Система и способ для формирования луча с использованием микрофонной решетки

Система и способ для формирования луча с использованием микрофонной решетки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к определению направления на источник звука в установленной области поиска с использованием способа управления положением луча с помощью микрофонной решетки, и, в частности, касается систем и способа, которые обеспечивают схему автоматического формирования луча для любой топологии микрофонной решетки и для любого типа микрофона.

Уровень техники

Локализация источника звука или направления в установленной области является важным элементом многих систем. Например, в ряде известных приложений для аудиоконференц-связи используются микрофонные решетки со стандартной локализацией источника звука (SSL), позволяющей эффективно выделять речь или звук, исходящий из конкретной точки или направления, и обрабатывать его, если это необходимо.

Например, стандартные микрофонные решетки обычно включают в себя набор микрофонов, скомпонованных в некоторой заданной конфигурации. Эти микрофоны в общем случае используются для одновременной фиксации звуковых волн с различных направлений, которые исходят из различных точек в пространстве. Затем для обработки этих сигналов с целью локализации источника звуковых волн и уменьшения шума используют стандартные способы, такие как SSL. В стандартной обработке SSL одного типа используются способы управления положением луча для определения направления на конкретный источник звука. Другими словами, способы управления положением луча используются для комбинирования сигналов от всех микрофонов таким образом, чтобы заставить микрофонную решетку действовать в качестве остро направленного микрофона, наводящего «луч прослушивания» на источник звука. Затем зафиксированные звуки, приходящие с других направлений вне указанного луча, ослабляются. Указанные способы позволяют микрофонной решетке ослаблять часть шумов окружающей среды и отраженных волн (генерируемых в результате отражений звука от стен и объектов в комнате), в результате чего обеспечивается более высокое отношение сигнал-шум (SNR) для звуковых сигналов, возникающих внутри намеченного луча.

Управление положением луча обычно позволяет управлять положением лучей или осуществлять их наведение, обеспечивая фиксацию звука в требуемой пространственной области или зоне, что увеличивает отношение сигнал-шум (SNR) для записанных звуков из этой зоны. Таким образом, управление положением луча играет важную роль в пространственной фильтрации, то есть в наведении «луча» на источник звука и подавлении любых шумов, приходящих с других направлений. В некоторых случаях направление на источник звука используют для слежения за говорящим субъектом и предварительной обработки записанных аудиосигналов. В контексте системы видеоконференций слежение за говорящим субъектом часто используют для динамического наведения видеокамеры на говорящего человека.

Как хорошо известно специалистам в данной области техники, управление положением луча в общем случае включает в себя использование способов формирования луча для формирования набора лучей, предназначенных для покрытия конкретных угловых зон в установленной области. Формирователь луча по существу представляет собой пространственный фильтр, который обрабатывает выходные сигналы решетки датчиков, таких как микрофоны, чтобы увеличить амплитуду когерентного волнового фронта относительно фонового шума и направленных помех. Затем для сигналов от каждого датчика используется набор операторов для обработки сигналов (обычно линейные фильтры), и выходные сигналы этих фильтров комбинируются для формирования лучей, которые наводятся или направляются с целью повторного усиления входных сигналов из конкретных угловых зон и ослабления входных сигналов из других угловых зон.

«Направление наведения» направленного луча часто называют углом максимального или основного отклика (MRA), причем это направление для лучей может быть выбрано произвольным образом. Другими словами, способы формирования луча используются для обработки входных сигналов от множества датчиков с целью создания набора направленных лучей, имеющих узкую угловую область отклика в требуемом направлении (MRA). Таким образом, когда звук принимается внутри данного луча, направление этого звука известно (то есть SSL выполнена), а звуки, исходящие от других лучей, могут быть отфильтрованы или обработаны иным образом, если это потребуется.

