ２∈{１，・・・，Ｌ}，ｌ１＜ｌ２である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ステップｄ）は、
【数２】
0004764037.tif 000019
もしくは
【数３】
0004764037.tif 000020
を有する基準関数Ｃ（ｋ）を決定することを包含し、
ここで、
【数４】
0004764037.tif 000021
およびｈ（Ｑｍ（ｋ））＝Ｑｍ（ｋ）または、所定値ａ、ｂを有するｈ（Ｑｍ（ｋ））＝ａｌｏｇｂＱｍ（ｋ）である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ステップｅ）は、前記基準関数を所定のしきい値と比較することを包含し、特に、該基準関数が、該所定のしきい値より大きいときノイズが検出される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ビーム形成器（１０２）に接続されているマイクロフォンアレイ（１０１）によって受信される信号におけるノイズを減少させる方法であって、
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の方法を用いることによって、該マイクロフォンアレイによって受信される該信号におけるノイズを検出するステップ（３０１）と、
ノイズが検出されたとき、所定の基準に従って、該ビーム形成器から出る現在の出力信号を処理するステップと
を包含する、方法。
【請求項９】
前記処理するステップは、所定の時間間隔で（３０４）、ノイズが検出された（３０２）とき、前記現在の出力信号の修正を行うことを起動すること（３０５）を包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記処理するステップは、前記現在の出力信号の修正を行うことが起動され（４０１）、かつ、所定の時間間隔で（４０２）ノイズが検出されないとき、該現在の出力信号を修正する動作を停止すること（４０３）を包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理するステップは、
ノイズを減少させるビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号を処理する方法を用いて前記信号を処理することを包含し、該処理することは、該ビーム形成器から出る前記現在の出力信号を修正された出力信号（３０６）と置換すること（３０８）を包含し、該修正された出力信号の位相は、該現在の出力信号の位相と等しくなるように選ばれ、該修正された出力信号の大きさは、前記マイクロフォン信号の大きさの関数であるように選ばれる、請求項８〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記置換するステップは、前記現在の出力信号の大きさが、前記修正された出力信号の大きさより大きいもしくは等しいとき（３０７）だけ実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記修正された出力信号の大きさは、前記マイクロフォン信号の算術平均の大きさの関数であるように選ばれる、請求項１１もしくは１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記関数は、その引数の最小値、平均値、変位値もしくは、中央値であるように選ばれる、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記ビーム形成器は、特に、ＧＳＣ構造を有する適応型のビーム形成器であるように選ばれる、請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な格納媒体であって、該プログラムは、コンピュータに請求項１から１５のいずれかに記載の方法のステップを実行させる、コンピュータ読み取り可能な格納媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォンを介して、ノイズ（詳細には、相関しないノイズ（ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｎｏｉｓｅ））の検出する方法およびビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信されるノイズ（詳細には、相関しないノイズ）を減少させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる領域において、ハンズフリーシステムが、多くの異なる用途に用いられる。特に、ハンズフリー電話システムおよびスピーチ制御システムが、車両に対して一般的になってきている。このことは、部分的には対応する法規定によるものであり、また部分的には、ハンズフリーシステムを用いるとき得られる快適性および安全性が非常に高まったためである。特に、車両用途の場合、１つもしくはいくつかのマイクロフォンが、車両のキャビン内に固定して実装される。もしくは、ユーザは対応するヘッドセットが提供され得る。
