CN113259814A - 检测音频反馈的方法和音频处理系统及其用途 - Google Patents

Abstract

本文公开一种用于自动地检测输入音频信号中的音频反馈的方法。所述方法包括通过多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波，以生成多个滤波后音频信号。所述单独的分析音频滤波器是不同的。随后，比较所述滤波后音频信号中的至少两个以获得能级差。执行滤波和比较步骤的一次或多次重复以建立多个能级差。随后比较来自至少两次所述重复的能级差以检测所述音频反馈。进一步还公开一种用于检测输入音频信号的音频反馈的音频处理系统以及所述音频处理系统的用途。所述方法和系统的优选实施例包含自动地执行所述检测到的音频反馈的音频反馈抑制的特征。

Description

检测音频反馈的方法和音频处理系统及其用途

技术领域

本发明涉及一种用于检测和任选地抑制输入音频信号中的音频反馈的方法和设备。本发明进一步涉及设备的用途。

背景技术

在音频技术领域内的许多情况下可能会发生音频反馈。例如，如果存在具有例如麦克风的音频输入以及例如扬声器的音频输出的声音环路(loop)，特别是如果音频在由扬声器输出之前被放大，则可能会发生音频反馈。在此类情况下，通过麦克风记录的任何音频可以在通过扬声器再现并通过麦克风再次记录之前被放大，从而构成正环路增益。

可能会在从大型现场音乐演唱会到微电音频电路(例如用于助听器或头戴式耳机和可听式装置的电路)的很多种情况下发生反馈。

尽管有时会有意地使用音频反馈，但它通常是音频系统的不合需要的功能。例如，音频反馈可能会使音频系统的用户烦恼，并且在最坏的情况下，可能会损坏音频设备或甚至损害音频系统附近人员的听力。

因此，非常需要提供用于检测音频反馈的解决方案。具体来说，需要相对较小的计算能力的解决方案是合乎需要的，使得可以在损坏或伤害发生之前快速识别并处理音频反馈。

发明内容

发明人已经发现了与音频反馈有关的上述问题和挑战，并且随后做出了可以改进对音频反馈的检测和抑制的下述发明。

本发明涉及一种用于自动地检测输入音频信号中的音频反馈的方法，所述方法包括以下步骤：

通过多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波，以生成多个滤波后音频信号，其中所述单独的分析音频滤波器是不同的；

比较所述多个滤波后音频信号中的至少两个滤波后音频信号以获得能级差；

执行单独地对所述音频输入信号进行滤波的所述步骤以及比较所述滤波后音频信号的所述步骤的一次或多次重复，由此建立多个所述能级差；

比较从至少两次所述重复中获得的所述多个能级差中的至少两个能级差，以检测所述音频反馈。

在本发明的示例性实施例中，所述方法在音频处理单元中实施。提供可以包括音频反馈的输入音频信号，例如来自麦克风的音频信号。由此，本发明的方法可以应用于检测麦克风信号中的音频反馈，并且本发明的各种实施例可以实施用于使检测更可靠的或更准确的工具，和/或用于抑制音频反馈的工具，如本文中更详细地描述。

多个分析音频滤波器，例如两个分析音频滤波器应用于输入音频信号以生成每个分析音频滤波器的滤波后音频信号。因为分析音频滤波器不同，因此在给定相同输入时，所述分析音频滤波器将提供不同的滤波后音频信号。在实例中，两个分析音频滤波器可以例如分别是居中在40Hz和200Hz处的带通滤波器。当输入音频信号包含大约40Hz的音频反馈时，从居中在40Hz处的第一带通滤波器输出的滤波后音频信号基本上不会进行衰减，而当生成第二滤波后音频信号时，居中在200Hz处的第二带通滤波器基本上会将输入音频信号衰减例如20dB。相反，在滤波器选择的相同实例中，当音频反馈存在于大约200Hz时，居中在40Hz处的滤波器基本上会衰减输入音频信号，而第二分析音频滤波器基本上不会衰减输入音频信号。一般来说，如果反馈位于两个分析音频滤波器的频率之间的任何位置，则两个滤波后音频信号将组合地包含输入音频信号的唯一相对衰减。可以分析频率与相对衰减之间的这种唯一关系以获得反馈的频率特征的估计。比较两个滤波后音频信号以获得能级差，所述能级差指示反馈的频率特性。

当输入音频信号包括突出音调，例如从例如音乐、语音或噪声等其它内容中突出的音频反馈时，两个不同的分析音频滤波器之间的相对衰减主要基于突出音调并且可以用于唯一地识别例如音频反馈的频率。然而，当输入信号不包括突出音调，即例如没有音频反馈时，分析音频滤波器之间的相对衰减将显著地变化并且不是很有用。

因此，优选地重复滤波和比较步骤以建立随时间测量的多个能级差，并且分析能级差的发展。因此，当在例如50ms上检测到大致类似的能级差时，可以将能级差验证为表示音频反馈。在实施例中，反馈检测验证器因此可以确定多个重复中的差何时大约为零并将此视为检测到音频反馈的验证，并且当所述差不大约为零时，将结果验证为检测不到音频反馈。此特征也可以称为持续检测，即确定输入音频信号是否包含很可能来自音频反馈的持续突出音调。

本发明允许检测输入音频信号中的反馈。现有技术内存在用于检测音频反馈的其它方法。相比之下，本发明的实施例可以提供有利地可以独立于输入音频信号的音量、可以更快、可以更便宜或更易于实施和/或可以需要更少的计算能力的音频反馈检测。通过本发明的各种实施例，可以不同程度地并且以不同的组合实现这些优点或其它优点中的一些。

因此，本发明可用于需要或有益于检测输入音频信号中的音频反馈，例如以抑制音频反馈为目的的应用。例如，此类应用可以包含应用麦克风以获得并提供用于通过扬声器播放的音频的任何情况，所述扬声器放置成使得麦克风进一步获得并向扬声器提供通过扬声器播放的音频。麦克风和扬声器由此构成反馈环路。可能发生这种情况的一些具体实例包含音乐会、舞台剧、音乐排练、电话通话或计算机系统通话期间，或者使用助听器或带有内置麦克风的头戴式耳机时。

根据本申请的实施例涉及音频反馈检测和抑制。

附图说明

将在下文中参考附图描述本发明的各种实施例，其中

图1a-图1b说明本发明的实施例以及所述实施例的两个分析音频滤波器的相关联视觉表示；

图2说明两个分析音频滤波器的相对衰减的实施例；

图3说明本发明的实施例的示意性概述；

图4说明根据本发明的方法的实施例；

图5说明根据本发明的预处理器的实施例；

图6说明周期性检测单元的实施例；

图7说明根据本发明的音调检测器的实施例；

图8说明根据本发明的音调检测器的三滤波器实施例；

图9a-图9b说明三个分析音频滤波器以及其对应的相对衰减的实施例；

图10a-图10c说明各种其它分析音频滤波器组合的视觉表示；

图11说明根据本发明的音调检测器的实施例；

图12说明五个分析音频滤波器的视觉表示；

图13说明根据本发明的反馈检测器单元的实施例；

图14说明根据本发明的持续检测器9的实施例；

图15说明随时间的能级差变化的视觉表示；

图16说明根据本发明的反馈抑制单元的实施例，以及

图17说明本发明的实施例，其中根据本发明的用于检测和抑制音频反馈的音频处理系统已在音频数字信号处理器DSP和片上系统SoC上实施。参考符号列表：

1 音频处理系统

2 输入音频信号

3 音调检测器

4 反馈检测器单元

5a-5e 分析音频滤波单元

6a-6e 滤波后音频信号

7,7a-7b 滤波后音频信号比较器单元

8,8a-8b 能级差

9 持续检测器

10 持续状态

11 反馈状态验证器

12 反馈信息

13 反馈抑制单元

14 麦克风

15 扬声器

16 输出音频信号

17 预处理器

18 预处理的音频信号

19a-19c 能量检测器

20 能量差-频率映射单元

21 边界频率检查器

22 代表性音调频率

23 周期性检测单元

24 阈值检测器

25a-25b 预处理滤波器

26a-26e 能级衰减的频率表示

261a-261b 能级衰减的频率表示

27 差-频率映射函数

28 谐波检测器

29 降低能级检测器

30a-30e 谐波滤波器

31 谐波状态

32 降低能级状态

33 频带检测

34 没有音频反馈

35 能级差变化

36 反馈周期

37 音频数字信号处理器

38 片上系统

39a-39b 周期性滤波器

40a-40b 延迟单元

41 噪声滤波后音频信号

42 绝对值确定器

43 包络计算单元

44 能级差变化阈值比较器

45 延迟能级差

46 减法单元

47 能级差差值

48 滤波器组

49 滤波器参数计算单元

50a-50e 能级

51 处理单元

52 第一滤波后信号

53 延迟的第一滤波后信号

54a-54b 试验性能级差

55a-55e 滤波器峰值频率

56a-56d 滤波器频率范围

S1-S4 方法步骤。

具体实施方式

在下文中，在不参考特定实施例的情况下给出了本发明的各种概念。

例如，输入音频信号可以被理解为表示可听声音的数字或模拟信号的类型。音频输入信号可以例如适合于任选地通过放大、转换(例如，数模转换)或例如音频反馈抑制的其它处理的一个或多个中间步骤提供给扬声器。例如，可以通过音频信号输入(例如，有线或无线连接)将输入音频信号提供给音频信号源。例如，还可以经由记录输入音频信号所基于的声音的拾音器或麦克风提供输入音频信号。此外，应理解，还可以通过任何种类的电气组件或电路提供输入音频信号。

典型的音频信号可以由若干个不同频率分量组成。例如，这可以通过信号的傅里叶变换来证明。音频反馈通常产生突出音调，所述突出音调可以被理解为音频信号的频率分量，其中由于较高振幅，所述频率分量与所述音频信号的其它频率至少部分地可区分。对于包括若干频率分量的音频信号，例如音乐、语音、最天然存在的声音、噪声等，当特定频率分量的水平与其它信号内容清楚地可辨别，例如比相同或相邻临界频带中的其它内容响多于8dB或9dB时，可以将所述频率分量视为突出音调。然而，不希望的音频反馈的突出音调通常会在能级上非常快地增加直到削波为止，从而对听众造成很大的干扰，因此通常相对于其它音频内容的能级比上述8dB至9dB响得多。

一些音频信号是由在振幅和相位上动态地变化的连续频率所组成。在此类情况下，可能无法完全明确地定义突出音调和音频反馈。在本发明的一些实施例中，例如通过实施附加滤波器，特别小心地分析此类复杂音频信号，仍然提供可以表示音频反馈的突出音调的准确表示。一般来说，本发明的实施例不限于检测具体类型的音频信号中的反馈，因为即使通过使用合适的处理和分析工具也可以从复杂的音频信号中提取音频反馈的有用表示。然而，为了不因不必要的细节而使本发明的描述不清楚，将主要以简单的音频信号为例来说明输入音频信号的反馈的检测。还应注意，在本发明的大部分实施例中，通常可以独立于音频信号的复杂性来提供音频反馈的表示，但是对于足够复杂的音频信号，可能会降低准确度或精度。

例如，当扬声器的声音输出取决于附近麦克风记录的声音时，可能会发生音频反馈。此处，麦克风所接收到的信号可以被放大并传递到扬声器，扬声器继而输出放大后的声音，麦克风随后可以再次接收到所述声音，从而构成反馈环路。此种音频反馈通常可能是由单个突出音调控制，本发明的方法可以适合于识别且任选地抑制所述突出音调。音频反馈也可以称为声反馈或拉森效应。在本发明的描述中，音频反馈还可以简单地称为反馈。

