CN115643515A - 一种用于anc/psap系统的啸叫抑制系统、方法和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统、方法和存储介质。所述啸叫抑制系统包括片上系统，片上系统配置为自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理；处理器获取自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在陷波参数的均值处于预设范围内且方差小于第一阈值的情况下，判定自适应陷波器处于收敛状态并且陷波频点为啸叫频点；在自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将自适应陷波器对啸叫频点陷波处理后的音频信号作为啸叫抑制系统的输出。如此，能够在系统中存在啸叫时对啸叫频点进行精准的陷波处理，而不存在啸叫时不进行陷波处理以避免信号失真，并且本申请易于实现高采样率下的硬件化。
Description
技术领域
本申请涉及音频处理领域，更具体地，涉及一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统、方法和存储介质。
背景技术
随着技术的发展，主动降噪耳机和个人声音放大器得到广泛的应用。然而，当主动降噪技术和个人声音放大技术应用在耳机产品中，往往会产生相位相反的抵消信号或补偿信号来达到降噪或助听的效果。在这些场景下，当ANC/PSAP系统产生的抵消/助听信号由扬声器(speaker)播放的时候，会被麦克风回采，声通路形成闭合回路，信号在声反馈回路中不断叠加放大形成正反馈，产生啸叫。然而，自适应回声消除技术应用在ANC/PSAP系统中时，具有较高的计算复杂度，无法实现硬件化，抑制效果差，严重影响用户的使用体验。
发明内容
提供了本申请以解决现有技术中存在的上述问题。需要一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统、方法和存储介质，其易于实现高采样率下的硬件化，能够提高抑制啸叫的效果以提高用户的使用体验。
根据本申请的第一方案，提供一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统，所述啸叫抑制系统中包括片上系统，所述片上系统配置为包括：至少一个啸叫抑制单元，所述至少一个啸叫抑制单元中的各个啸叫抑制单元至少包括自适应陷波器，所述自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点；在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理。处理器，所述处理器被配置为：获取所述自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点；在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点。在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将所述自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。在所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。
根据本申请的第二方案，提供一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制方法，包括：经由自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点；在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理；经由处理器获取所述自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点；在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点；在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将所述自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出；在所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。
与现有技术相比，本申请实施例的有益效果在于：
利用自适应陷波器对陷波频点进行对应能量的陷波处理，计算复杂度低，代价小，能够实现高采样率下的硬件化。通过判断陷波频点是否处于收敛状态，判断陷波频点是否为啸叫频点。在自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出，而在自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。如此，无需降低增益，也能够高效的对啸叫频点抑制。同时，采用自适应陷波器进行陷波处理，能够降低啸叫频点判断消耗的时间，从而降低了整个啸叫抑制系统处理啸叫频点的时延。比如，通透模式下对于硬件的要求较高，要求对于啸叫的抑制具有更低的时延，如此，有利于在通透模式下，外界的音频与耳机中传出来的声音进行融合，不仅能够提高啸叫抑制效果，而且能够提高用户的使用体验。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1(a)示出根据本申请实施例的用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统的结构示意图。
