TWI774231B - 聲音輸入輸出系統及噪音消除電路 - Google Patents

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TWI774231B
TWI774231B TW110104398A TW110104398A TWI774231B TW I774231 B TWI774231 B TW I774231B TW 110104398 A TW110104398 A TW 110104398A TW 110104398 A TW110104398 A TW 110104398A TW I774231 B TWI774231 B TW I774231B
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Abstract

本發明揭露了聲音輸入輸出系統及噪音消除電路。噪音消除電路包含：一第一濾波電路，用來根據一第一濾波係數濾波一第一輸入訊號以產生一第一濾波訊號；一訊號處理電路，用來根據一第二輸入訊號及一音頻訊號產生一回授訊號；一第二濾波電路，用來根據一第二濾波係數濾波該回授訊號以產生一第二濾波訊號；一第一乘法電路，用來將該第一濾波訊號乘上一第一倍率，以產生一第一中間訊號；一第二乘法電路，用來將該第二濾波訊號乘上一第二倍率，以產生一第二中間訊號；一第一加法電路，用來將該第一中間訊號加上該第二中間訊號以產生一噪音消除訊號；以及一第二加法電路，用來將該噪音消除訊號加上該音頻訊號以產生一輸出訊號。

Description

聲音輸入輸出系統及噪音消除電路
本發明是關於噪音消除（noise cancellation），尤其是關於複合式主動噪音消除（hybrid active noise cancellation）。
圖1顯示習知具有複合式（hybrid）噪音消除功能的聲音輸入輸出系統。聲音輸入輸出系統10包含麥克風11、麥克風12、喇叭13、濾波電路14、濾波電路15、濾波電路16、加法電路17、加法電路18及加法電路19。
麥克風11接收第一環境噪音，並產生第一輸入訊號
Figure 02_image001
。麥克風12接收一聲音，並產生第二輸入訊號
Figure 02_image003
，該聲音包含第二環境噪音及喇叭13所輸出的聲音。喇叭13所輸出的聲音經由聲音傳播路徑100行進至麥克風12。
濾波電路14濾波第一輸入訊號
Figure 02_image001
，以產生濾波訊號
Figure 02_image013
。濾波電路15濾波回授訊號
Figure 02_image005
，以產生濾波訊號
Figure 02_image015
。加法電路17將濾波訊號
Figure 02_image013
與濾波訊號
Figure 02_image015
相加，以產生噪音消除訊號
Figure 02_image007
。加法電路18將噪音消除訊號
Figure 02_image007
與音頻訊號
Figure 02_image009
相加，以產生輸出訊號
Figure 02_image011
。喇叭13根據輸出訊號
Figure 02_image011
輸出聲音。音頻訊號
Figure 02_image009
可以是使用者正在聆聽的音樂，或通話中之人聲。
濾波電路16的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路16是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。濾波電路16濾波音頻訊號
Figure 02_image009
，以產生濾波訊號
Figure 02_image017
（即，
Figure 02_image031
，
Figure 02_image033
是濾波電路16的濾波係數（
Figure 02_image033
之底線用來表示
Figure 02_image033
是一個向量），可以透過事先量測聲音傳播路徑100而得到，而符號「
Figure 02_image035
」代表卷積（convolution））。加法電路19將濾波訊號
Figure 02_image017
從第二輸入訊號
Figure 02_image003
中減去，以產生回授訊號
Figure 02_image037
。第二輸入訊號
Figure 02_image003
及回授訊號
Figure 02_image037
可以分別表示為：
Figure 02_image039
(1)
Figure 02_image041
(2)
其中，
Figure 02_image043
代表聲音傳播路徑100、
Figure 02_image045
代表喇叭13的輸出經過聲音傳播路徑100，而
Figure 02_image047
代表第二環境噪音。
「複合式」代表噪音消除訊號
Figure 02_image007
包含前饋（feedforward）噪音消除成分（即，透過濾波訊號
Figure 02_image013
）及回授（feedback）噪音消除成分（即，透過濾波訊號
Figure 02_image015
）。當聲音輸入輸出系統10根據環境噪音來適應性地消除噪音時，濾波電路14及濾波電路15的濾波係數必須經常被更新。然而，習知的聲音輸入輸出系統10常有濾波係數收斂速度太慢或收斂效果不佳的問題。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種聲音輸入輸出系統及噪音消除電路以改善先前技術的不足。
本發明揭露一種聲音輸入輸出系統，包含：一聲音輸出裝置，用來輸出一輸出訊號；一第一聲音輸入裝置，產生一第一輸入訊號；一第二聲音輸入裝置，產生一第二輸入訊號；一第一濾波電路，耦接該第一聲音輸入裝置，用來根據一第一濾波係數濾波該第一輸入訊號以產生一第一濾波訊號；一訊號處理電路，耦接該第二聲音輸入裝置，用來根據該第二輸入訊號及一音頻訊號產生一回授訊號； 一第二濾波電路，耦接該訊號處理電路，用來根據一第二濾波係數濾波該回授訊號以產生一第二濾波訊號；一第一乘法電路，耦接該第一濾波電路，用來將該第一濾波訊號乘上一第一倍率，以產生一第一中間訊號；一第二乘法電路，耦接該第二濾波電路，用來將該第二濾波訊號乘上一第二倍率，以產生一第二中間訊號；一第一加法電路，耦接該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來將該第一中間訊號加上該第二中間訊號以產生一噪音消除訊號；以及一第二加法電路，耦接該第一加法電路，用來將該噪音消除訊號加上該音頻訊號以產生該輸出訊號。
