CN110603582A - 实时声学处理器 - Google Patents

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Abstract

本公开包含一种声学处理网络，该声学处理网络包括以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)和以高于第一频率的第二频率操作的实时声学处理器(RAP)。DSP从至少一个麦克风接收噪声信号。然后，DSP基于噪声信号生成噪声滤波器。RAP从麦克风接收噪声信号，并从DSP接收噪声滤波器。然后，RAP基于噪声信号和噪声滤波器生成抗噪声信号，以便在主动噪声消除(ANC)中使用。

Description

实时声学处理器
背景技术
可以采用主动噪声消除(Active noise cancellation，ANC)来减少用户戴着耳机时听到的周围环境噪声量。在ANC中，测量噪声信号并生成相应的抗噪声信号。抗噪声信号是噪声信号的逆信号的近似值。噪声信号和抗噪声信号相消干涉，这可以导致从用户的耳朵中移除某些或全部周围环境噪声。生成用于高质量ANC的准确的抗噪声信号要求相应的系统对周围环境噪声的变化做出快速反应。延迟不利于ANC，因为无法快速做出反应会导致未正确消除掉的噪声。此外，校正电路无法快速做出反应可能会导致错误的噪声放大、未消除掉噪声信号的抗噪声的爆发等。当将音乐引入耳机时，ANC可能会更加复杂。在某些情况下，ANC也可能不能区分噪声和低频音乐。这可能会导致音乐信号连同噪声信号一起被错误移除。
附图说明
通过以下参考附图对实施例的描述，本公开的实施例的方面、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是示例声学处理网络的示意图。
图2是示例实时声学处理器(Real-Time Acoustic Processor，RAP)输入/输出(I/O)的示意图。
图3是用于压缩器状态共享的示例声学处理网络的示意图。
图4是用于音频输入均衡的示例声学处理网络的示意图。
图5是示例RAP架构的示意图。
图6是另一个示例RAP结构的示意图。
图7是RAP中的示例可编程拓扑的示意图。
图8是RAP中的另一个示例可编程拓扑的示意图。
图9是双二阶滤波器结构的示意图。
图10是操作声学处理网络的示例方法的流程图。
具体实施方式
这里公开了示例声学处理网络。该网络包含以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)和以更高的第二频率操作的RAP。DSP能够生成稳健的噪声滤波器，以支持生成准确的抗噪声信号。DSP将此类噪声滤波器转发给RAP来实现。RAP比DSP操作更快，并且因此可以对听觉变化做出快速反应。这减少了延迟并保持准确的抗噪声信号。DSP提供的滤波器可以依赖于用户输入和/或环境变化。例如，当用户从安静的环境移动到喧闹的环境时，DSP可以改变噪声滤波器。作为另一个示例，RAP可以采用压缩器电路，该压缩器电路控制一对耳机中的可调放大器。压缩器电路可以基于压缩器状态来调整放大器，这可以限制抗噪声信号中的音量变化的速度。未能限制突然的音量变化可能会导致信号削波(clipping)，这可能被用户感受为声音的爆裂或咔哒声。DSP可以基于周围环境声音变化来调整RAP处的压缩器状态，以响应这种音量变化。此外，DSP和RAP可以在从用户接收到输入时支持周围环境感知。周围环境感知可以和例如与人类语音相关联的频带的预定频带相关联。DSP可以生成噪声滤波器，该噪声滤波器增加噪声信号中的针对预定频带的增益。因此，当生成抗噪声信号时，RAP放大相关联的频带。这可以导致周围环境噪声的消除，同时强调在相应频带中出现的声音(例如语音)。而且，DSP可以提供音频信号以及基于声音处理网络的预期频率响应而调整的音频信号。然后，RAP可以采用调整后的音频信号作为进行ANC时的参考点。这允许RAP将整个输出朝向预期的音频输出驱动，而不是将输出朝向零驱动并消除音频信号中的某些(例如，消除低频音乐)。此外，RAP被设计为将抗噪声信号转发到一个或多个G类控制器，该控制器控制耳机数模转换器(DAC)中的G类放大器。这支持了对抗噪声信号的增益控制，并进一步减少了信号失真(artifact)。另外，RAP可以通过采用双二阶滤波器来实现来自DSP的各种噪声滤波器。当存储信号样本时，双二阶滤波器可以自然地量化这样的样本，这可能会导致信号保真度(fidelity)的某些损失。在一个示例中，RAP采用被实现为放大样本、然后量化样本、然后衰减样本的双二阶滤波器。通过以此顺序操作，量化误差被衰减并因此被最小化。这导致更准确的抗噪声信号。
图1是可以用于ANC的示例声学处理网络100的示意图。声学处理网络100包含以第一频率操作的DSP 110和以高于第一频率的第二频率操作的RAP 120，其中第二频率高于第一频率。例如，DSP 110可以以九十六千赫兹(khz)或更低的频率操作。在大多数情况下，DSP110可以以约四十八千赫兹(例如，第一频率)操作。RAP 120可以以高达大约6.144兆赫兹(MHz)的频率操作。作为具体示例，RAP 120可以以0.768MHz、1.5MHz、3MHz和/或6.144(例如第二频率)操作。DSP 110可以是高度可编程的，并且可以包含显著的处理能力(power)。然而，由于以更高的频率操作，RAP 120可以比DSP 110明显更快地操作。因此，RAP 120以比DSP 110低得多的延迟做出反应。相应地，声学处理网络100采用DSP 110来生成音频滤波器并控制网络100。同时，RAP 120采用由DSP110提供的音频滤波器，以在进行ANC和类似功能时对周围环境变化快速做出反应。
DSP 110是从处理数字信号优化的任何专用处理电路。DSP 110支持许多不同的功能。例如，声学处理网络100可以在一组耳机中操作。当向用户播放音乐或其他音频时，DSP110可以从存储器和/或通用处理单元接收数字格式的音频输入。DSP 110可以生成与音频输入相对应的音频信号143。音频信号143是包含要经由扬声器136向用户播放的音频的数字数据的任何一个(或多个)流。例如，DSP 110可以生成用于施加到用户的左耳的左音频信号143和用于施加到用户的左耳的右音频信号143。在某些示例中，如下面讨论的，DSP 110可以为每个耳朵生成一对音频信号143，等等。DSP 110还生成各种噪声滤波器以施加到音频信号143，例如以补偿由声学处理网络100的操作引起的噪声。
当提供ANC时，DSP 110还可以生成将在抗噪声信号的生成中采用的噪声滤波器。在这种情况下，DSP 110从一个或多个麦克风137接收一个或多个噪声信号144。麦克风137可以包含位于用户耳道外部的前馈(feedforward，FF)麦克风。放置FF麦克风以在用户感受到周围环境噪声之前记录这种噪声。因此，DSP 110可以采用来自FF麦克风137的噪声信号144来确定用户在不久的将来将要感受的潜在噪声。然后，DSP 110可以基于噪声信号144生成噪声滤波器。然后可以使用噪声滤波器(例如，由RAP 120使用)以生成抗噪声信号来消除掉噪声信号144。麦克风137也可以包含反馈(feedback，FB)麦克风。FB麦克风位于用户的耳道内部。因此，放置FB麦克风137以在施加抗噪声信号之后记录用户实际感受到的噪声。因此，可以采用来自FB麦克风137的噪声信号144来迭代地调整用于抗噪声信号的噪声滤波器，以便校正信号误差。应当注意，通过为每个耳朵至少采用FF和FB麦克风137(例如，四个或更多个麦克风137)，可以实现最佳性能。然而，仅利用FF或仅FB麦克风137就可以实现ANC。
