專利名稱：利用心理聲學(xué)模型和過采樣濾波器組的聲音清晰度增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻再現(xiàn)應(yīng)用，其中期望的音頻信號以無污染的形式獲得并且干擾(例如環(huán)境噪聲)作為聲音信號出現(xiàn)。
背景技術(shù)：
在聲音嘈雜的環(huán)境中，收聽者難以聽到所想要的聲音信號或“興趣信號”。例如，在汽車?yán)锏氖謾C(jī)用戶通過他們的耳機(jī)可能難以聽清所接收的語音信號，因?yàn)槠嚨脑胍羝帘瘟伺d趣信號(即手機(jī)所接收的語音信號)。為了解決這一問題，過去曾經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試。其中一些簡要地描述如下(a)被動(dòng)噪聲衰減耳機(jī)用于耳機(jī)應(yīng)用的特定應(yīng)用場合，由將環(huán)境聲音噪聲與收聽者的耳朵以物理方式隔離的大而笨重的耳罩提供無源噪聲衰減。
(b)放大放大輸入的感興趣的電信號以克服背景噪聲的強(qiáng)度。如果控制不適當(dāng)，可能導(dǎo)致有害的高聲輸出強(qiáng)度。并且，除非很好地控制了放大工作，否則不能提供所希望的好處。
(c)過濾信號被靜態(tài)地過濾，使其更清晰。
(d)簡單自動(dòng)增益控制(AGC)興趣信號通過自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，其中根據(jù)耳罩內(nèi)或耳罩外的噪聲強(qiáng)度測量調(diào)節(jié)增益。這種AGC增益通常通過簡單測量整體噪聲強(qiáng)度來控制。
(e)主動(dòng)噪聲清除(ANC)產(chǎn)生抗噪聲(用開環(huán)或閉環(huán)伺服系統(tǒng)產(chǎn)生的)并有聲地施加給噪聲信號。對于耳機(jī)的應(yīng)用，參見Bose，Amar等人的“Headphoning”(美國專利4,455,675，1984年6月19日)和Moy，Chu的“Active Noise Reduction in Headphone System”，(Headwize技術(shù)論文庫，1999)。
(f)有時(shí)候，這些方法相結(jié)合耳機(jī)應(yīng)用的一個(gè)通常方案是將被動(dòng)噪聲衰減耳機(jī)和ANC系統(tǒng)相結(jié)合(見Bose，Amar等人的“Headphoning”，(美國專利4455675，1984年6月19日))。
雖然在多種應(yīng)用中，這些方法是很有效的，并且能減少噪聲，但這些方法并不總是是合適的。例如，ANC需要精確的噪聲基準(zhǔn)(reference)，該噪聲基準(zhǔn)有時(shí)可能得不到，并且其只在低頻下工作。被動(dòng)噪聲衰減只有在具有足夠的隔音空間時(shí)才能有效地工作。過濾使信號頻率成分失真。AGC系統(tǒng)沒有考慮人的聽力系統(tǒng)并產(chǎn)生次優(yōu)化結(jié)果。同時(shí)，即使能夠應(yīng)用這些方案的，也存在著由于這些方案的能量消耗過大而受到限制的場合，所以需要小型化，低能量的技術(shù)。
因此，需要解決上面提到的這些問題，并且還需要有一種革新方法以提高和/或取代現(xiàn)有的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高信號質(zhì)量和信號清晰度的新穎方法和系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種克服干擾信號的提高信號清晰度的系統(tǒng)，其包括一個(gè)分析濾波器組，用于將時(shí)域中的信息信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換域中的多通道信息信號；一個(gè)信號處理器，用于處理分析濾波器組的輸出，該信號處理器包括一個(gè)利用心理聲學(xué)模型計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍的心理聲學(xué)處理器，以提供克服干擾信號的可聽的信息信號；和一個(gè)合成濾波器組，用于混合信號處理器的輸出，以產(chǎn)生輸出信號。
本發(fā)明的信號清晰度增強(qiáng)(SIE)的設(shè)計(jì)使得減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置的不利因素和缺點(diǎn)。它可以用于噪聲信號相對于興趣信號很強(qiáng)的環(huán)境中。這種環(huán)境導(dǎo)致能得到的動(dòng)態(tài)范圍非常有限。雖然可以利用以往系統(tǒng)的簡單動(dòng)態(tài)范圍壓縮方法將興趣信號映射到這個(gè)很小的動(dòng)態(tài)范圍中，但是所得到信號的保真度和質(zhì)量可能受到影響。在這種情況下，施加使興趣信號克服不良噪聲而可被聽見所需要的最小增益(因而更清晰)，造成了信號質(zhì)量的提高。因此本發(fā)明涉及確定和應(yīng)用這個(gè)最小增益。
根據(jù)本發(fā)明，SIE處理包括一個(gè)心理聲學(xué)模型，它在工作進(jìn)行中，計(jì)算要使興趣信號克服不良噪聲而可被聽見所必須施加的最小放大值。這樣得到較好的保真度和信號質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，信號清晰度增強(qiáng)(SIE)算法通過測量(1)外部干擾(不良信號、噪聲)強(qiáng)度或(2)頭戴式耳機(jī)耳罩中的或耳道中的干擾(不良信號、噪聲)強(qiáng)度，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)興趣信號(電的)的增益和平衡，以使興趣信號的清晰度和可聽性提高。這些強(qiáng)度測量是單獨(dú)利用頻段級別或綜合利用本領(lǐng)域的已知技術(shù)來進(jìn)行，這些技術(shù)描述在Schneider，Told A.的“自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制器”(MASc論文集，加拿大安大略省，滑鐵盧大學(xué)，1991)；Schneider和Brennan的“用于數(shù)字助聽器的壓縮策略”(Proc.ICASSP 1997，德國，慕尼黑)；和Schmidt，John的“音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍壓縮裝置”(美國專利5832444號)中已經(jīng)說明。
總的來說，通過利用本發(fā)明，使用者接收的信號的SNR(信噪比)得到了提高，并且其不斷地適應(yīng)使用者的環(huán)境，提供的興趣信號強(qiáng)度是令人舒適的。這樣就提高了信號清晰度，提高了感知信號質(zhì)量，并減少使用者的疲勞。