В одном классе стандартных алгоритмов формирования луча предпринимаются попытки обеспечить оптимальное подавление шумов путем нахождения параметрических решений для известных топологий микрофонной решетки. К сожалению, из-за чрезвычайной сложности, а значит, необходимости дополнительных объемных вычислений при указанных подходах больший акцент делается на нахождение решений, близких к оптимальным, а не действительно оптимальных решений. Эти подходы часто называют «формирование луча с фиксированным положением».

В общем случае при формировании луча с фиксированным положением формы луча не приспособлены к изменениям окружающих шумов и положений источников звука. Кроме того, решения, близкие к оптимальным, которые предлагаются в указанных подходах, имеют тенденцию обеспечивать подавление шума, только близкое к оптимальному, для звуков, приходящих вне указанного луча, или для шума. Следовательно, обычно есть возможности для повышения эффективности подавления шума или звуков, предлагаемого в указанных стандартных способах формирования луча. Наконец, указанные алгоритмы формирования луча имеют тенденцию к специализированной адаптации для использования с конкретными микрофонными решетками. Следовательно, способ формирования луча, предназначенный для одной конкретной микрофонной решетки, не может дать приемлемых результатов, когда он применяется для другой микрофонной решетки с отличающейся топологией.

Другие стандартные способы формирования луча включают в себя то, что известно как «адаптивное формирование луча». Такие способы способны обеспечить подавление шума на основе минимального априорного знания о топологии микрофонной решетки или вообще без такого знания. Указанные алгоритмы приспосабливаются к изменениям шума окружающей среды или фонового шума и изменению положения источника звука, предпринимая попытки приближения к оптимальному решению как функции времени и обеспечивая оптимальное подавление шума после нахождения оптимального решения. К сожалению, одним из недостатков указанных способов является то, что при этом требуется значительный объем вычислений, и, кроме того, они медленно адаптируются, что делает их менее надежными для применения в различных прикладных сценариях.

Следовательно, имеется потребность в системе и способе, обеспечивающем более оптимальные решения при формировании луча для микрофонных решеток. Кроме того, указанные система и способ должны снизить объем дополнительных вычислений, с тем чтобы реализовать формирование луча в реальном времени. Наконец, указанные система и способ должны найти свое применение для микрофонных решеток любой топологии, включающих в себя микрофоны любого типа.

Раскрытие изобретения

В системах формирования луча часто используется возможность комбинирования множества аудиосигналов, зафиксированных от микрофонов. В общем случае операции формирования луча можно использовать для обработки сигналов нескольких приемных решеток, в том числе микрофонных решеток, гидроакустических решеток, направленных антенных решеток для радиосигналов, радиолокационных решеток. Например, в случае микрофонной решетки формирование луча включает в себя обработку выходных аудиосигналов микрофонной решетки таким образом, чтобы микрофонная решетка действовала как остро направленный микрофон. Другими словами, формирование луча обеспечивает «луч прослушивания», который указывает на конкретный источник звука и принимает от него сигнал, ослабляя другие звуки и шум, включая, например, отражения, реверберации, помехи, а также звуки или шум, приходящие с других направлений или точек вне основного луча. Наведение указанных лучей обычно называют «управлением положением луча».

Заметим, что системы формирования луча также часто используют ослабление шума нескольких типов, либо другую фильтрацию или постобработку выходного сигнала формирователя луча. Кроме того, вместе со стандартными системами формирования луча перед выполнением операций формирования луча также часто используют предварительную обработку во временной или частотной области выходных сигналов решетки датчиков. Однако для прояснения вопроса разъяснения последующее обсуждение будет сосредоточено на схеме формирования луча для микрофонных решеток с произвольной топологией и типом микрофонов, причем будет учитываться только ослабление шума, которое является естественным следствием пространственной фильтрации, являющейся результатом операций формирования луча и управления его положением. Должно быть ясно, что любая необходимая стандартная пред- или постобработка или фильтрация входного или выходного сигнала формирователя луча входит в объем описания предложенного здесь унифицированного формирователя луча.

