CN114127845A - 用于消除麦克风信号中的道路噪声的***和方法 - Google Patents

用于消除麦克风信号中的道路噪声的***和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种音频***，该音频***包括：被定位成产生表示车厢内的道路噪声的加速度计信号的加速度计；设置在该车厢内的麦克风，使得该麦克风接收该道路噪声并且产生具有道路噪声分量的麦克风信号；以及包括道路噪声消除滤波器的道路噪声消除器，该道路噪声消除滤波器被配置成接收该加速度计信号和该麦克风信号，并且根据该加速度计信号使该麦克风信号的该道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。

Description

用于消除麦克风信号中的道路噪声的***和方法
背景技术
本公开一般涉及用于麦克风信号中的道路噪声消除的***和方法，并且具体地涉及用于根据表示车厢中的道路噪声的加速度计信号进行麦克风信号中的道路消除的***和方法。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
根据一个方面，一种音频***包括：被定位成产生表示车厢内的道路噪声的加速度计信号的加速度计；设置在该车厢内的麦克风，使得该麦克风接收该道路噪声并且产生具有道路噪声分量的麦克风信号；以及包括道路噪声消除滤波器的道路噪声消除器，该道路噪声消除滤波器被配置成接收该加速度计信号和该麦克风信号，并且根据该加速度计信号使该麦克风信号的道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器被配置成基于加速度计信号提供估计的道路噪声信号，其中该道路噪声消除器被配置成从麦克风信号中减去估计的道路噪声信号，使得该麦克风信号的道路噪声分量被最小化。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，该自适应滤波器被配置成使错误信号最小化。
在一个示例中，该音频***还包括回波消除滤波器，该回波消除滤波器被配置成使该估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号，该回波分量由设置在车厢内的至少一个声换能器的声学产生形成。
在一个示例中，该自适应滤波器包括在多通道自适应滤波器中，该多通道自适应滤波器还包括回波消除滤波器，该回波消除滤波器被配置成使该麦克风信号的回波分量最小化，该回波分量由设置在车厢内的至少一个声换能器的声学产生形成。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器被配置成接收该麦克风信号和该加速度计信号，该道路噪声消除滤波器被优化以根据麦克风信号和加速度计信号使麦克风信号的道路噪声分量最小化。
根据一个方面，一种用于消除麦克风信号中的道路噪声的方法，该方法包括：从加速度计接收表示车厢内的道路噪声的加速度计信号；从可操作地定位在车厢内的麦克风接收具有道路噪声分量的麦克风信号；以及利用道路噪声消除滤波器根据该加速度计信号使该麦克风信号的道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
在一个示例中，最小化步骤包括：基于该加速度计信号，利用该道路噪声消除滤波器生成估计的道路噪声信号，从该麦克风信号中减去估计的道路噪声信号，使得该麦克风信号的道路噪声分量被最小化。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，其中根据错误信号适配该自适应滤波器的多个系数。
在一个示例中，该方法还包括利用回波消除滤波器使估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号，该回波分量由设置在车厢内的至少一个声换能器的声学产生形成。
在一个示例中，该方法还包括利用与该自适应滤波器一起包括在多通道自适应滤波器中的回波消除滤波器使该麦克风信号的回波分量最小化，该回波分量由设置在车辆内的至少一个声换能器的声学产生形成。
在一个示例中，使该麦克风信号的道路噪声分量最小化的步骤根据加速度计信号和麦克风信号两者来执行。
根据另一方面，一种存储程序代码的非暂态存储介质，该程序代码在由处理器执行时包括以下步骤：从加速度计接收表示车厢内的道路噪声的加速度计信号；从可操作地定位在车辆内的麦克风接收具有道路噪声分量的麦克风信号；以及利用道路噪声消除滤波器根据该加速度计信号使该麦克风信号的道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
在一个示例中，最小化步骤包括：基于该加速度计信号，利用该道路噪声消除滤波器生成估计的道路噪声信号，从该麦克风信号中减去估计的道路噪声信号，使得该麦克风信号的道路噪声分量被最小化。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
在一个示例中，该道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，其中根据错误信号适配该自适应滤波器的多个系数。
在一个示例中，该程序代码还包括利用回波消除滤波器使估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号的步骤，该回波分量由设置在车厢内的至少一个声换能器的声学产生形成，其中该错误信号是该残留信号。
在一个示例中，该程序代码还包括利用与该自适应滤波器一起包括在多通道自适应滤波器中的回波消除滤波器使该麦克风信号的回波分量最小化的步骤，该回波分量由设置在车厢内的至少一个声换能器的声学产生形成。
一个或多个具体实施的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和优点在说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
