CN112385247A - 声学延迟估计 - Google Patents
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Abstract
一种声学信号延迟测量装置,该声学信号延迟测量装置包括:声学信号输入端子;声学信号输出端子;至少一个回波输入端子;表现出多个抽头的可调节抽头延迟线,该抽头延迟线的第一端耦接到该声学信号输入端子,该抽头中的每个抽头表现出相应的预先确定的延迟;处理器,该处理器的输出端耦接到可调节抽头延迟线的控制输入端;以及多个自适应滤波器,该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第一输入端耦接到至少一个回波输入端子中的相应一个回波输入端子,该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第二输入端耦接到多个抽头中的相应一个抽头,并且该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的输出端耦接到处理器的相应输入端,其中该处理器被布置成响应于以下各项来确定系统延迟:多个自适应滤波器中的一个自适应滤波器收敛所花费的时间量;以及与收敛自适应滤波器相关联的抽头的延迟。
Description
技术领域
本发明涉及声学领域,并且具体地涉及用于确定音频系统中的固有声学延迟或音频延迟的方法和装置。
背景技术
通常期望通过音频系统测量信号的时间延迟。例如,当试图确保扬声器之间的同步时,当音频信号通过多个扬声器中的每个扬声器时,可能需要测量与参考音频信号相比的时间延迟的差异。传统上,音频系统中的时间延迟测量技术涉及使用已知的脉冲信号。一种方法涉及在发射的脉冲信号与所记录的音频信号之间执行互相关。该方法涉及训练周期,而自适应算法适应房间的音频特性,并且需要校准音调或已知的参考音调。其他方法包括使用时域反射计,其中脉冲或短正弦波脉冲串从音频系统传输。然后对返回回波的时序进行测量。这些方法易受房间中的环境噪声和多模态回响和/或回波的影响。因此,所记录的音频信号或返回回波信号不是原始发射信号的精确复制。
另外,自适应滤波器用于回波消除。在某些应用中,诸如在电视机顶盒的情况下,回波被延迟超过自适应滤波器的容量的时间量。出于数字信号处理原因,增大滤波器尺寸是不切实际的。
发明内容
因此,本发明的主要目的是克服现有技术声学信号延迟测量技术的至少一些缺点。这在一个实施方案中由声学信号延迟测量装置提供,该声学信号延迟测量装置包括:声学信号输入端子;声学信号输出端子;至少一个回波输入端子;可调节抽头延迟线,该可调节抽头延迟线表现出多个抽头,该抽头延迟线的第一端耦接到声学信号输入端子,该抽头中的每个抽头表现出相应的预先确定的延迟;处理器,该处理器的输出端耦接到可调节抽头延迟线的控制输入端;以及多个自适应滤波器,该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第一输入端耦接到至少一个回波输入端子中的相应一个回波输入端子,该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第二输入端耦接到多个抽头中的相应一个抽头,并且该多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的输出端耦接到处理器的相应输入端,其中该处理器被布置成响应于以下各项来确定系统延迟:多个自适应滤波器中的一个自适应滤波器收敛所花费的时间量;以及与收敛自适应滤波器相关联的抽头的延迟。
从以下附图和描述中,本发明的附加特征和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出可如何实行本发明,现在将仅通过示例的方式参考附图,其中相同的数字始终表示对应的部分或元件。现在具体参考附图,强调了所示的细节仅为示例且仅用于说明性讨论本发明的优选实施方案的目的,并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和易于理解的描述的原因而被呈现。就此而言,没有试图比对本发明的基本理解所需更详细地示出本发明的结构细节,关于附图进行的描述使得本发明的若干形式可如何在实践中体现对于本领域技术人员而言是显而易见的。在附图中:
图1A示出了声学信号延迟测量装置的第一实施方案的高级示意图;
图1B示出了图1A的装置的操作方法的高级流程图;
图1C至图1F示出了显示图1A的装置的示例的各种高级曲线图;
图2示出了声学信号延迟测量装置的第二实施方案的高级示意图。
具体实施方式