DSP 110可以通过提供控制和配置参数141与RAP 110进行通信。参数141可以包含用于生成抗噪声信号的噪声滤波器、用于调整音频信号143的噪声滤波器以及用来实现各种功能的命令。RAP 110可以经由控制和配置参数141从DSP 110接收噪声滤波器，并且然后进行各种音频处理任务。RAP110可以是针对低延迟数字滤波而优化的任何数字处理器。当进行ANC时，RAP 120还可以从麦克风137接收噪声信号144。RAP 120可以基于噪声信号144和来自DSP 110的噪声滤波器来生成抗噪声信号。然后，抗噪声信号被转发给扬声器136以便在ANC中使用。RAP 120还可以采用来自DPS 110的噪声滤波器来修改音频信号143以输出到扬声器136。因此，RAP 120可以将抗噪声信号和修改后的音频信号143混合为输出信号145。然后可以将输出信号145转发到扬声器136，以便回放给用户。扬声器136可以是任何耳机扬声器。在某些情况下，麦克风137可以被物理地安装到一对扬声器136(例如，左耳机扬声器和右耳机扬声器)上。
如上面提到的，RAP 120可以以比DSP 110更高的频率操作，并且因此可以以比DSP110更低的延迟操作。例如，DSP 110可以基于用户周围的环境中的一般噪声电平变化来生成噪声滤波器。例如，当用户从嘈杂的房间移动到安静的房间时，DSP 110可以生成不同的噪声滤波器。这样的变化发生的相对缓慢，并且因此DSP 110延迟对于这样的变化是足够的。同时，RAP 120应用噪声滤波器来快速适应具体的噪声变化。例如，RAP 120可以将噪声滤波器用于嘈杂的房间，并使用这种滤波器来生成抗噪声信号，以减少来自掉落的盘子、哭泣的孩子、摔门等的特定感知噪声。作为具体示例，在从麦克风137接收噪声信号144样本与将对应的抗噪声信号样本转发到扬声器136之间的延迟可以小于大约一百微秒(例如，大约五微秒)。
DSP 110还可以被配置为从RAP 120获得用于处理目的的各种RAP状态142。RAP状态142可以包含由RAP 120有限状态机器使用的各种状态以及其他中间信号。当确定控制和配置参数141时，DSP 110可以采用RAP状态142。这样，RAP状态142将来自RAP 120的反馈提供给DSP 110，这允许DSP 110对RAP 120进行动态控制。例如，RAP 120可以采用音频压缩，如下面讨论的，并且RAP状态142可以包含压缩状态。这允许DSP 110动态地改变在RAP 120处发生的压缩。还应当注意，RAP 120可以采用中断以向DSP 110指示重要事件，例如信号削波、羽化完成、在左声道中检测到的不稳定、在右声道中检测到的不稳定，等等。可以通过采用可编程寄存器来分别启用/禁用这种中断。
如图1所示，DSP 110和RAP 120在数字域中以不同的频率操作，而扬声器136和麦克风137在模拟域中操作。声学处理网络100采用各种组件来支持域和频率速度之间的转换。可以采用内插器135来将音频信号143的频率从DSP 110所使用的第一频率增加到RAP120所使用的第二频率。内插器135是采用内插来增加有效采样速率并因此增加信号的频率的任何信号处理组件。可以以人耳可听到的速率来采样音频信号143。内插器135可以增加用于输入到RAP 120中的音频信号143的这种采样率(例如，从48kHz到384kHz)。这样，内插音频信号143可以被认为过采样以便在音频回放中使用。换句话说，听觉信号的相关带宽大约为20kHz。根据奈奎斯特(Nyquist)标准，以40kHz采样足以完全捕获20kHz信号。这样，可以认为RAP 120处的音频信号143是高度过采样的。
RAP 120与DSP 110之间(并且沿着噪声信号路径)的通信可以经由抽取器134来进行。抽取器134是采用抽取来降低有效采样率并因此降低信号的频率的任何信号处理组件。因此，采用抽取器142以将信号(例如，RAP状态142信号和噪声信号)的频率从RAP 120所使用的第二频率降低到DSP120所使用的第一频率。换句话说，内插器135上转换/上采样信号，而抽取器134下转换/下采样信号。
网络100还采用一个或多个数模转换器(DAC)131和一个或多个模数转换器(ADC)133以在模拟域和数字域之间转换。DAC 131是将数字信号转换为模拟信号的任何信号处理组件。ADC 33是将模拟信号转换为数字信号的任何信号处理组件。具体地，ADC 133从麦克风137接收模拟噪声信号(或多个模拟噪声信号)144，并且将这些信号转换成数字域以供RAP 120和DSP110使用。此外，DAC 131从RAP 120接收数字格式的输出信号145(包含抗噪声信号和/或音频信号143)，并且将输出信号145转换为可以由扬声器(或多个扬声器)136输出的模拟格式。在某些示例中，还可以采用诸如德尔塔西伽马(delta sigma)调制器的调制器132以支持DAC 131。调制器132是在通过DAC 131进行数模转换之前作为预处理步骤而减少比特数并增加数字信号的频率的信号组件。调制器132可以支持DAC 131，并且因此在某些示例中可以不采用。应当注意，调制器132和DAC 131可以具有固定的传递函数。这样，RAP120可以是音频处理链中具有显著可配置性的最终块。
DAC 131可以采用放大器，例如G类放大器，以将输出信号143的音量增加到适当的电平以供扬声器136回放。网络100可以采用放大器控制器130，例如G类放大器控制器，以控制DAC 131放大器。例如，低音量输出信号145可能需要很少的放大(例如，用于安静环境和/或音频信号143中的静音的抗噪声信号)。相反，高音量输出信号145可能需要显著的放大(例如，由于音频信号143中的响亮噪声和/或响亮音乐的显著的抗噪声信号)。由于DAC 131可以输出可能高度可变的抗噪声信号，所以可能会发生音量的突然变化。这种突然变化可以引起音频失真。例如，当输出信号145突然增加到超出DAC 131中的放大器的能力时，从静音到响亮的抗噪声信号(例如，在安静的房间中的突然鼓掌)的突然变化可能会导致通过DAC 131放大器的信号削波。这样的削波被用户感受为爆裂或咔哒声。为了避免这种失真，RAP120可以将抗噪声信号的副本转发到数字到放大器控制器130，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC 131放大器(例如，通过修改施加的电压)。放大器控制器130可以动态地查看抗噪声信号中的变化以预测输出信号145中的潜在变化。然后，放大器控制器130可以修改DAC 131放大器设置以降低放大并节省功率、或者增加放大以防止基于抗噪声信号中的变化(和/或音频信号143中的变化)的削波。下面将更详细地讨论关于图1大体讨论的上述功能。应当注意，这些功能中的每一个都可以基于用户输入单独激活或组合激活(例如，在有或没有音频输入的情况下，ANC都可以被激活，等等)。
还应该注意的是，进入用户耳朵的噪声取决于许多因素，包含头部和耳朵的形状以及耳机的密封性和适合度。耳机生成的声学信号还可以取决于用户的耳朵与耳机之间的密封性。换句话说，耳机的传递函数可以取决于密封性。由于这些变量，用于生成抗噪声信号的单个ANC滤波器设计可能并非对所有用户都是最优的。自适应ANC带来针对当前用户而被最优化的ANC滤波器设计。因为DSP 110可以访问FF和FB麦克风137噪声信号144，所以使自适应ANC成为可能。DSP 110能够在校准阶段针对特定用户估计FF和FB噪声信号144之间的传递函数。例如，在给定FF麦克风137处的噪声的情况下，DSP 110可以确定耳朵内部应当有什么噪声。校准过程的第二部分可以通过将特殊设计的信号播放到耳机中并记录FB麦克风137信号来估计耳机的传递函数。一旦DSP 110已经计算出最优化的FF ANC滤波器，DSP110即可对RAP 120中的系数进行编程。