為了提供最好的保真度，超微型的尺寸和最低的功率消耗，優(yōu)選地，SIE算法利用過采樣濾波器組實(shí)現(xiàn)，以將興趣信號和不良信號分成若干個(gè)交疊的、相鄰的或不交疊的波段。在Schneider和Brennan的美國專利6,236,731“用于過濾信息信號并將信息信號分成不同波段的濾波器組結(jié)構(gòu)和方法，特別是用于助聽器的音頻信號上述結(jié)構(gòu)和方法”中說明了一種合適的過采樣濾波器組。有利地實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)組合了一個(gè)加權(quán)疊加(WOLA)濾波器組、一個(gè)可編程軟件DSP芯、一個(gè)輸入-輸出處理器和非易失存儲(chǔ)器。在Schneider和Brennan的美國專利6,240,192“包括應(yīng)用特定的集成電路和可編程數(shù)字信號處理器的數(shù)字助聽器中的過濾裝置和方法”已說明了這種結(jié)構(gòu)。
在任何需要提高含有大量噪聲的所接收音頻信號的清晰度，同時(shí)要保持高保真度和良好的信號質(zhì)量的場合，都可以使用本發(fā)明。本發(fā)明的典型應(yīng)用包括用于呼叫中心的耳機(jī)、在噪聲環(huán)境(例如飛機(jī)、音樂會(huì)、工廠等)中使用的移動(dòng)電話和其他微型/便攜式音頻裝置。
參考下面的說明書、權(quán)利要求和附圖可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出了用于接收算法的典型情況；圖2是將興趣信號的動(dòng)態(tài)范圍映射成可獲得的動(dòng)態(tài)范圍的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的信號清晰度增強(qiáng)的基本操作。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的SIE處理的高電平框圖，包括期望信號活性檢測器(DSAD)(或聲音活性檢測器(VAD))；圖5示出利用自適應(yīng)噪聲評估的SIE的框圖；圖6示出利用不同譜線的噪聲評估的SIE的框圖；圖7示出直線壓縮的輸入/增益函數(shù)；圖8示出一個(gè)具有相結(jié)合的SIE和ANC的本發(fā)明的實(shí)施例；圖9是一個(gè)說明結(jié)合左右噪聲層(noise floor)的曲線圖；圖10示出具有傳輸算法能力的二進(jìn)制組合系統(tǒng)；圖11示出具有共享傳輸(Tx)傳聲器的開環(huán)SIE的框圖；圖12示出具有共享傳輸(Tx)傳聲器和方向處理的開環(huán)SIE的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面將具體參考收聽者使用的耳機(jī)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明主要用于耳機(jī)，但并不是只能用于耳機(jī)。
應(yīng)用于音頻收聽的信號處理算法通常稱之為“接收算法”(Rx)，因?yàn)槭章犝呦胍牭浇邮盏囊纛l信號。本發(fā)明的信號清晰度增強(qiáng)(SIE)處理的一種典型應(yīng)用是用于噪聲環(huán)境的耳機(jī)。圖1示意地示出了該元件和興趣信號。收聽者101收聽通常來自電信號107的期望聲音和環(huán)境(周圍)噪聲110的合成，環(huán)境噪聲是使興趣信號的清晰度降低的不良信號。由耳機(jī)115提供的被動(dòng)衰減減少了可聽到的環(huán)境噪聲強(qiáng)度。
如果在耳道中興趣信號的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于噪聲信號的強(qiáng)度，那末興趣信號被淹沒而聽不到。收聽者還具有覺得舒適的最大信號強(qiáng)度(響度不舒適強(qiáng)度-LDL)。LDL可以是簡單的基于頻率的對不舒適強(qiáng)度的測量(如本技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的用于聽覺的聽力評估和調(diào)校)，或是對說明臨界帶寬之內(nèi)的信號強(qiáng)度、頻率成分、信號持續(xù)時(shí)間或其他相關(guān)心理聲學(xué)參數(shù)的心理聲學(xué)響度的復(fù)雜測量。噪聲信號和LDL均為頻率的函數(shù)，兩者強(qiáng)度的差別在于有效動(dòng)態(tài)范圍，有效動(dòng)態(tài)范圍也是頻率的函數(shù)。由于不良信號(即噪聲)的強(qiáng)度，收聽者感受到減小的動(dòng)態(tài)范圍。以與頻率相關(guān)的方式再映射興趣信號，增加興趣信號的強(qiáng)度使之高于周圍的噪聲，興趣信號就可以被聽到。然而，放大作用必須使信號強(qiáng)度不能超出使收聽者感到舒適的最大信號強(qiáng)度(LDL)。解決的方法是在出現(xiàn)環(huán)境噪聲的情況下，將原始興趣信號的動(dòng)態(tài)范圍映射成可用的信號動(dòng)態(tài)范圍。這種信號處理被稱為動(dòng)態(tài)范圍壓縮。在圖2中示出了單一頻段的這種映射，在圖2中，期望(原始)動(dòng)態(tài)范圍210及其噪聲層215，與具有被環(huán)境噪聲增大了的噪聲層225的不純動(dòng)態(tài)范圍220相比較。因此，動(dòng)態(tài)范圍壓縮的目的是有意地使興趣信號的動(dòng)態(tài)范圍失真，但同時(shí)使感覺到的失真最小。
下面參考圖3來說明作為頻率函數(shù)的一種動(dòng)態(tài)范圍壓縮操作的形式。圖3以頻率300比任意強(qiáng)度305的比例的曲線形式，示出了期望興趣信號310和不良(環(huán)境)噪聲315的頻譜。注意，在一定頻率320之上，興趣信號310的強(qiáng)度下降，趨近并低于不良噪聲315。在系統(tǒng)中，興趣信號310有選擇地，即取決于頻率和輸入強(qiáng)度，作為輸入強(qiáng)度地函數(shù)被放大為330，以便高于噪聲層而能夠被聽到。多個(gè)交疊或不交疊的頻段有利地實(shí)現(xiàn)了這一操作，這些頻段可以被單獨(dú)處理或組成為通道一起處理。為完整起見，圖3還示出了前述的響度不舒適強(qiáng)度(LDL)340。
在下面對優(yōu)選實(shí)施例的描述中，在一個(gè)或多個(gè)分析濾波器組和合成濾波器組之間的路徑應(yīng)當(dāng)認(rèn)為具有N維(dimension)(平行路徑)，這是因?yàn)橥ㄟ^分析濾波器組得到N個(gè)子頻段，每個(gè)都需要單獨(dú)的路徑。由于要單獨(dú)考慮和操作每個(gè)子頻段，這種考慮也適用于設(shè)置在該濾波器組之間的任何功能框。雖然通常N＞＝16，本發(fā)明特別適用于N＞1的情況。在某些實(shí)施例中，這些N個(gè)子頻段組成為K個(gè)通道中，其中每個(gè)通道包括一個(gè)或多個(gè)相鄰的子頻段，然后處理每個(gè)通道，使得在這個(gè)通道內(nèi)的所有子頻段得到相同的增益。
