JP2015228643A - Multi-band signal processor for digital audio signal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow perceptual performance of a multi-band dynamic range compressor to be traded against computational resources in a flexible manner.SOLUTION: A method includes: processing an input signal to generate M delayed digital audio signal samples; converting the delayed digital audio signal samples to N frequency domain representations to compute respective signal spectrum values; determining respective signal level estimates; computing respective frequency domain gain coefficients on the basis of the respective signal level estimates and band gain laws; transforming the frequency domain gain coefficients to time domain representation to produce M time-varying filter coefficients of a processing filter; convolving the M delayed digital audio signal samples with the time-varying filter coefficients to produce a processed digital output signal; and updating the delayed digital audio signal samples in accordance with a sample rate or a predetermined block rate. In the method, two of the signal spectrum values for at least two of the frequency bands are updated at different rates, and M and N represent positive integers.

Description

本発明は、多帯域信号プロセッサに関する。   The present invention relates to multiband signal processors.

補聴装置(hearing instruments)または補聴器(hearing aids)は、通常、音声や音楽などの到来音を受信するための1個または数個のマイクロフォンを含む、マイクロフォン増幅アセンブリを備える。この到来音は電気マイクロフォン信号に変換され、この信号が、1つまたは複数の事前設定されたリスニング・プログラムに従って、補聴装置の制御・処理回路において、増幅および処理される。これらのリスニング・プログラムは、通常、例えば、聴力図(audiogram)として表現される、ユーザ特有の聴覚障害または聴覚損失から計算されていた。補聴装置の出力増幅器は、マイクロフォンと一緒に補聴装置のケースに収納されるか、または別個にイヤープラグ内に収納することのできる、小型のスピーカまたはレシーバを介して、処理されたマイクロフォン信号をユーザの外耳道(ear canal)に送り出す。   Hearing instruments or hearing aids typically include a microphone amplification assembly that includes one or several microphones for receiving incoming sounds such as speech and music. This incoming sound is converted into an electrical microphone signal that is amplified and processed in the control and processing circuitry of the hearing aid device according to one or more preset listening programs. These listening programs have typically been calculated from user-specific hearing impairment or hearing loss, for example, expressed as an audiogram. Hearing aid output amplifiers can be used to process the processed microphone signal through a small speaker or receiver that can be housed in the hearing aid case with the microphone or separately in the earplug. To the ear canal.

聴覚障害者は、典型的には、聴覚感度の損失を被っており、その損失は、対象とする音の周波数とレベルの両方に依存する。すなわち、聴覚障害者は、特定の周波数(例えば、低周波数)については、正常聴覚者と同様に聴くことができるが、その他の周波数(例えば、高周波数)では、非聴覚障害者と同じ感度で音を聴くことはできないことがある。同様に、聴覚障害者は、音、例えば、約90dB SPLを超える大きな音については、非聴覚障害者と同じ感度で知覚することができるが、小さな音については、非聴覚障害者と同じ感度で聴くことはできないことがある。すなわち、後者の状況では、聴覚障害者は、特定の周波数または周波数帯域におけるダイナミックレンジの損失を被る。様々な従来のアナログ式およびディジタル式の補聴器は、上記のように規定される、ダイナミックレンジの損失を伴う聴覚欠陥を軽減するように設計されていた。ダイナミックレンジの損失を補償するために、従来技術の補聴装置は、いわゆる多帯域ダイナミックレンジ圧縮器を使用して、到来音のダイナミックレンジを圧縮することで、圧縮された出力信号が、対象とするユーザのダイナミックレンジにより精密に合致するようにしている。多帯域ダイナミックレンジ圧縮器によって出力されたダイナミックレンジに対する入力ダイナミックレンジの比は、圧縮比と呼ばれる。通常、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器は、対象とする聴覚障害者の周波数依存性のダイナミックレンジの損失に対応するために、様々な条件、例えば、様々な周波数帯域における、様々な圧縮比および/または様々なアタック時定数およびリリース時定数、で動作するように構成されている。   Hearing impaired people typically suffer a loss of hearing sensitivity, which depends on both the frequency and level of the sound of interest. That is, a hearing-impaired person can listen to a specific frequency (for example, low frequency) in the same manner as a normal hearing person, but at other frequencies (for example, high frequency), it has the same sensitivity as a non-deaf person. You may not be able to listen to the sound. Similarly, a hearing impaired person can perceive sounds, eg, loud sounds that exceed about 90 dB SPL, with the same sensitivity as a non-deaf person, but small sounds with the same sensitivity as a non-deaf person. You may not be able to listen. That is, in the latter situation, the hearing impaired suffers a loss of dynamic range at a specific frequency or frequency band. Various conventional analog and digital hearing aids have been designed to mitigate auditory defects with loss of dynamic range, as defined above. In order to compensate for the loss of dynamic range, prior art hearing aids use a so-called multi-band dynamic range compressor to compress the dynamic range of the incoming sound so that the compressed output signal is targeted. It is made to closely match the user's dynamic range. The ratio of the input dynamic range to the dynamic range output by the multiband dynamic range compressor is called the compression ratio. Multi-band dynamic range compressors typically have different compression ratios and / or in different conditions, such as different frequency bands, to accommodate the frequency-dependent loss of dynamic range of the target hearing impaired person. It is configured to operate with various attack time constants and release time constants.