图1(b)示出根据本申请实施例的用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统进行啸叫抑制的方法流程图。
图2示出利用本申请实施例的啸叫抑制系统的PSAP系统的示意图。
图3示出利用本申请实施例的啸叫抑制系统的ANC系统的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。在本申请中，各个步骤在图中所示的箭头仅仅作为执行顺序的示例，而不是限制，本申请的技术方案并不限于实施例中描述的执行顺序，执行顺序中的各个步骤可以合并执行，可以分解执行，可以调换顺序，只要不影响执行内容的逻辑关系即可。
本申请使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本申请所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
根据本申请的实施例提供一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统，该啸叫抑制系统包括片上系统，片上系统包括至少一个啸叫抑制单元和处理器，该啸叫抑制单元和处理器执行根据本申请各个实施例的用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制方法中对应的步骤。
图1(a)示出根据本申请实施例的用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统的结构示意图；图1(b)示出根据本申请实施例的用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统进行啸叫抑制的方法流程图。其中，ANC/PSAP中的“/”表示“或”的含义，以此说明本申请所述的啸叫抑制系统100可以用于ANC(Active Noise Control，主动降噪技术)系统或PSAP(Personal SoundAmplification Product，个人声音放大器)系统。所述啸叫抑制系统100中包括片上系统101，基于所述啸叫抑制系统100对啸叫进行抑制的方法可以通过片上系统101来实现。
请注意，本申请中，各种构件，例如如图1(a)所示，啸叫抑制单元102、自适应陷波器103、处理器104等，可以通过SOC(片上系统)来实现，如实现为片上系统101。例如，可以利用从ARM公司等购买的各种RISC(精简指令集计算机)处理器IP来作为SOC的处理器104来执行对应的功能，从而可以实现为嵌入式系统。具体说来，在市场上可购买到的模组(IP)上具有很多模块，例如但不限于内存、缓存器等等。在一些实施例中，芯片制造商也可以在现成的IP上自主开发出这些模块的定制版本。此外，其它的比如限幅器、扬声器、麦克风等可以外接到IP上。用户可以通过基于购买的IP或自主研发的模块构建ASIC(特定用途集成电路)，来构建啸叫抑制系统100，以便降低功耗和成本。
本申请实施例采用自适应陷波器103进行自适应陷波处理，相比于用于延时性能要求较低的助听器上的通用啸叫抑制和自适应回声消除方案而言，其复杂度较低，有利于实现高采样率下的硬件化。例如，所述的啸叫抑制系统100可以利用硬件实体模块来实现啸叫抑制，以可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)为例，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。这种编程也可以用“逻辑编译器(logiccompiler)”软件来实现，编译之前的原始代码用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等。本领域技术人员也应该清楚，只需要将啸叫抑制流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
所述片上系统101配置为包括至少一个啸叫抑制单元102，所述至少一个啸叫抑制单元102中的各个啸叫抑制单元至少包括自适应陷波器103。如图1(b)，在步骤S101中，所述自适应陷波器103自适应分步调整到陷波频点，在步骤S102中，在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理。也就是说，自适应陷波器103将调整到的陷波频点作为估计的啸叫频点，对所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中该频点所对应的能量进行陷波处理。