參考圖4，圖4示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的框圖，第一聲音輸入裝置(信號傳聲器)401接收興趣信號(通常是語音)，并且將它傳遞到第一WOLA分析濾波器組405。第二聲音輸入裝置(噪聲傳聲器)402接收可能參有興趣信號的環(huán)境噪聲并將它傳遞到第二WOLA分析濾波器組406。第二聲音輸入裝置402通常位于耳道內(nèi)(所謂的閉環(huán)裝置(implementation))或耳道外面(所謂開環(huán)裝置)。每個(gè)濾波器組將輸入信號分成N個(gè)子頻段。
這些裝置之間的任何差別在下面的描述中被指出。在閉環(huán)裝置中，由于信號路徑(例如，將聲音傳輸?shù)侥Ｖ圃诙鷻C(jī)中的揚(yáng)聲器中的聲管)聲音的原因，已經(jīng)包括了平衡。相反，在開環(huán)裝置中，由于頭戴式耳機(jī)耳罩的衰減和頻率響應(yīng)以及聲音信號路徑的原因，包含從傳聲器到耳道內(nèi)的傳遞函數(shù)模型。也可以包括輸出級的模型，使得在任何自適應(yīng)平衡之前，可能出現(xiàn)在耳道中的興趣信號的強(qiáng)度能夠被逼近。
在開環(huán)裝置中，可以使用單獨(dú)或共享的環(huán)境噪聲傳聲器。在利用共享傳聲器的情況下，可以使用同一個(gè)揚(yáng)聲器傳輸信號(例如，應(yīng)用耳機(jī)中傳輸語音)。這就減少了成本并簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這種情況下，需要有一個(gè)信號或噪聲活性(activity)檢測器，以確保噪聲頻譜估計(jì)不包含任何傳輸信號。
在運(yùn)行中，包含在心理聲學(xué)處理方框430中的心理聲學(xué)模型以頻率子頻段的方式或以組合的頻率子頻段(通道)方式接收興趣信號強(qiáng)度，該頻率子頻段覆蓋由第一(興趣信號)WOLA分析濾波器組405產(chǎn)生的期望信號頻譜。然后，使用這些相同頻段或組合頻段(通道)中的環(huán)境噪聲強(qiáng)度，但被應(yīng)用于由第二(環(huán)境噪聲)WOLA分析濾波器組產(chǎn)生的環(huán)境噪聲頻譜的心理聲學(xué)處理方框430計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍參數(shù)。這些計(jì)算出的參數(shù)被送到多段壓縮器420，多段壓縮器又將他們施加到由第一(興趣信號)WOLA分析濾波器組405得到的子頻段。然后多段壓縮器420利用由心理聲學(xué)處理方框430提供的動(dòng)態(tài)范圍參數(shù)去平衡作為頻率函數(shù)的信號，從而改進(jìn)可聽見性或清晰度。利用與已知的動(dòng)態(tài)范圍壓縮技術(shù)相結(jié)合的心理聲學(xué)模型，確保了輸出音頻克服環(huán)境噪聲而被清晰地聽見，同時(shí)使感覺到的失真最小，并保持期望信號的質(zhì)量。期望信號活性檢測器(DSAD)方框410接收來自WOLA分析濾波器405、406的輸出，并利用頻譜評估方框435將更新控制到噪聲頻譜的評估。以下說明的該頻譜評估方框435為心理聲學(xué)處理方框430提供進(jìn)一步信息。多段壓縮器420的輸出被提供給合成濾波器組450。合成濾波器組450將多段壓縮器420的輸出轉(zhuǎn)換，以輸出一個(gè)時(shí)域音頻信號。
噪聲評估對在心理聲學(xué)處理方框430中進(jìn)行的SIE信號處理的一個(gè)重要輸入是由第二輸入裝置402提供的環(huán)境噪聲頻譜。本發(fā)明的SIE處理頻譜評估方框435包括一種自適應(yīng)評估技術(shù)或頻譜區(qū)別技術(shù)。結(jié)合期望信號功率檢測器(DSAD)410，這些技術(shù)對要確定的環(huán)境噪聲頻譜提供精確的不參雜的評估。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)境噪聲是用共享的輸入傳聲器獲得的(見下文)。
在開環(huán)的情況下，噪聲評估是由共享或單獨(dú)傳聲器完成的。共享或單獨(dú)傳聲器上的DSAD或VAD以從共享或單獨(dú)傳聲器經(jīng)頻譜分析得到的噪聲頻譜評估來控制更新。如果在共享或單獨(dú)傳聲器上檢測到語音(或某些其他興趣信號)，那末噪聲的頻譜評估不進(jìn)行更新(注意，在開環(huán)情況下不使用頻譜區(qū)分和自適應(yīng)評估)。
在閉環(huán)情況下，位于耳罩內(nèi)的傳聲器接收的是信號加噪聲的混合形式。在這種情況下，我們需要將信號去除(這是已知的，因?yàn)槲覀冇须娦问降男盘?。這是利用頻譜區(qū)分和自適應(yīng)評估技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
期望信號活性檢測器(DSAD)DSAD 410利用本領(lǐng)域共知的技術(shù)，在不存在興趣信號時(shí)(即，在期望信號暫?；蛑袛鄷r(shí))對信號頻譜采樣。這樣確保算法不把期望信號(或在具有共享傳聲器的耳機(jī)應(yīng)用情況下，所傳輸?shù)恼Z音)當(dāng)作環(huán)境噪聲的一部分。
在使用閉環(huán)裝置的實(shí)施例中，當(dāng)DSAD 410指示沒有期望興趣信號出現(xiàn)，噪聲頻譜圖像被更新，從而使得結(jié)果頻譜被興趣信號參雜得最少。在利用開環(huán)裝置的另一個(gè)實(shí)施例中，DSAD 410可以有選擇地監(jiān)控環(huán)境噪聲信號，以確保傳輸語音或其他興趣信號不會(huì)參雜作為對心理聲學(xué)模型的輸入所提供的噪聲頻譜。
在閉環(huán)裝置中，如果噪聲頻譜在某些預(yù)定的時(shí)間內(nèi)沒有被更新，那末，輸出音頻可以在短時(shí)間內(nèi)有選擇地凈噪，使得在沒有期望信號出現(xiàn)時(shí)，噪聲頻譜能夠被更新。結(jié)合定時(shí)更新(需要時(shí))使用DSAD，確保噪聲頻譜總是最新的，并且絕不參雜有期望信號頻譜。
自適應(yīng)噪聲評估在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用采用了本領(lǐng)域已知技術(shù)的自適應(yīng)噪聲評估來評估環(huán)境噪聲，但是，在過采樣的WOLA子頻段濾波器組的情況下，也可以使用一種技術(shù)，這種技術(shù)在由本申請人同一天申請的一起尚待批準(zhǔn)的序列號為2,354,808的加拿大專利申請中已作了說明，其名稱為“在過采樣濾波器組中的子頻段自適應(yīng)處理”，其美國申請?zhí)枮閤xxxxxx，在此結(jié)合該專利公開的內(nèi)容作為參考。