分析音频滤波器可以被理解为音频滤波器，所述音频滤波器例如又可以是频率相关的放大器电路，例如在例如高达20kHz的可听频率范围内工作。因此，分析音频滤波器通常可以提供频率相关的放大、衰减、通过和/或相移。例如，分析音频滤波器可以被实施为数字电路、模拟电路及/或被编程到例如数字信号处理器的可编程单元上。分析音频滤波器的实例是低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和全通滤波器。分析音频滤波器可以在音频滤波器单元中实施，所述音频滤波器单元可以被理解为物理电路或以数字方式编程的实体。

当音频滤波器已应用于一个音频信号时，通常会导致生成另一音频信号，例如将分析音频滤波器应用于输入音频信号可能会导致生成滤波后的音频信号，例如将多个分析音频滤波器应用于音频信号可能产生多个滤波后的音频信号。但是多个滤波后音频信号中的至少其中一个通常可以不限于作为滤波后信号。

能级差可以被理解为两个音频信号的能级之间的差。音频信号的能级可以例如是RMS平均值、峰值、音频信号的平方的平均值，或音频信号的包络线的平均值。音频信号的能级还可以与音频信号的功率电平相关或指示音频信号的功率电平。通常，能级可以指示音频信号的衰减。例如，如果音频信号已通过音频滤波器衰减，则所述音频信号的能级将低于音频信号尚未衰减时的能级。例如相对于一些参考能量/强度/音频音量，能级可以例如通过dB量化。

通过比较至少两个音频信号而获得的能级差例如可以作为两个信号的能级之间的比率或减法来获得。能级差不一定需要明确地计算两个能级，而是例如可以通过比较两个音频信号来获得。例如，可以从两个音频信号的比率获得能级差。或者，可以通过明确地计算第一音频信号的(第一)能级和第二音频信号的(第二)能级获得能级差。例如，可以通过能级检测器促进检测音频信号的能级。能级比较器例如可以促进获得能级差，例如所述能级比较器可以使用至少两个音频信号或两个能级作为输入。

下文参考图式描述本发明的各种实施例。

图1a和图1b示意性地说明本发明的实施例。

实施例是自动音频反馈检测单元，例如至少部分地使用数字信号处理器实施的自动反馈检测单元。自动反馈检测单元包括音调检测器3和反馈检测器4。音调检测器3例如从音频信号输入接收输入音频信号2。在此示例性描述中，输入音频信号2包括突出音调。

输入音频信号单独地通过第一分析音频滤波单元5a和第二分析音频滤波单元5b进行滤波。两个分析音频滤波单元5a、5b在应用不同的分析音频滤波器的意义上是不同的。例如，它们都可以应用具有相同质量因数，但具有不同滤波器中心频率的带通滤波器。

图1b中详述两个分析音频滤波器的效应。横轴是以Hz为单位的频率轴，而竖轴是以dB为单位的能级轴。滤波单元5a和5b施加到音频信号的频率相关效应被说明为能级衰减26a的第一频率表示和能级衰减26b的第二频率表示。能级衰减26a、26b的频率表示对应于具有大约41Hz和82Hz的相应中心滤波器频率的带通滤波器。因此，根据能级衰减26a所示的第一频率表示，经由第一分析音频滤波单元5a传播到能级比较器单元7的输入音频信号2将基于所述音频信号的频率而进行衰减。相反，根据能级衰减26b所示的第二频率表示，经由第二分析音频滤波单元传播到能级比较器单元7的输入音频信号2将基于所述音频信号的频率而进行衰减。

将第一滤波后音频信号6a和第二滤波后音频信号6b都供应到能级比较器单元7，所述能级比较器单元被布置成比较两个信号6a、6b以获得两个信号的能级差8。一般来说，如果两个信号的能量不同，则这可以通过能级差8指示。应注意，如果输入音频信号中存在突出音调，则能级差是此突出音调的表示。确切的细节取决于滤波器的类型以及如何精确地计算能级差，这在不同的实施例之间有所不同。例如，在本发明的示例性实施例中，生成两个滤波后音频信号6a、6b的比率并且测量所得比率的RMS平均值。然而，在本发明的此特定实施例中，作为两个滤波后音频信号6a、6b的能级的减法获得能级差8。

将所获得能级差8供应到反馈检测器4。为了能够随时间比较能级差，多个能级差存储在存储单元中，例如存储在音调检测器3中、反馈检测器4中或外部。例如，存储单元可以是保存一个或两个先前值的简单延迟，或者是任何种类的寄存器、存储器等。在本发明的此示例性实施例中，存储单元是FIFO缓冲器。所存储的能级差8可以基于输入音频信号(例如，每个样本)的任何给定长度，或在多个样本上取平均值。

由于随后的音频反馈检测可以优选地以比音频信号处理低的速率来处理能级差，例如以监视例如音频反馈积累的较慢趋势，因此能级差的建立可以音频信号处理速率执行，然后以较低速度供后续处理使用，或以较低速率执行。在本发明的实例实施例中，仅每隔50ms的输入音频信号计算能级差并将其存储在存储单元中，因为这可能是通过稍后的反馈检测处理监视发展的更佳速率。在其它实施例中，例如以音频信号处理的速度更快地计算能级差并将其存储在存储单元中。

当已获得两个连续能级差时，通过反馈检测器4的持续检测器9比较这些能级差，以识别在两个能级差测量中是否维持突出音调。来自两个不同时间点的能级差的这种比较可以再次以能级差的速率或以与反馈检测速率相当的较慢速率执行，所述能级差可以是音频信号处理速率。例如，所比较的两个能级差间隔开50ms，由此使持续检测基于在50ms的输入音频信号范围内的发展。在另一实施例中，在以更快速率，例如以音频信号处理速率计算能级差的情况下，还可以更快地，例如以音频信号处理速率执行能级差比较，即持续检测，并且可以例如每隔20ms、30ms、50ms或80ms较低速率执行持续检测输出的后续监视。

持续突出音调可以指示音频反馈。应注意，在本发明的其它实施例中，能级差的比较可以基于多于两个能级差。例如，可以在例如100ms内比较三个连续的能级差，以确定输入音频信号中存在持续突出音调。一般来说，如果连续获得的能级差不同，则指示不存在突出音调，这可以通过由持续检测器9建立的持续状态10表示。如果连续获得的能级差大致类似，则指示存在突出音调，这也通过持续状态表示。可以应用预定的能级差变化阈值，以确定所述改变何时足够类似以指示存在突出音调。

持续检测器可以比较能级差以通过多种不同方式获得持续状态。一个实例是通过计算能级差的比率，换句话说，确定与先前能级差的百分比变化。然而，在本发明的优选实施例中，持续检测器减去两个能级差以获得能级差之间的减法差。当此差大约为零，即低于能级差变化阈值时，检测到持续突出音调并且将包括此信息的持续状态10供应到反馈状态验证器11。而且，如果两个能级差的减法大致不相同，则将包括此信息的持续状态10供应到反馈状态验证器11。

基于各种不同输入，反馈状态验证器11确定输入音频信号是否包括音频反馈。在本发明的此特定实施例中，反馈状态验证器11接收持续状态10，并且当持续状态10指示两个能级差大致相同时，确定输入音频信号包括音频反馈。反馈状态验证器随后输出反馈信息12，例如音频反馈状态。一般来说，关于是否检测到音频反馈的信息在由反馈状态验证器11分派的反馈信息12中给出。在本发明的其它实施例中，反馈信息12可以包含附加信息，例如包括但不限于从与音频反馈相关联的突出音调获得的检测到的音频反馈的频率、检测到的音频反馈的能级差，和/或音频反馈能级。

因此，图1的实施例能够检测输入音频信号中的音频反馈。例如如果输入音频信号2由大约75Hz频率下的突出音调控制，并且如在上述图1b中所示，两个分析音频滤波器分别居中在41Hz和82Hz处，则第一滤波后音频信号6a与输入音频信号2相比衰减大约15dB，而第二滤波后音频信号与输入音频信号相比衰减大约5dB。滤波后音频信号比较器7比较滤波后音频信号6a、6b，并且例如在输入音频信号的前50ms内获得大约10dB的能级差8。随后将能级差8供应到反馈检测器单元4中，其中所述能级差存储在FIFO缓冲器中。随后，在重复步骤中，获得例如对应于输入音频信号的下一50ms的第二能级差并将其存储在FIFO缓冲器中。在此实例中，输入音频信号的两个50ms间隔由相同的75Hz突出音调控制。因此，获得的两个连续能级差分别大约等于10dB。持续检测器9在FIFO缓冲器中取得两个第一值并进行比较，并基于此比较确定两个能级大约相等并且检测到持续。维持检测器随后分派包括此信息的持续状态10。反馈状态验证器11接收持续状态并且基于肯定的持续状态，确定具有100ms长度的输入音频信号包括音频反馈。反馈状态验证器随后分派包括此信息的反馈信息12，例如作为音频反馈状态。可以将反馈信息供应给用户或另一音频处理单元以用于进一步的音频分析。优选地，音频反馈信息随后用于处理，例如拒绝音频反馈。应注意，即使输入音频信号的音频音量在差值测量之间发生变化，由于检测基于分析音频滤波器之间的相对能级，所获得的能级差以及因此突出音调的表示在很大程度上也不会受到影响。

如果输入音频信号的能级差8在第一测量时为10dB并且连续能级差测量提供15dB差，则持续检测器9将确定两个连续的能级差太不同，并且分派指示未检测到持续的持续状态。基于此持续状态，反馈状态验证器将分派反馈信息12，包括音频信号不包括音频反馈的信息。在本发明的其它实施例中，如果反馈状态验证器确定输入音频信号包括音频反馈，则反馈状态验证器仅分派反馈信息12。

应注意，在输入音频信号的足够大频率或低音量频率下，输入音频信号2可能会被分析音频滤波器5a、5b衰减到无法获得能级差8的程度，由于滤波后音频信号6a、6b的较差信噪比，因此能级差可靠地指示频率。然而，应注意，在本发明的范围内可以改变滤波器类型和配置，这可能导致其它频率限制，或甚至没有频率限制(例如，通过实施覆盖所有频率的大量唯一滤波器)。因此，本发明不限于任何特定频率范围。

图2说明图1b中所说明的两个分析音频滤波器可以应用于包括突出音调的输入音频信号的相对衰减的频率表示261a。在低于大约58Hz时相对衰减大于0，并且在高于大约58Hz时相对衰减小于0dB。这反映在低于此频率时第一频率表示26a在衰减轴上高于第二频率表示26b，且反之亦然。

例如，通常对于各种实施例，相对衰减可以是能级差的基础。在由分析音频滤波器的中心滤波器频率确定的估计频率范围内，频率表示261a显示线性斜率。此线性斜率可以用于使用差-频率映射函数27将能级差转换成突出音调的表示。在此示例性图示中，映射函数27简单地为直线(然而，在非线性标度上)。因此，例如，可以通过映射函数27将大约8dB的相对衰减转换成50Hz的频率。

应注意，此示例性映射函数27不是在两个分析音频滤波器(例如，图1b中所说明的那些分析音频滤波器)的滤波器中心频率之外的相对能级衰减261a的频率表示的准确表示。由两个中心滤波器频率确定的估计范围因此构成有效频带。