【０００３】
しかしながら、ハンドセットの場合と比べて、通常、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）が悪化する（すなわち、減少する）というハンズフリーシステムの問題がある。これは、主に、マイクロフォンとスピーカとの間の距離が大きく、またマイクロフォンで生じる信号レベルが低いためである。さらに、周辺のノイズのレベルがしばしば高いとき、ノイズを減少させる方法が利用されるべきことを必要とする。これらの方法は、マイクロフォンによって受信される信号の処理に基づく。人は、しばしば、マイクロフォンの数に応じて、１つのチャンネルのノイズ減少方法と複数のチャンネルのノイズ減少方法を見分ける。
【０００４】
特に、車両のハンズフリーシステムの分野において、また他の適用においても、ビーム形成方法が、バックグランドのノイズを減少させるために用いられる。ビーム形成器は、マイクロフォンアレイから出る信号を処理することにより、所定の所望の信号方向とは異なる方向からの信号成分が抑制される方法で合成信号を得る。したがって、ビーム形成は、マイクロフォンアレイに対して特定の方向性パターンを提供することを可能にする。ディレイ―サム（ｄｅｌａｙ―ａｎｄ―ｓｕｍ）ビーム形成器（上述のように、例えば、Ｇａｒｙ．Ｗ．Ｅｌｋｏ氏のＭｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ａｒｒａｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ｈａｎｄｓ―ｆｒｅｅ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎ：Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  １９９６，ｐｐ．２２９―２４０）の場合、例えば、ビーム形成は、信号の遅延補償および加算を含む。
【０００５】
対応するビーム形成器を有するマイクロフォンアレイによって得られる空間フィルタリングによって、しばしば信号雑音比を大きく改善させることが可能である。
【０００６】
周辺のノイズに加えて、所望の信号の信号品質は、また風の妨害によって減少され得る。これらの妨害は、風がマイクロフォンカプセルに当たるとき起きる。風圧と乱気流がマクロフォンの膜を大きく外し得て、強いパルスのような妨害、ウインドノイズ（ときどき、ポップ（Ｐｏｐｐ）ノイズとも呼ばれる）の結果になる。車両において、この問題は、ファンのスイッチがオンされているとき、もしくは、ほろ付車両のトップがオープンのとき、主に起きる。
【０００７】
これらの妨害を減少させるために、対応するマイクロフォンは、通常、ウインドシールド（ポップシールド）が提供されている。ウインドシールドは、風速を減少させ、したがって、また信号品質に大きく影響を及ぼすことなくウインドノイズを減少させる。しかしながら、このようなウインドシールドの有効性は、その大きさに依存し、それゆえ、マイクロフォンの全体の大きさを大きくする。大きなマイクロフォンは、設計上の理由および空間の不足のため、しばしば所望されない。これらの理由のため、多くのマイクロフォンは、適切なウインドシールドを備えられておらず、ハンズフリー電話のスピーチ品質が悪く、またスピーチ制御システムのスピーチ認識率が低くなる結果になる。
【非特許文献１】Ｇａｒｙ．Ｗ．Ｅｌｋｏ、Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ａｒｒａｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ｈａｎｄｓ―ｆｒｅｅ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎ：Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  １９９６，ｐｐ．２２９―２４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述を考慮して、マイクロフォンで、ノイズ（特に、ウインドノイズといった相関しないノイズ）を検出し、減少させる方法を提供することが、本発明に内在する課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１のノイズを検知する方法および請求項９のノイズを減少させる方法によって解決される。
【００１０】
従って、マイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを検出する方法が提供されている。
【００１１】
方法は、
ａ）マイクロフォンアレイの少なくとも２つのマイクロフォンから出るマイクロフォン信号を受信するステップと、
ｂ）各マイクロフォンの信号を周波数サブバンド信号に分解するステップと、
ｃ）各マイクロフォン信号に対して、周波数サブバンド信号に基づいて、時間依存測定値を決定するステップと、
ｄ）時間依存測定値の所定の統計的関数として、時間依存基準関数を決定するステップと、