图2是示例RAPI/O200的示意图，该RAPI/O200可以应用于诸如RAP120的RAP。RAPI/O200包含处理器外围总线241，其可以是用于从DSP接收控制和配置参数(例如，控制和配置参数141)的通信链路，控制和配置参数例如用户输入、命令、所计算的噪声滤波器、压缩滤波器、周围环境感知滤波器和/或这里讨论的任何其他滤波器。RAP I/O 200还包含用于来自DSP的音频信号243(例如音乐)的输入，音频信号243可以基本上类似于音频信号143。RAPI/O 200还包含用于噪声信号244的输入，噪声信号244可以基本上类似于噪声信号144。噪声信号244被描绘为四个输入，以描绘分别在左耳机和右耳机上采用FF和FB麦克风从而生成四个噪声信号244的示例。然而，可以采用任何数量的噪声信号244。RAP I/O 200包含用于输出信号245、抗噪声信号246和中间信号242的输出。可以基于经由处理器外围总线241接收的噪声滤波器和从对应的麦克风接收的噪声信号244来生成抗噪声信号246。抗噪声信号246可以被转发到放大器控制器以支持对DAC放大器的控制，以减轻削波和相关的噪声失真。可以基本上类似于输出信号145的输出信号245可以包含基于音频信号243与均衡的音频混合的抗噪声信号246。输出信号245可以被转发到左扬声器和右扬声器以便回放给用户。中间信号242可以包含部分均衡的音频信号、抗噪声信号246、部分生成的抗噪声信号、RAP状态、压缩状态、使用中的当前滤波器和/或指示由RAP执行的音频处理的任何其他RAP信息。中间信号242可以作为反馈被转发到DSP，以允许DSP在对RAP功能性进行改变时考虑当前的RAP操作参数。因此，为了提高性能和进行精密控制，中间信号242可以允许DSP动态地修改RAP配置。中间信号242中的某些可以通过抽取滤波器以便重采样，以将中间信号242与DSP所采用的处理频率匹配。使其他中间信号242(例如，诸如信号电平和处理器增益的缓慢变化的信号)可用于DSP，以便经由寄存器接口进行周期性采样。应当注意，RAP I/O 200可以包含其他输入和/或输出。RAP I/O 200描述了主要的功能I/O，但并不旨在详尽无遗。
图3是用于压缩器状态共享的示例声学处理网络300的示意图。网络300包含DSP310和RAP 320，它们分别可以分别类似于DSP 110和RAP 120。为了清楚起见，省略了其他组件。RAP 320包含可调放大器326，其可以是能够将信号的增益修改为由RAP 320设置的目标值的任何电路。如上面提到的，RAP 320基于来自滤波器DSP 310的滤波器和来自麦克风的噪声信号生成抗噪声信号342。可调放大器326将抗噪声信号342放大到足以消除掉噪声的值(例如，在由DAC和相关联的放大器进行转换之后)。RAP 320还包含RAP压缩器电路325，其可以是被配置为控制可调放大器326的任何电路。具体地，RAP压缩器电路325控制可调放大器326以减轻由于削波等引起的抗噪声信号342中的失真。RAP320还包含压缩状态寄存器323，其可以是任何读/写存储器组件。压缩状态寄存器323存储压缩状态，并且RAP压缩器电路325基于压缩状态来控制可调放大器326。
可以采用RAP压缩器电路325和可调放大器326来减轻抗噪声信号342值的突然急剧变化。例如，RAP压缩器电路325和可调放大器326可以减轻由于车门猛关而引起的抗噪声信号342值(以及相关联的信号失真)的突然上升，但是可以允许由于从安静的房间移动到喧闹的房间，声音中的抗噪声信号342持续增加地上升。为了确定如何调整可调放大器326，RAP压缩器电路325考虑存储在压缩状态寄存器323中的压缩状态。压缩状态可以包含用于抗噪声信号342的峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、起音参数(attack parameter)、释放参数、峰值衰弱参数、保持参数和/或均方根(RMS)参数。峰值信号估计包含对抗噪声信号342的最大预期值的估计。可以采用峰值信号估计来确定适当的放大量，以防止抗噪声信号342的任何部分被放大到DAC放大器的范围之外(例如，导致削波)。瞬时增益指示在指定时刻由可调放大器326提供的电流增益，并且目标增益指示可调放大器326为了调整信号变化而应当移动到的调整增益。起音参数指示应进行增加的增益调整而不会引起信号失真的速度。释放参数指示应进行减小的增益调整而不会引起信号失真的速度。保持参数指示在抗噪声信号342已经返回到正常值之后应当提供增加的增益多久，例如，以提供另一种响亮的噪声将发生的可能性。峰值衰弱参数指示为了保持参数的目的，在可以认为抗噪声信号342已经返回到正常值之前，抗噪声信号342必须从峰值改变的量。附加地或替代地，可以基于抗噪声信号342的RMS来调整可调放大器326以减轻削波。
RAP 320比DSP 310操作更快，但是可以限于不太复杂的压缩算法。因此，DSP 310包含DSP压缩器311。DSP压缩器311是能够考虑RAP 320的压缩状态并将复杂的压缩算法应用于压缩状态以在较慢时间尺度上确定更精确的可调放大器326设置的可编程电路。这样，DSP 310被配置为从RAP 320接收存储在压缩状态寄存器323中的当前压缩状态。这种数据可以经由中间信号输出(例如，中间信号242)和/或RAP状态信号路径(例如，RAP状态142)传送。DSP压缩器311可以基于噪声信号和当前压缩状态来确定新的压缩状态。然后，DSP压缩器311可以将新的压缩状态转发给RAP，以支持对可调放大器326的控制。例如，DSP压缩器311可以将新的压缩状态转发给压缩状态寄存器323，并且因此直接对RAP 320进行编程以便压缩。
图4是用于音频输入均衡的示例声学处理网络400的示意图。声学处理网络400包含DSP 410和RAP 420，它们可以分别基本上类似于DSP 110和310以及RAP 120和320。如上面讨论的，DSP410可以基于音频输入448来生成供RAP 420使用的音频信号443。DSP 410可以采用第一均衡器412来生成音频信号443。均衡器是出于实际或艺术原因而调整网络的频率响应的任何电路。例如，第一均衡器412可以调整音频低音、高音等，以针对网络400的频率响应定制音频信号443。
当在向用户播放音频的同时施加抗噪声信号以消除噪声时，会出现困难。具体地，用户耳道中的FB麦克风可以将音频信号443的全部或部分记录为噪声。在这种情况下，RAP420可以生成消除音频信号443的一部分的抗噪声信号。例如，抗噪声信号可以从音频信号443中消除掉可以导致耳机的错误性能的某些低频音频。为了解决这个问题，DSP 410包含第二均衡器413。第二均衡器413与第一均衡器412基本类似，但是用于不同的目的。DSP 410和/或第二均衡器413对网络400的频率响应进行建模。然后，第二均衡器413采用这些模型以基于音频输入448和声学处理网络400的频率响应来生成预期输出信号449。预期输出信号449实际上是由网络400中的电路的预期效果所修改的音频信号443的副本。当不提供音频时，ANC过程可以尝试将噪声驱动到零。通过将预期输出信号449转发到RAP 420，ANC过程可以将预期输出信号449设置为参考点。这样，ANC过程可以将来自RAP 420的输出信号向下驱动至预期输出信号449而不是零。该方法可以减少/移除对音频信号443的任何ANC影响。
