基于对来自麦克风阵列的信号的分析的到达方向估计的制作方法

本公开涉及用于基于来自麦克风阵列的信号进行自动到达方向（doa）估计的设备、系统和方法。

背景技术：

1、准确定位声源的能力在如波束成形、声学场景分析、空间记录等各种应用中非常重要。doa估计技术用于确定声波到达麦克风阵列所来自的方向。尽管用于doa估计的现有系统和方法提供了益处，但改进的系统和方法将仍是期望的。

技术实现思路

1、本公开的至少一些方面可以经由方法来实施。一些这样的方法可以涉及到达方向（doa）估计。例如，一些方法可以涉及由控制系统接收由麦克风阵列获得的麦克风信号。一些方法可以涉及由控制系统增强麦克风信号的方向性分量，以产生方向性增强的麦克风信号。一些方法可以涉及由控制系统基于方向性增强的麦克风信号来计算空间协方差矩阵。一些方法可以涉及由控制系统对空间协方差矩阵进行向量化，以产生空间协方差向量。一些方法可以涉及由控制系统确定一系列方向上的脉冲响应的参考空间协方差矩阵。一些方法可以涉及由控制系统对参考空间协方差矩阵进行向量化，以产生参考空间协方差向量。一些方法可以涉及由控制系统计算空间协方差向量与参考空间协方差向量之间的相似度。一些方法可以涉及基于相似度来估计一个或多个声源到达方向。

2、根据一些示例，一系列方向可以基于先验信息。然而，在一些示例中，一系列方向可以不基于先验信息。在一些这样的示例中，一系列方向可以包括至少一个平面中的2π弧度。根据一些示例，增强麦克风信号的方向性分量可以涉及抑制麦克风信号的扩散分量。

3、在一些示例中，增强麦克风信号的方向性分量可以涉及应用时频掩蔽。在一些这样的示例中，时频掩蔽可以基于估计的直达-扩散比。根据一些示例，估计的直达-扩散比可以基于扩散功率跟踪来估计。在一些这样的示例中，扩散功率跟踪可以至少部分地基于麦克风信号的空间协方差矩阵的特征值分布。

4、根据一些示例，空间协方差向量与参考空间协方差向量之间的相似度可以针对多个频带中的每个频带进行计算。在一些这样的示例中，每个频带中的相似度可以基于空间协方差向量和参考空间协方差向量的内积来计算。根据一些示例，每个频带中的相似度可以基于空间协方差向量与参考空间协方差向量之间的距离来计算。

5、一些方法可以涉及由控制系统估计针对每个估计的声源到达方向的置信度度量。在一些这样的示例中，置信度度量可以至少部分地基于估计的到达方向和直达-扩散比。

6、根据一些示例，确定脉冲响应的参考空间协方差矩阵可以至少部分地基于麦克风阵列的几何形状。确定脉冲响应的参考空间协方差矩阵可以涉及测量从点源到麦克风阵列中的每个麦克风的脉冲响应。在一些示例中，确定脉冲响应的参考空间协方差矩阵可以涉及有限元建模。

7、一些方法可以涉及确定针对空间协方差向量的一个或多个分量的一个或多个加权因子，以及将一个或多个加权因子应用于一个或多个分量。在一些这样的示例中，一个或多个加权因子可以至少部分地基于空间协方差向量与参考空间协方差向量的内积或它们之间的距离。在一些示例中，确定一个或多个加权因子可以基于麦克风异常检测、麦克风遮挡、麦克风阵列几何形状、麦克风指向性或其组合。根据一些示例，一个或多个加权因子可以针对每个快速傅里叶变换仓（每个fft仓）来确定。一些这样的方法可以涉及由控制系统通过累积多个频率仓中每个频率仓的相似度来确定加权全频带相似度。在一些示例中，估计的声源到达方向可以基于加权全频带相似度。根据一些示例，针对每个fft仓确定一个或多个加权因子可以涉及应用一个或多个时频掩蔽。在一些这样的示例中，一个或多个时频掩蔽可以基于直达-扩散比、信噪比、用于提取声源信号的直达部分的起始检测、音频对象提取算法、风噪检测、浊音/清音分类或其组合。

8、本文描述的一些或所有操作、功能和/或方法可以由一个或多个设备根据存储在一个或多个非暂态介质上的指令（例如，软件）来执行。这种非暂态介质可以包括如本文描述的存储器设备，包括但不限于随机存取存储器（ram）设备、只读存储器（rom）设备等。因此，可以在其上存储有软件的非暂态介质中实施本公开中所描述的主题的一些创新方面。

