用于音频啸叫衰减的方法和装置与流程

1.本技术涉及消除或减少呈现给收听者的音频信号中的啸叫。


背景技术：

2.制造商和顾客对车载通信系统越来越感兴趣。通常，这些系统包括一个或多个麦克风和扬声器。有时，提供免提系统以允许从交通工具的一个区域到交通工具的另一个区域的通信。在一个示例中，系统被配置为使得来自免提麦克风的驾驶员的语音被路由到位于交通工具后部的扩音器，因此在高噪声状况期间，驾驶员不用被迫转头来对交通工具后部的乘客说话。
3.在这些设置中，有时会发生音频啸叫。更具体地，当声学耦合足够高时，麦克风/扩音器反馈可能会造成可听啸叫或振铃。在这些情况下，信号被麦克风接收、放大并从扬声器传递出去。扬声器的声音可以被麦克风接收并且该循环继续进行。这产生了可能会被收听者听到的“啸叫”噪声，而且这可能是令人不愉快的体验。
附图说明
4.为了更全面地理解本披露内容，应参考以下具体实施方式和附图，在附图中：图1包括根据本发明的各种实施例的用于啸叫衰减的系统的简图；图2包括根据本发明的各种实施例的用于啸叫衰减的方法的简图；图3包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法的操作的各方面的简图；图4包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法的操作的各方面的简图；图5包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法的操作的各方面的简图；图6包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法的操作的各方面的流程图；图7包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法的操作的各方面的简图；图8包括展示了根据本发明的各种实施例的本文所述的方法操作的各方面的简图。
5.技术人员将理解，附图中的元素是为了简洁和清晰而展示的。还将理解，可以以特定的发生顺序来描述或描绘某些动作和/或步骤，但技术人员将理解，这种关于顺序的独特性实际上并不是必需的。还将理解，本文所使用的术语和表达具有其相对应的各个调查和研究领域赋予这些术语和表达的普通含义，除非在本文中另外阐述特殊含义。
具体实施方式
6.在本文所述的方法中，识别或确定最易受到啸叫影响的音频频谱区域。当检测到这些区域时，这些方法对发送到扩音器的音频频谱进行成形，使得仅抑制那些啸叫频率。
7.本方法使用抗啸叫屏蔽器或滤波器（在本文中有时称作“啸叫屏蔽器”、“滤波器”或“屏蔽滤波器”）。在一些方面，该屏蔽器是通过自适应滤波器得到的，并且可以使用现有设备（例如，现有的噪声抑制模块）直接应用于音频流。
8.有利地，本方法可以使用现有部件（例如，声学回声消除器）作为声学信道估计器来检测啸叫状况并设置抗啸叫屏蔽滤波器。本文提供的方法还可以使用现有的噪声抑制模块来实施屏蔽滤波。结果，本方法使系统内所需的额外计算最小化，仅适度地增加了在现有系统部件内执行的计算。
9.在各方面，使用自适应滤波器来为交通工具中使用的舱室外壳反馈系统进行建模。在一个示例中，该滤波器被用作回声消除器。这些方法对频域中的滤波器权重进行分析。超过单位幅值的所有频谱权重分量将会为反馈系统提供增益并且引起反馈振铃或啸叫。生成屏蔽滤波器，该屏蔽滤波器对这些频率进行反转并使其他频率保持不变。将该滤波器应用于扩音器输出。由扩音器呈现的所产生的复合频谱中啸叫频率衰减到单位幅值，而其他频率不变。
10.在示例中，可以使用各种方法来实施屏蔽滤波器。例如，可以使用现有噪声抑制模块。噪声抑制通常是基于频率的，使用重叠相加滤波法。在这种情况下，可以使用频域屏蔽频谱将屏蔽滤波器直接应用到噪声抑制模块内。这种特定实施方式避免了额外的滤波操作。
