TWI471019B - 用於內插第一與第二麥克風信號之內插電路 - Google Patents

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Description

用於內插第一與第二麥克風信號之內插電路
本發明係關於一種內插電路，且更特定言之，係關於一種用於麥克風信號之內插電路。
本發明係關於根據技術方案1之前文之內插電路。如技術方案1所定義，此內插電路包括第一分支，第一分支具備用於對第一麥克風信號及第二麥克風信號進行功率特定求和之電路。用於功率特定求和之此電路之一可能實施例係自WO2011/057922A1所知。在本發明之內容背景中，用於功率特定求和之電路應被理解為基於兩個輸入信號來導出一輸出信號之電路，其限制條件為該輸出信號之功率大體上等於該兩個輸入信號之功率量之總和。
每一內插方法係基於兩個信號之加權求和。然而，求和信號可僅被正確地內插直至一特定頻率或波長，在該頻率或波長下，滿足取樣定理仍。因此，僅在待內插之麥克風之間的距離不大於該波長之一半的情況下才可正確地計算一信號。此外，不能再以已定義方式判定相位，從而引起梳形濾波器及對應聲音特色(sound coloration)。
後者係經由內插方法中之功率特定求和而得以防止，如WO2011/057922A1所描述。結果，有可能模擬所要部位中之虛擬麥克風而無任何聲音損失。
本發明意欲進一步改良內插電路。為此，主要技術方案之前文所定義之內插電路係如根據主要請求項之特性化部 分之特徵所規定而特性化。本發明之內插電路之較佳實務實例係在附屬技術方案中予以定義。
本發明係基於以下發明性概念。
聲波之局域化感知係由低頻率聲音分量之聲音路徑之延遲週期實質上判定。由於此等延遲週期係以對應低頻率信號分量之相位予以表示，故虛擬麥克風信號之正確相位對於未削弱局域化感知至關重要。虛擬麥克風信號之相位為判定虛擬麥克風之位置之部位變數的函數。
虛擬麥克風之正確延遲週期值或相位值係藉由實際麥克風信號之傳統內插而以針對足夠低頻率之信號分量之充分準確度予以映射；此內插在下文中將被稱為相位特定內插。
聲源之聲學感知係由不同頻率之聲音分量之聲學功率的比率實質上判定，然而，與信號之相位是否正確無關。
除了低頻率信號分量以外，歸因於違反取樣條件，傳統內插並不合適，此係因為傳統內插偽造不同頻率之功率比率，同時亦不提供虛擬麥克風信號之正確相位。
頻率相依之近似恆定功率內插(在下文中被稱為功率特定內插)之性質為：其未實質上更改不同頻率之功率比率，且因此引起近似地對應於對應位置中之實際麥克風之聲音感知的虛擬麥克風之聲音感知。
因為功率特定內插未必亦係相位特定的，所以藉由將功率特定內插限定至高頻率信號分量且組合功率特定內插與用於剩餘低頻率信號分量之相位特定內插來達成局域化感 知之改良。此情形反過來亦被達成，此在於處理被分配至兩個不同分支。
另外細節亦由以下另外反映引起。
藉由將功率相關加權因子應用於功率特定求和器之輸入信號來實現功率特定內插，其中如在WO2011/057922A1中之求和用於功率特定求和器，且加權因子係功率相關的，此在於其平方值之總和為1。
麥克風信號在頻率範圍內之處理(其可充當功率特定內插)同時有利地用於低頻率信號分量與高頻率信號分量之間的分離。
兩個內插類型之組合係取決於頻率參數而藉由兩個處理分支之信號之加權混合予以執行，其中加權因子為頻率之連續函數。此情形很大程度上防止在組合式信號之頻譜中產生不連續性，對於一些信號，該等不連續性原本將會引起聲訊干擾。
若對應頻率及對應內插類型之內插式信號值之計算針對彼等頻率及一個處理分支(其中混合之加權因子為0)被省略，則此情形帶來節省處理費用之一部分的優點。
用於功率特定內插之求和器之選擇(功率特定內插之相位為加權輸入信號之平滑函數)具有如下效應：在虛擬麥克風之控制信號之連續改變期間不產生聲音感知之干擾性破壞。如在WO2011/057922A1中之求和滿足此要求且因此被利用。
在傳統內插及功率特定內插兩者中，虛擬麥克風之部位 變數之相位函數在大多數狀況下偏離置放於虛擬麥克風之位置中之實際麥克風的相位函數。虛擬麥克風之相位值係以改良型準確度被映射，此在於部位變數係藉由抗失真計算而轉換至內插之控制信號。近似計算係足夠的。抗失真函數通常將值0映射至0且將值1映射至1，且其間之展開通常係對稱的。最簡單之近似為比例函數。
藉由將功率特定內插之相位函數調適至傳統內插之相位函數來達成虛擬麥克風之相位值之另外改良。此情形在處理分支之信號貢獻之間的變更之頻率範圍內的兩個內插類型之間的轉變期間防止干擾性振幅誤差，且係藉由將分離之不同抗失真計算用於兩個內插之控制信號而達成。用於傳統內插之控制信號之典型的足夠準確之抗失真函數為比例函數。用於功率特定內插之控制信號之典型的足夠準確之抗失真函數為平方正弦函數。
在本發明之一實施例中，一種用於內插一第一麥克風信號及一第二麥克風信號且用於產生一內插式麥克風信號之內插電路包含：一第一輸入端(100)，其用於接收該第一麥克風信號(am)；一第二輸入端(101)，其用於接收該第二麥克風信號(am+1)；一輸出端(102)，其用於輸出該內插式麥克風信號(s)；一第一電路分支(104)，其具有分別耦接至該內插電路之該第一輸入端(100)及該第二輸入端(101)之第一輸入端(105)及第二輸入端(106)，以及耦接至該內插電路之該輸出端(102)之一輸出端(107)，該第一電路分支 