專利名稱：用于魯棒反饋通道估計(jì)的頻譜內(nèi)容修改的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如助聽器的聽音裝置中的反饋抵消。本發(fā)明尤其涉 及用于根據(jù)用戶的需要將輸入聲音處理為輸出聲音的聽音裝置。
本發(fā)明還涉及抵消聽音裝置中聲反饋的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù) 本發(fā)明的聽音裝置的使用。
本發(fā)明例如在易聲反饋的聽音裝置等應(yīng)用中可能是有用的，如助 聽器、頭戴式耳機(jī)或者有源耳塞。
背景技術(shù)：
以下對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說明涉及本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域之一的助聽器。 在助聽器中的反饋抵消系統(tǒng)中，希望輸出信號(hào)(即，接收器信號(hào))
u(n)與目標(biāo)輸入信號(hào)x(n)不相關(guān)。在此情況下，用于更新反饋抵消濾 波器參數(shù)的算法典型地在取得該算法的理論條件下操作，并且該反饋 抵消系統(tǒng)的性能可以是好的。然而，不幸的是，在助聽器應(yīng)用中，輸 出信號(hào)和輸入信號(hào)典型地不是不相關(guān)的，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)實(shí)際上是輸入 信號(hào)的延遲的(并且處理過的)形式；結(jié)果輸入信號(hào)中的自相關(guān)導(dǎo)致 輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的相關(guān)性。如果這兩個(gè)信號(hào)之間存在相關(guān) 性，則反饋抵消濾波器將不僅減小反饋的影響，而且還將去除輸入信 號(hào)的成份，導(dǎo)致信號(hào)失真以及可理解性(輸入信號(hào)是語音的情況下) 和聲音質(zhì)量(音頻輸入信號(hào)的情況下)的潛在損失。
得到與輸入信號(hào)不相關(guān)的輸出信號(hào)的傳統(tǒng)方式是通過使用探針 噪聲，其中與輸入信號(hào)不相關(guān)的依賴信號(hào)的噪聲源被添加到輸出信 號(hào)。盡管探針噪聲技術(shù)原則上可以減小自相關(guān)問題，但是也許多缺點(diǎn)， 使得這些技術(shù)不夠理想。首先，該探針噪聲必須被插入為使得理想上 它被原始輸出信號(hào)完全掩蔽，并且因此收聽者聽不到它。這又意味著 與輸入信號(hào)相比探針噪聲水平是非常低的，導(dǎo)致低"探針噪聲-干擾
5比"，其中"干擾"在此語境下是沖擊傳聲器的目標(biāo)信號(hào)，例如，語 音/音頻等。其結(jié)果是較大的反饋通路估計(jì)差異和/或長的適應(yīng)時(shí)間。 此外，利用探針噪聲技術(shù)，自適應(yīng)反饋抵消濾波器系數(shù)典型地只基于 探針噪聲進(jìn)行估計(jì)，但是忽略了原始輸出信號(hào)中潛在有用的信號(hào)成 份，導(dǎo)致自適應(yīng)系統(tǒng)不必要不良工作條件。
WO 2007/006658 Al描述了一種用于合成聽音裝置的音頻輸入信 號(hào)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括用于去除所選頻帶的濾波器單元、用于 基于濾波后的信號(hào)合成所選頻帶從而生成合成信號(hào)的合成器單元、用 于組合濾波后的信號(hào)和合成后的信號(hào)以生成組合信號(hào)的組合器單元。

發(fā)明內(nèi)容
與探針噪聲技術(shù)類似，所提出的方案的目的是要處理輸出信號(hào)以 得到基本上與輸入信號(hào)不相關(guān)的(或者至少與未修改的輸出信號(hào)相比 較小相關(guān)的)信號(hào)成份，并且該信號(hào)成份隨后可被自適應(yīng)系統(tǒng)使用， 以更好地估計(jì)反饋通道。作為探針噪聲的替換方案(或者除了探針噪 聲之外的另一種方案)，我們提出使用以下基于頻譜內(nèi)容修改的方案
(例如，頻譜帶替代)。
術(shù)語"基本上不相關(guān)或者至少與未修改的輸出信號(hào)相比較小相 關(guān)"在本語境中是指根據(jù)本發(fā)明己處理輸出信號(hào)與未修改的輸出信號(hào)
(即，沒有經(jīng)過本發(fā)明所提出的處理的輸出信號(hào))相比與輸入信號(hào)較 小相關(guān)。
雖然探針噪聲技術(shù)可以采用人體聽覺系統(tǒng)的同時(shí)掩蔽作用并且 只允許在每個(gè)頻譜帶中插入相對(duì)低水平的噪聲(典型地比掩蔽信號(hào)低 15-25 dB)，但是我們?cè)诖颂岢隼缬门c輸入信號(hào)中相同的時(shí)間-頻區(qū) 基本不相關(guān)的合成復(fù)制(synthetic replica)完全代替原始信號(hào)的整個(gè)時(shí) 間-頻率塊(tile)。類似的技術(shù)已經(jīng)在音頻編碼中采用，其中通過復(fù)制 低頻帶(頻譜帶復(fù)制)合成高頻率信號(hào)區(qū)。這樣，所提出的頻譜內(nèi)容 修改方案采用了對(duì)于一些信號(hào)區(qū)聽覺系統(tǒng)對(duì)每個(gè)臨界帶內(nèi)的特定能 量分布不敏感這一事實(shí)。原則上，被替換的時(shí)間-頻率塊越多，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間剩余的相關(guān)性越小，并且自適應(yīng)反饋抵消系統(tǒng)的