11.在这些实施例中的许多实施例中，提供了一种用于对扬声器处的啸叫进行衰减的系统。该系统包括音频扬声器、麦克风和控制电路。该控制电路耦合至音频扬声器和麦克风。
12.该控制电路被配置为基于到该音频扬声器的输入和该麦克风的输出产生回声路径信号的估计。该控制电路进一步被配置为根据该回声路径信号的估计中的多个频率中的所选频率来动态地生成声学滤波器。该多个频率中的所选频率中的每一个都会在该音频扬声器处造成音频啸叫。该控制电路进一步被配置为将在该麦克风处接收到的模拟麦克风信号转换为数字麦克风信号。该控制电路被配置为将该数字麦克风信号施加到该声学滤波器以产生经衰减的数字信号，该经衰减的数字信号包括仅在该多个频率中的所选频率下的该回声路径信号的衰减。该控制电路还进一步被配置为将该经衰减的数字信号转换为经衰减的模拟信号。该音频扬声器将该经衰减的模拟信号呈现给用户。
13.在各方面，该音频扬声器、控制电路以及麦克风被布置在交通工具中。在示例中，该交通工具是汽车、卡车、飞行器或船舶。其他位置和交通工具类型也是可能的。
14.在其他示例中，该回声路径信号的估计是通过将该声学滤波器的输出与该麦克风的输出相减产生的，该减法产生差值。在一些方面，该滤波器被配置为使该差值的平方最小化。
15.在其他方面，还向该数字麦克风信号施加噪声衰减。在示例中，该数字麦克风信号在频域中，而该模拟麦克风信号在时域中。在其他示例中，该麦克风是免提麦克风。
16.在这些实施例中的其他实施例中，提供了一种用于对扬声器处的啸叫进行衰减的
方法。提供音频扬声器、麦克风以及控制电路。
17.该控制电路基于到该音频扬声器的输入和该麦克风的输出来产生回声路径信号的估计。该控制电路根据该回声路径信号的估计中的多个频率中的所选频率来动态地生成声学滤波器。该多个频率中的所选频率中的每一个都会在该音频扬声器处造成音频啸叫。该控制电路将在该麦克风处接收到的模拟麦克风信号转换为数字麦克风信号，并将该数字麦克风信号施加到该声学滤波器以产生经衰减的数字信号。该经衰减的数字信号包括仅在该多个频率中的所选频率下的该回声路径信号的衰减。该控制电路将该经衰减的数字信号转换为经衰减的模拟信号。该音频扬声器将该经衰减的模拟信号呈现给用户。
18.现在参照图1，系统100被配置为减少和/或防止音频啸叫。系统100包括音频扬声器102、麦克风104以及控制电路106。控制电路106耦合至音频扬声器102和麦克风104。在各方面，音频扬声器102、控制电路106以及麦克风104被布置在交通工具107中。在示例中，交通工具107是汽车、卡车、飞行器或船舶。其他位置和交通工具类型也是可能的。交通工具107包括前座109和后座111。尽管为了附图的清楚，控制电路106以及一些系统部件之间的连接被示出为在交通工具107外部，但是控制电路106可以被部署在交通工具中，例如作为交通工具控制单元或系统的一部分。
19.可以使用各种有线和/或无线连接来连接部件。另外，系统中（例如，控制电路处）可以包括存储器以存储用于实施本文的功能的编程指令，或者暂时或永久存储本文所述的信息（例如，屏蔽器）。
20.音频扬声器102是用于产生人类收听者可听的声音的任何类型的扬声器。例如，扬声器102可以是通常能在汽车中找到的任何类型的扬声器，其用于将乘员的对话、音乐或其他可听声音呈现给交通工具107中的收听者。
21.麦克风104是接收声能并将声能转换为电信号的任何类型的设备。在一个示例中，麦克风104从接收到的声能生成或产生时域中的模拟电信号。各种类型的麦克风都是可能的。在一个示例中，麦克风104是免提麦克风。麦克风的其他示例是可能的。
22.将理解的是，如本文所使用的，术语“控制电路”广义上指的是通常被设计成用于控制其他部件和设备的操作的，具有处理器、存储器和可编程输入/输出外围设备的任何微控制器、计算机或基于处理器的设备。进一步，还应理解，术语“控制电路”包括常见附带的附件设备，包括存储器、用于与其他部件和设备通信的收发器等。这些架构选项是本领域公知并且理解的，在这里无需进一步描述。控制电路106可以被配置（例如，如本领域技术人员将充分理解的，通过使用存储在存储器中的对应编程进行配置）为执行本文所述的一个或多个步骤、动作和/或功能。