具備用於對供應於該第一電路分支之該第一輸入端及該第二輸入端處之該等信號進行功率特定求和且用於在該第一電路分支(104)之該輸出端(107)處輸出一功率特定求和信號的一構件(108)，該內插電路之特徵在於該內插電路進一步具備：一控制輸入端，其用於接收一控制信號(r)；一第二電路分支(109)，其具有分別耦接至該內插電路之該第一輸入端(100)及該第二輸入端(101)之一第一輸入端(110)及一第二輸入端(111)，以及耦接至該內插電路之該輸出端(102)之一輸出端(112)；該內插電路之特徵在於該第一電路分支及該第二電路分支(104、109)之該等輸出端(107、112)耦接至一信號組合電路(116)之各別輸入端(115、118)，且該信號組合電路(116)之一輸出端(119)耦接至該內插電路之該輸出端(102)；該內插電路之特徵在於該第二電路分支(109)具備一第一乘法電路(120)及一第二乘法電路(121)，該第一乘法電路及該第二乘法電路具有分別耦接至該第二電路分支之該第一輸入端及該第二輸入端之輸入端，及耦接至一第二信號組合電路(122)之各別輸入端之輸出端，該第二信號組合電路之輸出端耦接至該第二電路分支(109)之該輸出端(112)；該內插電路之特徵在於該第一乘法電路及該第二乘法電路(120、121)具備耦接至該內插電路之該控制輸入端之一控制輸入端，且經調適以將供應至該等乘法電路之信號乘以各別第一乘法量及第二乘法量(1-f、f)，該第一乘法量及該第二乘法量取決於該控制信號(r)。
藉由參考諸圖之描述來更深入地解釋本發明。
圖1展示內插電路之實務實例。內插電路具備用於接收第一麥克風信號(am )之第一輸入端100、用於接收第二麥克風信號(am+1 )之第二輸入端101、用於輸出內插式麥克風信號(s)之輸出端102，及用於接收控制信號(r)之控制輸入端103。內插電路進一步具備兩個電路分支，即：第一電路分支104，其具有分別耦接至內插電路之第一輸入端100及第二輸入端101之第一輸入端105及第二輸入端106，以及耦接至內插電路之輸出端102之輸出端107；及第二電路分支109，其具有分別耦接至內插電路之第一輸入端100及第二輸入端101之第一輸入端110及第二輸入端111，以及耦接至內插電路之輸出端102之輸出端112。
第一電路分支104具備用於對供應於該第一電路分支之第一輸入端105及第二輸入端106處之信號進行功率特定求和且用於在第一電路分支104之輸出端107處輸出功率特定求和信號的構件108。
第一電路分支104進一步具備耦接於該第一電路分支之第一輸入端105與用於功率特定求和之構件108之第一輸入端126之間的乘法電路124。電路分支104進一步具備耦接於該第一電路分支之第二輸入端106與用於功率特定求和之構件之第二輸入端127之間的乘法電路125。乘法電路124、125各自具備經由控制信號轉換電路131而耦接至內插電路之控制輸入端103之控制輸入端。
第二電路分支109具備第一乘法電路120及第二乘法電路121，該第一乘法電路及該第二乘法電路具有分別耦接至該第二電路分支之第一輸入端110及第二輸入端111之輸入端，及耦接至第二信號組合電路122之各別輸入端之輸出端，該第二信號組合電路之輸出端耦接至第二電路分支109之輸出端112。第一乘法電路120及第二乘法電路121各自具備經由控制信號轉換電路130而耦接至內插電路之控制輸入端103之控制輸入端。
第一電路分支104及第二電路分支109之各別輸出端107、112係經由各別乘法電路113及114而耦接至信號組合電路116之各別輸入端115、118。信號組合電路116之輸出端119耦接至內插電路之輸出端102。
內插較佳地係在頻率範圍內進行。在此狀況下，提供變換電路133及134，該等變換電路(例如)借助於快速傅立葉變換(fast Fourier transform)將麥克風信號自時間範圍轉換成頻率範圍，且具有變換電路135，該變換電路(例如)借助於反快速傅立葉變換將信號組合電路116之輸出信號自頻率範圍轉換成時間範圍。
乘法電路120、121經調適以將供應至該等乘法電路之信號乘以第一乘法因子及第二乘法因子(1-f、f)，其中第一乘法因子及第二乘法因子取決於控制信號(r)。以一較佳方式，f=rB ， (方程式1)，其中B為大於0之常數，較佳地等於1。
乘法電路124、125經調適以將供應至該等乘法電路之信號乘以等於(1-g)1/2 及g1/2 之第三乘法因子及第四乘法因子，其中第三乘法因子及第四乘法因子取決於控制信號(r)。因子g可以各種方式取決於r。一可能性為：g=rC (方程式2)，其中C為大於0之常數，較佳地等於1。在此狀況下，已達成：第一分支104之輸出端107處之信號在振幅方面以及在相位之簡單近似方面經調適至第二分支109之輸出端112處之信號。或，g=sinD (r*π/2)，其中D為大於0之常數，較佳地等於2。在此狀況下，應用與在狀況g=rC 下之條件相同的條件，然而，另外改良其中相位之近似之準確度。
乘法電路113及114經調適以將供應至該等乘法電路之信號乘以各別頻率相依乘法因子1-c(k)及c(k)，其中k為頻率參數。在一較佳實施例中，針對c(k)之條件為：對於k=0，c(k)為較佳地等於1之常數E1 且對於k之增加值而減低，直至c(k)對於k之較高值等於常數E0 ，較佳地等於0。相反地，因此，對於乘法因子1-c(k)成立的是：1-c(k)對於k=0為1-E1 且對於k之增加值而增加，直至1-c(k)對於k之較高值變為1-E0 。此意謂：第二分支109之貢獻主要地係在低頻率範圍內，然而，此貢獻對於較高頻率而減低且係由第一分支104之貢獻接管。
圖2展示圖1之內插電路中之第一分支104中的用於功率特定求和之構件108之可能實務實例。
如圖2所示的用於功率特定求和之構件108含有計算單元 210、乘法電路220及信號組合單元230。用於功率特定求和之構件之輸入端201(圖1中之127)及200(圖1中之126)耦接至計算單元210之各別第一輸入端203及第二輸入端202。用於功率特定求和之構件之輸入端201、200可基本上亦以反轉關聯性被識別為圖1中之126及127。計算單元210之一個輸出端211耦接至乘法電路220之第一輸入端。用於功率特定求和之構件108之一個輸入端耦接至乘法電路220之第二輸入端。乘法電路220之一個輸出端耦接至信號組合單元230之第一輸入端。用於功率特定求和之構件108之另一輸入端耦接至信號組合單元230之第二輸入端。信號組合單元230之一個輸出端耦接至構件108之輸出端213，其中輸出端213耦接至第一電路分支104之輸出端107。計算單元210經調適以取決於該計算單元之輸入端202及203處之信號來導出乘法因子m(k)。