在其它实施例中，一个或多个映射函数可以用于还获得在滤波器单元/分析音频滤波器的滤波器中心频率之外的突出音调的准确表示。

图3说明可以例如在音频处理系统1中实施的本发明的实施例的示意性概述，所述音频处理系统用于在音乐会、排练室、剧院、助听器、头戴式耳机、蜂窝电话或个人计算机等中接收并放大声音。本发明的此具体实施例能够从麦克风接收声音作为音频信号，检测音频信号中的音频反馈，抑制检测到的音频反馈并且将音频信号供应到扬声器以进行声音再现，其中已抑制检测到的音频反馈。

所说明的实施例包括：麦克风14，其将接收到的声音转换成输入音频信号2；处理单元51，其配置用于检测音频反馈；反馈抑制单元13，其配置用于抑制检测到的音频反馈；以及扬声器15，其用于基于输出音频信号16产生声音，其中抑制检测到的音频反馈。处理单元51包括预处理器17、音调检测器3和反馈检测器4。还可以是乐器拾音器的麦克风从例如乐器或语音接收声音。另外，例如在大多数现场设置中，麦克风14可以另外接收由扬声器15产生的声音，并且由此可以建立反馈环路，在某些情况下，所述反馈环路导致响亮的、不希望的、可能损坏的音频反馈。

连续声音由麦克风14接收并且转换成输入音频信号2。输入音频信号可以是数字的或模拟的。输入音频信号还可以在由本发明处理之前经历各种类型的常规音频处理，例如，麦克风放大、缓冲、混合等。输入音频信号由预处理器17和反馈抑制单元13接收。在图5中说明本发明的预处理器17的实施例。预处理器17准备输入音频信号2以通过例如噪声滤波来进行反馈检测，并输出由音调检测器3接收的预处理的音频信号18，例如图1a中所说明或如下文进一步详细描述的预处理的音频信号。音调检测器3输出输入音频信号2中的能级差8，所述能级差是突出音调(如果存在的话)的表示。随后，反馈检测器单元4接收能级差8，所述反馈检测器单元的实施例在图1a中说明或如下文进一步详细描述。

在本发明的一些高级实施例中，处理上述内容之外，反馈检测器单元4还可以执行音频反馈存在的附加验证，这可能需要如虚线所指示访问输入音频信号2。例如，它可以被配置成评估潜在音频反馈突出音调的谐波和次谐波，如下文参考图13所描述。

应注意，接收声音、预处理输入音频信号以及生成能级差的步骤是重复的或可以连续的。因此，能级差可以被理解为信号，所述信号可以是连续的或数字的，并且如上所述处于音频信号处理速率或监视速率。

反馈检测器单元4比较接收到的能级差以确定其差值。可以连续地进行比较，或例如每个样本、以较低速率，例如以10到150ms的间隔进行比较。基于此比较，反馈检测器单元4输出指示输入音频信号是否包括音频反馈的反馈信息12。如果能级差不完全相等，则反馈信息12向反馈抑制单元指示输入音频信号不包括要抑制的音频反馈。反馈抑制单元13随后优选地通过放大单元(未示出)将与输入音频信号2相同的输出音频信号16输出到扬声器15，并且扬声器15基于接收到的输出音频信号产生声音。当反馈检测器单元4确定比较的能级差完全相等以指示音频反馈时，反馈信息12通知反馈抑制单元13输入音频信号包括音频反馈。随后，在将反馈抑制的输出音频信号16提供到扬声器15之前，反馈抑制单元13可能通过放大器将滤波器应用于接收到的输入音频信号以抑制检测到的音频反馈的频率。

将音频反馈频率确定为由音调检测器识别的突出音调的频率。能级差是突出音调的频率的表示。因此，反馈抑制单元基于能级差应用下文更详细地描述的适合于抑制检测到的音频反馈的一个或多个反馈抑制滤波器。

应用的抑制滤波器的数目、增益降低和这些滤波器的中心频率可以基于反馈的能级和检测到的音频反馈的频率。

反馈信息12可以包括不同信息。例如，反馈信息可以包括一个或多个能级差、检测到的音频反馈的频率和/或通知输入音频是否包括音频反馈的音频反馈状态。

图4说明根据本发明的实施例的方法步骤的视觉表示。本发明的此实施例能够自动地检测输入音频信号中的音频反馈并且包括四个方法步骤S1-S4。然而，应注意，本发明的实施例不限于这些特定方法步骤。具体来说，优选实施例可以包括如下所述的额外步骤。

在步骤S1中，通过多个不同的分析音频滤波器单独地接收输入音频信号，并且分析音频滤波器单独地对接收到的输入音频信号进行滤波以生成多个滤波后音频信号。

在步骤S2中，通过比较所生成的滤波后音频信号中的至少两个获得能级差。

作为步骤S3，通过执行步骤S1和S2的一次或多次重复，建立多个能级差。

在步骤S4中，优选地在连续执行重复步骤S3的期间，基于至少两个能级差的比较检测是否存在音频反馈。

在本发明的一些实施例中，方法在连续地重复执行所述方法的步骤的电路或处理器上实施。可以至少部分地并行地执行任何一个或多个步骤。

图5说明预处理器的实施例，所述预处理器包括具有两个预处理滤波器25a、25b的周期性检测单元23以及阈值检测器24。例如周期性检测单元23减少由麦克风拾取的非周期性噪声的量，所述扬声器供应输入音频信号2。

将输入音频信号2供应到周期性检测单元23。在本文中，输入音频信号由两个预处理滤波器进行滤波，所述预处理滤波器可以是线路增强器配置中的自适应滤波器。为了进一步提高反馈检测的信噪比，串联使用两个线路增强器级。本发明的其它实施例可以采用其它类型的滤波器和滤波器的其它类型的配置。当预处理器17实施于例如图3所说明的包括扬声器的声音系统中时，例如非周期性噪声可以包括环境噪声和从扬声器发出的音乐。

随后阈值检测单元24接收周期性检测单元23的输出，其中测量信号的能级。当信号的能级超过阈值，例如-40dBFS时，阈值检测单元24输出预处理的音频信号18以进行进一步分析。

在本发明的其它实施例中，输入音频信号2可以首先进入阈值检测单元24，此后阈值检测单元24的输出由周期性检测单元接收。这具有以下优点：与输入音频信号的能级较低时相比，仅在达到阈值并且输入音频信号中的音频反馈的可能性较高时，才应用通过周期性检测单元进行的滤波。

预处理器17的其它实施例可以包括用于准备用于音频反馈检测的信号的附加预处理步骤。

图6说明也在图5中说明的周期性检测单元23的特定实施方案实施例。图6中说明的特定实施方案包括串联的两个周期性滤波器39a、39b以及两个时延单元40a和40b。

第一周期性滤波器39a接收输入音频信号2以及由第一延迟单元40a延迟的延迟输入音频信号。例如第一音频滤波器39a随后基于输入音频信号和延迟输入音频信号的相关联分量来减少输入音频信号中的非周期性内容。第一周期性滤波器39a随后输出第一滤波后信号52，所述第一滤波后信号随后由第二周期性滤波器39b和第二延迟单元40b接收。第二周期性滤波器39b进一步从第二延迟单元40b接收延迟的第一滤波后信号53，并且随后基于第一滤波后信号52和延迟的第一滤波后信号53的相关联分量来进一步减少接收到的第一滤波后信号中的非周期性内容。

图7说明根据本发明的具有能量差-频率映射单元20的音调检测器3的具体实施例。实施例包括以类似于图1中所说明的音调检测器3的配置布置的两个分析音频滤波器5a、5b和滤波后音频信号比较器7。由滤波后音频信号比较器7建立的能级差8通过能量差-频率映射单元20接收，所述能量差-频率映射单元使用差-频率映射函数将能级差8转换成突出音调的表示(例如，频率)并且输出突出音调的此表示作为代表性音调频率22。图2中提供差-频率映射函数27的说明性实例。

可以通过不同方法实施差-频率映射函数。例如，所述差-频率映射函数可以是线性函数或非线性函数。所述差-频率映射函数还可以实施为查找表。

图8说明根据本发明的音调检测器的实施例，其基于三个分析滤波器5a、5b、5c、两个滤波后音频信号比较器7a、7b和三个能量检测器19a、19b、19c。此实施例基本上类似于图7的实施例。然而，图8的实施例进一步包括第三分析音频滤波器5c，所述第三分析音频滤波器对输入音频信号进行滤波以获得第三滤波后音频信号6c。下文参考图9a-9b描述三个合适的分析音频滤波器的实例。此外，此实施例包括能量检测器19a、19b、19c，所述能量检测器检测由分析音频滤波器5a、5b、5c供应的滤波后音频信号6a、6b、6c的能级50a、50b、50c。在已建立第一滤波后音频信号6a、滤波后音频信号6b和第三分析音频信号6c后，这些信号由两个能级比较器7a、7b处理以获得两个试验性能级差54a、54b，所述试验性能级差又被供应到能量差-频率映射单元，以基于差-频率映射函数和能级差8确定代表性音调频率22。

通过两个相邻分析音频滤波器输出的具有最高输出能级的滤波后，音频信号大致确定突出音调的频率(如果存在的话)在哪一区域，即在哪两个分析音频滤波器之间。因此，在本发明的此特定实施例中，选择能级差8作为基于具有最高能级的一对相邻滤波后音频信号获得的两个试验性能级差54a或54b中的一个。

在本发明的此实施例中，代表性音调频率22是基于能级差8。

图9a-图9b说明三个分析音频滤波器以及其对应的相对衰减的视觉表示。图9a类似于图1b，不同之处在于，图9a的视觉表示对应于例如实施为图8中所说明的实施例中的第一、第二和第三分析音频滤波器的三个分析音频滤波器。在图9a中，能级衰减26a、26b、26c的三个频率表示对应于具有大约41Hz、82Hz和165Hz的相应中心滤波器频率的带通滤波器。

在图9b中，说明与能级衰减26a、26b的第一和第二频率表示施加的衰减差相对应的第一相对衰减261a。此外，说明与能级衰减26a、26b的第二和第三频率表示施加的衰减差相对应的第二相对衰减261b。图9b中的第一表示261a和第二表示261b各自在单独的频率范围中具有陡峭斜率。因此，对应于图9a中的第一表示26a和第二表示26b的第一对滤波器可以在第一频率范围中提供突出音调的频率的准确测量，而对应于图9a中的第二表示26b和第三表示26c的第二对滤波器，可以在第二频率范围中提供突出音调的频率的准确测量。例如可以由频率映射单元或通过加权平均值组合这些不同的最佳频率范围。

图10a-图10c说明各种其它分析音频滤波器组合的视觉表示。每个子图说明在为任意频率轴的横轴上以及在为任意能级轴的竖轴上的表示。

图10a说明在本发明的实施例中使用多个低通滤波器。每一个别滤波器可以与另一更高截止频率的滤波器组合使用，以确定频率范围中的突出音调的表示。例如通过具有多个低通滤波器而不是单个低通滤波器，可以组合个别频率范围以覆盖任何任意的频率范围。例如，说明为最左边表示26a的第一滤波器可以与具有更高截止频率的说明为表示26b-26e的任一其它滤波器组合地覆盖第一频率范围。随后，说明为下一表示26b的第二滤波器可以与具有更高截止频率的说明为表示26c-26e的任一其它滤波器组合地覆盖下一频率范围等。