米国特許出願公開第2003/0081804号は、高速フーリエ変換(FFT)に基づく、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器用の、いわゆるサイドブランチ・アーキテクチャを開示している。多帯域ダイナミックレンジ圧縮器は、音響入力信号の周波数分析のためにサイドブランチを使用する。FFTは、音響入力信号がそれに加えられる、1次オールパス・フィルタのカスケードの出口タップから、ワープ周波数スケール上で計算される。同様にタップされた遅延ラインが、FFT解析と時間変化FIR圧縮フィルタの両方に使用される。FFTベースの周波数解析の結果は、信号経路に設けられたFIR圧縮フィルタの係数を生成するために使用される。   US Patent Application Publication No. 2003/0081804 discloses a so-called side-branch architecture for a multi-band dynamic range compressor based on Fast Fourier Transform (FFT). Multiband dynamic range compressors use side branches for frequency analysis of acoustic input signals. The FFT is calculated on the warp frequency scale from the exit tap of the cascade of first order allpass filters to which the acoustic input signal is applied. Similarly tapped delay lines are used for both FFT analysis and time-varying FIR compression filters. The result of the FFT-based frequency analysis is used to generate the coefficients of the FIR compression filter provided in the signal path.

開示された多帯域ダイナミックレンジ圧縮器のワープ周波数スケールおよびサイドブランチ・アーキテクチャは、直接的な信号経路が、短い入力バッファおよびFIR圧縮フィルタのみを含むので、最小の時間遅延などの多くの望ましい特性が得られる。その他の留意すべき利点は、エイリアシング(aliasing)がないこと、および人間聴覚のバーク周波数スケール(Bark based frequency scale)にうまく適合する、解析周波数帯域の自然対数スケーリングである。しかしながら、開示されたFFTに基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器は、いくつかの望ましくない特性がある。特に、FFTに基づく解析の全周波数帯域の信号スペクトル値は、同じブロック・レートまたは周波数において更新され、このことが、入力音の高周波成分のアンダーサンプリングを招く可能性がある。高周波成分のアンダーサンプリングは、それが解析周波数帯域におけるスペクトル・レベル推定量のエイリアシングを発生させるとともに、圧縮利得エージェントまたは係数の動作不良および歪みの誘発を招くため、一般的に望ましくない。   The warped frequency scale and side branch architecture of the disclosed multi-band dynamic range compressor has many desirable characteristics such as minimal time delay because the direct signal path includes only a short input buffer and FIR compression filter. can get. Other notable advantages are the absence of aliasing and natural logarithmic scaling of the analysis frequency band that fits well with the human auditory Bark based frequency scale. However, the disclosed FFT-based multiband dynamic range compressor has several undesirable characteristics. In particular, the signal spectral values for the entire frequency band of the FFT-based analysis are updated at the same block rate or frequency, which can lead to undersampling of the high frequency components of the input sound. Undersampling of the high frequency component is generally undesirable because it causes aliasing of the spectral level estimator in the analysis frequency band and leads to malfunction and distortion induction of the compression gain agent or coefficient.

さらに、FFTに基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器においては、高周波成分を収容するために、比較的高いブロック・レートが選択される場合があるが、このことは、解析フィルタの低周波数帯域の、正常なサンプリングに対して必要とされるよりも高速な更新、すなわち低周波数帯域のオーバーサンプリングを招くことになる。後者のオーバーサンプリング特性は、エイリアシング歪みを発生させないが、FFTに基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器を実現するために、補聴装置の信号プロセッサの計算リソースを消費する。このプロセスは、補聴装置による不必要な電力消費を招き、このことはバッテリ寿命を短くする。   Furthermore, in a multiband dynamic range compressor based on FFT, a relatively high block rate may be selected to accommodate high frequency components, which is normal for the low frequency band of the analysis filter. This leads to faster updates than needed for correct sampling, ie oversampling in the low frequency band. The latter oversampling characteristic does not generate aliasing distortion, but consumes computational resources of the signal processor of the hearing aid to realize a multiband dynamic range compressor based on FFT. This process results in unnecessary power consumption by the hearing aid device, which shortens battery life.

上記で概説した問題を考慮すると、解析フィルタの周波数帯域の、別個でありかつ柔軟な更新レートを可能にする、改良型の多帯域信号プロセッサ、例えば、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器が有利である。そのような改良型の多帯域信号プロセッサは、解析フィルタの任意の特定周波数帯域のブロック更新レートを選択する上での柔軟性を大幅に向上させることなる。したがって、改良型の多帯域信号プロセッサの感知性能を、計算リソースに対して、柔軟にトレードすることが可能である。   In view of the problems outlined above, an improved multi-band signal processor, such as a multi-band dynamic range compressor, that allows a separate and flexible update rate of the frequency band of the analysis filter is advantageous. Such an improved multiband signal processor would greatly increase the flexibility in selecting the block update rate for any particular frequency band of the analysis filter. Therefore, the sensing performance of the improved multi-band signal processor can be flexibly traded for the computational resources.

本開示の第1の態様は、ディジタル音響入力信号の受信のための信号入力と、ディジタル音響入力信号を受信して、ディジタル・オールパス・フィルタ間に介在するそれぞれのタッピング・ノードにおいて、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるように構成された、ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードとを備える、多帯域信号プロセッサに関する。多帯域信号プロセッサは、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成された、信号畳み込みプロセッサ(signal convolution processor)を備える。周波数ドメイン変換プロセッサは、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、周波数ドメイン表現に変換して、所定数Nの周波数帯域におけるそれぞれの信号スペクトル値を生成するように構成されている。レベル推定器は、それぞれの信号スペクトル値に基づいて、所定数の周波数帯域におけるそれぞれの信号レベル推定量を計算するように構成されている。多帯域信号プロセッサの処理利得算出器は、それぞれの信号レベル推定量および帯域利得規則(band gain laws)に基づいて、所定数の周波数帯域のそれぞれに対する周波数ドメイン利得係数の計算を行うように構成されている。逆周波数ドメイン変換プロセッサは、N個の周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成されている。周波数ドメイン変換プロセッサは、異なる帯域更新レートで、少なくとも2つの周波数帯域の信号スペクトル値を計算するように構成されている。MおよびNのそれぞれは、正の整数である。   A first aspect of the present disclosure includes a signal input for receiving a digital acoustic input signal, and M digital signals at each tapping node that receives the digital acoustic input signal and is interposed between the digital allpass filters. A multi-band signal processor comprising a cascade of digital all-pass filters configured to generate delayed digital acoustic signal samples. A multiband signal processor is a signal convolution processor configured to convolve M delayed digital acoustic signal samples with M time-varying filter coefficients of a processing filter to produce a processed digital output signal. (Signal convolution processor). The frequency domain transform processor is configured to transform the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation to generate respective signal spectral values in a predetermined number N of frequency bands. The level estimator is configured to calculate each signal level estimator in a predetermined number of frequency bands based on each signal spectrum value. The processing gain calculator of the multiband signal processor is configured to calculate a frequency domain gain factor for each of a predetermined number of frequency bands based on the respective signal level estimators and band gain laws. ing. The inverse frequency domain transform processor is configured to transform the N frequency domain gain coefficients into M time-varying filter coefficients of the processing filter. The frequency domain transform processor is configured to calculate signal spectral values for at least two frequency bands at different band update rates. Each of M and N is a positive integer.