所述片上系统101还包括处理器104，所述处理器104可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。更具体地，该处理器104可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理器104还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。所述处理器104可以包含在啸叫抑制单元102内，也可以设置在啸叫抑制单元102之外，而与所述啸叫抑制单元102配合执行啸叫抑制的功能，以此形成啸叫抑制系统100。
处理器104被配置为执行步骤S103-步骤S109，以对自适应陷波器103的收敛状态进行判断。在步骤S103中，获取所述自适应陷波器103的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，然后判断所述陷波参数的均值是否处于预设范围内(步骤S104)，如果否，则执行步骤S106，判定所述自适应陷波器103处于非收敛状态或不存在啸叫频点。如果步骤S104中判断结果为“是”，则执行步骤S105，进一步判断所述陷波参数的方差是否小于第一阈值，如果是，则执行步骤S108，判定所述自适应陷波器103处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点。如果步骤S105中判断结果为“否”，则继续判断所述陷波参数的方差是否大于第二阈值(步骤S107)，如果是，则执行步骤S106，判定所述自适应陷波器103处于非收敛状态或不存在啸叫频点，如果否，则执行步骤S109，输出通路保持不变，保持输出通路不变，起到一个迟滞效应，以使得在自适应陷波器103稳定之前，减少系统输出通路的切换次数。其中，对于第一阈值和第二阈值的具体数值不做限定，可以是人工设定的，也可以是系统默认的数值。也就是说，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器103处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点。其中，对于陷波参数的预设范围的具体数值不做限定，比如，可以根据易发生啸叫的啸叫频率来相关联地确定。在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器103处于非收敛状态或不存在啸叫频点。
进一步地，在处理器104判断所述自适应陷波器103处于收敛状态的情况下，说明自适应陷波器103当前自适应调整到的陷波频点为ANC/PSAP系统的啸叫频点，需要被抑制，此时，执行步骤S110，将所述自适应陷波器103对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统100的输出。因此，通过在自适应陷波器103进行陷波处理的过程中由处理器104对其是否处于收敛状态进行判断，并仅在判断自适应陷波器103收敛到了啸叫频点的情况下，将自适应陷波器103陷波处理后的音频信号作为啸叫抑制系统100的输出，以达到在的确发生啸叫时对啸叫频点的能量进行有效抑制的目的。而在处理器104判断自适应陷波器103处于非收敛状态，或ANC/PSAP系统未发生啸叫因而不存在啸叫频点的情况下，执行步骤S111，将未进行陷波处理的所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统100的输出。当处理器104判断自适应陷波器103不处于收敛状态，说明自适应陷波器103对陷波频点的自适应分步调整尚未完成，或，ANC/PSAP系统当前并未发生啸叫，此时直接将输入音频信号作为输出，可以避免对非啸叫频点的有用信号进行错误或非必要的抑制。
根据本申请实施例的啸叫抑制系统100，通过对自适应陷波器103收敛状态的判断，能够避免在系统未发生啸叫的情况下仍然对输入信号进行不恰当的陷波处理从而导致输出信号失真。并且，相比于通过降低整体增益来抑制啸叫，本申请只对实际发生啸叫的频点进行陷波处理，而不对其他频点的音频信号进行非必要的能量调整，进一步保护了音频信号的真实度，提高了用户的使用体验。
在本申请的一些实施例，所述处理器104可以进一步配置为在自适应分步调整到陷波频点的过程中，基于当前陷波频点所对应的能量来控制所述自适应陷波器103的陷波频点的调整步长，使得当前陷波频点所对应的能量越大，所述调整步长越小。具体地，基于NLMS(Nornalized Least Mean Square，最小均方算法)原理，对当前陷波频点所对应的能量做归一化，防止梯度噪声放大，并且信号能量越大，步长越小，直到自适应陷波器103收敛到最优的陷波频点。当自适应陷波器103的输出信号的能量较大时，则以较小的步长进行精细调整，以避免步长过大错过期望进行陷波处理的啸叫频点，或在陷波频点附近产生振荡，导致收敛速度降低甚至无法收敛。
具体地，利用所述自适应陷波器103和处理器104进行啸叫抑制的原理如下：
自适应陷波器103的传递函数如公式(1)所示：
其中，f0是陷波频点，fs是采样频率，ka为常数，用于控制自适应陷波器103的带宽。
公式(1)的一种具体计算步骤如下：
公式(2)中，x(n)是输入信号，ytmp是自适应陷波器103的输出，z(n)是与自适应陷波器103的输出相关联的中间变量。
z0(n)是与陷波频点f0(n)相关联的自适应变化的陷波参数，其关系满足公式(3)的定义：
z0(n)＝cos(2*pi*f0(n)/fs) 公式(3)；