例如，在本发明的实施例中，通过截止频率20Hz、100Hz、500Hz、2500Hz和12500Hz实施至少五个单独的低通滤波器。例如，此类滤波器可以具有如在图10a中通过表示26a、26b、26c、26d和26e可视化的频率相关性。由第一表示26a表示的第一滤波器可以与由第三表示26c表示的第三滤波器组合地用于覆盖20Hz至100Hz的频率范围。由第二表示26b表示的第二滤波器可以与由第三表示26d表示的第四滤波器组合地用于覆盖100Hz至500Hz的频率范围等。此类实施例还可以任选地基于未滤波的输入音频信号以用于比较分析音频信号。

在其它实施例中，可以使用高通滤波器而不是低通滤波器实施类似原理。

图10b说明低通滤波器26a、带通滤波器26b和高通滤波器26c可以在本发明的实施例中组合。具有不同数目的不同滤波器类型的任何其它组合可适用。

图10c说明还可以如何组合多个带通滤波器以覆盖任何任意的频率范围。下文参考图11至图12更详细地阐述本发明的实施例。

图11说明根据本发明的音调检测器的实施例，所述音调检测器基于五个分析音频滤波器5a、5b、5c、5d、5e对输入音频信号2进行滤波以建立滤波后音频信号6a、6b、6c、6d和6e。在已建立滤波后音频信号后，所述滤波后音频信号由滤波后音频信号比较器7处理。滤波后音频信号比较器确定五个滤波后音频信号中的每一个的能级，并且选择由两个相邻分析音频滤波器输出的具有最高输出能级的滤波后音频信号，以大致确定突出音调(如果存在的话)的频率在哪一区域，即在哪两个分析音频滤波器之间。例如参考下文描述的图12，在3000Hz处的音频反馈将使滤波器26d输出最高滤波后音频信号能级并且使滤波器26c输出下一最高滤波后音频信号能级。因此，可以确定音频反馈在这两个滤波器之间，并且可以从来自这两个滤波器的滤波器音频信号确定能级差。选自粗略估计的两个滤波后音频信号的能级之间的差用作另一方法分析的能级差。将能级差供应到频率映射单元20以确定代表性音调频率22。应用五个滤波器可扩大可以准确地检测音频反馈频率的频带。

图12说明五个分析音频滤波器的视觉表示。这五个分析音频滤波器中的每一个可以对应于图11中所说明的本发明的实施例，所述实施例包括五个分析音频滤波器。在图12中，横轴是频率轴，而竖轴是表示能级的量值轴。

图12说明在本发明的实施例中使用具有滤波器峰值频率40Hz、200Hz、1000Hz、5000Hz和15500Hz等五个带通滤波器。每一个别滤波器可以与具有不同滤波器峰值频率的另一滤波器组合使用，以确定频率范围中的突出音调的表示。应注意，突出音调的表示可以是能级差。通过具有多个滤波器，而不是例如单个滤波器，可以根据滤波器的数目组合个别频率范围以精确地覆盖任何任意频率范围。例如，说明为最左边表示26a的第一滤波器可以与说明为表示26b-26e的具有更高滤波器峰值频率的任一其它滤波器组合地覆盖第一频率范围。随后，说明为下一表示26b的第二滤波器可以与说明为表示26c-26e的具有更高滤波器峰值频率的任一其它滤波器组合地覆盖下一频率范围等。

在图12中所说明的本发明的特定实施方案中，相邻分析音频滤波器对覆盖特定的频率范围。在本发明的此实施方案中，说明为最左边表示26a的第一滤波器可以与说明为表示26b的具有更高峰值频率55b的相邻滤波器覆盖第一频率范围56a。随后，说明为表示26b的第二滤波器可以与说明为表示26c的具有更高峰值频率55c的相邻滤波器组合地覆盖第二频率范围56b。此外，说明为表示26c的第三滤波器可以与说明为表示26d的具有更高峰值频率55d的相邻滤波器组合地覆盖第三频率范围56c等。

在其它实施例中，可以使用其它类型和范围的滤波器实施类似原理。

图13说明根据本发明的反馈检测器单元的实施例，除了图1中还说明的持续检测器和反馈状态验证器之外，所述反馈检测器单元进一步包括降低能级检测器29以及连接到反馈状态验证器11的谐波检测器28，其中谐波检测器28包括五个谐波滤波器30a、30b、30c、30d、30e。

将由例如上述音调检测器识别的具有500Hz频率的突出音调的代表性音调频率22与输入音频信号一起供应到降低能级检测器29和谐波检测器28。

降低能级利用500Hz的输入表性音调频率22来重复地读取输入音频信号2中的500Hz频率的能级。当代表性音调频率的能级从一次重复到下一次重复恒定或增加时，这指示代表性音调频率是音频反馈建立的。降低能级检测器以降低能级状态32的形式将此指示分派到反馈状态验证器11。当输入500Hz频率的能级正降低，由此指示突出音调不是不合需要的音频反馈或突出音调将自行消失时，能级检测器以降低能级状态32分派此信息。

谐波检测器利用在此实例中为500Hz音调的代表性音调频率22来确定五个谐波滤波器30a、30b、30c、30d、30e的滤波器系数。在本发明的此实施例中，确定滤波器系数，使得谐波滤波器是具有峰值频率的带通滤波器，所述峰值频率对应于代表性音调频率22的第一、第二、第三和第四谐波以及第一次谐波。在此实例中为1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500Hz和250Hz。随后，将每个谐波滤波器应用于进入的输入音频信号2并且测量每个滤波器的输出的能级。随后每个谐波滤波器的输出的能级与输入音频信号的代表性音调频率22的测量到的能级相比较。如果在输入音频信号中，任何一个谐波滤波器的输出的能级相对于代表性音调频率的能级高于阈值，例如-30dB，这指示代表性音调频率不是音频反馈，因为存在谐波。在此实例中，所有谐波滤波器的输出相对于输入500Hz代表性音调频率的能级低于-30dB。因此，谐波检测器以谐波状态31的形式向反馈状态验证器11提供缺少谐波含量的指示。

类似于图1中所说明的实施例，基于输入能级差，持续检测器9将持续状态分派到反馈状态验证器11，所述持续状态包括关于代表性音调频率(在此实例中，500Hz音调)在输入音频信号中是否持续的信息。在此实例中，持续500Hz音调，因此输入能级差之间的差保持大约为零。因此，持续检测器分派指示持续输入音频信号的突出音调的持续状态。

基于所接收到的降低能级状态32、谐波状态31和持续状态10，反馈状态验证器输出反馈信息12，指示输入音频信号是否包括音频反馈。在本发明的此特定实施例中，如果存在持续突出音调、代表性音调频率的增加或恒定能级，以及缺少输入音频信号中的代表性音调频率的谐波的指示，则反馈状态验证器仅确定输入音频信号包括音频反馈。在此实例中，500Hz代表性音调频率符合用于音频反馈的所有这些标准，因此由反馈验证器11分派反馈信息，所述反馈信息包括在500Hz检测到音频反馈的信息。

反馈信息12可以包含关于代表性音调频率、代表性音调频率的能级以及由反馈检测器单元4获得的其它信息和可能额外的相关信息的信息。

例如反馈信息12可以显示在屏幕上，以使用户能够应用此知识，例如采取步骤来减少检测到的音频反馈。还可以将反馈信息12供应到其它音频处理单元，例如，反馈抑制单元。

可以有利地并行执行通过反馈检测器单元4执行的步骤和处理步骤中的任一个，以增加反馈检测器单元4的处理速度。

在本发明的范围内，连续地或替代地，例如每50ms或更频繁地或较不频繁地执行评估代表性音调频率的谐波和次谐波的步骤，以及评估代表性音调频率的降低能级的步骤。应注意，在根据本发明的不同实施方案中，可能有利的是评估代表性音调频率的各种不同谐波和次谐波。

图14说明根据本发明的持续检测器9的实施例，所述持续检测器包括减法单元46、延迟单元40、绝对值确定器42、包络计算单元43和能级差变化阈值比较器44。持续检测器9指示输入音频信号的突出音调是否随时间持续。突出音调的持续指示此音调是音频反馈。

表示输入音频信号中的突出音调的能级差8通过减法单元46和延迟单元40重复地接收。延迟单元将延迟施加到接收到的能级差8以重复地生成延迟的能级差。减法器重复地接收延迟的能级差45，并且从接收到的延迟能级差重复地减去能级差8以重复地生成能级差差值47。绝对值确定器42确定能级差差值47的绝对值，然后包络计算单元43计算能级差差值47的绝对值的包络以生成能级差变化35。能级差变化比较器44随后将能级差变化35与能级差变化阈值相比较，并且基于此比较输出持续状态10。当能级差等于或高于能级差变化阈值时，持续状态10指示持续输入音频信号的突出音调。否则，持续状态指示不持续输入音频信号的突出。

在本发明的此特定实施例中，能级差变化阈值较小，例如在0.1dB至0.5dB的范围内选择。因此，当能级差变化基本上为零时，持续状态指示持续输入音频信号的突出音调。在本发明的其它实施例中，将能级差变化阈值升高到更高的值以使持续检测更加敏感可能是有意义的。在其它实施例中，可能优选地将能级差变化阈值减小到接近零的低值，以减弱持续检测器的灵敏度并且因此减弱错误地识别持续的风险，即错误地指示与突出音调有关的能级差变化可以表示输入音频信号中的音频反馈。

图15根据实施例说明针对输入音频信号的确定的能级差变化(以dB为单位的减法差值)随时间(以ms为单位)的视觉表示，所述视觉表示包括音乐内容和音频反馈的周期。例如，图15中所说明的能级差可以由图14中所说明的本发明的实施例计算。

在间隔34期间，当输入音频信号仅包括音乐且不包括音频反馈时，能级差变化35显著改变，因为不存在控制输入音频信号的单个突出音调。相反地，当如在间隔36中，表示音频反馈的突出音调与音乐一起出现在输入音频信号中时，能级差变化突然变成大约为零且保持大致恒定，直到音频反馈被拒绝或以其它方式消失为止。

图16说明根据本发明的反馈抑制单元的实施例，图3中还示出所述反馈抑制单元的一般实施方案。图16中所说明的反馈单元13包括能量检测器19、滤波器参数计算单元49，所述滤波器参数计算单元被配置用于计算滤波器组48中的16个带阻滤波器的滤波器系数。

能量检测器19从图13中所说明的反馈检测器单元接收输入音频信号和反馈信息12。在本发明的此特定实施例中，接收到的反馈信息12包括代表性音调频率以及关于是否在音频信号中检测到反馈的信息，所述代表性音调频率对应于由图13中所说明的反馈检测器检测到的音频反馈的频率。当反馈信息12通知能量检测器在音频输入信号2中检测到反馈时，能量检测器以输入的代表性音调频率读取输入音频信号的能级50，以检测音频反馈的能级。随后将音频反馈的能级50供应到滤波器参数计算单元49，所述滤波器参数计算单元在第一步骤中执行滤波器强度检查。此步骤确保仅在音频反馈的能级达到显著水平时执行对音频反馈的抑制。这进一步是防止抑制例如语音或乐器而不是音频反馈的保护机制。显著水平可以根据实施例的不同实施方案变化。在本发明的一些实施例中，执行滤波器强度检查，作为确定输入音频信号是否包括音频反馈的一部分。

