CN103262570A - 自适应噪声消除 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，一种噪声消除系统包括：第一数字话筒，用于检测环境噪声；耦合至第一数字话筒的输出的第一三角积分(ΣΔ)调制器；位于耳机扬声器附近的第二数字话筒，用于检测耳机扬声器的输出；耦合至第二数字话筒的输出的第二三角积分调制器；耦合至第二三角积分调制器的抽取器；以及自适应数字滤波器，用于响应于抽取器和第一三角积分调制器而自适应地调节耳机扬声器的输出，使得耳机扬声器的输出包括期望的音频和声学信号，以消除一些或全部环境噪声。描述并要求保护其他实施例。

Description

自适应噪声消除
技术领域
本发明总体涉及自适应噪声消除。
背景技术
便携式设备的耳机中的声学噪声消除典型地利用传统模拟话筒来实现。数字话筒模块开始变得流行，但它们在自适应噪声消除(ANC)中的使用非常有限。例如，利用模拟话筒的传统解决方案不需要处理由抽取器引起的延迟，该抽取器由更高阶的正弦滤波器组成。然而，可能需要这些抽取器来过滤数字话筒的输出中的噪声。因此，已经产生在自适应噪声消除解决方案中减轻抽取器的固有延迟的影响的需求。
附图说明
根据下文给出的详细描述和本发明的一些实施例的附图，将能更完整地理解本发明，然而，这些详细描述和实施例的附图不应被视为将本发明限制为所描述的具体实施例，而仅仅是为了说明和理解。
图1示出根据本发明一些实施例的系统。
图2示出根据本发明一些实施例的系统。
图3示出根据本发明一些实施例的系统。
图4示出根据本发明一些实施例的系统。
图5示出根据本发明一些实施例的系统。
图6示出根据本发明一些实施例的系统。
图7示出根据本发明一些实施例的系统。
具体描述
本发明的一些实施例涉及自适应噪声消除。
在一些实施例中，一种噪声消除系统包括：第一数字话筒，用于检测环境噪声；耦合至第一数字话筒的输出的第一三角积分(ΣΔ)调制器；位于耳机扬声器附近的第二数字话筒，用于检测耳机扬声器的输出；耦合至第二数字话筒的输出的第二三角积分调制器；耦合至第二三角积分调制器的抽取器；以及自适应数字滤波器，用于响应于抽取器和第一三角积分调制器而自适应地调节耳机扬声器的输出，使得耳机扬声器的输出包括期望的音频和声学信号，以消除一些或全部环境噪声。
在一些实施例中，自适应数字滤波器的至少一个系数被用于基于当前误差样本和经延迟的输入样本来自适应地调节耳机扬声器的输出。
根据一些实施例的本发明涉及便携式设备（例如，根据一些实施例，手机、移动因特网设备或MID、个人数字助理或PDA等等）的耳机中的声学噪声消除（ANC）。根据本文中描述的一些实施例，参考仅一个耳机来描述噪声消除。然而，根据一些实施例，例如，噪声消除也可应用于诸如立体声头戴式耳机的左耳机和右耳机之类的两个或更多个耳机。
图1示出根据本发明一些实施例的系统100。在一些实施例中，系统100实现自适应噪声消除（ANC）解决方案。
根据一些实施例，在诸如包括耳机、话筒等等的系统100之类的系统的许多实现方式中，环境噪声存在于聆听输入至系统的期望音频信号（例如脉冲编码调制或PCM样本，其可在诸如每秒8k个样本、每秒16k个样本、每秒44.1k个样本、每秒48k个样本和/或每秒96k个样本之类一个或若干标准采样率下采样）的人员周围。在没有噪声消除方案的情况下，用户将既听到期望的音频又听到通过声学路径并被添加至扬声器输出的噪声。根据一些实施例，例如，诸如图1所示的系统100之类的噪声消除方案采用数字信号处理。
根据一些实施例，系统100包括声学噪声源102、包括噪声话筒106和模数转换器（AD转换器或A/D转换器）108的数字话筒模块（DMIC模块）104、滤波器110（例如自适应数字滤波器）、加法器112、数模转换器（DA转换器或D/A转换器）114、音频带低通滤波器（LPF）116、扬声器118（例如耳机扬声器）、包括误差话筒122和模数转换器（AD转换器或A/D转换器）124的数字话筒模块（DMIC模块）120、延迟（和/或延迟模块）126以及系数自适应模块128。在一些实施例中，自适应数字滤波器110、加法器112、DA转换器114、音频带LPF116、耳机扬声器118、DMIC模块120、误差话筒122、AD转换器124、延迟模块126、和/或系数自适应模块128形成提供时间延迟的自适应环路。
在一些实施例中，图1中示出的系统100提供诸如例如一个或多个蜂窝电话、移动因特网设备（MID）、个人数字助理（PDA）之类的便携式设备和/或其它便携式设备的耳机中的声学噪声消除。虽然参考图1描述噪声消除在一个耳机中执行，但根据一些实施例，相同和/或相似的原理应用于两个或更多个耳机（例如，根据一些实施例，应用于立体声头戴式耳机的左耳机和右耳机）。
根据一些实施例，在诸如包括耳机、话筒等等的系统100之类的系统的许多实现方式中，环境噪声存在于聆听输入至系统的期望音频信号（例如脉冲编码调制或PCM样本，其可在诸如每秒8k个样本、每秒16k个样本、每秒44.1k个样本、每秒48k个样本和/或每秒96k个样本之类一个或若干标准采样率下采样）的人员周围。在没有噪声消除方案的情况下，用户将既听到期望的音频又听到通过声学路径并被添加至扬声器输出的噪声。
该噪声被示为起源于图1的左侧，来自声学噪声源102。噪声通过声学路径130到达聆听者的耳道。声学路径通过空气和手持设备外壳，直至扬声器118所处的位置。扬声器118再现来自远端的信号声音以及由位于噪声源102附近的话筒106所拾取的声学噪声的修改版本。应注意，在一些实施例中，该信号的声音可以是来自远端的语音或音频信号，或可以是存储的音频信号（例如在本地多媒体卡中）。
如图1所示，根据一些实施例，例如，手持设备中的耳机使用和/或包括两个话筒106和122。噪声话筒106远离扬声器118放置并且拾取环境噪声。在一些实施例中，例如，当手持设备相对于聆听者的耳朵放置时，误差话筒122物理地放置在靠近扬声器118和/或靠近聆听者的耳道的位置处的耳机中。根据一些实施例，系统100用于位于头戴式耳机中的耳机的实施方式中。因此，根据一些实施例，噪声话筒106不感测期望的音频，而只感测环境噪声。
根据一些实施例，以选定和/或方便的采样率对来自话筒106和122二者的信号同时采样。根据一些实施例，使噪声话筒106的输出通过滤波器110，并且滤波器110具有与声学路径130相同的频率响应（在振幅和相位上），噪声从周围环境通过该声学路径130传播通过耳机的外壳直至扬声器118所处的位置。然而，声学路径130的特性是未知的，并且由于诸如环境温度和手持设备的朝向之类的各种因素而随时间变化。一旦数字滤波器110的系数经过调节并且ANC系统100稳定化，就可预期通过扬声器118转换成可听信号的滤波器110的输出的大小将理想地等于不期望噪声的大小，但极性相反。该输出被称为“反噪声”，且将会使聆听者的耳道中的噪声最小。然而，实际上，消除之后的残余信号（或误差信号）可能不为零。利用误差ADC124对所得的音频噪声（残余误差信号）采样和数字化。即，通过误差话筒122感测耳机的输出处的噪声，并且使用AD转换器124的相应输出来逐循环地修改滤波器系数，直到误差信号被减小至最小水平。误差ADC样本被用于迭代地修改滤波器的系数，直到系数稳定并且误差水平达到最小值（不一定为零）。这通过由滤波器110、加法器112、LPF116、扬声器118、DMIC模块120、误差话筒122、AD转换器124、延迟126和/或系数自适应128形成的自适应环路中的时间延迟来实现。
