CN102867517B

CN102867517B - 用于手持设备的自适应有效噪声消除

Info

Publication number: CN102867517B
Application number: CN201210262915.0A
Authority: CN
Inventors: T·斯图尔兹; K·S·贝尔塞森; R·阿达姆斯
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN102867517A; US8909524B2; US20120316872A1

Abstract

本发明涉及用于手持设备的自适应有效噪声消除。本发明的实施例提供了一种自适应噪声消除系统。所述自适应噪声消除系统可以在手持设备中使用以通过生成抗噪声信号来消除背景噪声。自适应噪声消除系统可包括：第一输入，用于从前馈麦克风接收第一信号；第二输入，用于从误差麦克风接收第二信号；与所述输入耦合的控制器，所述控制器配置为根据接收的信号自适应地生成抗噪声信号，其中所述控制器从第一信号获取抗噪声信号的轮廓以及从第一和第二信号两者获取抗噪声信号的大小；以及输出，用于向扬声器发送抗噪声信号。

Description

用于手持设备的自适应有效噪声消除

技术领域

本发明涉及在例如移动电话的手持设备中的噪声消除。远程通信以惊人的速度增长。因此，手持设备工程师不断地尝试改进用户的通信体验。

背景技术

远程通信系统中的一个主要问题是存在背景噪声(周围环境噪声)，该背景噪声会干扰用户的听觉(即，用户理解正在通信的内容的能力)。很多时候，用户可能在嘈杂的环境中(例如餐馆、火车站或大街上)使用移动电话。背景噪声阻止用户听到电话呼叫另一端的呼叫者的声音(远端说话者)。因此，用户不能像他/她期望的那样在嘈杂的环境中使用他/她的移动电话，这极大地限制了移动电话的使用。结果是，本领域中需要改进通信系统以使手持设备能在存在本地生成的噪声的情况下使用，而没有背景噪声干扰用户倾听远端说话者。

与例如耳机的其他音频收听系统不同(在其他音频收听系统中因为耳机软垫，背景噪声被控制并且是静态的)，手持设备遭遇的背景噪声是动态的、不可控制并且不可预知的。因此，用于耳机的常规噪声消除系统对于手特设备的使用不是最佳的。

因此，发明人认识到本领域需要一种自适应噪声消除系统，其可适于现实世界情况。

附图说明

图1(a)是根据本发明实施例的手持设备的简化框图。

图1(b)是根据本发明实施例的手持设备的图。

图2是根据本发明实施例的用于抗噪声信号生成操作的简化处理流程。

图3是根据本发明实施例的手特设备的简化框图。

图4是根据本发明实施例的手持设备的简化框图。

图5示出具有调制指数(modulation index)计算的示例性下行链路信号图。

图6是根据本发明实施例的手持设备的简化框图。

图7是根据本发明实施例的风噪声检测器的简化框图。

图8是根据本发明实施例的手持设备的简化框图。

图9示出基于输入信号的噪声水平的不同衰落轮廓的图。

图10是根据本发明实施例的限制器的简化框图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种系统，其包括：第一输入，用于从前馈麦克风接收第一信号；第二输入，用于从误差麦克风(error microphone)接收第二信号；耦合到输入的控制器，所述控制器被配置为根据接收的信号自适应地生成抗噪声信号，其中所述控制器根据所述第一信号获取抗噪声信号的轮廓，并根据第一信号和第二信号两者获取抗噪声信号的大小；以及输出，用于向扬声器发送抗噪声信号。

本发明的实施例还提供了一种方法，包括：从第一麦克风接收前馈输入；从第二麦克风接收误差输入；基于所述前馈输入和所述误差输入计算背景噪声信号；自适应地生成与所述背景噪声信号180°异相的抗噪声信号；以及向扬声器输出该抗噪声信号。

本发明的实施例进一步提供了一种手持设备，包括：扬声器；前馈麦克风；误差麦克风，其中所述误差麦克风比所述前馈麦克风更接近于所述扬声器；以及自适应噪声控制系统，耦合到所述前馈麦克风和所述误差麦克风，以基于从所述前馈麦克风捕获的背景噪声和从所述误差麦克风捕获的误差信号生成抗噪声信号，并且向扬声器输出抗噪声信号。

图1(a)是根据本发明的实施例的具有自适应有效噪声消除(ANC)的手持设备100的框图。该自适应ANC可向手持设备的扬声器提供抗噪声信号，其中其在用户耳膜处破坏性地干扰背景噪声。因此，用户可以在降低背景噪声干扰的情况下收听在电话呼叫另一端的呼叫者。该自适应噪声控制可以使用两个麦克风输入以前馈方式实现。

手持设备100可包括前馈麦克风110、均衡器120、自适应系统130、加法器140、天线150、解码器155、扬声器160和误差麦克风170.