本發明另揭露一種噪音消除電路，包含：一第一濾波電路，用來根據一第一濾波係數濾波一第一輸入訊號以產生一第一濾波訊號；一訊號處理電路，用來根據一第二輸入訊號及一音頻訊號產生一回授訊號；一第二濾波電路，耦接該訊號處理電路，用來根據一第二濾波係數濾波該回授訊號以產生一第二濾波訊號；一第一乘法電路，耦接該第一濾波電路，用來將該第一濾波訊號乘上一第一倍率，以產生一第一中間訊號；一第二乘法電路，耦接該第二濾波電路，用來將該第二濾波訊號乘上一第二倍率，以產生一第二中間訊號；一第一加法電路，耦接該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來將該第一中間訊號加上該第二中間訊號以產生一噪音消除訊號；以及一第二加法電路，耦接該第一加法電路，用來將該噪音消除訊號加上該音頻訊號以產生一輸出訊號。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本發明之揭露內容包含聲音輸入輸出系統及噪音消除電路。由於本發明所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。
在以下的討論中，
Figure 02_image049
及
Figure 02_image051
為正整數，代表時間索引。
圖2是本發明聲音輸入輸出系統之一實施例的功能方塊圖。聲音輸入輸出系統20包含聲音輸入裝置21、聲音輸入裝置22、聲音輸出裝置23及噪音消除電路24。在一些實施例中，聲音輸入輸出系統20可以是耳機，聲音輸入裝置21及聲音輸入裝置22可以是聲音擷取裝置（例如各包含至少一個麥克風），而聲音輸出裝置23是聲音播放裝置或聲音產生裝置（例如包含至少一個耳機之單體（driver）或至少一個喇叭）。
噪音消除電路24包含濾波電路250、濾波電路252、乘法電路260、乘法電路262、加法電路270、加法電路272、訊號處理電路280、倍率更新電路290及濾波係數更新電路295。
聲音輸入裝置21接收第一環境噪音，並產生第一輸入訊號
Figure 02_image053
。聲音輸入裝置22接收一聲音，並產生第二輸入訊號
Figure 02_image055
，該聲音包含第二環境噪音及聲音輸出裝置23所輸出的聲音。聲音輸出裝置23用來輸出噪音消除電路24所產生的輸出訊號
Figure 02_image057
。聲音輸出裝置23所輸出的聲音經由聲音傳播路徑100行進至聲音輸入裝置22。
濾波電路250耦接聲音輸入裝置21，用來根據濾波係數
Figure 02_image059
濾波第一輸入訊號
Figure 02_image053
以產生濾波訊號
Figure 02_image061
。訊號處理電路280耦接聲音輸入裝置22，用來根據第二輸入訊號
Figure 02_image055
及音頻訊號
Figure 02_image063
產生回授訊號
Figure 02_image065
。濾波電路252耦接訊號處理電路280，用來根據濾波係數
Figure 02_image067
濾波回授訊號
Figure 02_image065
以產生濾波訊號
Figure 02_image069
。乘法電路260耦接濾波電路250，用來將該濾波訊號
Figure 02_image061
乘上倍率（scale）
Figure 02_image071
，以產生中間訊號
Figure 02_image073
。乘法電路262耦接濾波電路252，用來將該濾波訊號
Figure 02_image069
乘上倍率
Figure 02_image075
，以產生中間訊號
Figure 02_image077
。加法電路270耦接乘法電路260及乘法電路262，用來將中間訊號
Figure 02_image073
加上中間訊號
Figure 02_image077
，以產生噪音消除訊號
Figure 02_image079
。加法電路272耦接加法電路270，用來將噪音消除訊號
Figure 02_image079
加上音頻訊號
Figure 02_image063
，以產生輸出訊號
Figure 02_image057
。
訊號處理電路280包含濾波電路282及加法電路284。濾波電路282的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路282是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。濾波電路282用來濾波音頻訊號
Figure 02_image063
，以產生濾波訊號
Figure 02_image081
（即，
Figure 02_image083
）。加法電路284耦接濾波電路282，用來將濾波訊號
Figure 02_image081
從第二輸入訊號
Figure 02_image055
中減去，以產生回授訊號
Figure 02_image065
。換句話說，
Figure 02_image085
。
倍率更新電路290耦接濾波電路250、濾波電路252、訊號處理電路280、乘法電路260及乘法電路262，用來根據濾波訊號
Figure 02_image061
、濾波訊號
Figure 02_image069
及回授訊號
Figure 02_image065
更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
。
濾波係數更新電路295耦接訊號處理電路280、濾波電路250及濾波電路252，用來根據第一輸入訊號
Figure 02_image087
、回授訊號
Figure 02_image065
、倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
。
圖3顯示倍率及濾波係數更新電路之一實施例的功能方塊圖，倍率及濾波係數更新電路300等效於倍率更新電路290及濾波係數更新電路295的組合。倍率及濾波係數更新電路300包含濾波電路410、濾波電路420、控制電路430、濾波電路440及濾波電路470。濾波電路410、濾波電路420及控制電路430包含於倍率更新電路290中，而控制電路430、濾波電路440及濾波電路470包含於濾波係數更新電路295中；換言之，控制電路430由倍率更新電路290及濾波係數更新電路295共用。濾波電路410、濾波電路420、濾波電路440及濾波電路470的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路410、濾波電路420、濾波電路440及濾波電路470各自是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。
濾波電路410用來濾波濾波訊號
Figure 02_image061
，以產生濾波訊號
Figure 02_image089
（即，
Figure 02_image091
）。濾波電路420用來濾波濾波訊號
Figure 02_image069
，以產生濾波訊號
Figure 02_image093
（即，
Figure 02_image095
）。濾波電路440用來濾波第一輸入訊號
Figure 02_image053
，以產生濾波訊號
Figure 02_image097
（即，
Figure 02_image099
）。濾波電路470用來濾波回授訊號
Figure 02_image065
，以產生濾波訊號
Figure 02_image101
（即，
Figure 02_image103
）。
在一些實施例中，控制電路430採用最陡下降（steepest descent）演算法來更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
。舉例來說，控制電路430根據方程式(3)更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
。
Figure 02_image105
(3)
Figure 02_image107
及
Figure 02_image109
為更新時所採用的步增值（step size），
Figure 02_image111
為成本函數（cost function）。當成本函數為最小化（minimize）回授訊號
Figure 02_image065
的功率（power）時，方程式(3)成為：
Figure 02_image113
(4)
換言之，如方程式(4)所示，控制電路430根據濾波訊號
Figure 02_image089
、濾波訊號
Figure 02_image093
及回授訊號
Figure 02_image065
更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
。在一些實施例中，可以限定
Figure 02_image065
的上邊界（upper bound）及下邊界（lower bound）來增加系統的穩定度（即，倍率
Figure 02_image115
及倍率
Figure 02_image117
的收斂更穩定）。關於限定
Figure 02_image065
的上邊界及下邊界請參考文獻：Ted S. Wada and Biing-Hwang Juang, “Enhancement of Residual Echo for Robust Acoustic Echo Cancellation,” IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, Vol. 20, No. 1, January 2012。
控制電路430根據方程式(5)更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
。
Figure 02_image119
(5)
Figure 02_image097
為一長度與
Figure 02_image019
一致的向量。假如
Figure 02_image019
長度為
Figure 02_image121
（
Figure 02_image121
為正整數），則
Figure 02_image123
。
Figure 02_image125
及
Figure 02_image127
為更新時所採用的步增值。換言之，如方程式(5)所示，控制電路430根據濾波訊號
Figure 02_image097
、回授訊號
Figure 02_image065
、倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
。
圖4顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖，倍率及濾波係數更新電路400等效於倍率更新電路290及濾波係數更新電路295的組合。倍率更新電路290包含降低取樣頻率取樣器（down-sampler）510、濾波電路512、降低取樣頻率取樣器520、濾波電路522、降低取樣頻率取樣器530、濾波電路532、控制電路540、轉換電路550、降低取樣頻率取樣器560及濾波電路562。降低取樣頻率取樣器510、濾波電路512、降低取樣頻率取樣器520、降低取樣頻率取樣器530、濾波電路532、控制電路540及轉換電路550包含於倍率更新電路290中，而降低取樣頻率取樣器520、濾波電路522、控制電路540、轉換電路550、降低取樣頻率取樣器560及濾波電路562包含於濾波係數更新電路295中；換言之，降低取樣頻率取樣器520、控制電路540及轉換電路550由倍率更新電路290及濾波係數更新電路295共用。濾波電路512、濾波電路522、濾波電路532及濾波電路562各自是模擬聲音傳播路徑100在低取樣頻率下的一個模型（其濾波係數以