其中，f0(n)为自适应陷波器103在第n时刻的陷波频点，而z0(n)在初始时刻的值可以设定为1，即，z0(0)＝1,对应f0(0)＝0Hz。
可以按照公式(4)对z(n)的能量进行滤波：
Ez(n)＝alpha*Ez(n)+(1-alpha)*|z(n)|2 公式(4)；
其中，Ez(n)为在第n时刻，陷波频点为f0(n)时所对应的z(n)滤波后的能量，alpha是滤波因子，起到平滑滤波的作用，可以取预设的常数，在一些优选的实施例中例如可以取0.9，此外，可以将初始时刻的z(0)对应的滤波后的能量设为0，即，Ez(0)＝0。
处理器104可以进一步配置为获取当前陷波频点所对应的z(n)的能量的有效数据位数，如公式(5)所示：
Ebits＝Ceil(log2(Ez(n))) 公式(5)；
公式(5)用于计算Ez(n)的有效数据位数log2(Ez(n))，Ceil()表示向上取整，Ceil(log2(Ez(n)))计算得到的是向上取整后的Ez(n)的有效数据位数Ebits。
基于上述有效数据位数Ebits，利用向右移位运算来控制所述自适应陷波器103的陷波频点的调整步长，如公式(6)所示：
mu＝delta/2Ebits＝delta>>Ebits 公式(6)；
其中，mu为陷波频点的调整步长，delta是与所述自适应陷波器103的收敛速度相关联的预设常数，用于控制收敛速度，在一些优选的实施例中例如可以取delta＝0.001，delta/2Ebits表示将delta缩小为原值的1/2Ebits，而对于诸如ASIC硬件电路而言，上述除法运算可以便捷地利用寄存器的移位来实现，具体地，>>表示向右移位操作，delta>>Ebits则表示将存储delta的寄存器向右移Ebits位。
基于公式(5)和公式(6)，能够利用简单便捷的硬件实现的寄存器的移位运算，减小处理器104为自适应陷波器103计算陷波频点的调整步长时的时间，使得在不降低自适应陷波器103陷波处理实时性的前提下，能够通过对陷波频点的调整步长进行可变而精确地控制使得自适应陷波器103能够更稳定地收敛到所期望的陷波频点，即发生啸叫的频点，并且所收敛到的陷波频点的准确度和精度也更高。
此外，在更新陷波频点的同时，同时也要对与陷波频点相关联的陷波参数z0(n)进行迭代更新，如公式(7)所示：
z0(n)＝z0(n-1)-4*mu*ytmp*(z0(n-1)*z(n-2)-z(n-1)) 公式(7)；
对更新的结果进行饱和操作，将其取值控制在-1和1之间，如公式(8)所示：
if(z0(n)>1)
z0(n)＝1；
if(z0(n)<-1)
z0(n)＝-1； 公式(8)；
处理器104对自适应陷波器103的收敛状态进行判断的过程如下：
在一些实施例中，首先可以计算与陷波频点相关联的陷波参数z0(n)的均值和方差，在一些实施例中，z0(n)的均值可以采用包括但不限于公式(9)中的指数移动平均来计算：
z0m(n)＝beta*z0m(n-1)+(1-beta)*z0(n)； 公式(9)；
其中，z0m(n)为z0(n)在第n时刻的指数移动平均值，对应地，z0m(n-1)为z0(n)在第n-1时刻的指数移动平均值，beta是平滑因子，用于调节求取z0(n)序列的指数移动平均值时的平滑度，可以取预设的常数，在一些优选的实施例中例如可以取0.9，并且可以将初始时刻的z0m(0)设为0，即，z0m(0)＝0。
陷波参数z0(n)的方差计算公式如公式(10)所示：
z0v(n)＝beta*z0v(n-1)+(1-beta)*|z0(n)-z0m(n)|； 公式(10)；
其中，z0v(n)为z0(n)在第n时刻的方差，z0m(n)为z0(n)在第n时刻的指数移动平均值，对应地，z0v(n-1)为z0(n)在第n-1时刻的方差，beta是平滑因子，用于调节z0v(n)计算时的平滑度，可以取预设的常数，在一些优选的实施例中例如可以取0.9，并且可以将初始时刻的z0v(0)设为0，即，z0v(0)＝0。
按照上述公式(9)和公式(10)计算z0(n)的均值和方差时，只使用当前第n时刻和n-1时刻的数据，而不需要存储其他历史时刻的数据，这可以降低对硬件的需求，同时进一步提高基于硬件的运算处理速度。
接下来，处理器104可以利用计算得到的z0m(n)和z0v(n)对自适应陷波器103的收敛状态的判断逻辑和输出模块的输出过程如公式(11)所示：
其中，ytmp是自适应陷波器103的输出，x(n)是输入信号，y(n)为啸叫抑制系统100的输出，st(n)表示自适应陷波器103的收敛状态，可以将初始时刻的值设为0，即，st(0)＝0。从公式(11)可以得出，在第n时刻，如果z0(n)的均值z0m(n)落在预设范围thd1和thd2的范围内，且z0(n)的方差z0v(n)小于第一阈值thd3，则可以判定自适应陷波器103已经收敛到期望的陷波频点，此时将st(n)设置为1，在st(n)为1的情况下，将自适应陷波器103以当前陷波频点作为啸叫频点进行陷波处理后的音频信号ytmp作为ANC/PSAP系统的输出y(n)。如果z0(n)的方差z0v(n)大于第二阈值thd4，或者z0m(n)不在预设范围内则认为自适应陷波器103未收敛，则将st(n)设置为0，在st(n)为0的情况下，将未经自适应陷波器103陷波处理的输入信号x(n)作为ANC/PSAP系统的输出y(n)。在一些实施例中，所述第一阈值thd3小于第二阈值thd4，如此，将第二阈值thd4和第一阈值thd3设置为不同的值，有利于减少ANC/PSAP系统输出时在收敛状态和非收敛状态之间的切换次数，有利于使得系统快速且稳定地收敛到更准确的发送啸叫的陷波频点。此外，当z0(n)的方差z0v(n)处于thd3和thd4之间时，st(n)的状态保持不变。自适应陷波器103的输出ytmp根据st(n)的值来切换，这样可以避免输出频繁切换的情况。