因此，RAP420从DSP410接收音频信号443。然后，RAP420将音频信号443与抗噪声信号混合。在生成抗噪声信号时RAP 420还将预期输出信号449设置为参考点，以减轻通过抗噪声信号对音频信号的消除。
图5是示例RAP架构500的示意图。例如，可以在RAP 120、320和/或420中采用RAP架构500。RAP架构500采用双二阶引擎524、乘法累加器525、数据寄存器522和双二阶存储器521。这些组件采用双二阶系数527、增益系数526和羽化/压缩增益系数523以对输入进行滤波，以便生成输出信号，例如输出信号145。
双二阶引擎524是生成带有两个极点和两个零点的数字滤波器的电路。极点是系统的传递函数的多项式的分母的根，并且零点是传递函数的多项式的分子。换句话说，极点将被滤波的信号推向无穷大，并且零点将被滤波的信号推向零。应当注意的是，当极点不为零时，这种滤波器具有无限冲击响应(IIR)。这样的滤波器可以表示为双二次的或双二阶的，所指的概念是滤波器的传递函数是两个二次函数之比。双二阶引擎524以高于由双二阶引擎524处理的信号的频率操作。这样，双二阶引擎524可以多次应用于信号的单个样本和/或以不同的方式应用于信号的不同部分。双二阶引擎524是可编程的，并且因此可以用来创建各种拓扑以进行下面讨论的处理。尽管RAP架构500被描述为使用双二阶滤波器，但是取决于特定的实现细节，其他滤波器架构，即具有两个零点和两个极点以外的滤波器，可以代替双二阶滤波器。
乘法累加器525是将值相加和/或相乘的电路。例如，可以采用乘法累加器525来缩放信号和/或信号部分。还可以采用乘法累加器525来计算多个信号和/或信号部分的加权和。乘法累加器525可以接受来自双二阶引擎524的输出，并且反之亦然。数据寄存器522可以是用于存储数据的任何存储器组件。具体地，数据寄存器522可以存储信号，例如双二阶引擎524和/或乘法累加器525的输出。这样，双二阶引擎524、乘法累加器525和数据寄存器522可以一起操作以对音频信号543和/或噪声信号544的样本迭代地应用数学的和/或其他专用的数字信号更改处理。音频信号543和噪声信号544可以分别基本上类似于音频信号143和噪声信号144。
双二阶状态存储器521是用于存储当前双二阶状态的存储模块，例如寄存器。双二阶引擎524是可编程的，以作为有限状态机操作。双二阶状态存储器521存储指示双二阶引擎524的可用状态和/或当前状态的数据。双二阶引擎524可以从双二阶状态存储器521读取数据以及将数据存储到双二阶状态存储器521。
总之，可以通过采用来自双二阶状态存储器521的状态数据来对双二阶引擎524和乘法累加器525进行编程，以实现各种拓扑。此外，中间信号数据可以存储在数据寄存器522中。RAP架构500接收控制和配置参数541，其可以基本上类似于控制和配置参数141。控制和配置参数141包含依据双二阶系数527和增益系数526编码的噪声滤波器。双二阶引擎524基于双二阶系数527更改正在操作的信号(例如，音频信号和/或噪声信号543/544)的形状，双二阶系数527可以在从DSP接收时即被存储在本地存储器中。此外，乘法累加器525基于增益系数526来增加/更改正在操作的信号(例如，音频信号和/或噪声信号543/544)的增益，增益系数526可以在从DSP接收时即被存储在本地存储器中。
在某些情况下，增益系数可以是羽化的。羽化指示从第一值到第二值的逐渐变化。乘法累加器525可以通过植入从羽化/压缩增益523输入接收的羽化系数来充当羽化单元。例如，乘法累加器525可以为左声道实现三个羽化单元并为右声道实现三个羽化单元。在另一个示例中，乘法累加器525可以为每个声道实现六个羽化单元。
乘法累加器525还可以从羽化/压缩增益523输入接收压缩状态。压缩状态可以基本上类似于压缩状态323，可以被存储在本地存储器中，并且可以从DSP接收。乘法累加器525可以充当压缩器(例如，非线性处理器)，如果信号变得太强则压缩器可以改变施加在信号上的增益。这可以用于动态地降低信号流中的增益，以避免削波。例如，当抗噪声信号对于DAC变得太强时，施加到抗噪声信号的压缩器可以暂时降低增益。这会暂时降低ANC的强度，但可以防止由于信号削波而产生的令人不适的失真。乘法累加器525可以为左声道实现三个压缩器单元并且为右声道实现三个压缩器单元。在另一个示例中，乘法累加器525可以为每个声道实现六个压缩器单元。
通过在有限状态机中跨多个状态采用各种系数，RAP架构500可以实现一个或多个可编程双二阶滤波器。这些双二阶滤波器继而可以实现来自DSP的噪声滤波器并生成抗噪声信号。RAP架构500还可以将抗噪声/噪声信号544与音频信号543混合。此外，RAP架构500可以根据需要将滤波器应用于音频信号543。
图6是另一示例RAP架构600的示意图。RAP架构600是RAP架构500的实现具体版本。RAP架构600被描绘为为了生成ANC而操作，其中，为清楚起见省略了音频信号处理。RAP架构600包含乘法累加器625，其是用于对信号数据进行乘和/或相加的电路。RAP架构600还包含累加器寄存器622，其是用于存储乘法累加器625的输出的存储电路。乘法累加器625和累加器寄存器622一起可以实现乘法累加器525。RAP架构600还包含双二阶引擎624和双二阶输出寄存器628，它们一起可以实现双二阶引擎524。双二阶引擎624是用于实现滤波器的电路，并且双二阶输出寄存器628是用于存储由双二阶引擎624进行的计算的结果的存储器。RAP架构600还包含双二阶存储器621，其可以是用于存储来自双二阶引擎624的部分结果的存储单元。双二阶存储器621还可以实现双二阶状态存储器521。
如图所示，这些组件通过复用器(MUX)661、MUX 662和MUX 663耦合在一起并耦合到外部本地存储器和/或远程信号(例如，来自DSP的信号)。如图所示，这些组件可以接收羽化系数623、乘数系数626和双二阶系数627，它们可以分别与羽化/压缩增益523、增益系数526和双二阶系数527基本上类似。组件可以从用于ANC的麦克风/扬声器接收噪声信号644。噪声信号644可以基本上类似于噪声信号144。组件还可以接收循环索引647。循环索引647是指示RAP占空比中的当前位置的数据。如图所示，各种信号、索引和系数经由MUX 661-663被路由到它们各自的组件。
在操作中，采用循环索引647来选择用于对应状态的双二阶系数627。双二阶系数627和/或循环索引647被转发给双二阶引擎624以便应用于噪声信号644。状态信息可以从双二阶存储器621获得。而且，部分结果可以存储在双二阶存储器621中，和/或被反馈到双二阶系数627中以便在下一个状态中应用。可以将完成的结果存储在双二阶输出寄存器662中，以便向乘法累加器625输出。另外，可以将来自双二阶输出寄存器662的输出反馈回双二阶引擎624中。而且，可以将来自累加器寄存器622的输出转发回双二阶引擎624中。此外，噪声信号644可以绕过双二阶引擎624并直接移动到乘法累加器625。