少なくとも2つの異なる周波数帯域において、異なる帯域更新レートを利用する、周波数ドメイン変換プロセッサの能力は、所定数の周波数帯域の2つ以上に対する個々の更新レートを選択する上で有利な柔軟性をもたらす。この特徴は、当該多帯域信号プロセッサの知覚性能を、計算リソースに対して、柔軟にトレードすることを可能にする。この特徴はまた、従来技術のFFTに基づく処理によって課せられる、全周波数帯域に対して同じ更新レートを使用することについての上述の問題に対処して、解決する。全周波数帯域に対して同じ帯域更新レートとすることは、低周波数帯域の適切な帯域更新レートにすると、通常、高周波数帯域には、適切なサンプリングに必要とされるよりもずっと高い更新レートを生じることを意味する。同様に、低周波数帯域に対して適切な帯域更新レートが選択される場合には、高周波数帯域はアンダーサンプリングとなり、高周波数帯域におけるエイリアシングおよび誤ったレベル推定量につながる。対照的に、所定数の周波数帯域の2つ以上に対して個々の帯域更新レートを適用する、上記の周波数ドメイン変換プロセッサの能力は、各周波数帯域に最適な帯域更新レートを与えて、一方では、エイリアシング歪みを回避するとともに、他方では、オーバーサンプリングと計算リソースの無駄を回避することができることを意味する。特定の帯域の更新レートを、音声理解容易性(speech intelligibility)などの、多帯域信号プロセッサの特定の知覚性能基準に基づいて、最適化することもできる。このようにして、帯域更新レートは、問題となる知覚性能基準に対して大きな影響を有する周波数帯域において、比較的高くするとともに、知覚性能基準に対して小さい影響を有する周波数帯域において、比較的低くしてもよい。したがって、周波数ドメイン変換プロセッサ、レベル推定器および処理利得算出器の計算リソースは、知覚性能基準に対して重要なこれらの周波数帯域に割り当ててもよい。   The ability of the frequency domain transform processor to utilize different band update rates in at least two different frequency bands provides advantageous flexibility in selecting individual update rates for two or more of a predetermined number of frequency bands. This feature allows the perceptual performance of the multiband signal processor to be flexibly traded for computational resources. This feature also addresses and solves the above-mentioned problem of using the same update rate for all frequency bands imposed by prior art FFT-based processing. Having the same bandwidth update rate for all frequency bands means that a good update rate for the low frequency band usually gives a much higher update rate for the high frequency band than is required for proper sampling. It means to occur. Similarly, if an appropriate band update rate is selected for the low frequency band, the high frequency band will be undersampled, leading to aliasing and erroneous level estimators in the high frequency band. In contrast, the ability of the above frequency domain transform processor to apply individual band update rates to more than one of a predetermined number of frequency bands provides the optimum band update rate for each frequency band, while This means that aliasing distortion can be avoided and, on the other hand, oversampling and waste of computational resources can be avoided. The update rate for a particular band can also be optimized based on specific perceptual performance criteria of the multiband signal processor, such as speech intelligibility. In this way, the bandwidth update rate is relatively high in frequency bands that have a large impact on the perceptual performance criteria in question and relatively low in frequency bands that have a small impact on the perceptual performance criteria. May be. Accordingly, the computational resources of the frequency domain transform processor, level estimator and processing gain calculator may be assigned to those frequency bands that are important to the perceptual performance criteria.

多帯域信号プロセッサは、補聴装置の用途に対しては、遅延ディジタル音響信号サンプルの数、Mが、8と64の間の偶数となるように、設計するのが好ましい。これは、M−1個のディジタル・オールパス・フィルタに対応する。周波数帯域の所定の数、Nは、好ましくは、N=(M/2)+1となるように選択される。この実施形態においては、周波数ドメイン変換プロセッサによって発生される各周波数帯域に対して、単一の周波数ドメイン利得係数が存在する。言い換えると、M個の遅延フィルタ・タップを処理するのに、合計でM個の時間変化フィルタ係数があるのに対して、これらM個の時間変化フィルタ係数の内の(M/2)+1個だけが固有である。残りの(M/2)−1個の時間変化フィルタ係数は、実数利得ベクトルの(逆)フーリエ変換により、対称性のあるベクトル・フィルタ係数の組を生じるということから求められる。この変換の詳細は、米国特許出願公開第2003/0081804号に記載されている。   The multiband signal processor is preferably designed for hearing aid applications such that the number of delayed digital acoustic signal samples, M, is an even number between 8 and 64. This corresponds to M-1 digital allpass filters. The predetermined number of frequency bands, N, is preferably selected such that N = (M / 2) +1. In this embodiment, there is a single frequency domain gain factor for each frequency band generated by the frequency domain transform processor. In other words, there are a total of M time-varying filter coefficients to process M delay filter taps, whereas (M / 2) +1 of these M time-varying filter coefficients. Only is unique. The remaining (M / 2) -1 time-varying filter coefficients are determined from the fact that the (inverse) Fourier transform of the real gain vector yields a symmetric set of vector filter coefficients. Details of this conversion are described in US Patent Application Publication No. 2003/0081804.

