限制有源噪聲消除輸出的制作方法
【專利說明】
[00011本申請案主張2013年10月14日申請的美國臨時(shí)申請案第61/890,833的利益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及音頻信號處理，且更確切地說涉及將有源噪聲消除應(yīng)用至音頻信號。
【背景技術(shù)】
[0003] -些計(jì)算裝置(例如蜂窩式電話、智能電話頭戴式耳機(jī)、音樂播放器等)可用于嘈 雜環(huán)境中。舉例而言，蜂窩式電話可用于其中環(huán)境、背景或周圍噪聲可分散用戶注意力的機(jī) 場中。舉例來說，用戶可在其他人在附近談話同時(shí)或在飛機(jī)起飛同時(shí)參與電話通話。此等環(huán) 境噪聲可使計(jì)算裝置的用戶難以聽到來自計(jì)算裝置的音頻信號(例如，話音、音樂等)輸出。 有源噪聲消除是指一種方式，通過所述方式調(diào)整音頻信號以解釋環(huán)境、背景或周圍噪聲的 處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] -般來說，描述用于限制有源噪聲消除輸出的技術(shù)。
[0005] 在一個(gè)方面中，一種方法包括基于經(jīng)估計(jì)噪聲電平動態(tài)地調(diào)整針對音頻信號的至 少一部分至有源噪聲消除應(yīng)用，從而獲得音頻信號的有源噪聲經(jīng)消除版本的至少一部分。
[0006] 在另一方面中，一種設(shè)備包括一或多個(gè)處理器，所述一或多個(gè)處理器經(jīng)配置以基 于經(jīng)估計(jì)噪聲電平動態(tài)地調(diào)整針對音頻信號的至少一部分的有源噪聲消除的應(yīng)用，從而獲 得音頻信號的有源噪聲經(jīng)消除版本的至少一部分。
[0007] 在另一方面中，一種設(shè)備包括用于確定音頻信號的至少一部分裝置，和用于基于 經(jīng)估計(jì)噪聲電平動態(tài)地調(diào)整針對音頻信號的至少部分的有源噪聲消除的應(yīng)用從而獲得音 頻信號的有源噪聲經(jīng)消除版本的至少一部分的裝置。
[0008] 在另一方面中，一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲媒體已將指令存儲于其上，當(dāng)所述 指令經(jīng)執(zhí)行時(shí)，導(dǎo)致一或多個(gè)處理器基于經(jīng)估計(jì)噪聲電平動態(tài)地調(diào)整針對音頻信號的至少 一部分的有源噪聲消除的應(yīng)用，從而獲得音頻信號的有源噪聲經(jīng)消除版本的至少一部分。
[0009] 在附圖和以下描述中闡述所述技術(shù)的一或多個(gè)方面的細(xì)節(jié)。這些技術(shù)的其它特 征、目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)將從所述描述及圖式以及權(quán)利要求書而顯而易見。
【附圖說明】
[0010] 圖1A為說明包含前饋ANC濾波器和經(jīng)安置以感應(yīng)周圍噪聲的參考麥克風(fēng)的ANC設(shè) 備的實(shí)例的框圖。
[0011] 圖1B為說明包含反饋ANC濾波器和經(jīng)安置以感應(yīng)由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音的誤差麥克 風(fēng)的ANC設(shè)備的實(shí)例的框圖。
[0012] 圖2A為說明前饋ANC濾波器的有限脈沖響應(yīng)(FIR)實(shí)施的框圖。
[0013] 圖2B為說明FIR濾波器的替代實(shí)施的框圖。
[0014] 圖3為說明濾波器的無限脈沖響應(yīng)(IIR)實(shí)施的框圖。
