[发明专利]确定自适应音频处理算法中的参数的方法及音频处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及音频处理领域，如展现从扬声器到传声器的声或机械反馈的音频处理系统中的声反馈抵消，前述反馈如广播系统或听音装置如助听器中经历的反馈。

一方面，在音频处理系统中提供稳定裕度的实时预测。另一方面，为获得所希望的性质而控制自适应反馈抵消算法的参数。

本发明概念通常可用于确定自适应算法的参数，如与其适应速度有关的参数。本发明尤其涉及确定自适应算法的系统参数的方法，如自适应反馈抵消算法中的步长或自适应波束形成器滤波器算法的一个或多个系数，及涉及音频处理系统。同样，自适应算法的其它参数也可使用本发明概念确定。同样，不同于抵消反馈的算法也可从本发明的原理受益，如自适应定向算法。

本申请还涉及包括处理器和程序代码的数据处理系统，前述程序代码用于使处理器执行方法的至少部分步骤，及涉及保存程序代码的计算机可读介质。

例如，本发明可用在如助听器、头戴式耳机、免提电话系统、远程会议系统、播音系统等应用中。

背景技术

下述现有技术涉及本发明的应用领域之一，即助听器。

由于对传声器拾取的信号进行放大的音频系统的输出扬声器信号部分通过空气或其它媒介经声耦合返回到扬声器，所以出现声反馈。之后，扬声器信号返回到传声器的部分在其重新出现在扬声器处之前由系统再放大，且再次返回到扬声器。随着该循环继续，当系统变得不稳定时，声反馈效应变得听得见，如人为信号甚或更糟的啸声。该问题通常在传声器和扬声器接近地放在一起时出现，例如在助听器中出现。具有反馈问题的一些其它典型情形为电话、广播系统、头戴式耳机、音频会议系统等。

具有反馈环路的系统的稳定性可根据尼奎斯特(Nyquist)准则通过开环传递函数(OLTF)确定。当OLTF的幅度高于1(0dB)及相位是360°(2π)的多倍时，系统变得不稳定。

迄今广泛使用且可能最好的、用于减少该反馈问题的影响的方案包括借助于自适应滤波器识别声反馈耦合([Haykin])。传统上，设计和评价准则如均方误差、平方误差偏差及其变型在设计自适应系统时广泛使用。然而，这些中没有一个直接涉及开发人员在设计助听器中的声反馈抵消系统时真正需要的东西。

对于助听器的稳定性和提供适当的增益，OLTF是极为直接和决定性的判定准则(例如参见[Dillon]4.6章)。在助听器设置时，OLTF由严格定义的正向信号通路和未知的反馈通路组成(例如参见图1d)。例如，当OLTF的反馈部分的幅度为-20dB时，由助听器的正向通路提供的最大增益必须不超出20dB；否则，系统将变得不稳定。另一方面，如果OLTF的幅度接近0dB，则助听器在相位响应为360°的多倍时的频率变得不稳定，及需要采取一些行动以使振荡风险和/或人为信号的增加量最小。

此外，知道OLTF的未知反馈部分的预期量值可非常有助于助听器控制算法选择适当的参数、程序代码等从而例如控制自适应反馈抵消算法。估计使用自适应算法的线性时变系统的时变传递函数的功率谱的一般问题已由[Gunnarsson & Ljung]处理。真实的瞬时传递函数和估计的传递函数之间的频域均方误差(MSE)的近似式在[Gunnarsson & Ljung]中针对三个基本适应算法给出：LMS(最小均方)、RLS(递归最小二乘方)、及基于卡尔曼(Kalman)滤波器的跟踪算法。

发明内容

对示例性音频处理系统的开环传递函数的未知反馈部分(包括波束形成滤波器)有贡献的元件如图1d中所示。

本发明的目标在于提供多传声器音频处理系统中的反馈估计的备选方案。

扬声器信号由u(n)指示，其中n为时间指数。传声器及进入的(目标)信号分别由y_i(n)和x_i(n)指示。下标i＝1，...，P为传声器通道的指数，其中P指传声器通道的总数量。唯一扬声器和每一传声器之间的反馈通路的脉冲响应由h_i(n)指示，而这些反馈通路的借助于自适应算法如LMS、NLMS、RLS等估计的脉冲响应由指示。对应的信号分别示为v_i(n)和

波束形成器滤波器的脉冲响应由g_i指示。波束形成器滤波器假定为时不变(或至少比反馈抵消系统具有更慢的变化)。在相应的求和单元“+”中产生误差信号e_i(n)，其为相应的传声器信号y_i(n)减去反馈估计信号i＝1，...，P。