工作條件越好。然而，不是輸出信號(hào)的所有頻譜帶始終都可以替換；
理想地，應(yīng)該只替換其替換感覺上與原始信號(hào)不能區(qū)分的時(shí)間-頻區(qū)。 這可以通過使用基于人體聽覺系統(tǒng)模型的失真測(cè)量來實(shí)現(xiàn)。利用該測(cè) 量，原則上可以確定收聽者能夠在原始信號(hào)和復(fù)制之間區(qū)分到什么程 度。
本發(fā)明的目的是提供一種用于聽音裝置中反饋估計(jì)的替換方案。 通過所附權(quán)利要求中描述的以及下面描述的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的目的。
通過一種用于根據(jù)用戶的需要將輸入聲音處理為輸出聲音的聽 音裝置來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。該聽音裝置包括
輸入變換器，用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)，以及 輸出變換器，用于將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音， 在輸入變換器和輸出變換器之間定義的正向通路，該正向通路包 括信號(hào)處理單元，該信號(hào)處理單元適于以包括連續(xù)時(shí)幀的時(shí)間-頻率 表示處理源自所述電輸入信號(hào)的信號(hào)處理單元輸入信號(hào)，每個(gè)時(shí)幀包 括該時(shí)幀中的信號(hào)的頻譜，該信號(hào)處理單元定義所述正向通路的輸入 側(cè)和輸出側(cè)，并且包括
頻譜內(nèi)容修改單元，其適于修改指定時(shí)幀的頻譜的一個(gè)或多個(gè)區(qū) 的信號(hào)的值，使得與未修改的輸出信號(hào)相比修改后的值與輸入信號(hào)的 對(duì)應(yīng)時(shí)間-頻區(qū)較小相關(guān)，從而提供改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)，以及
從所述輸出側(cè)到所述輸入側(cè)的反饋環(huán)，其包括反饋通路估計(jì)單 元，用于估計(jì)從所述輸出變換器到所述輸入變換器的聲反饋的影響， 其中該反饋通路估計(jì)單元適于在估計(jì)中使用所述改進(jìn)的已處理輸出 信號(hào)。
這具有提供反饋通路估計(jì)的更好精度對(duì)跟蹤速度折中的優(yōu)點(diǎn)。 在一個(gè)具體實(shí)施例中，該系統(tǒng)適于使得用戶感覺不到在所述改進(jìn) 的已處理輸出信號(hào)中引入的修改。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述反饋通路估計(jì)單元包括自適應(yīng)反饋抵消(adaptive feedback cancellation, FBC)濾波器，該濾波器包括用 于提供特定傳遞函數(shù)的可變?yōu)V波器部分和用于更新該可變?yōu)V波器部 分的傳遞函數(shù)的更新算法部分，該更新算法部分分別從正向通路的輸 入側(cè)和輸出側(cè)接收第一和第二更新算法輸入信號(hào)，其中第二更新算法 輸入信號(hào)是改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述正向通路包括用于將所述電輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字時(shí)間-頻率輸入信號(hào)的AD和TF轉(zhuǎn)換單元，該數(shù)字時(shí)間-頻 率輸入信號(hào)包括代表預(yù)定的時(shí)間步長t。內(nèi)的輸入信號(hào)的頻譜的TF。幀， 每個(gè)TFn幀包括所述輸入信號(hào)、幅值和相位的數(shù)字化值的TF，塊，每 個(gè)TF,塊對(duì)應(yīng)于與AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的特定時(shí)間步長(時(shí)幀，例如，對(duì)應(yīng) 于數(shù)字化輸入信號(hào)的預(yù)定數(shù)量的連續(xù)樣本，例如，20個(gè)樣本、100個(gè) 樣本或者更多)和時(shí)間到頻率轉(zhuǎn)換的特定頻率步長，從而產(chǎn)生對(duì)該單 元的輸入信號(hào)的時(shí)間頻率圖。典型地，從時(shí)域信號(hào)產(chǎn)生TF塊的時(shí)間-頻率映射是通過例如使用快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)技術(shù)對(duì)連續(xù)(并且通常重疊的)時(shí)幀的輸入信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換 或者通過在濾波器庫中濾波輸入信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。以時(shí)間-頻率域操作 的優(yōu)點(diǎn)是雙重的。首先，在該域中最容易利用聽覺特征，特別是同時(shí) 掩蔽作用。其次，典型輸入信號(hào)的特征是使得所提出的噪聲替代在較 高頻頻通常(但不總是)不易察覺。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于人體聽覺