Описанный здесь «унифицированный формирователь луча» автоматически конструирует набор лучей (то есть выполняет формирование лучей), которые покрывают требуемый пространственный угловой диапазон. Однако, в отличие от стандартных способов формирования луча, описанный здесь унифицированный формирователь луча способен автоматически адаптироваться к любой топологии микрофонной решетки и любому типу микрофона. В частности, унифицированный формирователь луча автоматически конструирует оптимизированный набор управляемых по положению лучей для микрофонных решеток с произвольной топологией и микрофонами любого типа, определяя оптимальные значения ширины луча в функции частоты, чтобы обеспечить оптимальные значения отношения сигнал-шум для источников звука внутри луча при обеспечении оптимального затухания или фильтрации для источников шума окружающей среды и источников шума вне луча. Унифицированный формирователь луча обеспечивает создание указанной схемы автоматического формирования луча посредством нового процесса минимизации ошибок, который автоматически определяет оптимальные частотно-зависимые значения ширины луча при заданных локальных условиях шума и рабочих характеристиках микрофонной решетки. Заметим, что, хотя унифицированный формирователь луча применим для решетки датчиков различных типов, для ясности в последующем обсуждении предполагается, что решетка датчиков представляет собой микрофонную решетку, содержащую несколько микрофонов с известной топологией и направленностью микрофонов.

В общем случае унифицированный формирователь луча начинает разработку схемы оптимальных фиксированных лучей для микрофонной решетки, вычисляя сначала частотно-зависимую «весовую матрицу» с использованием параметрической информации, описывающей рабочие характеристики и топологию микрофонной решетки, в сочетании с одной или несколькими моделями шума, которые автоматически создаются или рассчитываются для среды, окружающей микрофонную решетку. Затем эту весовую матрицу используют для взвешивания в частотной области выходного сигнала каждого микрофона в микрофонной решетке при обработке аудиосигналов, принятых микрофонной решеткой, для формирования луча в частотной области.

Веса, вычисленные для весовой матрицы, определяют путем вычисления весов в частотной области для требуемых «фокусных точек», распределенных по всему рабочему пространству вокруг микрофонной решетки. Веса в весовой матрице оптимизируют таким образом, чтобы лучи, сконструированные унифицированным формирователем луча, обеспечили максимальное подавление шума (на основе рассчитанных моделей шума) при ограничениях, состоящих в единичном усилении и нулевом сдвиге по фазе в любой конкретной фокусной точке для каждой полосы частот. Эти ограничения применяются для угловой области вокруг фокусной точки, называемой «фокусной шириной». Этот процесс повторяется для каждой полосы частот, представляющей интерес, в результате чего получают оптимальные значения ширины луча, которые изменяются в функции частоты для любой данной фокусной точки.

В одном варианте осуществления изобретения обработка, связанная с формированием луча, выполняется с использованием способа в частотной области под названием «модулированное комплексное преобразование с перекрытием (MCLT)». Однако, хотя в описанных здесь концепциях обработка MCLT используется в качестве примера, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что эти концепции можно легко приспособить для других способов декомпозиции в частотной области, таких как, например, быстрое преобразование Фурье (FFT) или гребенки фильтров на основе FFT. Заметим, что, поскольку веса вычисляют для взвешивания в частотной области, весовая матрица представляет собой матрицу NxM, где N - количество частотных полос MCLT (то есть поддиапазоны MCLT) в каждом аудиокадре, а M - количество микрофонов в решетке. Следовательно, если предположить, например, что для вычислений MCLT используется 320 элементов разрешения по частоте, то оптимальная ширина луча для любой конкретной фокусной точки может быть описана графиком изменения усиления в функции угла падения и частоты для каждого из 320 частотных коэффициентов MCLT. Заметим, что использование большого количества поддиапазонов MCLT (например, 320) позволяет получить два важных преимущества такого способа обработки в частотной области: i) тонкую настройку форм луча для каждого частотного поддиапазона; и ii) упрощение коэффициентов фильтра для каждого поддиапазона до единственных комплексно-значных коэффициентов усиления, что позволяет обеспечить варианты практической реализации, отличающиеся высокой эффективностью вычислений.