图1(b)是根据本发明的一个实施例的手持设备100的图示，示出了前馈麦克风110、扬声器160、误差麦克风170的相关布置。在该实施例中，误差麦克风170可位于具有扬声器160的手特设备的前面，而前馈麦克风110可位于与误差麦克风170相反的手持设备的背面。如图1(b)所示，扬声器160和误差麦克风170之间的距离D_S-E可以短于扬声器160和前馈麦克风110之间的距离D_S-F。因此，相比于前馈麦克风110，扬声器160可更接近于误差麦克风170。

前馈麦克风110可捕获音频输入，例如背景噪声。前馈麦克风110的输出可耦合到均衡器120。均衡器120可以对前馈麦在风信号进行滤波以补偿声音变化。例如，均衡器可补偿扬声器160的波形以及前馈麦克风110和扬声器160之间的声学传递函数。均衡器120的滤波输出然后可以提供到自适应系统130。

自适应系统130还可以接收来自误差麦克风170的输入。使用前馈麦克风110的输入和误差麦克风170的输入，ANC系统130可生成抗噪声信号，其可以是所估计的背景噪声的反量。自适应系统130可以从前馈输入获取本地环境中存在的背景噪声的轮廓。因为误差麦克风170可以定位成接近于扬声器160，因此自适应系统130还可以基于误差输入来调整抗噪声信号的能量大小。误差麦克风170捕获的误差信号可以在抗噪声信号的自适应中使用，但误差信号的内容不必被使用。误差麦克风170捕获的误差信号可以对应于背景噪声、抗噪声、下行链路信号以及用户语音的混合。因此，误差麦克风170捕获的误差信号可以是以上信号之和。抗噪声信号可以作为从环境直接进入用户耳朵的声学噪声的复制品而生成。然而抗噪声信号会与声学噪声180°异相，使得其在用户耳膜处破坏性地干扰声学噪声。破坏性干扰可在用户耳膜处消除声学噪声，并且因此增强用户收听远端信号的能力。自适应系统130生成的抗噪声信号可输入到加法器140。此外，可连续地生成抗噪声信号以适应用户的环境。

天线150可接收下行链路信号。然后由解码器155对射频下行链路信号进行解调和解码以生成可包括来自远端说话者的音频信号的下行链路信号。解码器155可处理CDMA、TDMA、OFDM或任何其他已知的无线协议信号，该处理包括解调和话音解码。加法器140可将抗噪声信号和下行链路信号组合。输入到加法器140的信号可具有需要处理的不同采样速率。组合信号可被输出到扬声器160。因此用户可接收下行链路信号，其包括远端信号和可位于扬声器160处的用户耳膜处的抗噪声信号。通过抗噪声信号破坏性地干扰环境中存在的声学噪声，用户可更清楚地所到运端信号。因此，本发明可为用户提供更舒适的通信体验。

本发明的各部分可以在集成电路上提供。例如，自适应系统130可以在集成电路上提供。耦合到自适应系统130的其他部件也可以在与ANC系统130相同的集成电路上提供，或在分离的集成电路上提供。

图2示出了根据本发明的实施例的一种抗噪声信号生成方法。可以接收前馈麦克风信号(块210)。前馈麦克风信号可包括用户的语音以及用户环境中存在的背景噪声，用户的语音可以不是连续的。可以接收误差麦克风信号(块220)。可以对前馈麦克风信号进行滤波以补偿扬声器和声学变化(块230)。然后可以使用前馈麦克风和误差麦克风信号两者来计算背景噪声(块240)。前馈麦克风信号可提供所计算的背景噪声的轮廓(波形)，并且误差麦克风信号可用于调整所计算的背景噪声的量值(大小)。误差麦克风信号可包括背景噪声、下行链路信号以及用户语音的混合。可生成抗噪声信号，其具有与所计算的背景噪声相同的轮廓和波形，但是180°异相(块250)。此外，可连续地生成抗噪声信号以适应用户的环境。抗噪声信号可输出到扬声器(块260)。从扬声器输出，抗噪声信号可在用户的耳膜处破坏性地干扰背景噪声，并且由此消除背景噪声。

在本发明的一个实施例中，自适应ANC系统可执行自适应滤波LMS(最小均方)算法。图3是根据本发明的实施例的具有自适应噪声控制的手持设备300的简化框图。手持设备300可包括前馈麦克风310、均衡器320、自适应过滤块331、滤波器332、滤波器333、加法器340、天线(未示出)、解码器(未示出)、扬声器360、和误差麦克风370。相比于接近前馈麦克风310，扬声器360可以更接近误差麦克风370。