在本申请的一些实施例中，所述自适应陷波器103以级联的方式连接有至少一个固定陷波器，所述至少一个固定陷波器在所述自适应陷波器103处于收敛状态的情况下，对所述啸叫频点进行第二陷波处理。在一些实施例中，当啸叫频点处信号幅值较高，能量较大时，仅利用一级陷波器可能无法对啸叫的能量进行完全抑制，因此可以在自适应陷波器103的后级级联至少一个固定陷波器，对由自适应陷波器103估计得到的啸叫频点进一步进行固定频点的陷波处理，从而增强对啸叫频点的抑制效果。
仅作为示例，当自适应陷波器103以级联的方式连接有两个固定陷波器时，具体的实现方式如公式(12)所示：
其中，两个级联的固定陷波器，固定陷波器1和固定陷波器2，在自适应陷波器103收敛的状态下，将自适应陷波器103估计出的啸叫频点为固定陷波频点，也即，将与该陷波频点相关联的陷波参数z0(n)作为自身的陷波参数，y1(n)和y2(n)分别为第n时刻固定陷波器1和固定陷波器2的中间变量，并且，固定陷波器2以固定陷波器1的输出作为输入，对同一陷波频点进行固定陷波处理，并将其输出作为ANC/PSAP系统的输出y(n)，并且，当自适应陷波器103处于未收敛状态时，其所级联的固定陷波器并不进行滤波处理，而是直接将输入信号x(n)作为ANC/PSAP系统的输出，如此，可以避免不必要的运算和功率消耗。
在本申请的一些实施例中，在所述片上系统101包括多个啸叫抑制单元102的情况下，各个啸叫抑制单元102以级联的方式连接，以对所述输入音频信号中的多个啸叫频点按照啸叫频点处对应的能量从高到低依次进行抑制，从而对多个啸叫频点进行抑制。当然，前级啸叫抑制单元102如果未能检出啸叫频点，则直接将输入音频信号作为输出且后级无需进一步处理。具体地，如果输入音频信号中包括多个啸叫频点，则第一级啸叫抑制单元102用于估计出能量最高的啸叫频点并进行抑制，之后，第二级啸叫抑制单元102进一步估计出能量次高的啸叫频点并利用其进行抑制，如此类推，从而实现对多个啸叫频点的抑制。
在本申请的一些实施例中，提供了一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制方法，包括：经由自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点；在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理；经由处理器获取所述自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点；在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点；在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将所述自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出；在所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。如此，能够在系统中存在啸叫时对啸叫频点进行精准的陷波处理，而不存在啸叫时不进行陷波处理以避免信号失真，并且本申请易于实现高采样率下的硬件化。
在本申请的一些实施例中，所述处理器在自适应分步调整到陷波频点的过程中，基于当前陷波频点所对应的能量来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，使得当前陷波频点所对应的能量越大，所述调整步长越小，以避免步长过大错过期望进行陷波处理的啸叫频点，或在陷波频点附近产生振荡，导致收敛速度降低甚至无法收敛。
在本申请的一些实施例中，经由所述处理器获取当前陷波频点所对应的z(n)的能量的有效数据位数，如公式(5)所示：
Ebits＝Ceil(log2(Ez(n))) 公式(5)；
公式(5)用于计算Ez(n)的有效数据位数log2(Ez(n))，Ceil()表示向上取整，Ceil(log2(Ez(n)))计算得到的是向上取整后的Ez(n)的有效数据位数Ebits。
基于上述有效数据位数Ebits，利用向右移位运算来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，如公式(6)所示：
mu＝delta/2Ebits＝delta>>Ebits 公式(6)；
其中，mu为陷波频点的调整步长，delta是与所述自适应陷波器的收敛速度相关联的预设常数，用于控制收敛速度，在一些优选的实施例中例如可以取delta＝0.001，delta/2Ebits表示将delta缩小为原值的1/2Ebits，而对于诸如ASIC硬件电路而言，上述除法运算可以便捷地利用寄存器的移位来实现，具体地，>>表示向右移位操作，delta>>Ebits则表示将存储delta的寄存器向右移Ebits位。