9、本公开的至少一些方面可以由装置或系统来实施。例如，一个或多个设备可以能够至少部分地执行本文公开的方法。在一些实施方式中，装置可以包括接口系统和控制系统。控制系统可以包括一个或多个通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其组合。在一些示例中，所述装置可以是上文引用的音频设备之一。然而，在一些实施方式中，所述装置可以是另一类型的设备，如移动设备、膝上型计算机、服务器等。

10、在以下附图和说明中阐述了本说明书中所描述的主题的一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其他特征、方面和优点将变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能不是按比例来绘制的。

1.一种到达方向（doa）估计方法，包括：

2.如权利要求1所述的doa估计方法，其中，所述一系列方向基于先验信息。

3.如权利要求1所述的doa估计方法，其中，所述一系列方向不基于先验信息，并且其中，所述一系列方向包括至少一个平面中的2π弧度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的doa估计方法，其中，增强所述麦克风信号的方向性分量涉及抑制所述麦克风信号的扩散分量。

5.如权利要求1至4中任一项所述的doa估计方法，其中，增强所述麦克风信号的方向性分量涉及应用时频掩蔽。

6.如权利要求5所述的doa估计方法，其中，所述时频掩蔽基于估计的直达-扩散比。

7.如权利要求6所述的doa估计方法，其中，所述估计的直达-扩散比基于扩散功率跟踪来估计。

8.如权利要求7所述的doa估计方法，其中，所述扩散功率跟踪至少部分地基于所述麦克风信号的空间协方差矩阵的特征值分布。

9.如权利要求1至8中任一项所述的doa估计方法，其中，所述空间协方差向量与所述参考空间协方差向量之间的所述相似度针对多个频带中的每个频带进行计算。

10.如权利要求9所述的doa估计方法，其中，每个频带中的所述相似度基于空间协方差向量和所述参考空间协方差向量的内积来计算。

11.如权利要求9所述的doa估计方法，其中，每个频带中的所述相似度基于空间协方差向量与所述参考空间协方差向量之间的距离来计算。

12.如权利要求1至11中任一项所述的doa估计方法，进一步包括由所述控制系统估计针对每个估计的声源到达方向的置信度度量。

13.如权利要求12所述的doa估计方法，其中，所述置信度度量至少部分地基于估计的到达方向和直达-扩散比。

14.如权利要求1至13中任一项所述的doa估计方法，其中，确定脉冲响应的所述参考空间协方差矩阵至少部分地基于所述麦克风阵列的几何形状。

15.如权利要求1至13中任一项所述的doa估计方法，其中，确定脉冲响应的所述参考空间协方差矩阵涉及测量从点源到所述麦克风阵列中的每个麦克风的脉冲响应。

16.如权利要求1至13中任一项所述的doa估计方法，其中，确定脉冲响应的所述参考空间协方差矩阵涉及有限元建模。

17.如权利要求1至16中任一项所述的doa估计方法，进一步包括确定针对所述空间协方差向量的一个或多个分量的一个或多个加权因子，以及将所述一个或多个加权因子应用于所述一个或多个分量。

18.如权利要求17所述的doa估计方法，其中，所述一个或多个加权因子至少部分地基于空间协方差向量与所述参考空间协方差向量的内积或它们之间的距离。

19.如权利要求17或权利要求18所述的doa估计方法，其中，确定所述一个或多个加权因子基于麦克风异常检测、麦克风遮挡、麦克风阵列几何形状、麦克风指向性或其组合。

20.如权利要求17或权利要求19所述的doa估计方法，其中，所述一个或多个加权因子是针对每个快速傅里叶变换仓（每个fft仓）确定的，进一步包括由所述控制系统通过累积多个频率仓中每个频率仓的相似度来确定加权全频带相似度。

21.如权利要求20所述的doa估计方法，其中，估计的声源到达方向基于所述加权全频带相似度。

22.如权利要求20或权利要求21所述的doa估计方法，其中，针对所述每个fft仓确定所述一个或多个加权因子涉及应用一个或多个时频掩蔽，并且其中，所述一个或多个时频掩蔽基于直达-扩散比、信噪比、用于提取声源信号的直达部分的起始检测、音频对象提取算法、风噪检测、浊音/清音分类或其组合。

23.一种装置，被配置为执行如权利要求1至22中任一项所述的方法。

24.一种系统，被配置为执行如权利要求1至22中任一项所述的方法。

25.一种或多种非暂态计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令用于控制一个或多个设备执行如权利要求1至22中任一项所述的方法。