Параметрическая информация, используемая для вычисления весовой матрицы, включает в себя количество микрофонов в решетке, геометрическую компоновку микрофонов в решетке и диаграмму направленности каждого микрофона в решетке. Модели шума, созданные с целью их использования при вычислении весовой матрицы, различают по меньшей мере три типа шума, в том числе изотропный шум окружающей среды (то есть фоновый шум, такой как «белый шум» или другой шум с относительно равномерным распределением), аппаратный шум (то есть шум, являющийся результатом электрической активности в электрических цепях микрофонной решетки и соединении решетки с внешним вычислительным устройством или иным внешним электрическим устройством) и точечные источники шума (такие как, например, компьютерные вентиляторы, шум автомобилей через открытое окно, говорящие субъекты, которые должны быть подавлены и т.д.).

Таким образом, при наличии вышеупомянутых моделей шума решение проблемы конструирования оптимальных фиксированных лучей для микрофонной решетки аналогично решению типовой задачи минимизации с ограничениями, которая решается с использованием методов математической многомерной оптимизации (симплекс-метод, градиентный метод и т.д.). Однако при относительно высокой размерности весовой матрицы (2М действительных чисел на одну полосу частот, а всего Nх2М чисел), которую можно интерпретировать как мультимодальную гиперповерхность, и поскольку функции являются нелинейными, нахождение оптимальных весов в виде точек на мультимодальной гиперповерхности потребует очень большого объема вычисления, так как для нахождения локального минимума обычно необходимо выполнить множество проверок.

В результате, в одном варианте осуществления изобретения вместо того, чтобы непосредственно находить оптимальные точки на упомянутой мультимодальной гиперповерхности, унифицированный формирователь луча сначала заменяет непосредственную многомерную оптимизацию для вычисления весовой матрицы путем синтеза диаграммы направленности, минимизирующей ошибку, после чего выполняется одномерный поиск в направлении оптимальной ширины фокуса луча для каждой полосы частот. Здесь можно использовать любой стандартный способ минимизации ошибки, такой как, например, вычисления по методу наименьших квадратов или по минимуму среднеквадратичной ошибки (MMSE), вычисления минимальной абсолютной ошибки, вычисления минимаксной ошибки, решения с равномерной пульсацией и т.д.

В общем случае при нахождении оптимального решения для весовой матрицы уравновешиваются два противоречивых эффекта. В частности, если задана узко сфокусированная область для формы луча, то энергия шума окружающей среды будет естественным образом уменьшаться по мере удаленности. Вдобавок, некоррелированный шум (в том числе шум электрических цепей) будет естественным образом возрастать, поскольку решение для более точной направленности рассматривает все меньшие и меньшие различия по фазе между выходными сигналами от микрофонов, в результате чего некоррелированный шум усиливается. Наоборот, чем больше намеченная фокусная область формы луча, тем, естественно, будет больше энергия шума окружающей среды, но будет меньше энергия некоррелированного шума.

Таким образом, унифицированный формирователь луча учитывает баланс вышеотмеченных факторов при вычислении минимальной ошибки для конкретной ширины фокусной области для определения оптимального решения для взвешивания каждой полосы частот MCLT для каждого микрофона в решетке. Затем определяется оптимальное решение посредством синтеза диаграммы направленности, который определяет веса, удовлетворяющие требованию метода наименьших квадратов (или другого метода минимизации ошибки) для конкретных намеченных форм луча. К счастью, рассматривая проблему таким образом, ее можно разрешить, используя численное решение линейной системы уравнений, которое получается значительно быстрее, чем многомерная оптимизация. Заметим, что поскольку такое оптимальное решение вычисляется на основе топологии и направленности каждого отдельного микрофона в решетке, оптимальный вариант конструирования лучей, даже для каждой конкретной полосы частот, будет зависеть от намеченной фокусной точки для любого данного луча вокруг микрофонной решетки.