图1A描绘了根据一个示例的音频***的示意图，该音频***包括用于消除麦克风信号的道路噪声分量的道路噪声消除器。
图1B描绘了根据一个示例的音频***的局部示意图，该音频***包括用于消除麦克风信号的道路噪声分量的道路噪声消除器。
图1C描绘了根据一个示例的音频***的局部示意图，该音频***包括用于消除麦克风信号的道路噪声分量的道路噪声消除器。
图2描绘了根据一个示例的音频***的示意图，该音频***包括用于消除麦克风信号的道路噪声分量的自适应道路噪声消除器。
图3描绘了根据一个示例的音频***的示意图，该音频***包括与用于消除麦克风信号的回波分量的回波消除器组合的用于消除麦克风信号的道路噪声分量的自适应道路噪声消除器。
图4描绘了根据一个示例的音频***的示意图，该音频***包括与用于消除麦克风信号的回波分量的回波消除器组合的用于消除麦克风信号的道路噪声分量的自适应道路噪声消除器。
具体实施方式
在车辆中实施的免提电话***会包括定位在车辆内以接收用户语音的麦克风。然后，来自麦克风的信号通常被路由到移动设备。因为麦克风位于车厢内，所以由车辆结构的振动产生的道路噪声会存在于麦克风信号内并且可被检测到。麦克风信号中的道路噪声会被接收呼叫的用户听见，并且通常降低呼叫的质量。因此，本领域中需要一种使发送到免提电话***的麦克风信号中存在的道路噪声最小化的方法。
本文描述的各种示例涉及通过利用表示车厢中的道路噪声的加速度计信号来使麦克风信号中存在的道路噪声最小化的***和方法。图1示出了通常在车辆中实施的音频***100的示例，其包括一个或多个声换能器102、一个或多个麦克风104和音频处理子***，诸如道路噪声消除器106、回波消除器108和后滤波器子***110。音频***100在一个或多个通道112上接收一个或多个内容信号u(n)。程序内容信号u(n)可以是在多个通道112(例如，通道112a和112b)上呈现为例如左右对的单个类型的程序内容信号，诸如语音信号。另选地或组合地，可以在一个或多个通道112上分别呈现多种类型的程序内容信号u(n)，诸如语音、导航或音乐。程序内容信号u(n)可以是模拟信号或数字信号，并且可以作为压缩流和/或分组化流被提供，并且附加信息可以作为此类流的一部分被接收，诸如来自另一***的用于控制和/或配置诸如音场渲染114、道路噪声消除器106或其他部件的附加处理的指令、命令或参数。
内容信号通过一个或多个声换能器102转换为声学信号。声换能器102可以具有另外的处理部件，诸如音场渲染114，其提供各种处理，诸如均衡和扬声器路由，以驱动声换能器102，以便根据各种内容信号和音场参数生成声学声场。在一个示例中，可将一个或多个声换能器102设置在车厢内，该声换能器102中的每个声换能器位于该车辆的相应门内并且被配置成将声音投射到车厢内。另选地或除此之外，声换能器102可以位于头枕内或车厢的其他地方。
图中所示的框图诸如图1至图4的示例音频***100是示意图，并且不一定说明单独的硬件元件。例如，在一些示例中，道路噪声消除器106、回波消除器108、后滤波器子***110和音场渲染114和其他部件中的每者和/或这些的任何部分或组合可以在一组电路中实施，诸如数字信号处理器、控制器或其他逻辑电路，并且可以包括存储在用于电路以执行本文描述的功能的非暂态存储介质上的指令。在替代示例中，这些的各种部分或组合可以分布在各组电路上。
麦克风(诸如麦克风104)可以接收以下各项中的每一项：来自用户的声学语音信号s(n)、噪声信号v(n)、声学回波信号d(n)和其他声学信号，诸如车辆内的背景噪声。麦克风104将声学信号转换为例如电信号，并且将其提供给道路噪声消除器106。具体地，当用户正在说话时，麦克风104提供语音信号s(n)，至少当车辆正在移动时，该麦克风提供噪声信号v(n)，并且当声换能器102活动时，该麦克风提供回波信号d(n)(即，组合信号的由声换能器102的声学产生形成的分量)，作为组合信号ymic(n)的一部分提供给道路噪声消除器106。声学道路噪声信号v(n)会至少包括与道路噪声相关的分量va(n)(即，当车辆在道路或其他表面上行进时车辆结构振动、或发动机的振动形成的车厢内的声学信号)和风噪vr(n)(即，当车辆行进时经过车辆的空气形成的车厢内的声学信号)。(本公开中的参数n表示离散时间信号。)
道路噪声消除器106用于尝试从组合信号ymic(n)中移除或使道路噪声分量va(n)最小化以提供道路噪声消除信号y(n)。在一个示例中，道路噪声消除器106通过利用道路噪声消除滤波器118处理从例如一个或多个加速度计116接收的加速度计信号a(n)以产生估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000051
来移除道路噪声分量va(n)。在至少一个示例中，基于在可操作地围绕车辆设置以测量道路噪声的一个或多个加速度计116处测量的道路噪声，该估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000052
是在麦克风104处存在的道路噪声的估计。
如本文所用，“加速度计”应理解为涵盖适于检测车辆结构中的振动的任何传感器，该振动由车辆跨越道路或其他表面的行进形成或由发动机的振动形成，其被转导到车厢内的声音中。
然后可以从由麦克风104提供的组合信号ymic(n)中减去该估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000053
使得组合信号ymic(n)的道路噪声分量va(n)被最小化。因此，如果道路噪声消除滤波器119在提供估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000054
时执行良好，则道路噪声消除器106会在从由麦克风104提供的组合信号ymic(n)中移除道路噪声分量va(n)时执行良好。