圖5示出了具有自適應(yīng)評估的SIE的框圖。雖然描述了時(shí)域技術(shù)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，變換(例如，頻率)域技術(shù)也是可能的并且是有利的。電子形式的期望信號501被傳遞到第一分析濾波器組503，該濾波器組產(chǎn)生多個(gè)如前面的實(shí)施例中的子頻段。然后每個(gè)子頻段被乘法器505用從心理聲學(xué)模型507得到的函數(shù)G相乘。施加增益的結(jié)果轉(zhuǎn)而傳遞到合成濾波器組509，該濾波器組轉(zhuǎn)換來自子頻段修改的信號并將該輸出傳遞到驅(qū)動(dòng)接收器513的功率放大器511。物理位置接近于接收器513的傳聲器520將其輸出送出到一個(gè)自適應(yīng)相關(guān)器525，其中該輸出是參有包括環(huán)境噪聲的各種噪聲成分的期望信號。作為噪聲信號的評估，對自適應(yīng)相關(guān)器525的輸出被第二合成濾波器組530分解成子頻段。來自第二合成濾波器組530的子頻段也被傳遞到心理聲學(xué)模型框507。如上所述，自適應(yīng)評估也可以在轉(zhuǎn)換域中進(jìn)行。
自適應(yīng)噪聲評估不需要中斷興趣信號來評估噪聲。噪聲是利用從傳聲器520得到的參雜信號和期望電輸入信號501(興趣信號)之間的相關(guān)性連續(xù)地評估的。自適應(yīng)相關(guān)器525的輸出主要包含期望信號501和期望信號加噪聲520之間不相關(guān)的信號成分。
利用頻譜區(qū)分的噪聲評估頻譜區(qū)分是取興趣信號的變換域形式與環(huán)境噪聲的變換域形式的過濾或未過濾形式之間的差。這個(gè)減法可以在頻段或頻段組進(jìn)行。這種評估方法在閉環(huán)裝置(見下文)中特別有利，由于環(huán)境噪聲和SIE處理的興趣信號的聲學(xué)累加，在閉環(huán)裝置中環(huán)境噪聲信號也包含有興趣信號。
采用對興趣信號的過濾能夠得到更精確的評估。當(dāng)濾波器具有與輸出級(SIE平衡、放大器、揚(yáng)聲器和聲音)以及傳聲器的頻率響應(yīng)相等或近似相等的頻率響應(yīng)時(shí)，那么變換域中的減法對未參雜的(用興趣信號)環(huán)境噪聲提供了極佳的近似。這種過濾可以有選擇地包括對于零輸出(null-out)變換器和其他差值的校準(zhǔn)，并且可以用離線或在線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
和自適應(yīng)評估一樣，頻譜區(qū)分不需要中斷期望信號來評估噪聲——噪聲是利用兩個(gè)信號之間的頻譜差別連續(xù)地評估。圖6示出了這樣一種系統(tǒng)，其中引入了新的函數(shù)F’605，該函數(shù)逼近分析濾波器組601和接收器614之間的信號路徑的整體傳遞函數(shù)F 610。信號路徑包括一個(gè)乘法器611、一個(gè)合成濾波器612、一個(gè)功率放大器613和接收器614本身。采樣傳聲器620將代表期望信號加任何引進(jìn)噪聲的信號送入第二濾波器組625，第二濾波器組的輸出與作用在期望信號適當(dāng)子頻段的函數(shù)F’605的結(jié)果相結(jié)合，以產(chǎn)生噪聲評估630，噪聲評估630被輸送到心理聲學(xué)模型635。然后來自心理聲學(xué)模型635的增益輸出與每個(gè)子頻段在乘法器611中相乘。
圖6a示出N個(gè)子頻段被組合進(jìn)K個(gè)通道中的另一個(gè)實(shí)施例，并且引進(jìn)另一個(gè)與耳機(jī)性能特性評估相關(guān)的函數(shù)。對于重復(fù)圖6中函數(shù)的那些組件，不再加以說明。分析濾波器601、625的N個(gè)輸出子頻段被傳遞到頻段成組框603、627，頻段成組框?qū)⑷舾蓚€(gè)頻段組合為單一的通道，這樣僅僅進(jìn)一步處理k個(gè)通道(其中K＜N)。頻段成組框603、627的輸出分別傳遞到強(qiáng)度測量方框605、628，在此每個(gè)通道的強(qiáng)度被測量，其結(jié)果又傳遞到適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度寄存器606、629。心理聲學(xué)模型635利用儲(chǔ)存在寄存器606、629的通道的興趣信號和“信號+噪聲”強(qiáng)度，來計(jì)算施加到每個(gè)頻段的增益。此外，這些增益以反饋的形式被用來調(diào)節(jié)函數(shù)H(z)615，該函數(shù)利用模型640逼近耳機(jī)的傳遞函數(shù)。函數(shù)H(z)的輸出用減法器630調(diào)節(jié)作為提交給心理聲學(xué)模型635的噪聲強(qiáng)度。
心理聲學(xué)處理可以使用心理聲學(xué)模型635的四個(gè)不同的方式以及其組合來計(jì)算施加給變換信號域的增益。對該增益的計(jì)算要確保期望信號處理后的形式總能克服環(huán)境噪聲而被聽見，并且總是能使收聽者感到舒適。在所有情況下，LDL確定了動(dòng)態(tài)范圍的上限。
1)動(dòng)態(tài)范圍的下限由一個(gè)頻段或頻段組合的環(huán)境噪聲的能量來確定。
2)動(dòng)態(tài)范圍的下限由一個(gè)頻段或頻段組合的環(huán)境噪聲的強(qiáng)度乘以0與1之間的可調(diào)節(jié)系數(shù)(X)建立。該系數(shù)控制低強(qiáng)度興趣信號被裝置放大的量。較低的X可使興趣信號獲得較大動(dòng)態(tài)范圍，并改進(jìn)信號質(zhì)量。X太低則意味著在低強(qiáng)度時(shí)，興趣信號被環(huán)境噪聲所掩沒。
3)動(dòng)態(tài)范圍的下限由復(fù)雜的心理聲學(xué)模型確定，該模型考慮興趣信號和環(huán)境噪聲的強(qiáng)度、頻譜成分和頻譜性質(zhì)，以計(jì)算在噪聲內(nèi)的最小的可清晰聽到的強(qiáng)度，這在本領(lǐng)域內(nèi)已為人所知。
4)動(dòng)態(tài)范圍的下限由一個(gè)通道內(nèi)的噪聲能量減去興趣信號的SNR所確定。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用臨界頻段、頻率成分、信號持續(xù)時(shí)間或其他相關(guān)的心理聲學(xué)參數(shù)，以信號強(qiáng)度為基礎(chǔ)，并利用感知信號響度的在線評估來計(jì)算LDL。
多頻段壓縮器在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，心理聲學(xué)模型的一個(gè)元件是多頻段動(dòng)態(tài)范圍壓縮器。對于較小的有效動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍壓縮是利用若干種已知的強(qiáng)度映射算法中的一種完成的。使用這些方法時(shí)可以結(jié)合查詢表或其他已知的手段的輔助，以提供壓縮輸入對增益函數(shù)的形狀，在其他情況下增益可以根據(jù)數(shù)學(xué)公式直接計(jì)算?？赡艿膹?qiáng)度映射算法的例子是