当检测到音频反馈的显著水平时，滤波器参数计算单元49基于接收到的代表性音调频率确定滤波器参数。在此实例中，所述滤波器参数计算单元49确定滤波器组48中的带阻滤波器的滤波器系数，使得带组滤波器的中心频率等于输入的代表性音调频率。在本发明的其它实施例中，滤波器参数计算单元49进一步基于在输入音频信号的代表性音调频率处测量到的输入能级确定在所确定滤波器中心频率处带组滤波器的增益降低。在本发明的此实施例中，带阻滤波器的增益预定为-6dB，并且带阻的质量因数预定为Q＝16。本发明的其它实施例可以应用不同滤波器增益降低和质量因数。

滤波器参数计算单元49将计算出的滤波器系数提交到滤波器组，所述滤波器组随后通过接收到的滤波器系数配置滤波器组的16个滤波器中的一个滤波器。接收到的输入音频信号2随后通过具有与代表性音调频率相对应的滤波器系数的带阻滤波器，以生成作为输出音频信号16分派的滤波后音频信号。

反馈抑制单元因此能够基于与输入音频信号中的音频反馈的表示相对应的突出频率确定滤波器系数，并且随后抑制输入音频信号的音频反馈，以建立具有抑制的音频反馈的输出音频信号。

在本发明的一些实施例中，滤波器计算单元49可以配置具有相同滤波器系数的滤波器带48的两个滤波器。串联地应用这些可以有利地使两个滤波器的特定滤波器中心频率处的增益降低加倍。如果检测到的音频反馈的能级为高，则这可能是有利的。

在本发明的另一高级实施例中，滤波器参数计算单元可以将滤波器的增益降低配置成对应于具有代表性音调频率的音频反馈的测量到的能级，或增益降低可以被配置成对应于突出音调的所识别能级的百分比。

如果接收到的反馈信息12提供在输入音频信号中检测到音频反馈的信息，则反馈检测单元被配置成仅对输入音频信号进行滤波。当没有检测到音频反馈时，输入音频信号2可以绕过反馈抑制单元13。

在反馈抑制单元13的实施例中，反馈抑制单元13存储与每个所配置滤波器相关联的代表性音调频率，并且进一步将所述频率的相关联能级存储在输入音频信号中。所存储频率对应于检测到的音频反馈频率的表示。因此，反馈抑制单元保持每个当前和先前检测到的音频反馈的检测到的能级和频率的历史。当检测到新的音频反馈时而且如果已使用滤波器组48的所有可用抑制滤波器，则根据新的音频反馈以及其相关联的反馈信息12更新与具有最低能级的频率相关联的滤波器。

滤波器组48可以包括可以串联或并联耦合的大量滤波器。滤波器可以进一步耦合到多路复用器单元，以将滤波器优选地耦合进和耦合出回转多路复用器以避免嘀嗒声。

图17说明本发明的实施例，其中根据本发明的用于检测并抑制音频反馈的音频处理系统已分别在音频数字信号处理器DSP和片上系统SoC上实施。这可能是有利的，因为音频DSP非常适合于处理音频信号，包含合适的音频处理时钟频率、有效的音频滤波功能(可能包含参数均衡器)、合适的A/D和D/A转换器(如果相关)等。另一方面，一些计算、更多基于逻辑的处理和事件驱动的处理可能更适合于在通用处理器上实施并访问例如由SoC或结合外部处理器的微处理器等提供的存储器等。

在图17中说明上述各种反馈检测和抑制块可以如何分布在两个处理器中的实施例。

DSP可以优选地处理以下操作：上文还称为输入音频信号2的麦克风信号的接收，以及例如上文参考反馈抑制单元13描述的通过反馈抑制滤波器对音频信号的滤波，以及上文还称为输出音频信号16的扬声器输出的建立。此外，例如可以优选地向音频DSP分配如上文参考图5至6描述的执行预处理的任务，所述预处理例如包含噪声滤波器和阈值检测。而且，例如通过上述分析音频滤波器5a-5e以及例如上文参考图14至图15描述的能级差变化的计算和可能的包络，分析滤波优选地由滤波器优化的音频DSP和可能的后续持续检测执行。还包含若干音频滤波器的谐波检测和降低振幅检测还优选地由音频DSP处理，并且例如可以如上文参考图13所描述实施。当输出音频信号电平变得很高而扬声器中有削波的风险时，实施为紧急处理程序的削波检测可以在音频DSP中实施，并且可以如下所述实施。

另一方面，例如将通常涉及更多的滤波器系数计算、在基于存储器的查找表中查找、监视特定值何时超过阈值或从真变为假等等的任务分配给SoC。例如，这可以包含通过参考图2和图7描述的差-频率映射来计算可能的音频反馈频率。所述任务还可以优选地包含例如上文参考图13和图16描述的用于谐波滤波器和反馈抑制滤波器的滤波器系数的计算。优选地由SoC完成的其它任务可以是对持续检测或减小振幅检测和谐波检测的监视或轮询，其可能的实施例在上文参考图13至图15描述。而且，例如上文参考图16所描述，滤波器强度检查可以优选地包含在SoC中。

在下文中，在不参考特定实施例的情况下展示本发明的各种实施例。

在本发明的实施例中，所述方法包括提供所述输入音频信号的步骤。提供输入音频信号不限于任何特定方法。例如所述输入音频信号可以经由数据存储装置、有线连接、无线连接、输入麦克风、乐器拾音器等提供。在本发明的实施例中，所述方法包括经由输入麦克风记录所述输入音频信号的步骤。根据本发明的实施例，例如可以通过麦克风或通过乐器拾音器提供输入音频信号。在其它示例性实施例中，可以将音频输入信号提供为经由麦克风或音频拾音器记录的音频信号。此外，应理解，在本发明的其它实施例中，可以通过任何种类的电气组件或电路提供输入音频信号。音频反馈通常由麦克风或乐器拾音器产生，但是在针对本发明的方法接收到之前，所述音频反馈可以通过例如麦克风放大器、缓冲器、乐器或声音效果、混音器等许多阶段处理。即使在此处理之后，输入音频信号仍可以被视为由麦克风提供。

在本发明的实施例中，所述方法包括处理所述输入音频信号以建立输出音频信号的步骤。例如，此处理可以包括滤波、放大、混合等。在优选实施例中，处理还可以包含基于本发明的音频反馈检测的音频反馈抑制。当输出音频信号在输入音频信号的源附近被声学地再现并且由此易于引起音频反馈时，这可能是非常有利的。在本发明的实施例中，所述方法包括基于所述输入音频信号使用一个或多个扩音器再现输出音频信号的步骤。当在接收麦克风信号的循环中执行以由声学上靠近麦克风定位的扬声器再现时，本发明可能是非常有利的。由于此种设置(通常对于例如音乐会或演讲的现场公共广播情况而言)易于建立音频反馈，因此能够检测到何时恰好能够发起对策，例如改变麦克风或扬声器配置、减小音量或在信号路径中添加音频反馈抑制等，所以是有利的。

在本发明的实施例中，所述方法包括自动地抑制所述检测到的音频反馈的步骤。当已通过本发明检测到音频反馈时，可以有利地自动地抑制音频反馈。在优选实施例中，可以在检测过程期间找到音频反馈的频率，并且随后可以将抑制滤波器瞄准检测到的音频反馈频率。在本发明的实施例中，抑制所述音频反馈的所述步骤包括基于所述输入音频信号衰减输出音频信号。仅自动地降低输出信号的音量通常可以消除音频反馈并降低再次建立反馈的风险。在本发明的实施例中，抑制所述音频反馈的所述步骤包括应用至少一个音频反馈抑制滤波器。在本发明的实施例中，所述至少一个音频反馈抑制滤波器具有大致等于所述音频反馈的音频反馈频率的滤波器中心频率。由于音频反馈本质上是非常窄带的，因此通常可以通过应用瞄准音频反馈频率的一个或多个音频反馈抑制滤波器来有效地且自动地清除音频反馈。

在本发明的实施例中，基于所述能级差通过差-频率映射函数确定所述音频反馈频率。如上所述，当输入音频信号包含突出音调时(在存在音频反馈的情况下)，并且当音频反馈频率在两个分析音频滤波器的中心频率之间时，频率与能级差之间存在相当可靠的关系。因此，基于此关系的差-频率映射函数可以有利地用于识别音频反馈频率。

在本发明的实施例中，所述至少一个抑制滤波器是陷波滤波器。陷波滤波器具有以下优点：仅抑制窄频带，因此抑制例如音频反馈，同时使很多原始信号保持完好。应理解，根据本发明的抑制滤波器不限于特定类型的滤波器。因此，根据本发明的实施例，抑制滤波器可以包括陷波滤波器或双精度峰化滤波器，及/或其它抑制滤波器类型。在本发明的示例性实施例中，一个或多个抑制滤波器实施为带阻滤波器。在本发明的实施例中，所述至少一个抑制滤波器是实施为带阻滤波器的参数均衡器滤波器。参数均衡器滤波器是表征为其增益、中心频率和质量因数的带通或带阻滤波器。在实施例中，音频反馈抑制滤波器实施为双精度参数均衡器滤波器以实现窄带阻滤波器，所述双精度参数均衡器滤波器具有在音频反馈频率下的中心频率以及相对大的质量因数。在本发明的实施例中，所述至少一个抑制滤波器具有10或更高的质量因数Q。

在本发明的实施例中，例如Q可以为大约16，这对于许多应用提供了抑制频带的合适精度。另一实施例可以具有高于15的Q，例如16、17、18或甚至更高，例如20、25或30。其它实施例可以具有高于5或10，例如在5至26的范围内的Q，例如12或14。可能有利的是使用Q＝16的抑制滤波器以确保抑制滤波器具有适当窄的频带，从而确保抑制滤波器主要抑制反馈频率，同时使音频信号的其它部分保持不失真。在本发明的其它实施例中，可能优选的是应用Q大于16的一个或多个抑制滤波器，甚至以进一步缩窄抑制滤波器的频带。在示例性实施例中，可能优选的是配置Q低于16的一个或多个抑制滤波器，以加宽抑制滤波器的频带。如果反馈检测的精度相对于频率引起的精度低，则这可能特别有用。例如，这可能在低信噪比下发生。在本发明的实施例中，所述至少一个抑制滤波器具有-3dB或更低的增益。一个或多个抑制滤波器可以具有例如-6dB的增益，即，在抑制滤波器频率处将信号减小6dB。这也可以称为6dB的衰减。在各种实施例中，至少一个抑制滤波器的增益是-4dB或更低，例如-5dB、-6dB、-7dB或甚至更低，例如-9dB、-12dB或-20dB，例如在-1至-20dB或-30dB的范围内。

在本发明的实施例中，抑制所述音频反馈的所述步骤包括应用至少两个级联的音频反馈抑制滤波器。通过级联，例如串联耦合若干音频反馈抑制滤波器，如果一些级联滤波器配置有不同中心频率，则可以抑制若干音频反馈频率，和/或音频反馈频率可以通过级联具有相同中心频率的若干滤波器来经历累积抑制。例如，所有4个音频反馈抑制滤波器都是Q＝16且增益为-6dB的双精度参数均衡器抑制滤波器，并且151Hz、151Hz、417Hz和2276Hz的相应中心频率可以在151Hz×12dB、417Hz×6dB和2276Hz×6dB下提供音频反馈的组合抑制。此原理可以应用于任何中心频率和任何数目的滤波器。