如图1A所示，道路噪声消除滤波器118可以是被配置成将一组固定系数应用于加速度计信号a(n)以生成估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000061
的固定滤波器。道路噪声消除滤波器118可以被设想为应用传递函数
Figure BDA0003466172790000062
其是加速度计116和麦克风104之间的传递函数g(n)的估计，使得在道路噪声消除滤波器118处接收的加速度计信号a(n)由道路噪声消除滤波器118转换为在麦克风处存在的道路噪声的估计
Figure BDA0003466172790000063
在如图1A所示的使用多个加速度计116情况下，该估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000064
可以表示每个加速度计116与麦克风104之间的传递函数的总和的估计。例如，传递函数
Figure BDA0003466172790000065
可以是加速度计116a和麦克风104之间的传递函数
Figure BDA0003466172790000066
到加速度计116L和麦克风104之间的传递函数
Figure BDA0003466172790000067
的总和的估计。从麦克风104的组合信号输出中减去估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000068
从而产生道路噪声消除信号麦克风信号y(n)。(应当理解，道路噪声消除信号y(n)可以仍然包括道路噪声分量；然而，如果运行正常，则道路噪声消除信号y(n)的道路噪声分量va(n)应该至少相对于组合信号ymic(n)被最小化。)
同样，如果麦克风104是麦克风阵列，如例如图1B所示，则道路噪声消除滤波器118可以估计从每个加速度计116到每个相应麦克风104的传递函数的总和。因此，例如，道路噪声消除滤波器118可以粗略估计从加速度计116a到麦克风104a至麦克风104J的传递函数
Figure BDA0003466172790000069
的总和，为每个加速度计重复该过程，直到加速度计116L。实际上，由于加速度计116和麦克风104在空间上分布在车辆周围的不同位置处，因此从每个加速度计到每个相应麦克风的传递函数可以变化，并且因此可以被设想为每个加速度计与每个麦克风之间的传递函数
Figure BDA00034661727900000610
另选地，估计的传递函数
Figure BDA00034661727900000611
可以被设想为每个加速度计116到等效麦克风(即，包括麦克风104的组合麦克风)之间的传递函数，等效麦克风的性质由麦克风104的空间关系确定。
在实施过程中，可以根据合适的方法(例如，组合信号处理)凭经验确定道路噪声消除滤波器118的系数(以及因此估计的传递函数
Figure BDA00034661727900000612
)，以便使道路噪声消除信号y(n)的道路噪声分量最小化。例如，可以在各种道路表面上驱动包括麦克风104和加速度计116两者的车辆，并且记录来自两者的信号。从该数据可以确定生成估计的道路噪声信号
Figure BDA00034661727900000613
的一组优化的系数，当从组合信号ymic(n)中减去时，该估计的道路噪声信号平均使组合信号ymic(n)的道路噪声分量va(n)最小化。
如图1B所示，从麦克风104输出的麦克风信号ymic1…micJ(n)同样可以输入到实施传递函数
Figure BDA0003466172790000071
的固定麦克风滤波器120。麦克风滤波器120可以被配置成将麦克风信号ymic1…micN(n)组合到单个麦克风信号ymic(n)中，并且应用任何其他必要或有用的信号处理，诸如将麦克风104投射到用户口部附近的位置。在由麦克风滤波器120应用此类信号处理方面来说，估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000072
可以表示每个加速度计116与每个麦克风104的投影位置之间的估计的传递函数。另选地或除此之外，麦克风滤波器120可以朝向期望的声学信号的源和/或远离噪声源来引导波束，并且可以附加地或另选地朝向噪声源引导零位。
在实施过程中，当使用麦克风滤波器120时，可以以与上述方法相同的方式凭经验确定道路噪声消除滤波器118的系数，从而使ymic(n)的道路噪声分量最小化以产生道路噪声消除信号y(n)。尽管结合图1B示出了麦克风滤波器120，但是应当理解，可以将类似的麦克风滤波器与包括本文所述的麦克风的任何示例一起实施。
如图1C所示，在替代示例中，道路噪声消除器106可以被实施为一种滤波器，该滤波器被配置成从麦克风104接收组合信号ymic(n)和从加速度计116接收道路噪声信号a(n)并且实施估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000073
该估计的传递函数基于加速度计116与麦克风104之间的关系被优化以使道路噪声消除信号y(n)的道路噪声分量最小化。在该示例中，道路噪声消除器106不会从ymic(n)中减去估计的道路噪声信号，而是利用使用来自麦克风104和加速度计116的输入的道路噪声消除滤波器118直接生成y(n)。可以凭经验优化道路噪声消除滤波器118以实现组合信号ymic(n)的道路噪声分量va(n)的最小化，如以上示例中所述。例如，可以在各种道路表面上驱动包括麦克风104和加速度计116两者的车辆，并且记录来自两者的信号。从该数据可以根据任何合适的阵列处理方法确定一组优化的系数，该优化的系数平均使组合信号ymic(n)的道路噪声分量va(n)最小化。