系統(tǒng)模型修改信號(hào)的頻譜內(nèi)容。更具體來說，所述人體聽覺系統(tǒng)模型 能夠比較信號(hào)段、基準(zhǔn)信號(hào)和修改后的信號(hào)，并判斷與基準(zhǔn)信號(hào)相比 在修改后的信號(hào)中引入的變化是否可察覺。在本語境中，基準(zhǔn)信號(hào)是 原始的、未修改的信號(hào)，而修改后的信號(hào)是在一個(gè)或多個(gè)子帶中具有 替換的噪聲的原始信號(hào)?？紤]這兩個(gè)信號(hào)，參考所述感知模型并判斷 插入該噪聲在感知上是否可以接受。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，針對(duì)聽音裝置的特定目標(biāo)用戶定制該人體 聽覺系統(tǒng)模型。該模型的"個(gè)性化"例如可以在安裝期間例如由聽覺 病矯治專家進(jìn)行。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于信號(hào)的原 始的-可能按比例確定的-內(nèi)容與-可能按比例確定的-"源"頻區(qū)的源 頻譜內(nèi)容的組合修改信號(hào)的"目標(biāo)"頻區(qū)的頻譜內(nèi)容。在一個(gè)實(shí)施例 中，目標(biāo)頻區(qū)i的修改后的頻譜內(nèi)容Ti，d(f)是原始目標(biāo)頻區(qū)i的內(nèi)容Ti(f) 和源頻區(qū)j的內(nèi)容Sj(f)的線性組合，即Ti,m。d(^^Wt叮i(f) + W,Sj(f)，其 中Wt和Ws是比例(權(quán)重)因素。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于用來自 "源"頻區(qū)的-可能按比例確定的-源頻譜內(nèi)容替換信號(hào)原始內(nèi)容來修 改信號(hào)的"目標(biāo)"頻區(qū)的頻譜內(nèi)容。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于頻譜帶復(fù) 制修改時(shí)幀的目標(biāo)頻區(qū)的頻譜內(nèi)容，其中通過復(fù)制相對(duì)低頻區(qū)合成相 對(duì)高頻區(qū)。為此使用的標(biāo)準(zhǔn)可以例如是如上所述的參考所述感知模 型以判斷通過該替換引入的感知失真是否可以接受。從所討論信號(hào)的 其它頻譜區(qū)復(fù)制內(nèi)容(而不是從合成源插入噪聲，見下)的潛在優(yōu)點(diǎn)
是它可以替換更多的區(qū)(例如，TF塊)而不會(huì)引入感知失真。在一個(gè)
具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于適當(dāng)帶通濾波的并按
比例確定的白噪聲替換頻區(qū)(例如，TF塊)的頻譜內(nèi)容。這樣做的優(yōu) 點(diǎn)是保證所引入的噪聲與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)頻區(qū)(例如，TF塊)完全不 相關(guān)(在以頻譜復(fù)制操作的其它實(shí)施例中，原則上所討論的區(qū)(TF 塊)不能完全不相關(guān))。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于時(shí)幀的目 標(biāo)頻區(qū)的相位譜的隨機(jī)化修改該區(qū)的頻譜內(nèi)容，同時(shí)保持該區(qū)的幅 譜。在HA的正向通路施加增益以補(bǔ)償子帶中的聽力損失的情況下這 將是一種優(yōu)點(diǎn)。通過相位隨機(jī)化方法，正向通路的子帶濾波被簡單地 再使用，這導(dǎo)致執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)/計(jì)算復(fù)雜性的降低。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于來自頻譜 相鄰區(qū)的源頻譜內(nèi)容修改時(shí)幀的目標(biāo)頻區(qū)的頻譜內(nèi)容。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修改單元適于基于來自同一 區(qū)的但是選自另一個(gè)輸入變換器的源頻譜內(nèi)容修改時(shí)幀的頻區(qū)的頻
9譜內(nèi)容，所述另一個(gè)輸入變換器位于同一聽音裝置中或者位于另一個(gè) 空間上分開的裝置中，例如，對(duì)應(yīng)的聽音裝置(例如在助聽器的情況 下，在同一助聽器中或者在相對(duì)耳朵的助聽器中)。與插入適當(dāng)濾波
后的噪聲的情況相比，該方法可具有能夠替換更多的頻區(qū)(例如，TF
塊)而不引入感知偽跡的期望效果。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，目標(biāo)頻區(qū)和/或源頻區(qū)分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)的 時(shí)間頻率圖的目標(biāo)塊和源塊。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頻譜內(nèi)容修