ｅ）所定の基準に従って基準関数を評価することによりノイズを検出するステップとを包含する。
【００１２】
本発明によると、以下の項目１〜１８がまた、提供され、上記目的が達成される。
【００１３】
（項目１．）
マイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを検出する方法であって、
ａ）マイクロフォンアレイの少なくとも２つのマイクロフォンから出るマイクロフォン信号を受信するステップと、
ｂ）各マイクロフォンの信号を周波数サブバンド信号に分解するステップと、
ｃ）各マイクロフォン信号に対して、該周波数サブバンド信号に基づいて、時間依存測定値を決定するステップと、
ｄ）該時間依存測定値の所定の統計的関数として、時間依存基準関数を決定するステップと、
ｅ）所定の基準に従って該基準関数を評価することにより、ノイズを検出するステップと
を包含する、方法。
【００１４】
（項目２．）
ステップｂ）は、各マイクロフォン信号をデジタル化し、特に、短時間離散型フーリエ変換、離散型ウェーブレット変換、もしくはフィルタバンクを用いて、各デジタル化された信号を複素数値の周波数サブバンド信号に分解することを包含する、項目１に記載の方法。
【００１５】
（項目３．）
ステップｂ）は、各サブバンド信号をサブサンプリングすることを包含する、項目１もしくは項目２に記載の方法。
【００１６】
（項目４．）
ステップｃ）において、各時間依存測定値は、対応するマイクロフォンの１つもしくはいくつかのサブバンド信号の信号電力の所定の関数として決定される、項目１から項目３のいずれかに記載の方法。
【００１７】
（項目５．）
ステップｄ）において、前記基準関数は、前記時間依存測定値の最小値・最大値比率もしくは所定時での該時間依存測定値の分散として決定される、項目１から項目４のいずれかに記載の方法。
【００１８】
（項目６．）
ステップｃ）において、前記時間依存測定値Ｑｍ（ｋ）は、
【００１９】
【数１】
0004764037.tif 000002
として決定され、
ここで、Ｘｍ，ｌ（ｋ）は、サブバンド信号を示し、ｍ∈{１，Ｋ，Ｍ}は、マイクロフォンインデックスであり、ｌ∈{１，Ｋ，Ｌ}は、サブバンドインデックスであり、ｋは、時間変数である。このとき、ｌ１，ｌ２∈{１，Ｋ，Ｌ}，ｌ１＜ｌ２である、項目１から項目５のいずれかに記載の方法。
【００２０】
（項目７．）
ステップｄ）は、
【００２１】
【数２】
0004764037.tif 000003
もしくは
【００２２】
【数３】
0004764037.tif 000004
を有する基準関数Ｃ（ｋ）を決定し、
ここで、
【００２３】
【数４】
0004764037.tif 000005
およびｈ（Ｑｍ（ｋ））＝Ｑｍ（ｋ）または、所定値ａ、ｂを有するｈ（Ｑｍ（ｋ））＝ａｌｏｇｂＱｍ（ｋ）である、項目６に記載の方法。
【００２４】
（項目８．）
ステップｅ）は、前記基準関数を所定のしきい値と比較することを包含し、特に、該基準関数が、該所定のしきい値より大きいときノイズが検出される、項目１から項目７のいずれかに記載の方法。
【００２５】
（項目９．）
ノイズを減少させるビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号を処理する方法であって、該ビーム形成器から出る前記現在の出力信号を修正された出力信号と置換することを包含し、該修正された出力信号の位相は、該現在の出力信号の位相と等しくなるように選ばれ、該修正された出力信号の大きさは、前記マイクロフォン信号の大きさの関数であるように選ばれる、方法。
【００２６】
（項目１０．）
置換するステップは、前記現在の出力信号の大きさが、前記修正された出力信号の大きさより大きいもしくは等しいときだけ実行される、項目９に記載の方法。
【００２７】
（項目１１．）
前記修正された出力信号の大きさは、前記マイクロフォン信号の算術平均の大きさの関数であるように選ばれる、項目９もしくは１０に記載の方法。
【００２８】
（項目１２．）
前記関数は、その引数の最小値、平均値、変位値もしくは、中央値であるように選ばれる、項目９から項目１１のいずれかに記載の方法。
【００２９】
（項目１３．）
前記ビーム形成器は、特に、ＧＳＣ構造を有する適応型のビーム形成器であるように選ばれる、項目９から項目１２のいずれかに記載の方法。
【００３０】
（項目１４．）
ビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを減少させる方法であって、
項目１から項目８のいずれか１つに記載の前記方法を用いることによって、該マイクロフォンアレイによって受信される該信号におけるノイズを検出するステップと、
ノイズが検出されたとき、所定の基準に従って、該ビーム形成器から出る現在の出力信号を処理するステップと
を包含する、方法。
【００３１】
（項目１５．）
前記処理ステップは、所定の時間間隔で、ノイズが検出されたとき、前記現在の出力信号の修正を行うことを起動することを包含する、項目１４に記載の方法。
【００３２】
（項目１６．）