当業者は、N=(M/2)+1と設定することは、周波数ドメイン変換プロセッサが、周波数帯域における信号スペクトル値を算出するのに離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)を適用するように構成されている場合には、特に便利であることを理解するであろう。しかしながら、周波数帯域の数、Nは、(M/2)+1よりも大きいか、または小さくてもよく、例えばN=M/2であってもよい。一般に、周波数ドメイン変換プロセッサ(解析フィルタ)と、逆周波数ドメイン変換プロセッサ(合成フィルタ)が正しくマッチングされているときには、任意の数N≦Mを、当該多帯域信号プロセッサの特定の用途の要件に応じて、使用してもよい。   A person skilled in the art will set N = (M / 2) +1 so that the frequency domain transform processor applies a Discrete Fourier Transform (DFT) to calculate the signal spectrum value in the frequency band. It will be appreciated that it is particularly convenient when configured. However, the number of frequency bands, N, may be larger or smaller than (M / 2) +1, for example N = M / 2. In general, when the frequency domain transform processor (analysis filter) and the inverse frequency domain transform processor (synthesis filter) are correctly matched, an arbitrary number N ≦ M is set according to the requirements of the specific application of the multiband signal processor. May be used.

当該多帯域信号プロセッサの信号畳み込みプロセッサは、それぞれのサンプルについて更新するか、またはブロックについて更新してもよい。前者の場合には、信号畳み込みプロセッサの更新レートは、ディジタル音響入力信号のサンプリング・レート、すなわちサンプリング周波数の逆数に一致する。サンプリング周波数は、通常、多帯域信号プロセッサによって実現される処理の特定の種類の特性に応じて変わる。ディジタル音響入力信号のサンプリング周波数は、多帯域信号プロセッサの補聴装置の用途において、好ましくは、16kHzから48kHzの間である。信号折畳みプロセッサがブロックで更新される場合には、各ブロックは、複数のディジタル音響信号サンプル、例えば、4から64個のディジタル音響信号サンプルを含んでもよい。特定の周波数帯域の帯域更新レートは、その周波数帯域の信号スペクトル値が、周波数ドメイン変換プロセッサによって算出される頻度を特定する。所定数の周波数帯域の内の1つの周波数帯域、または周波数帯域の部分集合に適用してもよい、最大帯域更新レートは、信号畳み込みプロセッサの更新レートに一致する。この最大帯域更新レートは、信号畳み込みプロセッサのサンプル・レートまたはブロック・レートとしてもよい。周波数帯域または周波数帯域の部分集合における信号スペクトル値が、算出されるか、または更新されると、対応する信号レベル推定量および周波数ドメイン利得係数も、好ましくは、信号スペクトル値に対する変更が、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数の値に反映されるように、計算される。一方、信号スペクトル値が、信号畳み込みプロセッサの特定の更新ステップまたは時間ステップに対して、算出されないか、または更新されない、残りの周波数帯域においては、最近に計算された信号スペクトル値が維持される。このことは、また、対応する信号レベル推定量および周波数ドメイン利得係数が維持されるのが好ましいことを意味する。   The signal convolution processor of the multiband signal processor may update for each sample or update for the block. In the former case, the update rate of the signal convolution processor matches the sampling rate of the digital audio input signal, i.e. the reciprocal of the sampling frequency. The sampling frequency typically varies depending on the particular type of characteristics of the processing implemented by the multiband signal processor. The sampling frequency of the digital audio input signal is preferably between 16 kHz and 48 kHz in a multiband signal processor hearing aid application. If the signal folding processor is updated in blocks, each block may include a plurality of digital audio signal samples, eg, 4 to 64 digital audio signal samples. The band update rate for a particular frequency band specifies the frequency with which the signal spectrum value for that frequency band is calculated by the frequency domain transform processor. The maximum band update rate that may be applied to one frequency band, or a subset of frequency bands, of the predetermined number of frequency bands matches the update rate of the signal convolution processor. This maximum bandwidth update rate may be the sample rate or block rate of the signal convolution processor. When a signal spectrum value in a frequency band or a subset of frequency bands is calculated or updated, the corresponding signal level estimator and frequency domain gain factor are also preferably changed to the processing filter. To be reflected in the values of the M time-varying filter coefficients. On the other hand, recently calculated signal spectral values are maintained in the remaining frequency bands where the signal spectral values are not calculated or updated for a particular update or time step of the signal convolution processor. This also means that the corresponding signal level estimator and frequency domain gain factor are preferably maintained.

先に述べたように、好ましくは、帯域更新レートは、一般に、低周波数帯域が高周波数帯域よりも、より低い帯域更新レートを有するように、周波数帯域の位置に適合される。低周波数帯域は、例えば、100Hzから500Hzの間に中心周波数を有するのに対して、高周波数帯域は、3kHzから8kHzの間に中心周波数を有することがある。したがって、周波数ドメイン変換プロセッサの一実施形態は、少なくとも第1の周波数帯域の信号スペクトル値を、第1の帯域更新レートで計算するとともに、少なくとも第2の周波数帯域の信号スペクトル値を、第1の帯域更新レートよりも低い更新レート、例えば、第1の帯域更新レートの0.5、0.33または0.25倍で計算するように構成されている。第1の周波数帯域の中心周波数は、第2の周波数帯域の中心周波数よりも高い。   As mentioned earlier, preferably the band update rate is generally adapted to the position of the frequency band so that the low frequency band has a lower band update rate than the high frequency band. The low frequency band may have a center frequency between 100 Hz and 500 Hz, for example, while the high frequency band may have a center frequency between 3 kHz and 8 kHz. Accordingly, one embodiment of a frequency domain transform processor calculates at least a first frequency band signal spectrum value at a first band update rate and at least a second frequency band signal spectrum value at a first frequency band. The update rate is lower than the bandwidth update rate, for example, 0.5, 0.33, or 0.25 times the first bandwidth update rate. The center frequency of the first frequency band is higher than the center frequency of the second frequency band.