В частности, в процессе конструирования, выполняемого формирователем луча, сначала определяется набор «форм намеченного луча» в зависимости от требуемой фокусной области намеченного луча (то есть 2 градуса, 5 градусов, 10 градусов и т.д.). В общем случае для определения формы намеченного луча можно использовать любую стандартную функцию, которая имеет максимум, равный единице, и падает до нуля, такие как, например, прямоугольные функции, скачкообразные функции, косинусные функции и т.д. Однако скачкообразные функции, такие как прямоугольные функции, могут вызвать пульсации формы луча. Следовательно, более хорошие результаты обычно достигаются при использовании функций, которые плавно уменьшаются от единицы до нуля, такие как, например, косинусные функции. Однако здесь можно использовать любую требуемую функцию в свете вышеупомянутых ограничений затухающей функции (линейной или нелинейной) от единицы до нуля, или некоторую затухающую функцию, которую взвешивают для приведения уровней в диапазон от единицы до нуля.

Если заданы формы намеченного луча, то тогда определяется «намеченная весовая функция» для выяснения того, находится ли каждая намеченная или фокусная точка на, вне или внутри переходной области конкретной формы намеченного луча. Обычно для получения хороших результатов рассматривается переходная область, превышающая ширину намеченного луча примерно в один-три раза; однако оптимальный размер переходной области в действительности зависит от типов датчиков в решетке и от окружающей среды в рабочем пространстве вокруг решетки датчиков. Заметим, что фокусные точки - это просто несколько точек (целесообразно, чтобы их было больше, чем количество микрофонов), которые равномерно рассредоточены по всему рабочему пространству вокруг решетки (то есть используется равномерное круговое рассредоточение для кольцевой решетки или равномерное дугообразное рассредоточение для линейной решетки). Затем намеченные весовые функции обеспечивают усиление для взвешивания каждой намеченной точки в зависимости от того, как эти точки расположены относительно конкретного намеченного луча.

Целью создания намеченных весовых функций является минимизация воздействия сигналов, исходящих из точек вне основного луча, на вычисления, выполняемые формирователем луча. Таким образом, в проверенном варианте осуществления изобретения намеченным точкам внутри намеченного луча было присвоено значение усиления, равное 1,0 (единичное усиление); намеченным точкам в переходной области было присвоено значение усиления, равное 0,1, для минимизации воздействия указанных точек на вычисления для формирования луча с учетом их воздействия; наконец, точкам вне переходной области намеченного луча было присвоено значение усиления, равное 2,0, чтобы более полно учесть и существенно уменьшить амплитуды боковых лепестков на окончательно сконструированных лучах. Заметим, что при использовании слишком большого значения усиления для намеченных точек вне переходной области можно получить эффект снижения влияния намеченных точек, находящихся внутри намеченного луча, что приведет к неоптимальным результатам вычислений для формирования луча.

Далее, если заданы форма намеченного луча и намеченные весовые функции, то следующим шагом будет вычисление набора весов, который обеспечит подгонку реальных форм луча (с использованием в качестве реальных форм луча известных диаграмм направленности каждого микрофона в решетке) к форме намеченного луча для каждой намеченной точки путем использования способа минимизации ошибки для минимизации общей энергии шума для каждого частотного поддиапазона MCLT для каждой формы намеченного луча. Решение, являющееся результатом этого вычисления, представляет собой набор весов, которые согласовывают реальную форму луча с формой намеченного луча. Однако не обязательно, чтобы этот набор весов удовлетворял вышеупомянутым ограничениям, состоящим в единичном усилении и нулевым сдвигом по фазе в фокусной точке для каждой рабочей полосы частот. Другими словами, начальный набор весов может обеспечить усиление, большее или меньшее единицы для источника звука внутри луча. Таким образом, вычисленные веса нормализуют так, чтобы единичное усиление и нулевой сдвиг по фазе был у любых сигналов, исходящих из фокусной точки.