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前,应当理解,本发明的应用不限于在下面的描述中阐述的或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明适用于其他实施方案或以各种方式实践或进行。而且,应当理解,本文所采用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应当被认为是限制性的。
图1A示出了声学信号延迟测量装置10的高级示意图。声学信号延迟测量装置10包括:声学信号输入端子20;声学信号输出端子30;多个回波输入端子40;包括多个抽头的可调节抽头延迟线50;多个自适应滤波器70;处理器80;以及系统模块90。每个自适应滤波器70包括:数字滤波器100;和加法器110。在一个实施方案中,数字滤波器100包括最小均方(LMS)滤波器。在实施方案中示出了声学信号延迟测量装置10,其中回波输入端子40的数量与自适应滤波器70的数量相同,然而这并非意在以任何方式进行限制。在另一个实施方案中,回波输入端子40的数量小于自适应滤波器70的数量。系统模块90包括各种电路和软件功能,并且表示系统延迟。
声学信号输入端子20耦接到系统模块90的输入端和可调节抽头延迟线50的第一端。可调节抽头延迟线50的每个抽头耦接到相应自适应滤波器70的第一输入端,每个自适应滤波器70的第一输入端表示相应数字滤波器100的第一输入端。每个自适应滤波器70的第二输入端耦接到相应回波输入端子40,每个自适应滤波器70的第二输入端表示相应加法器110的第一输入端。在该实施方案中,如相对于图2的声学信号延迟测量装置200所示,其中回波输入端子40的数量小于自适应滤波器70的数量,多个自适应滤波器70耦接到单个回波输入端子40,如下文将进一步描述的。每个回波输入端子40被布置成接收在相应麦克风120处接收的数字化声学信号。每个数字滤波器100的输出端耦接到相应加法器110的第二输入端。每个加法器110的输出端耦接到相应数字滤波器100的控制输入端并耦接到处理器80的相应输入端。处理器80的输出端耦接到可调节抽头延迟线50的控制输入端。系统模块90的输出耦接到声学信号输出端子30,并且声学信号输出端子30还耦接到扬声器130。
相对于图1B的高级流程图描述了声学信号延迟测量装置10的操作。在阶段1000中,在声学信号输入端子20处接收数字化声学信号。所接收的信号进入系统模块90和可调节抽头延迟线50两者。在阶段1010中,处理器80设置可调节抽头延迟线50的每个抽头处的延迟,即每个自适应滤波器70经历的所接收信号的延迟。在一个实施方案中,延迟最初被设置为预先确定的值的整数倍。在一个另外的实施方案中,相邻抽头之间的延迟大致相等。在另一个另外的实施方案中,延迟被给定为:
TN=N*k*M 公式1
其中N是整数,TN是抽头N处的延迟,k是低于1的预先确定的数,并且M是将数字滤波器100的所有抽头应用于所接收的信号所花费的时间。优选地,k介于0.5至0.75之间。
在阶段1020中,每个自适应滤波器70的数字滤波器100的系数被设置成初始预先确定的值。在一个实施方案中,将所有系数设置为零。在另一个实施方案中,系数被设置成来自先前延迟估计的先前存储的值。
在阶段1030中,每个自适应滤波器70开始处理所接收的信号。具体地讲,在声学信号输入端子20处接收的被系统模块90的延迟而延迟的声学信号由扬声器130输出,并且其回波由麦克风120拾取。然后由模数(A/D)转换器对回波进行采样,并且在相应自适应滤波器70的加法器110的第一输入端处接收数字化信号。另外,在系统模块90的延迟之前,将在声学信号输入端子20处接收的声学信号施加到可调节抽头延迟线50。因此,每个自适应滤波器70的数字滤波器100在相应的预先确定的延迟之后接收原始声学信号,如上所述。每个数字滤波器100的输出与所接收的回波信号之间的差值由相应加法器110输出到相应数字滤波器100的控制输入端。然后调节数字滤波器100的系数,直到自适应滤波器70收敛为止,即加法器110的输出处的差值低于预先确定的阈值,如本领域的技术人员在本发明时已知的那样。处理器80分析加法器110的输出以针对每个自适应滤波器70确定其是否已收敛。
在阶段1040中,一旦至少一个自适应滤波器70收敛,处理器80就控制每个自适应滤波器70以停止适应,即停止调节相应数字滤波器100的系数。在阶段1050中,处理器80读取收敛的自适应滤波器70或多个自适应滤波器(如果它们同时收敛的话)的滤波器系数。