Figure 02_image129
表示）。
降低取樣頻率取樣器510用來降頻取樣濾波訊號
Figure 02_image061
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image131
。濾波電路512耦接降低取樣頻率取樣器510，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image133
，以產生濾波訊號
Figure 02_image135
（即，
Figure 02_image137
）。降低取樣頻率取樣器520用來降頻取樣回授訊號
Figure 02_image065
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image139
。濾波電路522耦接降低取樣頻率取樣器520，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image139
，以產生濾波訊號
Figure 02_image141
（即，
Figure 02_image143
）。降低取樣頻率取樣器530用來降頻取樣濾波訊號
Figure 02_image069
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image145
。濾波電路532耦接降低取樣頻率取樣器530，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image147
，以產生濾波訊號
Figure 02_image149
（即，
Figure 02_image151
）。降低取樣頻率取樣器560用來降頻取樣第一輸入訊號
Figure 02_image053
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image153
。濾波電路562耦接降低取樣頻率取樣器560，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image153
，以產生濾波訊號
Figure 02_image155
（即，
Figure 02_image157
）。
控制電路540耦接濾波電路512、降低取樣頻率取樣器520、濾波電路522、濾波電路532及濾波電路562，用來根據方程式(6)產生降頻取樣倍率
Figure 02_image159
及降頻取樣倍率
Figure 02_image161
，以及根據方程式(7)產生降頻取樣濾波係數
Figure 02_image163
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image165
（方程式(6)中的
Figure 02_image107
及
Figure 02_image109
可以分別不同於方程式(4)中的
Figure 02_image107
及
Figure 02_image109
。）。
Figure 02_image167
(6)
Figure 02_image169
(7)
換言之，控制電路540根據濾波訊號
Figure 02_image135
、濾波訊號
Figure 02_image149
及降頻取樣訊號
Figure 02_image139
產生降頻取樣倍率
Figure 02_image159
及降頻取樣倍率
Figure 02_image161
（如方程式(6)所示），以及根據濾波訊號
Figure 02_image155
、降頻取樣訊號
Figure 02_image139
、降頻取樣倍率
Figure 02_image171
及降頻取樣倍率
Figure 02_image173
產生降頻取樣濾波係數
Figure 02_image163
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image165
（如方程式(7)所示）。
轉換電路550耦接控制電路540，用來將降頻取樣倍率
Figure 02_image159
及降頻取樣倍率
Figure 02_image161
轉換成倍率
Figure 02_image115
及倍率
Figure 02_image117
（等效於更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
），以及將降頻取樣濾波係數
Figure 02_image163
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image165
轉換成濾波係數
Figure 02_image175
及濾波係數
Figure 02_image177
（等效於更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
）。舉例來說，轉換電路550可以根據下式進行轉換。
Figure 02_image179
(8)
其中
Figure 02_image181
、
Figure 02_image183
分別為低取樣率（sample rate）和高取樣率的取樣週期（sampling period）。
在一些實施例中，轉換電路550利用升取樣（up-sampling）來實現轉換。在另一些實施例中，轉換電路550利用頻率堆疊（frequency stacking）來實現轉換（請參考文獻：Dennis R. Morgan and James C. Thi, “A Delayless Subband Adaptive Filter Architecture,” IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 43, No. 8, August 1995）。
圖5是本發明聲音輸入輸出系統之另一實施例的功能方塊圖。聲音輸入輸出系統50與聲音輸入輸出系統20相似，差別在於噪音消除電路34包含訊號處理電路380（而非訊號處理電路280）及濾波係數更新電路395 （而非濾波係數更新電路295）。