前馈麦克风310可以捕获声音输入，例如背景噪声。前馈麦克风310的输出可以耦合到均衡器320。均衡器320可以过滤前馈麦克风信号以补偿声学变化。例如，均衡器320可补偿扬声器360的波形以及前馈麦克风310和扬声器360之间的声学传递函数。均衡器320的滤波输出然后可以提供给自适应过滤块331和滤波器332。存在于用户耳朵附近的背景噪声的能量水平可以从误差麦克风370信号输入获取。

滤波器332可接收均衡器输出并且过滤一个频率范围的前馈信号，在该频率范围内自适应噪声消除可以是最优的。例如，滤波器332可以是截止频率为200Hz和1000Hz的带通滤波器。滤波器333可以接收误差麦克风捕获的信号，并且可以过滤与滤波器333相同的频率范围的信号。滤波器332和333可以位于自适应过滤块331之外，或者在其他实施例中可以集成在自适应过滤块331内部。

自适应过滤块331可以接收前馈信号并且根据前馈信号和误差信号产生抗噪声信号。自适应过滤块331可包括乘法器331.1、第二乘法器331.2、加法器331.3和自适应噪声系数元件331.4。在一个实施例中，自适应噪声系数元件331.4可包括多个元件。

乘法器331.1可以对前馈信号应用加权系数。该加权系数可依赖于前馈信号的采样频率和/或特征值分布。例如，加权系数可以是0.005。乘法器331.2可以将乘法器331.1的输出与误差信号相乘。误差信号可代表扬声器附近的背景噪声的能量水平，并且因此可以控制抗噪声信号的大小。乘法器331.2的输出可输入到加法器331.3。先前的LMS系数G₀还可以输入到加法器331.3以生成新的LMS系数G₁。因此，LMS系数可以根据以下公式计算：

G₁＝G₀+μ＊F＊E

其中G₁是更新的LMS系数，G₀是先前的LMS系数，μ是加权系数，F是前馈信号，E是误差信号(能量水平)。在传统的LMS算法中，通常计算能量信号；而在本发明中可声学地测量和混合误差信号。

自适应噪声系数元件331.4可接收前馈信号，并根据LMS系数生成抗噪声信号。自适应噪声系数元件331.4可根据LMS系数调整抗噪声信号的增益水平以匹配背景噪声水平。

抗噪声信号可作为直接从环境进入用户耳朵的声学噪声的复制品生成。然而抗噪声信号会与该声学噪声的180°异相，使得其在用户的耳膜处破坏性地干扰声学噪声。该破坏性干扰可在用户耳膜处消除声学噪声，并且因此增强用户收听远端信号的能力。

自适应系统330生成的抗噪声信号可输出到加法器340。此外，可连续地生成抗噪声信号以适应用户的环境。加法器340可将抗噪声信号和下行链路信号组合。输入到加法器140中的信号可以具有需要处理的不同采样速率。组合信号可输出到扬声器360。因此，用户可接收下行链路信号，其包括远端信号和可位于扬声器360处的用户耳膜处的抗噪声信号。通过抗噪声信号破坏性地干扰环境中存在的声学噪声，用户可更清楚地听到远端信号。

本发明的各部分可以在集成电路上提供。例如，自适应系统可以在集成电路上提供。耦合到自适应系统的其他部件也可以在与ANC系统相同的集成电路上提供，或在分离的集成电路上提供。

在本发明的一个实施例中，可以包括话音检测器以控制自适应噪声消除操作。可在被称为远端扬声器的下行链路通道中检测话音。如果检测到话音，在自适应ANC系统中的自适应处理可以在所检测到的话音的持续时间内暂停。在所检测到的话音时段期间，自适应ANC系统仍可以生成抗噪声信号但可暂停其自适应操作。

图4是根据本发明的实施例的具有自适应ANC和话音检测的手持设备400的简化框图。手持设备400可包括前馈麦克风410、均衡器420、自适应系统430、加法器440、天线450、解码器455、扬声器460、误差麦克风470和话音检测器480。话音检测器可包括本底噪声估计器和RMS(均方根)估计器。相比于接近前馈麦克风410，扬声器460可更接近误差麦克风470。

前馈麦克风410可以捕获音频输入，主要是背景噪声。前馈麦克风410的输出可耦合到均衡器420。均衡器420可以对前馈麦克风信号进行滤波以补偿声学变化。例如，均衡器420可补偿扬声器460的波形以及前馈麦克风410和扬声器460之间的声学传递函数。均衡器420的滤波输出然后可以提供给自适应噪声控制系统430。