基于公式(5)和公式(6)，能够利用简单便捷的硬件实现的寄存器的移位运算，减小处理器为自适应陷波器计算陷波频点的调整步长时的时间，使得在不降低自适应陷波器陷波处理实时性的前提下，能够通过对陷波频点的调整步长进行可变而精确地控制使得自适应陷波器能够更稳定地收敛到所期望的陷波频点，即发生啸叫的频点，并且所收敛到的陷波频点的准确度和精度也更高。
在本申请的一些实施例中，所述自适应陷波器以级联的方式连接有至少一个固定陷波器，所述至少一个固定陷波器在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，对所述啸叫频点进行第二陷波处理，如此，能够进一步抑制啸叫，增强啸叫的抑制效果。
在本申请的一些实施例中，提供一种PSAP系统，所述PSAP系统包括本申请各个实施例所述的啸叫抑制系统201。具体地，如图2所示，x(n)表示输入音频信号，y(n)表示未经过啸叫抑制系统201的待处理音频信号，z(n)表示实际输出音频信号，202示出的各个Gain为增益，203示出的各个DRC为动态压缩器。采集的输入音频信号x(n)被送入PSAP系统，输入音频信号x(n)经由增益、分析滤波器组、合成滤波器组处理后形成待处理音频信号y(n)，啸叫抑制系统201对待处理音频信号y(n)进行分析和处理。在判断出自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统201的输出，此时，z(n)为自适应陷波器对啸叫频点陷波处理后的音频信号。而当判断出自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将输入音频信号x(n)作为啸叫抑制系统201的输出z(n)。经过啸叫抑制系统201处理的音频信号z(n)，由扬声器输出。
在本申请的一些实施例中，提供一种ANC系统，所述ANC系统包括本申请各个实施例所述的啸叫抑制系统。具体地，如图3所示，前馈麦克风301和反馈麦克风302采集到的输入音频信号送入ANC系统，经由模数转换器307转换后进入ANC系统中的前馈滤波器组303和反馈滤波器组304，前馈滤波器组303和反馈滤波器组304对输入音频信号进行处理，将处理后的输入音频信号送入到啸叫抑制系统305中进行啸叫抑制处理，经过啸叫抑制处理的音频信号经由限幅器398的调节以及数模转化器309的转换后，由扬声器306输出。对于ANC系统和PSAP系统，要求处理啸叫造成的延时较低，通常要求抑制啸叫的延时处于微秒或毫秒级别。本申请通过采用所述的啸叫抑制系统305，能够实现啸叫抑制系统305的硬件化，实现高采样率(比如采样率至少为96k)下的啸叫抑制处理，以降低啸叫抑制造成的延时，从而保留ANC系统和PSAP系统自身的效果，提高用户的使用体验。
在本申请的一些实施例中，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如本申请各个实施例所述的啸叫抑制方法。这样的方法的实现可以包括软件代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。可以使用各种软件编程技术来创建各种程序或程序模块。例如，程序部分或程序模块可以用或借助Java、Python、C、C++、汇编语言或任何已知的编程语言来设计。可以将这样的软件部分或模块中的一个或多个集成到计算机系统和/或计算机可读介质中。这样的软件代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该软件代码可以形成计算机程序产品或计算机程序模块的一部分。此外，在示例中，软件代码可以有形地存储在一个或多个易失性，非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如光盘和数字视频盘)、盒式磁带、存储卡或存储棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本申请的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (13)
1.一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制系统，其特征在于，所述啸叫抑制系统中包括片上系统，所述片上系统配置为包括：
至少一个啸叫抑制单元，所述至少一个啸叫抑制单元中的各个啸叫抑制单元至少包括自适应陷波器，所述自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点；在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理；
处理器，所述处理器被配置为：获取所述自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点；在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点；
在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将所述自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出；