1)直線壓縮法——其中輸入/增益函數(shù)是如圖7所示的直線。這里，強(qiáng)度映射算法包括以分貝形式表示的用于壓縮區(qū)的數(shù)學(xué)公式增益＝E噪聲×(1-E信號/LDL)2)曲線壓縮法——輸入/增益函數(shù)不是直線，而是彎曲的，以便較好地符合人的聽力系統(tǒng)中對響度增長的感覺。這種方法的結(jié)果是改進(jìn)了感知保真度，但是它必須依賴于復(fù)雜的公式，或者要從查詢表中提取信息。
3)心理聲學(xué)模型包含在壓縮器中或與壓縮器一體，以使期望信號能夠被聽見。對增益的時(shí)間變化以這樣的方式控制，使感覺的失真最小，并且使興趣信號盡可能被聽見。
對于所有的強(qiáng)度映射算法，心理聲學(xué)模型通過確定要在噪聲內(nèi)聽到什么聲音，來計(jì)算在給定(子頻段或)通道中使失真最小的強(qiáng)度。這樣的信息帶來對期望信號質(zhì)量的客觀評估，能夠計(jì)算出近似優(yōu)化的壓縮參數(shù)。采用其他強(qiáng)度映射模式也是可行的。
通常的情況是，輸入的興趣信號不是完全沒有噪聲的。在這種情況下，并非對整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮，對存在噪聲的信號的低強(qiáng)度擴(kuò)展(增加動(dòng)態(tài)范圍)是有利的。這樣可以感覺到興趣信號中的噪聲減小，并且使其聽不到。如果已經(jīng)知道興趣信號的噪聲層，前面參考圖2描述的動(dòng)態(tài)范圍再映射可以進(jìn)一步減少該噪聲層的可聽見度，因?yàn)樗画h(huán)境噪聲所掩沒。
為了在所有環(huán)境中提供高感知保真度，可以執(zhí)行頻譜傾斜限制(tiltconstraints)。這類限制防止本發(fā)明對聲音過度處理到這樣的程度，即輸出音頻的均衡使得在以頻譜成形的噪聲環(huán)境中，輸出音頻令人不舒服或質(zhì)量下降。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該限制是通過在壓縮器的不同通道之間執(zhí)行最大的增益差而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)本發(fā)明中所用的處理試圖超出最大增益差的閾值時(shí)，在各通道中兼顧考慮以要求更極端的調(diào)節(jié)或適應(yīng)，并且施加或多或少的增益以滿足該限制。也可采用使用更復(fù)雜手段的其他限制，例如語音質(zhì)量的目標(biāo)測量。
每個(gè)個(gè)人的是獨(dú)一無二的，并且因此每個(gè)個(gè)人的能夠確定并設(shè)置他或她自己的LDL、期望收聽強(qiáng)度和響度的加大量。通過個(gè)性化處理，心理聲學(xué)操作的關(guān)鍵特性是針對單個(gè)使用者進(jìn)行調(diào)節(jié)(與助聽器的調(diào)節(jié)方式不同)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這些參數(shù)作為心理聲學(xué)模型的一部分，被非易失存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。
使用者的SIE強(qiáng)度調(diào)節(jié)SIE的使用者也許想要調(diào)節(jié)信號處理算法的靈敏度。因?yàn)榈蛷?qiáng)度的聲音是聽不見的(不是因?yàn)楦邚?qiáng)度的聲音是可聽見的)，調(diào)節(jié)這種控制的使用者通常是調(diào)節(jié)強(qiáng)度，這種控制可以看作是高級音量控制。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，前面(心理聲學(xué)處理中)所述的參數(shù)“X”可以讓使用者能調(diào)節(jié)控制SIE算法的靈敏度。也可以采用其他更先進(jìn)的實(shí)施例，其中強(qiáng)度調(diào)節(jié)為心理聲學(xué)處理框提供一個(gè)參數(shù)輸入。并且這類更先進(jìn)的實(shí)施例依賴于所采用的心理聲學(xué)處理的特定類型。
與主動(dòng)噪聲消除的結(jié)合目前許多耳機(jī)都有主動(dòng)噪聲消除(ANC)。ANC技術(shù)的應(yīng)用是通過產(chǎn)生主動(dòng)消除環(huán)境噪聲的抗噪聲(anti-noise)，改善噪聲環(huán)境中的信號清晰度。然而，由于已知的反饋系統(tǒng)的限制，ANC通常只對低頻有效。通過將SIE發(fā)明與ANC結(jié)合，聲音的質(zhì)量和可感知度被增強(qiáng)，這是兩種方法中任何一種都不能單獨(dú)獲得的。圖8示出了這種結(jié)合。興趣信號801進(jìn)入分析濾波器組805，由此子頻段通過乘法器807，然后傳輸?shù)胶铣蔀V波器809，在此被轉(zhuǎn)換并傳遞到加法器812，加法器的輸出通過反相器814、輸出級(放大器)816、使輸出與噪聲信號817混合的第二加法器818，然后傳輸?shù)浇邮掌?20。興趣信號還輸入給心理聲學(xué)模型框840，心理聲學(xué)模型框控制通過乘法器807的子頻段。心理聲學(xué)模型框840的另一個(gè)輸入來自包含聲音延時(shí)825的一個(gè)反饋回路，聲學(xué)延時(shí)825將用來驅(qū)動(dòng)接收器820的信號輸送到傳聲器830，傳聲器830的輸出首先被放大到832，然后通過低通濾波器834被傳遞到第一加法器812，并傳輸?shù)叫睦砺晫W(xué)模型框840。在某些實(shí)施例中，相關(guān)ANC系統(tǒng)已經(jīng)具有用來采樣噪聲的傳聲器，這個(gè)傳聲器同時(shí)可以用于信號清晰度增強(qiáng)以對耳道中的環(huán)境噪聲進(jìn)行采樣。這兩種技術(shù)的結(jié)合使其每一種更精巧，因此減小了失真，同時(shí)可以提高質(zhì)量和感知性。
在另一個(gè)實(shí)施例中，SIE和ANC處理的結(jié)合是使用過采樣的WOLA濾波器組作為對ANC系統(tǒng)的預(yù)均衡器實(shí)現(xiàn)的。可以利用這二者結(jié)合的模擬或數(shù)字信號處理來實(shí)現(xiàn)ANC系統(tǒng)。在本領(lǐng)域，這種ANC處理是眾所周知的，因此不再說明。WOLA測量耳道中的(閉環(huán)ANC)預(yù)均衡的剩余噪聲或外部環(huán)境噪聲(開環(huán)ANC)，并使用所得的頻譜信息作為給預(yù)均衡器提供動(dòng)態(tài)范圍參數(shù)的心理聲學(xué)模型的輸入。
雙聲道操作當(dāng)使用立體聲系統(tǒng)時(shí)(例如雙耳聲道耳機(jī)或頭戴式麥克風(fēng))，可以包括用于SIE的聯(lián)合通道處理擴(kuò)展。考慮兩種情況1)每只耳朵外(開環(huán))或耳罩內(nèi)(閉環(huán))有一個(gè)傳聲器。在這種情況下，如圖9所示，其中具有噪聲強(qiáng)度軸950，頻率軸960，右聲道910和左聲道900的噪聲層通過某種方式(例如取每個(gè)通道的或每個(gè)通道中的每個(gè)子頻段的左右側(cè)的最大強(qiáng)度或平均強(qiáng)度)結(jié)合，以提供結(jié)合的噪聲層920。