注意，时间延迟126不见得是功能块或实体块。在一些实施例中，时间延迟是固有的（例如在抽取器中固有的），并且DMIC、抽取器以及系数自适应块之间的数据传输过程。这些延迟汇总在一起成为图1中的块，以示出信号路径中存在有限时间延迟。
根据一些实施例，该自适应滤波是利用最小均方（LMS）误差实现方式、利用例如有限冲激响应（FIR）数字滤波器来实现的。这可如以下方程所描述地那样完成。
y ( n ) = Σ k = 0 N - 1 ( h ( k ) * x ( n - k )   （方程A）
Figure BDA00003346955900051
e(n)=d(n)-y(n)   （方程B）
Figure BDA00003346955900052
hk(n+1)=hk(n)+μ*e(n)*x(n-k)  （方程C）
Figure BDA00003346955900053
根据一些实施例的其中利用LMS符号实现方式来更新系数的另一实现方式如下。
hk(n+1)=hk(n)+Δ*sign(e(n)*x(n-k))  （方程D）
其中Δ是用于更新系数的步长。
根据一些实施例，在上述方程A、B、C和/或D中，假定误差话筒122的输出被取样和数字化，并且无任何延迟地用于更新系数以估计FIR滤波器的下一输出样本以求解方程A。通过正确地选择μ和/或Δ的值，自适应滤波器将迅速收敛。然而，如果误差信号在被用于更新系数之前被延迟超过FIR滤波器的两个采样间隙，则该滤波器在噪声具有随机性质时（诸如不期望的可听语音或声音）可能不会收敛。
也可使用利用数字话筒模块的自适应滤波器的实现方式，该数字话筒模块采用过采样三角积分调制器（ΣΔ调制器）来感测声学噪声和声学误差信号并且驱动扬声器。ΣΔ调制器可用于针对声学噪声和误差信号的A/D转换器以及驱动扬声器的D/A转换器。然而，利用相应的抽取器和内插器的ΣΔ调制器的使用在信号路径中引入了附加延迟，这会引起收敛问题。
图2示出根据本发明的一些实施例的系统200。在一些实施例中，系统200实现自适应噪声消除（ANC）解决方案。在一些实施例中，系统200包括利用模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)的自适应噪声消除实现方式，模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)利用ΣΔ调制器。
根据一些实施例，系统200包括声学噪声源202、包括噪声话筒206和四阶三角积分模数调制器208的数字话筒模块（DMIC模块）204、四阶抽取器210、延迟212、滤波器214（例如自适应数字滤波器和/或有限冲激响应或FIR滤波器）、加法器216、内插器218、延迟220、四阶三角积分数模调制器222、电感器224、电容器226、电阻器228、扬声器230（例如耳机扬声器）、包括误差话筒234和四阶三角积分模数调制器236的数字话筒模块（DMIC模块）232、延迟238、四阶抽取器240、延迟242以及系数自适应模块244。在一些实施例中，自适应数字滤波器214、加法器216、内插器218、延迟220、四阶三角积分调制器222、电感器224、电容器226、电阻器228、耳机扬声器230、DMIC模块232、误差话筒234、四阶三角积分调制器236、延迟238、四阶抽取器240、延迟242、和/或系数自适应模块244形成提供时间延迟的自适应环路。
图中示出噪声在图2的左侧源自声学噪声源202。噪声通过声学路径244到达聆听者的耳道。声学路径通过空气和手持设备外壳直至扬声器230所处的位置。扬声器230再现来自远端的语音信号的音乐以及由位于噪声源202附近的话筒206所拾取的声学噪声的修改版本。
由于数字话筒模块的小尺寸和更高集成度的可能性，在许多手持设备设计中，数字话筒模块已经取代模拟话筒。市场中的大多数数字话筒（和/或DMIC）采用微机电（MEM）传感器或电话筒来将声学信号转换成电信号，接着例如通过四阶过采样三角积分调制器（ΣΔ调制器）在输出处产生例如一个比特流。
根据一些实施例，三角积分调制器（ΣΔ调制器）222具有例如64倍PCM速率（即3.072M个样本/秒）的采样率（如果PCM速率为48K个样本/秒（48ks/s））。ΣΔ调制器的输出经过低通滤波以抑制高频量化噪声，该低通滤波典型地利用sinc^(阶数+1)滤波器，其中阶数是ΣΔ调制器的阶数。在此，例如阶数为4。
根据以下提供正弦滤波器。
y dec ( n ) = { ( 1 + z - Nd ) 1 - z - 1 } 4
（方程E）
Figure BDA00003346955900072
由于大多数DMIC仅指定小于90dB的动态范围和小于65dB的信噪比，所以正弦抽取器可具有与ΣΔ调制器的阶数相同的阶数，而不会不利地影响DMIC的性能。根据一些实施例，系统200是自适应噪声消除（ANC）实现方式，其中所有块集成在同一集成电路（IC）内。
根据一些实施例，使噪声ΣΔ调制器210的抽取输出通过自适应有限冲激响应（FIR）滤波器或FIR和无限冲激响应（IIR）滤波器的级联，由此修改该输出以近似出现在耳机扬声器230处的声学噪声。根据一些实施例，系统200包括具有128个抽头的FIR，其具有非常宽的实现范围。将所期望的音频信号从输入采样率提高采样率，并使之成为与噪声提取器的采样率相同，然后添加至自适应FIR滤波器的输出。在将信号施加至基于ΣΔ调制器的数模转换器222之前，音频和自适应滤波的噪声的组合和在线性内插器中被内插以将过采样比率（OSR）升高至足够高的值。
根据一些实施例，四阶ΣΔ调制器数模转换器222采用128的OSR并产生一位输出流。该一位输出通过由包括电感器224和电容器226的LC网络所形成的第二阶低通滤波器来驱动耳机扬声器230。如果自适应滤波器已经令人满意地收敛，则扬声器输出将产生声学信号以消除噪声，以使固定在扬声器230前方的误差话筒234将拾取最小可听误差信号。根据一些实施例，实现了至少10dB的噪声抑制。
注意，图2中示出的延迟块212、220、238和/或242表示在从一级到下一级的数据传输期间不可避免的可能延迟。根据一些实施例，当实现方式在同一集成电路（IC）内时，例如，这些延迟可能被设置为零（无延迟）。然而，根据一些实施例，某些延迟是系统性的并且不可避免的。
根据一些实施例，四阶正弦函数是四个正弦级的级联，且将具有在以下方程中表示的群延迟。
其中fdsm是输入的采样率。
（方程F）
根据一些实施例，内插器输出将具有其输入采样率的一个采样周期的延迟。例如，如果pcm速率被选择为48K个样本/秒，则图2中的该延迟是1/(2x pcm速率)=10.417微秒。