转到图2，示出了替代示例音频***200，其中道路噪声消除器106包括一个或多个自适应道路噪声消除滤波器118，该一个或多个自适应道路噪声消除滤波器根据自适应算法集中于产生足够准确的估计的道路噪声信号的令人满意的参数。与图1A和图1B的示例一样，道路噪声消除滤波器118可以将一组滤波器系数应用于加速度计信号a(n)以产生估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000081
可以根据自适应算法更新自适应道路噪声消除滤波器118的系数，以便使错误信号(此处示出为道路噪声消除信号y(n))最小化。可以采用的自适应算法的示例包括例如最小均方(LMS)算法、归一化最小均方(NLMS)算法、递归最小二乘方(RLS)算法或这些或其他算法的任何组合或变型。由自适应算法调整的自适应道路噪声消除滤波器118，会聚以应用估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000082
如上所述，该估计的传递函数表示加速度计116和麦克风104之间的传递函数g(n)，使得在道路噪声消除滤波器118处接收的加速度计信号a(n)由道路噪声消除滤波器118转换为在麦克风处存在的道路噪声的估计
Figure BDA0003466172790000083
如图2所示，多个自适应道路噪声消除滤波器118可以一起形成多通道自适应滤波器。多通道自适应滤波器的每个组成道路噪声消除滤波器118与相应加速度计116相关联(即，从该相应加速度计接收信号)。例如，自适应道路噪声消除滤波器118a与加速度计116a相关联并且从其接收信号a1(n)并且可以应用表示加速度计116a和麦克风104之间的传递函数的相应传递函数
Figure BDA0003466172790000084
同样，剩余的自适应滤波器118L可以与加速度计116L相关联并且从其接收信号aL(n)并且应用相应加速度计116L和麦克风104之间的相应传递函数
Figure BDA0003466172790000085
调整每个自适应道路噪声消除滤波器118的相应传递函数以使错误信号最小化，这里示出为道路噪声消除信号y(n)。相应地，每个自适应道路噪声消除滤波器118的输出会基于从相关联的加速度计116接收的信号和自适应道路噪声消除滤波器118的估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000086
来表示麦克风104处的道路噪声的估计。自适应道路噪声消除滤波器118的输出可以被求和以产生估计的道路噪声信号
Figure BDA0003466172790000087
在另选的实施方案中，可以使用残留信号e(n)(在回波消除器108的输出处)或估计语音信号
Figure BDA0003466172790000088
来更新道路噪声消除滤波器118，因为该信号会含有可能干扰适应性和/或使自适应道路噪声消除滤波器118发散的更少分量。在一些示例中，自适应算法可以根据在相应道路噪声消除滤波器118处接收的参考信号的功率(相对于参考信号的功率的总和)来更新每个相应的道路噪声消除滤波器118的系数。例如，如果该参考信号，即在自适应滤波器118a处接收的加速度计信号a1(n)具有比在自适应滤波器118L处接收加速度计信号aL(n)更大的功率，自适应道路噪声消除滤波器118a的系数会相对于自适应道路噪声消除滤波器118L的系数的更新接收更大更新。因此，对在道路噪声消除信号y(n)中观察到的错误负最大责任的通道会接收最大更新。
一般来讲，自适应算法在用户不说话的时间期间更新道路噪声消除滤波器118，但是在一些示例中，自适应算法可以在任何时间进行更新。为此，双端检测器204可以检测用户何时说话并且指示或以其他方式造成自适应道路噪声消除滤波器118停止更新。
如图1和图2所示，道路噪声消除器106与回波消除器108和后滤波器子***110结合实施(下文将简要描述其功能和操作)。然而，应当理解，在各种示例中，可以在没有回波消除器或后滤波器中的一者或两者的情况下实施道路噪声消除器106(在这些子***独立于道路噪声消除器106起作用的方面来说)，并且图1和图2的音频***100、200仅作为可以实施道路噪声消除器的音频***的示例提供。
回波消除器108用于尝试从道路噪声消除信号y(n)中移除回波信号以提供残留信号e(n)。回波消除器108通过利用一个或多个回波消除滤波器124处理通道112上的程序内容信号u(n)以产生从由麦克风104提供的信号中减去的估计的回波信号d(n)来使回波信号
Figure BDA0003466172790000091
最小化。在各种替代实施方案中，音场渲染114、b(n)而不是程序内容信号u(n)的输出可以用作回波消除器108的参考信号。实际上，与至少一个程序内容信号u(n)相关联并且适合于使道路噪声消除信号y(n)中存在的回波信号d(n)最小化的任何信号都可以用作回波消除器108的参考信号。
回波消除器108可以包括自适应算法以间隔地更新自适应回波消除滤波器124以改善估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000092
随时间推移，自适应算法使自适应回波消除滤波器124集中于产生足够准确的估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000093
的令人满意的参数，以使残留信号e(n)的错误最小化。一般来讲，自适应算法在双端检测器204检测到用户不说话的时间期间更新自适应回波消除滤波器124，但是在一些示例中，自适应算法可以在任何时间进行更新。当用户说话时，此被视为“双端”，麦克风104拾取声学回波信号d(n)和语音信号s(n)两者。
自适应回波消除滤波器124可以将一组滤波器系数应用于程序内容信号u(n)以产生估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000094
