[发明专利]用于有源噪声消除自适应滤波器的预成形串联滤波器

说明书

相关内容

本申请要求2012年3月30日提交的临时申请No.61/618,432的较早提交日期的权益。

技术领域

本发明的实施例涉及存在于便携式音频设备诸如智能电话中的有源噪声消除过程或电路。还描述了其他实施例。

背景技术

移动电话使得其用户能够在不同声学环境中进行对话，其中一些环境相对安静，而另一些环境则相当嘈杂。为了改进处于恶劣声学环境中的近端用户对远端用户的语音的可懂度，可在移动电话中实施称为有源噪声消除(ANC)的音频信号处理技术，其中恶劣声学环境为围绕移动电话的环境声学噪声或不需要的声音(此处也称为背景声音或背景噪声)特别高的环境，诸如在繁忙的街道上或者机场或火车站附近。ANC的一个目标为通过产生被设计来(在声学上)消除背景声音的抗噪声信号来消除或至少减少由近端用户例如通过其耳朵听到的背景声音，其耳朵压贴手机的听筒或佩戴耳机。通常，通过用于产生所需音频的听筒扬声器来驱动抗噪声信号。ANC电路使用称之为“误差麦克风”的麦克风，该麦克风置于在用户耳朵和听筒壳体的内侧之间形成的空腔内侧。除了从听筒扬声器发出的所需声音之外，误差麦克风还拾取泄漏到空腔中的背景声音。此外，参考麦克风通常置于听筒壳体的外部，以便直接检测背景声音。随后使用自适应数字滤波器W估算参考麦克风与误差麦克风之间的未知声音响应，使得自适应滤波器W的输出生成抗噪声信号，该信号旨在消除用户所听到(并且如被误差麦克风拾取)的背景声音。自适应数字滤波器控制器使用来自参考麦克风的信号以及在声学上组合的抗噪声和背景声音(由误差麦克风拾取)的表示作为输入，以便使滤波器W随时间(例如，在电话呼叫或其他音频回放会话期间)自适应，使得尽可能减少抗噪声和背景声音(如由误差麦克风拾取)之间的“误差”。

已经开发出了可用于实施自适应滤波器W和自适应滤波器控制器的音频信号处理集成电路。在此类系统中，自适应滤波器W已被实施为有限脉冲响应(FIR)数字滤波器，其具有128个抽头和约48kHz的有效采样率(用于对参考麦克风的输出进行采样)。

发明内容

本发明人在此已确定可通过适当配置预成形滤波器(也称为偏置或细调滤波器T)来改进ANC过程的结果(依据由正在运行ANC过程的便携式音频设备的用户所感知到的噪声减小的改进质量)，该预成形滤波器被设置为与自适应滤波器W的参考麦克风输入串联并且在该参考麦克风输入前方。该预成形滤波器T在这样的情况下可特别有效，其中自适应滤波器W不具有足够频率精度来产生用于减少在低于约375Hz的音频频带中噪声的所需抗噪声信号。受约束自适应滤波器W在低于400Hz时的精度缺乏结合听筒扬声器响应在低于250Hz时的滚降，带来了ANC过程在低频带中的有效性的问题。因此，需要一种ANC系统，该系统具有足够低的频率分辨率，以便产生在低于400Hz时合理有效的抗噪声信号，同时能够满足其他约束，包括用于自适应滤波器W的有限FIR滤波器尺寸。

根据本发明的实施例，通过添加非自适应数字预成形滤波器T来增强ANC电路，该滤波器的输入耦接至参考麦克风的采样输出，并且其中滤波器T与自适应数字滤波器W串联并且在其前方。滤波器W将通过自适应滤波器控制器基于来自所需音频信号、参考麦克风和误差麦克风的输入进行调节，同时其生成抗噪声信号，该信号被输入至听筒扬声器，以便控制便携式音频设备的用户所听到的背景声音。滤波器T被配置为具有最小相位并且在低音频频带上比在高音频带上多呈现至少2dB的增益。在一个实施例中，额外增益被约束在2dB-15dB之间，并且更具体地讲在2dB-10dB之间。

在一个实施例中，滤波器T在约10Hz-100Hz的低音频频带上比在约300Hz-5kHz的高音频频带上呈现更多增益。在另一个实施例中，相对于约1kHz至4kHz的高频带，在约10Hz至250Hz的低频带中具有2dB-15dB或2dB-10dB的受约束增益增大。

此外，滤波器T在10Hz-5kHz带上的相位响应表现出小于90°(并且另外在一个实施例中小于45°)的相位变化。可例如使用常规双二阶节数字滤波器结构将滤波器T实施为例如二阶最小相位滤波器。可替代地，在对用于配置双二阶节的滤波器系数有某些限制的情况下，滤波器T可实施为至少两个一阶滤波器的串联或级联连接，所述一阶滤波器的系数具有小于1的绝对值并且两者均具有最小相位，其中一者为低频斜坡滤波器并且另一者为高频斜坡滤波器。