用于音頻處理的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及音頻裝置和音頻處理方法，并且具體地但非排他地設(shè)及用于聲學(xué)回波 的回波消除。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多音頻應(yīng)用使用諸如揚(yáng)聲器之類的音頻換能器，W及相同音頻環(huán)境中的麥克風(fēng) 二者。例如，電話或電話會(huì)議應(yīng)用典型地采用緊密接近的揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)。
[0003] 然而，揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)之間的聲學(xué)禪合使麥克風(fēng)信號(hào)包括從揚(yáng)聲器再現(xiàn)的聲音元 素，運(yùn)通常是不利的。
[0004] 例如，對(duì)于電話和電話會(huì)議設(shè)備，設(shè)備的揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)之間的聲學(xué)禪合導(dǎo)致所 產(chǎn)生的揚(yáng)聲器信號(hào)的一部分被麥克風(fēng)捕獲并且傳輸回到遠(yuǎn)端用戶，運(yùn)造成作為聲學(xué)回波已 知的干擾。通常假設(shè)該回波路徑可W使用線性濾波器來(lái)充分地建模，因?yàn)辂溈孙L(fēng)W取決于 設(shè)備所使用在的聲學(xué)環(huán)境的不同遲延和強(qiáng)度拾取揚(yáng)聲器信號(hào)的反射。因此，線性回波消除 器被廣泛用于減少聲學(xué)回波。
[0005] 然而，在實(shí)踐中并且取決于設(shè)備，聲學(xué)回波路徑中的組件還包括音頻放大器和揚(yáng) 聲器，其通常展現(xiàn)出非線性特性。因此，單純線性的回波消除往往是次優(yōu)的并且往往不能夠 完全去除聲學(xué)回波。
[0006] 揚(yáng)聲器中的非線性的主要原因是非均勻磁通密度和非線性懸置（suspension)系 統(tǒng)。后者主要貢獻(xiàn)于低頻處的失真，而前者通過(guò)高振幅信號(hào)而加劇。在效果上，大錐體漂移， 尤其是揚(yáng)聲器的線性操作范圍外部的那些，造成非線性失真。
[0007] 更詳細(xì)地，可W針對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率范圍考慮揚(yáng)聲器系統(tǒng)的行為。對(duì)于諧振 頻率W上的頻率，揚(yáng)聲器可W通過(guò)其音圈的電阻和電感來(lái)表征。因此，隨著到音圈的輸入功 率的增加W及漂移變得足夠大W使線圈落在磁場(chǎng)外部，驅(qū)動(dòng)力減小，造成一定形式的壓縮 或剪裁效果。
[0008] 對(duì)于低頻而言，揚(yáng)聲器主要通過(guò)其移動(dòng)系統(tǒng)阻抗來(lái)表征，該移動(dòng)系統(tǒng)阻抗與磁通 量的幕成比例。運(yùn)意味著，隨著音圈移動(dòng)到磁場(chǎng)外部，該阻抗減小并且因此替代于剪裁，音 圈中的電流振幅在揚(yáng)聲器的懸置系統(tǒng)限制漂移之前實(shí)際上會(huì)增加。
[0009] 揚(yáng)聲器的非線性行為的適當(dāng)建模在聲學(xué)回波消除領(lǐng)域中仍是具有挑戰(zhàn)性的議題。 運(yùn)對(duì)于使用諸如放大器和揚(yáng)聲器之類的低成本音頻組件的免提通信應(yīng)用而言尤其為真。運(yùn) 些組件通常被驅(qū)動(dòng)到其非線性操作范圍中W便實(shí)現(xiàn)運(yùn)樣的應(yīng)用所要求的高聲音輸出水平。 結(jié)果得到的非線性失真不僅限制通常假設(shè)揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)之間的線性脈沖響應(yīng)的聲學(xué)回 波消除器的性能，而且還影響所感知的揚(yáng)聲器信號(hào)的質(zhì)量。
[0010] 因此，用于管理非線性聲學(xué)回波的系統(tǒng)在改進(jìn)用于雙向通信系統(tǒng)的音頻質(zhì)量方面 扮演著重要角色。
[0011] 在現(xiàn)有技術(shù)中，存在用于消除或抑制非線性聲學(xué)回波的S個(gè)主要種類的系統(tǒng)： 1.非線性聲學(xué)回波消除。 2. 用于線性聲學(xué)回波消除的揚(yáng)聲器線性化。 3. 非線性聲學(xué)回波抑制。
[0012] 在第一類系統(tǒng)中，聲學(xué)回波路徑非線性通過(guò)聲學(xué)回波消除器建模。例如，可W使用 具有與音頻放大器的剪裁水平相匹配的剪裁水平的剪裁函數(shù)來(lái)對(duì)音頻放大器的飽和進(jìn)行 建模。如果該剪裁函數(shù)被應(yīng)用于數(shù)字揚(yáng)聲器信號(hào)，則可W使用標(biāo)準(zhǔn)線性聲學(xué)回波消除器來(lái) 對(duì)揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)之間的線性聲學(xué)路徑進(jìn)行建模。如之前所提及的，揚(yáng)聲器也是非線性的 來(lái)源。與無(wú)記憶的剪裁函數(shù)不同，揚(yáng)聲器非線性通常包含某種形式的巧區(qū)，并且最常通過(guò)在 計(jì)算上相當(dāng)昂貴的Volterra級(jí)數(shù)展開(kāi)來(lái)建模。雖然存在基于Volterra的算法的低成本 版本，諸如幕級(jí)數(shù)展開(kāi)，但是運(yùn)些通常仍舊要求信號(hào)正交化方法，其在計(jì)算上可能仍是密集 的。