改單元適于基于目標(biāo)TF塊的原始內(nèi)容和源TF塊的合成頻譜內(nèi)容之間 的(例如線性的)組合修改或替換目標(biāo)TF塊的頻譜內(nèi)容。這樣可以在 感知質(zhì)量和不相關(guān)之間實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼壑?。特別地，原始TF塊可以用其 本身與適當(dāng)濾波后的噪聲序列的線性組合替換。當(dāng)該線性組合的噪聲 部分高時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)TF塊的高度不相關(guān)性，但是所插 入的噪聲在感覺上可以察覺，這導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述聽音裝置包括自適應(yīng)速度控制器 (Adaptation Speed Controller)單元，用于根據(jù)來自頻譜修改單元的控制 信號(hào)控制自適應(yīng)FBC濾波器適應(yīng)其輸入信號(hào)中的變化的速度。如果在 具體的頻區(qū)中噪聲已經(jīng)被替換，則知道在該頻區(qū)中接收器(輸出)信 號(hào)和輸入信號(hào)將不相關(guān)。這又意味著在所討論的頻區(qū)中典型地通過增 加在NLMS類型的算法中通常由"表示的步長參數(shù)可以使自適應(yīng)算 法收斂得更快(這需要例如子帶版本的NLMS設(shè)置或成形濾波器)。 其積極結(jié)果是與別的方式相比可以更快地跟蹤實(shí)際反饋通路中的變 化。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述聽音裝置是用于使聲輸入信號(hào)適應(yīng)用 戶需要的聽力設(shè)備、頭戴式耳機(jī)、頭戴式受話器、有源耳塞。
本發(fā)明還提供一種減小聽音裝置中聲反饋的方法，該方法包括 將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)，
提供用于以多個(gè)頻帶處理輸入信號(hào)的正向通路，并提供已處理輸 出信號(hào)的時(shí)間頻率圖，所述正向通路的輸入側(cè)和輸出側(cè)被分別定義為 在處理之前和處理之后，以及
10提供用于以時(shí)間-頻率表示處理源自所述電輸入信號(hào)的輸入信號(hào) 的正向通路，包括
提供連續(xù)時(shí)幀，每個(gè)時(shí)幀包括該時(shí)幀中的輸入信號(hào)的頻譜，
修改指定時(shí)幀的頻譜的一個(gè)或多個(gè)區(qū)的信號(hào)的值，使得與未修改 的輸出信號(hào)相比修改后的值與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)時(shí)間-頻區(qū)較小相關(guān)， 從而提供改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)，
將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音，以及
提供包括反饋通路估計(jì)單元的反饋環(huán)，用于估計(jì)從輸出變換器到 輸入變換器的聲反饋的影響，
提供在反饋估計(jì)中使用改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。
該方法與上述聽音裝置具有相同的優(yōu)點(diǎn)。意圖是可以將該方法與 針對(duì)該裝置描述的相同特征結(jié)合(適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的動(dòng)作)。
上述系統(tǒng)和方法的至少一些特征可以用軟件來實(shí)現(xiàn)，并且完全或 部分地在聽力設(shè)備的信號(hào)處理單元上通過執(zhí)行信號(hào)處理器可執(zhí)行的 指令來完成。這些指令可以是經(jīng)由(可能是無線的)網(wǎng)絡(luò)加載在聽力
設(shè)備或另一裝置中的例如RAM或ROM等存儲(chǔ)器中的程序代碼。作為 選擇，所描述的特征可以硬件而不是軟件來實(shí)現(xiàn)，或者通過硬件與軟 件結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明還提供在"具體實(shí)施方式
"部分和權(quán)利要求中描述的上述 聽音裝置的使用。在用于使聲輸入信號(hào)適應(yīng)用戶需要的聽力設(shè)備、頭 戴式耳機(jī)、頭戴式受話器、有源耳塞中提供使用。
在另一方面，本發(fā)明還提供用于在聽音裝置的信號(hào)處理器上運(yùn)行 的軟件程序。當(dāng)在信號(hào)處理器上執(zhí)行實(shí)現(xiàn)在"具體實(shí)施方式
"中和權(quán) 利要求中詳細(xì)說明的上述方法的至少一些步驟的軟件程序時(shí)，提供了 特別適于數(shù)字助聽器的解決方案。
在另一方面，本發(fā)明還提供其上存儲(chǔ)有指令的介質(zhì)。當(dāng)被執(zhí)行時(shí)， 這些指令使在"具體實(shí)施方式
"中和權(quán)利要求中詳細(xì)說明的上述聽音 裝置的信號(hào)處理器執(zhí)行在"具體實(shí)施方式
"中和權(quán)利要求中詳細(xì)說明 的上述方法的至少一些步驟。在從屬權(quán)利要求中和本發(fā)明的詳細(xì)說明中限定的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明的其它目的。