在阶段1060中,处理器80响应于收敛自适应滤波器70的滤波器系数来确定系统模块90内的延迟。具体地讲,处理器80确定相应数字滤波器100在哪个系数达到峰值,即哪个系数具有最高值。在一个实施方案中,首先由预先确定的平滑滤波器对滤波器系数进行平滑以移除系数值中的任何尖峰,以便正确地识别滤波器达到峰值的点,如在本发明时本领域技术人员已知的那样。从施加数字滤波器100的第一系数到施加峰值系数的时间间隔表示为TF。因此,声学信号延迟被计算为:
TD=TF+TN 公式2
其中TN是耦接到收敛自适应滤波器70的抽头处的可调节抽头延迟线50内声学信号的延迟。
图1C至图1F示出了提供3个自适应滤波器70的示例。每个自适应滤波器70的数字滤波器100包括2048个抽头并且公式1的k等于0.5。系统模块90的延迟为193ms。具体地,图1C示出了第一自适应滤波器70的数字滤波器100的系数的高级曲线图,其中没有从可调节抽头延迟线50提供延迟。图1D示出了第二自适应滤波器70的数字滤波器100的系数的高级曲线图,其中1024个采样时间的延迟由可调节抽头延迟线50提供。图1E示出了第三自适应滤波器70的数字滤波器100的系数的高级曲线图,其中2048个采样时间的延迟由可调节抽头延迟线50提供。图1F示出了将每个自适应滤波器70的操作时间与193ms延迟声学信号的理论4096抽头滤波器的操作进行比较的高级曲线图。如图所示,第三自适应滤波器70由于滤波器的短长度而快速收敛,并且提供比理论4096抽头滤波器更好的收敛深度,因为与前体(即滤波器系数中的主脉冲之前的周期)相关联的抽头更少。因此,在使用较小滤波器的同时,得到改善的结果。
在阶段1070中,将收敛自适应滤波器70的滤波器系数复制到其他自适应滤波器70中。另外,可调节抽头延迟线50的每个抽头的延迟被设置成阶段1060的计算延迟,即所有自适应滤波器70的延迟现在基本上相同。因此,系统模块90的延迟得到补偿,并且即使具有大于自适应滤波器70的规格的内部延迟,自适应滤波器70也将消除在麦克风120处接收的声学回波。
有利的是,上述系统和方法允许较短的自适应滤波器长度,同时仍允许对于比各个滤波器的长度更长的系统延迟进行估计和补偿。在补偿之后,每个自适应滤波器将比在系统延迟估计之后重置的情况更快地收敛。上述方法允许声学回波消除收敛深度的总体改进,同时还允许在需要完全重新训练之前对声学回波路径改变的延迟变化(包括总体系统延迟估计)的更大容差。
另外,上述方法可支持多个输入通道(例如立体声)和多个声学信号输出端子30,因为延迟是相对于内部抽头延迟线确定的。
图2示出了声学信号延迟测量装置200的高级示意图。声学信号延迟测量装置200在所有方面类似于声学信号延迟测量装置10,不同的是回波输入端子40中的至少一个回波输入端子耦接到多个自适应滤波器70,即,为多个麦克风120中的至少一个麦克风提供多个自适应滤波器70。另选地(未示出),仅提供单个麦克风120。声学信号延迟测量装置200的操作在所有方面都类似于声学信号延迟测量装置10,并且为了简洁起见将不再重复。尽管若干自适应滤波器70从相应麦克风120接收相同的回波输入,但由抽头延迟线50针对每个自适应滤波器70施加的延迟是不同的。因此,可仅使用单个回波输入来检查不同的延迟可能性。
应当理解,为了清楚起见而在单独实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反,为简洁起见而在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。具体地,已经通过按类别对每个受电装置的识别描述了本发明,但是这并不意味着以任何方式进行限制。在另选的实施方案中,所有受电装置被同等地对待,并且因此类别通过其相关联电力要求的识别并非所需的。
除非另外定义,否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的方法类似或等同的方法可以用于本发明的实践或测试,但本文描述了合适的方法。
本文中提及的所有公开、专利申请、专利和其他参考都通过引用以其整体并入。如发生冲突,以专利说明书(包括定义)为准。此外,材料、方法和示例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。
本领域技术人员将理解,本发明不限于以上特别示出和描述的内容。相反,本发明的范围由所附权利要求书限定,并且包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读前述描述时将想到的各种特征的变化和修改。
Claims (9)
1.一种声学信号延迟测量装置,所述声学信号延迟测量装置包括:
信号输入端子;
信号输出端子;
至少一个回波输入端子;
可调节抽头延迟线,所述可调节抽头延迟线表现出多个抽头,所述抽头延迟线的第一端耦接到所述声学信号输入端子,所述抽头中的每个抽头相对于所述可调节抽头延迟线的所述第一端表现出相应的预先确定的延迟;