2)在耳罩中的一個(gè)或在裝置的其它地方只有一個(gè)傳聲器。在這種情況下，只具有一個(gè)噪聲測量。
僅有一個(gè)噪聲測量對于SIE算法是很重要的，因?yàn)榱Ⅲw聲壓縮器方式(可能具有獨(dú)立的噪聲測量)可以導(dǎo)致不需要的獨(dú)立通道調(diào)節(jié)，并因此降低感知的音頻質(zhì)量。當(dāng)使用者僅有一個(gè)環(huán)境噪聲測量時(shí)，SIE處理方式的左右兩側(cè)使用同樣的信息來。在立體聲興趣信號情況下，兩個(gè)SIE處理裝置使用同樣的環(huán)境噪聲強(qiáng)度，以控制隨后的每個(gè)音頻流的處理。
在圖10所示的一個(gè)實(shí)施例中，雙聲道耳機(jī)1020、1052與單聲道信號1000一起使用。其典型的應(yīng)用是使用單聲道語音的移動(dòng)電話耳機(jī)。結(jié)合器(combiner)1072、心理聲學(xué)模型框1075和供給乘法器1007的組合實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單一SIE處理裝置被。經(jīng)過放大器1001的放大、數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換1003，輸入(期望的)信號1999被第一分析濾波器1005分成子頻段，每個(gè)子頻段在乘法器1007與來自心理聲學(xué)模型框1075的合適輸出相乘，然后被合成濾波器1013轉(zhuǎn)換為單頻段。這個(gè)“單頻段”電信號經(jīng)其各自的低通濾波器1030、1060，反相器1035、1062，加法器1015、1050和放大器1017和、1051被送到輸出變換器1020、1052，根據(jù)靠近其各自接收器1020、1052的噪聲檢測傳聲器1022、1055的輸入，這些信號進(jìn)一步被單獨(dú)修正。心理聲學(xué)模型框1075也利用來自噪聲檢測揚(yáng)聲器1022、1055的信號，噪聲檢測揚(yáng)聲器1022、1055的輸出經(jīng)過其各自的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器1027、1065傳遞到第二和第三分析濾波器1040、1070，其輸出子頻段在結(jié)合器1072被結(jié)合形成聯(lián)合頻譜圖像，以便由心理聲學(xué)模型方塊1075處理，來產(chǎn)生用于乘法器1007中的各個(gè)子頻段的合適增益控制信號。這種方式的優(yōu)勢在于，只用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器1013將處理過的信號傳遞給兩個(gè)輸出轉(zhuǎn)換器1020、1052。
包括1025、1030、1035、和1015(或1056、1060、1062和1050)的反饋路徑實(shí)現(xiàn)了前述的ANC系統(tǒng)與SIE的結(jié)合。
共享噪聲傳聲器本發(fā)明的另一個(gè)SIE實(shí)施例被用在圖11所示的開環(huán)結(jié)構(gòu)中(通常用在無線電通信頭戴式耳機(jī)中)，其中用來接收傳輸?shù)?Tx)語音的傳聲器1120也用來采樣環(huán)境噪聲——所謂的共享傳聲器技術(shù)。興趣信號1101被第一分析濾波器組1103輸入到N個(gè)子頻段，并且子頻段被頻段成組框1150組成K個(gè)通道。每個(gè)這些“興趣信號”通道的強(qiáng)度由強(qiáng)度測量框1153來測量，并且該強(qiáng)度被存儲(chǔ)在合適的寄存器1155中。每個(gè)子頻段還被乘法器1107修正，并且這些子頻段被合成濾波器組1110重新組合成單頻段并傳輸?shù)揭纛l輸出1115。類似地，來自傳聲器1120的環(huán)境噪聲的采樣被第二合成濾波器1123分成N個(gè)子頻段，并且其結(jié)果的子頻段被另一個(gè)頻段組合框1160組合成K個(gè)通道。每個(gè)這些噪聲通道的強(qiáng)度由強(qiáng)度測量框1163測量并存儲(chǔ)在合適的寄存器1165中。心理聲學(xué)模型框1140利用存儲(chǔ)在興趣信號寄存器和噪聲寄存器中的強(qiáng)度值確定由乘法器1107施加到輸入的興趣信號1101的每個(gè)頻段的增益。聲音活性檢測器1125監(jiān)控噪聲分析濾波器組1123的輸出并檢測傳輸信號(聲音)的間隙。只有出現(xiàn)這種間隙時(shí)，測量到的強(qiáng)度才被認(rèn)為是正確的。因此，信號從聲音活性檢測器1125傳遞到強(qiáng)度寄存器1165指示出何時(shí)沒有聲音活性。這種方式降低了成本和硬件的復(fù)雜性。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用來恢復(fù)傳輸信號的算法也可以與圖1的開環(huán)傳聲器共享SIE系統(tǒng)相結(jié)合。例如，在圖12中，本領(lǐng)域所共知的或尚待批準(zhǔn)的處理算法已經(jīng)被用來減少傳輸信號的噪聲，但是用于該信號的相同傳聲器也可以采用圖11所示的技術(shù)被用于評估環(huán)境噪聲。在圖12中，興趣信號1210的路徑類似于前述實(shí)施例中的路徑，即興趣信號1210被第一方向?yàn)V波器組1213分成子頻段，每個(gè)子頻段被乘法器1215修改，并且這些子頻段被合成濾波器組1217變換成單一頻段，并且被放大器1219放大用于接收器1220。然而，相反的是，噪聲信號是從兩個(gè)揚(yáng)聲器(所謂的前后揚(yáng)聲器)1201、1207得到的，揚(yáng)聲器1201、1207的輸出被相應(yīng)的第二和第三分析濾波器組1203、1209分成子頻段。兩組子頻段被方向處理框1230利用，因在此不相關(guān)，所以不作說明。同一組子頻段信號被傳輸給期望信號活性檢測器(DSAD)框1240，框1240的輸出傳輸給控制乘法器1215的心理聲學(xué)模型框1260。同時(shí)，對應(yīng)距離被傳輸信號最遠(yuǎn)的傳聲器的第三分析濾波器1209的輸出經(jīng)過傳遞函數(shù)框1250，被傳遞給心理聲學(xué)模型框1260。期望能夠確定從Tx傳聲器到輸出變換器的傳遞函數(shù)1250，以對耳道中的噪聲強(qiáng)度提供精確的評估，從而逼近閉環(huán)條件。
在另一個(gè)實(shí)施例中(圖12未示出)，方向處理框提供一個(gè)輸出噪聲評估以獲得包含較少傳輸語音的噪聲評估，該輸出噪聲評估是使音束偏離被傳輸?shù)男盘栐炊a(chǎn)生的。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以從一個(gè)傳聲器中減去方向輸出，以便獲得改進(jìn)的噪聲評估。
注意，諸如DSAD，自適應(yīng)噪聲評估或頻譜區(qū)分噪聲評估的前端處理技術(shù)可以被用在任何開環(huán)結(jié)構(gòu)中。其他的前端處理(如方向處理)能使某些語音和噪聲的分離，從而改進(jìn)性能。