当業者は、当該多帯域信号プロセッサは、補聴装置、ヘッドセット、公共拡声システム、スマートフォン、タブレットその他などの、多くの種類の据置型および携帯型の音響機器における、ディジタル音響信号の様々な信号処理機能を果たすように構成されていてもよいことに気付くであろう。当該多帯域信号プロセッサは、処理利得算出器の1つまたは複数の帯域利得規則の適切な設計によって、音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ圧縮、音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ拡大、音響入力信号などのノイズ低減、などの信号処理機能を果たすように構成されていてもよい。   Those skilled in the art will recognize that the multi-band signal processor performs various signal processing of digital audio signals in many types of stationary and portable audio equipment, such as hearing aids, headsets, public loudspeakers, smartphones, tablets and others. It will be appreciated that it may be configured to perform a function. The multi-band signal processor is adapted to multi-band dynamic range compression of an acoustic input signal, multi-band dynamic range expansion of an acoustic input signal, acoustic input signal, etc. by appropriate design of one or more band gain rules of a processing gain calculator It may be configured to perform a signal processing function such as noise reduction.

信号畳み込みプロセッサの各更新に対して、周波数ドメイン変換プロセッサは、所定数の周波数帯域の部分集合の、それぞれの信号スペクトル値を更新するように構成してもよく、レベル推定器は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの信号レベル推定量を更新するように構成してもよく、処理利得算出器は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの周波数ドメイン利得係数を更新するとともに、残留周波数帯域の周波数ドメイン利得係数を維持するように構成してもよく、さらに逆周波数ドメイン変換プロセッサは、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成してもよい。   For each update of the signal convolution processor, the frequency domain transform processor may be configured to update respective signal spectral values of a predetermined number of frequency band subsets, and the level estimator may The signal level estimator of each subset may be configured to be updated, and the processing gain calculator updates each frequency domain gain factor of the frequency band subset and frequency domain gain of the residual frequency band. The inverse frequency domain transform processor may be configured to maintain the coefficients, and the inverse frequency domain transform processor transforms the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into M time-varying filter coefficients of the processing filter. You may comprise as follows.

当業者は、周波数ドメイン変換プロセッサは、一定のレートで、所定数の周波数帯域の各周波数帯域の信号スペクトル値を更新するように構成してもよいことを理解するであろう。この一定の帯域更新レートは、以下により詳細に述べるような、繰り返し帯域更新スケジュールによって定義してもよい。各周波数帯域の一定の帯域更新レートにもかかわらず、帯域更新レートは、全周波数帯域間で異なるか、または同一の更新レートを有する、周波数帯域のいくつかの部分集合が存在することもある。周波数ドメイン変換プロセッサの別の実施形態においては、各周波数帯域の帯域更新レートは、予測される必要性に基づいて、独立に適応される。予測される必要性は、予測変化レートのような、ディジタル音響入力信号の特定の信号特性に基づいて求めてもよい。適応型の更新レートは、当該多帯域信号プロセッサの計算負荷と性能のトレードオフにおいて、さらなる改良につながることがある。   One skilled in the art will appreciate that the frequency domain transform processor may be configured to update the signal spectrum value for each frequency band of a predetermined number of frequency bands at a constant rate. This constant bandwidth update rate may be defined by a repeated bandwidth update schedule as described in more detail below. Despite a constant band update rate for each frequency band, there may be several subsets of frequency bands, where the band update rate is different between all frequency bands or has the same update rate. In another embodiment of the frequency domain transform processor, the band update rate for each frequency band is independently adapted based on the predicted need. The predicted need may be determined based on specific signal characteristics of the digital acoustic input signal, such as a predicted rate of change. The adaptive update rate may lead to further improvements in the computational load and performance tradeoff of the multiband signal processor.

上述のように、周波数ドメイン変換プロセッサは、好ましくは、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、所定数の周波数帯域におけるそれぞれの信号スペクトル値を更新するように構成される。周波数ドメイン変換プロセッサは、畳み込みプロセッサのそれぞれのサンプルでの更新またはブロックでの更新において更新される、特定の周波数帯域を選択する帯域セレクタを備えてもよい。帯域セレクタは、したがって、任意の特定の周波数帯域における信号スペクトル値が、どのような順番で、およびしたがってどのような更新レートで(どの程度の頻度で)、帯域更新スケジュールに従って再計算または更新されるかを制御してもよい。当業者は、特定の帯域における信号スペクトル値の更新のすぐ後に、対象とする周波数帯域に対するレベル推定および周波数帯域利得係数の、対応する更新が続くのが好ましいことを理解するであろう。繰り返し帯域更新スケジュールは、多数の方法、例えば、添付の図面を参照してさらに詳細に以下に述べるような、いわゆるスケジュール行列を使用して設計してもよい。当業者は、繰り返し帯域更新スケジュールを使用することによって、どのような頻度で任意の特定の周波数帯域が更新されるか、すなわち帯域更新レート、および個々の周波数帯域が更新される順序について、周波数ドメイン変換プロセッサの動作に対して大幅な柔軟性が与えられることを理解するであろう。これらの特徴は、ディジタル音響入力信号のスペクトルのカバー範囲(spectral coverage)を改善すること、すなわち、帯域応答のカバー範囲に含まれる時間‐周波数スペクトルにおける変調またはギャップを最小化することで知られている、特定の周波数帯域の更新レートを最適化するのに利用してもよい。   As described above, the frequency domain transform processor is preferably configured to update each signal spectrum value in a predetermined number of frequency bands according to a predetermined iterative band update schedule. The frequency domain transform processor may comprise a band selector that selects a particular frequency band that is updated in each sample update or block update of the convolution processor. The band selector thus recalculates or updates the signal spectrum values in any particular frequency band according to the band update schedule, in what order and thus at what update rate (how often) It may be controlled. One skilled in the art will understand that the update of the signal spectrum value in a particular band is preferably followed immediately by a corresponding update of the level estimate and frequency band gain factor for the frequency band of interest. The recurring bandwidth update schedule may be designed in a number of ways, for example using a so-called schedule matrix as described in more detail below with reference to the accompanying drawings. A person skilled in the art can use the frequency band update schedule to determine how often any particular frequency band is updated, i.e. the frequency of the frequency update, and the order in which the individual frequency bands are updated. It will be appreciated that significant flexibility is provided for the operation of the conversion processor. These features are known for improving the spectral coverage of the digital acoustic input signal, ie minimizing the modulation or gap in the time-frequency spectrum contained in the coverage of the band response. May be used to optimize the update rate of a particular frequency band.