23.在本说明的其余部分，假设存在一个音频扬声器102和一个麦克风104。然而，如图1所示，也可以使用两个扬声器和两个麦克风。实际上，将理解的是，在本文所述的方法中可以利用任何数量的扬声器和麦克风。
24.控制电路106被配置为基于到音频扬声器的输入和麦克风的输出来产生回声路径信号的估计。控制电路106进一步被配置为根据回声路径信号的估计中的多个频率中的所选频率来动态地生成声学滤波器。该多个频率中的所选频率中的每一个都会在音频扬声器102处造成音频啸叫。在示例中，“啸叫”指的是至少部分地由系统内的反馈导致的可听尖叫。控制电路106进一步被配置为将在麦克风104处接收到的模拟麦克风信号转换为数字麦
克风信号。控制电路106被配置为将该数字麦克风信号施加到该声学滤波器以产生经衰减的数字信号，该经衰减的数字信号包括仅在该多个频率中的所选频率下的该回声路径信号的衰减。控制电路106还进一步被配置为将该经衰减的数字信号转换为经衰减的模拟信号。音频扬声器102将该经衰减的模拟信号呈现给用户。
25.在其他示例中，该回声路径信号的估计是通过将声学滤波器的输出与麦克风104的输出相减产生的，该减法产生差值。在一些方面，该滤波器被配置为使该差值的平方最小化。
26.在其他方面，还向该数字麦克风信号施加噪声衰减。在示例中，该数字麦克风信号在频域中，而该模拟麦克风信号在时域中。滤波器可以被实施为硬件和/或软件的任何组合。在示例中，使用由计算机软件实施的数学方程式来实施滤波器。还将理解，滤波器随时间动态地变化，并且这表示系统中的物理变化。
27.现在参照图2，描述了本方法的其他方面。扬声器202产生回声f(w,t)。将理解的是，“w”和“f”在本文中可互换使用并且表示频率。麦克风204接收近端语音和回声。
28.在加法器206处，将来自麦克风的传入信号与回声路径滤波器估计的输出相减。该信道估计是通过将滤波器的输出与麦克风的输出相减并找到使该差值的平方最小化的值来生成的。通过使该差值的平方最小化，生成信道频率响应的“均方误差”估计。该“均方误差”信道估计可以通过本领域技术人员已知的各种方法生成。
29.在步骤208处，生成屏蔽器或滤波器。通过下式来定义屏蔽器：对于令的所有频率，，而对于令的所有频率f，。
30.在步骤210处，屏蔽器仅在令大于1的频率下使信道频谱衰减。对于所有其他频率，信道频谱不变。通过下式来生成屏蔽器：对于令的所有频率，，而对于令的所有频率f，。
31.现在参照图3、图4和图5，描述了这些方法的应用示例。
32.图3示出了建模后的信道频率响应f(w,t) 或f(f,t) 的一个示例。图3中示出的绘图表示了在特定频率处具有特定幅值（或权重）的回声信号。信号幅值在y轴上并且频率在x轴上。
33.超过单位幅值的所有权重分量将造成反馈振铃或啸叫。如本文所述，生成屏蔽滤波器，该屏蔽滤波器对这些频率进行反转并使其他频率保持不变。将该滤波器应用于扩音器输出。所产生的复合频谱中啸叫频率衰减到单位幅值，而其他频率不变。
34.如该图所示，选择阈值1来进行衰减。换句话说，将对幅值高于1的任何分量进行衰减。
35.图4示出了屏蔽器或滤波器400的示例。信号幅值在y轴上示出并且频率在x轴上示出。如该图所示，屏蔽器400在建模后的频率响应（在幅值上）高于一的区域中具有负量。如上所述，屏蔽器400可以被实施为硬件或软件的任何组合。例如，可以在计算机软件中实施并由控制电路执行一个或多个数学方程式。这些方程式表示图4中示出的屏蔽器400。
36.图5示出了将屏蔽器应用于信道频率响应的结果（复合频谱示出了多个频率）。可以看到，对于具有幅值高于1的权重的频率，通过应用屏蔽器400将频率响应减少至1。在这些频率处，屏蔽器对信号幅值进行衰减。还可以看到，在一些其他频率处，屏蔽器400为1并且没有发生减法。