圖3以側視圖展示麥克風配置之實務實例，其中可使用圖1之內插電路。圖3展示球形表面麥克風配置，其中在此狀況下，六個麥克風301至306配置於球體307之表面處。圖4展示通過圖3之麥克風配置之球體之水平截面的俯視圖。六個麥克風配置於該截面之周邊圓圈處。兩個鄰接麥克風(諸如，麥克風301及302)連接至圖1之內插電路之各別輸入端100及101。借助於圖1之內插電路，現在有必要導出一麥克風信號，就好像該麥克風信號為在麥克風301與麥克風302之間配置於該圓圈上之虛擬位置(如圖4中以401所指示)中之一個麥克風的輸出信號。此位置係由隅角位 置φ定義。因此，φ為可在φm 與φm+1 之間變化之隅角變數，其中φm 及φm+1 為兩個麥克風301及302在周邊圓圈上之隅角位置。
關於內插式麥克風信號係自圖3及圖4中之麥克風配置之兩個鄰接麥克風之兩個麥克風信號導出的實務實例，可關於控制信號r來提及下文：r=A*(φ-φm )/(φm+1 -φm ) (方程式3)其中A為較佳地等於1之常數，且其中φm 及φm+1 為兩個麥克風301及302在圓圈上之隅角位置，且φ為指示該兩個麥克風之間的虛擬麥克風被假定為配置於圓圈上所處之隅角位置的隅角變數，且其中內插電路之輸出端處之內插式麥克風信號被假定為此虛擬麥克風之輸出信號。
下文中描述根據圖1及圖2之內插電路之操作。
應假定：可經由沿著鄰近實際麥克風301、302之位置之間的經合適設計之連接線之部位之參數內插而描述虛擬麥克風之位置；藉由經近似定義之定標函數來定標此部位內插之參數，使得該定標在麥克風301之位置處得到0且在麥克風302之位置處得到1；及採用定標結果作為圖1中之電路之控制信號r。因此，使部位內插之轉置中之參數等於信號內插被假定為已知且對於目前聲學應用領域合理。
舉例而言，在圖3及圖4之配置中，所假定之參數化連接線為圓形線截面，麥克風301、302位於圓形線截面之末端處，其中參數為圓形線之角度座標。
圖1中之電路藉由執行兩個類型之內插(即，功率特定信號內插及相位特定信號內插)來實現發明性概念。信號路徑被分支成兩個部分電路(每一者用於各別內插類型)且再次被重新組合。
所有此類分支及重新組合係用經變換成頻率範圍之信號進行，且分支中之操作係與譜值相關。輸入信號之譜值各自係由輸入信號路徑中之譜變換單元自各別輸入信號而產生，且輸出信號係由輸出信號路徑中之反譜變換單元自輸出信號之譜值而產生。此譜處理實現功率特定求和及內插類型之轉變，該轉變將在下文進一步予以闡明。
譜值應被理解為具有頻率作為指數之向量變數，且每一向量元素係以相同方式加以處理。與此不同，若在考慮中之分支及在考慮中之頻率指數的加權因子在該等分支重新組合後即不為0，則針對一向量元素之改良型實例實現僅進行該分支之操作。重新組合之加權因子將在下文進一步予以更詳細地解釋。
該等內插各自係由將加權因子應用於輸入譜值及應用求和組成，其中該內插之加權因子受到控制變數控制。
功率特定信號內插滿足輸出功率應近似地等於輸入功率之總和的條件，此在於：所涉及之求和滿足此條件(功率特定求和)，且此外，在加權時，輸出功率之總和等於輸入功率之總和。在加權時，歸因於平方加權因子總計為1之事實而滿足此條件。
下文將在經由如在WO2011/057922A1中之求和之實例而 進行的針對圖2之解釋中進一步描述功率特定求和之操作。
相位特定內插為以本身所知之方式而操作之線性內插。
為了使每一內插類型獲得其效應之頻率相依比例，在信號分支重新組合後即將頻率相依加權因子應用於譜值。重新組合之加權因子適宜地總計為1。
內插類型之轉變範圍係經由重新組合之頻率相依加權而實現。頻率相依性之曲線較佳地平滑，藉以防止總信號中之聲訊干擾。
有利地選擇關於頻率之轉變範圍之部位，使得不同頻率之功率比率尚未藉由針對低於轉變範圍之頻率之相位特定內插強烈地更改。此情形以一次序針對一頻率近似地發生，其中鄰近實際麥克風之距離為在連接線之方向上傳播之聲波之波長的四分之一。
用於為了改良虛擬麥克風在內插類型之轉變範圍內之頻率下之相位值而提供的內插之控制變數的抗失真計算係由各別控制信號轉換電路130及131分離地針對兩個分支而進行。抗失真函數係經由一抗失真曲線而實現，該抗失真曲線經選擇以補償信號內插之相位特性，以便使該抗失真曲線近似於部位內插之相位特性。舉例而言，抗失真曲線係經由藉由實際麥克風之相位量測或相位估計與憑藉本發明電路之相位量測或相位估計的比較而預先判定。表達「相位特性」指代內插式譜值之相位對內插之控制變數及對各別待內插譜值的相依性。抗失真可僅補償對控制變數之相 依性，而不補償對兩個待內插譜值之相依性。為了判定抗失真曲線，因此適宜的是僅考慮待內插譜值之影響小的彼等狀況，且假定平均或典型狀況。彼等狀況為待內插譜值之相位之差異小的狀況，此情形對於在足夠低頻率下之典型聲學應用成立且因此對於內插類型之所欲轉變範圍亦成立。
將用於功率特定求和之構件108之輸入端201、200識別為圖1中之127或126或反之亦然(亦即，圖1中之126及127)僅對用於功率特定信號內插之分支之譜值的相位有影響。整個電路之效應保持極相似。輸出信號之相位之差異(其對局域化感知及聲音感知無顯著影響)僅針對高於轉變範圍之頻率而出現。不管功率特定求和之非對稱建構，哪一麥克風關聯至哪一輸入端因此無關緊要。
總之，據說，兩個信號分支之部分電路之操作在以下方面不同：
‧求和之類型。
‧內插之加權因子。
‧內插之控制變數。
‧內插之控制變數之失真抑制。