根据一些实施例，由自适应数字滤波器214、加法器216、内插器218、延迟220、四阶三角积分调制器222、电感器224、电容器226、电阻器228、耳机扬声器230、DMIC模块232、误差话筒234、四阶三角积分调制器236、延迟238、四阶抽取器240、延迟242、和/或系数自适应模块244所形成的信号环路（自适应环路）中的环路延迟仅可容忍例如自适应滤波器的约20微秒或2个样本周期。由于内插器已经占据了约10微秒，所以该关键路径仅剩下约10微秒来容纳该信号路径中的其他元件中的延迟。这些其他元件包括包含电感器224和电容器226的基于LC的LPF、扬声器230、误差话筒234、将误差话筒234的模拟输出转换成一位数字流的ΣΔ调制器236的正弦抽取器、以及实现自适应滤波器所必需的任何处理延迟。在一些实施例中，DMIC232也可包括四阶正弦滤波器，该四阶正弦滤波器将具有根据以上方程6的延迟。例如，该延迟对于48K个采样率/秒（每秒钟48K个样本）的PCM速率为20.8微秒，并且在ANC实现中的采用四阶ΣΔ调制器的数字话筒的使用变得非常有限。对于ANC环路的该延迟限制主要当噪声信号具有随机性质时是致命的。如果噪声具有可预测的重复模式，则环路延迟变得不那么致命。除了由于误差抽取器所引起的延迟之外，取决于自适应滤波器中的抽头的数量、LC LPF的带宽以及功能块之间的数据传输中的任何延迟，上述的其他延迟可能添加附加的延迟（例如从2到5微秒）。
根据一些实施例，自适应噪声消除（ANC）在音频编码解码器中实现，该音频编码解码器是由多个芯片（例如，包括芯片上系统或SoC以及混合的信号IC或MSIC）组成的便携式设备的一部分。在一些实施例中，数字话筒模块（DMIC模块）204、噪声话筒206、四阶ΣΔ模数调制器208、四阶抽取器210、延迟212、滤波器214（例如自适应数字滤波器）、加法器216、延迟242、和/或系数自适应模块244被包括在SoC中。在一些实施例中，内插器218、延迟220、四阶ΣΔ数模调制器222、电感器224、电容器226、电阻器228、扬声器230、数字话筒模块（DMIC模块）232、误差话筒234、四阶ΣΔ模数调制器236、延迟238和/或四阶抽取器240被包括在MSIC中。
为了降低整个方案的整体成本和硅面积，存在尽可能将数字功能块放置在数字芯片中的需求。根据一些实施例中，处理期望音频信号的数字滤波器（未在图2中示出）和自适应128FIR滤波器（例如滤波器214）必须被实现在SoC中，该SoC是利用先进互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺来构造。然而，SoC具有引脚限制，并且从MSIC到SoC的抽取器输出（例如16到24位样本）以及从SoC到MSIC的内插器输入不得不经历并行到串行以及串行到并行转换以及两个芯片之间的传输。该数据传输在ANC实现方式的关键环路中引入了附加延迟，使得甚至更难在这样的实现方式中使用数字话筒（DMIC）。根据一些实施例，实现了克服由上述延迟引起的问题的可接受的解决方案。
图3示出根据本发明的一些实施例的系统300。在一些实施例中，系统300实现自适应噪声消除（ANC）解决方案。在一些实施例中，系统300包括利用模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)的自适应噪声消除实现方式，模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)利用ΣΔ调制器。
根据一些实施例，系统300包括声学噪声源302、包括噪声话筒306和四阶三角积分模数调制器308的数字话筒模块（DMIC模块）304、四阶抽取器310、延迟312、滤波器314（例如自适应数字滤波器）、加法器316、内插器318、延迟320、四阶三角积分数模调制器322、电感器324、电容器326、电阻器328、扬声器330（例如耳机扬声器）、包括误差话筒334和四阶三角积分模数调制器336的数字话筒模块（DMIC模块）332、延迟338、一阶、二阶和/或三阶抽取器340、延迟342以及系数自适应模块344。在一些实施例中，自适应数字滤波器314、加法器316、内插器318、延迟320、四阶三角积分调制器322、电感器324、电容器326、电阻器328、耳机扬声器330、DMIC模块332、误差话筒334、四阶三角积分调制器336、延迟338、四阶抽取器340、延迟342、和/或系数自适应模块344形成提供时间延迟的自适应环路。
图中示出噪声在图3的左侧源自声学噪声源302。噪声通过声学路径346到达聆听者的耳道。声学路径通过空气和手持设备外壳直至扬声器330所处的位置。扬声器330再现来自远端的语音或音乐信号的声音以及由位于噪声源302附近的话筒306所拾取的声学噪声的修改版本。
通过使用用于误差信号的传统模拟话筒和不引入不期望延迟的快速A/D转换器（即消除误差信号路径中的抽取器），可显著地减少以上讨论的延迟问题。然而，这不是期望的选择。因此，实现根据一些实施例的误差抽取器的另一方法包括使用采样率为传统速率两倍的误差抽取器（即例如使用4倍PCM速率而不是2倍PCM速率）。如果使用了四阶正弦滤波器，则这会将抽取器延迟从例如20.8微秒减小到10.4微秒。然而，甚至10.4微秒也未留下足够的空闲时间以供LC滤波器、SoC与MSIC之间的数据传输和/或实现FIR滤波器的处理时间。因此，可对误差抽取器进行进一步修改，例如将其阶数从4减至2，从而提供5.208微秒的延迟。虽然使用二阶正弦滤波器对于伴随着四阶ΣΔ调制器的传统抽取器可能是不可接受的，但它在自适应控制中的使用带来了令人满意的噪声消除水平，即使在自适应过程正在进行时存在期望音频的时候也是如此（即等同于自适应回声消除期间的“双向对话”）。根据一些实施例，一阶正弦抽取器保持自适应滤波器可操作，不过噪声抑制可能不像二阶或三阶正弦滤波器那样好。
根据一些实施例，抽取器340是一阶抽取器。根据一些实施例，抽取器340是二阶抽取器。根据一些实施例，抽取器340是三阶抽取器。根据一些实施例，抽取器340是与用于误差信号的ΣΔ调制器串联使用的一阶抽取器、二阶抽取器或三阶抽取器。
根据一些实施例，在ANC实现方式的恰当操作下，抽取器的固有延迟的影响可被减轻。在一些实施例中，可将不同的采样率用于噪声路径和误差路径。根据一些实施例，使用正弦抽取器，该正弦抽取器的阶数比用于该实现的关联ΣΔ调制器的阶数要低。
根据一些实施例，ΣΔ调制器和抽取器被用于其中采样率是其他实现方式的采样率的两倍的自适应噪声消除（ANC）实现方式中。根据一些实施例，ΣΔ调制器和抽取器用于其中将一阶、二阶或三阶正弦滤波器而不是四阶或五阶正弦滤波器用于误差抽取器块的自适应噪声消除（ANC）实现方式中。根据一些实施例，允许充足的持续时间在混合信号芯片与SoC之间传输数据，该SoC利用最新的硅工艺实现更复杂的音频数字信号处理（DSP）操作。根据一些实施例，自适应有限冲激响应（FIR）滤波器包括多个抽头（例如128个抽头）和/或位于以高时钟频率（例如200MHz）为特征的SoC中。根据一些实施例，SoC在所有相关算术操作上花费小于2微秒，从而留下3微秒以供多个芯片之间的数据传输以及用于容纳基于LC的低通滤波器（LPF）的群延迟。LC滤波器典型地具有130kHz的3dB转角和约1.3微秒的群延迟。
根据一些实施例，自适应噪声消除（ANC）实现方式包括使用三角积分调制器（ΣΔ调制器）的数字话筒（DMIC）和抽取器来感测声学噪声和误差信号。
根据一些实施例，使用独特的采样率，和/或实现用于误差信号路径的正弦滤波器的阶数。
