陣列式麥克風(fēng)在電視機上的應用

　　陣列式麥克風(fēng)在電視上的應用

　　目前，陣列式麥克風(fēng)的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在人的語(yǔ)音收音距離要求不是很遠，而且空間不大，收音范圍較窄的情況下，陣列式麥克風(fēng)已經(jīng)被大量應用，如筆記本電腦、車(chē)載藍牙設備等等。同樣，陣列式麥克風(fēng)也可以應用在電視機上，使得用戶(hù)可以無(wú)拘無(wú)束地與遠方的家人、朋友等進(jìn)行聊天交流(圖1)。

　　當陣列式麥克風(fēng)在電視機上應用時(shí)，需要更加遠的收音距離，需要更加寬的收音范圍，而這些問(wèn)題都可以比較容易解決，但是回聲的問(wèn)題則變得更為突出。因為電視機是家庭的娛樂(lè )中心，所以電視機的揚聲器音量輸出也許會(huì )比較大，而麥克風(fēng)大部分都是設計在電視機上，遠端說(shuō)話(huà)的聲音從揚聲器出來(lái)，很容易被麥克風(fēng)重新拾取，再傳送到原說(shuō)話(huà)者的那邊，嚴重一些的情況，還可能形成自激。

　　在電視聊天過(guò)程中，如果存在回聲，會(huì )導致說(shuō)話(huà)的人感覺(jué)不舒服;而且語(yǔ)音疊加，導致語(yǔ)音不清晰，所以要盡量消除回聲。電視機的使用場(chǎng)合、環(huán)境各不相同，比如說(shuō)揚聲器的音量大小差異很大，空間的布置差異也很大等，這些都是與回聲直接相關(guān)的因素，而且這些因素都為不可控，不可預估的因素。為了解決在電視機上應用陣列式麥克風(fēng)，可能會(huì )產(chǎn)生的回聲問(wèn)題，需要在系統內部設計自適應濾波器。自適應濾波器的基本思想是估計回音路徑的特征參數，產(chǎn)生一個(gè)模擬的回音路徑，得出模擬的回音信號。然后接收信號中減去這個(gè)自適應濾波器模擬出來(lái)的回音信號，實(shí)現回音抵消。

　　自適應濾波器的架構如圖2。圖中所示的濾波器的輸入是x(n)={x(n),x(x-1),?x(n-N+1)}T，濾波器的權系數是h(n)={h1(n)，h2(n)，?hN (n)}T，d(n)為期望輸出信號，d^(n)為濾波器的實(shí)際輸出，也稱(chēng)估計值。e(n)為誤差，e(n)=d(n)-d^(n)。由誤差經(jīng)過(guò)自適應算法，來(lái)調整濾波系數，使得濾波實(shí)際輸出接近期望輸出的信號。

　　在實(shí)際的電視中的應用原理框圖見(jiàn)圖3。圖中f(n)代表來(lái)自遠方的語(yǔ)音信號;r1(n)為f(n)從揚聲器出來(lái)，經(jīng)過(guò)不同的回聲通道所產(chǎn)生的回聲集合，并被陣列式麥克風(fēng)收音;s(n)為本地用戶(hù)說(shuō)話(huà)的語(yǔ)音信號;r(n)為自適應濾波器對f(n)進(jìn)行了預處理，估算f(n)信號所產(chǎn)生的回音，其動(dòng)態(tài)估算值為r(n)。那么通過(guò)計算，本地用戶(hù)所傳送出去的聲音信號應該為u(n)=y(n)-r(n)=s(n)+r1(n)-r(n)。在理想的狀態(tài)下，如果自適應濾波器所產(chǎn)生的回聲估算值r(n)等于實(shí)際的回聲集合r1(n)，即r1(n)-r(n)=0，那么回聲將被剛好完全消除。

　　由于用戶(hù)的使用環(huán)境差異非常大，單獨靠自適應濾波器內部的算法，動(dòng)態(tài)修改濾波器的權系數，很難使得輸出的r(n)=r1(n)。所以如果自適應濾波器在DSP內部動(dòng)態(tài)修正權系數的同時(shí)，把電視機使用的環(huán)境因素考慮進(jìn)去，充分分析回聲的通道的各種情況，結合“內外”的因素，來(lái)動(dòng)態(tài)修正濾波器的權系數，這樣將會(huì )使得r(n)更加接近于實(shí)際的r1(n)，從而更地的消除回聲。帶有內部校準信號的系統框圖如圖4。

　　其中最主要是增加了一個(gè)內部校準單元，內部存儲有一些特定的音頻測試信號Fn。人聲所包括的頻率主要從300~3400Hz之間，所以?xún)炔康臏y試信號Fn從這個(gè)頻率區間進(jìn)行取樣即可，如Fn=300Hz、400Hz、500Hz等等，以此類(lèi)推。其邏輯思路見(jiàn)圖5。

　　舉例說(shuō)明：當用戶(hù)發(fā)現在聊天過(guò)程中回聲較大，可以人為通過(guò)遙控器的按鍵或者鍵控板上的按鍵等方式來(lái)發(fā)出校準指令。此時(shí)，內部校準單元會(huì )逐一發(fā)出相關(guān)的測試信號Fn，測試信號通過(guò)主信道，通過(guò)功放，從揚聲器發(fā)出聲音，聲音再通過(guò)不同的回聲通道，被陣列式麥克風(fēng)拾取，回送到內部校準單元。由于測試信號為固有的信號，內部校準單元可以準確對比測試信號和回聲之間的差異，考慮與環(huán)境相關(guān)的回聲因素，產(chǎn)生新校正因子γ。

　　校正因子γ送到自適應濾波器，讓自適應濾波器修正濾波器的權系數，這個(gè)權系數可以說(shuō)在一定程度上考慮了外部的環(huán)境對回聲的影響因素，所以自適應濾波器所產(chǎn)生的r(n)將更加接近r1(n)，從而可以更好的消除回聲。

　　小結

　　可以預見(jiàn)，聊天功能將會(huì )成為未來(lái)電視機的主要功能之一，而在電視機中應用陣列式麥克風(fēng)，可以擺脫對傳統形式麥克風(fēng)的依賴(lài)，給用戶(hù)帶來(lái)較好的體驗感受;而加強對回聲的消除處理，是陣列式麥克風(fēng)得以在電視機上廣泛應用的保證。