訊號處理電路380包含濾波電路382、加法電路384、濾波電路386及加法電路388。濾波電路382及加法電路384的功能分別與濾波電路282及加法電路284相同，故不再贅述。濾波電路386的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路386是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。濾波電路386用來濾波噪音消除訊號
Figure 02_image079
以產生濾波訊號
Figure 02_image185
（即，
Figure 02_image187
）。加法電路388耦接濾波電路252、加法電路384及濾波電路386，用來將濾波訊號
Figure 02_image185
從中間訊號
Figure 02_image189
中減去，以產生回授訊號
Figure 02_image191
。換句話說，
Figure 02_image193
。圖5之中間訊號
Figure 02_image189
等於圖2之回授訊號
Figure 02_image065
。濾波電路252濾波回授訊號
Figure 02_image191
以產生濾波訊號
Figure 02_image069
。
圖6顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖，倍率及濾波係數更新電路600等效於倍率更新電路290及濾波係數更新電路395的組合。倍率及濾波係數更新電路600包含濾波電路410、濾波電路420、濾波電路440、濾波電路450、控制電路460及濾波電路470。濾波電路410、濾波電路420及控制電路460包含於倍率更新電路290中，而濾波電路440、濾波電路450、控制電路460及濾波電路470包含於濾波係數更新電路395中；換言之，控制電路460由倍率更新電路290及濾波係數更新電路395共用。濾波電路450的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路450是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。濾波電路450用來濾波回授訊號
Figure 02_image191
，以產生濾波訊號
Figure 02_image195
（即，
Figure 02_image197
）。控制電路460耦接濾波電路410、濾波電路420、濾波電路440、濾波電路450及濾波電路470。
控制電路460根據方程式(4)更新倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
，以及根據下式更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
。
Figure 02_image199
(9)
換言之，如方程式(9)所示，控制電路460根據濾波訊號
Figure 02_image097
、回授訊號
Figure 02_image065
、濾波訊號
Figure 02_image201
、倍率
Figure 02_image071
及倍率
Figure 02_image075
更新濾波係數
Figure 02_image059
及濾波係數
Figure 02_image067
。
圖7顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖，倍率及濾波係數更新電路700等效於倍率更新電路290及濾波係數更新電路395的組合。倍率及濾波係數更新電路700包含降低取樣頻率取樣器510、濾波電路512、降低取樣頻率取樣器520、濾波電路522、降低取樣頻率取樣器530、濾波電路532、降低取樣頻率取樣器560、濾波電路562、降低取樣頻率取樣器580、濾波電路582、控制電路590及轉換電路550。降低取樣頻率取樣器510、濾波電路512、降低取樣頻率取樣器520、降低取樣頻率取樣器530、濾波電路532、控制電路590及轉換電路550包含於倍率更新電路290中，而降低取樣頻率取樣器520、濾波電路522、降低取樣頻率取樣器560、濾波電路562、降低取樣頻率取樣器580、濾波電路582、控制電路590及轉換電路550包含於濾波係數更新電路395中；換言之，降低取樣頻率取樣器520、控制電路590及轉換電路550由倍率更新電路290及濾波係數更新電路395共用。降低取樣頻率取樣器580用來降頻取樣回授訊號
Figure 02_image191
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image203
。濾波電路582是模擬聲音傳播路徑100在低取樣頻率下的一個模型。濾波電路582耦接降低取樣頻率取樣器580，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image203
，以產生濾波訊號
Figure 02_image205
（即，
Figure 02_image207
）。
控制電路590根據方程式(6)產生降頻取樣倍率
Figure 02_image159
及降頻取樣倍率
Figure 02_image161
，以及根據下式產生降頻取樣濾波係數
Figure 02_image163
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image165
。
Figure 02_image209
(10)
換言之，如方程式(10)所示，控制電路590根據濾波訊號
Figure 02_image155
、降頻取樣訊號
Figure 02_image139
、濾波訊號
Figure 02_image211
、降頻取樣倍率
Figure 02_image171
及降頻取樣倍率
Figure 02_image173
產生降頻取樣濾波係數
Figure 02_image163
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image165