自适应算法可以使用各种技术中的任何技术来确定滤波器系数并且更新或改变滤波器系数以改善自适应回波消除滤波器124的性能。无论是对活动滤波器还是背景滤波器进行操作，此类自适应算法可以包括例如最小均方(LMS)算法、归一化最小均方(NLMS)算法、递归最小二乘方(RLS)算法或这些或其他算法的任何组合或变型。如由自适应算法所调整的，回波消除滤波器124会聚以应用估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000101
其表示声换能器102与麦克风104之间的回波路径的响应。
一般而言，如例如图1和图2所示，多个回波消除滤波器124可以一起形成多通道自适应回波消除滤波器，每个组成回波消除滤波器124接收相关联的参考信号(例如，程序内容信号u(n))。例如，自适应回波消除滤波器124a与程序内容通道112a相关联并且从其接收信号u1(n)并且可以应用表示回波路径h1(n)的相应传递函数
Figure BDA0003466172790000102
(以及任何附加处理的响应，如下文将描述)。同样，剩余的自适应回波消除滤波器124M各自可以与程序内容通道112M相关联并且从其接收信号uM(n)，并且应用相应传递函数
Figure BDA0003466172790000103
调整每个自适应回波消除滤波器124的相应传递函数以使错误信号最小化，这里示出为道路噪声和回波消除残留信号e(n)。
应当理解，自适应回波消除滤波器124的数量通常将取决于接收到的参考信号的数量。因此，如果程序内容信号u(n)被用作参考信号，则可以实施一些M数量的回波消除滤波器124，每个回波消除滤波器124分别与M个程序内容信号u(n)中的一个程序内容信号相关联，而如果使用音场渲染输出b(n)，则可以实施一些N数量的回波消除滤波器124，每个回波消除滤波器124分别与N个音场渲染输出b(n)中的一个音场渲染输出相关联。还应理解，在一些示例中，可以使用比例如程序内容信号u(n)或音场渲染输出b(n)更少数量的自适应回波消除滤波器124。例如，如果某些程序内容信号u(n)，诸如一组低音左、装饰音左和鸟叫声左程序内容信号u(n)被一起求和并且作为参考信号被提供给单个回波消除滤波器124，或者如果仅需要使用参考信号的子集来实现有效回波消除，则可使用更少的回波消除滤波器124。
除了估计回波路径h(n)之外，估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000104
可表示设置在参考信号(例如，程序内容信号u(n))被获得的位置与回波消除器108之间的任何处理的估计。因此，如图1A所示，在参考信号是程序内容信号u(n)的情况下，除了回波路径h(n)的响应之外，估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000111
会表示音场渲染114、声换能器102、麦克风104和与麦克风104相关联的任何处理(例如阵列处理)的响应。因此，结合响应和在麦克风104处执行的任何处理，估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000112
是如何将程序内容信号u(n)从其被接收的形式转换为回波信号d(n)的表示。然而，如果参考信号在音场渲染114、b(n)的输出处被获取，则估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000113
会共同表示声换能器102、回波路径h(n)、麦克风104和与麦克风104相关联的任何处理的响应。因此，尽管图1和图2描绘了M个估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000114
而不是N个估计的回波信号d(n)，因为音场渲染114的响应包括在估计的传递函数
Figure BDA0003466172790000115
中，所以每个估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000116
会包括通过音场渲染114处理相关联的程序内容信号u(n)。因此，M个估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000117
的总和会估计N个回波信号d(n)的总和。
虽然回波消除器108通常消除与程序内容通道相关联的麦克风信号y(n)的线性方面，但是回波路径中的快速变化和/或非线性防止回波消除器108提供精确的估计的回波信号，并且残留回波因此会保持在残留信号e(n)中。因此，后滤波器子***110用来抑制具有频谱滤波的残留回波分量以产生改进的估计的语音信号
Figure BDA0003466172790000118
此类后滤波器通常在本领域中是公知的，然而下文将提供对一个示例的简要描述。
如图所示，后滤波器子***110可以包括系数计算器126和后滤波器128。在一些示例中，通过由频率区间将残留信号e(n)的频谱内容减少一个量，该量与残留回波信号功率相对于总信号功率(例如，语音和残留回波)的可能的此例相关，后滤波器128抑制残留信号e(n)中的残留回波(来自回波消除器108)。在一个示例中，后滤波器128可以将残留信号e(n)的每个频率区间(由索引“k”表示)与滤波器系数Hpf(k)相乘，该滤波器系数通过系数计算器126根据以下示例公式计算：
Figure BDA0003466172790000119
其中ΔHi(k)是频谱错配，See(k)是残留信号e(n)的功率频谱密度，并且
Figure BDA00034661727900001110
是第i个内容通道上的程序内容信号u(n)的功率频谱密度。最小乘数Hmin被应用于每个频率区间，从而确保没有频率区间乘以小于最小值的值。应当理解，乘以较低值相当于更大的衰减。还应当指出的是，在公式(1)的示例中，每个频率区间至多乘以单位元素，但是其他示例可以使用不同的方法来计算滤波器系数。β因子是缩放或过度估计因子，其可以用于调整后滤波器子***110如何强烈地抑制信号内容，或者在一些示例中可以通过等于单位元素来被有效地去除。该ρ因子是用于避免除以零的正则化因子。
