聲反饋消除器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年6月19日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/837, 155的優(yōu)先 權(quán)，該申請(qǐng)通過引用被整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施例中涉及控制音頻信號(hào)中的聲嘯叫反饋。
【背景技術(shù)】
[0004] 在公共廣播（publicaddressing，PA)或其他音頻系統(tǒng)中，如果一個(gè)或多個(gè)（揚(yáng)聲 器）與（一個(gè)或多個(gè)）麥克風(fēng)之間的增益大于一并且它們同相，則會(huì)產(chǎn)生令人煩惱的嘯叫 聲。典型地，可以通過手動(dòng)將麥克風(fēng)和/或揚(yáng)聲器進(jìn)行重新放置來消除這樣的嘯叫。替代 地，可以通過使用EQ濾波器來調(diào)整不同音頻帶內(nèi)的增益來消除嘯叫。然而，這些方法在一 些情形中不夠方便和/或無法實(shí)現(xiàn)。例如，如果麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的位置是固定的和/或EQ 濾波器不可獲得，則不能采用上述方法。盡管關(guān)于以數(shù)字方式消除嘯叫存在若干個(gè)現(xiàn)有技 術(shù)描述，但這些現(xiàn)有技術(shù)描述在如下一個(gè)或多個(gè)方面中存在缺陷：不能精確估計(jì)嘯叫頻率， 尤其在使用有限數(shù)目的快速傅里葉變換（FFT)點(diǎn)時(shí)，因而未能有效且可靠地消除嘯叫；調(diào) 性音樂信號(hào)易被錯(cuò)誤地消除；經(jīng)處理的信號(hào)失真；或者經(jīng)處理的信號(hào)太過復(fù)雜以至于不能 實(shí)現(xiàn)于嵌入式系統(tǒng)中，因而比所預(yù)期消耗更多的資金或MIP。所需的是用于處理嘯叫聲音的 改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了實(shí)現(xiàn)前述目的，本發(fā)明提供了用于快速消除嘯叫的有效、可靠、魯棒且簡(jiǎn)單的 方法。
[0006] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，來自麥克風(fēng)的傳入時(shí)域音頻信號(hào)通過快速傅里葉變換（FFT)被 轉(zhuǎn)換到頻域。FFTbin的量級(jí)（magnitude)或范數(shù)（norm)被累加并且隨后被取平均。具有 最大量級(jí)的FFTbin是嘯叫頻率候選者。
[0007] 基于嘯叫噪聲比（HNR)來檢測(cè)嘯叫。如果候選嘯叫頻率處的HNR大于閾值并且在 N(在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中為5)次連續(xù)的運(yùn)行中遞增，并且這N個(gè)連續(xù)的運(yùn)行中的至少一 個(gè)大于閾值，則檢測(cè)到嘯叫。峰值FFTbin以及該峰值FFTbin的緊接前一個(gè)FFTbin和 緊接后一個(gè)FFTbin處的量級(jí)用來估計(jì)嘯叫頻率。也就是說，頻率稍低的bin和頻率稍高 的bin也被用來估計(jì)嘯叫頻率。與具有相同F(xiàn)FT點(diǎn)的常規(guī)FFT相比，新方法顯著提高了頻 率估計(jì)精度。例如，此處使用1024點(diǎn)FFT的嘯叫頻率估計(jì)誤差可以低至+/-1Ηζ，這等于使 用常規(guī)方法的8192點(diǎn)FFT所產(chǎn)生的頻率估計(jì)誤差。一旦檢測(cè)到嘯叫并且估計(jì)到嘯叫頻率， 則以嘯叫頻率作為中心頻率的陷波濾波器被插入到音頻路徑中，從而消除嘯叫。所提出的 方法已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)于揚(yáng)聲器系統(tǒng)中。
[0008] 下面將參照附圖來描述本發(fā)明的這些和其他特征及優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例示出陷波濾波器嘯叫消除系統(tǒng)的框圖。
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步示出圖1的嘯叫頻率估計(jì)框的細(xì)節(jié)的框 圖。
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，示出嘯叫檢測(cè)和嘯叫頻率估計(jì)方法的流程圖。