‧重新組合之頻率相依加權因子。
總而言之，關於相位之電路之舉動可被描述如下：對於在高頻率範圍內之信號分量，僅第一分支起作用，其中未考量由確保內插之正確功率引起之相位。對於在低頻率範圍內之信號分量，僅第二分支起作用，此情形確保內插之 正確相位。在中等頻率下之轉變範圍內，兩個分支之組合起作用，其中該等分支不斷地變更且在其相位方面僅展現小差異(若存在)。
圖2中之電路根本地進行供應於其輸入端處之譜值之添加，然而，此添加獨自地將仍不允許獲得自輸入端至輸出端之功率。由此，在添加之前另外校正兩個輸入譜值中之一者之振幅。藉由將此輸入譜值Z1 (k)乘以因子m(k)而針對每一頻率指數k來進行該校正，其中該因子係基於輸出功率之目標值及給定輸入譜值予以計算。
給定配置引起構件108之輸出端213處之信號的已計算之第k個複合輸出譜值Y(k)，如：Y(k)=m(k)．Z1 (k)+Z2 (k)。 (方程式4)
與WO2011/057922A1之方法類似，乘法因子m(k)被計算如下：eZ1 (k)=Real(Z1 (k))．Real(Z1 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z1 (k)) (方程式5.1)
eZ2 (k)=Real(Z2 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z2 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式5.2)
x(k)=Real(Z1 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式5.3)
w(k)=x(k)/(eZ1 (k)+L．eZ2 (k)) (方程式5.4)
m(k)=(w(k)2 +1)1/2 -w(k) (方程式5.5)其中m(k)表示第k個乘法因子
Z1 (k)表示計算單元210之輸入端203處之信號的第k個複合譜值
Z2 (k)表示計算單元210之輸入端202處之信號的第k個複合譜值
L表示梳形濾波器補償之限制程度。
梳形濾波器補償之限制程度L為判定被感知為具干擾性之偽訊之出現機率縮減之程度的數值。當計算單元之輸入端203處之信號的譜值之振幅相比於計算單元之輸入端202處之信號的譜值之振幅小時給出此機率。在L>=0之條件下，L通常恆定且L<1。若L=0，則偽訊機率之縮減不會相繼發生。L愈大，則偽訊機率愈低，然而，此情形同等地具有歸因於為電路之目的之梳形濾波器效應而部分地縮減聲音特色之補償的效應。L經選擇成使得根據經驗幾乎不再感知偽訊。
現在將展示出，用於功率特定求和之構件108之輸入端與輸出端之間的不同頻率之功率比率未實質上更改。
為此，針對頻率指數k來比較輸入譜功率之總和與輸出譜功率。
複合輸入譜值Z1 (k)及Z2 (k)之各別譜功率值eZ1 (k)及eZ2 (k)已經在(方程式5.1)及(方程式5.2)中加以指示，且以相同方式，得到構件108之輸出端213處之信號的第k個譜功率值eY(k)：eY(k)=Real(Y(k))．Real(Y(k))+Imag(Y(k))．Imag(Y(k))。
當假定L=0且代入於上文所給出之方程式(方程式5.4)中 時，該方程式經簡化為：w0 (k)=x(k)/eZ1 (k)，且藉由w0 (k)以代替w(k)以及藉由對應代入：m0 (k)=(w0 (k)2 +1)1/2 -w0 (k)及Y0 (k)=m0 (k)．Z1 (k)+Z2 (k)
藉由熟知數學程序有可能藉此求解一方程式：eY0 (k)=eZ1 (k)+eZ2 (k)，該方程式展示輸出功率與輸入功率之總和在L=0下之準確相等性。
參數L之應用(其中L>0)針對單頻率指數k而引起與功率之準確相等性之偏差，其中相繼發生之限定為：eY(k)eZ1 (k)+eZ2 (k)，而L>0具有被感知為具干擾性之偽訊之出現機率縮減的有利效應。
此等偽訊可隨著具名w0 (k)而發生，此係因為即使Z1 (k)之零點交叉連續，其亦引起Y0 (k)之非連續極性反轉，且若藉此實現之頻譜比例對總信號之貢獻足夠大，則該等偽訊可被感知為具干擾性。不連續性係藉由L>0而消除。
圖1之內插電路操作如下。
如已經提及，對於被假定為配置於圖4中之圓圈上之位置401中的虛擬麥克風，此電路在輸出端102處產生內插式信號。輸出端102處之輸出信號因此取決於φ且以自φ=φm 變化至φ=φm+1 之φ值而改變如下。對於φ=φm ，可自公式(方 程式3)導出r=0。因此，歸因於公式(方程式1)，亦得出f=0，且歸因於公式(方程式3)，亦得出g=0。因此，自圖1顯而易見，信號am (如所預期)係作為輸出端102處之輸出信號而通過。
對於φ=φm+1 ，可自公式(方程式3)導出r=1。因此，歸因於公式(方程式1)，亦得出f=1，且歸因於公式(方程式3)，亦得出g=1。因此，自圖1顯而易見，信號am+1 (如所預期)係作為輸出端102處之輸出信號而通過。