根据一些实施例，自适应噪声消除（ANC）在音频编码解码器中实现，该音频编码解码器是由多个芯片（例如，包括芯片上系统或SoC和混合的信号IC或MSIC）组成的便携式设备的一部分。在一些实施例中，数字话筒模块（DMIC模块）304、噪声话筒306、四阶ΣΔ模数调制器308、四阶抽取器310、延迟312、滤波器314（例如自适应数字滤波器）、加法器316、延迟342、和/或系数自适应模块344被包括在SoC中。在一些实施例中，内插器318、延迟320、四阶ΣΔ数模调制器322、电感器324、电容器326、电阻器328、扬声器330、数字话筒模块（DMIC模块）332、误差话筒334、四阶ΣΔ模数调制器336、延迟338和/或一阶、二阶或三阶抽取器340被包括在MSIC中。
图4示出根据本发明的一些实施例的系统400。在一些实施例中，系统400实现自适应噪声消除（ANC）解决方案。在一些实施例中，系统400包括利用模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)的自适应噪声消除实现方式，模数转换器（A/D）和数模转换器(D/A)利用三角积分调制器（ΣΔ调制器）。
根据一些实施例，系统400包括声学噪声源402、包括噪声话筒406和四阶三角积分模数调制器408的数字话筒模块（DMIC模块）404、四阶抽取器410、延迟412、滤波器414（例如自适应数字滤波器和/或有限冲激响应滤波器或FIR滤波器和/或128抽头FIR）、加法器416、内插器418、延迟420、具有多位输出的三阶三角积分调制器422、数模转换器（DAC）424、低通滤波器（LPF）和扬声器驱动器426、扬声器430（例如耳机扬声器）、包括误差话筒434和四阶三角积分模数调制器436的数字话筒模块（DMIC模块）432、延迟438、二阶、三阶或四阶抽取器440、延迟442以及系数自适应模块444。在一些实施例中，滤波器414、加法器416、内插器418、延迟420、三阶三角积分调制器422、DCA424、LPF和扬声器驱动器426、耳机扬声器430、DMIC模块432、误差话筒434、四阶三角积分A/D调制器436、延迟438、二阶、三阶或四阶抽取器440、延迟442、和/或系数自适应模块444形成提供时间延迟的自适应环路。
图中示出噪声在图4的左侧源自声学噪声源402。噪声通过声学路径446到达聆听者的耳道。声学路径通过空气和手持设备外壳直至扬声器430所处的位置。扬声器430再现来自远端的语音信号的音乐以及由位于噪声源402附近的话筒406所拾取的声学噪声的修改版本。
如上所讨论，由于数字话筒模块的小尺寸和更高集成度的可能性，在许多手持设备设计中，数字话筒模块已经取代模拟话筒。市场中的多数数字话筒（DMIC）采用微机电（MEM）传感器或电话筒来将声学信号转换成电信号，接着例如通过四阶过采样三角积分调制器（ΣΔ调制器）在输出处产生例如一个比特流。
根据一些实施例，三角积分调制器（ΣΔ调制器）422具有例如50倍PCM速率（即2.4M个样本/秒）的采样率（如果PCM速率为48K个样本/秒）。ΣΔ调制器的输出经过低通滤波以抑制高频量化噪声，该低通滤波典型地利用sinc^(阶数+1)滤波器，其中阶数是ΣΔ调制器的阶数。
由于大多数DMIC仅指定小于90dB的动态范围和小于65dB的信噪比，所以正弦抽取器可具有与ΣΔ调制器的阶数相同的阶数，而不会不利地影响DMIC的性能。
如之前所讨论，例如根据方程E实现正弦滤波器。例如，在图4的一些实现方式中，例如Nd=25，并且输出速率为96K个样本/秒。
使噪声ΣΔ调制器的抽取输出通过自适应FIR滤波器414或FIR和MR滤波器的组合，以修改该抽取输出以近似出现在耳机扬声器430处的声学噪声。图4示出具有128个抽头的FIR，不过抽头的数量可能具有取决于噪声特性、手持设备外壳、路径延迟等等的非常广的范围。将诸如“远端语音信号”之类的期望的音频信号从输入采样率提高采样率，并使之与噪声提取器的采样率相同，然后添加至自适应FIR滤波器的输出。音频和经自适应滤波的噪声的组合和在诸如内插器418之类的线性内插器中被内插以将过采样率（OSR）升高至足够高的值，这是在将经过内插的信号施加至基于ΣΔ调制器的数模转换器（DAC）之前完成的。图4的系统400使用OSR为100的三阶ΣΔ调制器DAC，并产生例如具有17个不同电平的5位输出流。利用DAC424和低通滤波器（LPF）426将该5位输出转换成模拟单位。使LPF426的输出通过功率放大器以驱动扬声器（例如32欧姆扬声器），扬声器产生声学反噪声以及期望的音频或语音信号。
注意，将内插器418输出通过DCA424转换成扬声器驱动器426输出的功能可通过不同的方式来形成，包括利用四阶或五阶ΣΔ调制器、半数字FIR或IIR LPF、具有利用LC滤波器的LPF的脉冲波调制（PWM）生成器，等等。如果自适应滤波器已经令人满意地收敛，则扬声器输出将产生声学信号以消除噪声，以使固定在扬声器430前方的误差话筒434将拾取最小可听误差信号。根据一些实施例，系统400设计的目标是实现至少10dB的噪声抑制。
注意，图4中示出的延迟块412、420、438和/或442表示在从一级到下一级的数据传输期间不可避免的可能延迟。根据一些实施例，这些延迟可表示算术操作中的实际实现或处理延迟以及与系统400中的功能块之间的数据传输相关联的延迟。注意，一些延迟是系统性的并且是不可避免的。
根据一些实施例，通过与四个鉴别器串联的四个积分器的组合来实现四阶正弦函数。可根据上述方程F来计算群正弦抽取器延迟。根据一些实施例，系统400的输入的采样速率fdsm是2.4M个样本/秒，并且Nd抽取因子是25。
根据一些实施例，内插器输出将具有其输入采样率的一个采样周期的延迟。例如，如果pcm速率被选择为48K个样本/秒，则图4中的该延迟是1/(2x pcm速率)=10.417微秒。
根据一些实施例，例如，由自适应数字滤波器414、加法器416、内插器418、延迟420、三阶ΣΔ调制器422、DAC424、LPF和扬声器驱动器426、耳机扬声器430、DMIC模块432、误差话筒434、四阶ΣΔ调制器436、延迟438、二阶、三阶或四阶抽取器440、延迟442和/或系数自适应模块444所组成的信号环路（自适应环路）中的延迟必须小于自适应滤波器的2个采样周期（约21微秒），以便ANC系统400闭环能够稳定。这包括误差话筒434中的延迟、将误差话筒434的模拟输出转换成一位数字流的ΣΔ调制器436的正弦抽取器中的延迟、以及实现自适应滤波器所必需的任何处理延迟。在一些实施例中，DMIC432也可包括四阶或五阶正弦滤波器，该四阶或五阶正弦滤波器具有根据以上方程6的延迟。例如，该延迟对于48K个采样率/秒（每秒钟48K个样本）的PCM速率为20.8微秒，并且在ANC实现中的采用四阶ΣΔ调制器的数字话筒的使用变得非常受限。对于ANC环路的该延迟限制主要当噪声信号具有随机性质时是致命的。如果噪声具有可预测的重复模式，则环路延迟变得不那么致命。除了由于误差抽取器所引起的延迟之外，取决于自适应滤波器中的抽头的数量以及功能块之间的数据传输中的任何延迟，上述的其他延迟可能添加附加的延迟（例如从2到5微秒）。
根据一些实施例，自适应噪声消除（ANC）在音频编码解码器中实现，该音频编码解码器是由多个芯片（例如，包括芯片上系统或SoC和混合的信号IC或MSIC）组成的便携式设备的一部分。在一些实施例中，数字话筒模块（DMIC模块）404、噪声话筒406、四阶ΣΔ模数调制器408、四阶抽取器410、延迟412、滤波器414、加法器416、延迟442、和/或系数自适应模块444被包括在SoC中。在一些实施例中，内插器418、延迟420、三阶ΣΔ数模调制器422、DAC224、LPF和扬声器驱动器426、扬声器430、数字话筒模块（DMIC模块）432、误差话筒434、四阶ΣΔ模数调制器436、延迟438和/或二阶、三阶或四阶抽取器440被包括在MSIC中。