。
上述的倍率
Figure 02_image213
、倍率
Figure 02_image215
、濾波係數
Figure 02_image059
、濾波係數
Figure 02_image067
、降頻取樣倍率
Figure 02_image171
、降頻取樣倍率
Figure 02_image173
、降頻取樣濾波係數
Figure 02_image217
及降頻取樣濾波係數
Figure 02_image219
可以儲存在記憶體（圖未示）中。控制電路430、540、460及590可以是具有程式執行能力的電路或電子元件，例如中央處理器、微處理器、微處理單元、數位訊號處理器（digital signal processor, DSP）或其等效電路，控制電路430、540、460及590藉由執行儲存在記憶體中的程式碼或程式指令來完成上述的計算。控制電路430、540、460及590可以包含或不包含該記憶體。
在其他的實施例中，本技術領域具有通常知識者可以根據以上的揭露內容來設計控制電路430、540、460及590，也就是說，控制電路430、540、460及590可以是特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC）或是由可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）等電路或硬體實作。
本技術領域具有通常知識者可以根據上述的揭露內容以硬體（例如由電晶體所構成竹的電路）或軟/韌體實作轉換電路550。當轉換電路550由軟/韌體實作時，轉換電路550可以被整合進控制電路540或控制電路590（即，控制電路540或控制電路590執行程式碼或程式指令來實作轉換）。
在一些實施例中，為了簡化電路及/或減少控制電路430、控制電路540、控制電路460及控制電路590的計算量，倍率
Figure 02_image071
與倍率
Figure 02_image075
可以被設計為符合某種關係，例如
Figure 02_image221
，
Figure 02_image223
是整數。舉例來說，圖8之倍率更新電路800是倍率更新電路290的一個實施例（對應於
Figure 02_image225
）。倍率更新電路800包含加法電路610、濾波電路620及控制電路630。加法電路610耦接濾波電路250及濾波電路252，用來將濾波訊號
Figure 02_image061
減去 濾波訊號
Figure 02_image069
，以產生差值訊號
Figure 02_image227
。濾波電路620的濾波係數可以描述聲音傳播路徑100，也就是說濾波電路620是模擬聲音傳播路徑100的一個模型。濾波電路620耦接加法電路610，用來濾波差值訊號
Figure 02_image227
，以產生濾波訊號
Figure 02_image229
（即，
Figure 02_image231
）。控制電路630耦接濾波電路620，根據下式更新倍率
Figure 02_image071
。
Figure 02_image233
(11)
換言之，控制電路630根據濾波訊號
Figure 02_image229
及回授訊號
Figure 02_image065
更新倍率
Figure 02_image071
。因為
Figure 02_image235
，所以更新倍率
Figure 02_image071
等效上倍率
Figure 02_image075
也同時獲得更新。
圖9之倍率更新電路900是倍率更新電路290的另一個實施例（同樣對應於
Figure 02_image225
），有助於降低控制電路的計算量。倍率更新電路900包含加法電路710、降低取樣頻率取樣器720、濾波電路730、控制電路740、轉換電路750及降低取樣頻率取樣器760。
加法電路710與加法電路610的功能相同，不再贅述。降低取樣頻率取樣器720耦接加法電路710，用來降頻取樣差值訊號
Figure 02_image227
，以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image237
。濾波電路730是模擬聲音傳播路徑100在低取樣頻率下的一個模型。濾波電路730耦接降低取樣頻率取樣器720，用來濾波降頻取樣訊號
Figure 02_image237
，以產生濾波訊號
Figure 02_image239
（即，
Figure 02_image241
）。降低取樣頻率取樣器760耦接訊號處理電路280或倍率更新電路290，用來降頻取樣回授訊號
Figure 02_image065
（對應於聲音輸入輸出系統20）或中間訊號
Figure 02_image065
（對應於聲音輸入輸出系統50）以產生降頻取樣訊號
Figure 02_image139
。控制電路740耦接濾波電路730及降低取樣頻率取樣器760，用來根據下式產生降頻取樣倍率
Figure 02_image159
。
Figure 02_image243
(12)
換言之，控制電路740根據濾波訊號
Figure 02_image245
及降頻取樣訊號
Figure 02_image139
產生降頻取樣倍率
Figure 02_image159
。轉換電路750耦接控制電路740，用來將降頻取樣倍率
Figure 02_image159
轉換為倍率
Figure 02_image247
。
在一些實施例中，圖4及圖7的電路可結合預加強濾波器（pre-emphasis filter），例如設置於濾波電路562與控制電路540（或控制電路590）之間、降低取樣頻率取樣器520與控制電路540（或控制電路590）之間，以及濾波電路582與控制電路590之間。預加強濾波器可以選擇所需的噪音消除所作用頻帶以及改善噪音消除的效果。因應於預加強濾波器的設置，圖10顯示倍率更新電路290的另一個實施例（同樣對應於
Figure 02_image225