频谱错配ΔH_i(k)表示回波路径h(n)与声学回波消除器108之间的频谱错配。频谱错配ΔH_i(k)可以被计算为残留错误信号e(n)和第i个内容通道ui(n)上的程序内容信号的交叉功率频谱密度
Figure BDA0003466172790000121
与第i个内容通道上的程序内容信号u(n)的功率频谱密度
Figure BDA0003466172790000122
的此率
Figure BDA0003466172790000123
在一些示例中，所使用的功率频谱密度可以是时间平均的或以其他方式平滑的或低通滤波的，以防止计算的频谱错配中的突然变化(例如，快速或显著变化)。
应当理解，公式(1)和公式(2)整体涉及参考信号不相关的情况。如果参考信号不一定是不相关的(例如，左右通道对共享一些公共内容)则系数计算器126可以根据以下公式计算滤波器系数Hpf(k)：
Figure BDA0003466172790000124
其中ΔH H表示ΔH的厄米特，其为ΔH的复杂共轭转置，并且其中ΔH由以下给出：
Figure BDA0003466172790000125
Suu是程序内容通道的功率频谱密度和交叉功率频谱密度的矩阵。ΔH是含有所有通道的频谱错配的矢量，并且Sue是含有具有该错误信号的每个参考通道的交叉功率频谱密度的矢量。
尽管已经针对被配置成抑制来自多个内容通道的残留回波的后滤波器子***110提供上述公式，但在替代示例中，后滤波器子***110可以被配置成抑制来自仅一个内容通道的残留回波。
在各种示例中，后滤波器子***110可以被配置成在频域或时域中操作。因此，术语“滤波器系数”的使用不旨在限制后滤波器子***110在时域中操作。术语“滤波器系数”或其他同类术语可以指应用于或结合到滤波器中以引起期望响应或期望传递函数的任何值集。在某些示例中，后滤波器子***110可以是数字频域滤波器，其在估计的语音信号的数字版本上操作以将多个单独频率区间内的信号内容与通常小于或等于单位元素的不同值相乘。一组不同值可以被视为滤波器系数。
应当理解，在各种替代示例中，道路噪声消除器106可以被定位成接收估计的残留错误信号e(n)，而不是来自麦克风104的组合信号。也就是说，道路噪声消除器106可以被放置在处理链中的回波消除器108之后。这可以改善道路噪声消除器106的性能，因为回波信号会不存在于或会最小化地存在于由自适应道路噪声消除滤波器118使用的错误信号中以调整滤波器系数。
在一个示例中，可以对道路噪声消除器106和回波消除器108进行子带化。也就是说，可以复制道路噪声消除器106和回波消除器108，每个复制与特定频带相关联。对于每个子带，道路噪声消除器106和回波消除器108在处理链中的顺序可以由回波信号d(n)到道路噪声分量va(n)的信噪比(SNR)确定。例如，组合信号ymic(n)可以例如利用低通滤波器过滤，以创建低频子带，例如，<400Hz。在该频率范围内，道路噪声信号va(n)的功率通常会高于回波信号d(n)的功率(即，组合信号ymic(n)通常会具有<0dB的SNR)，相应地，道路噪声消除器106可以被定位在处理链中的回波消除器108之前(即，以图1和图2中所示的顺序)。如果回波消除器被放置在该频带中的道路噪声消除器106之前，则道路噪声分量va(n)会主导在回波消除器108处接收的错误信号，从而防止回波消除器108被适当地调整。
类似地，组合信号ymic(n)可以例如利用带通滤波器被过滤到例如400Hz至1kHz的中间范围，其中回波信号d(n)会主导组合信号ymic(n)(即，组合信号ymic(n)通常会具有>0dB的SNR)。在该频带中，回波消除器108可以在处理链中被定位在道路噪声消除器106之前。否则，在组合信号ymic(n)中的回波信号d(n)的功率将防止道路噪声消除器106被适当地调整。
最后，组合信号ymic(n)可以例如利用高通滤波器被过滤到例如>1kHz的高频带，其中回波信号d(n)会较大地主导组合信号ymic(n)(即，组合信号ymic(n)通常会具有>>0dB的SNR)。在该示例中，可以完全省略道路噪声消除器106，以避免不需要的处理。
应当理解，上述频带仅作为示例提供，以说明以下概念：处理链中的道路噪声消除器106和回波消除器108的顺序可以由特定频带的SNR确定。更具体地，对于其中SNR通常<0dB的频带，道路噪声消除器106可以被定位在回波消除器108之前。对于其中SNR通常>0dB的频带，道路噪声消除器106可以被定位在回波消除器108之后。并且对于其中SNR通常>>0dB的频带，可以完全省略道路噪声消除器106。
如上所述，图2的自适应滤波器124、118可以根据参考信号的功率而相对于参考信号中的每个参考信号的功率的总和更新系数。然而，由于道路噪声消除自适应滤波器118与回波消除器108的自适应滤波器分开实施，因此自适应道路噪声消除滤波器118会仅比较从加速度计116接收的信号的相对功率。然而，在道路噪声消除信号y(n)中存在的错误可以部分地归因于在麦克风104处接收的回波，该回波仍存在于道路噪声消除信号y(n)中。因此，将回波消除器的自适应回波消除滤波器124与道路噪声消除器的自适应道路噪声消除滤波器118组合到组合多通道自适应滤波器302中是有利的，如图3的音频***300中所示。组合多通道自适应滤波器302会相对于参考信号(包括内容程序内容信号u(n)和加速度计信号a(n))的总功率更新每个信号的系数。例如，如图3所示，在计算用于自适应回波消除滤波器124a、124b直到124M和道路噪声消除滤波器118a直到118L的系数时，可以考虑程序内容信号u1(n)、u2(n)直到uM(n)和加速度计信号a1(n)直到aL(n)的相对功率。如上所述，在一个示例中，对每个自适应滤波器的更新的大小可以与自适应滤波器参考信号的功率与所有参考信号的功率的总和的比率成比例。因此，例如，自适应道路噪声消除滤波器118a的更新的大小可以与加速度计信号a1(n)的功率与程序内容信号u1(n)、u2(n)直到uM(n)和加速度计信号a1(n)直到aL(n)的功率的总和的比率成比例。因此，自适应滤波器302的求和输出会表示估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000141