В этот момент унифицированный формирователь луча еще не учел полную минимизацию полной энергии шума в функции ширины луча. Таким образом, в отличие от простого вычисления весов для одной требуемой ширины намеченного луча, как было описано выше, вычисляют нормализованные веса для диапазона значений ширины намеченного луча от некоторого заданного минимального требуемого угла до некоторого заданного максимального требуемого угла. Размер шага ширины луча может быть либо маленьким, либо большим в зависимости от потребности (то есть можно использовать размеры шага 0,5, 1, 2, 5, 10 градусов или любой другой размер шага по желанию). Затем для определения оптимальной ширины луча для каждой полосы частот используют одномерную оптимизацию. Можно использовать любой из нескольких хорошо известных способов нелинейной функциональной оптимизации, такие как методы градиентного спуска, поисковые методы и т.д. Другими словами, общую энергию шума вычисляют для каждой ширины намеченного луча по всему диапазону значений ширины намеченного луча, используя любой требуемый размер углового шага. Затем эти значения общей энергии шума просто сравнивают между собой для определения ширины луча на каждой частоте, где имеет место минимальная общая энергия шума для этой частоты. Окончательным результатом является оптимизированная ширина луча, которая является функцией частоты для каждой намеченной точки вокруг решетки датчиков.

Заметим, что в одном варианте осуществления изобретения эта минимальная общая энергия шума рассматривается как функция конкретных частотных диапазонов, причем не предполагается, что шум должен быть равномерно ослаблен по всем частотным диапазонам. В частности, в некоторых случаях желательно минимизировать общую энергию шума только в некоторых частотных диапазонах или еще более ослабить шум в конкретных частотных диапазонах. В указанных случаях эти конкретные частотные диапазоны в первую очередь принимаются во внимание при идентификации ширины намеченного луча с минимальной энергией шума. Один из способов определения того, является ли шум более заметным в каком-либо конкретном частотном диапазоне, состоит просто в выполнении стандартного частотного анализа, чтобы определить уровни энергии шума для конкретных частотных диапазонов. Затем частотным диапазонам с особенно высокими уровнями энергии шума присваивают большие веса, чтобы увеличить их влияние на общие вычисления для формирования луча, что дает большее затухание шума в указанных частотных диапазонах.

Затем нормализованные веса для ширины луча, имеющей минимальную общую энергию шума на каждом частотном уровне, вводят в вышеупомянутую весовую матрицу. Затем рабочее пространство делят на несколько угловых зон в соответствии с оптимальной шириной луча для любой данной частоты относительно намеченной точки, на которую направлен луч. Заметим, что лучи направляют с использованием стандартных способов, таких как, например, локализация источника звука (SSL). Направление указанных лучей на конкретные точки вокруг решетки является концепцией, хорошо известной специалистам в данной области техники, которая здесь подробно не описывается.

Кроме того, следует заметить, что для конкретных приложений может потребоваться некоторая степень перекрытия лучей для обеспечения более качественной локализации источника сигнала. В указанных случаях для определения количества лучей, необходимых для обеспечения полного покрытия требуемого рабочего пространства, просто используют величину требуемого перекрытия между лучами. Один пример применения перекрытия лучей предложен в одновременно рассматриваемой заявке на патент «A SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING THE PRECISION OF LOCALIZATION ESTIMATES», поданной 1 марта 2004 года с присвоенным серийным номером 10/791252, содержание которой включено сюда по ссылке. Таким образом, если, например, требуется 50-процентное перекрытие лучей, то количество лучей будет удвоено, и, если использовать вышеупомянутый пример ширины луча в 20 градусов на конкретной частоте для кругового рабочего пространства, то тогда рабочее пространство будет разделено на 36 перекрывающихся 20-градусных лучей, взамен использования только 18 лучей.