在本发明的实施例中，抑制所述音频反馈的所述步骤包括通过音频反馈抑制滤波器的滤波器组处理所述输入音频信号以建立输出音频信号。可能有利的滤波器组的实例是各自Q＝16且具有-6dB增益的一组16个双精度参数均衡器带阻滤波器，其中滤波器可以级联以实现上述滤波器组合效果，例如以根据通过本发明检测到的音频反馈在6dB、12dB或18dB以及在不同频率下引起可选抑制。滤波器组的滤波器可以优选地例如通过回转多路复用器柔和地耦合进和耦合出，以避免输出音频信号中的嘀嗒声。在本发明的实施例中，所述方法包括基于在不同音频反馈频率处的能级的历史更新所述音频反馈抑制滤波器。在优选实施例中，当所有可用的音频反馈抑制滤波器已经用于抑制音频反馈频率并且检测到新的音频反馈时，可以有利地使用在不同音频反馈频率处的音频反馈能级的历史来确定正在使用的最不重要的音频反馈抑制滤波器，并且更新所述滤波器以抑制最新检测到的音频反馈。

在本发明的实施例中，所述音频反馈抑制滤波器的滤波器系数通过差-滤波器系数映射函数确定，其中所述差-滤波器系数映射函数将检测到的音频反馈的能级差映射到滤波器系数，使得所述至少一个抑制滤波器的中心频率基本上等于所述检测到的音频反馈的频率。在实施例中，可以将能级差直接映射到抑制滤波器系数，而不是首先确定音频反馈频率。由于反馈频率与能级差之间以及反馈频率与抑制滤波器系数之间存在关系，因此可以从计算中清除反馈频率并直接从能级差中计算或查找滤波器系数。在一些实施例中，这可以例如通过具有预先计算的滤波器系数的查找表来节省运行时处理。

在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器包括3、4、5、6个或更多个不同的分析音频滤波器。不同的分析音频滤波器可以具有分布在频率范围内的不同中心频率，其中需要音频反馈检测以例如覆盖从40Hz至15.5kHz的频带。在优选实施例中，采用5个不同的分析音频滤波器，这5个分析音频滤波器是分别具有40Hz、200Hz、1000Hz、5000Hz和15500Hz的中心频率的双精度峰化滤波器。前四个滤波器优选地具有质量因数2以提供相对宽的频带滤波器，然而在15500Hz的第五滤波器可以具有例如5的更高质量因数，因为第四和第五滤波器之间的比率小于其它滤波器之间的比率。在具有上述滤波器分布的实施例中，可以实现两个相邻分析音频滤波器的衰减水平之间的差以在20dB与-20dB之间变化，即，例如在200Hz至1000Hz或1000Hz至5000Hz的频率范围内相差40dB的范围。有利地，在必要时，这可以以合适的精度提供音频反馈检测以确定音频反馈的频率。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的每个分析音频滤波器具有不同的滤波器中心频率。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的每个分析音频滤波器具有不同滤波器系数。

对于带通滤波器，滤波器中心频率例如可以被理解为带通滤波器的中心频率和/或滤波器的衰减/增益具有极值点的频率。用于低通滤波器和高通滤波器，滤波器中心频率可以例如被理解为所述滤波器的截止频率。截止频率例如可以被定义为滤波器将输入信号衰减3dB的频率。使用具有不同滤波器中心频率和或不同滤波器系数的不同滤波器有利地允许进一步调适分析。例如，可以增加最佳频率范围或可以改进精度或准确度。在本发明的实施例中，所述多个单独至少一个单独分析音频滤波器分析音频滤波器中的所述滤波器中心频率以及所述多个单独分析音频滤波器中的至少另一单独分析音频滤波器的所述滤波器中心频率的频率比从1.001至1000，例如从1.01至100，例如从1.02至50，例如从1.05至20，例如1.1至10，例如1.2至5。在本发明的示例性实施例中，第一分析音频滤波器具有40Hz的滤波器中心频率，并且第二分析音频滤波器具有200Hz的滤波器中心频率。因此，频率比为5。具有分析音频滤波器的滤波器中心频率的指定频率比可以有利地为所述方法提供一定的最佳频率范围。或者，在本发明的一些实施例中，第一和第二分析音频滤波器具有相同的滤波器中心频率，但不同的质量因数Q。在本发明的另一示例性实施例中，附加的第三分析音频滤波器具有1000Hz的滤波器中心频率，第四分析音频滤波器具有5000Hz的中心频率并且第五分析音频滤波器具有15500Hz的中心频率，从而引起第三和第四滤波器之间的频率比5以及第四和第五滤波器之间的频率比3.1。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器的质量因数Q从0.01至100，例如从0.1至10，例如2或5。在本发明的一些实施例中，分析音频滤波器可以具有2或大约2的质量因数。然而，在本发明的其它实施例中，可能优选的是至少一个分析音频滤波器具有更高质量因数，例如5或大约5。质量因数可以确定可以检测给定音频反馈的灵敏度和精度。因此，可能有利的是调整滤波器质量因数，使得具有重叠频带的两个滤波器的衰减之间的差在预期发生音频反馈的频率处较大。

在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器是带通滤波器。两个或多于两个，例如三个或多于三个，例如四个或多于四个，例如所有所述分析音频滤波器还可以是带通滤波器。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器是双精度峰化滤波器。在本发明的优选实施例中，分析音频滤波器是双精度峰化滤波器。在另一实施例中，至少一个分析音频滤波器是双精度峰化滤波器。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器是高通滤波器。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器是低通滤波器。在本发明的一些实施例中，所述多个分析音频滤波器中的一个可以是带通滤波器，然而所述多个分析音频滤波器中的至少另一个可以高通滤波器或低通滤波器。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的至少一个分析音频滤波器是全通滤波器。在本发明的一些实施例中，一个分析音频滤波器是全通滤波器。全通滤波器可以被理解为应用频率相关相移的滤波器。在具有全通滤波器的实施例中，至少两个滤波后音频信号的比较因此可以涉及估计两个滤波后音频信号之间的相对相移，且因此能级差指示此相对相移。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的分析音频滤波器的最低滤波器中心频率从0至100Hz。可能有利的是，分析音频滤波器的最低滤波器中心频率低于100Hz，以检测高于和低于100Hz的频带中的音频反馈或测量处于或低于或高于100Hz的基本频率的次谐波。音频反馈通常缺少谐波或次谐波频率，或者具有次谐波或谐波含量且与例如乐器产生的音频相比能级基本上较低。在本发明的高级实施例中，测量次谐波内容因此可以提供基于次谐波和次谐波内容来将检测到的音频反馈验证为实际反馈的另一方法。在本发明的实施例中，所述多个分析音频滤波器中的分析音频滤波器的最高滤波器中心频率从10000Hz至50000Hz。可能有利的是包含具有在10000Hz至50000Hz的范围内的滤波器中心频率的分析音频滤波器，从而能够检测基本频率的谐波。可以在另一分析步骤中应用谐波的存在，以将实际反馈与音频信号的非反馈频率内容分开。

在本发明的实施例中，获得所述能级差的所述步骤包括减去所述多个滤波后音频信号中的至少两个。在本发明的实施例中，获得所述能级差的所述步骤包括计算所述多个滤波后音频信号中的至少两个之间的比率。在本发明的实施例中，所述方法包括测量所述至少两个滤波后音频信号中的每一个的信号能级以获得至少两个单独的信号能级的步骤。测量滤波后音频信号以检测其能级是确定能级的简单方法，因此由于简单性而为有利的。例如，此种测量可以通过单独的过程或单元，例如能级检测器执行。还可以执行测量，作为比较所述多个滤波后音频信号中的至少两个滤波后音频信号以获得能级差的集成部分。在本发明的实施例中，获得所述能级差的所述步骤基于具有最高滤波后音频信号能级的两个相邻的分析音频滤波器。

在实施例中，通过在应用输入音频信号时选择具有最高输出级别的两个相邻的分析音频滤波器，确定在哪两个分析音频滤波器之间存在音频反馈。随后，这两个级别之间的差用作另一方法步骤的能级差。当在按峰值频率排序的滤波器列表中相邻时，分析音频滤波器被视为相邻滤波器。

在本发明的实施例中，获得所述能级差的所述步骤包括比较所述至少两个单独信号能级中的至少两个以获得至少一个试验性的能级差，其中所述能级差基于所述至少一个试验性能级差中的至少一个试验性能级差。可能优选的是比较来自至少两个分析音频滤波器的个别滤波后音频信号，以获得与两个分析音频滤波器所覆盖的频带相对应的试验性能级差。本发明的实施例可以包括上述若干分析音频滤波器，其中每一对音频滤波器可以覆盖单独的频带。在本发明的实施例的此类实例中，可能优选的是获得覆盖不同频带的每一对分析音频滤波器的试验性能级差。随后，可以评估表示不同频带的这些试验性能级差中的每一个，以确定哪个试验性能级差表示音频输入信号的突出音调，即音频反馈。在具有两个分析音频滤波器的本发明的示例性实施例中，能级差可以等于试验性能级差。减法和比率的计算是比较能级的两个示例性方法，这由于其简单性而为有利的。

在本发明的实施例中，所述方法进一步包括通过差-频率映射函数将所述能级差转换成检测到的音频反馈的音频反馈频率的步骤。差-频率映射函数可以被理解为能够参与将能级差转换成音频反馈频率的对应表示的物理或数字单元。在本发明的各种实施例中，由于不同的分析音频滤波器，因此能级差至少在一些频率范围内取决于音频反馈的频率。此相关性可以包含在差-频率映射函数中。例如，差-频率映射函数因此可以是分段数学函数的查找表。例如，它可以在频率映射单元中实施。在本发明的一些实施例中，差-频率映射函数可以具有若干能级差作为输入，例如来自第一和第二滤波后音频信号的能级差以及来自第二和第三滤波后音频信号的能级差。在本发明的实施例中，所述差-频率映射函数是查找表。在本发明的实施例中，所述差-频率映射函数是数学函数。有利地，查找表和数学函数两者易于实施并且需要有限的计算功率。其它差-频率映射函数，例如第二或第三差-频率映射函数还可以例如基于查询表及/或数学函数。数学函数可以例如是线性函数或非线性函数。所述数学函数可以是分段数学函数。

在本发明的实施例中，所述方法包括通过差-频率映射函数将所述能级差转换成对应频率的带阻或带通滤波器的滤波器系数的步骤。由于能级差可转换成频率，因此在实施例中，能级差还可以直接用于计算或查找滤波器系数、滤波器参数或其它滤波器特征，由此能够基于能级差直接调整例如音频反馈抑制滤波器或谐波检测滤波器，而不是通过转换成频率以及随后从频率转换成滤波器的中间步骤，在其它实施例中，频率用于若干目标，从而使得避免从能级差中确定频率不太有益。