除非特別強(qiáng)調(diào)，否則當(dāng)在本文中使用單數(shù)形式"一個(gè)"、"該"時(shí)， 也意圖包括復(fù)數(shù)形式(即，具有"至少一個(gè)"的意思)。還應(yīng)該理解， 當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語"包括"、"包含"時(shí)，表示存在所述特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件和/或成份，但是不排除存在或附加一個(gè)或 多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、成份和/或它們的組。應(yīng) 該理解，當(dāng)提到一元件"連接"或"耦合"到其它元件時(shí)，除非特別 強(qiáng)調(diào)，否則它可以直接連接或耦合到該其它元件，或者存在中間元件。 此外，在本文中使用的"連接"或"耦合"可以包括無線連接或耦合。 當(dāng)在本文中使用術(shù)語"和/或"時(shí)，它包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目 的任何一個(gè)或所有組合。除非特別說明，否則不必按所公開的確切順 序執(zhí)行本文所公開的任何方法的步驟。


下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖更充分地解釋本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聽力設(shè)備。
該圖是示意性的并且為了清晰而簡化了 ，它僅示出了對(duì)理解本發(fā) 明重要的細(xì)節(jié)，而省略了其它細(xì)節(jié)。
從下文中給出的詳細(xì)說明，本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍將變得明 顯。然而，應(yīng)該理解，該詳細(xì)說明和特定例子盡管表明了本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例，但是它們僅是為了舉例而給出的，因?yàn)閷?duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，通過該詳細(xì)說明，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修 改將是顯而易見的。
具體實(shí)施例方式
所提出的方案在一般的意義上它支持任何類型的頻譜內(nèi)容的修 改，例如，適當(dāng)?shù)剡^濾白噪聲序列，或者使指定的頻帶中的相位譜隨
機(jī)化(同時(shí)保持幅譜)，即知覺噪聲替代(perceptual noise substitution),從相鄰的頻帶復(fù)制并按比例確定頻譜內(nèi)容，即譜帶復(fù)制(spectral band replication),從同一頻帶但是從(同一助聽器中的或者相對(duì)耳朵的助 聽器中的)另一個(gè)傳聲器復(fù)制并按比例確定頻譜內(nèi)容等。
圖1以聽音裝置10的形式(此處為聽力設(shè)備)示出了所提出的方 案，該聽音裝置包括用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電(數(shù)字化的)輸入信號(hào) 21的傳聲器2 (圖l中的Micl)、用于將(電)改進(jìn)的已處理輸出信號(hào) 72轉(zhuǎn)換為輸出聲音的接收器4、在它們之間定義的包括信號(hào)處理單元3 (處理單元(正向通路)塊)的正向通路。在圖1中數(shù)字輸入信號(hào)21 表示為y(n^x(n)+v(n)，其中n是幀的編號(hào)，每幀包括代表一個(gè)時(shí)幀中 隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)的多個(gè)樣本值，每一幀的值的個(gè)數(shù)取決于采樣 頻率和時(shí)幀長度，x(n)代表期望(目標(biāo))信號(hào)，v(n)代表(非故意的) 反饋信號(hào)。在圖l中改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)72表示為u(n)，其也表明了 輸出(和"基準(zhǔn)")信號(hào)的基于數(shù)字幀的表示。信號(hào)處理單元3適于提 供針對(duì)用戶的具體需要定制的依賴于頻率的增益，輸入到信號(hào)處理單 元的(反饋修正后的)信號(hào)91被分成多個(gè)頻帶，以及提供已處理輸出 信號(hào)的時(shí)間-頻率圖。正向通路還包括SCM單元7 (Spectral Content Modification block，頻譜內(nèi)容修改塊)，用于用與輸入信號(hào)x(n)中的同一 時(shí)間-頻區(qū)關(guān)聯(lián)較小的(基于人體聽覺系統(tǒng)模型的)合成復(fù)制(synthetic replica)完全代替原始信號(hào)的全部時(shí)間-頻率塊(tile)并提供改進(jìn)的已處 理輸出信號(hào)72。聽力設(shè)備l還包括內(nèi)部反饋環(huán)，該內(nèi)部反饋環(huán)包括用 于估計(jì)從接收器4到傳聲器2的聲反饋(圖l中的反饋通道)的可變?yōu)V 波器5?？勺?yōu)V波器5在此以自適應(yīng)濾波器51的形式示出(自適應(yīng)濾波 器塊)，其濾波特征可以由自適應(yīng)濾波算法52 (自適應(yīng)算法(例如， Subband (子帶)、NLMS、 RLS)塊)定制。SCM單元7的改進(jìn)的已 處理輸出信號(hào)72被用作接收器4的輸入以及可變?yōu)V波器(濾波器部分 51和算法部分52)的"基準(zhǔn)信號(hào)"?？勺?yōu)V波器5的濾波器部分51的輸 出511在相加單元9中與來自傳聲器2的電輸入信號(hào)21相加以提供反饋 修正后的輸入信號(hào)91。作為結(jié)果的"錯(cuò)誤"信號(hào)被用作信號(hào)處理單元 3和可變?yōu)V波器5的算法部分52的輸入。該聽力設(shè)備還包括自適應(yīng)速度控制器(adaptation speed controller, ASC)單元8 (自適應(yīng)速度控制器 塊)，用于接收來自SCM單元7的輸入72并將(二次)輸入81提供給可 變?yōu)V波器5的算法部分52。自適應(yīng)速度控制器單元8適于控制自適應(yīng)濾 波器適應(yīng)輸入變化的速度，根據(jù)頻譜修改單元控制該速度。