以下說明本發(fā)明的其他特征和方面，以及相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)1)提高了信號清晰度。同時(shí)，保持了信號的保真度和質(zhì)量，并且在噪聲環(huán)境中提高了感知質(zhì)量。
2)對心理聲學(xué)模型和高保真度的，限制動(dòng)態(tài)范圍適應(yīng)方式的使用意味著使用的動(dòng)態(tài)范圍的最大(其中動(dòng)態(tài)范圍是在噪聲之上的能聽見的最小信號強(qiáng)度與最大允許信號強(qiáng)度之間的強(qiáng)度差)。這樣就得到極佳的信號質(zhì)量和保真度。
3)該設(shè)計(jì)可以利用適合直接安裝于頭戴式耳機(jī)中或其他便攜式音頻應(yīng)用中的超低能量、次微型技術(shù)來實(shí)現(xiàn)(見Schneider和Brennan的美國專利6,240,192號，其名稱為“包括應(yīng)用特定的集成電路和可編程數(shù)字信號處理器的數(shù)字助聽器中的過濾裝置和方法”)。利用過采樣濾波器組的實(shí)現(xiàn)(見Schneider和Brennan的美國專利6,236,731號中，其名稱為“用于過濾信息信號并將信息信號分成不同波段的濾波器組結(jié)構(gòu)和方法，特別是用于助聽器的音頻信號上述結(jié)構(gòu)和方法”)為便攜式低能量音頻應(yīng)用提供了理想的高保真和超低能量解決方案。
4)當(dāng)與閉環(huán)、主動(dòng)噪聲消除(ANC)系統(tǒng)結(jié)合時(shí)，可以利用一個(gè)優(yōu)勢，即兩者都需要有在接近輸出變換器的地方測量不良噪聲的裝置。所以同一個(gè)傳聲器(位于輸出變換器的附近)既可以被用來測量產(chǎn)生“抗噪”的信號，也能提供剩余強(qiáng)度的測量，從該測量可以計(jì)算用于信號清晰度增強(qiáng)(SIE)處理的輸入強(qiáng)度評估。這種結(jié)合方法比單獨(dú)使用兩種方法之一效果要好，這是因?yàn)锳NC只限于對低頻有利(由于設(shè)計(jì)的考慮)，信號清晰度增強(qiáng)在高頻下有利。利用同一個(gè)傳聲器減少了成本，并使系統(tǒng)簡化。在很多收聽情況下，低頻噪聲占主要地位。這里，在低頻下用ANC以減少噪聲增加了可用的動(dòng)態(tài)范圍，其結(jié)果是相對于單獨(dú)使用一種方法(ANC或SIE)，保真度被提高。
5)在興趣信號包含噪聲的情況下，興趣信號可以用心理聲學(xué)模型和/或低強(qiáng)度擴(kuò)展來處理，使得噪聲強(qiáng)度有效地低于聲音信號強(qiáng)度(或在應(yīng)用ANC時(shí)，是剩余信號強(qiáng)度)。當(dāng)處理得當(dāng)時(shí)，收聽者感知到很小的噪聲。
6)可以將單個(gè)傳聲器噪聲減少技術(shù)結(jié)合在興趣信號通道中，如在加拿大的PCT申請Bernnan，Robert的PCT/CA98/00331“用于減少噪聲，特別時(shí)助聽器中的噪聲的方法和裝置”中所述。因?yàn)楸惶幚淼呐d趣信號包含很少噪聲，這就為收聽者提供了更容易聽到的信號(相對于環(huán)境噪聲)，并減少長時(shí)間的收聽疲勞。
7)當(dāng)使用期望信號活性檢測器(DSAD)時(shí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)分興趣信號和環(huán)境噪聲(干擾)。這樣確保了噪聲信號評估不會(huì)參雜興趣信號，使聲音交流具有較高清晰度而更加清楚。
8)在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用了自適應(yīng)濾波器使參雜信號(信號+噪聲)與未參雜電信號發(fā)生關(guān)系，以便能夠得到噪聲評估。這對于參雜了興趣信號的噪聲信號提供了更可靠的評估。采用這種技術(shù)提高了信號的保真度。
9)在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用了頻譜區(qū)分技術(shù)評估環(huán)境噪聲的頻譜內(nèi)容。這對于參雜了興趣信號的噪聲信號提供了更可靠的評估。這種處理也提高了信號的保真度。
10)利用壓縮器元件的多頻段處理(頻率范圍被單獨(dú)地處理，而不一致地壓縮整個(gè)頻譜)，可以對剩余動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行更精確地映射，并且提高了整體感知音頻質(zhì)量，這在Schneider和Brennan的“用于數(shù)字助聽器的壓縮策略”(Proc.ICASSP 1997，德國，慕尼黑)中已作了說明。相互獨(dú)立地處理頻段使得產(chǎn)生高保真度壓縮具有更大的自由度。此外，通過限制頻率范圍的相關(guān)對壓縮水平使得出現(xiàn)預(yù)定的最大頻率成形量，在較寬范圍的噪聲環(huán)境中保持了信號質(zhì)量。這確保了頻率局域噪聲源可以被更好地處理。
11)使用多頻段和/或自適應(yīng)噪聲強(qiáng)度測量，能夠使設(shè)備平滑地處理噪聲環(huán)境的任何變化。它還能防止不良失真，否則的話，在環(huán)境噪聲劇烈變化時(shí)就會(huì)發(fā)生這種失真。見Schneider，Told A.的“自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制器”(MASc論文集，加拿大，安大略省，滑鐵盧，滑鐵盧大學(xué)，1991)和Schneider和Brennan的“用于數(shù)字助聽器的壓縮策略”(Proc.ICASSP1997，德國，慕尼黑)。
12)本發(fā)明隱含有一個(gè)安全系統(tǒng)。信號處理不會(huì)使期望聲音放大超過使用者的響度不舒適強(qiáng)度(LDL)。這是設(shè)計(jì)的一個(gè)安全特征，有助于在高噪聲環(huán)境中保護(hù)使用者的聽力。這與本發(fā)明提供的其他調(diào)節(jié)一起，可以對特定使用者實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的處理。