还采用循环索引647来选择用于对应状态的乘数系数626。乘数系数626、羽化系数623和/或循环索引626也被转发给乘法累加器625，以便应用于各种输入。乘法累加器625可以接收双二阶输出寄存器662的输出、噪声信号644和/或乘法累加器625的输出作为输入。换句话说，可以将乘法累加器625的输出反馈回乘法累加器的输入。一旦基于对应的状态将系数应用于输入(或多个输入)，就将乘法累加器625的输出存储在累加器寄存器622中以便输出到其他组件。累加器寄存器622的输出和/或双二阶输出寄存器628的输出也可以被转发给扬声器作为RAP架构600的输出。RAP架构600的互连性允许对组件进行编程来实现各种拓扑，以应用各种音频处理方案，如下面讨论的。
图7是根据RAP架构500和/或600实现的诸如RAP 120、320和/或420的RAP中的示例可编程拓扑700的示意图。拓扑700被配置为提供ANC，同时输出音频信号。拓扑700接收第一音频信号(音频1)743和第二音频信号(音频2)753。音频信号743和753可以基本上类似于音频信号143，并且可以包含分别用于左耳和右耳的单独的音频。在某些示例中，音频信号743和753可以分别是预期输出信号449和音频信号443。拓扑700还接收FB麦克风信号(或多个FB麦克风信号)744和FF麦克风信号(或多个FF麦克风信号)754，它们可以基本上类似于噪声信号144。采用音频信号743和753以及包含FB麦克风信号744和FF麦克风信号754的噪声信号来生成带有ANC的音频信号作为输出754。
拓扑采用放大器729来放大第一音频信号743、第二音频信号753和FB麦克风信号744。这种放大器可以通过诸如在前三个状态期间的乘法累加器525的乘法累加器、通过采用增益系数来实现。然后，第二音频信号753和FB麦克风信号744由混合器725混合。混合器725可以由乘法累加器在第四状态下植入。然后，将混合器的输出通过一系列双二阶滤波器724转发，在该示例中是级联的八个连续的双二阶滤波器724。双二阶滤波器724可以由乘法累加器和双二阶引擎524通过采用对应的双二阶系数527的集合来实现(例如，在八个状态的过程中)。同时，FF麦克风信号754也通过一系列双二阶滤波器724发送，在该示例中为八个双二阶滤波器724。FF麦克风信号754以及组合的第二音频信号753和FB麦克风信号744分别由放大器729放大并由混合器725组合(例如，每个均在乘法累加器的对应状态下实现)。然后，经由羽化放大器726转发组合的FF麦克风信号754、第二音频信号753和FB麦克风信号744以便羽化。这可以通过采用例如来自羽化/压缩增益523的羽化系数的乘法累加器来实现。然后，结果由混合器725混合(例如，可以由乘法累加器来实现)，从而得到输出745。
从以上讨论可以看出，双二阶引擎和乘法累加器的组件可以在各种状态下将各种计算应用于来自每个信号的样本。双二阶引擎和乘法累加器遍历各种状态以实现拓扑700，并因此对样本进行对应的计算，从而得到输出745。一旦为一组样本生成了输出745，则经由各种状态获取和更改另一组样本，以得到另一个输出745，等等。此外，可以通过将双二阶引擎和乘法累加器状态重新编程为相关联的系数来改变拓扑700。
图8是根据RAP架构500和/或600实现的诸如RAP 120、320和/或420的RAP中的另一个示例可编程拓扑800的示意图。例如，拓扑800可以通过对拓扑700重新编程而被创建。拓扑800被配置为提供自适应ANC、周围环境感知和侧音强调。这样，拓扑700可以被重新配置为在从用户接收到输入时获得拓扑800以包含周围环境感知和侧音。周围环境感知操作以强调特定的预定频带。例如，可以强调与人类语音相关联的频带，从而ANC消除掉噪声，同时强调作为会话的一部分的语音。侧音指用户的声音。因此，可以采用拓扑800来提供侧音强调，这允许用户清楚地听到用户自己的声音。这样，拓扑800可以降低周围环境噪声，同时允许用户清楚地听到另一个人的声音以及该用户自己的声音。因此，可以采用拓扑800将一对耳机转换为听力增强设备。
拓扑800采用双二阶滤波器824，其可以通过诸如双二阶引擎524的双二阶引擎以类似于拓扑700的方式来实现。拓扑800还采用放大器829、混合器825和羽化放大器826，它们可以通过诸如乘法累加器525的乘法累加器以类似于拓扑700的方式来实现。拓扑800接收第一音频信号(音频1)843、第二音频信号(音频2)853、FB麦克风信号844和FF麦克风信号854，它们分别与第一音频信号743、第二音频信号753、FB麦克风信号744和FF麦克风信号754基本上类似。
采用FF麦克风信号854用于周围环境感知。例如，FF麦克风信号854路径中的双二阶滤波器824充当周围环境感知滤波器。因此，当拓扑800正在生成抗噪声信号时，FF麦克风信号854路径可以应用周围环境感知滤波器来增强噪声信号中的预定频带。这可以导致增强的预定频带，例如语音带。FF麦克风信号854路径可以将带有增强的预定频带的抗噪声信号经由输出845转发给扬声器，以输出给用户。
此外，拓扑800采用第一声音麦克风信号(声音麦克风1)848和第二声音麦克风信号(声音麦克风2)858。此类信号可以由被放置来记录用户的声音的、诸如麦克风137的麦克风(或多个麦克风)记录。例如，这样的麦克风(或多个麦克风)可以被包含在附接到耳机上的翻领夹中并且位于用户的胸部上。因此，第一声音麦克风信号848和第二声音麦克风信号858可以包含侧音的样本(例如，用户的声音)。
在功能上，通过双二阶滤波器824和放大器829分别转发FB麦克风信号844和第一声音麦克风848。此外，通过放大器829转发第二声音麦克风信号858和第二音频信号853。然后，如图所示，经由混合器825将这些线组合。通过一组双二阶滤波器824和另一个放大器829转发结果，一组双二阶滤波器824在这种情况下为五个连续的滤波器。此类信号包括侧音、ANC的FB部分、音频信号的第二部分。
同时，经由羽化放大器826转发包含ANC的FF部分以及周围环境感知部分的FF麦克风信号854。可以采用该羽化放大器826来软性地改变周围环境感知和ANC模式。然后，经由双二阶滤波器824并行发送FF麦克风信号854，在这种情况下为三个连续的滤波器和五个连续的滤波器。然后，结果经由放大器829进行放大，并由混合器825进行混合。混合结果的一部分通过双二阶滤波器824、放大器829和第二羽化放大器826转发。混合结果的另一部分围绕这些组件并行转发。然后，通过混合器825将路径混合回到一起。第二羽化放大器826采用压缩器，以在没有信号削波的情况下实现强的FFANC。
然后，在被混合到包含侧音、ANC的FB部分、音频信号的第二部分的信号路径之前，FF麦克风信号854路径的结果被放大器829放大。如图所示，经由混合器825在五个双二阶滤波器824之前和之后来混合FF麦克风信号854路径。这种信号的结果通过另一个羽化放大器826，其被用来软性地开启和关闭ANC。这种羽化放大器826还可以应用数字压缩器以进一步减轻削波。此外，第一音频信号经由放大器829被放大，并经由混合器825与其余信号混合。这可以得到包含音频信号、FF抗噪声信号、FB抗噪声信号、侧音和周围环境感知强调都混合在一起的输出845，以便经由扬声器回放给用户。
图9是双二阶滤波器900的结构的示意图，双二阶滤波器900的结构可以由诸如双二阶引擎524和/或624的双二阶引擎采用以便应用于噪声信号、抗噪声信号、音频信号和/或这里公开的任何其他信号。通常根据以下等式1在数学上描述双二阶滤波器：
y[n]＝b0x[n]+b1x[n-1]+b2x[n-2]-a1y[n-1]-a2y[n-2]
等式1