自适应系统430还可以接收来自误差麦克风470的输入。使用前馈麦克风410输入和误差麦克风470输入，自适应噪声控制系统430可生成抗噪声，其可以是估计背景噪声的反量。自适应系统430可以从前馈输入中获取本地环境中存在的背景噪声的轮廓。因为误差麦克风470可以定位成接近扬声器460，因此自适应系统430还可基于误差输入来调整抗噪声信号的能量大小。误差麦克风470捕获的误差信号可以在抗噪声信号的自适应中使用，但误差信号的内容不必被使用。误差麦克风470捕获的误差信号可以对应于背景噪声、下行链路信号以及用户语音的混合。因此，误差麦克风470捕获的误差信号可以是以上信号之和。抗噪声信号可以作为从环境直接进入用户耳朵的声学噪声的复制品生成。但是，抗操声信号会与声学噪声180°异相，使得其在用户的耳膜处破坏性地干扰声学噪声。该破坏性干扰可消除用户耳膜处的声学噪声，并且因此增强用户收听远端信号的能力。

自适应系统430生成的抗噪声信号可输出到加法器440。天线450可接收下行链路信号。然后由解码器455对无线电下行链路信号进行解调和解码以生成包括来自远端说话者的音频信号的下行链路信号。解码器455可处理CDMA、TDMA、OFDM或任何其他已知无线协议信号，该处理包括解调和语音解码。

加法器440可将抗噪声信号和下行链路信号组合。输入到加法器440的信号可具有需要处理的不同采样速率。组合信号可被输出到扬声器460。因此用户可接收下行链路信号，其包括远端信号和可位于扬声器460处的用户耳膜处的抗噪声信号。通过抗噪声信号破坏性地干扰环境中存在的声学噪声，用户可更清楚地听到远端信号。

话音检测器480可根据在下行链路通道中存在或不存在话音来生成话音控制信号。话音检测器可包括两个估计器，下行链路通道的本底噪声水平估计器481和RMS水平估计器482。估计器可对应于信号的调制水平。两个估计器的差异可以与阈值水平进行比较。如果该水平高于阈值，可以确定在下行链路通道中存在话音。在检测到话音后，话音控制信号可输出到ANC系统430，以指示ANC系统暂停其自适应以及“冻结”其抗噪声系数更新。ANC系统仍可输出抗噪声信号，但可冻结其自适应处理。当在下行链路通道中不再检测到话音时，ANC系统430可恢复其自适应操作。

在另一个实施例中，当在手持设备上说话时，话音检测器可检测用户的语音。在该实施例中，话音检测器可包括使用用户向其讲话的语音麦克风作为邻近检测器。语音麦克风可以是在手持设备上的第三麦克风。第三麦克风例如可位于手持设备的底端附近以从操作手持设备的用户捕获话音。

本发明的各部分可以在集成电路上提供。例如，自适应系统可以在集成电路上提供。耦合到自适应系统的其他部件也可以在与自适应系统相同的集成电路上提供，或在分离的集成电路上提供。

图5示出了显示具有调制指数计算的示例性下行链路信号中话音的示图。在该示例中，如图所示可测量下行链路信号的本底噪声水平和RMS水平。两个估计器之间的差异可以与话音的最小阈值水平，因为该差异对应于信号的调制水平。一般地，调制水平越高，信号就越可能包含话音。例如，高于18dB的调制水平可以被归类为话音。

在检测到话音的时段中暂停抗噪声信号的自适应处理可提供更好的总体噪声消除，因为下行链路通道中的话音可干扰背景噪声的计算。例如来自下行链路通道的话音可能被误差麦克风捕获并且提供对背景噪声的不精确测量。

在本发明的一个实施例中，可基于风的情况来控制自适应噪声消除操作。如果检测到风，则可相应地调整自适应ANC系统的操作。风是不可预知的，因此不能为使用自适应ANC系统而进行调整。尝试提供针对风噪声的抗噪声信号，可能会通过向用户耳朵增加更多噪声而实际上加剧噪声情况。

图6是根据本发明的实施例的具有自适应噪声控制系统和风噪声检测的手持设备600的简化框图。手持设备600可包括：前馈麦克风610、均衡器620、自适应系统630、加法器640、天线650、解码器655、扬声器660、误差麦克风670和风噪声检测器680。相比于接近前馈麦克风610，扬声器660可能更接近误差麦克风670。

前馈麦克风610可捕获音频输入，例如背景噪声。前馈麦免风610的输出可耦合到均衡器620。均衡器620可以对前馈麦克风信号进行滤波以补偿声学变化。例如，均衡器620可补偿扬声器660的波形以及前馈麦克风610和扬声器660之间的声学传递函数。均衡器620的滤波输出然后可以提供到自适应系统630。