前記処理ステップは、前記現在の出力信号の修正を行うことが起動され、かつ、所定の時間間隔でノイズが検出されないとき、該現在の出力信号を修正する動作を停止することを包含する、項目１５に記載の方法。
【００３３】
（項目１７．）
前記処理ステップは、項目９から項目１３のいずれか１つの方法の用いることによって、信号を処理することを包含する、項目１４から項目１６に記載の方法。
【００３４】
（項目１８．）
項目１から項目１７のいずれか１つの方法のステップを実行するコンピュータ実行可能命令を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体を備えた、コンピュータプログラムプロダクト。
【００３５】
この適用は、驚くべきことに、異なるマイクロフォン信号に対するこのような時間依存測定値の統計的関数が、ノイズ（特に、ウインドノイズといった相関しないノイズ）が存在するかどうかを決定するために用いられ得ることを見出した。統計的関数は、分散と、最小値と、最大値と、相関係数といった関数を伴う。
【００３６】
マイクロフォンアレイの異なるマイクロフォンで起きる妨害は、相関しないと仮定されるので、このような統計的基準関数は、ノイズを検出する単純的、かつ、効率的な可能性を提供する。
【００３７】
ステップｂ）は、各マイクロフォン信号をデジタル化し、特に、短時間離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散型ウェーブレット変換、もしくはフィルタバンクを用いて、各デジタル化された信号を、複素数値（ｃｏｍｐｌｅｘ―ｖａｌｕｅｄ）の周波数サブバンド信号に分解することを包含する。従って、信号のさらなる処理に依存して、もっとも適した方法が選択され得る。さらに、特定の分解方法が存在するデータ処理リソースに依存し得る。短時間ＤＴＦは、例えば、Ｋ．―Ｄ．  Ｋａｍｍｅｙｅｒ氏とＫ．Ｋｒｏｓｃｈｅｌ氏による「Ｄｉｇｉｔａｌｅ  Ｓｉｇｎａｌｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ」，Ｆｏｕｒｔｈ  Ｅｄ．１９９８，Ｔｅｕｂｎｅｒ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ）に記載され、フィルタバンクは、Ｎ．Ｆｌｉｅｇｅ氏による「Ｍｕｌｉｔｒａｔｅｎ―Ｓｉｇｎａｌｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ：  Ｔｈｅｏｒｉｅ  ｕｎｄ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ」，１９９３，Ｔｅｕｂｎｅｒ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ）に記載され、ウェーブレットは、Ｔ．Ｅ．Ｑｕａｔｉｅｒｉによる「Ｄｉｓｃｒｅｔｅ―ｔｉｍｅ  ｓｐｅｅｃｈ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ―  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ａｎｄ  ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ」  ２００２，Ｕｐｐｅｒ，Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ  ＮＪ，ＵＳＡに記載される。
【００３８】
ステップｂ）は、各サブバンド信号をサブサンプリングすることを包含する。このような方法で、さらに処理されるべきデータの量は、著しく減少し得る。
【００３９】
ステップｃ）において、各時間依存測定値は、対応するマイクロフォンの１つもしくはいくつかのサブバンド信号の信号電力の所定の関数として決定され得る。マイクロフォンのサブバンド信号の信号電力（もしくは、異なるサブバンド信号の信号電力値）は、ノイズの存在を検出するのに大変適した量である。特に、ウインドノイズといった相関しないノイズが、主に低周波数で起こると仮定される。
【００４０】
ステップｄ）において、基準関数は、時間依存測定値の最小値・最大値比率もしくは所定時の時間依存測定値の分散として決定され得る。これらの統計的関数は、信頼的、かつ、効率的な方法で、ノイズの検出を可能にする。
【００４１】
ステップｃ）において、時間依存測定値Ｑｍ（ｋ）は、
【００４２】
【数５】
0004764037.tif 000006
として決定され、
ここで、Ｘｍ，ｌ（ｋ）は、サブバンド信号を示し、ｍ∈{１，Ｋ，Ｍ}は、マイクロフォンインデックスであり、ｌ∈{１，Ｋ，Ｌ}は、サブバンドインデックスであり、ｋは、時間変数である。このとき、ｌ１，ｌ２∈{１，Ｋ，Ｌ}，ｌ１＜ｌ２である。この場合、時間依存測定値は、特定の時間ｋにおいて、リミットｌ１およびｌ２内のいくつかのサブバンド上で加算される信号電力によって与えられる。当然、サブバンドが、自然数１、Ｋ、Ｌもしくは対応する周波数値（例えば、ヘルツ（Ｈｚ））によってインデックス付けされているかは問題ではない。
【００４３】
ステップｄ）は、
【００４４】
【数６】