對於位於φm 與φ=φm+1 之間的φ，將應用公式(方程式1)、(方程式2)、(方程式3)及(方程式4)。作為φ、c(k)、Am [k]及Am+1 [k]之函數的在部位φ中虛擬麥克風之輸出信號s之第k個複合譜值S[k]因而具有以下形式： S[k]=(((((Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])+Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k]))/((Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])+Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k]))+L．(Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])．Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])+Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])．Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k]))))2 +1)1/2 -((Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])+Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k]))/((Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Real(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])+Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])．Imag(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k]))+L．(Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])．Real((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])+Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])．Imag((1-(r(φ))C )1/2 ．Am [k])))))．(((r(φ))C )1/2 ．Am+1 [k])+((1- (r(φ))C )1/2 ．Am [k]))．(1-c(k))+(((r(φ))B ．Am+1 [k])+((1-(r(φ))B )．Am [k]))．c(k)，其中r(φ)=A．(φ-φm )/(φm+1 -φm )。 (方程式6)或，當以單計算步驟之形式進行表達時：r=A．(φ-φm )/(φm+1 -φm ) (方程式6.1)
U1 (k)=(r)B ．Am+1 [k] (方程式6.2)
U2 (k)=(1-(r)B )．Am [k] (方程式6.3)
U(k)=(U1 (k))+(U2 (k)) (方程式6.4)
Z1 (k)=((r)C )1/2 ．Am+1 [k] (方程式6.5)
Z2 (k)=(1-(r)C )1/2 ．Am [k] (方程式6.6)
eZ1 (k)=Real(Z1 (k))．Real(Z1 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z1 (k)) (方程式6.7)
eZ2 (k)=Real(Z2 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z2 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式6.8)
x(k)=Real(Z1 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式6.9)
w(k)=(x(k))/((eZ1 (k))+L．(eZ2 (k))) (方程式6.10)
m(k)=((w(k))2 +1)1/2 -(w(k)) (方程式6.11)
Y(k)=(m(k))．(Z1 (k))+(Z2 (k)) (方程式6.12)
S[k]=(Y(k))．(1-c(k))+(U(k))．c(k) (方程式6.13)
現在將藉由參看圖5來解釋內插對於位於直線上之至少兩個麥克風的麥克風配置如何進行。圖5展示包括配置於直線505上之麥克風501、502、503、...的此麥克風配置。現在將假定虛擬麥克風在麥克風502(麥克風am )與麥克風 503(麥克風am+1 )之間的位置506中，即，與麥克風502相隔距離L。
下文現在對於r成立。
r=A*(l-lm )/(lm+1 -lm ) (方程式7)其中A為較佳地等於1之常數，且其中lm 及lm+1 指示兩個麥克風502及503在直線505上之位置，且L為指示在直線505上之兩個麥克風502與503之間的虛擬麥克風之位置的距離變數。接著假定內插電路之輸出端處之內插式麥克風信號為此虛擬麥克風506之輸出信號。
操作類似於前文已經描述之操作。
內插電路可同樣地適用於麥克風係沿著曲線進行配置而非配置於直線或圓圈線上的其他麥克風配置。
圖6展示目前藉由108'指示的用於功率特定求和之電路之第二實務實例。構件108'含有計算單元610、乘法電路620及信號組合單元630。用於功率特定求和之構件之輸入端601(圖1中之127)及600(圖1中之126)分別耦接至計算單元610之第一輸入端603及第二輸入端602。計算單元610之輸出端611耦接至乘法電路620之第一輸入端。構件108'之兩個輸入端601、600亦耦接至信號組合電路630之輸入端。信號組合電路630之輸出端耦接至乘法電路620之第二輸入端。乘法電路620之輸出端耦接至構件108'之輸出端613，構件108'使其輸出端613耦接至圖1中之第一電路分支104之輸出端107。計算單元610經調適以取決於該計算單 元之輸入端602及603處之信號來導出乘法因子(mS (k))。
圖6中之電路之操作極相似於圖2中之電路之操作，其中差異為現在進行輸出譜值之校正。結果，該校正係與所有輸入端聯合地相關且因此將內插之加權因子g或1-g之效應的對稱性帶給第一電路分支104之輸出端107處之譜值的相位，此情形對於功率特定內插之相位函數至傳統內插之相位函數的良好調適係有利的。