自适应系统630还可以接收来自误差麦克风670的输入。使用前馈麦克风610输入和误差麦克风670输入，自适应系统630可生成抗噪声信号，其可以是估计的背景噪声的反量。自适应系统630可以从前馈输入获取本地环境中存在的背景噪声的轮廓。自适应系统630还可基于误差输入来调整抗噪声信号的能量大小，因为误差麦克风670可以定位成接近于扬声器660。误差麦克风670捕获的能量水平可以在抗噪声信号生成中使用，但误差麦克风信号的内容不必被使用。误差麦克风670捕获的能量水平可以对应于背景噪声、下行链路信号以及用户语音的混合。因此，误差麦克风670捕获的能量水平可以是以上信号的平均。抗噪声信号可以作为从环境直接进入用户耳朵的声学噪声的复制品生成。但是，抗噪声信号会与声学噪声180°异相，使得其在用户耳膜处破坏性地干扰声学噪声。破坏性干扰可消除用户耳膜处的声学噪声，并且因此增强用户收听远端信号的能力。

自适应系统630生成的抗噪声信号可输出到加法器640。天线650可接收下行链路信号。然后由解码器655对下行链路信号进行解调和解码以生成包含来自远端说话者的音频信号的下行链路信号。解码器655可处理CDMA、TDMA、OFDM或任何其他已知的无线协议信号，该处理包括解调和话音解码。

加法器640可将抗噪声信号和下行链路信号组合。输入到加法器640的信号可具有需要处理的不同采样速率。组合信号可被输出到扬声器660。因此用户可接收下行链路信号，其包括远端信号和可位于扬声器660处的用户耳膜处的抗噪声信号。通过抗噪声信号破坏性地干扰环境中存在的声学噪声，用户可更清楚地听到远端信号。

前馈麦克风610和误差麦克风670一起还可捕获可存在于环境中的风噪声。风噪声检测器680可从前馈和误差麦克风接收输入。为了检测风噪声的存在，风噪声检测器680可执行在前馈和误差麦克风信号之间的相关操作。如果相关操作指示信号是相似的，则可确定不存在风噪声。另一方面，如果相关操作指示信号显著不同，则可确定存在风噪声，因为风噪声将改变两个输入信号之间的相关性。因此，风噪声控制信号可输出到ANC系统630，警告ANC系统630是否存在风。

自适应ANC系统可以一些方式调整其操作以响应于风的情况。在一个实施例中，自适应ANC系统可仅暂停其自适应操作并继续提供抗噪声信号。在该实施例中，自适应ANC系统仍可输出抗噪声信号，但是可以冻结其自适应处理。当在下行链路通道中不再检测到风时，自适应ANC系统可恢复其自适应操作。

在另一个实施例中，自适应ANC系统可完全关闭自适应ANC系统，并且不在检测到风情况期间提供抗噪声信号。在另一个实施例中，自适应ANC系统可在检测到风情况时使抗噪声信号渐弱。例如，自适应ANC系统可以以温和的方式操作，其中ANC根据风的大小使抗噪声信号渐弱。

图7是根据本发明的实施例的风噪声检测器700的简化框图。风噪声检测器700可耦合到前馈麦克风710和误差麦克风720。风噪声检测器可包括低通滤波器730、相关性估计器740、能量阈值检测器750和风噪声控制器760.

低通滤波器730可从前馈和误差麦克风接收输入。低通滤波器730可使在特定频率水平之下的信号通过，因为风噪声一般主要在低于1KHz的低颜率中。例如低通滤波器730可以是500Hz的低通滤波器，因为风通常出现在1KHz以下。

滤波后的前馈和误差信号可送至相关性估计器740。相关性估计器740可包括时域滤波器一阶FIR滤波器。例如两个输入信号可以乘在一起以确定两个输入信号的相关性。

为了在风噪声检测中最小化可能的错误误差，能量阈值检测器750可将已通过低通滤波器730的误差信号与最小能量阈值进行比较。风噪声通常处于高能量水平。因此，仅当检测到足够大的能量时，能量阈值检测器才会允许风噪声检测器输出风噪声控制信号。因此，能量阈值检测器750可防止风噪声检测的假阳性(false positive)。

风噪声控制器760可接收相关性估计和能量阈值检测输出。从而风噪声控制器760可向ANC系统输出风噪声控制信号。如上所述，风噪声控制信号可以是用以完全关闭ANC系统或仅关闭自适应操作的硬判定。另选地，风噪声控制信号可以是在调整抗噪声信号的大小方面(例如应用渐变)的软判定。