0004764037.tif 000007
もしくは、
【００４５】
【数７】
0004764037.tif 000008
を用いて基準関数Ｃ（ｋ）を決定することを包含する。
ここで、
【００４６】
【数８】
0004764037.tif 000009
およびｈ（Ｑｍ（ｋ））＝Ｑｍ（ｋ）、もしくは所定値ａ、ｂを有するｈ（Ｑｍ（ｋ））＝ａｌｏｇｂＱｍ（ｋ）
特に、ａ、ｂは、a＝ｂ＝１０であるように選ばれる。このようにして、ｄＢ値への変換が得られる。信号電力の対数を取ることは、基準がマイクロフォン信号の飽和への依存が小さくなる利点を有する。静止中の伝播媒体における音の伝播の場合、分散もしくは上述のような商が、低い値になり、他方で、風の妨害は、また、高い一時的な変動を示し得る、より高い値の結果になると仮定される。
【００４７】
ステップｅ）は、基準関数を所定のしきい値と比較することを包含し得て、特に、基準関数が、所定のしきい値より大きいときノイズが検出される。このことは、基準関数の評価の単純なインプリメンテーションを可能にする。
【００４８】
本発明は、ノイズを減少させるビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号を処理する方法であって、現在の出力信号を修正された出力信号によって置換することを包含する方法をさらに提供する。修正された出力信号の位相は、現在の出力信号の位相と等しくなるように選ばれ、修正された出力信号の大きさは、マイクロフォン信号の大きさの関数になるように選ばれる。
【００４９】
このようにして、マイクロフォンに対して大きなウインドシールドを必要としないハンズフリーシステムを用いるとき、（ノイズ、特に、ウインドノイズといった相関しないノイズを減少させる現在の出力信号の処理により）信号雑音比を改善させる方法が提供されている。この方法は、また衝撃音の抑制に対して大変有用的、かつ、効率的である。
【００５０】
置換するステップは、現在の出力信号の大きさが、修正された出力信号の大きさより大きいもしくは等しいときだけ実行され得る。これに対して、現在の出力信号が、修正された出力信号の大きさより小さいとき、ビーム形成のために、ノイズ成分の大部分は既に除去されたと仮定される。
【００５１】
追加的に、もしくは代替的に、修正された信号の大きさは、マイクロフォン信号の算術平均の大きさの関数であるように選ばれる。この算術平均は、ディレイ―サムビーム形成器の出力に対応する。
【００５２】
ノイズを減少させるこれらの方法において、関数は、その引数の最小値、平均値、変位値もしくは、中央値であるように選ばれる。マイクロフォン信号の大きさのこのような関数は、信号品質が大きく改善した結果になる。
【００５３】
ビーム形成器は、特に、ＧＳＣ構造を有する適応型のビーム形成器であるように選ばれ得る。汎用型サイドローブキャンセラー（ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  ｓｉｄｅｌｏｂｅ  ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）構造を有するビーム形成器が、例えば、Ｌ．Ｊ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ氏およびＣ．Ｗ．Ｊｉｍ氏による「Ａｎ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｌｉｎｅａｒｌｙ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ」，ｉｎ：  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  １９８２，ｐｐ．２７―３４に記載される。適応型のビーム形成器は、信号雑音比をさらに改善させる周辺のノイズコンディションにおける差異に反応することを可能にする。
【００５４】
本発明は、またビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを減少させる方法を提供する。
【００５５】
方法は、上述の方法を用いることによって、マイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを検出するステップと、
ノイズが検出されたとき、所定の基準に従って、ビーム形成器から出る現在の出力信号を処理するステップとを包含する。
【００５６】
従って、ノイズを検出する上述の方法は、（ノイズ、特に、ウインドノイズといった相関しないノイズを検出した後、現在の出力信号の処理により）ビーム形成器を介して得られた信号の品質を改善させるために有利な方法で用いられる。
【００５７】
処理ステップは、所定の時間間隔で、ノイズが検出されたとき、現在の出力信号の修正を行うことを起動することを包含し得る。従って、（所定の時間間隔より、より短い）短い時間間隔で、妨害が検出されたとき、ビーム形成器から出る出力信号は修正されない。ノイズが、所定の時間間隔で、検出されたときだけ、この出力信号の修正を行うことが起動される（例えば、修正することが、実行される）。このような方法で、（処理時間を消耗する）修正するステップだけが、所定の時間間隔を待った後に起こので、方法がより効率的になる。