处理器,所述处理器的输出端耦接到所述可调节抽头延迟线的控制输入端;以及
多个自适应滤波器,所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第一输入端耦接到所述至少一个回波输入端子中的相应一个回波输入端子,所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第二输入端耦接到所述多个抽头中的相应一个抽头,并且所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的输出端耦接到所述处理器的相应输入端,
其中所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器表现出多个系数,并且
其中所述处理器被布置成响应于以下各项来确定系统延迟:
直到通过所述多个自适应滤波器中的已收敛的一个自适应滤波器的所述多个系数中的一个系数来实现峰值的时间量;以及
耦接到所述收敛自适应滤波器的所述相应抽头的所述预先确定的延迟。
2.根据权利要求1所述的声学信号延迟测量装置,其中所述处理器还被布置成将所述多个抽头中的每个抽头的所述延迟调节成等于与所述收敛自适应滤波器耦接的所述抽头的所述延迟。
3.根据权利要求1所述的声学信号延迟测量装置,其中所述处理器还被布置成将所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的所述多个系数设置成等于所述收敛自适应滤波器的所述多个系数。
4.根据权利要求1所述的声学信号延迟测量装置,其中所述处理器还被布置成响应于预先确定的平滑滤波器来对所述收敛自适应滤波器的所述多个系数进行滤波,从所述滤波系数中确定所述峰值。
5.一种声学信号延迟测量方法,所述方法包括:
提供输入信号;
输出所述提供的输入信号;
向所述提供的输入信号施加多个不同的预先确定的延迟;
对于所述施加的延迟中的每个延迟,将所述延迟的输入信号提供给表现出多个系数的相应自适应滤波器的第一输入端,所述相应自适应滤波器的第二输入端接收所述输出信号的声学回波;
响应于以下各项来确定系统延迟:
直到通过所述多个自适应滤波器中的已收敛的一个自适应滤波器的所述多个系数中的一个系数来实现峰值的时间量;以及
在所述收敛自适应滤波器的所述第一输入端处对所述输入信号施加所述预先确定的延迟。
6.根据权利要求5所述的方法,还包括将所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的所述第一输入端处的所述延迟调节成等于所述收敛自适应滤波器的所述第一输入端处的所述延迟。
7.根据权利要求5所述的方法,还包括将所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的所述多个系数设置成等于所述收敛自适应滤波器的所述多个系数。
8.根据权利要求5所述的方法,还包括对所述收敛自适应滤波器的所述多个系数进行滤波,从所述滤波系数中确定所述峰值。
9.一种声学延迟消除装置,所述声学延迟消除装置包括:
信号输入端子;
信号输出端子;
至少一个回波输入端子;
可调节抽头延迟线,所述可调节抽头延迟线表现出多个抽头,所述抽头延迟线的第一端耦接到所述声学信号输入端子,所述抽头中的每个抽头相对于所述可调节抽头延迟线的所述第一端表现出相应的预先确定的延迟;
处理器,所述处理器的输出端耦接到所述可调节抽头延迟线的控制输入端;以及
多个自适应滤波器,所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第一输入端耦接到所述至少一个回波输入端子中的相应一个回波输入端子,所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的第二输入端耦接到所述多个抽头中的相应一个抽头,并且所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的输出端耦接到所述处理器的相应输入端,
其中所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器表现出多个系数,并且
其中所述处理器被布置成:
将所述多个抽头中的每个抽头的所述延迟调节成等于与所述多个自适应滤波器中已收敛的一个自适应滤波器耦接的所述抽头的所述延迟;以及
将所述多个自适应滤波器中的每个自适应滤波器的所述多个系数设置成等于所述收敛自适应滤波器的所述多个系数。
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