在此狀況下之乘法因子被稱為mS 且被計算如下：eZ1 (k)=Real(Z1 (k))．Real(Z1 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z1 (k)) (方程式8.1)
eZ2 (k)=Real(Z2 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z2 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式8.2)
x(k)=Real(Z1 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式8.3)
mS (k)=((eZ1 (k)+eZ2 (k))/(eZ1 (k)+eZ2 (k)+2．x(k)))1/2 (方程式8.4)其中mS (k)表示第k個乘法因子
Z1 (k)表示計算單元610之輸入端603處之信號的第k個複合譜值
Z2 (k)表示計算單元610之輸入端602處之信號的第k個複合譜值。
相似於圖2中之電路之狀況，可藉由熟知數學運算展示出，具有下式的構件108'之輸出端613處之信號之第k個複 合輸出譜值Y(k)的對應輸出功率eY(k)
Y(k)=(Z1 (k)+Z2 (k))．mS (k) (方程式9)
現在等於輸入功率之總和，亦即：eY(k)=eZ1 (k)+eZ2 (k)。
不同於圖2中之電路，在此實例中不含有用於縮減可被感知為干擾之偽訊之出現機率的部署。
圖7展示圖1之內插電路中之第一分支104中的用於功率特定求和之構件108之第三實務實例，目前藉由108"指示。
構件108"含有計算單元710、兩個乘法電路720及740，以及信號組合單元730。構件108"之輸入端701(圖1中之127)及700(圖1中之126)分別耦接至計算單元710之第一輸入端703及第二輸入端702。計算單元710之第一輸出端711耦接至乘法電路720之第一輸入端。計算單元710之第二輸出端712耦接至乘法電路740之第一輸入端。
構件108"之輸入端700耦接至乘法電路740之第二輸入端。構件108"之輸入端701耦接至乘法電路720之第二輸入端。乘法電路720及740之輸出端耦接至信號組合單元730之各別輸入端。信號組合單元730之輸出端耦接至構件108"之輸出端713，構件108"使其輸出端713耦接至第一電路分支104之輸出端107。計算單元710經調適以取決於計算單元710之輸入端702及703處之信號來導出乘法因子m1(k)及m2(k)，且將此等乘法因子供應至各別輸出端711及712。
圖7中之實務實例組合根據圖2及圖6之所提及實例電路之性質以便形成一電路，此在於將一狀況區分用於計算之間的變更，使得具有各別性質之不同方程式(方程式5.5)及(方程式8.4)起作用。
狀況區分準則為x(k)之正負號，其中x(k)係根據先前具名公式予以定義。正負號區分輸入信號之相關(+)譜分量與反相關(-)譜分量，或0指示非相關譜分量。該區分具有此等各種譜分量被不同地對待之效應。
對於相關譜分量(其中x(k)>0)，利用如在圖6中之乘法因子，且對於反相關或非相關譜分量(其中x(k)<=0)，利用如在圖2中之乘法因子。此情形具有如下效應：一方面，功率特定內插之相位函數經良好地調適至傳統內插之相位函數，且另一方面，可被感知為干擾之偽訊之出現機率縮減。
因此，乘法因子m1 (k)及m2 (k)被計算如下：eZ1 (k)=Real(Z1 (k))．Real(Z1 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z1 (k)) (方程式10.1)
eZ2 (k)=Real(Z2 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z2 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式10.2)
x(k)=Real(Z1 (k))．Real(Z2 (k))+Imag(Z1 (k))．Imag(Z2 (k)) (方程式10.3)
w(k)=x(k)/(eZ1 (k)+L．eZ2 (k)) (方程式10.4)
m(k)=(w(k)2 +1)1/2 -w(k) (方程式10.5)
mS (k)=((eZ1 (k)+eZ2 (k))/(eZ1 (k)+eZ2 (k)+2．x(k)))1/2 (方程式10.6)
m1 (k)=m(k)|x(k) <=0 (方程式10.7.1)
m1 (k)=mS (k)|x(k) >0 (方程式10.7.2)
m2 (k)=1|x(k) <=0 (方程式10.8.1)
m2 (k)=mS (k)|x(k) >0 (方程式10.8.2)其中m1 (k)及m2 (k)表示第k個乘法因子
Z1 (k)表示計算單元710之輸入端703處之信號的第k個複合譜值
Z2 (k)表示計算單元710之輸入端702處之信號的第k個複合譜值
L表示梳形濾波器補償之限制程度。
因此，構件108"之輸出端713處之信號的第k個複合輸出譜值Y(k)為：Y(k)=m1 (k)．Z1 (k)+m2 (k)．Z2 (k)。 (方程式11)
另外操作之解釋完全地按照針對圖2及圖6之解釋之思路。
圖8展示本發明之內插電路之第二實務實例。此電路極相似於根據圖1之電路。差異在於第二分支809中之信號處理及信號組合電路816中之信號處理現在在時間範圍內而非在頻率範圍內進行的事實。此意謂：第一分支中之時間/頻率轉換器833及834安置於麥克風信號am 及am+1 至兩個分支804及809之分支點下游；在第二分支中，時間/頻率轉換器836安置於乘法電路814上游且頻率/時間轉換器837安 置於乘法電路814下游；及頻率/時間轉換器838安置於乘法電路813與信號組合電路816之間。因此，圖8之電路之操作與圖1之電路之操作等同。