和估计的道路噪声分量
Figure BDA0003466172790000151
并且会在更新期间考虑加速度计信号和内容通道的相对功率，从而导致更准确地将每个程序内容通道112和加速度计通道归因于错误。
除了组合多通道自适应滤波器302之外，图3的结构和部件在很大程度上与结合图2所描述的功能相同，因此不需要附加的解释。
如图4所示，后滤波器子***可以进一步被配置成接收加速度计信号a(n)作为参考信号，以便除了抑制残留信号e(n)中的残留回波之外，还抑制残留信号e(n)中存在的残留道路噪声。结合查看本公开，本领域的普通技术人员将理解如何修改后滤波器子***110和上述公式，以抑制残留信号e(n)中的残留道路噪声。
除了被修改成抑制残留信号e(n)中道路噪声的组合后滤波器子***110，图4的结构和部件在很大程度上与结合图3所描述的功能相同，因此不需要附加的解释。然而，应当理解，在各种替代示例中，可以将修改后的后滤波器子***110包括到不具有组合多通道自适应滤波器302的音频***中。例如，修改后的后滤波器子***110可以与音频***100和200一起被包括。
道路噪声消除器106、回波消除器108和后滤波器子***110可以被配置成仅在未检测到双端条件的时间段期间(例如，通过双端检测器204)分别计算自适应滤波器系数和后滤波器子***110系数。如上所述，当用户在音频***100、200、300、400的声学环境内说话时，组合麦克风信号ymic(n)包括作为用户的语音的分量。在这种情况下，因为用户正在说话，组合信号ymic(n)不仅表示来自声换能器102的回波，并且残留信号e(n)不表示残留回波，例如，回波消除器108相对于实际回波路径的错配。因此，双端检测器204用来指示当检测到双端时，在该时间段期间可能不计算新系数，并且可以在用户说话时使用在用户说话开始时或刚刚在用户说话之前有效的系数。双端检测器204可以是任何合适的***、部件、算法或它们的组合。
可以将音频***100、200、300、400的输出或其任何变型(例如，估计的语音信号
Figure BDA0003466172790000152
)提供给另一子***或设备以用于各种应用程序和/或处理。实际上，可以针对任何应用程序提供音频***100、200、300、400的输出，其中噪声降低的语音信号是有用的，包括例如电话通信(例如，经由蜂窝连接向远端接收者提供输出)、虚拟个人助理、语音到文本应用程序、语音识别(例如，身份识别)或音频记录。
应当理解，在本公开中，用作标识符或下标的大写字母表示使用下标或标识符的任何数量的结构或信号。因此，通道112M表示可以在各个示例中实施任何数量的通道112的概念。实际上，在一些示例中，可以针对一个程序内容信号来实施仅一个通道112。同样，程序内容信号uM(n)表示可以使用任何数量的程序内容信号的概念。在使用不同字母作为下标的方面来说，通常理解，那些信号和结构可以与具有不同字母的其他结构的数量不同。因此，可能存在不同数量的音场渲染输出bN(n)和程序内容信号uM(n)。然而，应当理解，在一些示例中，可以使用相同数量的音场渲染输出bN(n)和程序内容通道uM(n)。最后，应当理解，用于不同信号或结构(例如，程序内容信号uM(n)和估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000161
)的相同字母表示存在相同数量的特定信号或结构的一般情况。因此，在一般情况下，当程序内容信号u(n)用作回波消除器的参考信号时，会存在相同数量的估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000162
和程序内容信号uM(n)。然而，该一般情况不应被视为限制性的。结合本公开的综述，本领域普通技术人员将理解，在某些示例中，可以使用不同数量的此类信号或结构。因此，在某些示例中(例如，其中某些程序内容信号u(n)被一起求和以形成用于单个回波消除滤波器124的单个参考)，可能存在不同数量的估计的回波信号
Figure BDA0003466172790000163
和程序内容信号uM(n)。
本文所述的功能或其部分，以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行校准过程的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器会接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
虽然本文已描述和示出了若干发明实施方案，但本领域的普通技术人员将易于设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或优点中的一个或多个的多种其他装置和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个被认为在本文所述的本发明实施方案的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和构型旨在为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导内容的一个或多个具体应用。本领域的技术人员将认识到或仅使用常规实验就能够确定本文所述的具体的发明实施方案的许多等同物。因此，应当理解，上述实施方案仅以举例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明实施方案。本公开的发明实施方案涉及本文所述的每个单独的特征、***、制品、材料和/或方法。此外，如果此类特征、***、制品、材料和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、***、制品、材料和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。