[0013] 第一類系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)在于，要求它們將模型與底層物理系統(tǒng)的模型緊密地匹 配。運(yùn)典型地不能夠W高精確度實(shí)現(xiàn)。此外，它們往往在計(jì)算上是非常密集的。
[0014] 第二類系統(tǒng)將非線性函數(shù)應(yīng)用到揚(yáng)聲器信號(hào)，使得該函數(shù)與揚(yáng)聲器的響應(yīng)的函數(shù) 的級(jí)聯(lián)接近線性函數(shù)，并且因而由設(shè)備的麥克風(fēng)捕獲的揚(yáng)聲器信號(hào)近似為揚(yáng)聲器信號(hào)的線 性函數(shù)。因此，可W使用標(biāo)準(zhǔn)線性自適應(yīng)濾波器來(lái)對(duì)該線性函數(shù)進(jìn)行建模并且執(zhí)行聲學(xué)回 波消除。
[0015] 運(yùn)樣的方案的缺點(diǎn)在于，其可能僅近似地線性化揚(yáng)聲器的輸出信號(hào)，并且當(dāng)還發(fā) 生放大器飽和時(shí)，性能通常降級(jí)，因?yàn)檫\(yùn)樣的變換不易于線性化。
[0016] 第S類系統(tǒng)通常被用作對(duì)聲學(xué)回波消除的后處理步驟，其中在回波消除階段中可 能未被抑制的殘余非線性聲學(xué)回波被抑制。通常使用回波非線性的頻譜模型在頻譜振幅域 中執(zhí)行該抑制。
[0017] 該方案的主要缺點(diǎn)在于，由于頻譜振幅域中的回波相位信息的過(guò)度抑制和缺失， 源自本地環(huán)境的近端音頻及具體地，語(yǔ)音）可能嚴(yán)重衰減，運(yùn)可W造成難W例如與遠(yuǎn)端 方進(jìn)行全雙工通信。
[0018] 一般而言，對(duì)回波消除的現(xiàn)有技術(shù)方案往往是復(fù)雜的，造成次優(yōu)性能和/或高計(jì) 算資源使用。
[0019] 因而，改進(jìn)的方案將是有利的，并且特別是允許增加的靈活性、降低的復(fù)雜度、經(jīng) 促進(jìn)的實(shí)現(xiàn)、降低的資源使用和/或改進(jìn)的性能的方案將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 因此，本發(fā)明力圖優(yōu)選地單個(gè)或W任何組合地緩解、減輕或除去W上提及的缺陷 中的一個(gè)或多個(gè)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種音頻裝置，包括：用于將動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理應(yīng)用到 輸入信號(hào)W生成供揚(yáng)聲器再現(xiàn)的輸出信號(hào)的電路，所述動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理取決于一組動(dòng)態(tài) 范圍調(diào)節(jié)參數(shù)；用于從音頻輸入信號(hào)生成第一經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)的第一線性回波消除濾波器；用 于響應(yīng)于第一經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)和麥克風(fēng)信號(hào)而確定用于第一線性回波消除濾波器的一組濾波 器參數(shù)的第一適配器；用于通過(guò)將動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理和第二回波消除濾波器應(yīng)用到輸入信 號(hào)而生成第二經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)的電路，第二回波消除濾波器對(duì)應(yīng)于第一回波消除濾波器；用于 響應(yīng)于第二經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)和麥克風(fēng)信號(hào)而確定該組動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)的第二適配器。
[0022] 該方案可W提供經(jīng)歷聲學(xué)反饋或回波的再現(xiàn)系統(tǒng)的操作的改進(jìn)的線性化。本發(fā)明 可W緩解例如聲音換能器驅(qū)動(dòng)器(例如放大器）和/或聲音換能器(例如揚(yáng)聲器）中的非線 性的影響。
[0023] 在許多實(shí)施例中，本發(fā)明可W提供改進(jìn)的性能。具體地，在許多應(yīng)用中可W實(shí)現(xiàn)改 進(jìn)的回波消除。
[0024] 具體優(yōu)點(diǎn)在于，可W針對(duì)各種各樣的聲學(xué)回波和再現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)而不要求再 現(xiàn)系統(tǒng)的特定知識(shí)或建模(諸如特別地，不要求功率放大器或音頻換能器特性的假設(shè)或建 模)。在許多實(shí)施例中，裝置可W自動(dòng)地適配于單獨(dú)再現(xiàn)系統(tǒng)的特定特性。例如，本發(fā)明可 W允許運(yùn)樣的系統(tǒng)，其提供改進(jìn)的線性化而不要求系統(tǒng)中所使用的功率放大器或揚(yáng)聲器的 非線性特性的任何知識(shí)。
[00巧]另一優(yōu)點(diǎn)在于，方案可W補(bǔ)償例如音頻鏈中的組件隨時(shí)間的年齡相關(guān)改變或者例 如設(shè)及音頻放大器的電力供應(yīng)的改變，對(duì)于電池供電的設(shè)備而言，還有在再充電之間隨時(shí) 間的改變。