[0015] 圖4為說明可經(jīng)配置以執(zhí)行本發(fā)明中所描述的受限ANC輸出技術(shù)的各種方面的ANC 設(shè)備的框圖。
[0016] 圖5為更詳細(xì)地說明圖4的實(shí)例中所展示的限制控制塊的框圖。
[0017] 圖6A至6C為說明符合本發(fā)明中所描述的技術(shù)的各種方面的執(zhí)行可受限制或或以 其它方式經(jīng)調(diào)整的自適應(yīng)性ANC(AANC)的ANC設(shè)備的框圖。
[0018] 圖7為說明符合本發(fā)明中所描述的技術(shù)的各種方面的執(zhí)行關(guān)于其他信號當(dāng)中的誤 差音頻信號的噪聲估計(jì)的限制控制塊的另一變體的框圖。
[0019] 圖8A至8C為說明符合本發(fā)明中所描述的技術(shù)的各種方面的執(zhí)行可受限制或以其 它方式經(jīng)調(diào)整的ANC的實(shí)例ANC設(shè)備的框圖。
[0020] 圖9為更詳細(xì)地說明圖8的實(shí)例的限制控制塊CB34'的圖。
[0021] 圖10為說明符合本發(fā)明中所描述的技術(shù)的各種方面的執(zhí)行可受限制或以其它方 式經(jīng)調(diào)整的ANC的另一實(shí)例ANC設(shè)備的框圖。
[0022] 圖11為更詳細(xì)地說明圖9的實(shí)例的限制控制塊的圖。
[0023] 圖12為說明經(jīng)配置以執(zhí)行本發(fā)明中所描述的技術(shù)的各種方面的ANC設(shè)備的示范性 操作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本文中所公開的裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和方法可適用于各種計(jì)算裝置。計(jì)算裝置的實(shí)例 包含蜂窩式電話、智能電話、頭戴式耳機(jī)、視頻攝像機(jī)、音頻播放器(例如，移動圖像專家組-l(MPEG-l)或MPEG-2音頻層3(MP3)播放器)一種類別的計(jì)算裝置為可與另一裝置通信的通 信裝置。通信裝置的實(shí)例包含電話、膝上型計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)、蜂窩式電話、智能電話、 電子閱讀器、平板計(jì)算機(jī)裝置、游戲系統(tǒng)等。
[0025]計(jì)算裝置或通信裝置可根據(jù)某些業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)操作，例如國際電信聯(lián)盟（ITU)標(biāo)準(zhǔn)和/ 或電氣和計(jì)算工程師（IEEE)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（例如，如802.11a、802.11b、802.11g、802.11r^P/S 802.1 lac的無線保真或"Wi-Fi"標(biāo)準(zhǔn)）。通信裝置可遵守的標(biāo)準(zhǔn)的其他其它實(shí)例包含 IEEE802.16 (例如，全球微波接入互操作性或"WiMAX"、第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)、3GPP長 期演進(jìn)（LTE)、全球移動通信系統(tǒng)（GSM)和其它（其中通信裝置可被稱作用戶設(shè)備（UE)、 NodeB、演進(jìn)型NodeB(eNB)、移動裝置、移動臺、訂戶臺、遠(yuǎn)程站、接入終端、移動終端、終端、 用戶終端、訂戶單元等，舉例來說））。盡管本文中所公開的一些裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和方法可依 據(jù)一或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來描述，但由于所述裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和方法可適用于多個(gè)系統(tǒng)和/或標(biāo)準(zhǔn)， 因此所述技術(shù)應(yīng)不限于本發(fā)明的范疇。