在本发明的一个实施例中，本底噪声估计器可包括到控制自适应噪声消除操作中。本底噪声估计器可确保当抗噪声信号有益时仅生成抗噪声信号。当背景噪声水平低时，一般不需要抗噪声。实际上，当背景噪声水平低时，抗噪声信号会不利地影响用户的收听体验。在没有高背景噪声情况下的抗噪声可能对用户产生“向外吸耳膜”的感觉。因此，仅在抗噪声使用的最优条件下应用抗噪声是有益的。

图8是根据本发明的实施例的具有自适应ANC系统和本底噪声估计器的手持设备800的简化框图。手持设备800可包括前馈麦克风810、均衡器820、自适应系统830、加法器840、天线850、解码器855、扬声器860、误差麦克风870和本底噪声检测器880。相比于接近前馈麦克风810，扬声器860可更接近于误差麦克风870。

前馈麦克风810可捕获音频输入，例如背景噪声。前馈麦克风810的输出可耦合到均衡器820。均衡器820可以对前馈麦克风信号进行滤波以补偿声学变化。例如，均衡器820可补偿扬声器860的波形以及前馈麦克风810和扬声器860之间的声学传递函数。均衡器820的滤波输出然后可以提供到自适应噪声控制系统830。

自适应系统830还可以从误差麦克风870接收输入。使用前馈麦克风810输入和误差麦克风870输入，自适应噪声控制系统830可生成抗噪声信号，所述抗噪声信号会是估计背景噪声的反量。自适应系统830可以从前馈输入获取本地环境中存在的背景噪声的轮廓。自适应系统830还可以基于误差输入来调整抗噪声信号的能量大小，因为误差麦克风870可以定位成接所扬声器860。误差麦克风870捕获的误差信号可以在抗噪声信号自适应中使用，但误差麦克风信号的内容不必使用。误差麦克风670捕获的误差信号可以对应于背景噪声、抗噪声、下行链路信号以及用户语音的混合。因此，误差麦克风870捕获的误差信号可以是以上信号之和。抗噪声信号可以作为从环境直接进入用户耳朵的声学噪声的复制品生成。但是，抗噪声信号可以与声学噪声180°异相，使得其破坏性地干扰用户耳膜处的声学噪声。该破坏性干扰可消除用户耳膜处的声学噪声，并且因此增强用户收听远端信号的能力。

自适应噪声控制系统830生成的抗噪声信号可输出到加法器840。天线(未示出)可接收下行链路信号。然后可由解码器(未示出)对无线电下行链路信号进行解调和解码以生成包含来自远端说话者的音频信号的下行链路信号。解码器可处理CDMA、TDMA、OFDM或任何其他已知的无线协议信号，该处理包括解调和话音解码。

加法器840可将抗噪声信号和下行链路信号组合。输入到加法器840的信号可具有需要处理的不同采样速率。组合信号可输出到扬声器860。因此用户可接收下行链路信号，其包括远端信号和可位于扬声器860处的用户耳膜处的抗噪声信号。通过抗噪声信号破坏性地干扰环境中存在的声学噪声，用户可更清楚地听到远端信号。

本底噪声检测器880可从前馈麦克风接收输入。响应于本底噪声的水平，检测器880可向ANC系统输出本底噪声控制信号。本底噪声检测器880可具有两个阈值，最小和最大阈值。最小阈值可对应于抗噪声信号可使用户的收听体验更好的最低噪声量。最大阈值可对应于抗噪声信号的饱和点。

图9示出具有示例性本底噪声水平及其相应的抗噪声增益信号的图。其示出用以基于本底噪声水平平滑地启用或禁用抗噪声信号的不同衰减轮廓。在上面的图中，噪声的两个阈值示为较低(最低)和较高(最高)。在较低的阈值之下的噪声可能不需要抗噪声，因为噪声水平对抗噪声改进用户的听觉情况来说太低。较高阈值对应于抗噪声信号的饱和点。

可在自适应ANC系统中控制抗噪声增益。另选地，变化增益放大器可位于ANC系统之后。变化增益放大器可由本底噪声检测器根据放大器增益轮廓来控制。

在本发明的一个实施例中，自适应ANC系统可包括限制器。在接收机和前馈麦克风之间的声学和机械耦合有时可能太强而导致自适应ANC系统变得不稳定。因此，可使用限制器来控制前馈信号的幅度，以及从而增加自适应ANC系统的稳定性。

图10示出了根据本发明的实施例的限制器1000的简化框图。限制器1000可耦合到前馈麦克风1010和均衡器1050，其中限制器1000可以从前馈麦克风1010接收信号并且将限制后的前馈信号提供给均衡器1050。限制器1000可以包括衰减器1020、高通滤波器1030和峰值检测器1040。在另一个实施例中，高通滤波器1030可以是带通滤波器。高通滤波器1030可以匹配期望反馈的频率范围。