为了降低整个方案的整体成本和硅面积，存在尽可能将数字功能块放置在数字芯片中的需求。根据一些实施例中，处理期望音频信号的数字滤波器（未在图4中示出）和自适应128FIR滤波器（例如滤波器414）必须在利用先进互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺构造的SoC中实现。然而，SoC具有引脚限制，并且从MSIC到SoC的抽取器输出（例如16到24位样本）以及从SoC到MSIC的输入不得不经历并行到串行和串行到并行转换以及两个芯片之间的传输。该数据传输在ANC实现方式的关键环路中引入了附加延迟，使得甚至更难在这样的实现方式中使用数字话筒（DMIC）。如果图4包括具有可忽略的数据转换延迟的典型A/D和D/A转换器来代替ΣΔ调制器，则LMS将令人满意地工作。然而，在多个IC之间扩散的功能块之间的数据传输中的延迟以及与DM IC中的ΣΔ调制器相关联的延迟使得在诸如手机、MID平台、PDA等等之类的便携式设备中添加声学噪声消除的部件非常困难。根据一些实施例解决了这些延迟。
如上所述（例如参考图3），通过降低误差提取器的阶数（例如从4阶降低至2或3阶），并通过提高提取器的输出速率（例如从96k个样本/秒到192k个样本/秒），可显著减少由于误差提取器中的延迟引起的不利影响。例如，这有助于将延迟从2个样本周期减小至1/2或3/4个样本周期，但需要SoC与MSIC之间的高速数据传输。此外，可能需要由于其他组件引起的沿误差信号路径的延迟小于1.25个样本周期。根据一些实施例，通过实现系数自适应（例如在诸如自适应FIR滤波器414之类的自适应滤波器内）来改善这一情况。
图5示出根据本发明的一些实施例的系统500。根据一些实施例，系统500是滤波器（例如128抽头FIR滤波器）。在一些实施例中，系统500是基于上述方程A实现的滤波器。系统500包括多个寄存器502（例如，根据一些实施例，用于一个样本延迟的128个24位宽寄存器）、乘法器504（例如128个24x18乘法器）以及加法器506。
图6示出根据本发明的一些实施例的系统600。根据一些实施例，系统600示出了基于上述方程D的系数更新实现方式。系统600包括地址计数器602、系数寄存器604、加法器606、数据寄存器608、乘法器610以及复用器612。
在一些实现方式中，方程D和/或图6中的误差信号在用于更新系数之前经历了太多延迟。基于数据输入延迟线路的第一样本和误差信号来更新第一系数h(0)。然而，当误差样本可用时，如果输入样本已经消失或被移至图6中的下一延迟寄存器，则作为结果的h(0)的修改可能变得错误。因此，在一些实施例中，基于误差的当前样本和诸如X(n-1)或X(n-2)等等之类的经延迟输入样本来修改h(0)可能是更合适的。在一些实施例中，可根据延迟来选择输入样本的实际偏移延迟，使得误差信号可经历非常宽的范围。因此，根据一些实施例中，可如下地修改方程D。
hk（n+1）=hk（n）+Δ*sign（e（n）*x（n-k-j））  （方程G）
Figure BDA00003346955900161
图7示出根据本发明的一些实施例的系统700。根据一些实施例，系统700是滤波器（例如128抽头FIR滤波器）。在一些实施例中，系统700是基于上述方程G而实现的滤波器。系统700包括多个寄存器702（例如，根据一些实施例，用于一个样本延迟的136个24位宽寄存器、128加8寄存器）、乘法器704（例如128个24x18乘法器）以及加法器706。
系统700示出基于参考方程G描述的实现方式的128抽头FIR滤波器。FIR滤波器与图5中示出的滤波器保持相同，不同在于数据寄存器长度已经增加了多个附加样本（图7中具体示出的8个附加样本）。附加的经延迟样本存储符号位（如果采用了符号实现方式），不过可根据诸如以上方程C所述的LMS实现方式来实现相似的操作。如图7所示，系数自适应可基于方程G来实现。在一些实施例中，方程G中的变量j是基于误差信号路径中的延迟的可编程值。
根据一些实施例，FIR滤波器采样率是88.2k个样本/秒，并且包括四阶提取器延迟的误差信号路径中的延迟是约36微秒，将j设置为5、6或7提供了对于环路稳定性和噪声抑制而言令人满意的操作。
根据一些实施例以及如参考方程G和/或图7所描述的实现方式允许了误差信号路径中的延迟的宽范围，只要为噪声样本的符号位分配足够的寄存器位。此外，这样的实现方式甚至可允许误差提取器的采样率比噪声提取器的采样率低。
如果常规的LMS算法利用N抽头FIR滤波器实现，则N－1个数据寄存器是必须的。然而，根据一些实施例，添加额外的“j”延迟。这意味着添加了全字寄存器，而不仅仅是符号位。然而，如果我们正在执行LMS符号位算法，则仅需要存储127＋j个数字样本的符号位。在一些实施例中，使用“单个位”寄存器或“全字寄存器”（例如16位到24位字样本）。根据一些实施例，不存在全长度寄存器和单位寄存器的混合。如果我们从不同的视角看，这样的混合可用于符号算法，使得符号算法仅着眼于寄存器中的数据的符号位，即使寄存器具有全字。在基于CPU的实现方式中，使用标准寄存器而不是单个位寄存器可能更加实际。在基于定制硬件设计的实现方式中，将单个位寄存器用于LMS符号算法将节省大量门电路。
根据一些实施例，使用集成有ΣΔ调制器的DMIC，同时使误差信号环路中的延迟最小。根据一些实施例中，使用在较高采样器速率下操作的较小阶正弦函数。在一些实施例中，再添加几个寄存器位作为FIR滤波器的数据寄存器的一部分。注意，在一些实施例中，使用LMS符号来实现方式，并且通过变量j所指示的附加延迟仅需要存储和移动符号位而不是整个数字字（其可以在16位到24位样本中）。
根据一些实施例，数字话筒（DMIC）使用ΣΔ调制器和抽取器来感测声学噪声和误差信号。使用这样的DMIC引起在使用模拟话筒的系统中并不出现的问题。在一些实施例中，使用包括额外延迟元件的自适应FIR滤波器。如果FIR滤波器是N抽头滤波器，则该滤波器典型地将具有（N-1）个数据寄存器。根据一些实施例中，实现使用（N-1）个数据寄存器和j个符号位寄存器以及偏移地址寄存器的FIR滤波器。根据一些实施例，按照新颖且独特的方式（例如通过添加额外的延迟元件）来更新FIR系数。
虽然在本文中已经将一些实施例描述为按照特定方式来实现（诸如利用128抽头滤波器），但根据一些实施例，可能不需要这些特定实现方式。例如，根据一些实施例，可使用不同类型或大小的滤波器。
注意，本申请中示出的时间延迟不见得是功能或实体块。在一些实施例中，时间延迟是固有的（例如在抽取器中固有的），并且DMIC、抽取器以及系数自适应块之间的数据传输过程。在附图中示出了这些延迟，以示出信号路径中存在有限时间延迟。本文中示出的系统模型图中的延迟表示将在系统中存在的由于抽取器和内插器的特定实现方式所引起的固有延迟、与并行/串行/并行转换相关联的延迟、在寄存器中保持数据以供数据同步所必需的延迟，等等。实际上，根据一些实施例，解决了这些延迟对自适应滤波器系统的性能的不利影响。
虽然参考特定实现方式描述了一些实施例，但根据一些实施例，其他实现方式也是可能的。另外，附图中所示的和/或本文描述的电路元件或其它特征的配置和/或顺序不需要以所示和所描述的特定方式安排。根据某些实施例很多其它配置也是可能的。
