CN102265334B - 显著静默时段期间的可变噪声掩蔽 - Google Patents
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Abstract
公开了用于掩蔽音频噪声的方法和系统。一种装置包括静默检测器，其被配置为检测音频信号中的显著静默时段；掩蔽噪声源，其在操作上耦合到所述静默检测器，所述掩蔽噪声源被配置为响应于所述静默检测器检测到显著静默时段而生成噪声信号；以及至少一个组合设备，其在操作上耦合到掩蔽噪声源，所述至少一个组合设备被配置为有助于将音频信号和噪声信号组合。一种方法包括检测音频信号中的显著静默时段；以及在显著静默时段期间将掩蔽噪声与音频信号组合。
Description
技术领域
本发明一般地涉及音频通信。更特别地，本发明涉及掩蔽音频通信中的干扰噪声。
发明内容
在一个方面，公开有一种装置，包括静默检测器，其被配置为检测音频信号中的显著静默时段；掩蔽噪声源，其在操作上耦合到所述静默检测器，所述掩蔽噪声源被配置为响应于所述静默检测器检测到显著静默时段而生成噪声信号；以及至少一个组合设备，其在操作上耦合到掩蔽噪声源，所述至少一个组合设备被配置为有助于将音频信号和噪声信号组合。
在另一方面，公开有一种用于掩蔽音频噪声的方法，包括检测音频信号中的显著静默时段；以及在该显著静默时段期间将掩蔽噪声与音频信号组合。
还有许多附加实施例是可能的。在一个或多个各种方面，相关制品、系统和设备包括但不限于用于实现本文参考的方法方面的电路、编程、机电设备或光学设备；所述电路、编程、机电设备或光学设备实际上可以是被配置为根据本领域的系统设计员的设计选择来实现本文参考的方法方面的硬件、软件和固件的任何组合。
前述是概要并因此必要地包含细节的简化、一般化和省略；因此，本领域的技术人员将认识到该概要仅仅是说明性的，并且并不意图以任何方式是限制性的。在本文阐述的讲授内容中，本文描述的设备、过程或其它主题的其它方面、特征和优点将变得显而易见。
除前述内容之外，在诸如本公开的文本（例如，权利要求或详细说明）或附图的讲授内容中阐述并描述了各种其它方法、设备和系统方面。
附图说明
在阅读详细说明时和参考附图时，本发明的其它方面和优点可以变得显而易见。
图1是包括噪声掩蔽系统的系统的方框图。
图2是用于掩蔽音频噪声的装置的方框图。
图3是举例说明包括干扰噪声的音频信号和掩蔽噪声的图表。
图4是用于掩蔽音频噪声的方法的第一流程图。
图5是用于掩蔽音频噪声的方法的第二流程图。
虽然本发明可以有各种修改和替换形式，但在附图和所附详细说明中以示例的方式示出了其特定实施例。然而应理解的是，附图和详细说明并不意图使本发明局限于特定实施例。本公开代替地意图覆盖落在由所附权利要求定义的本发明的范围内的所有修改、等价物和替换。
具体实施方式
某些术语遍及以下说明和权利要求用来指示特定的系统部件和配置。如本领域的技术人员将认识到的，公司可以用不同的名称来指示部件。本文并不意图区别在名称而不是功能方面不同的部件。在以下讨论中和在权利要求中，以开放式的方式来使用术语“包括”和“包含”，因此应将其解释为意指“包括但不限于”。并且，术语“耦合”、“被耦合”、“可耦合”意图意指间接的或直接的电气或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以是通过直接的电气、光学、无线连接等或通过借助于其它设备和连接的间接的电气、光学、无线连接等。
下面描述本发明的一个或多个实施例。应注意的是这些及任何其它实施例是示例性的，并且意图说明本发明而不是限制性的。虽然本发明广泛地适用于不同类型的系统，但在本公开中不可能包括本发明的所有可能实施例和上下文。在阅读本公开时，本发明的许多替换实施例对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。在不脱离这里提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以做出其它改变。
由个人通信设备传送到音频系统的音频信号易受到来自电噪声源的干扰。此噪声在显著静默时段期间通常更容易被察觉，例如，在会话期间的显著静默时段期间。来自电噪声的干扰在多种背景中可以影响音频信号。