当該多帯域信号プロセッサの信号処理機能は、専用ディジタル・ハードウェアによって実現するか、またはソフトウェア・プログラマブル信号プロセッサ上で動作する、1つまたは複数のコンピュータ・プログラム、ルーチンおよび実行のスレッドとして実現してもよい。コンピュータ・プログラム、ルーチンおよび実行のスレッドのそれぞれは、複数の実行可能なプログラム命令を含んでもよい。代替的に、信号処理機能は、専用ディジタル・ハードウェアと、ソフトウェア・プログラマブル信号プロセッサ上で動作する、コンピュータ・プログラム、ルーチンおよび実行のスレッドとの組合せによって実現してもよい。例えば、上述の「周波数ドメイン変換プロセッサ」、「信号畳み込みプロセッサ」、「逆周波数ドメイン変換プロセッサ」、「処理利得算出器」および「レベル推定器」のそれぞれには、好適なマイクロプロセッサ、特にはディジタル・シグナル・プロセッサ上で実行可能な、コンピュータ・プログラム、プログラム・ルーチン、または実行のスレッドを含めてもよい。マイクロプロセッサおよび/または専用ディジタル・ハードウェアは、ASIC上に統合化するか、またはFPGAデバイス上に実装してもよい。   The signal processing functions of the multiband signal processor are implemented by dedicated digital hardware or implemented as one or more computer programs, routines and threads of execution running on a software programmable signal processor. Also good. Each of the computer program, routine, and thread of execution may include a plurality of executable program instructions. Alternatively, the signal processing functions may be realized by a combination of dedicated digital hardware and computer programs, routines and threads of execution running on a software programmable signal processor. For example, each of the aforementioned “frequency domain transform processor”, “signal convolution processor”, “inverse frequency domain transform processor”, “processing gain calculator” and “level estimator” includes a suitable microprocessor, particularly a digital A computer program, program routine, or thread of execution that may be executed on the signal processor may be included. The microprocessor and / or dedicated digital hardware may be integrated on the ASIC or implemented on the FPGA device.

周波数ドメイン変換プロセッサは、FFTアルゴリズムに頼ることなく、様々な方法で、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルの信号スペクトル値を計算するように構成してもよい。周波数ドメイン変換プロセッサの好ましい実施形態では、離散フーリエ変換を使用して、ベクトルとベクトルの内積によって、単一周波数帯域の信号スペクトル値が計算される。周波数ドメイン変換プロセッサのこの実施形態は、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルと、周波数帯域に対応する離散フーリエ変換行列の行の、窓付けられた(windowed)または窓付けられていない(un-windowed)離散フーリエ変換係数の間のベクトル内積として、周波数帯域のそれぞれの信号スペクトル値を計算するように構成されている。   The frequency domain transform processor may be configured to calculate the signal spectral values of the M delayed digital acoustic signal samples in various ways without relying on the FFT algorithm. In a preferred embodiment of the frequency domain transform processor, the signal spectrum value of a single frequency band is calculated by vector-to-vector inner product using a discrete Fourier transform. This embodiment of the frequency domain transform processor is windowed or un-windowed of M delayed digital acoustic signal samples and rows of discrete Fourier transform matrices corresponding to frequency bands. ) As a vector dot product between discrete Fourier transform coefficients, each signal spectrum value of the frequency band is calculated.

逆周波数ドメイン変換プロセッサは、一組のスカラー‐ベクトル乗算を実行することによって、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、M個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成してもよく、この場合に、スカラーは、更新された、または維持された周波数ドメイン利得係数を含み、ベクトルは、IFFTに基づく合成行列の係数の一行または一列を含む。   The inverse frequency domain transform processor is configured to transform the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into M time-varying filter coefficients by performing a set of scalar-vector multiplications. In this case, the scalar includes updated or maintained frequency domain gain coefficients, and the vector includes one row or one column of coefficients of the IFFT-based synthesis matrix.

当該多帯域信号プロセッサによって実現される特定の信号処理機能は、帯域利得規則の特性を制御することによって、便宜的に定義してもよい。処理利得算出器の帯域利得規則は、異なる周波数帯域間で異なることがある。1つの例示的な実施形態においては、全帯域利得規則は、周波数帯域におけるそれぞれの信号のダイナミックレンジ圧縮を提供するように構成してもよいが、圧縮比および時間定数などの特定の圧縮パラメータは、個々の周波数帯域間で変わる可能性がある。1つの例示的な実施形態においては、帯域利得規則は、所定数の周波数帯域の第1の部分集合が、ダイナミックレンジ圧縮を行うように構成され、周波数帯域の別の部分集合が、ダイナミックレンジ拡大またはノイズ低減などを行うように、異なる周波数帯域間で異なってもよい。   Specific signal processing functions implemented by the multiband signal processor may be conveniently defined by controlling the characteristics of the band gain rules. The bandwidth gain rule of the processing gain calculator may differ between different frequency bands. In one exemplary embodiment, the full-band gain rule may be configured to provide dynamic range compression of each signal in the frequency band, but certain compression parameters such as compression ratio and time constant are May vary between individual frequency bands. In one exemplary embodiment, the band gain rule is configured such that a first subset of a predetermined number of frequency bands is subjected to dynamic range compression, and another subset of frequency bands is a dynamic range extension. Alternatively, it may be different between different frequency bands so as to perform noise reduction or the like.