在附图中示出的每个系统中，在一些情况下的元件可分别具有相同附图标记或不同的附图标记，以暗示所表示的元件可能不同和/或相似。然而，元件是足够灵活的以具有不同的实现并与本文所示或所描述的系统中的部分或全部一起操作。附图中所示的各元件可以相同或不同。将哪个称为第一元件以及将哪个称为第二元件是任意的。
在说明书和权利要求书中，可使用术语“耦合”和“连接”及其衍生词。应当理解，这些术语并不旨在作为彼此的同义词。相反，在具体实施例中，“连接”用于指示两个或更多个元件彼此直接物理或电接触。“耦合”可能表示两个或多个元件直接物理接触或电接触。然而，“耦合”也可表示两个或更多个元件并未彼此直接接触，但是仍然彼此协作、彼此相互作用。
在本文中，算法一般被认为是导致期望结果的一系列自洽的动作或操作。这些包括物理量的物理操纵。通常但非必须，这些量采用能被存储、传输、组合、比较、以及以其他方式操控的电信号或磁信号的形式。已经证明将这些信号称为位、值、元素、码元、字符、项、数字等有时是方便的，主要是出于通用的原因。然而，应当理解，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联且仅仅是应用于这些量的方便标志。
一些实施例可在硬件、固件和软件中的一者或组合中实现。一些实施例还可被实现为存储在机器可读介质上的指令，其可由计算平台读取和执行以执行本文所述的操作。机器可读介质可包括用于存储或传送机器（例如，计算机）可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备、电、光、声或其它形式的传播信号（例如，载波、红外信号、数字信号、发送和/或接收信号的接口等）等等。
实施例是本发明的实现或示例。说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其它实施例”的引用表示结合这些实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一些实施例中，而不一定在所有的实施例中。各处出现的“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”不一定都指相同的实施例。
并非本文中描述和示出的所有组件、特征、结构、特性等等都需要被包括在特定实施例或多个实施例中。例如，如果说明书陈述“可”、“可能”或“能够”包括组件、特征、结构或特性，则不一定包括该特定组件、特征、结构或特性。如果说明书或权利要求书提到“一”或“一个”元件，则这并不意味着仅有一个该元件。如果说明书或权利要求书提及“附加”元件，这不排除有一个以上的附加元件。
虽然已经在本文中使用流程图和/或状态图来描述多个实施例，但本发明不限于本文中描述的那些图或相应的描述。例如，流程不必经过每个所示的框或状态或以本文所示和所述的完全相同的顺序进行。
本发明不限于本文中描述的特定细节。实际上，受益于本公开的本领域的技术人员将理解，可在本发明的范围内进行来自上述描述和附图的很多其它变型。因此，所附权利要求书（包括对其进行的任何修改）定义本发明的范围。

Claims (22)

1.一种噪声消除装置，包括：
第一数字话筒，用于检测环境噪声；
第一三角积分(ΣΔ）调制器，耦合至第一数字话筒的输出；
第二数字话筒，位于耳机扬声器附近，用于检测耳机扬声器的输出；
第二三角积分(ΣΔ)调制器，耦合至第二数字话筒的输出；
抽取器，耦合至第二三角积分调制器；
自适应数字滤波器，用于响应于抽取器和第一三角积分调制器而自适应地调节耳机扬声器的输出，使得耳机扬声器的输出包括期望的音频和声学信号，以消除一些或全部环境噪声。
2.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，被提供至所述自适应数字滤波器的环境噪声的采样率以及所述抽取器的输出的采样率是基本速率的采样率的两倍。
3.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，被提供至所述自适应数字滤波器的环境噪声的采样率与所述抽取器的输出的采样率不同。
4.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，被提供至所述自适应数字滤波器的环境噪声的采样率是基本速率的两倍，并且所述抽取器的输出的采样率是基本速率的四倍。
5.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，所述抽取器的阶数低于第一三角积分调制器和/或第二三角积分调制器的阶数。
6.如权利要求5所述的噪声消除装置，其特征在于，所述抽取器是一阶、二阶或三阶抽取器，并且所述第一三角积分调制器和第二三角积分调制器是四阶三角积分调制器。
7.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，所述第一三角积分调制器是三角积分模数调制器，且所述第二三角积分调制器是三角积分模数调制器。
8.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，还包括耦合在第一三角积分调制器与自适应数字滤波器之间的一个或多个抽取器。
9.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，还包括加法器，用于将自适应数字滤波器的输出与期望音频组合。
10.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，所述自适应数字滤波器用于减轻所述抽取器的延迟。
11.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，还包括耦合在自适应数字滤波器的输出与耳机扬声器的输入之间的三角积分调制器。
12.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，还包括耦合在第一三角积分调制器与自适应数字滤波器之间的第一延迟、耦合在自适应数字滤波器与耳机扬声器之间的第二延迟、耦合在第二三角积分调制器与抽取器之间的第三延迟、和/或耦合在抽取器与自适应数字滤波器之间的第四延迟。
13.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，所述抽取器包括正弦滤波器。
14.如权利要求1所述的噪声消除装置，其特征在于，被提供给自适应数字滤波器的环境噪声的采样率以及抽取器的输出的采样率高于基本速率的采样率，并且抽取器的阶数低于第一三角积分调制器和/或第二三角积分调制器的阶数。
15.一种噪声消除方法，包括：
利用第一数字话筒检测环境噪声；
对第一数字话筒的输出进行三角积分调制；
利用第二数字话筒检测耳机扬声器的输出；
对第二数字话筒的输出进行三角积分调制；
抽取第二数字话筒的经过三角积分调制的输出；