）的功能方塊圖。相較於圖9，圖10之倍率更新電路1000包含控制電路840，且更包含預加強濾波器810及預加強濾波器820。前述的預加強濾波器可以是有限脈衝響應（finite impulse response, FIR）濾波器或無限脈衝響應（infinite impulse response, IIR）濾波器。
預加強濾波器810耦接於濾波電路730與控制電路840之間，用來調整濾波訊號
Figure 02_image245
至感興趣的頻帶，以產生調整後的濾波訊號
Figure 02_image249
。預加強濾波器820耦接於降低取樣頻率取樣器760與控制電路840之間，用來調整降頻取樣訊號
Figure 02_image139
至感興趣的頻帶，以產生調整後的降頻取樣訊號
Figure 02_image251
。控制電路840根據下式來更新降頻取樣倍率
Figure 02_image159
。
Figure 02_image253
(13)
相較於習知技術，本發明之聲音輸入輸出系統及噪音消除電路能夠增加濾波係數的收斂速度及提升濾波係數的收斂效果。
請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸及比例僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
10,20,50:聲音輸入輸出系統 11,12:麥克風 13:喇叭 14,15,16,250,252,282,410,420,440,470,512,522,532,562,382,386,450,582,620,730:濾波電路 17,18,19,270,272,284,384,388,610,710:加法電路
Figure 02_image001
:第一輸入訊號
Figure 02_image003
:第二輸入訊號 100:聲音傳播路徑
Figure 02_image013
,
Figure 02_image015
,
Figure 02_image017
,
Figure 02_image255
,
Figure 02_image257
,
Figure 02_image259
,
Figure 02_image261
,
Figure 02_image263
,
Figure 02_image265
,
Figure 02_image267
,
Figure 02_image269
,
Figure 02_image271
,
Figure 02_image273
,
Figure 02_image275
:濾波訊號
Figure 02_image005
,
Figure 02_image277
:回授訊號
Figure 02_image007
:噪音消除訊號
Figure 02_image009
:音頻訊號
Figure 02_image011
:輸出訊號 21,22:聲音輸入裝置 23:聲音輸出裝置 24,34:噪音消除電路 260,262:乘法電路 280,380:訊號處理電路 290,800,900,1000:倍率更新電路 295,395:濾波係數更新電路
Figure 02_image019
,
Figure 02_image021
:濾波係數
Figure 02_image023
,
Figure 02_image025
:倍率
Figure 02_image027
,
Figure 02_image029
:中間訊號 300,400,600,700:倍率及濾波係數更新電路 430,540,460,590,630,740,840:控制電路 510,520,530,560,580,720,760:降低取樣頻率取樣器 550,750:轉換電路
Figure 02_image279
,
Figure 02_image281
,
Figure 02_image283
,
Figure 02_image285
,
Figure 02_image287
,
Figure 02_image289
:降頻取樣訊號
Figure 02_image291
:降頻取樣倍率
Figure 02_image293
:降頻取樣倍率
Figure 02_image295
,
Figure 02_image297
:降頻取樣濾波係數
Figure 02_image299
:差值訊號 810,820:預加強濾波器
Figure 02_image301
:調整後的濾波訊號
Figure 02_image303
:調整後的降頻取樣訊號
圖1顯示習知具有複合式（hybrid）噪音消除功能的聲音輸入輸出系統； 圖2是本發明聲音輸入輸出系統之一實施例的功能方塊圖； 圖3顯示倍率及濾波係數更新電路之一實施例的功能方塊圖； 圖4顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖； 圖5是本發明聲音輸入輸出系統之另一實施例的功能方塊圖； 圖6顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖； 圖7顯示倍率及濾波係數更新電路之另一實施例的功能方塊圖； 圖8顯示倍率更新電路之一實施例的功能方塊圖； 圖9顯示倍率更新電路之另一實施例的功能方塊圖；以及 圖10顯示倍率更新電路之另一實施例的功能方塊圖。
20:聲音輸入輸出系統
21,22:聲音輸入裝置
23:聲音輸出裝置
24:噪音消除電路
250,252,282:濾波電路
260,262:乘法電路
270,272,284:加法電路
280:訊號處理電路
290:倍率更新電路
295:濾波係數更新電路
x:第一輸入訊號
e:第二輸入訊號
100:聲音傳播路徑
f:回授訊號
y:噪音消除訊號
v:音頻訊號
z:輸出訊號
y ff ,y fb ,v ｓ :濾波訊號
w ff , w fb :濾波係數
a,b:倍率
a×y ff ,b×y fb :中間訊號

Claims (10)