100‧‧‧內插電路之第一輸入端
101‧‧‧內插電路之第二輸入端
102‧‧‧內插電路之輸出端
103‧‧‧控制輸入端
104‧‧‧第一電路分支
105‧‧‧第一電路分支之第一輸入端
106‧‧‧第一電路分支之第二輸入端
107‧‧‧第一電路分支之輸出端
108‧‧‧用於功率特定求和之構件
108'‧‧‧用於功率特定求和之構件
108"‧‧‧用於功率特定求和之構件
109‧‧‧第二電路分支
110‧‧‧第二電路分支之第一輸入端
111‧‧‧第二電路分支之第二輸入端
112‧‧‧第二電路分支之輸出端
113‧‧‧第三乘法電路
114‧‧‧第四乘法電路
115‧‧‧信號組合電路之輸入端
116‧‧‧信號組合電路
118‧‧‧信號組合電路之輸入端
119‧‧‧信號組合電路之輸出端
120‧‧‧第一乘法電路
121‧‧‧第二乘法電路
122‧‧‧第二信號組合電路
124‧‧‧第五乘法電路
125‧‧‧第六乘法電路
126‧‧‧用於功率特定求和之構件之第一輸入端
127‧‧‧用於功率特定求和之構件之第二輸入端
130‧‧‧控制信號轉換電路
131‧‧‧控制信號轉換電路
133‧‧‧變換電路
134‧‧‧變換電路
135‧‧‧變換電路
200‧‧‧用於功率特定求和之構件之輸入端
201‧‧‧用於功率特定求和之構件之輸入端
202‧‧‧計算單元之第二輸入端
203‧‧‧計算單元之第一輸入端
210‧‧‧計算單元
211‧‧‧計算單元之輸出端
213‧‧‧用於功率特定求和之構件之輸出端
220‧‧‧乘法電路
230‧‧‧信號組合單元
301‧‧‧麥克風
302‧‧‧麥克風
303‧‧‧麥克風
304‧‧‧麥克風
305‧‧‧麥克風
306‧‧‧麥克風
307‧‧‧球體
401‧‧‧虛擬位置
501‧‧‧麥克風
502‧‧‧麥克風
503‧‧‧麥克風
505‧‧‧直線
506‧‧‧位置/虛擬麥克風
600‧‧‧用於功率特定求和之構件之輸入端
601‧‧‧用於功率特定求和之構件之輸入端
602‧‧‧計算單元之第二輸入端
603‧‧‧計算單元之第一輸入端
610‧‧‧計算單元
611‧‧‧計算單元之輸出端
613‧‧‧構件之輸出端
620‧‧‧乘法電路
630‧‧‧信號組合單元/信號組合電路
700‧‧‧構件之輸入端
701‧‧‧構件之輸入端
702‧‧‧計算單元之第二輸入端
703‧‧‧計算單元之第一輸入端
710‧‧‧計算單元
711‧‧‧計算單元之第一輸出端
712‧‧‧計算單元之第二輸出端
713‧‧‧構件之輸出端
720‧‧‧乘法電路
730‧‧‧信號組合單元
740‧‧‧第二乘法電路
804‧‧‧分支
809‧‧‧第二分支
813‧‧‧乘法電路
814‧‧‧乘法電路
816‧‧‧信號組合電路
833‧‧‧時間/頻率轉換器
834‧‧‧時間/頻率轉換器
836‧‧‧時間/頻率轉換器
837‧‧‧頻率/時間轉換器
838‧‧‧頻率/時間轉換器
圖1展示本發明之內插電路之實務實例；圖2展示圖1之內插電路之第一分支中的用於功率特定求和之構件之詳細電路；圖3以側視圖展示麥克風配置之實務實例；圖4為圖3之麥克風配置的截面俯視圖，其中若干麥克風配置於周邊圓圈上；圖5展示麥克風配置之第二實務實例；圖6展示用於功率特定求和之構件之第二實務實例；圖7展示用於功率特定求和之構件之第三實務實例；及圖8展示本發明之內插電路之第二實務實例。
100‧‧‧內插電路之第一輸入端
101‧‧‧內插電路之第二輸入端
102‧‧‧內插電路之輸出端
103‧‧‧控制輸入端
104‧‧‧第一電路分支
105‧‧‧第一電路分支之第一輸入端
106‧‧‧第一電路分支之第二輸入端
107‧‧‧第一電路分支之輸出端
108‧‧‧用於功率特定求和之構件
109‧‧‧第二電路分支
110‧‧‧第二電路分支之第一輸入端
111‧‧‧第二電路分支之第二輸入端
112‧‧‧第二電路分支之輸出端
113‧‧‧第三乘法電路
114‧‧‧第四乘法電路
115‧‧‧信號組合電路之輸入端
116‧‧‧信號組合電路
118‧‧‧信號組合電路之輸入端
119‧‧‧信號組合電路之輸出端
120‧‧‧第一乘法電路
121‧‧‧第二乘法電路
122‧‧‧第二信號組合電路
124‧‧‧第五乘法電路
125‧‧‧第六乘法電路
126‧‧‧用於功率特定求和之構件之第一輸入端
127‧‧‧用於功率特定求和之構件之第二輸入端
130‧‧‧控制信號轉換電路
131‧‧‧控制信號轉換電路
133‧‧‧變換電路
134‧‧‧變換電路
135‧‧‧變換電路

Claims (13)

  1. 一種用於內插一第一麥克風信號及一第二麥克風信號且用於產生一內插式麥克風信號之內插電路，其包含：一第一輸入端(100)，其用於接收該第一麥克風信號(am )；一第二輸入端(101)，其用於接收該第二麥克風信號(am+1 )；一輸出端(102)，其用於輸出該內插式麥克風信號(s)；一第一電路分支(104)，其具有分別耦接至該內插電路之該第一輸入端(100)及該第二輸入端(101)之第一輸入端(105)及第二輸入端(106)，以及耦接至該內插電路之該輸出端(102)之一輸出端(107)，該第一電路分支具備用於對供應於該第一電路分支之該第一輸入端及該第二輸入端處之該等信號進行功率特定求和且用於在該第一電路分支(104)之該輸出端(107)處輸出一功率特定求和信號的一構件(108)，該內插電路之特徵在於該內插電路進一步具備：一控制輸入端，其用於接收一控制信號(r)；一第二電路分支(109)，其具有分別耦接至該內插電路之該第一輸入端(100)及該第二輸入端(101)之一第一輸入端(110)及一第二輸入端(111)，以及耦接至該內插電路之該輸出端(102)之一輸出端(112)；該內插電路之特徵在於該第一電路分支及該第二電路分支(104、109)之該等輸出端(107、112)耦接至一信號組合電路(116)之各別輸入端(115、118)，且該信號組合電路(116) 