衰减器1020可调整前馈信号的大小。例如，衰减器1020可衰减信号直到该信号处于特定阈值之下。

峰值检测器1040可将输入前馈信号与一阈值水平进行比较。如果信号高于阈值，则峰值检测器1040可指示衰减器1020对信号进行衰减直到信号处于该阈值之下。限制器操作可以是连续的。峰值检测器1040可包括两个时间常量。一个运行(attack)状态的常量和一个释放状态的常量。因此，峰值检测器1040可根据输入信号的大小来缩放输入信号。通过保持前馈信号的水平，限制器可提供向系统稳定性。

在此具体说明和描述了本发明的一些实施例。然而，将认识到，以上教导覆盖了本发明的修改和变化。在其它情况下，已知操作、部件和电路没有详细描述，以使其不混淆实施例。可以意识到，在此公开的具体结构和功能细节可能是代表性的并且不必限制实施例的范围。

本领域技术人员可以从以上描述认识到本发明可以多种形式实施，并且各实施例可以单独或组合实施。因此，尽管本发明的实施例已经结合其特定示例进行了描述，但是本发明的实施例和/或方法的真正范围应当不限于此，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将对本领域技术人员来说是显而易见的。

可使用硬件元件、软件元件或两者的组合来实现不同的实施例。硬件元件的示例可包括处理器、微处理器、电路、电路元件(例如晶体管、电阻器、电容器、电感器等等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体装置、芯片、微芯片、芯片组等等。软件的示例可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或其任意组合。确定一个实施例是否使用硬件元件和/或软件元件来实施可根据任意数量的因素而改变，例如期望的计算速率、功率水平、耐热性、处理循环预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度和其他设计或性能限制。

可以例如使用计算机可读媒介或产品实施一些实施例，所述计算机可读媒介或产品可存储指令或指令集，如果由机器执行指令或指令集，可使机器执行根据实施例的方法和/或操作。这样的机器可包括，例如，任何合适的处理平台、计算平台、计算装置、处理装置、计算系统、处理系统、计算机、处理器等等，并且可使用任何合适的硬件和/或软件的组合来实施。计算机可读媒介或产品可包括，例如任何合适类型的存储器单元、存储器装置、存储器产品、存储器媒介、存储设备、存储产品、存储媒介和/或存储单元，例如存储器、可移除或不可移除媒介、可擦除或不可擦除媒介、可写或可重写媒介、数字或模拟媒介、硬盘、软盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、可记录压缩盘(CD-R)、可重写压缩盘(CD-RW)、光盘、磁媒介、磁光媒介、可移除存储卡或盘、不同类型的数字万用盘(DVD)、带、盒式磁带、等等。指令可包括任何合适类型的代码，例如源代码、汇编代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码、加密代码等等，使用任何合适的高级、低级、面向对象、可视、汇编和/或解释编程语言来实施。

Claims

1.一种用于噪声消除的系统，包括：

第一输入，用于接收来自前馈麦克风的第一信号；

第二输入，用于接收来自误差麦克风的第二信号；

耦合到所述第一输入和所述第二输入的控制器，所述控制器配置为根据所接收的信号自适应地生成抗噪声信号，其中所述控制器从所述第一信号获取所述抗噪声信号的轮廓，并且基于所述第一信号和所述第二信号两者来调整所述抗噪声信号的大小；

输出，用于向扬声器发送所述抗噪声信号；以及

话音检测器，所述话音检测器耦合到所述控制器，用以检测下行链路通道中的话音，并且所述控制器进一步配置为在所述下行链路通道中检测到话音的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，同时仍在所述输出提供所述抗噪声信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述抗噪声信号与背景噪声180°异相。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述第二信号是在背景噪声、所述抗噪声信号和下行链路信号之间的误差信号。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述系统在集成电路上提供。

5.如权利要求1所述的系统，所述控制器包括过滤块。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述过滤块执行自适应最小均方(LMS)算法，其中误差信号被测量并且是所述第二信号。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述过滤块根据以下公式来计算LMS系数：

G₁＝G₀+μ*F*E

其中，G₁是所述LMS系数，G₀是先前的LMS系数，μ是加权系数，F是所述第一信号，以及E是误差信号。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述话音检测器包括均方根(RMS)水平估计器和本底噪声估计器，用以确定检测到的话音是否高于最小阈值。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述话音检测器包括邻近检测器。

10.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到前馈输入和误差输入的风检测器，并且配置为在检测到风的时段期间由所述控制器调整所述抗噪声信号的自适应生成。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器在检测到风的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，同时仍在所述输出提供所述抗噪声信号。