在这些背景之中有如下情况：其中例如由诸如蜂窝式电话的个人通信设备传送到车辆音频系统的音频信号易受到来自全波整流信号（其来自车辆交流发电机，在车辆的电池电源上感生）的干扰。此干扰信号的频率在音频频率范围内，通常可以在车辆音频系统上听到，并且通常称为“交流发电机呜呜声”。可以通过向干扰信号施加电源抑制来压制交流发电机呜呜声，这使干扰信号衰减至基本上听不见的水平。在此类噪声可能是车辆的线束中的导线之间的电感或电容耦合的结果的情况下，可以通过对干扰源和干扰牺牲导线布线或用某些或所有导线的增加的屏蔽来减少或消除干扰。
可替换地，根据本发明的某些方面，可以向音频信号添加掩蔽噪声以掩蔽来自电噪声源的干扰。在某些远程信息处理技术系统中，使用16位格式来实现例如从诸如蜂窝式电话的通信设备到车辆音频系统的免提（hands-free）音频路径，但是通常，蜂窝式电话的数字音频仅使用13位。在蜂窝式电话将16个可用位之中的13个位用于其音频信号时，数据的13位通常移位至16位格式的13个最高有效位位置，并对三个最低有效位位置进行补零。在本发明的某些方面中，可以通过将未被音频信号使用的音频格式的位随机化来添加掩蔽噪声，在这里所述的情况下，通常对三个位进行补零。可以在会话的某些部分期间添加掩蔽噪声，诸如在可能更容易觉察到干扰时的显著静默时段期间，或者在会话期间始终都是。掩蔽噪声的幅度（亦即声音水平）可以响应于干扰噪声的幅度被改变，或者响应于例如在电池电源线上测量的干扰噪声的频谱被成形。掩蔽噪声可以包括白噪声，诸如加性高斯白噪声（在本文中“AWGN”）。
现在转到图1，示出包括噪声掩蔽系统的系统的方框图。示例性系统100（车辆音频系统的一部分）包括本发明的方面，结合图2来讨论其细节。示例性系统100接受来自音频源105的输入，并且在另一输入端处该示例性系统100接收干扰噪声，例如来自诸如受到交流发电机影响的车用电池的电源波纹电压源110的电源波纹电压。音频源105可以包括例如蜂窝式电话或脉冲编码调制（在本文中“PCM”）信号源；示例性蜂窝式电话可以是此类PCM信号源。示例性系统100掩蔽噪声并将结果得到的信号输出到音频系统115，诸如汽车音频系统的扬声器系统。
现在转到图2，示出用于掩蔽音频噪声的装置的方框图。示例性系统100（车辆音频系统的一部分）包括本发明的方面。系统100包括来自音频源105（例如，蜂窝式电话）的音频源输入端205和干扰噪声输入端，例如来自电源波纹电压源110（例如受交流发电机影响的车用电池）的电源波纹电压输入端210。本发明的某些方面包括静默检测器215，该静默检测器可以用来检测正在蜂窝式电话的音频信道上载送的会话中的显著静默时段。本领域的技术人员将认识到可以以已经在免提、语音识别和扬声器电话技术中使用的许多方式来实现静默检测器215。本发明的某些方面还可以包括掩蔽噪声源220、加法器225和多路复用器（在本文中“MUX”）230。当静默检测器215检测到显著静默时，可以经由加法器225和MUX 230将由掩蔽噪声源220生成的噪声与来自音频源输入端205的音频信号组合。由掩蔽噪声源220生成的噪声可以包括一种白噪声，例如AWGN。
本发明的某些方面包括可以测量干扰噪声（例如，电源波纹电压输入端210上的电源波纹电压）的幅度的幅度测量单元235。可以响应于例如电源波纹电压的干扰噪声的测量幅度来改变由掩蔽噪声源220生成的掩蔽噪声的功率幅度。在某些方面，可以通过调整增益控制机构（gain control）240来改变由掩蔽噪声源220生成的掩蔽噪声的功率幅度。
本发明的某些方面包括可以测量干扰噪声（例如电源波纹电压输入端210上的电源波纹电压）的频谱（在某些方面中，包括基频）的频率测量单元250。可以响应于所测量的干扰噪声（例如，电源波纹电压）的频谱（在某些方面中，包括基频）对由掩蔽噪声源220生成的噪声的频谱进行成形。在某些方面中，用滤波器255来实现对由掩蔽噪声源220生成的噪声的成形。
可以相互结合地使用结合图2所述的幅度测量单元235和频率测量单元250。然而，不要求幅度测量单元235和频率测量单元250的此类相互结合的使用或共同存在。
