自适应噪声抵消装置、减噪系统及收发机
2019-11-22

自适应噪声抵消装置、减噪系统及收发机

已知一种在反馈环路中利用自适应噪声滤波器和自适应串话滤波器以便在主信号输入端和参考输入端抵消相关噪声的所谓交叉耦合自适应噪声抵消装置。已知的交叉耦合ANC不能很满意地工作,特别是不能用于声音噪声抵消。这就会产生类似混响的声音信号,特别是在典型的带有远端噪声源的办公室内。一种交叉耦合自适应噪声抵消装置被设计为具有不同的配置以便产生较好的性能。自适应串话滤波器被分成预滤波器部分和自适应滤波器部分,这些部分使用不同的输入信号。预滤波器部分从噪声抵消装置的输入信号中估计所要的信号,自适应滤波器部分具有连接到噪声抵消装置输出端的输入端,在噪声抵消装置的输入端和输出端之间提供一个延迟部分。在一个实施例中,预滤波器部分和自适应滤波器部分是独立的滤波器。

图1表示根据本发明的自适应噪声抵消装置1的第一实施例的框图,该装置1包括用于输入噪声干扰的模拟信号zz0的主信号输入端2、用于输入模拟参考信号zzi的参考信号输入端3,以及用于输出噪声抵消的模拟信号ss0的信号输出端4。噪声抵消装置1包括自适应噪声滤波器5,其输入端6通过第一减法器7连接到参考信号输入端3,其输出端8连接到第二减法器10的第一输入端9。主信号输入端2连接到第二减法器10的第二输入端11。第二减法器10的输出端12连接到信号输出端4。噪声抵消装置1还包括自适应串话滤波器13,其输入端14连接到信号输出端4,其输出端15连接到第一减法器7的第一输入端16。参考信号输入端3连接到第一减法器7的第二输入端17。噪声干扰的模拟信号zz0通过模数转换器17被抽样以便得到噪声干扰的数字信号z0,模拟参考信号zzi通过模数转换器19被抽样以便得到数字参考信号zi。噪声抵消的模拟信号ss0通过数模转换器20从噪声抵消的数字信号s0得到。噪声干扰的信号zz0可能是会议系统中的语音信号、或汽车中的电话信号等等,受到来自近处或远端噪声源(未表示)的噪声干扰,由麦克风21拾取而来。模拟参考信号zzi可能是来自近处或远端噪声源的噪声信号,由麦克风22拾取而来。输入端2和3处的噪声可能是相关和非相关的噪声。自适应噪声抵消装置1抵消相关噪声,而非相关噪声由后面将要描述的其它装置抵消。特别是在汽车里,相关和非相关噪声都会出现。在给出的实施例中,所有的滤波以及其它操作都是在数字域中的而且噪声抵消装置是在带有处理器、RAM及ROM存储器、并可以适当编程的数字信号处理器中实现的。后面将假设所有信号都是数字,而且为了方便起见当提到信号时忽略“数字”这样的表示。根据本发明,自适应串话滤波器13包括预滤波主信号z0的预滤波器部分23、以及确定预滤波器部分23的系数的自适应滤波器部分24。预滤波器部分的输入端25连接到主信号输入端2,输入端26连接到信号输出端4。噪声抵消装置1还包括第一延迟部分27,被连接在主信号输入端2和第二减法器10的第二输入端11之间,以及第二延迟部分28,被连接在自适应噪声滤波器5的输入端6和自适应串话滤波器13之间,第二延迟部分28的输出端29藉此直接连接到自适应滤波器部分24的输入端30。延迟部分27和28被设计为将它们的输入信号延迟Δ个抽样。自适应噪声滤波器5用其系数wi表示,预滤波器部分23用其系数ws,i表示,自适应滤波器部分24用其系数wsb,i表示。在图1中还表示了在预滤波器23的输出端15处所想要的信号估计ys,i、在自适应滤波器部分24的输出端31处的输出信号ysb,i、以及自适应噪声滤波器5的各个输入信号xi和输出信号y。在第一实施例中,自适应滤波器部分24被设计为将确定的系数无条件地传递到预滤波器部分13。这是因为wsb,i的误差信号是藉使用ws,i的系数计算的。在第一实施例中,不计算输出信号ysb,i,这样降低了计算的复杂性。在时域中,信号通过括号之间的它们的当前抽样K来表示。因为使用了预滤波器部分23,延迟部分27和28可以被引入到交叉耦合的自适应噪声抵消装置1中。因此,输出信号s0以Δ个抽样的延时出现。延迟的输出信号s0被用来产生所要的信号估计ys,i。有了延时Δ,噪声滤波器5可以近似于非因果冲击响应。为了在可能的冲击响应方面不对串话滤波器13做限制,延时Δ由可以被串话滤波器13所近似的冲击响应范围中消除。这是通过将串话滤波器13分成两部分23和24、并分别工作在不同的输入信号即信号z0和s0,来完成的。因此,所想要的信号滤波器成为自适应预滤波器,而自适应是藉使用对所要信号、即s0的估计来完成的,在稳定状态下这个信号是个干净信号,因为噪声分量已经被抵消了。因此可以避免所想要的信号滤波器抵消噪声分量与串话分量。

yi=∑nwixi    (5)其中n=0,1,……,Np-1。在实施例中Np=N。滤波器用图5中所描述的结构实现。从延迟的主输入z0中减去估计y以便产生输出信号s0=z0-y。

Description

自适应噪声抵消装置、减噪系统及收发机

Np,s-抽头滤波器未加以详细表示。

在根据本发明的自适应噪声抵消装置的第一实施例中,第二延迟部分的输出端直接连接到自适应滤波器部分的输入端,而自适应滤波器部分被安排来用于将确定的系数无条件地传递到预滤波器部分。因此,不必计算自适应滤波器部分的输出信号,这样所需的计算量也就减少了。