其中x[n]是双二阶滤波器的输入，y[n]是来自双二阶滤波器的输出，并且b0、b1、b2、a1和a2是双二阶系数，例如双二阶系数527和/或627。因此可以通过修改系数来修改双二阶滤波器900的功能。
双二阶滤波器900替代地采用不同的系数。具体地，如图所示，双二阶滤波器900采用增益系数b0973、-c1975、-c2976、d1974和d2978。这样的增益系数973可以通过可调放大器来实现。此外，通过以下等式2-5参照等式1在数学上定义此类系数：
c1＝1+a1
c2＝1+a1+a1
等式2-5
双二阶滤波器900还采用混合器972，其可以通过乘法累加器来实现。在操作时，在双二阶滤波器900处接收输入。经由混合器982和增益系数b0973将该输入转发给输出。该输入还经由另一混合器981转发给先前状态971块以存储在存储器中。在下一个循环/状态下，先前状态块971的输出经由增益系数d1974被转发到混合器983、经由增益系数-c1975被转发到混合器984、并经由混合器985被转发给另一个先前状态块972。在另一种状态下，先前状态972的输出经由增益系数d2978被转发给混合器983。混合器983将先前状态972的输出和增益系数d2978与先前状态971的输出和增益系数d1974进行混合。然后，转发结果以便在混合器982处与输入混合。此外，先前状态972的输出经由增益系数-c2976被转发给混合器984。因此，先前状态972的输出和增益系数-c2976与先前状态971的输出和增益系数-c1975混合。然后将结果转发到混合器981，混合器981将来自混合器984的结果与输入进行混合，以便反馈到先前状态971中。另外，双二阶滤波器900采用开关977，开关977应用零增益或一增益。当设置为一增益时，开关977允许先前状态972的输出经由混合器985反馈到先前状态972中。可以将开关977设置为零并且所有系数根据等式1改变，以将双二阶滤波器900转换为所谓的直接形式的两个双二阶滤波器。
可以看出，处于第一状态的修改后的输入与第二状态的修改后的输入混合，第二状态的修改后的输入然后与处于第三状态的输入混合。因此，输入信号样本连续地修改在时间上稍后接收到的其他输入样本。
应当注意，双二阶滤波器中的误差源是量化。当例如在先前状态971和/或972下存储信号样本时发生量化。具体地，当用于存储样本的存储器不够大以至于不能以理想的分辨率存储样本时，量化是舍入误差的结果。如上面提到的，双二阶采用极点和零点。直接形式的双二阶滤波器可以通过应用零点来衰减信号、存储引起量化的信号、并且然后通过应用极点来放大信号。这种方法导致与量化有关的误差被放大。为了达到合理的信噪比(SNR)，这种直接形式的双二阶通常使用比双二阶滤波器900更多的比特。相反，双二阶滤波器900放大信号、存储并量化信号、然后衰减信号。这种方法导致量化误差被衰减而不是被放大。结果，双二阶滤波器900可以实现比采用先前状态存储器中相似数量的比特的直接形式的双二阶低60分贝(dB)的SNR。替代地，对于类似的SNR，双二阶滤波器900可以少用存储器中的大约十个比特来操作，这可以节省大量空间。
双系数滤波器900的操作顺序可以从系数的审查(review)中看出。具体地，b0973，d1974和d2978零点，并且-c1975，-c2976应用极点。如图9所示，在由先前状态971和972进行量化之前，信号始终通过应用极点(-c1975，-c2976)的放大器。然后将这些状态的输出反馈到系统中以供以后状态使用，或经由应用零点(例如，b0973、d1974和d2978零点)的放大器输出。
换句话说，双二阶滤波器900采用极点来放大噪声/抗噪声信号的样本的部分。双二阶滤波器900还采用零点来衰减噪声/抗噪声信号的样本的部分。此外，双二阶滤波器900采用滤波器寄存器来存储噪声/抗噪声信号的样本的量化。另外，双二阶滤波器900被配置为在量化样本之前放大样本，然后衰减样本。
双二阶设计的目的可以是在给定输入信号类型和目标滤波器的情况下，通过减小存储尺寸和电流来最小化需求同时实现期望的性能。如上面讨论的，这里使用用于双二阶滤波器的感兴趣的频率通常在音频频带(例如，小于20kHz)中，其明显小于采样率(例如，小于1MHz)。在这种场景下(例如，当中心频率远小于采样率时)，双二阶滤波器900可以明显优于双二阶设计。作为示例，当以大约6.144MHz操作以实现在250赫兹(Hz)下具有40dB增益且品质因数(Q)为1的峰值滤波器时，双二阶滤波器900可以比具有相同数量比特的直接形式的两个双二阶滤波器生成大约低60dB的噪声。这样可以带来大约十个比特的节省。
另一个特征是双二阶滤波器900可以不需要直接在输入信号上的乘法器。这样就产生了可以容易地流水线化的设计。此外，乘以b0973就位于输出端处。这样，双二阶滤波器900充当滤波器，随后是最终增益级。当串联采用多个双二阶时，这变得很方便。在那种情况下，可以将b0973乘法组合成一个信号乘法步骤。因此，对于N个二阶的级联，直接形式的二阶可能需要5N次乘法。相反，双二阶滤波器900仅采用4N+1次乘法。在串联级联的输出处具有乘法器在RAP硬件架构中可以特别有用。
图10是操作声学处理网络的示例方法1000的流程图，声学处理网络例如具有带有I/O(例如RAP I/O 200)的RAP的网络100、300和/或400，以及采用拓扑(例如拓扑700和/或800)的具有双二阶(例如双二阶滤波器900)的架构，例如RAP架构500和/或600。换句话说，可以通过采用上文讨论的各个图中所示的组件的各种组合来实现方法1000。
在框1001处，基于音频输入在DSP处生成音频信号。此外，还基于音频输入和声学处理网络的频率响应在DSP处生成预期输出信号。然后将音频信号和预期输出信号从DSP传送到RAP，如网络400所示。
在框1003处，还在DSP处接收噪声信号。从至少一个麦克风接收噪声信号。DSP基于噪声信号生成噪声滤波器。如网络100所示，DSP还将噪声滤波器从DSP传送到RAP。如上面提到的，DSP以第一频率操作，而RAP以高于第一频率的第二频率操作。
在框1005处，RAP在RAP处采用当前压缩状态来控制可调放大器，以便调整抗噪声信号。如网络300所示，由RAP采用的当前压缩状态从RAP传送到DSP。DSP然后基于噪声信号和当前压缩状态来确定新的压缩状态。DSP将新的压缩状态从RAP传送到RAP，以支持控制可调放大器。这样的压缩状态可以包含峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、起音参数、释放参数、峰值衰弱参数、保持参数、抗噪声信号的RMS、或其组合。
在框1007处，RAP从DSP接收音频信号、预期输出信号、噪声滤波器和/或新的压缩状态、以及来自麦克风(例如FF和/或FB)的噪声信号。
在框1009处，RAP基于噪声信号和噪声滤波器来生成抗噪声信号以便在ANC中使用。此外，当生成抗噪声信号时，RAP将预期输出信号设置为参考点，以减轻由抗噪声信号对音频信号的消除。通过配置可编程双二阶滤波器以实现来自DSP的噪声滤波器，可以在RAP处生成抗噪声信号。例如，双二阶滤波器可以放大抗噪声信号的样本，然后对抗噪声信号的样本进行量化，并且然后使抗噪声滤波器的样本衰减，如双二阶900所示。
在框1011处，如关于拓扑800所讨论的，当生成抗噪声信号时，在RAP处应用周围环境感知滤波器以增强噪声信号中的预定频带。这可以导致增强的预定频带，例如与语音相关联的频带。在某些示例中，还可以应用附加的滤波器来添加侧音。
在框1013处，RAP将音频信号与抗噪声信号混合。RAP还将结果信号转发到扬声器，以输出给用户。依据示例，结果信号可以包含音频、抗噪声、侧音、具有增强的预定频带的周围环境感知信号和/或这里所述的任何其他特征。