В еще одном варианте унифицированного формирователя луча процесс формирования луча может развиваться как функция времени. В частности, как было замечено выше, весовую матрицу и оптимальные значения ширины луча вычисляют частично на основе моделей шума, рассчитываемых для рабочего пространства вокруг микрофонной решетки. Однако должно быть ясно, что уровни и источники шума часто изменяются как функции времени. Следовательно, в одном варианте осуществления изобретения моделирование шума внешней среды в рабочем пространстве выполняется либо непрерывно, либо с регулярными интервалами или интервалами, задаваемыми пользователем. Если заданы новые модели шума, то вышеописанные процессы формирования лучей используют затем для автоматического обновления набора оптимальных лучей для данного рабочего пространства.

В свете вышеизложенной сущности изобретения ясно, что описанный здесь унифицированный формирователь луча обеспечивает систему и способ для конструирования оптимального набора лучей для микрофонных решеток с произвольной топологией и типом микрофонов. Вдобавок к только что описанным выгодам из последующего подробного описания, взятого вместе с сопроводительными чертежами, станут очевидными и другие преимущества этой системы и способа.

Краткое описание чертежей

Конкретные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными, если обратиться к последующему описанию, прилагаемой формуле изобретения и сопроводительным чертежам, на которых:

Фиг.1 - общая схема системы, где показано вычислительное устройство общего назначения, образующее примерную систему для реализации унифицированного формирователя луча для конструирования оптимального набора лучей для микрофонных решеток с произвольной топологией и типом микрофонов;

Фиг.2 - примерная схема системы, где показаны примерные программные модули для реализации унифицированного формирователя луча для конструирования оптимального набора лучей для микрофонных решеток с произвольной топологией и типом микрофонов;

Фиг.3 - общая блок-схема, иллюстрирующая обработку входных сигналов на основе MCLT для луча, вычисленного унифицированным формирователем луча по Фиг.2, для обеспечения выходного аудиосигнала для конкретной намеченной точки;

Фиг.4 - пример пространственной избирательности (усиления) луча, генерируемого унифицированным формирователем луча по Фиг.2, как функции частоты и угла луча;

Фиг.5 - пример операционной блок-схемы, иллюстрирующей работу унифицированного формирователя луча для конструирования оптимальных лучей для микрофонной решетки.

Осуществление изобретения

В последующем описании предпочтительных вариантов настоящего изобретения сделаны ссылки на сопроводительные чертежи, которые составляют его часть и на которых в иллюстративных целях показаны конкретные варианты возможной практической реализации изобретения. Понятно, что можно использовать и другие варианты, а структурные изменения можно выполнять, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.

1.0 Примерная операционная среда

На Фиг.1 показан пример подходящей вычислительной системной среды 100, в которой можно реализовать данное изобретение. Вычислительная системная среда 100 является лишь одним примером подходящей вычислительной среды и не претендует на какое-либо ограничение объема использования или функциональных возможностей изобретения. Вычислительную среду 100 никоим образом не следует интерпретировать как среду, которая каким-либо образом зависит от любого одного или комбинации компонентов, показанных в примерной операционной среде 100, или считать, или предъявлять к ним какие-либо требования.

Изобретение может работать с множеством других вычислительных системных сред или конфигураций как общего назначения, так и специализированных. Примеры хорошо известных вычислительных систем, сред и/или конфигураций, которые могут подойти для использования с данным изобретением, включают в себя, но не только: персональные компьютеры; компьютеры-серверы; карманные компьютеры, лэптопы или мобильные компьютеры; или устройства связи, такие как сотовые телефоны и персональные цифровые помощники (PDA); мультипроцессорные системы; системы на основе микропроцессоров; компьютерные приставки; программируемая бытовая электронная аппаратура; сетевые персональные компьютеры; миникомпьютеры; универсальные компьютеры; распределенные вычислительные среды, которые включают в себя любые из вышеуказанных систем или устройств, и т.п.