图2示出本发明的一个方面，其中首先将掩蔽噪声源220的输出耦合到增益控制机构240并将增益控制机构240的输出耦合到滤波器255。本领域的技术人员将认识到包含增益控制机构240和滤波器255两者的本发明的实施方式不限于所述配置。例如，可以将掩蔽噪声源220的输出耦合到滤波器225，并且可以将滤波器的输出耦合到增益控制机构240。
来自掩蔽噪声源220的噪声可以在加法器225处始终可用，并且在从加法器225到MUX 230的线路上可用。当静默检测器215在来自音频源输入端205的信号中检测到显著静默时段时，静默检测器215使得MUX 230能够经由加法器225对来自音频源输入端205的音频信号和来自掩蔽噪声源220的噪声进行多路复用。
可替换地，可以禁用加法器225，使得来自掩蔽噪声源220的噪声不可被MUX 230用于与来自音频源输入端205的音频信号进行多路复用。可以设置或禁用静默检测器215，使得MUX 230能够在除显著静默时段之外的时段期间经由加法器225对来自音频源输入端205的音频信号与来自掩蔽噪声源220的噪声进行多路复用。还可以设置或禁用静默检测器215，使得MUX 230不能够在任何时间对来自音频源输入端205的音频信号和来自掩蔽噪声源220的噪声进行多路复用。可替换地，可以借助于增益控制机构240或用其它装置来使用静默检测器215以控制掩蔽噪声源220的增益。此外，可以使用静默检测器215来开启和关闭掩蔽噪声源220。可以设置或启用MUX 230以在除显著静默时段之外的时段期间经由加法器225对来自音频源输入端205的音频信号和来自掩蔽噪声源220的噪声进行多路复用，或者设置或禁用MUX 230，使得该MUX 230在任何时间都不对来自音频源输入端205的音频信号和来自掩蔽噪声源220的噪声进行多路复用。
MUX 230的输出可以在操作上耦合到数字音频转换器（DAC）245的输入端，数字音频转换器（DAC）245将MUX 230的数字输出转换成模拟信号，该模拟信号在到用于系统100所在的车辆的音频系统115的模拟音频260的输出端上被输出。因此，可以将已在显著静默时段期间向其添加掩蔽噪声的数字音频信号从MUX 230输出到DAC 245以便转换成具有添加的噪声的模拟信号，并且可以经由到模拟音频260的输出端将模拟信号发送至音频系统115，该音频系统115可以是例如车辆的音频扬声器。
现在转到图3，图表举例说明包括干扰噪声的音频信号，并示出掩蔽噪声。图表的竖轴表示以分贝（dB）为单位从任意参考点测量的信号的功率水平。横轴表示以赫兹（Hz）为单位的信号的音频频率。信号305包括音频信号，该音频信号包括由尖峰310表示的在例如2 kHz处的干扰信号。信号315包括掩蔽噪声、将被添加到音频信号以掩蔽干扰信号的加性高斯白噪声信号。按照图1的系统100，信号305包括在音频源输入端205上的音频信号，其中尖峰310包括在例如电源波纹电压输入端210上的干扰噪声，并且信号315包括掩蔽噪声源220的输出。信号315的功率幅度已根据干扰噪声（在这里为由幅度测量单元235测量的电源波纹电压输入端210上的信号的示例性电源波纹电压）的测量被增益控制机构240调整以掩蔽包括在信号305中的干扰尖峰310。
现在转到图4，示出用于掩蔽音频噪声的方法的流程图。所示的方法可以包括以下操作中的一个或多个：405和410。操作405可以包括检测音频信号中的显著静默时段。可以例如通过使用静默检测器215检测来自图2的音频源输入端205的音频信号中的显著静默时段来执行操作405。操作410可以包括在显著静默时段期间将掩蔽噪声与音频信号组合。可以例如通过使用图2的加法器225和MUX 230在显著静默时段期间将由图2的掩蔽噪声源220生成的掩蔽噪声（诸如加性高斯白噪声）与来自音频源输入端105的音频信号组合来执行操作410。