例如在Prentice Hall出版社出版的Signal Processing Series中P.P. Vaidyanathan所著的"Multirate Systems and Filter Banks"中描述了時(shí)間 -頻率圖。
例如在John Wiley & Sons出版社于2003年出飯的出版號(hào)為ISBN 0-471-5 46126-l的Ali H. Sayed所著的Fundamentals of Adaptive Filtering (參見例如第5章關(guān)于Stochastic-Gradient算法，212-280頁)， 或者在Prentice Hall出版社于1996年出版的出版號(hào)為ISBN 0-13-322760-X的Simon Haykin所著的Adaptive Filter Theory，第3版(參 見例如第3部分關(guān)于Linear Adaptive Filtering,第8-17章，338-770頁) 中描述了自適應(yīng)濾波器和適當(dāng)?shù)乃惴ā?br> 例如在Springer出版社于2007年出版的出版號(hào)為ISBN 10 3-540-23159-5的H Hastl, E. Zwicker所著的Psychoacoustics, Facts and Models,第3版(參見例如第4章關(guān)于'Masking'， 61-110頁和第7.5章 關(guān)于'Models for Just-Noticeable Variations' ， 194-202頁)中討論了人體 聽覺系統(tǒng)的心理-聲學(xué)模型。心理-聲學(xué)模型的特殊例子是2008年5 月在荷蘭阿姆斯特丹舉行的聲頻工程協(xié)會(huì)第124屆大會(huì)的論文集中 Van de Par等所著的"A new perceptual model for audio coding based on spectro-temporal masking"。
所提出的方法的核心在于基于聽覺系統(tǒng)模型的知覺畸變測(cè)量?？?慮受損聽覺系統(tǒng)的模型，可以考慮到受損聽覺系統(tǒng)的減小的察覺能 力，因此可以實(shí)現(xiàn)較小相關(guān)的輸出信號(hào)，而對(duì)于未受損的收聽者該輸 出信號(hào)可能相關(guān)較大。另一個(gè)可能是用更個(gè)人化的聽覺系統(tǒng)代替一般 性的聽覺系統(tǒng)，并且以這種方式提供針對(duì)特定助聽器用戶的解決方 案。
所提出的設(shè)置可以有幾種推廣。例如，代替導(dǎo)致非此即彼決定的用合成的時(shí)間-頻率塊完全代替原始的時(shí)間-頻率塊，可以考慮例如原 始?jí)K和合成塊之間的線性組合，即，僅部分替換原始時(shí)間-頻率塊的 解決方案。
一般來說，對(duì)于從接收器輸出的指定的信號(hào)幀，我們希望插入盡 可能多的"噪聲"以實(shí)現(xiàn)與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)頻區(qū)最大的不相關(guān)，但是 具有所插入的聲音應(yīng)該是聽不見的限制(即使對(duì)于正常聽力也可以插 入聽不見的噪聲這一事實(shí)是從人體聽覺系統(tǒng)的掩蔽特性得到的，并且
該事實(shí)在音頻編碼領(lǐng)域中被大量采用，例如MPEG3等)。原則上，在 指定的幀中插入噪聲的過程是"嘗試"過程，其中知覺模型將幾個(gè)注 入噪聲的候選幀與原始信號(hào)幀相比較，并且確定該噪聲可以察覺到什 么程度。對(duì)幾個(gè)注入噪聲的候選幀以系統(tǒng)的方式重復(fù)該過程可以找到 聽不見的注入噪聲最多的幀。然后該幀將是通過D/A轉(zhuǎn)換器和接收器 輸出的幀。選擇具體的頻帶作為噪聲注入的候選完全不是關(guān)鍵的如 果所注入的噪聲證實(shí)是可聽見的，那么知覺模型會(huì)察覺到它，并且不 插入該噪聲。然而，從復(fù)雜性觀點(diǎn)來看，選擇噪聲注入很可能成功的 候選頻帶可能是有意義的；這可以例如是相對(duì)高頻區(qū)。知道哪些頻區(qū) 已經(jīng)被噪聲代替允許"自適應(yīng)速度控制器"向"自適應(yīng)算法"發(fā)信號(hào)， 在該頻區(qū)內(nèi)可以提高收斂速度。
本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求的特征限定。在從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu) 選實(shí)施例。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)號(hào)都不意圖限制其范圍。