【００５８】
処理ステップは、現在の出力信号の修正を行うことが起動され、所定の時間間隔でノイズが検出されないとき、現在の出力信号の修正を行う動作を停止することを包含し得る。言い換えれば、修正を行うことが起動しているときでさえ、マイクロフォン信号は、（所定の時間しきい値の後の）ウインドノイズが存在しなくなり次第、修正を行う動作を停止するために依然としてモニタされる。これは、方法の効率を増加させる。
【００５９】
処理ステップは、ビーム形成器に接続されているマイクロフォンアレイによって受信される信号を処理する上述の方法の１つを用いることによって、信号を処理することを包含し得る。
【００６０】
本発明は、また上述の方法の１つのステップを実行するコンピュータ実行可能命令を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体を含むコンピュータプログラムプロダクトを提供する。
【００６１】
本発明のさらなる特徴および利点が、例示的な図面を参照して、以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
図面とともに異なる例の以下の詳細な記載は、本発明を特定の実施例に限定することを意図されていないことは、理解されるべきである。記載される例示的実施例は、本発明のさまざまな局面を単に例示するだけであり、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【００６３】
図１において、ノイズ（特に、ウインドノイズといった相関しないノイズ）を減少させるもしくは抑制するシステムの例が示されている。システムは、少なくとも２つのマイクロフォン１０１を有するマイクロフォンアレイを備える。
【００６４】
マイクロフォンアレイのマイクロフォンの異なる配置が可能である。特に、マイクロフォン１０１は、行に配置され得る。ここでは、各マイクロフォンは、近くのマイクロフォンに対して、所定の距離を有する。例えば、２つのマイクロフォンの間の距離は、およそ５ｃｍであり得る。用途に依存して、マイクロフォンアレイは、適した場所に実装され得る。例えば、車両のキャビンの場合、マイクロフォンアレイは、バックミラー、ルーフもしくは（後部座席に座る乗客のため）ヘッドレストに実装され得る。
【００６５】
マイクロフォン１０１から出るマイクロフォン信号が、ビーム形成器１０２に供給される。ビーム形成器への途中で、マイクロフォン信号は、信号の前処理のために（例えば、ハイパスもしくはローパスフィルタとった）信号処理要素を通過する。
【００６６】
ビーム形成器１０２は、改善した信号雑音比を有する単一の出力信号を取得し得る方法で、マイクロフォン信号を処理する。一番単純な形状では、ビーム形成器は、ディレイ―サムビーム形成器であり得る。このとき、異なるマイクロフォンに対する遅延補償が実行された後に、出力信号を取得するために信号を加算する。しかしながら、より精巧な適応型のビーム形成器を用いることによって、信号雑音比が、さらに改善する。例えば、適応型のウィーナフィルタを用いるビーム形成器が用いられ得る。さらに、ビーム形成器は、汎用型サイドローブキャンセラー（ＧＳＣ）の構造を有し得る。
【００６７】
マイクロフォン信号は、またノイズ検出器１０３に供給される。この途中で、既に上述されるように、信号は、また信号の前処理のために適したフィルタを通過し得る。さらに、マイクロフォン信号は、同様にノイズ減少器１０４にも供給される。また、前処理フィルタは、信号パスに沿って配置され得る。
【００６８】
ノイズ検出器１０３において、マイクロフォン信号が、ノイズ（特に、ウインドノイズといった相関しないノイズ）が存在するかどうかを決定するために処理される。このことは、さらに詳しく以下に記載される。ノイズ検出の結果に依存して、ノイズ減少器１０４によって実行されるノイズ減少もしくは抑制が起動される。このことは、スイッチ１０５によって概略的に示されている。（可能ならば、所定時間の時間間隔で）ノイズが検出されないとき、ビーム形成器の出力信号は、それ以上修正されない。
【００６９】
しかしながら、（可能ならば、所定時間のしきい値で）ノイズが検出されたとき、信号修正の手段でノイズ減少が起動される。ビーム形成器の出力信号およびマイクロフォンの信号に基づいて、以下に詳しく記載されるように、修正された出力信号が生成される。
【００７０】
しかしながら、代替として、信号の処理および修正は、またノイズの検出の必要なしに実行され得る。言い換えれば、ノイズ検出器は、省略され得て、ビーム形成器の出力信号は、常にノイズ減少器にパスされる。
【００７１】
図２を参照して、ノイズ検出の例が以下に記載される。方法の第１のステップ２０１において、全部でＭ個のマイクロフォンマイクロフォンからマイクロフォン信号が受信される。
【００７２】