37.现在参照图6，描述这些方法的应用示例。在步骤602处，接收输入音频信号x(t)。在步骤602处，发生输入音频信号x(t)的重叠和到频域转换。在该步骤处，x(t)被分解成多段、在时间上平滑、与邻近段重叠、并被转换到频域。这产生信号x(w,t)。在步骤604处，抑制该信号的噪声。这产生x(w,t)
ꢀ×ꢀ
n (w,t)。噪声抑制指的是在保持语音清晰度的同时在频域中衰减噪声。
38.在步骤606处，发生如本文所述的啸叫抑制。这产生信号x(w,t)
ꢀ×ꢀ
n(w,t)
ꢀ×ꢀ
m(w,t)。在步骤608处，将该信号转换到时域。该信号可以通过扩音器呈现给收听者。
39.现在参照图7，描述了建模后的信道频率响应f(w,t) 的另一示例。这表示在特定频率处具有特定幅值（权重）的回声信号。信号幅值在y轴上并且频率在x轴上。
40.超过单位幅值的所有权重分量将造成反馈振铃或啸叫。如该图所示，选择阈值1来进行衰减。换句话说，将对幅值高于1的任何分量进行衰减。
41.现在参照图8，描述了屏蔽滤波器800的另一示例。该特定屏蔽滤波器800可应用于图7的建模后的信道频率响应f(w,t)。生成屏蔽滤波器800，该屏蔽滤波器对这些频率进行反转并使其他频率保持不变。屏蔽滤波器800可以被实施为硬件和软件的任何组合。将该滤波器应用于扩音器输出。所产生的复合频谱中啸叫频率衰减到单位幅值，而其他频率不变。该复合频谱例如在扬声器处被呈现给收听者。因此，可以看到本方法仅使与啸叫相关的频率衰减，而使频谱中的所有其他频率保持不变。
42.应当理解，本文所述的任何设备（例如，控制电路、控制器、交通工具控制单元、噪声抑制模块、任何接收器、任何发射器、任何传感器、任何呈现或显示设备、或任何其他电子设备）可以使用计算设备来实施这些设备的各种功能和操作。就硬件架构而言，这种计算设备可以包括但不限于控制电路、处理器、存储器、以及经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出（i/o）设备接口。本地接口可以例如包括但不限于一个或多个总线和/或其他有线或无线连接。处理器可以是用于执行软件、尤其是存储在存储器中的软件的硬件设备。处理器可以是定制的或可商购的处理器、中央处理单元（cpu）、与计算设备相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器（呈微芯片或芯片组的形式）、或用于执行软件指令的一般的任何设备。
43.本文所述的存储器设备可以包括易失性存储器元件（例如，随机存取存储器（ram），比如动态ram（dram）、静态ram（sram）、同步动态ram（sdram）、视频ram（vram）等））和/或非易失性存储器元件（例如，只读存储器（rom）、硬盘驱动器、磁带、cd
‑
rom等）中的任何一个或组合。此外，存储器可以结合电子的、磁的、光学的和/或其他类型的存储介质。存储器还可以具有分布式架构，其中各个部件远离彼此的位置但是可以由处理器访问。
44.本文所述的任何存储器设备中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个单独的程序包括用于实施本文所述的功能的可执行指令的有序列表。当被构造为源程序时，该程序经由编译器、汇编器、解译器等被转译，这些部件可以或可以不被包括在存储器内。
45.将理解的是，本文所述的方法中的任何一种都可以至少部分地被实施为存储在计
算机介质（例如，如上所述的计算机存储器）上的计算机指令，并且这些指令可以在处理设备（比如，微处理器）上执行。然而，这些方法也可以被实施为电子硬件和/或软件的任何组合。
46.本发明的优选实施例在本文中进行了描述，其包括发明人已知的用于执行本发明的最优模式。应当理解，所展示的实施例仅为示例性的，并且不应被视为限制本发明的范围。