响应于对第一数字话筒的输出的抽取和三角积分调制而自适应地调节耳机扬声器的输出，使得耳机扬声器的输出包括期望的音频和声学信号，以消除一些或全部环境噪声。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在基本速率的采样率的两倍的采样率下对环境噪声进行采样，并在基本速率的采样率的两倍的采样率下抽取第二数字话筒的经过三角积分调制的输出。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在第一速率下对环境噪声进行采样，并在与第一速率不同的第二速率下执行抽取。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在基本速率的采样率的两倍的采样率下对环境噪声进行采样，并在基本速率的采样率的四倍的采样率下抽取第二数字话筒的经过三角积分调制的输出。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述抽取的阶数低于第一数字话筒的输出的三角积分调制的阶数和/或第二数字话筒的输出的三角积分调制的阶数。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括组合期望的音频信号。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括减轻所述抽取中的延迟。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在高于基本速率的采样率的采样率下对环境噪声进行采样，并在高于基本速率的采样率的采样率下抽取第二数字话筒的经过三角积分调制的输出，其中抽取的阶数低于第一数字话筒的输出的三角积分调制的阶数和/或第二数字话筒的输出的三角积分调制的阶数。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104616662A (zh) * 2015-01-27 2015-05-13 中国科学院理化技术研究所 主动降噪方法及装置
CN105510066A (zh) * 2015-11-25 2016-04-20 长兴昇阳科技有限公司 基于自适应降噪算法的一类旋转机械系统故障诊断方法
CN105593927A (zh) * 2013-08-22 2016-05-18 伯斯有限公司 正弦有源噪声降噪系统中的不稳定性检测和校正
CN106448648A (zh) * 2016-07-25 2017-02-22 武汉理工大学 一种防干扰的主动噪声控制装置
CN107948785A (zh) * 2017-10-23 2018-04-20 歌尔股份有限公司 耳机和对耳机执行自适应调整的方法
CN110706686A (zh) * 2019-12-13 2020-01-17 恒玄科技(北京)有限公司 降噪方法、自适应滤波器、入耳式耳机和半入耳式耳机

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9112583B2 (en) * 2006-09-14 2015-08-18 Symbol Technologies, Llc Mitigating audible cross talk
US9247346B2 (en) 2007-12-07 2016-01-26 Northern Illinois Research Foundation Apparatus, system and method for noise cancellation and communication for incubators and related devices
JP5493817B2 (ja) * 2009-12-17 2014-05-14 沖電気工業株式会社 エコーキャンセラ
KR101510454B1 (ko) * 2010-09-20 2015-04-15 한국전자통신연구원 대역통과 샘플링 수신기 및 그것의 필터 설계 및 재구성 방법
DE102011003470A1 (de) * 2011-02-01 2012-08-02 Sennheiser Electronic Gmbh & Co. Kg Headset und Hörer
KR101792261B1 (ko) * 2011-09-30 2017-11-02 삼성전기주식회사 전력 측정 장치
EP2645362A1 (en) * 2012-03-26 2013-10-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus and method for improving the perceived quality of sound reproduction by combining active noise cancellation and perceptual noise compensation
AU2012384922B2 (en) * 2012-07-13 2015-11-12 Razer (Asia-Pacific) Pte. Ltd. An audio signal output device and method of processing an audio signal
US10175931B2 (en) 2012-11-02 2019-01-08 Sony Corporation Signal processing device and signal processing method
US10659889B2 (en) * 2013-11-08 2020-05-19 Infineon Technologies Ag Microphone package and method for generating a microphone signal
US9293128B2 (en) 2014-02-22 2016-03-22 Apple Inc. Active noise control with compensation for acoustic leak in personal listening devices
US9959859B2 (en) 2015-12-31 2018-05-01 Harman International Industries, Incorporated Active noise-control system with source-separated reference signal
US10015581B2 (en) * 2016-06-14 2018-07-03 Bose Corporation Feedback microphone adaptor for noise canceling headphone
JP7020432B2 (ja) * 2017-01-31 2022-02-16 ソニーグループ株式会社 信号処理装置、信号処理方法及びコンピュータプログラム
JP6982556B2 (ja) * 2018-08-14 2021-12-17 株式会社奥村組 アクティブノイズコントロールシステム
CN113709607A (zh) * 2021-08-20 2021-11-26 深圳市京华信息技术有限公司 声信号传播方法、系统和计算机可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6268815B1 (en) * 1999-06-15 2001-07-31 Globespan, Inc. High performance switched-capacitor filter for oversampling sigma-delta digital to analog converters