  1. 一種聲音輸入輸出系統，用來處理一音頻訊號並產生一輸出訊號，包含：一聲音輸出裝置，用來輸出該輸出訊號；一第一聲音輸入裝置，產生一第一輸入訊號；一第二聲音輸入裝置，產生一第二輸入訊號；一第一濾波電路，耦接該第一聲音輸入裝置，用來根據一第一濾波係數濾波該第一輸入訊號以產生一第一濾波訊號；一訊號處理電路，耦接該第二聲音輸入裝置，用來根據該第二輸入訊號及該音頻訊號產生一回授訊號，其中，該訊號處理電路係濾波該音頻訊號以產生一濾波後的音頻訊號，而該回授訊號包含該濾波後的音頻訊號與該第二輸入訊號之一運算結果；一第二濾波電路，耦接該訊號處理電路，用來根據一第二濾波係數濾波該回授訊號以產生一第二濾波訊號；一第一乘法電路，耦接該第一濾波電路，用來將該第一濾波訊號乘上一第一倍率，以產生一第一中間訊號；一第二乘法電路，耦接該第二濾波電路，用來將該第二濾波訊號乘上一第二倍率，以產生一第二中間訊號；一第一加法電路，耦接該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來將該第一中間訊號加上該第二中間訊號以產生一噪音消除訊號；以及 一第二加法電路，耦接該第一加法電路，用來將該噪音消除訊號加上該音頻訊號以產生該輸出訊號。
  2. 如請求項1之聲音輸入輸出系統，其中該訊號處理電路包含：一第三濾波電路，用來濾波該音頻訊號以產生一第三濾波訊號；以及一第三加法電路，耦接該第三濾波電路，用來將該第三濾波訊號從該第二輸入訊號中減去，以產生該回授訊號。
  3. 如請求項1之聲音輸入輸出系統，其中該訊號處理電路包含：一第三濾波電路，用來濾波該音頻訊號以產生一第三濾波訊號；一第三加法電路，耦接該第三濾波電路，用來將該第三濾波訊號從該第二輸入訊號中減去，以產生一第三中間訊號；一第四濾波電路，用來濾波該噪音消除訊號以產生一第四濾波訊號；以及一第四加法電路，耦接該第二濾波電路、該第三加法電路及該第四濾波電路，用來將該第四濾波訊號從該第三中間訊號中減去，以產生該回授訊號。
  4. 一種噪音消除電路，用來處理一音頻訊號並產生一輸出訊號，包含：一第一濾波電路，用來根據一第一濾波係數濾波一第一輸入訊號以產生一第一濾波訊號；一訊號處理電路，用來根據一第二輸入訊號及該音頻訊號產生一回授訊號，其中，該訊號處理電路係濾波該音頻訊號以產生一濾波後的音 頻訊號，而該回授訊號包含該濾波後的音頻訊號與該第二輸入訊號之一運算結果；一第二濾波電路，耦接該訊號處理電路，用來根據一第二濾波係數濾波該回授訊號以產生一第二濾波訊號；一第一乘法電路，耦接該第一濾波電路，用來將該第一濾波訊號乘上一第一倍率，以產生一第一中間訊號；一第二乘法電路，耦接該第二濾波電路，用來將該第二濾波訊號乘上一第二倍率，以產生一第二中間訊號；一第一加法電路，耦接該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來將該第一中間訊號加上該第二中間訊號以產生一噪音消除訊號；以及一第二加法電路，耦接該第一加法電路，用來將該噪音消除訊號加上該音頻訊號以產生該輸出訊號。
  5. 如請求項4之噪音消除電路，其中該訊號處理電路包含：一第三濾波電路，用來濾波該音頻訊號以產生一第三濾波訊號；以及一第三加法電路，耦接該第三濾波電路，用來將該第三濾波訊號從該第二輸入訊號中減去，以產生該回授訊號。
  6. 如請求項5之噪音消除電路，更包含：一倍率更新電路，耦接該第一濾波電路、該第二濾波電路、該訊號處理電路、該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來根據該第一濾波訊號、該第二濾波訊號及該回授訊號更新該第一倍率及該第二倍率；以及 一濾波係數更新電路，耦接該訊號處理電路、該第一濾波電路及該第二濾波電路，用來根據該第一輸入訊號、該回授訊號、該第一倍率及該第二倍率更新該第一濾波係數及該第二濾波係數。
  7. 如請求項5之噪音消除電路，更包含：一第一降低取樣頻率取樣器，用來降頻取樣該第一濾波訊號以產生一第一降頻取樣訊號；一第四濾波電路，耦接該第一降低取樣頻率取樣器，用來濾波該第一降頻取樣訊號以產生一第四濾波訊號；一第二降低取樣頻率取樣器，用來降頻取樣該第二濾波訊號以產生一第二降頻取樣訊號；一第五濾波電路，耦接該第二降低取樣頻率取樣器，用來濾波該第二降頻取樣訊號以產生一第五濾波訊號；一第三降低取樣頻率取樣器，用來降頻取樣該回授訊號以產生一第三降頻取樣訊號；一第六濾波電路，耦接該第三降低取樣頻率取樣器，用來濾波該第三降頻取樣訊號以產生一第六濾波訊號；一第四降低取樣頻率取樣器，用來降頻取樣該第一輸入訊號以產生一第四降頻取樣訊號；一第七濾波電路，耦接該第四降低取樣頻率取樣器，用來濾波該第四降頻取樣訊號以產生一第七濾波訊號；一控制電路，耦接該第四濾波電路、該第五濾波電路、該第三降低取樣頻率取樣器、該第六濾波電路及該第七濾波電路，用來根據該第四 濾波訊號、該第五濾波訊號及該第三降頻取樣訊號產生一第一降頻取樣倍率及一第二降頻取樣倍率，以及根據第六濾波訊號、該第七濾波訊號、該第三降頻取樣訊號、該第一降頻取樣倍率及該第二降頻取樣倍率產生一第一降頻取樣濾波係數及一第二降頻取樣濾波係數；以及一轉換電路，耦接該控制電路，用來將該第一降頻取樣倍率、該第二降頻取樣倍率、該第一降頻取樣濾波係數及該第二降頻取樣濾波係數分別轉換為該第一倍率、該第二倍率、該第一濾波係數及該第二濾波係數。
  8. 如請求項4之噪音消除電路，其中該訊號處理電路包含：一第三濾波電路，用來濾波該音頻訊號以產生一第三濾波訊號；一第三加法電路，耦接該第三濾波電路，用來將該第三濾波訊號從該第二輸入訊號中減去，以產生一第三中間訊號；一第四濾波電路，用來濾波該噪音消除訊號以產生一第四濾波訊號；以及一第四加法電路，耦接該第二濾波電路、該第三加法電路及該第四濾波電路，用來將該第四濾波訊號從該第三中間訊號中減去，以產生該回授訊號。
  9. 如請求項8之噪音消除電路，更包含：一倍率更新電路，耦接該第一濾波電路、該第二濾波電路、該訊號處理電路、該第一乘法電路及該第二乘法電路，用來根據該第一濾波訊 號、該第二濾波訊號及該第三中間訊號更新該第一倍率及該第二倍率；以及一濾波係數更新電路，耦接該訊號處理電路、該第一濾波電路及該第二濾波電路，用來根據該第一輸入訊號、該第三中間訊號、該回授訊號、該第一倍率及該第二倍率更新該第一濾波係數及該第二濾波係數。
  10. 如請求項4之噪音消除電路，其中該第一倍率及該第二倍率之和等於1。
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