在所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。
2.根据权利要求1所述的啸叫抑制系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：在自适应分步调整到陷波频点的过程中，基于当前陷波频点所对应的能量来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，使得当前陷波频点所对应的能量越大，所述调整步长越小。
3.根据权利要求2所述的啸叫抑制系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：获取当前陷波频点所对应的能量的有效数据位数，基于所述有效数据位数，利用向右移位运算来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，具体步骤包括：
Ebits＝Ceil(log2(Ez(n))) 公式(5)；
mu＝delta/2Ebits＝delta>>Ebits 公式(6)；
其中，Ez(n)为在第n时刻陷波频点所对应的能量，Ceil()表示向上取整，Ebits为Ez(n)的有效数据位数，mu为陷波频点的调整步长，delta是与所述自适应陷波器的收敛速度相关联的预设常数，delta>>Ebits表示将存储delta的寄存器向右移Ebits位。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的啸叫抑制系统，其特征在于，所述第一阈值小于所述第二阈值。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的啸叫抑制系统，其特征在于，所述自适应陷波器以级联的方式连接有至少一个固定陷波器，所述至少一个固定陷波器在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，对所述啸叫频点进行第二陷波处理。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的啸叫抑制系统，其特征在于，在所述片上系统包括多个啸叫抑制单元的情况下，各个啸叫抑制单元以级联的方式连接，以对所述输入音频信号中的多个啸叫频点按照啸叫频点处对应的能量从高到低依次进行抑制。
7.一种用于ANC/PSAP系统的啸叫抑制方法，其特征在于，包括：
经由自适应陷波器自适应分步调整到陷波频点；在所述ANC/PSAP系统的输入音频信号中，对调整到的陷波频点进行对应能量的第一陷波处理；
经由处理器获取所述自适应陷波器的与陷波频点相关联的陷波参数的均值和方差，在所述陷波参数的均值处于预设范围内且所述方差小于第一阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于收敛状态并且所述陷波频点为啸叫频点；在所述陷波参数的均值不处于预设范围内，和/或，所述方差大于第二阈值的情况下，判定所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点；
在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，将所述自适应陷波器对所述啸叫频点陷波处理后的音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出；
在所述自适应陷波器处于非收敛状态或不存在啸叫频点的情况下，将所述输入音频信号作为所述啸叫抑制系统的输出。
8.根据权利要求7所述的啸叫抑制方法，其特征在于，所述处理器在自适应分步调整到陷波频点的过程中，基于当前陷波频点所对应的能量来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，使得当前陷波频点所对应的能量越大，所述调整步长越小。
9.根据权利要求7所述的啸叫抑制方法，其特征在于，经由所述处理器获取当前陷波频点所对应的能量的有效数据位数，基于所述有效数据位数，利用向右移位运算来控制所述自适应陷波器的陷波频点的调整步长，具体步骤包括：
Ebits＝Ceil(log2(Ez(n))) 公式(5)；
mu＝delta/2Ebits＝delta>>Ebits 公式(6)；
其中，Ez(n)为在第n时刻陷波频点所对应的能量，Ceil()表示向上取整，Ebits为Ez(n)的有效数据位数，mu为陷波频点的调整步长，delta是与所述自适应陷波器的收敛速度相关联的预设常数，delta>>Ebits表示将存储delta的寄存器向右移Ebits位。
10.根据权利要求7所述的啸叫抑制方法，其特征在于，所述自适应陷波器以级联的方式连接有至少一个固定陷波器，所述至少一个固定陷波器在所述自适应陷波器处于收敛状态的情况下，对所述啸叫频点进行第二陷波处理。
11.一种PSAP系统，其特征在于，所述PSAP系统包括如权利要求1-6中任一项所述的啸叫抑制系统。
12.一种ANC系统，其特征在于，所述ANC系统包括如权利要求1-6中任一项所述的啸叫抑制系统。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求7-10中任一项所述的啸叫抑制方法。
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