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，示出嘯叫檢測(cè)閾值的調(diào)整曲線的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中示出了優(yōu)選實(shí)施例的示例。盡管將 結(jié)合這些優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，不意欲將本發(fā)明限制于這些優(yōu)選實(shí)施例。 相反，意為可以覆蓋被包括在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的替代、修 改和等同。在下文的描述中，提供了一些具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。可以在無 需這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下來實(shí)施本發(fā)明。在其他實(shí)例中，未對(duì)所熟知的處 理操作進(jìn)行描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。
[0014] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了快速消除嘯叫聲音的有效、可靠、魯棒且簡(jiǎn)單的方法。圖1 根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例示出了陷波濾波器嘯叫消除系統(tǒng)的框圖。優(yōu)選地，時(shí)域麥克風(fēng)信 號(hào)被加窗（window)、重疊并且通過N_FFT(在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中為1024)點(diǎn)FFT被轉(zhuǎn)換 為頻域數(shù)據(jù)。隨后在頻域中檢測(cè)并估計(jì)嘯叫頻率。一旦找到嘯叫頻率，便實(shí)時(shí)（〇n-the-fly) 設(shè)計(jì)以嘯叫頻率作為中心頻率的陷波濾波器。陷波濾波器隨后被插入到音頻路徑中，因而 在時(shí)域中消除該嘯叫。下面提供針對(duì)圖1的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。音頻輸入信號(hào)101首先被框102 中的重疊操作進(jìn)行處理。重疊的量可以變化（常見重疊為25%、50 %和75%，或者跳大小 分別為75 %、50 %和25 %)，但在優(yōu)選實(shí)施例中，重疊為75 %或者跳大小為25 %。接下來， 在框104中，所重疊的樣本被加窗。各種加窗方法在本領(lǐng)域中是已知的，其用來處理時(shí)域信 號(hào)的樣本，并且本發(fā)明實(shí)施例不限于任何特定的加窗方法。接下來，在框106中，對(duì)經(jīng)加窗 的數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT，以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變到頻域。在框108中，檢測(cè)嘯叫并且估計(jì)嘯叫頻率。使 用所估計(jì)的嘯叫頻率，在框110中利用在IIR濾波器112中所設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)來實(shí)時(shí)設(shè) 計(jì)陷波濾波器，從而消除來自流101中的音頻的嘯叫。
[0015] 為了在框108中準(zhǔn)確且可靠地估計(jì)嘯叫頻率，在找到具有峰值量級(jí)的FFTbin1_MAX之前，F(xiàn)FT量級(jí)或范數(shù)被累加并且隨后被取平均。估計(jì)I_MAX附近的功率以及底噪。基 于嘯叫噪聲比（HNR)來確定嘯叫頻率（圖2)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步示 出圖1的嘯叫檢測(cè)和嘯叫頻率估計(jì)框108的細(xì)節(jié)的框圖。首先，F(xiàn)FT范數(shù)在累加FFT范數(shù)框 202中被累加。接下來，在平均FFT范數(shù)框204中，F(xiàn)FT范數(shù)被取平均。在查找峰值FFT范 數(shù)框206中識(shí)別峰值FFT范數(shù)。在計(jì)算HNR框208中，首先通過計(jì)算候選頻率的功率并且 計(jì)算底噪，以及優(yōu)選地將HNR確定為嘯叫功率對(duì)平滑底噪的比，來計(jì)算嘯叫噪聲比（HNR)。 HNR被用來在計(jì)算嘯叫頻率框210中計(jì)算嘯叫頻率。在圖3的流程圖中將提供關(guān)于嘯叫頻 率的檢測(cè)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