在本发明的实施例中，所述检测所述音频反馈包括当所述多个能级差中的至少两个后续能级差大致相同时，确定音频反馈的存在。如上所述，为了验证所建立能级差表示音频反馈，而不是音乐、语音或噪声等，比较来自分析步骤以及滤波后音频信号比较步骤的若干次，例如至少两次，优选地三次连续重复的能级差。当在例如两次或三次重复中检测到大致相似，即大致相同的能级差时，确定在输入音频信号中存在音频反馈。如上所述，这还称为维持检测，即确定输入音频信号是否含有可能来自音频反馈的持续突出音调。在本发明的实施例中，所述方法包括基于所述比较来自至少两次所述重复的至少两个能级差更新持续状态的步骤，其中所述持续状态指示所述输入音频信号中的持续音调。在实施例中，基于最新能级差之间的差连续地更新持续状态，使得例如通过存储真或假的值，或通过存储能级差的值(如果检测到持续)，持续状态指示信号中是否存在持续音调，以用于在例如差-频率映射等的后续阶段中进行进一步参考。在本发明的实施例中，所述方法包括基于所述持续状态或所述比较来自至少两次所述重复的至少两个能级差更新音频反馈状态的步骤，其中所述音频反馈状态指示所述输入音频信号中的音频反馈。在实施例中，基于上述持续状态或最新能级差之间的差连续地更新音频反馈状态。在持续状态更新且指示存在持续音调的前一种情况下，反馈验证器可以将其任选地与其它输入一起用作输入，以确定是否由此存在音频反馈。在没有其它输入的情况下，反馈状态优选地等于持续状态。下文描述用于验证此确定的其它输入选项，例如谐波检测、降低振幅检测等。在直接从连续能级差的比较中确定反馈状态的后一种情况下，如针对上述持续状态描述确定音频反馈状态并且不必要更新两个相同状态。在两种情况下，例如通过存储真或假的值，或通过存储能级差的值(如果检测到音频反馈)，音频反馈状态指示信号中是否存在音频反馈，以用于在例如差-频率映射等的后续阶段中进行进一步参考。在本发明的实施例中，以在5ms至500ms范围内的间隔，例如50ms更新所述持续状态或所述音频反馈状态。

为了确定音调持续，即持续较长时间，在评估新的能级差以用于比较之前，需要等待合理的时间量。否则，输入音频信号的所需内容(例如音乐、语音等)甚至可能没有充分改变以产生不同的能级差，因此可能会被误认为是持续音调。另一方面，持续评估之间的间隔应足够短，以使自动音频反馈检测能够在音频反馈变得过于干扰或损坏设备之前检测并任选地抑制音频反馈。在优选实施例中，持续或反馈评估之间的间隔可以在1ms与1s之间，例如在10ms与100ms之间，例如25、40、50、60、75或80ms。在优选实施例中，在这些间隔处的评估和更新可以基于如下所述在用于连续2或3或更多个间隔中的每个所述间隔处能级差流的包络改变成低于阈值，以引起持续状态和/或音频反馈状态的变化。

在本发明的实施例中，比较从至少两次所述重复获得的所述多个能级差中的至少两个能级差的所述步骤包括确定至少一个能级差变化。在本发明的实施例中，所述至少一个能级差变化是从至少两次所述重复获得的所述多个能级差中的所述至少两个之间的数据关系，例如减法或比率的表示。

根据本发明的实施例，检测音频反馈包括确定是否通过计算所述方法的重复之间的能级差变化来持续音调。在实施例中，能级差变化可以计算为至少两个能级差之间的差。应理解，这种差可以是绝对值差。在实施例中，可以将能级差变化计算为变化的比率、倍数或百分比。减法和比率的计算是比较能级差的两个示例性方法，这由于其简单性而为有利的。对于减法，能级差变化大约为零或对于比率法，能级差变化大约为1，这指示在至少两次重复或持续评估之间，即例如在50ms内音调持续。可以甚至更长时间地监视能级差变化，即用于进一步评估，以例如针对与在评估之间具有50ms间隔的实施例中的100ms或150ms相对应的3或4次评估检测持续音调。在本发明的实施例中，基于所述所确定的至少一个能级差变化中的一个或多个连续变化计算差变化包络。基于能级差变化流的包络，针对具有减法的实施例确定能级差何时保持在例如大约零可能相对简单，由此指示持续音调。

在本发明的实施例中，至少一个能级差变化是至少两个能级差变化，例如至少三个能级差变化。在本发明的实施例中，比较两个能级差变化以检测输入音频信号中的音频反馈。在本发明的另一实施例中，可能有利的是监视三个或更多个连续能级差变化以检测音频反馈，因为音频反馈随时间保持基本上恒定，然而音频信号的音乐内容通常在短时间段内显著地变化。根据本发明的实施例，当至少一个能级差变化为大约零时检测到反馈。在本发明的另一实施例中，当至少2、3或4或更多个能级差变化大致相同时，检测到反馈。在反馈检测中包含更多能级差变化可以有利地减小反馈检测的错误率。在本发明的实施例中，所述检测所述音频反馈包括确定当所述至少一个能级差变化低于能级差变化阈值时存在音频反馈。在本发明的实施例中，预先确定所述能级差变化阈值。可能有利的是利用阈值确定能级差变化何时足够小以指示存在持续音调或音频反馈。此能级差变化阈值可以取决于确定能级差变化的方法。例如能级差变化阈值在基于减法的实施例中可以是2dB、1dB、0.8dB、0.5dB或0.3dB，或在基于比率的实施例中可以在0.8与1.2、0.9与1.1、0.95与1.05、0.98与1.02，或0.99与1.01之间。

在本发明的实施例中，所述方法包括阈值检测的步骤，以在所述输入音频信号的数字表示的量值不超过-40dBFS时确定不存在音频反馈。由于音频反馈的特点是快速建立高能级，因此仅在高于特定能级时应用反馈检测方法是有利的。为了避免不必要的处理和/或快速确定何时在输入音频信号中不可能进行音频反馈，在执行分析和比较步骤之前应用输入电平阈值，并且仅在数字化输入音频信号电平是特定电平时继续进行所述方法的其余部分可能是有利的。合适的阈值可以是-40dBFS。在其它实施例中，阈值可以设定在-60dBFS、-50dBFS、-30dBFS、-20dBFS。

在本发明的实施例中，所述方法包括在通过所述多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波的所述步骤之前，通过至少一个噪声滤波器对所述输入音频信号进行滤波的步骤。在本发明的实施例中，所述至少一个噪声滤波器是自适应滤波器。在本发明的实施例中，所述至少一个噪声滤波器包括线路增强器配置中的至少两个自适应滤波器。可能有利的是在将信号提供给分析音频滤波器之前，应用噪声滤波器以减少所述输入音频信号的非周期性内容，因为这可以提高反馈检测的精度。可能进一步有利的是在线路增强器配置中应用至少一个自适应滤波器，或替代地包括两个自适应滤波器的一个噪声滤波器。使用此噪声滤波器的周期性检测可以提高信噪比。在实例中，可以将信噪比从例如10dB增加到50dB。效果可以取决于滤波后信号的频率。提高信噪比可以产生更灵敏以及更精确的反馈检测。在本发明的实施例中，可以向上述一个或多个噪声滤波器，例如自适应滤波器或非自适应滤波器馈送电流信号和延迟信号。在滤波步骤中包含延迟信号可以改进自适应滤波器对非周期性内容的去除，从而可以进一步改进滤波后音频输入信号的信噪比。应理解，术语“噪声滤波器”可以指被配置成减少音频信号中的非周期性内容的任何形式的一个或多个滤波器。

在本发明的实施例中，所述方法包括边界检测步骤，以基于两个或更多个连续的能级差变化来验证对音频反馈的所述检测。

在某些实施例中，通过以预定间隔评估若干能级差变化以提高音频反馈检测的可靠性来进行的持续检测的上述过程在某些情况下可能易于出现不规则性，在这种情况下，可能有利的是提供边界检测功能以验证何时存在这些情况。具有三个或更多个分析音频滤波器的实施例易于出现这种不规则性，因为系统随后需要决定应该比较来自哪个两个相邻滤波器的输出以检测音频反馈的存在。音调越突出，则能级差表示所述音调的频率越可靠，例如音频反馈的频率。但是，当此频率恰好与位于两个其它分析音频滤波器之间的分析音频滤波器的峰值重合或接近此峰值，例如在相对于此峰值+/-2％的频率范围内时，确定音调是否持续更容易出错，尤其在有噪声的情况下。当能级差由于其它信号内容，例如噪声而变化时，即使在输入音频信号中存在突出音调且恒定的音频反馈，与能级差相关联的频率也可能会在滤波器峰值频率的每一侧来回移位，从而不断改变比较哪两个分析音频滤波器以确定用于进一步评估的能级差，由此能级差也会改变，随后计算出的包络可能变得太不稳定而无法保持在为可靠地确定音频反馈而设置的阈值以下，从而导致音频反馈在与分析音频滤波器中心频率一致的频率上被检测得更慢或根本检测不到。可以实施边界检测的特征，其监视音频反馈候选能级差何时与分析音频滤波器中心频率一致或接近。根据本发明的实施例，边界检测频率检查可以确定何时检测到有问题的能级差，并且例如将滤波后音频信号能级比较锁定到特定的一对分析音频滤波器，或暂时停用持续检测。作为实例，在配置有分别具有在例如40Hz、200Hz、1000Hz、5000Hz和15500Hz下的峰值频率的五个分析音频滤波器的本发明的实施例中，有问题的边界频率处于200、1000和5000Hz。

在本发明的实施例中，所述方法包括基于检测到在所述输入音频信号中缺少所述音频反馈的谐波含量而验证所述音频反馈的步骤。应理解，谐波含量是指音调的任何谐波或次谐波。通常，音频反馈的特征在于相对于音频反馈的基本频率缺少谐波含量。相比之下，大部分乐器和语音产生大量谐波。因此，可能有利的是检测突出音调的谐波含量的缺少，以验证所识别的突出音调是否为音频反馈，或者例如更可能是否存在谐波，即持续音符。在本发明的实施例中，以预定间隔执行所述检测谐波含量的缺少。在本发明的实施例中，所述预定间隔是50ms。在根据本发明的示例性实施例中，以预定间隔，例如每隔100ms，例如每隔70ms，例如优选地每隔50ms，例如每隔40ms，例如每隔30ms，例如每隔20ms，例如每隔10ms监视音频反馈的谐波分量的缺少。在根据本发明的另一示例性实施例中，每隔100至5毫秒监视谐波分量的缺少。在本发明的实施例中，所述检测谐波含量的缺少包括确定至少一个谐波能级何时低于预定的谐波能级阈值。在本发明的实施例中，所述检测谐波含量的缺少包括确定在三个连续预定间隔中的至少两个内，所述至少一个谐波能级何时低于所述预定谐波能级阈值。在本发明的实施例中，与所述突出音调的能级相比的所述谐波能量阈值是-20dB，例如-30dB，例如-40dB，例如-50dB，例如-60dB。

谐波含量的缺少可以优选地被确定为针对音频反馈评估的突出音调的谐波频率处的低信号电平。低信号电平例如可以称为比突出音调电平低30dB。在优选实施例中，预定阈值用于通过将谐波频率处的信号电平与例如-30dB的预定阈值比较来评估是否存在谐波含量。在本发明的实施例中，所述谐波含量包括选自所述突出音调的第一谐波、第二谐波、第三谐波和次谐波的列表中的一个或多个。有利地，缺少这些谐波和/或次谐波可能是音频反馈的良好预测因子。由于不同乐器和语音会产生不同的谐波，这实际上就是它们具有如此不同的音色的原因，因此测试多个谐波(不仅是第一谐波)是有利的。在本发明的实施例中，检测谐波含量的缺少的所述步骤包括通过居中在所述突出音调的谐波频率处的谐波滤波器对所述输入音频信号进行滤波，以获得至少一个谐波检测信号的步骤。在本发明的实施例中，所述至少一个谐波检测信号的能级与所述突出音调的能级相比较以获得至少一个谐波能级。在本发明的实施例中，基于所述能级差确定所述至少一个谐波滤波器的滤波器系数。在本发明的实施例中，基于所述音频反馈的所述音频反馈频率确定所述至少一个谐波滤波器的滤波器系数。在本发明的实施例中，所述至少一个谐波滤波器是窄带通滤波器，例如具有质量因数64的双精度峰化滤波器。