前面已經(jīng)示出了一些優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不 局限于這些優(yōu)選實(shí)施例，在所附權(quán)利要求中限定的主題內(nèi)可以用其它 方式體現(xiàn)本發(fā)明。例如，所例舉的實(shí)施例示出包含單個(gè)傳聲器。其它 實(shí)施例可以包含包括兩個(gè)或更多個(gè)傳聲器的傳聲器系統(tǒng)，并且該傳聲 器系統(tǒng)可以包括用于從由這兩個(gè)或更多個(gè)傳聲器拾取的信號(hào)中提取 方向信息的裝置。
參考文獻(xiàn)
□ WO 2007/006658 Al (OTICON) 18-01-2007□ P.P. Vaidyanathan, Multirate Systems and Filter Banks, Prentice Hall Signal Processing Series, 1993.
□ Ali H. Sayed, Fundamentals of Adaptive Filtering, John Wiley & Sons, 2003， ISBN 0-471-5 46126-1
□ Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall， 3rd edition, 1996, ISBN 0-13-322760-X
□ H Hastl, E. Zwicker, Psychoacoustics, Facts and Models, 3rd edition, Springer, 2007， ISBN 10 3-540-23159-5.
□ Van de Par et. al.， A new perceptual model for audio coding based on spectro-temporal masking, Proceedings of the Audio Engineering Society 124th Convention, Amsterdam, The Netherlands, May 2008.
1權(quán)利要求
1.用于根據(jù)用戶的需要將輸入聲音處理為輸出聲音的聽音裝置，該聽音裝置包括輸入變換器，用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)，以及輸出變換器，用于將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音，形成在所述輸入變換器和所述輸出變換器之間的正向通路，該正向通路包括信號(hào)處理單元，該信號(hào)處理單元適于以包括連續(xù)時(shí)幀的時(shí)間-頻率表示處理源自所述電輸入信號(hào)的信號(hào)處理單元輸入信號(hào)，每個(gè)時(shí)幀包括所涉及時(shí)幀中的信號(hào)的頻譜，所述信號(hào)處理單元定義所述正向通路的輸入側(cè)和輸出側(cè)，并且包括頻譜內(nèi)容修改單元，其適于修改指定時(shí)幀的頻譜的一個(gè)或多個(gè)區(qū)的信號(hào)的值，使得與未修改的輸出信號(hào)相比修改后的值與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)時(shí)間-頻區(qū)較小相關(guān)，從而提供改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)，以及從所述輸出側(cè)到所述輸入側(cè)的反饋環(huán)，其包括反饋通路估計(jì)單元，用于估計(jì)從所述輸出變換器到所述輸入變換器的聲反饋的影響，其中所述反饋通路估計(jì)單元適于在該估計(jì)中使用所述改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聽音裝置，其中所述系統(tǒng)適于使得所述 用戶感覺不到在所述改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)中引入的修改。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聽音裝置，其中所述反饋通路估計(jì)單元包括自適應(yīng)FBC濾波器，該濾波器包括用于提供特定傳遞函數(shù)的可變?yōu)V波器部分和用于更新該可變?yōu)V波器部分的傳遞函數(shù)的更新算法部 分，該更新算法部分分別從所述正向通路的所述輸入側(cè)和所述輸出側(cè) 接收第一和第二更新算法輸入信號(hào)，其中所述第二更新算法輸入信號(hào) 是所述改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聽音裝置，其中所述正向通路包括用于 將所述電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字時(shí)間-頻率輸入信號(hào)的AD和TF轉(zhuǎn)換單 元，該數(shù)字時(shí)間-頻率輸入信號(hào)包括代表預(yù)定的時(shí)間步長tn內(nèi)的輸入信號(hào)的頻譜的TFn幀，每個(gè)TF。幀包括輸入信號(hào)、幅值和相位的數(shù)字化值 的TF，塊，每個(gè)TF。