[0026] 應(yīng)注意，一些通信裝置可無線通信和/或可使用有線連接或鏈接通信。舉例來說， 一些通信裝置可使用以太網(wǎng)協(xié)議與其它裝置通信。本文中所公開的裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和方法 可適用于無線通信和/或使用有線連接或鏈接通信的通信裝置。
[0027] 如本文所使用，術(shù)語"消除"和詞語"消除"的其它變體可或可不暗示信號的完全消 除。舉例來說，如果第一信號"消除"第二信號，那么第一信號可干擾第二信號以試圖減小第 二信號的振幅。所產(chǎn)生的信號可或可不減少或完全消除。
[0028] 如本文所使用，術(shù)語"電路"、"線路"和術(shù)語"電路"的其它變體可表示結(jié)構(gòu)元件或 部件。舉例來說，線路可為以處理和/或存儲器單元、單元、塊等等形式的電路部件的集合 體，例如多個(gè)集成電路部件。
[0029] 傳統(tǒng)上，靜態(tài)或非自適應(yīng)性有源噪聲控制(ANC)由濾波運(yùn)算構(gòu)成且需要噪聲信號 輸入。常規(guī)非自適應(yīng)性ANC可適用于手持機(jī)。在前饋ANC的一個(gè)實(shí)例中，噪聲麥克風(fēng)可為放在 手持機(jī)的后部上，而揚(yáng)聲器(例如，聽筒、接收器等)可放在手持機(jī)的前部上，用戶可保持所 述揚(yáng)聲器靠近他的/她的耳朵。ANC處理可使用由噪聲麥克風(fēng)提供的噪聲信號以試圖通過從 揚(yáng)聲器輸出信號來消除噪聲。
[0030] 自適應(yīng)性ANC由濾波運(yùn)算和自適應(yīng)運(yùn)算兩者構(gòu)成。通常，用于前饋(FF)ANC的自適 應(yīng)性算法需要誤差信號輸入，所述誤差信號輸入測量"安靜區(qū)域"處的其余噪聲信號。因此， 傳統(tǒng)自適應(yīng)性FF ANC可需要兩個(gè)輸入信號。一個(gè)輸入信號可包括外部噪聲，且其他輸入信 號包含誤差信號（來自誤差麥克風(fēng)，舉例來說）。濾波運(yùn)算可需要僅噪聲信號輸入。然而，自 適應(yīng)運(yùn)算可需要噪聲信號輸入和誤差信號輸入兩者。
[0031] 在通用自適應(yīng)性ANC處理的一個(gè)實(shí)例中，噪聲麥克風(fēng)捕捉噪聲信號且誤差麥克風(fēng) 捕捉誤差信號e(n)。在通用自適應(yīng)性ANC處理中，自適應(yīng)性算法將誤差信號e(n)最小化，此 將自適應(yīng)性濾波器W( z)收斂為最佳解決方案。收斂自適應(yīng)性濾波器可被稱作迭代收斂或訓(xùn) 練程序。在此實(shí)例中，
其中P (z)為第一傳遞函數(shù)(例如，主路徑傳遞函數(shù)），且 S (z)為第二傳遞函數(shù)(例如，次路徑傳遞函數(shù)）。
[0032] 傳統(tǒng)自適應(yīng)性ANC處理的另一實(shí)例稱為經(jīng)濾波X最小均方(FxLMS)自適應(yīng)性ANC處 理。此途徑還使用誤差麥克風(fēng)來捕捉誤差信號dnhLMS算法使用所捕捉的誤差信號e(n)來 訓(xùn)練或收斂自適應(yīng)性濾波器W( z)。
[0033]在一個(gè)實(shí)例中，常規(guī)自適應(yīng)性ANC可適用于手持機(jī)。在此實(shí)例中，噪聲麥克風(fēng)可放 在手持機(jī)的后部上，而揚(yáng)聲器(例如，聽筒、接收器等)可放在手持機(jī)的前部上，用戶可保持 所述揚(yáng)聲器靠近他的/她的耳朵。誤差麥克風(fēng)還可放在手持機(jī)的前部上，靠近揚(yáng)聲器。ANC處 理可使用由噪聲麥克風(fēng)提供的噪聲信號和由誤差麥克風(fēng)提供的誤差信號以試圖通過從揚(yáng) 聲器輸出信號消除噪聲。