在本发明的实施例中，所述方法包括基于检测所述音频反馈的能级何时在两次或多于两次连续的所述重复之间大致恒定或增加而验证所述音频反馈的步骤。由于例如音乐的期望声音可以包括持续音调，所以在优选实施例中可以有利地应用音频反馈的进一步验证。通过监视正被评估为音频反馈候选者的突出音调的水平，如果所述电平保持相同或增加，则可以将所述音调验证为被认为是不期望的音频反馈。另一方面，如果振幅降低，则音调被视为所需的持续音调，并且不应用反馈抑制。

在本发明的实施例中，所述方法包括基于检测到在所述音频反馈的音频反馈频率处的能级超过预定反馈强度阈值而验证所述音频反馈的步骤。通过仅将反馈候选者验证为可以在其电平超过反馈强度阈值时应用音频反馈抑制的实际音频反馈，可以进一步提高不会错误地误解在音频反馈的低电平处的所需持续音调的可靠性，并且可以进一步避免将滤波功率花费在可能不会干扰甚至无法辨别的低电平反馈上。可以将反馈强度阈值选择为反馈可听或受干扰的电平。

在本发明的实施例中，所述方法包括当削波检测确定信号电平超过削波阈值时应用音频反馈抑制的步骤。在实施例中，削波检测监视提供给包含放大器的后续级的输出音频信号。削波检测确定何时信号电平足够高以产生在扬声器的换能器中发生削波的风险。在这种情况下，立即应用音频反馈抑制。甚至在包括谐波检测和/或降低振幅检测的实施例中，停用这些措施，因为它们需要大量的时间，例如等待三个50ms的间隔。削波检测和反馈抑制的立即激活可能是有利的，因为换能器的削波可能产生具有谐波含量的音频反馈，所述谐波含量可能会被麦克风拾取并产生更多的音频反馈。因此，在这种情况下并且为了仍能够抑制反馈，可以优选地停用谐波检测器和降低振幅检测器并且激活反馈抑制。

在替代方面，公开一种用于自动地检测输入音频信号中的音频反馈的方法。所述方法包括通过多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波，以生成多个滤波后音频信号的步骤；其中所述单独的分析音频滤波器是不同的。此外，比较所述多个滤波后音频信号中的至少两个滤波后音频信号以获得能级差。此外，比较所获得的能级差中的至少两个以检测所述音频反馈。进一步将音频反馈抑制应用于所述输入音频信号以建立输出音频信号，其中基于音频反馈的所述检测配置音频反馈抑制。在此方面中，可以应用上述任一特征以用于进一步增强和配置。

本发明的某方面是涉及一种用于检测输入音频信号的音频反馈的音频处理系统，所述音频处理系统包括：

音频信号输入，用于接收所述输入音频信号；

多个分析音频滤波单元，其通信地连接到所述音频信号输入以单独地对所述输入音频信号进行滤波；

至少一个滤波后音频信号比较器单元，其通信地连接到所述多个分析音频滤波单元中的至少两个分析音频滤波单元，其中所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的输出是基于来自所述至少两个分析音频滤波单元的输入的能级差；以及

反馈检测器单元，其通信地连接到所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的所述输出，其中所述反馈检测器单元被布置成检测所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的所述输出的值何时恒定，因此生成并提供反馈信息。音频信号输入可以是任何类型的输入，例如基于有线连接、无线连接、麦克风或用于提供输入音频信号的数据存储装置。因此，音频信号输入未必具有物理连接器。

例如，多个分析音频滤波单元可以单独地对输入音频信号进行滤波以生成多个滤波后音频信号，这些滤波后音频信号中的两个用作滤波后音频信号比较器单元的输入。

在本发明的实施例中，所述至少一个滤波后音频信号比较器单元通过单独的能量检测器通信地连接到所述至少两个分析音频滤波单元。例如，单独的能级检测器可以位于两个分析音频滤波单元中的每一个之后，或位于多个分析音频滤波单元中的每个分析音频滤波单元之后。例如，使得至少一个滤波后音频信号比较器单元中的每一个通过单独的能级检测器连接到分析音频滤波单元。在本发明的实施例中，所述至少一个滤波后音频信号比较器单元是多个滤波后音频信号比较器单元，其中所述多个滤波后音频信号比较器单元中的每个滤波后音频信号比较器单元通信地连接到所述多个分析音频滤波单元中的至少两个相应的分析音频滤波单元，其中所述反馈信息基于所述多个滤波后音频信号比较器单元中的相应滤波后音频信号比较器单元的一个或多个相应输出。在具有多于一个滤波后音频信号比较器单元的实施例中，每个滤波后音频信号比较器单元、每个比较器单元可以连接到两个分析音频滤波单元，使得每个比较器单元连接到分析音频滤波单元的唯一组合。因此，可以执行多个能级比较，例如以建立多个能级差。并且，反馈检测可以基于选择这些能级差中的一个以进行进一步处理，或者通过处理多个这些差来处理。

在本发明的实施例中，所述反馈检测器包括持续检测器，所述持续检测器被布置成比较所述能级差与先前建立的能级差。可以与能级差相似的方式，但在先前时间建立的能级差。例如，音频信号可以具有数百毫秒的长度，并且可以每隔50毫秒建立能级差。在本发明的实施例中，所述反馈检测器包括反馈状态验证器，所述反馈状态验证器被布置成基于来自所述持续检测器的输入生成所述反馈信息。例如持续检测器可以减去能级差和先前建立的能级差。例如反馈状态验证器随后可以分析此减法的这种结果，以验证是否存在音频反馈，例如减法是否大致为零。

在本发明的实施例中，所述音频处理系统进一步包括反馈抑制单元，所述反馈抑制单元被布置成，在输入麦克风与输出扬声器之间的通信连接中实施至少一个抑制滤波器。在一些扬声器系统中，输出扬声器可以基于输入麦克风所记录的音频而生成声音。在此类系统中，例如，如果麦克风和扬声器的位置紧密，则可能会出现音频反馈。随后可以通过实施至少一个抑制滤波器来抑制音频反馈，由麦克风记录的音频在由扬声器作为声音发射之前穿过所述至少一个抑制滤波器。在本发明的实施例中，所述输入麦克风被布置成提供所述输入音频信号。

在本发明的实施例中，音调检测器包括至少所述多个分析音频滤波单元和所述至少一个滤波后音频信号比较器单元。在本发明的实施例中，所述音调检测器和所述反馈检测器实施于通信地连接的单独单元上。在本发明的实施例中，所述音调检测器实施于数字信号处理器上，并且所述反馈检测器实施于片上系统上，其中所述片上系统是与所述数字信号处理器分开的单元。

有利地是，在策略上将各种计算和/或子单元分离为此处例示的分离单元可以使得能够选择更便宜、更小或更快速的电子装置来促进系统的运行。本发明涉及将所述音频处理系统用于检测音频反馈。在本发明的实施例中所述音频处理系统进一步用于通过实施至少一个抑制滤波器来抑制所述音频反馈。有利地是，根据本发明的实施例的音频处理系统可以适合于检测音频反馈，且任选地适合于抑制此反馈。

Claims (21)

1.一种用于自动地检测输入音频信号中的音频反馈的方法；所述方法包括以下步骤：

通过多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波，以生成多个滤波后音频信号；其中所述多个单独的分析音频滤波器是不同的；

比较所述多个滤波后音频信号中的至少两个滤波后音频信号，以获得能级差；

一次或多次重复执行单独地对所述音频输入信号进行滤波的所述步骤以及比较所述滤波后音频信号的所述步骤的，由此建立多个所述能级差；

比较从至少两次所述重复中获得的所述多个能级差中的至少两个能级差，以检测所述音频反馈。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于所述输入音频信号，使用一个或多个扩音器再现输出音频信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：自动地抑制所述检测到的音频反馈。

4.根据权利要求3所述的方法，其中抑制所述音频反馈的所述步骤包括应用至少一个音频反馈抑制滤波器。

5.根据权利要求3所述的方法，其中抑制所述音频反馈的所述步骤包括应用至少两个级联的音频反馈抑制滤波器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：测量所述至少两个滤波后音频信号中的每一个的信号能级以获得至少两个单独的信号能级。

7.根据权利要求6所述的方法，其中比较所述至少两个滤波后音频信号的所述步骤是基于具有最高滤波后音频信号能级的两个相邻的分析音频滤波器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括步骤：通过差-频率映射函数将所述多个能级差中的能级差转换成所述检测到的音频反馈的音频反馈频率。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测所述音频反馈包括当所述多个能级差中的至少两个后续能级差大致相同时，确定音频反馈的存在。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于所述比较来自至少两次所述重复的所述至少两个能级差更新持续状态，其中所述持续状态指示所述输入音频信号中的持续音调。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于所述持续状态或所述比较来自至少两次所述重复的至少两个能级差更新音频反馈状态，其中所述音频反馈状态指示所述输入音频信号中的音频反馈。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：执行阈值检测，在所述输入音频信号的数字表示的量值不超过-40dBFS时，确定不存在音频反馈。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：在通过所述多个单独的分析音频滤波器单独地对所述音频输入信号进行滤波的所述步骤之前，通过至少一个噪声滤波器对所述输入音频信号进行滤波。

14.根据权利要求1所述的方法，其中比较从至少两次所述重复获得的所述多个能级差中的至少两个能级差的所述步骤包括：确定至少一个能级差变化，其中所述方法包括步骤：执行边界检测以基于两个或多于两个连续的所述能级差变化验证音频反馈的所述检测。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于检测到在所述输入音频信号中缺少所述音频反馈的谐波含量而验证所述音频反馈。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于检测所述音频反馈的能级何时在两次或多于两次连续的所述重复之间大致恒定或增加而验证所述音频反馈。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：基于检测到在所述音频反馈的音频反馈频率处的能级超过预定反馈强度阈值而验证所述音频反馈。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括当削波检测确定信号电平超过削波阈值时应用音频反馈抑制的步骤。

19.一种用于检测输入音频信号的音频反馈的音频处理系统，所述音频处理系统包括：

音频信号输入，用于接收所述输入音频信号；

多个分析音频滤波单元，其通信地连接到所述音频信号输入以单独地对所述输入音频信号进行滤波；

至少一个滤波后音频信号比较器单元，其通信地连接到所述多个分析音频滤波单元中的至少两个分析音频滤波单元，其中所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的输出是基于来自所述至少两个分析音频滤波单元的输入的能级差；以及

反馈检测器单元，其通信地连接到所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的所述输出，其中所述反馈检测器单元被布置成检测所述至少一个滤波后音频信号比较器单元的所述输出的值何时恒定，因此生成并提供反馈信息。

20.根据权利要求19所述的用于检测输入音频信号的音频反馈的音频处理系统，其进一步包括用于抑制所述检测到的音频反馈的至少一个音频反馈抑制滤波器。

21.一种根据权利要求19所述的音频处理系统的用途，所述音频处理系统用于检测音频反馈。

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