続くステップ２０２において、各マイクロフォン信号は、周波数サブバンド信号に分解される。これに対して、マイクロフォン信号はデジタル化されることにより、デジタル化されたマイクロフォン信号が得られるｘｍ（ｎ），ｍ∈{１．．．Ｍ}。デジタル化の前、もしくはデジタル化の後であり実際の分解の前に、マイクロフォン信号がフィルタリングされ得る。複素数値のサブバンド信号Ｘｍ，ｌ（ｋ）は、短時間離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）もしくはフィルタバンクを介して得られる。ここで、ｌは、周波数インデックスもしくはサブバンドインデックスを示す。サブバンド信号は、因数Ｒによって、サブサンプリングされ得る。このとき、ｎ＝Ｒｋである。
【００７３】
相関しないノイズの検出のために、時間依存測定値Ｑｍ（ｋ）が、各マイクロフォンに対して、対応するサブバンド信号Ｘｍ，ｌ（ｋ）から得られる。時間依存測定値Ｑｍ（ｋ）が、ステップ２０３で決定される。風の妨害の検出は、これらの測定値の統計学的評価に基く。このような測定値に対する例が、いくつかのサブバンド上で加算される現在の信号電力である。
【００７４】
【数９】
0004764037.tif 000010
ここで、Ｘｍ，ｌ（ｋ）は、サブバンド信号を示し、ｍ∈{１，Ｋ，Ｍ}は、マイクロフォンインデックス、ｌ∈{１，Ｋ，Ｌ}は、サブバンド信号、ｋは、時間変数である。このとき、ｌ１，ｌ２∈{１，Ｋ，Ｌ}，ｌ１＜ｌ２である。
【００７５】
統計的評価に対して異なる可能性がある。対応する基準関数Ｃ（ｋ）は、ステップ２０４で決定される。後で、この基準関数が評価される。例えば、この基準関数は、分散であり得る。
【００７６】
【数１０】
0004764037.tif 000011
このとき、
【００７７】
【数１１】
0004764037.tif 000012
は、マイクロフォン上の信号電力の平均値を示す。
【００７８】
【数１２】
0004764037.tif 000013
もしくは、分散の代わりに基準関数として時間依存測定値の最小値・最大値比率を取ることがまた可能である。
【００７９】
【数１３】
0004764037.tif 000014
最後のステップ２０５において、基準関数は、所定の基準に従って評価される。基準関数の評価のための所定の基準が、しきい値Ｓによって与えられ得る。基準関数σ２＝（ｋ）もしくは、ｒ（ｋ）が、このしきい値より大きい値を取るとき、ノイズの妨害が存在すると決定される。通常、上記に与えられる基準関数は、高い一時的な変動を示す。
【００８０】
基準関数に対する上記の所定の測定値を直接的に取る代わりに、また最初に測定値の対数を取ることが可能である。これは、結果生じる基準が、マイクロフォン信号の飽和の依存がより小さくなることを示す利点を有する。例えば、ｄＢ値への変換が実行され得る。
【００８１】
ＱｄＢ，ｍ（ｋ）＝１０・ｌｏｇ１０Ｑｍ（ｋ）
それから、ＱｄＢ，ｍ（ｋ）が、対応する基準関数を得るために分散もしくは商に対する上述の等式に挿入される。
【００８２】
図３は、マイクロフォンアレイによって受信される信号における相関しないノイズを減少させるときの動作のコースの例を示す。方法は、図１に示されるシステムに対応する。図１において、ビーム形成器は、マイクロフォンアレイに接続されている。
【００８３】
第１のステップ３０１において、ノイズ検出方法が、既に上述に記載されているように、実行される。続くステップ３０２において、ノイズがこの方法によって実際検出されるかどうかチェックされる。
【００８４】
実際にノイズが検出された場合、システムは、ステップ３０３に進み、そこで、（以下に詳しく記載される）ビーム形成器の出力信号の修正が既に起動されているかどうかチェックされる。修正が既に起動されているとき、これは、ビーム形成器に加えてノイズ抑制が既に起こっていることを意味する。
【００８５】
修正がまだ起動されていないとき（例えば、ビーム形成器の出力信号がまだ修正されていないとき）、所定のしきい値に対して、ノイズが既に検出ているかどうか、続くステップ３０４でチェックされる。当然、このステップは、オプションであり、省略され得る。所定時間のしきい値は、またゼロにセットされ得る。しかしながら、非消滅の（ｎｏｎ―ｖａｎｉｓｈｉｎｇ）時間のしきい値が与えられるが、上回られないとき、システムは、ステップ３０１に戻る。
【００８６】
ステップ３０４の結果が正（例えば、所定の時間間隔でノイズが検出される（もしくは、しきい値が全く与えられない））のとき、現在のビーム形成器の出力信号の修正を行うことが、続くステップ３０５で、起動される。
【００８７】
それから、ステップ３０６において、修正された出力信号が、現在のビーム形成器の出力信号Ｙｌ（ｋ）の置換のために決定される。例えば、修正された出力信号は、
【００８８】
【数１４】
0004764037.tif 000015
によって与えられる。
【００８９】
言い換えれば、現在のビーム形成器の出力信号Ｙｌ（ｋ）の位相は維持される。一方で、現在のビーム形成器の出力信号の大きさ（もしくはモジュラス）は、マイクロフォン信号の大きさの最小値によって置換される。
【００９０】