本发明现在通过举例的方式,参考所附的图来进行描述,其中图1表示根据本发明的自适应噪声抵消装置的第一实施例的框图;图2表示根据本发明的自适应噪声抵消装置的第二实施例的框图;图3表示根据本发明的自适应噪声抵消装置的第三实施例的框图;图4表示后台频域自适应噪声滤波器;图5表示前台时域可编程噪声滤波器;图6表示根据本发明的自适应噪声抵消装置与Zelinski谱扣除的减噪装置的串联装置组合的框图;图7表示根据本发明的减噪系统的实施例;图8表示带有根据本发明的减噪系统的收发机;图9表示第一麦克风阵列结构;以及图10表示第二麦克风阵列结构。

图9表示麦克风阵列100的第一麦克风阵列结构。在这个实施例中,该阵列是空间线性结构而且麦克风21、22、40和50不必是定向性的。麦克风排成一行并且面向扬声器(未表示),箭头AR表示从扬声器指来的方向。麦克风阵列100对于主信号z0包括麦克风21、模数转换器18、可调延迟240以及加法器244等的级联,对于各个参考信号z1,z2和z3,包括麦克风22、40和50、模数转换器19、41和51、可调延迟241、242和243以及减法器245、246和247等的分别的级联。可调延迟240、241、242和243的输出在加法器244中相加。减法器245从可调延迟241的输出信号中减去可调延迟240的输出信号,减法器246从可调延迟242的输出信号中减去可调延迟241的输出信号,而减法器247从可调延迟243的输出信号中减去可调延迟242的输出信号。可调延迟240、241、242和243的调整使得在各输出端处抽样的麦克风信号是在相位上对准的。

图9表示麦克风阵列100的第一麦克风阵列结构。在这个实施例中,该阵列是空间线性结构而且麦克风21、22、40和50不必是定向性的。麦克风排成一行并且面向扬声器(未表示),箭头AR表示从扬声器指来的方向。麦克风阵列100对于主信号z0包括麦克风21、模数转换器18、可调延迟240以及加法器244等的级联,对于各个参考信号z1,z2和z3,包括麦克风22、40和50、模数转换器19、41和51、可调延迟241、242和243以及减法器245、246和247等的分别的级联。可调延迟240、241、242和243的输出在加法器244中相加。减法器245从可调延迟241的输出信号中减去可调延迟240的输出信号,减法器246从可调延迟242的输出信号中减去可调延迟241的输出信号,而减法器247从可调延迟243的输出信号中减去可调延迟242的输出信号。可调延迟240、241、242和243的调整使得在各输出端处抽样的麦克风信号是在相位上对准的。

图2表示根据本发明的自适应噪声抵消装置1的第二实施例的框图。与第一实施例相反,在第二实施例中所想要的滤波器的自适应速率与延时Δ无关。因此,与第一实施例相反,第二实施例对于较大的Δ值也是稳定的。第二实施例因此更适于非稳定响应出现的情况以及长噪声滤波器,例如声音噪声抵消。为了使所想要的滤波器的自适应速率与延时Δ无关,第二延迟部分28的输出端29连接到第三减法器33的第一输入端32,其第二输入端34连接到自适应滤波器部分24的输出端31。第三减法器33的输出端35连接到自适应滤波器部分24的输入端30。自适应滤波器部分24被设计为将确定的系数有条件地传递到预滤波器部分23。因此,自适应滤波器部分24和预滤波器23成为独立的滤波器,自适应滤波器是后台滤波器,而预滤波器是前台滤波器。

图3表示根据本发明的自适应噪声抵消装置1的第三实施例的框图。所示的是一个多参考输入配置,带有如单参考输入的所描述的第:实施例那样的预滤波的自适应噪声抵消。这样的配置对于典型办公室等中的声音噪声抵消的情况特别有用,所想要的信号为语音信号。不用信号下标i,而用下标1,2,n来表示各个抵消分支中的信号,n是整数。在带有四个间隔很近的麦克风的实施例中,n=3。在分支-1中,不同的模块使用相同的参考号,但是信号用参考号-1表示,依次类推。对于分支-2,类似的模块和信号与参考号-1同样表示,即,信号x2,ys,2,ysb,2和z2,以及麦克风40、模数转换器41,具有预滤波器部分43和自适应滤波器部分44的自适应串话滤波器42、延迟部分45、减法器46、减法器48、和自适应噪声滤波器49。对于参考号-n,例如n=3,类似的模块和信号与参考号-1同样表示,即信号xn、ys,n、ysb,n和zn,以及麦克风50、模数转换器51、具有预滤波器部分53和自适应滤波器部分54的自适应串话滤波器52、延迟部分55、减法器56、减法器58、和自适应噪声滤波器59。各个输出信号y1、y2和yn通过加法器60相加以便形成信号y。在带有远端噪声源的典型办公室中的声音噪声抵消的一个应用中,需要自适应噪声滤波器5、49和59覆盖一个时间窗,即这样一个房间混响时间的有效部分,混响时间被定义为反射声场衰减,例如,60dB。已经发现对于具有混响时间0.5秒以及抽样率为8KHz的房间,具有1024个抽头的自适应噪声滤波器实现大约15dB的噪声抵消。在实施例中,自适应噪声滤波器作为所描述的前台-后台配置中的频域自适应滤波器来实现。在声音噪声抵消中,串话滤波器13、42和52是非常短的。这是因为串话成分是由与间隔很近的麦克风的距离很近的扬声器产生的。在实施例中,串话滤波器13、42和52用归一化的LMS(Least-Mean-Square最小均方)自适应滤波器来实现。