12.如权利要求10所述的系统，，其中所述控制器在检测到风的时段期间暂停有效噪声信号的自适应生成，并且不在所述输出提供任何抗噪声信号。

13.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器在检测到风的时段期间暂停有效噪声信号的自适应生成，并且在所述输出渐弱地提供所述抗噪声信号。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述抗噪声信号根据风的大小而渐弱。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述风检测器包括：

能量检测器，接收所述第二信号并且生成能量阈值输出；

相关性估计器，接收所述第一信号和所述第二信号，生成这两个信号的相关性估计；以及

风控制器，接收所述相关性估计和所述能量阈值输出，并且生成要输出到所述控制器的风控制信号。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述风检测器还包括低通滤波器。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述低通滤波器是500Hz的低通滤波器。

18.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到所述第一输入的本底噪声检测器，用以检测噪声水平，其中如果噪声低于最小噪声水平阈值，所述控制器则暂停抗噪声信号输出。

19.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到所述第一输入的本底噪声检测器，用以检测噪声水平，其中如果噪声高于最大噪声水平阈值，所述控制器则暂停抗噪声信号输出。

20.如权利要求1所述的系统，进一步包括限制器，用以衰减所述第一信号以使所述第一信号保持为低于限制阈值。

21.一种用于噪声消除的方法，包括：

接收来自第一麦克风的前馈输入；

接收来自第二麦克风的误差输入；

基于所述前馈输入和所述误差输入计算背景噪声信号；

自适应地生成抗噪声信号，所述抗噪声信号与背景噪声信号180°异相；

向扬声器输出所述抗噪声信号；

检测下行链路信号中的话音；以及

在检测到话音的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成同时仍输出所述抗噪声信号。

22.如权利要求21所述的方法，其中通过测量的误差信号使用自适应LMS算法生成所述抗噪声信号。

23.如权利要求22所述的方法，其中过滤块根据以下公式来计算LMS系数：

G₁＝G₀+μ*F*E

其中，G₁是所述LMS系数，G₀是先前的LMS系数，μ是加权系数，F是前馈输入，以及E是误差输入。

24.如权利要求21所述的方法，进一步包括：

基于所述前馈输入和误差输入检测风；以及

在检测到风的时段期间调整所述抗噪声信号的自适应生成。

25.如权利要求24所述的方法，其中在检测到风的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，同时仍输出所述抗噪声信号。

26.如权利要求24所述的方法，其中在检测到风的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，并暂停输出所述抗噪声信号。

27.如权利要求24所述的方法，其中在检测到风的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，并渐弱输出所述抗噪声信号。

28.如权利要求27所述的方法，其中根据风的大小使所述抗噪声信号渐弱。

29.如权利要求24所述的方法，其中通过生成所述前馈输入和误差输入之间的相关性估计来检测风。

30.如权利要求29所述的方法，进一步包括在生成所述相关性估计之前对所述前馈输入和误差输入进行滤波。

31.如权利要求21所述的方法，进一步包括：

测量所述前馈输入中的噪声水平；以及

如果所述噪声水平低于最小阈值，则暂停抗噪声信号的生成和输出。

32.如权利要求21所述的方法，进一步包括：

测量所述前馈输入中的噪声水平；以及

如果所述噪声水平高于最大阈值，则暂停抗噪声信号的生成和输出。

33.如权利要求21所述的方法，进一步包括：

衰减所述前馈输入以将所述前馈输入保持为低于限制阈值。

34.一种手持设备，包括：

扬声器；

前馈麦克风；

误差麦克风，其中相比于所述前馈麦克风所述误差麦克风更接近所述扬声器；以及

自适应噪声控制系统，耦合到所述前馈麦克风和所述误差麦克风，用以基于从所述前馈麦克风捕获的背景噪声和从所述误差麦克风捕获的误差信号来生成抗噪声信号，并且将所述抗噪声信号输出到所述扬声器；

话音检测器，所述话音检测器耦合到所述自适应噪声控制系统，用以检测下行链路通道中的话音，并且所述自适应噪声控制系统进一步配置为在所述下行链路通道中检测到话音的时段期间暂停所述抗噪声信号的自适应生成，同时仍在所述输出提供所述抗噪声信号。

35.如权利要求34所述的手持设备，其中所述自适应噪声控制系统是集成电路。

36.如权利要求34所述的手持设备，进一步包括：

耦合到所述前馈麦克风和所述自适应噪声控制系统的均衡器。

37.如权利要求34所述的手持设备，进一步包括：

接收下行链路信号的天线；以及

组合所述下行链路信号和所述抗噪声信号的加法器。