好ましくは、処理利得算出器の1つまたは複数の帯域利得規則は、音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ圧縮、音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ拡大、音響入力信号のノイズ低減の内の1つを行うように構成される。   Preferably, the one or more band gain rules of the processing gain calculator are one of multiband dynamic range compression of the acoustic input signal, multiband dynamic range expansion of the acoustic input signal, noise reduction of the acoustic input signal. Configured to do.

この明細書においては、「帯域利得規則」という用語は、音響入力信号に関連する特定の特徴を提供するように構成された、任意の関数、関係、方程式、および/またはアルゴリズムを指している。帯域利得規則は、実施形態によっては、任意に定義してもよい。   As used herein, the term “band gain rule” refers to any function, relationship, equation, and / or algorithm that is configured to provide a particular feature associated with an acoustic input signal. The band gain rule may be arbitrarily defined depending on the embodiment.

本開示の第2の態様は、ユーザによって使用される補聴装置に関する。この補聴装置は、音の受信に応答して第1のマイクロフォン信号を発生させるための第1のマイクロフォンと、第1のマイクロフォン信号に結合されて、対応するディジタル音響入力信号を発生するように構成された音響入力チャネルと、ディジタル音響入力信号に結合されるかまたは接続された上述の実施形態のいずれかによる多帯域信号プロセッサとを備える。多帯域信号プロセッサは、ユーザの聴覚損失に応じて、第1のマイクロフォン信号を受信し処理するように構成されている。補聴装置は、多帯域信号プロセッサの処理されたディジタル出力信号を受信し、ユーザへ送信するための可聴音に変換するための、音再生チャネルを備える。   A second aspect of the present disclosure relates to a hearing aid device used by a user. The hearing aid is configured to generate a corresponding digital acoustic input signal coupled to the first microphone signal and a first microphone for generating a first microphone signal in response to receiving the sound. And a multi-band signal processor according to any of the above embodiments coupled or connected to a digital audio input signal. The multiband signal processor is configured to receive and process the first microphone signal in response to a user's hearing loss. The hearing aid device comprises a sound reproduction channel for receiving the processed digital output signal of the multi-band signal processor and converting it into an audible sound for transmission to the user.

本開示の第3の態様は、ディジタル音響入力信号を処理して、処理されたディジタル出力信号を生成する方法に関し、この方法は、a)ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードを介してディジタル音響入力信号をオールパス・フィルタリングして、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるステップと、b)M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、所定数Nの周波数帯域における周波数ドメイン表現に変換して、それぞれの信号スペクトル値を計算するステップと、c)信号スペクトル値に基づいて所定数の周波数帯域におけるそれぞれの信号レベルを推定するステップと、d)それぞれの信号レベル推定量およびそれぞれの帯域利得規則に基づいて、所定数の周波数帯域に対するそれぞれの周波数ドメイン利得係数を計算するステップと、e)周波数ドメイン利得係数を時間ドメイン表現に変換して、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数を生成するステップと、f)M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するステップと、g)それぞれのサンプルのレートまたは所定のブロック・レートのいずれかに従って、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを更新するステップを含み、少なくとも2つの異なる周波数帯域の信号スペクトル値が、異なるレートで更新され、MおよびNのそれぞれが正の整数である。   A third aspect of the present disclosure relates to a method of processing a digital audio input signal to produce a processed digital output signal, the method comprising: a) a digital audio input signal via a cascade of digital allpass filters. All-pass filtering to generate M delayed digital acoustic signal samples; b) transforming the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation in a predetermined number N of frequency bands; Calculating a signal spectrum value; c) estimating each signal level in a predetermined number of frequency bands based on the signal spectrum value; and d) based on each signal level estimator and each band gain rule. , Each frequency domain gain factor for a given number of frequency bands E) transforming the frequency domain gain coefficient into a time domain representation to generate M time varying filter coefficients of the processing filter; and f) M delayed digital acoustic signal samples are processed into the processing filter. Convolution with the M time-varying filter coefficients to produce a processed digital output signal, and g) M delayed digital acoustics according to either the rate of each sample or a predetermined block rate Updating signal samples, wherein the signal spectral values of at least two different frequency bands are updated at different rates, each of M and N being a positive integer.

ディジタル音響入力信号を処理する方法の好ましい実施形態によれば、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルの各サンプル更新後、または各ブロック更新後に:ステップb)は、所定数の周波数帯域の部分集合を、それぞれの信号スペクトル値で更新することを含み、ステップc)は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの信号レベル推定量を更新することを含み、ステップd)は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの周波数ドメイン利得係数を更新するとともに、残りの周波数帯域の以前の周波数ドメイン利得係数を維持することを含み、ステップe)は、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数の更新値に変換することを含む。   According to a preferred embodiment of the method for processing a digital audio input signal, after each sample update of each of the M delayed digital audio signal samples, or after each block update: step b) comprises a subset of a predetermined number of frequency bands. Updating with the respective signal spectral values, step c) includes updating the respective signal level estimator of the frequency band subset, and step d) comprises updating each of the frequency band subsets. Updating the frequency domain gain factor and maintaining the previous frequency domain gain factor of the remaining frequency band, and step e) processing the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor Converting to an updated value of the M time-varying filter coefficients of the filter.