之一輸出端(119)耦接至該內插電路之該輸出端(102)；該內插電路之特徵在於該第二電路分支(109)具備一第一乘法電路(120)及一第二乘法電路(121)，該第一乘法電路及該第二乘法電路具有分別耦接至該第二電路分支之該第一輸入端及該第二輸入端之輸入端，及耦接至一第二信號組合電路(122)之各別輸入端之輸出端，該第二信號組合電路之輸出端耦接至該第二電路分支(109)之該輸出端(112)；該內插電路之特徵在於該第一乘法電路及該第二乘法電路(120、121)具備耦接至該內插電路之該控制輸入端之一控制輸入端，且經調適以將供應至該等乘法電路之信號乘以各別第一乘法量及第二乘法量(1-f、f)，該第一乘法量及該第二乘法量取決於該控制信號(r)。
  2. 如請求項1之內插電路，其中該第一麥克風信號及該第二麥克風信號以及該內插式麥克風信號為經轉換成頻率範圍之麥克風信號，該內插電路進一步具備第三乘法電路及第四乘法電路(113、114)，該第三乘法電路及該第四乘法電路具有分別耦接至該第一電路分支及該第二電路分支之該等輸出端之輸入端，以及耦接至該內插電路之該輸出端之一輸出端，其中該第三乘法電路及該第四乘法電路經調適以將供應至該等乘法電路之該等信號乘以頻率相依乘法量。
  3. 如請求項2之內插電路，其中該等頻率相依乘法量分別等於1-c(k)及c(k)，其中k為一頻率參數，且其中c(k)滿足 如下條件：c(k)對於k=0為較佳地等於1之一常數且對於k之增加值而減低，直至c(k)對於k之較高值等於0。
  4. 如請求項1之內插電路，其中該兩個麥克風信號係自配置於一水平平面中之一圓圈環上之兩個鄰接麥克風導出，且其中r滿足以下條件：對於φ=φm ，r為較佳地等於0之一常數，其中r對於自φm 轉至φm+1 之φ值增加，直至r對於φ=φm+1 為較佳地等於1之一常數，其中φm 及φm+1 為該兩個麥克風在該圓圈環上之隅角位置，且φ為指示被假定為在該兩個麥克風之間配置於該圓圈環上之一虛擬麥克風之隅角位置的一隅角變數，且該內插電路之該輸出端處之該內插式麥克風信號被假定為此虛擬麥克風之輸出信號。
  5. 如請求項4之內插電路，其中：r=A*(φ-φm )/(φm+1 -φm )，其中A為較佳地等於1之一常數。
  6. 如請求項4之內插電路，其中f滿足以下條件：f=rB ，其中B為大於0之一常數，較佳地等於1。
  7. 如請求項1或2之內插電路，其中：用於功率特定求和之該構件(108)包括：一計算單元(210)；一乘法電路(220)；一信號組合單元(230)，其中該構件(108)之該等輸入端(201、200)耦接至該計 算單元之各別第一輸入端及第二輸入端，該計算單元之一輸出端耦接至該乘法電路之一第一輸入端，該構件之一第一輸入端(201)耦接至該乘法電路(220)之一第二輸入端，其中該乘法電路(220)之一輸出端耦接至該信號組合單元(230)之一第一輸入端，該構件(108)之一第二輸入端(200)耦接至該信號組合單元(230)之一第二輸入端，且該信號組合單元之一輸出端耦接至該構件(108)之該輸出端(213)，其中該計算單元(210)經調適以取決於該計算單元之該等輸入端處之該等信號來導出一乘法因子(m(k))。(圖2)
  8. 如請求項7之內插電路，其中用於功率特定求和之該構件(108")進一步包括一第二乘法電路(740)，該第二乘法電路具備耦接至該構件(108")之該第二輸入端(700)之一第一輸入端、耦接至該信號組合單元(730)之該第一輸入端之一輸出端，及耦接至該計算單元(710)之一第二輸出端(712)之一第二輸入端，且其中該計算單元經進一步調適以取決於該計算單元之該等輸入端處之該等信號來導出一第二乘法因子(m2 (k))，且將此第二乘法因子供應至該第二輸出端(712)。(圖7)
  9. 如請求項1或2之內插電路，其中該第一電路分支進一步具備耦接於該第一電路分支之該第一輸入端(105)與用於功率特定求和之該構件之一第一輸入端(126)之間的一第五乘法電路(124)，及耦接於該第一電路分支之該第二輸入端(106)與用於功率特定求和之該構件之一第二輸入端 (127)之間的一第六乘法電路(125)。
  10. 如請求項9之內插電路，其中該第五乘法電路(124)經調適以將其輸入端處之該信號乘以等於(1-g)1/2 之一乘法因子，且該第六乘法電路經調適以將其輸入端處之該信號乘以等於g1/2 之一乘法因子。
  11. 如請求項10之內插電路，其中g滿足以下條件：g=rC ，其中C為大於0之一常數，較佳地等於1。
  12. 如請求項10之內插電路，其中g滿足以下條件：g=sinD (r*π/2)，其中D為大於0之一常數，較佳地等於2。
  13. 如請求項1或2之內插電路，其中：用於功率特定求和之該構件(108')包括：一計算單元(610)；一乘法電路(620)；一信號組合單元(630)，其中該構件(108')之該等輸入端(601、600)耦接至該計算單元之各別第一輸入端及第二輸入端，該計算單元之一輸出端耦接至該乘法電路(620)之一第一輸入端，該構件之一第一輸入端(601)耦接至該信號組合單元(630)之一第一輸入端，該構件(108')之一第二輸入端(600)耦接至該信號組合單元(630)之一第二輸入端，且該信號組合單元(630)之一輸出端耦接至該乘法電路(620)之一第二輸入端，其中該計算單元(610)經調適以取決於該計算單元之該等輸入端處之信號來導出一乘法因子(mS (k))。(圖6)
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