雖然已經(jīng)參考具體實(shí)施例，對本發(fā)明作了描述，但這種描述只是對本發(fā)明的說明，而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種更改，同時(shí)不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種克服干擾信號的提高信號清晰度的系統(tǒng)，其包括一個(gè)分析濾波器組，用于將時(shí)域的信息信號變換成變換域的多通道信息信號；一個(gè)信號處理器，用于處理所述分析濾波器組的輸出，所述信號處理器包括一個(gè)心理聲學(xué)處理器，它利用一個(gè)心理聲學(xué)模型來計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍，以使所述信息信號克服干擾信號而能被聽見，以及一個(gè)合成濾波器組，用于將所述信號處理器的輸出組合，以產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其還包括一個(gè)分析濾波器組，用于將時(shí)域中的所述干擾信號變換成變換域中的多通道干擾信號的。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)壓縮器，用于根據(jù)動(dòng)態(tài)范圍來均衡通道信息信號。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)用來為一個(gè)信號特定強(qiáng)度擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的電路，以使得噪聲不被聽見。
5.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述心理聲學(xué)處理器處理信號以進(jìn)行低強(qiáng)度擴(kuò)展，使得接收輸出信號的使用者感受到很少噪聲。
6.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述心理聲學(xué)處理器根據(jù)響度不舒適強(qiáng)度(LDL)計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍，以便使輸出信號的響度強(qiáng)度令人舒適。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，所述LDL存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中，用于每個(gè)接收所述輸出信號的使用者。
8.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述心理聲學(xué)處理器計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍，以保護(hù)接收所述輸出信號的使用者。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在所述信號處理器中的所述信號處理的靈敏度是可調(diào)的。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，控制所述信號處理的所述靈敏度的參數(shù)存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中，用于每個(gè)接收所述輸出信號的使用者。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)所述輸出信號量的電路。
12.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)用于評估干擾信號的頻譜的噪聲評估電路。
13.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，所述噪聲評估電路對所述干擾信號進(jìn)行自適應(yīng)噪聲評估。
14.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，所述噪聲評估電路利用頻譜區(qū)分技術(shù)進(jìn)行噪聲評估。
15.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)用于評估噪聲頻譜的噪聲評估電路，和一個(gè)用于控制所述噪聲評估的期望數(shù)字信號活性檢測器(DSAD)。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其還包括一個(gè)用于提高所述輸出信號清晰度的前端處理器。
17.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，所述前端處理器包括一個(gè)用來執(zhí)行方向處理算法以提供噪聲評估的電路。
18.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，所述前端處理器包括一個(gè)用于減少噪聲的電路。
19.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其還包括一個(gè)主動(dòng)噪聲消除(ANC)電路，通過將信號處理的結(jié)果反饋給所述信號處理器，以主動(dòng)地消除噪聲。
20.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述干擾信號包括噪聲和所述信息信號。
21.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其還包括一個(gè)自適應(yīng)相關(guān)器，用于根據(jù)所述信息信號和所述干擾信號來輸出噪聲評估，所述干擾信號的分析濾波器組變換所述自適應(yīng)相關(guān)器的輸出。
22.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器還包括一個(gè)噪聲評估和一個(gè)用于控制所述噪聲評估的期望數(shù)字信號活性檢測器(DSAD)。
23.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述干擾信號包括噪聲和所述信息信號，并且所述信號處理器包括一個(gè)噪聲評估電路，用于將所述通道信息信號從所述通道干擾信號中減去，以評估噪聲。
24.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述分析濾波器組和所述合成濾波器組是過采樣濾波器組。
25.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于干擾信號的分析濾波器組是過采樣濾波器組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲音清晰度增強(qiáng)(SIE)系統(tǒng)。該SIE系統(tǒng)利用心理聲學(xué)模型，并且優(yōu)選地，利用一個(gè)過取樣濾波器組，在其中低于環(huán)境噪聲的興趣信號被有選擇地放大作為輸入強(qiáng)度和頻率的函數(shù)，以使該信號克服噪聲而可以被聽見，但是絕不會(huì)超過作為頻率函數(shù)的一個(gè)預(yù)定最大輸出強(qiáng)度。該SIE系統(tǒng)可以與主動(dòng)噪聲消除相結(jié)合。
文檔編號G10L21/0364GK1568502SQ02817745
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者T·施奈德, D·庫德, R·L·布倫南, P·歐利杰尼克 申請人:數(shù)字信號處理工廠有限公司