US20050232452A1 (en) * 2001-04-12 2005-10-20 Armstrong Stephen W Digital hearing aid system
JP2008116782A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Sony Corp ノイズキャンセリングシステムおよびノイズキャンセル方法
JP2008197438A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Sony Corp 信号処理装置、信号処理方法
WO2010129272A1 (en) * 2009-04-28 2010-11-11 Bose Corporation Sound-dependent anr signal processing adjustment

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5862234A (en) * 1992-11-11 1999-01-19 Todter; Chris Active noise cancellation system
US5388080A (en) * 1993-04-27 1995-02-07 Hughes Aircraft Company Non-integer sample delay active noise canceller
JP3327114B2 (ja) * 1996-04-24 2002-09-24 ソニー株式会社 信号処理装置、信号記録装置及び信号再生装置
US6741707B2 (en) * 2001-06-22 2004-05-25 Trustees Of Dartmouth College Method for tuning an adaptive leaky LMS filter
CA2481629A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-15 Dspfactory Ltd. Method and system for active noise cancellation
GB2437772B8 (en) * 2006-04-12 2008-09-17 Wolfson Microelectronics Plc Digital circuit arrangements for ambient noise-reduction.
JP5439707B2 (ja) * 2007-03-02 2014-03-12 ソニー株式会社 信号処理装置、信号処理方法
US7365669B1 (en) * 2007-03-28 2008-04-29 Cirrus Logic, Inc. Low-delay signal processing based on highly oversampled digital processing
US8737636B2 (en) * 2009-07-10 2014-05-27 Qualcomm Incorporated Systems, methods, apparatus, and computer-readable media for adaptive active noise cancellation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6268815B1 (en) * 1999-06-15 2001-07-31 Globespan, Inc. High performance switched-capacitor filter for oversampling sigma-delta digital to analog converters
US20050232452A1 (en) * 2001-04-12 2005-10-20 Armstrong Stephen W Digital hearing aid system
JP2008116782A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Sony Corp ノイズキャンセリングシステムおよびノイズキャンセル方法
US20080310645A1 (en) * 2006-11-07 2008-12-18 Sony Corporation Noise canceling system and noise canceling method
JP2008197438A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Sony Corp 信号処理装置、信号処理方法
WO2010129272A1 (en) * 2009-04-28 2010-11-11 Bose Corporation Sound-dependent anr signal processing adjustment

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105593927A (zh) * 2013-08-22 2016-05-18 伯斯有限公司 正弦有源噪声降噪系统中的不稳定性检测和校正
CN105593927B (zh) * 2013-08-22 2019-11-01 伯斯有限公司 正弦有源噪声降噪系统中的不稳定性检测和校正
CN104616662A (zh) * 2015-01-27 2015-05-13 中国科学院理化技术研究所 主动降噪方法及装置
CN105510066A (zh) * 2015-11-25 2016-04-20 长兴昇阳科技有限公司 基于自适应降噪算法的一类旋转机械系统故障诊断方法
CN105510066B (zh) * 2015-11-25 2018-11-30 长兴昇阳科技有限公司 基于自适应降噪算法的一类旋转机械系统故障诊断方法
CN106448648A (zh) * 2016-07-25 2017-02-22 武汉理工大学 一种防干扰的主动噪声控制装置
CN106448648B (zh) * 2016-07-25 2019-06-28 武汉理工大学 一种防干扰的主动噪声控制装置
CN107948785A (zh) * 2017-10-23 2018-04-20 歌尔股份有限公司 耳机和对耳机执行自适应调整的方法
WO2019079948A1 (en) * 2017-10-23 2019-05-02 Goertek Inc. HEADER AND METHOD FOR PERFORMING AN ADAPTIVE SELF-ACCORD FOR A HEADPHONES
CN107948785B (zh) * 2017-10-23 2024-08-06 Gn听力公司 耳机和对耳机执行自适应调整的方法
CN110706686A (zh) * 2019-12-13 2020-01-17 恒玄科技(北京)有限公司 降噪方法、自适应滤波器、入耳式耳机和半入耳式耳机

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