在框1015处，RAP还将抗噪声信号转发到DAC放大器控制器，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC放大器，以便减轻削波和其他失真。应当注意，以上讨论的方法1000试图描述这里公开的所有特征的同时作用。因此，方法1000包含许多可选步骤，因为并非所有功能都需要始终处于活跃状态。此外，方法1000可以不断地操作，并且因此可以不总是以所描绘的顺序操作。
本公开的示例可以在特别创建的硬件上，在固件、数字信号处理器上或在专门编程的通用计算机上操作，该计算机包含根据所编程的指令操作的处理器。这里使用的术语“控制器”或“处理器”旨在包含微处理器、微型计算机、专用集成电路(ASIC)和专用硬件控制器。本公开的一个或多个方面可以体现在计算机可用数据和计算机可执行指令(例如计算机程序产品)中，例如体现在在一个或多个程序模块中，由一个或多个处理器(包括监视模块)或其他设备执行。通常，程序模块包含例程、程序、对象、组件、数据结构等，它们在由计算机或其他设备中的处理器执行时进行特定任务或实现特定抽象数据类型。可以将计算机可执行指令存储在非暂时性计算机可读介质上，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、高速缓存、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储技术，光盘只读存储器(CD-ROM)、数字视频光盘(DVD)、或其他光盘存储，盒式磁带、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备，以及以任何技术实现的任何其他易失性或非易失性、可移动或不可移动媒体。计算机可读介质不包括信号本身以及信号传输的过渡形式。另外，该功能可以全部或部分地体现在固件或硬件等效物中，例如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。特定的数据结构可以用于更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且这种数据结构被考虑在这里描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围之内。
本公开的方面以各种修改和替代形式操作。在附图中已经以示例的方式示出了具体方面，并且在下文中对其进行了详细描述。然而，应当注意，这里公开的示例是为了清楚讨论的目的而给出的，并且除非明确地限制，否则其并不旨在将所公开的一般概念的范围限制为这里描述的具体示例。这样，按照附图和权利要求书，本公开旨在覆盖所述方面的所有修改、等同形式和替代形式。
在说明书中对实施例、方面、示例等的引用指示所述的项目可以包含特定的特征、结构或特性。但是，每个公开的方面可以或可以不必包含该特定特征、结构或特性。而且，除非具体指出，否则这些短语不一定指相同的方面。此外，当结合特定方面描述特定特征、结构或特性时，可以结合所公开的另一个方面采用该特征、结构或特性，而不论是否结合所公开的这个其他方面明确地描述了该特征。
示例
下面提供这里公开的技术的说明性示例。技术的实施例可以包含以下描述的示例中的任何一个或多个以及它们的任何组合。
示例1包含声学处理网络，该声学处理网络包括：以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)，DSP用来从至少一个麦克风接收噪声信号，并基于该噪声信号生成噪声滤波器；以及以高于第一频率的第二频率操作的实时声学处理器(RAP)，RAP用来从麦克风接收噪声信号、从DSP接收噪声滤波器、并基于噪声信号和噪声滤波器生成抗噪声信号以便在主动噪声消除(ANC)中使用。
示例2包含示例1的声学处理网络，其中RAP包含：可调放大器，用来放大抗噪声信号；以及压缩器电路，用来控制可调放大器以减轻抗噪声信号中的失真。
示例3包含示例2的声学处理网络，其中RAP还包含用来存储压缩状态的压缩状态寄存器，压缩器电路还用来基于压缩状态来控制可调放大器。
示例4包含示例3的声学处理网络，其中压缩状态包含峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、起音参数、释放参数、衰弱参数、保持参数、或它们的组合。
示例5包含示例3的声学处理网络，其中压缩状态包含抗噪声信号的均方根(RMS)。
示例6包含示例1-4的声学处理网络，其中DSP还用来：从RAP接收当前压缩状态、基于噪声信号和当前压缩状态确定新的压缩状态、并将新的压缩状态转发到RAP以支持控制可调放大器。
示例7包含示例1-6的声学处理网络，其中RAP包含一个或多个可编程双二阶滤波器，以实现来自DSP的噪声滤波器并生成抗噪声信号。
示例8包含示例7的声学处理网络，其中双二阶滤波器采用一个或多个极点来放大抗噪声信号的样本的部分、一个或多个零点来衰减抗噪声信号的样本的部分、以及滤波器寄存器来存储抗噪声信号的样本的量化，双二阶滤波器在对样本进行量化之前对样本进行放大，并且然后对样本进行衰减。
示例9包含示例1-8的声学处理网络，其中，麦克风是前馈麦克风，并且RAP还用来：在生成抗噪声信号时应用周围环境感知滤波器来增强噪声信号中的预定频带，产生增强的预定频带，并将具有增强的预定频带的抗噪声信号转发给扬声器，以便输出给用户。
示例10包含示例1-9的声学处理网络，其中在从麦克风接收噪声信号样本与将对应的抗噪声信号样本转发给扬声器之间的延迟小于一百微秒。
示例11包含示例1-10的声学处理网络，其中DSP还用来：基于音频输入生成音频信号，并基于音频输入和声学处理网络的频率响应生成预期输出信号；并且其中RAP还用来：从DSP接收音频信号，将音频信号与抗噪声信号混合，并在生成抗噪声信号时将预期输出信号设置为参考点以减轻通过抗噪声信号对音频信号的消除。
示例12包含示例1-11的声学处理网络，其中RAP还被配置为将抗噪声信号转发到数模转换器(DAC)放大器控制器，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC放大器。
示例13包含一种方法，该方法包括：在以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)处接收噪声信号，该噪声信号从至少一个麦克风接收；基于噪声信号在DSP处生成噪声滤波器；将噪声滤波器从DSP传送到以高于第一频率的第二频率操作的实时声学处理器(RAP)；在RAP处接收来自麦克风的噪声信号；基于噪声信号和噪声滤波器在RAP处生成抗噪声信号，以便在主动噪声消除(ANC)中使用。
示例14包含示例13的方法，还包括：在RAP处采用当前压缩状态来控制可调放大器以调整抗噪声信号；将当前压缩状态从RAP传送到DSP；基于噪声信号和当前压缩状态在DSP处确定新的压缩状态；并将新的压缩状态从DSP传送到RAP以支持控制可调放大器。
示例15包含示例14的方法，其中压缩状态包含峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、抗噪声信号的均方根(RMS)、或它们的组合。
示例16包含示例13-15的方法，其中通过配置一个或多个可编程双二阶滤波器来实现来自DSP的噪声滤波器，在RAP处生成抗噪声信号。
示例17包含示例16的方法，其中双二阶滤波器对抗噪声信号的样本进行放大，然后对抗噪声信号的样本进行量化，并且然后对抗噪声滤波器的样本进行衰减。