上記の等式において、マイクロフォン信号の大きさの最小値だけは、決定される必要はない。他の信号は、また最小値を決定するときに考慮される。例えば、現在のビーム形成器出力信号の大きさは、マイクロフォン信号の大きさおよびディレイ―サムビーム形成器の出力信号の大きさの最小値によって置換され得る。
【００９１】
【数１５】
0004764037.tif 000016
次の（オプション的な）ステップ３０７において、現在のビーム形成器の出力信号の大きさは、修正された出力信号の大きさと比較される。修正された出力信号の大きさが、現在のビーム形成器の出力信号の大きさより小さいとき、現在のビーム形成器の出力信号の置換は起こらない。しかしながら、ビーム形成器の出力信号が、修正された出力信号の大きさより大きいもしくは等しいとき、システムはステップ３０８に進む。このとき、ビーム形成器の出力信号は、例えば、上記の等式に与えられるように、修正された出力信号によって実際に置換される。
【００９２】
マイクロフォンの少なくとも１つが妨害されていないままのとき、ウインドノイズは、上述の方法によって、効率的に抑制される。すべてのマイクロフォンが妨害されているとき、また出力信号の改善がある。いずれの場合においても、追加的なノイズ抑制のための出力信号のさらなる処理が可能である。
【００９３】
上述のように最小値を取る代わりに、またビーム形成器の出力信号の置換に対して、マイクロフォン信号の大きさの他の線形関数もしくは非線形関数を用いることが可能である。例えば、中央値もしくは算術または幾何平均が用いられ得る。
【００９４】
既に上述してあるように、もしくは、また信号修正を常に起動させ、ステップ３０１〜３１０を省略することは可能である。このことは、各ビーム形成器の出力信号に対して、修正された信号は、ステップ３０６で決定された後に、ステップ３０７、３０８が続くことを意味する。
【００９５】
図４は、図３のステップ３０２で、ノイズが検出されない場合の例を示す。それから、図４のステップが、図３の矢印３０９で示されるように続かれ得る。
【００９６】
第１のステップ４０１で、ビーム形成器の出力信号の修正が、現在起動されているかどうかチェックされる。現在起動されていないとき、システムはノイズ検出を単純に続ける。
【００９７】
しかしながら、ビーム形成器の出力信号の修正が、従ってノイズ抑制が実際に起動されているとき、ステップ４０２で、ノイズが所定時間のしきい値τＨに対して、検出されたかどうかチェックされる。しきい値が上回られないとき、ノイズ検出を単純に続ける。しかしながら、ノイズが、所定の時間間隔で検出されないとき、ビーム形成器の出力信号の修正は、動作を停止する。
【００９８】
このような動作の停止は、システムをより効率的にする。明らかであるように、上述のノイズ抑制は、ビーム形成器への加算である。マイクロフォン信号の実際のビーム形成器の処理は補正されない。これは、特に、この方法が、異なる種類のビーム形成器と組み合わされ得ることを意味する。
【００９９】
ノイズ抑制方法は、特に、車両用途に適している。車両の場合、人は、線形的な配置において、Ｍ＝４個のマイクロフォンからなるマイクロフォンのアレイを用い得る。このとき、２つの隣接するマイクロフォンは、それぞれ５ｃｍの距離を有する。ビーム形成器は、ＧＳＣ構造を有する適応型のビーム形成器であり得る。
【０１００】
このような場合、方法に対するパラメータが、以下の通り選ばれ得る。
【０１０１】
【表１】
0004764037.tif 000017
マイクロフォンアレイによって受信される信号におけるノイズを検出する方法を提供し、この方法は、マイクロフォンアレイの少なくとも２つのマイクロフォンから出るマイクロフォン信号を受信するステップ（２０１）と、周波数サブバンド信号に各マイクロフォンの信号を分解するステップ（２０２）と、各マイクロフォン信号に対して、周波数サブバンドに基づいて、時間依存測定値を決定するステップ（２０３）と、所定の基準に従って、基準関数を評価することにより、ノイズ検出するステップ（２０５）とを包含する。
【０１０２】
本発明のさらなる改良および変形は、この記載を鑑みて、当業者にとって明らかである。従って、記載は、例示的であるだけと解釈されえるべきであり、本発明を実行する一般的な方法について当業者に教示する目的のためである。ここで示され、記載される本発明の形状は、現在の好ましい実施形態として受け取られることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】信号におけるノイズを減少させるシステムの例を示す。
【図２】信号におけるノイズを検出する方法の例を示すフローチャートである。
【図３】信号におけるノイズを減少させる方法の例を示すフローチャートである。
【図４】出力信号の修正の動作停止の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１  マイクロフォン
１０２  ビーム形成器
１０３  ノイズ検出器
１０４  ノイズ減少器
１０５  スイッチ
【図１】
0004764037.tif 000022
【図２】
0004764037.tif 000023
【図３】
0004764037.tif 000024
【図４】
0004764037.tif 000025