现在转到图5，示出用于掩蔽音频噪声的方法的流程图。所示的方法可以包括以下操作中的一个或多个：405（在本文中在别处描述）、410（在本文中在别处描述）、505、510、515和520。操作505可以包括改变掩蔽噪声的功率幅度。继续结合图4的操作使用的示例，可以使用图2的增益控制机构240来改变由图2的掩蔽噪声源220所生成的掩蔽噪声的功率幅度。操作510可以包括响应于干扰噪声功率幅度来改变掩蔽噪声的功率幅度。继续结合图4的操作所使用的示例，响应于干扰噪声（例如，由图2的幅度测量单元235测量的图2的电源波纹电压输入端210上的信号的电源波纹电压）的测量，例如可以使用增益控制机构240来改变由图2的掩蔽噪声源220所生成的掩蔽噪声的功率幅度。
操作515可以包括对掩蔽噪声的频谱进行成形。继续结合图4的操作所使用的示例，例如可以使用滤波器255对由图2的掩蔽噪声源220所生成的掩蔽噪声的频谱进行成形。操作520可以包括响应于干扰噪声频谱对掩蔽噪声的频谱进行成形。继续结合图4的操作所使用的示例，使用频率测量单元250，响应于干扰噪声（例如，电源波纹电压输入端210上的电源波纹电压）的频谱（在某些方面包括基频）的测量，例如可以使用滤波器255来对图2的掩蔽噪声源220所生成的掩蔽噪声的频谱进行成形。
本领域的技术人员将认识到，结合本文公开的实施例描述的说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地举例说明硬件和软件的此可互换性，各种说明性部件、块、模块、电路和步骤在上文已经一般性地根据它们的功能进行了描述。此类功能是被实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加于整个系统的设计约束。本领域的技术人员可以以针对每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但是不应将此类实施方式判定解释为促使脱离本发明的范围。
提供公开的实施例的前述说明是为了使得任何本领域的技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文限定的一般原理可以应用于其它实施例。因此，本发明并不意图局限于本文所示的实施例，而是符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最广泛范围。
上文已经相对于特定实施例描述了可以由本发明提供的益处和优点。不应将这些益处和优点以及可以促使其发生或变成更加明显的任何元素或限制理解为任何或所有权利要求的关键、要求或本质特征。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其它变型意图被解释为非排他性地包括那些术语后面的元素或限制。因此，包括一组元素的系统、方法或其它实施例不仅限于那些元素，并且可以包括未明确列出或为要求保护的实施例所固有的其它元素。
虽然已经相对于有限数目的实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到根据其的许多修改和变型。意图在于所附权利要求覆盖落在本发明的真实精神和范围内的所有此类修改和变型。
Claims (7)
1.一种用于掩蔽音频噪声的装置，包括：
静默检测器，其被配置为检测音频信号中的显著静默时段；
掩蔽噪声源，其在操作中耦合到所述静默检测器，所述掩蔽噪声源被配置为响应于所述静默检测器检测到显著静默时段而生成噪声信号；以及
至少一个组合设备，其在操作中耦合到掩蔽噪声源，所述至少一个组合设备被配置为有助于将音频信号和噪声信号组合。
2.权利要求1的装置，其中所述至少一个组合设备包括在操作中耦合到掩蔽噪声源的加法器。
3.权利要求1的装置，其中所述至少一个组合设备包括在操作中耦合到掩蔽噪声源的多路复用器。
4.权利要求1的装置，其中所述音频信号包括脉冲编码调制音频信号。
5.一种用于掩蔽音频噪声的方法，包括：
检测音频信号中的显著静默时段；以及
在显著静默时段期间将掩蔽噪声与音频信号组合。
6.权利要求5的方法，其中所述掩蔽噪声包括以数字音频格式的许多随机化位，其中所述随机化位是以数字音频格式可用的位的一部分。
7.权利要求5的方法，还包括：
改变掩蔽噪声的功率幅度。
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