示例18包含示例13-17的方法，还包括：在生成抗噪声信号时在RAP处应用周围环境感知滤波器以增强噪声信号中的预定频带，产生增强的预定频带，并将具有增强的预定频带的抗噪声信号转发给扬声器，以便输出给用户。
示例19包含示例13-18的方法，还包括：基于音频输入在DSP处生成音频信号；基于音频输入和声学处理网络的频率响应在DSP处生成预期输出信号；将音频信号从DSP传送到RAP；在RAP处将音频信号与抗噪声信号混合；以及在生成抗噪声信号时将预期输出信号设置为参考点，以减轻通过抗噪声信号对音频信号的消除。
示例20包含示例13-19的方法，还包括将抗噪声信号转发到数模转换器(DAC)放大器控制器，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC放大器。
所公开的主题的先前描述的示例具有许多优点，这些优点或者已经被描述或者对于普通技术人员将是显而易见的。即便如此，在所公开的装置、系统或方法的所有版本中并不需要所有这些优点或特征。
另外，该书面描述参考了特定特征。应当理解，本说明书中的公开包含那些特定特征的所有可能的组合。在特定方面或示例的上下文中公开特定特征的情况下，也可以在其他方面和示例的上下文中尽可能地使用该特征。
同样，当在本申请中参考具有两个或多个所定义的步骤或操作的方法时，除非上下文排除那些可能性，否则可以以任何顺序或同时实施所定义的步骤或操作。
尽管出于说明的目的已经图示和描述了本公开的具体示例，但是将理解的是，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种修改。因此，本公开不应受到除所附权利要求之外的限制。

Claims (20)

1.一种声学处理网络，包括：
以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)，所述DSP用来：从至少一个麦克风接收噪声信号，并且基于所述噪声信号生成噪声滤波器；以及
以高于第一频率的第二频率操作的实时声学处理器(RAP)，所述RAP用来：从所述麦克风接收所述噪声信号，从所述DSP接收所述噪声滤波器，并且基于所述噪声信号和所述噪声滤波器生成抗噪声信号以便在主动噪声消除(ANC)中使用。
2.如权利要求1所述的声学处理网络，其中所述RAP包含：
可调放大器，用来放大所述抗噪声信号；以及
压缩器电路，用来控制所述可调放大器以减轻所述抗噪声信号中的失真。
3.如权利要求2所述的声学处理网络，其中所述RAP还包含用来存储压缩状态的压缩状态寄存器，所述压缩器电路还用来基于所述压缩状态来控制所述可调放大器。
4.如权利要求3所述的声学处理网络，其中所述压缩状态包含峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、起音参数、释放参数、衰弱参数、保持参数、或它们的组合。
5.如权利要求3所述的声学处理网络，其中所述压缩状态包含所述抗噪声信号的均方根(RMS)。
6.如权利要求2所述的声学处理网络，其中所述DSP还用来：
从所述RAP接收当前压缩状态，
基于所述噪声信号和所述当前压缩状态确定新的压缩状态，并且
将所述新的压缩状态转发到所述RAP以支持控制所述可调放大器。
7.如权利要求1所述的声学处理网络，其中所述RAP包含一个或多个可编程双二阶滤波器，以实现来自所述DSP的噪声滤波器并生成所述抗噪声信号。
8.如权利要求7所述的声学处理网络，其中所述双二阶滤波器采用一个或多个极点来放大所述抗噪声信号的样本的部分、一个或多个零点来衰减所述抗噪声信号的样本的部分、以及滤波器寄存器来存储所述抗噪声信号的样本的量化，所述双二阶滤波器在对所述样本进行量化之前对所述样本进行放大，并且然后对所述样本进行衰减。
9.如权利要求1所述的声学处理网络，其中所述麦克风是前馈麦克风，并且所述RAP还用来：
在生成所述抗噪声信号时应用周围环境感知滤波器来增强所述噪声信号中的预定频带，产生增强的预定频带，并且
将具有所述增强的预定频带的抗噪声信号转发给扬声器，以便输出给用户。
10.如权利要求9所述的声学处理网络，其中在从所述麦克风接收噪声信号样本与将对应的抗噪声信号样本转发给所述扬声器之间的延迟小于一百微秒。
11.如权利要求1所述的声学处理网络，其中所述DSP还用来：
基于音频输入生成音频信号，并且
基于所述音频输入和所述声学处理网络的频率响应生成预期输出信号，并且其中，所述RAP还用来：
从所述DSP接收所述音频信号，
将所述音频信号与所述抗噪声信号混合，并且
在生成所述抗噪声信号时将所述预期输出信号设置为参考点，以减轻所述抗噪声信号对所述音频信号的消除。
12.如权利要求1所述的声学处理网络，其中所述RAP还被配置为将所述抗噪声信号转发到数模转换器(DAC)放大器控制器，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC放大器。
13.一种方法，包括：
在以第一频率操作的数字信号处理器(DSP)处接收噪声信号，所述噪声信号从至少一个麦克风接收；
基于所述噪声信号在所述DSP处生成噪声滤波器；
将所述噪声滤波器从所述DSP传送到以高于第一频率的第二频率操作的实时声学处理器(RAP)；
在所述RAP处接收来自所述麦克风的所述噪声信号；
基于所述噪声信号和所述噪声滤波器在所述RAP处生成抗噪声信号，以便在主动噪声消除(ANC)中使用。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：
在所述RAP处采用当前压缩状态来控制可调放大器以调整所述抗噪声信号；
将所述当前压缩状态从所述RAP传送到所述DSP；
基于所述噪声信号和所述当前压缩状态在所述DSP处确定新的压缩状态；以及
将所述新的压缩状态从所述DSP传送到所述RAP以支持控制所述可调放大器。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述压缩状态包含峰值信号估计、瞬时增益、目标增益、所述抗噪声信号的均方根(RMS)、或它们的组合。
16.如权利要求13所述的方法，其中通过配置一个或多个可编程双二阶滤波器来实现来自所述DSP的所述噪声滤波器，在所述RAP处生成所述抗噪声信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述双二阶滤波器对所述抗噪声信号的样本进行放大，然后对所述抗噪声信号的样本进行量化，并且然后对所述抗噪声滤波器的样本进行衰减。
18.如权利要求13所述的方法，还包括：
在生成所述抗噪声信号时在所述RAP处应用周围环境感知滤波器以增强所述噪声信号中的预定频带，产生增强的预定频带，并且
将具有所述增强的预定频带的抗噪声信号转发给扬声器，以便输出给用尹。
19.如权利要求13所述的方法，还包括：
基于音频输入在所述DSP处生成音频信号；
基于所述音频输入和声学处理网络的频率响应在所述DSP处生成预期输出信号；
将所述音频信号从所述DSP传送到所述RAP；
在所述RAP处将所述音频信号与所述抗噪声信号混合；以及
在生成所述抗噪声信号时将所述预期输出信号设置为参考点，以减轻通过所述抗噪声信号对所述音频信号的消除。
20.如权利要求13所述的方法，还包括将所述抗噪声信号转发到数模转换器(DAC)放大器控制器，以支持基于抗噪声信号电平来调整DAC放大器。
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