[0016] 圖3根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供了用于在經(jīng)適當(dāng)編程的通用計(jì)算機(jī)或DSP處 理器（例如包括但不限于嵌入式處理器）中實(shí)現(xiàn)的所提出的嘯叫檢測(cè)和嘯叫頻率方法的流 程圖。嘯叫檢測(cè)和嘯叫頻率估計(jì)算法是基于幀的。在每一幀中，麥克風(fēng)信號(hào)的N_SAMPLE(在 本發(fā)明實(shí)施例中為256)個(gè)新樣本或者跳大小SN_SAMPLE的新樣本（步驟302) SAMPLE(在本發(fā)明實(shí)施例中為768)個(gè)舊樣本重疊并且被加窗（步驟304)。而且，在本發(fā)明 實(shí)施例中，采用方形漢寧（Hanning)窗。在步驟306中執(zhí)行FFT，以將經(jīng)重疊且經(jīng)加窗的樣 本變換到頻域。隨后在步驟308中累加FFT量級(jí)或范數(shù)。如果累加了不足數(shù)目的幀，則該 流程從決策樹310行進(jìn)到開始以獲得其他樣本（步驟302)。在已經(jīng)累加了足夠幀數(shù)的FFT 范數(shù)的情況下，流程繼續(xù)。也就是說，在優(yōu)選的實(shí)施例中，對(duì)于每N_FFT_FRAME(在本發(fā)明實(shí) 施例中為3、6、9、12和15)個(gè)幀，在步驟312中對(duì)所累加的FFT量級(jí)進(jìn)行平均。接下來，在 步驟314中，在全部的頻率bin間，搜索經(jīng)平均的FFT量級(jí)中具有最大量級(jí)的FFTbin1_ MAX。將FFTbinI_MAX作為候選嘯叫頻率。也就是說，在決策樹步驟316中，如果I_MAX 與先前I_MAX之間的距離小于指定數(shù)值FFT_HOWLING_DELTA(在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中為 3)，則分別在步驟318和320中計(jì)算I_MAX附近的嘯叫頻率的功率以及底噪功率。否則，在 步驟340中重置計(jì)數(shù)器HIT。在步驟322中使用公式1通過一階平滑器來平滑底噪：
[0017]nflr(n+1) = (l-a)nflr(n)+aPnoise (公式 1)
[0018] 在本發(fā)明實(shí)施例中，使平滑因子α為0. 01，但在不背離本發(fā)明的精神和概念的情 況下，也可以使用其他因子。隨后在步驟324中將HNR計(jì)算為嘯叫功率與經(jīng)平滑的底噪的 比。在步驟326中，HNR還優(yōu)選地通過公式2由一階平滑器來平滑：
[0019]hnr(n+l) = (1-β)*hnr(η) +β*nflr(n+1)(公式 2)
[0020] 在該優(yōu)選的本發(fā)明實(shí)施例中，使平滑因子β為0. 3,但也可以使用其他值。在步驟 328中，如果經(jīng)平滑的HNR大于HNR閾值（在該優(yōu)選實(shí)施例中為30)并且每次運(yùn)行遞增，則 在步驟330中，將計(jì)數(shù)器HIT增加1。否則，流程行進(jìn)至重置計(jì)數(shù)器HIT(步驟340)。
[0021] 嘯叫檢測(cè)是基于如下標(biāo)準(zhǔn)的：
[0022] 1 ·經(jīng)平滑的HNR大于HNR閾值HNR_THRD(在本發(fā)明實(shí)施例中為30)。（參見步驟 328)
[0023] 2.針對(duì)N_HIT(在本發(fā)明實(shí)施例中為5)個(gè)連續(xù)的運(yùn)行，經(jīng)平滑的HNR遞增。（參 見步驟328)
[0024]3.在N_HIT(在本發(fā)明實(shí)施例中為5)個(gè)連續(xù)的運(yùn)行中（參見步驟332)，存在至少 一個(gè)跳躍大于HNR_JUMP_THRD(在該優(yōu)選的發(fā)明實(shí)施例中為1. 2)。
[0025] 在不使音頻信號(hào)失真的情況下快速、準(zhǔn)確且可靠的嘯叫或聲反饋消除的關(guān)鍵之處 在于：對(duì)嘯叫頻率的準(zhǔn)確估計(jì)。通常，嘯叫頻率估計(jì)誤差越小，嘯叫或聲反饋消除越有效或 者經(jīng)處理的無嘯叫音頻質(zhì)量越好。然而，有限的FFT大小限制了可以實(shí)現(xiàn)的較小的頻率估 計(jì)誤差。例如，1024點(diǎn)FFT在采樣速率為16kHz下的頻率估計(jì)誤差可以大到8Hz。如果需 要+/-1Ηζ的頻率估計(jì)誤差，則至少應(yīng)該采用采樣頻率為16kHz下的8192點(diǎn)FFT，而這太昂 貴并且在實(shí)際產(chǎn)品中無法實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，通過在采樣速率為16kHz下的1024點(diǎn)FFT，嘯 叫頻率估計(jì)誤差可以小到+/-1Ηζ。通過公式3-7來計(jì)算嘯叫頻率Fc(步驟334):
[0026] 1 = 201og10(Y)(公式 3)
[0027]c= 201og10(Y)(公式 4)
[0028]r= 201og10(Y+)(公式 5)
[0029]
[0030]
[0031] Y是FFTbinI_MAX處的FFT范數(shù)，并且Y和Y+分別是緊接I_MAX之前和緊接I_ MAX之后的FFT范數(shù)。
[0032] 針對(duì)每N_RESET_FRAME(在該發(fā)明實(shí)施例中為15)個(gè)幀來重置FFT范數(shù)累加緩沖 器。（參見步驟336和338)
[0033] 以低頻調(diào)整嘯叫檢測(cè)閾值。