Claims (20)

1.一种音频***，包括：
加速度计，所述加速度计被定位成产生表示车厢内的道路噪声的加速度计信号；
麦克风，所述麦克风设置在所述车厢内，使得所述麦克风接收所述道路噪声并且产生具有道路噪声分量的麦克风信号；以及
道路噪声消除器，所述道路噪声消除器包括道路噪声消除滤波器，所述道路噪声消除滤波器被配置成接收所述加速度计信号和所述麦克风信号，并且根据所述加速度计信号使所述麦克风信号的所述道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
2.根据权利要求1所述的音频***，其中所述道路噪声消除滤波器被配置成基于所述加速度计信号提供估计的道路噪声信号，其中所述道路噪声消除器被配置成从所述麦克风信号中减去所述估计的道路噪声信号，使得所述麦克风信号的所述道路噪声分量被最小化。
3.根据权利要求2所述的音频***，其中所述道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
4.根据权利要求2所述的音频***，其中所述道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，所述自适应滤波器被配置成使错误信号最小化。
5.根据权利要求1所述的音频***，还包括回波消除滤波器，所述回波消除滤波器被配置成使所述估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号，所述回波分量由设置在所述车厢内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
6.根据权利要求4所述的音频***，其中所述自适应滤波器包括在多通道自适应滤波器中，所述多通道自适应滤波器还包括回波消除滤波器，所述回波消除滤波器被配置成使所述麦克风信号的回波分量最小化，所述回波分量由设置在所述车厢内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
7.根据权利要求1所述的音频***，其中道路噪声消除滤波器被配置成接收所述麦克风信号和所述加速度计信号，所述道路噪声消除滤波器被优化以根据所述麦克风信号和所述加速度计信号使所述麦克风信号的所述道路噪声分量最小化。
8.一种用于消除麦克风信号中的道路噪声的方法，所述方法包括：
从加速度计接收表示车厢内的道路噪声的加速度计信号；
从可操作地定位在所述车厢内的麦克风接收具有道路噪声分量的所述麦克风信号；以及
利用道路噪声消除滤波器根据所述加速度计信号使所述麦克风信号的所述道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述最小化的步骤包括：
基于所述加速度计信号，利用所述道路噪声消除滤波器生成估计的道路噪声信号，
从所述麦克风信号中减去所述估计的道路噪声信号，使得所述麦克风信号的所述道路噪声分量被最小化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，其中根据错误信号来适配所述自适应滤波器的多个系数。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括利用回波消除滤波器使所述估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号，所述回波分量由设置在所述车厢内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括利用回波消除滤波器使所述麦克风信号的回波分量最小化，所述回波消除滤波器与所述自适应滤波器一起被包括在多通道自适应滤波器中，所述回波分量由设置在车辆内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述使所述麦克风信号的所述道路噪声分量最小化的步骤根据所述加速度计信号和所述麦克风信号两者来执行。
15.一种存储程序代码的非暂态存储介质，所述程序代码在由处理器执行时包括以下步骤：
从加速度计接收表示车厢内的道路噪声的加速度计信号；
从可操作地定位在车辆内的麦克风接收具有道路噪声分量的麦克风信号；以及
利用道路噪声消除滤波器根据所述加速度计信号使所述麦克风信号的所述道路噪声分量最小化，以产生估计的麦克风信号。
16.根据权利要求15所述的存储程序代码的非暂态存储介质，其中所述最小化的步骤包括：
基于所述加速度计信号，利用所述道路噪声消除滤波器生成估计的道路噪声信号，
从所述麦克风信号中减去所述估计的道路噪声信号，使得所述麦克风信号的所述道路噪声分量被最小化。
17.根据权利要求16所述的存储程序代码的非暂态存储介质，其中所述道路噪声消除滤波器是固定滤波器。
18.根据权利要求16所述的存储程序代码的非暂态存储介质，其中所述道路噪声消除滤波器是自适应滤波器，其中根据错误信号来适配所述自适应滤波器的多个系数。
19.根据权利要求15所述的存储程序代码的非暂态存储介质，还包括利用回波消除滤波器使所述估计的麦克风信号的回波分量最小化以产生残留信号，所述回波分量由设置在所述车厢内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
20.根据权利要求18所述的存储程序代码的非暂态存储介质，还包括利用回波消除滤波器使所述麦克风信号的回波分量最小化，所述回波消除滤波器与所述自适应滤波器一起被包括在多通道自适应滤波器中，所述回波分量由设置在所述车厢内的至少一个声换能器的声学产生来形成。
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