，m塊對(duì)應(yīng)于與AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的特定時(shí)間步長和與TF 轉(zhuǎn)換相關(guān)的特定頻率步長，從而產(chǎn)生對(duì)該單元的輸入信號(hào)的時(shí)間頻率 圖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單元 適于基于人體聽覺系統(tǒng)模型修改信號(hào)的頻譜內(nèi)容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聽音裝置，其中針對(duì)所述聽音裝置的特 定目標(biāo)用戶定制該人體聽覺系統(tǒng)模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單元 適于基于信號(hào)的原始的-可能按比例確定的-內(nèi)容與-可能按比例確定 的-"源"頻區(qū)的源頻譜內(nèi)容的組合修改信號(hào)的"目標(biāo)"頻區(qū)的頻譜 內(nèi)容。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單元 適于基于用來自"源"頻區(qū)的-可能按比例確定的-源頻譜內(nèi)容替換信 號(hào)原始內(nèi)容來修改信號(hào)的"目標(biāo)"頻區(qū)的頻譜內(nèi)容。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改 單元適于基于頻譜帶復(fù)制修改時(shí)幀的目標(biāo)頻區(qū)的頻譜內(nèi)容，其中通過 復(fù)制相對(duì)低頻區(qū)合成相對(duì)高頻區(qū)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單 元適于基于時(shí)幀的目標(biāo)頻區(qū)的相位譜的隨機(jī)化修改該區(qū)的頻譜內(nèi)容， 同時(shí)保持該區(qū)的幅譜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單 元適于基于來自相鄰區(qū)的源頻譜內(nèi)容修改時(shí)幀的目標(biāo)頻區(qū)的頻譜內(nèi) 容。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的聽音裝置，其中所述頻譜內(nèi)容修改單 元適于基于來自同一區(qū)的但是選自另一個(gè)輸入變換器的源頻譜內(nèi)容 修改時(shí)幀的頻區(qū)的頻譜內(nèi)容，所述另一個(gè)輸入變換器位于同一聽音裝 置中或者位于另一個(gè)空間上分開的裝置中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的聽音裝置，其中目標(biāo)頻區(qū)和/或源頻區(qū)分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)的時(shí)間頻率圖的目標(biāo)塊和源塊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的聽音裝置，包括自適應(yīng)速度控制器單 元，用于根據(jù)來自所述頻譜修改單元的控制信號(hào)控制所述自適應(yīng)FBC 濾波器適應(yīng)其輸入信號(hào)中的變化的速度。
15. —種減小聽音裝置中聲反饋的方法，該方法包括-將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)，提供用于以多個(gè)頻帶處理輸入信號(hào)的正向通路，并提供已處理輸 出信號(hào)的時(shí)間頻率圖，所述正向通路的輸入側(cè)和輸出側(cè)被分別定義為 在處理之前和處理之后，以及提供用于以時(shí)間-頻率表示處理源自所述電輸入信號(hào)的輸入信號(hào) 的正向通路，包括提供連續(xù)時(shí)幀，每個(gè)時(shí)幀包括該時(shí)幀中的輸入信號(hào)的頻譜，修改指定時(shí)幀的頻譜的一個(gè)或多個(gè)區(qū)的信號(hào)的值，使得與未修改 的輸出信號(hào)相比修改后的值與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)時(shí)間-頻區(qū)較小相關(guān)， 從而提供改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)，將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音，以及提供包括反饋通路估計(jì)單元的反饋環(huán)，用于估計(jì)從輸出變換器到 輸入變換器的聲反饋的影響，在反饋估計(jì)中使用所述改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于魯棒反饋通道估計(jì)的頻譜內(nèi)容修改，其涉及用于根據(jù)用戶的需要將輸入聲音處理成輸出聲音的聽音裝置。聽音裝置包括輸入變換器和輸出變換器、形成在輸入轉(zhuǎn)換器和該輸出轉(zhuǎn)換器之間的正向通路、及反饋環(huán)，該反饋環(huán)包括用于估計(jì)從所述輸出變換器到所述輸入變換器的聲反饋的效果的反饋通路估計(jì)單元，其中該反饋通路估計(jì)單元適于在估計(jì)中使用所述改進(jìn)的已處理輸出信號(hào)。本發(fā)明具有提供反饋通路估計(jì)的較好精度對(duì)跟蹤速度折中的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04R3/00GK101635872SQ20091016081
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者托馬斯·伯·埃爾梅迪布, 杰斯珀·延森 申請(qǐng)人:奧迪康有限公司