[0026] 特定結(jié)構(gòu)可W允許運(yùn)樣的系統(tǒng)，其自動(dòng)地朝向提供期望的線性化的操作點(diǎn)適配而 沒(méi)有不當(dāng)?shù)丶s束輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。具體地，依照本發(fā)明所生成的第一和第二經(jīng)補(bǔ)償信 號(hào)的使用可W提供第一回波消除濾波器和動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理二者的高效且有利的適配?；?波消除和動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理在適配中的相互作用可W提供運(yùn)樣的系統(tǒng)，其針對(duì)不同的場(chǎng)景 在不同方向上偏置動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理的適配。運(yùn)可W造成改進(jìn)的適配，因?yàn)榭蒞從不同方 向朝向最佳情況驅(qū)動(dòng)操作點(diǎn)。
[0027] 例如，在許多實(shí)施例和場(chǎng)景中，動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)將在非線性過(guò)高時(shí)朝向增加的 動(dòng)態(tài)范圍約束適配，并且在非線性過(guò)低時(shí)朝向降低的動(dòng)態(tài)范圍約束適配。
[002引裝置利用適配回路。例如，從基于第一經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)適配的第一回波消除濾波器生 成第一經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)。類似地，可W通過(guò)將動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理巧日回波消除）應(yīng)用到輸入信號(hào) 來(lái)生成第二經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)，其中基于第二經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)適配動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理。運(yùn)樣的反饋回 路的性質(zhì)可W設(shè)定成提供期望的回路參數(shù)，諸如具體期望的動(dòng)態(tài)參數(shù)。在許多場(chǎng)景中，可W 使用經(jīng)采樣的系統(tǒng)，其中用于一個(gè)樣本的適配(例如動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)和/或第一組參數(shù)） 是基于一個(gè)或多個(gè)之前樣本的經(jīng)補(bǔ)償信號(hào)值。
[0029] 第一適配器可W特別地針對(duì)該組濾波器參數(shù)中的參數(shù)生成更新值。第二適配器可 W特別地針對(duì)該組動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)中的參數(shù)生成更新值。
[0030] 第二回波消除濾波器可W通過(guò)由相同參數(shù)（即由第一組參數(shù)）確定而特別地對(duì)應(yīng) 于第一回波消除濾波器。在一些實(shí)施例中，可W存在第一回波消除濾波器和第二回波消除 濾波器的適配中的時(shí)間偏移。例如，對(duì)于給定信號(hào)樣本，可W針對(duì)之前的信號(hào)樣本生成用于 第一回波消除濾波器的第一組參數(shù)，而用于第二回波消除濾波器的第一組參數(shù)可W是針對(duì) 當(dāng)前信號(hào)樣本所確定的那些。在一些實(shí)施例中，當(dāng)與第一適配器所確定的更新值組合時(shí)，用 于第二回波消除濾波器的濾波器參數(shù)可W對(duì)應(yīng)于用于第一回波消除濾波器的濾波器參數(shù)。
[0031] 動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理可W被布置成約束輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0032] 依照本發(fā)明的可選特征，動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理是非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理。
[0033] 在一些實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理可W是線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)，諸如例如使用取 決于動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)的可變?cè)鲆妗?br>[0034] 然而，在許多實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處理可W有利地為非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)處 理。運(yùn)可W提供改進(jìn)的性能，并且可W特別地允許用于給定功率放大器或揚(yáng)聲器的改進(jìn)的 聲音水平。
[0035] 依照本發(fā)明的可選特征，音頻裝置還包括可變?cè)鲆妫浔徊贾贸身憫?yīng)于輸入信號(hào) 的信號(hào)水平度量和該組動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)而對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行縮放。
[0036] 運(yùn)在許多實(shí)施例中可W提供改進(jìn)的性能。具體地，可變?cè)鲆婧头蔷€性動(dòng)態(tài)范圍調(diào) 節(jié)處理的組合可W提供不同特性之間，諸如聲音水平與失真之間的改