[0034]盡管實(shí)施自適應(yīng)性ANC(例如，依據(jù)處理循環(huán)和/或存儲器消耗)可為代價(jià)大的，但 可適用于一些應(yīng)用。舉例來說，由于聲學(xué)傳遞函數(shù)為高度動態(tài)且濾波器自適應(yīng)可用于確保 最佳噪聲消除，因此將ANC應(yīng)用至手持機(jī)聽筒或揚(yáng)聲器可為可通過自適應(yīng)受益的ANC的一個(gè) 應(yīng)用。
[0035]常規(guī)前饋(FF)自適應(yīng)性有源噪聲控制(ANC)通常需要誤差麥克風(fēng)(或一些其它輸 入傳感器)獲取"安靜區(qū)域"處的聲音信號。此聲音信號通常稱為誤差信號。接收誤差信號的 麥克風(fēng)可通常靠近揚(yáng)聲器(例如，聽筒、接收器等)放置以獲取誤差信號。在一些情況下，接 收誤差信號的麥克風(fēng)可用于增加至用于獲取噪聲的另一麥克風(fēng)以供減少(例如，消除）。 [0036] 在一些情況下，由于應(yīng)用ANC或AANC的消除效果，ANC或自適應(yīng)性ANC(AANC)可增大 待由揚(yáng)聲器輸出的音頻信號的增益。即，當(dāng)外部噪聲電平較高時(shí)，所得ANC/AANC信號也可具 有較高電平(意味著比原始信號更高的增益）。當(dāng)輸入噪聲電平超過一些極限電平A(其通常 依據(jù)平均收聽持續(xù)時(shí)間的可接受分貝（dB)電平表達(dá)，且"極限"通常定義為在暴露于這些dB 電平經(jīng)過平均收聽持續(xù)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生聽覺的一些非極小損失)時(shí)，ANC/AANC音頻信號可超過 電平B，所述電平B在某一閾值C(其中此閾限同樣依據(jù)平均收聽持續(xù)時(shí)間內(nèi)的dB表達(dá)，且此 閾限經(jīng)設(shè)定以在暴露于此等閾值dB電平經(jīng)過平均收聽持續(xù)時(shí)間時(shí)避免聽覺的非極小損失） 上方。所得ANC/AANC音頻信號可導(dǎo)致潛在問題，例如數(shù)字系統(tǒng)飽和、由過度偏振導(dǎo)致的揚(yáng)聲 器損害和人類聽覺損害。
[0037]本發(fā)明中所描述的技術(shù)可在輸入噪聲電平超過一些給定dB閾值電平時(shí)自動切斷 或降低ANC/AANC輸出（意味著無需除潛在地啟用本發(fā)明中所描述的技術(shù)以外的人類干預(yù)）。 技術(shù)可提供基于輸入噪聲電平(例如，經(jīng)由噪聲麥克風(fēng)所檢測）自動或動態(tài)地調(diào)整ANC/AANC 輸出的限制控制器。此限制控制器可接收ANC噪聲輸入麥克風(fēng)信號（或其它麥克風(fēng)信號或 ANC輸出信號)且基于所確定的環(huán)境噪聲電平控制ANC濾波器增益。
[0038] 技術(shù)的各種方面可涉及基于噪聲麥克風(fēng)信號估計(jì)噪聲以確定環(huán)境噪聲電平的噪 聲估計(jì)單元和ANC增益控制單元。噪聲估計(jì)單元可使用例如平均振幅、峰值振幅、平均功率 或其任何組合的途徑測量一些時(shí)段內(nèi)的ANC/AANC輸入信號(或輸出信號或，在一些情況下， 噪聲估計(jì)可從其導(dǎo)出的其它麥克風(fēng)信號）響度。舉例來說，當(dāng)使用平均振幅執(zhí)行噪聲估計(jì) 時(shí)，噪聲估計(jì)單元可通過.
'或（Σ |X(t)|)/N估計(jì)平均振幅，其中X(t)表示時(shí)間 t內(nèi)的噪聲信號，且N是指形成噪聲信號