Изобретение может быть описано в общем контексте команд, исполняемых компьютером, таких как программные модули, выполняемые компьютером вместе с аппаратными модулями, в том числе компонентами микрофонной решетки 198 или другой приемной решетки (не показана), такой как, например, направленная антенная решетка для радиосигналов, радиолокационная приемная антенная решетка и т.д. Обычно программные модули включают в себя стандартные программы, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи или реализуют конкретные типы абстрактных данных. Изобретение также может быть практически реализовано в распределенных вычислительных средах, где задачи выполняются удаленными устройствами обработки, которые связаны через сеть связи. В распределенной вычислительной среде программные модули могут находиться как на локальных, так и на удаленных компьютерных носителях, включая запоминающие устройства. Как показано на Фиг.1, примерная система для реализации изобретения включает в себя вычислительное устройство общего назначения в виде компьютера 110.

Компоненты компьютера 110 могут включать в себя, но не только: блок 120 обработки, системную память 130 и системную шину 121, которая соединяет различные системные компоненты, включая системную память, с блоком 120 обработки. Системная шина 121 может быть реализована в виде шинной структуры любого из нескольких типов, в том числе в виде шины памяти или контроллера памяти, периферийной шины, и локальной шины с использованием любой из множества различных шинных архитектур. Такие архитектуры могут, например, включать в себя, но не только: шину с архитектурой промышленного стандарта (ISA), шину с микроканальной архитектурой (MCA), шину с расширенной архитектурой ISA (EISA), локальную шину Ассоциации по стандартам видеооборудования (VESA) и шину межсоединений периферийных компонентов (PCI) (известную также как шина Mezzanine).

Компьютер 110 обычно включает в себя множество различных считываемых компьютером сред (носителей). Считываемые компьютером носители могут представлять собой любые имеющиеся носители, которые могут быть доступны компьютеру 110, и включают в себя как энергозависимые, так и энергонезависимые носители, а также как съемные, так и несъемные носители. В качестве примера, но не как ограничение, считываемые компьютером среды могут содержать компьютерные запоминающие среды и среды связи. Компьютерные запоминающие среды включают в себя энергозависимые и энергонезависимые, съемные и несъемные среды, реализованные любым способом или по любой технологии для запоминания информации, такой как считываемые компьютером команды, структуры данных, программные модули или другие данные.

Компьютерные запоминающие среды включают в себя, но не только: ОЗУ (RAM), ПЗУ (ROM), программируемое ПЗУ (PROM), стираемое программируемое ПЗУ (EPROM), электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM), флэш-память, либо память, выполненную по другой технологии, ПЗУ на компакт-диске (CD ROM), цифровые универсальные диски (DVD), либо другое запоминающее устройство на оптическом диске, магнитные кассеты, магнитную ленту, запоминающее устройство на магнитном диске или другие магнитные запоминающие устройства, либо любую другую среду, которую можно использовать для запоминания требуемой информации и которая может быть доступна компьютеру 110. Среда связи обычно несет считываемые компьютером команды, структуры данных, программные модули либо другие данные в модулированном сигнале данных, таком как сигнал несущей или другой механизм транспортировки, и включают в себя любые среды для доставки информации. Термин «модулированный сигнал данных» означает сигнал, имеющий одну или несколько характеристик, установленных или измененных таким образом, чтобы закодировать информацию в этом сигнале. Например, но не как ограничение, среда связи включает в себя проводную среду, такую как проводная сеть или непосредственное проводное соединение, и беспроводную среду, такую как акустическая, радиочастотная (RF), инфракрасная и другие беспроводные среды. В состав считываемых компьютером сред также следует включить комбинации из любых вышеперечисленных сред.

Системная память 130 включает в себя компьютерную запоминающую среду в виде энергозависимой и/или энергонезависимой памяти, такой как постоянное запоминающее устройство 131 (только для считывания) (ROM) и оперативное запоминающее устройство 132 (с произвольной выборкой) (RAM). В памяти ROM 131 обычно находится базовая система 133 ввода/вывода (BIOS), содержащая базовые подпрограммы, которые помогают пересылать информацию между элементами в компьютере 110, к примеру, во время запуска. Память RAM 132 обычно со