当業者であれば、周波数帯域の部分集合が単一の周波数帯域だけを含んでもよいことを理解するであろう。後者の実施形態においては、単一の周波数帯域の信号スペクトル値は、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルが、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算される、ステップf)の各実行に対して更新される。このことは、畳み込みプロセッサが、先に考察したそれぞれのサンプルのモードで動作するときに特に有利であり、その理由は、このモードは、先に考察した帯域更新スケジュールの好適な設計によって、特定の周波数帯域が高い更新レートを有することを可能にするためである。   One skilled in the art will appreciate that a subset of frequency bands may include only a single frequency band. In the latter embodiment, the signal spectrum value for a single frequency band is calculated for each execution of step f), where M delayed digital acoustic signal samples are convolved with M time-varying filter coefficients of the processing filter. Is updated. This is particularly advantageous when the convolution processor operates in the mode of each sample discussed above, because this mode is determined by the preferred design of the bandwidth update schedule discussed above. This is to allow the frequency band to have a high update rate.

好ましくは、周波数帯域の異なる部分集合が、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルの連続的なサンプルの更新の間、または連続的なブロックの更新の間に更新される。   Preferably, different subsets of frequency bands are updated during successive sample updates of M delayed digital acoustic signal samples or during successive block updates according to a predetermined iterative band update schedule. .

本開示の第4の態様は、信号プロセッサに、上記で概説した、ディジタル音響入力信号を処理する方法のステップa)〜g)を実行させて、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成された、実行可能なプログラム命令を含む、コンピュータ可読データ・キャリアに関する。コンピュータ可読データ・キャリアは、磁気ディスク、光学ディスク、メモリ・スティックまたはその他の任意の好適なデータ記憶媒体を備えてもよい。   A fourth aspect of the present disclosure is configured to cause a signal processor to perform steps a) -g) of the method for processing a digital acoustic input signal as outlined above to produce a processed digital output signal. Relates to a computer readable data carrier containing executable program instructions. The computer readable data carrier may comprise a magnetic disk, an optical disk, a memory stick or any other suitable data storage medium.

多帯域信号プロセッサは、ディジタル音響入力信号の受信のための信号入力と;ディジタル音響入力信号を受信するとともに、ディジタル・オールパス・フィルタ間に介在するそれぞれのタッピング・ノードにおいてM個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるように構成された、ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードと;M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成された、信号畳み込みプロセッサと;M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを周波数ドメイン表現に変換して、N個の周波数帯域におけるそれぞれの信号スペクトル値を生成するように構成された周波数ドメイン変換プロセッサと;それぞれの信号スペクトル値に基づいて、N個の周波数帯域においてそれぞれの信号レベル推定量を計算するように構成されたレベル推定器と;それぞれの信号レベル推定量および帯域利得規則に基づいて、N個の周波数帯域のそれぞれに対する周波数ドメイン利得係数を計算するように構成された、処理利得算出器と;N個の周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成された、逆周波数ドメイン変換プロセッサとを含み、周波数ドメイン変換プロセッサは、異なる帯域更新レートにおいて周波数帯域の少なくとも2つの、信号スペクトル値の少なくとも2つを与えるように構成されており、Mは正の整数であり、Nは正の整数である。   The multiband signal processor has a signal input for receiving a digital acoustic input signal; M delayed digital acoustic signals at each tapping node that receives the digital acoustic input signal and is interposed between the digital all-pass filters. A cascade of digital all-pass filters configured to generate samples; convolution of the M delayed digital acoustic signal samples with the M time-varying filter coefficients of the processing filter, and the processed digital output A signal convolution processor configured to generate a signal; configured to convert the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation to generate respective signal spectral values in the N frequency bands. A frequency domain transform processor; A level estimator configured to calculate respective signal level estimators in N frequency bands based on respective signal spectral values; and based on respective signal level estimators and band gain rules, A processing gain calculator configured to calculate a frequency domain gain factor for each of the N frequency bands; and to convert the N frequency domain gain factors into M time-varying filter coefficients of the processing filter. An inverse frequency domain transform processor configured to provide at least two of the signal spectrum values at least two of the frequency bands at different band update rates, and M is It is a positive integer and N is a positive integer.

任意選択で、信号畳み込みプロセッサは、それぞれのサンプルについて更新されるか、または、各ブロックが複数のディジタル音響信号サンプルを含む、それぞれのブロックについて更新されるように構成されている。   Optionally, the signal convolution processor is configured to be updated for each sample or to be updated for each block, where each block includes a plurality of digital acoustic signal samples.

任意選択で、周波数ドメイン変換プロセッサは、第1の帯域更新レートで、N個の周波数帯域の内の第1の周波数帯域に対する信号スペクトル値の1つを計算し、第1の帯域更新レートよりも低い更新レートで、N個の周波数帯域の内の第2の周波数帯域に対する信号スペクトル値の別の1つを計算するように構成されており、第1の周波数帯域の中心周波数が、第2の周波数帯域の中心周波数よりも高い。   Optionally, the frequency domain transform processor calculates one of the signal spectral values for the first frequency band of the N frequency bands at the first band update rate, and is greater than the first band update rate. Configured to calculate another one of the signal spectral values for the second of the N frequency bands at a low update rate, wherein the center frequency of the first frequency band is the second frequency band It is higher than the center frequency of the frequency band.

任意選択で、信号畳み込みプロセッサは、複数回の更新において更新され、更新のそれぞれに対して:周波数ドメイン変換プロセッサは、N個の周波数帯域の部分集合に対して、信号スペクトル値の部分集合を更新するように構成され;レベル推定器は、N個の周波数帯域の部分集合に対して信号レベル推定量の部分集合を更新するように構成され;処理利得算出器は、N個の周波数帯域の部分集合に対して周波数ドメイン利得係数の部分集合を更新するとともに、N個の周波数帯域の残りに対して周波数ドメイン利得係数の残りを維持するように構成されている。   Optionally, the signal convolution processor is updated in multiple updates, for each update: the frequency domain transform processor updates a subset of signal spectral values for a subset of N frequency bands. The level estimator is configured to update a subset of the signal level estimator for a subset of the N frequency bands; and the processing gain calculator is a portion of the N frequency bands. The frequency domain gain coefficient subset is updated for the set, and the remainder of the frequency domain gain coefficient is maintained for the remainder of the N frequency bands.

任意選択で、周波数帯域の部分集合は、N個の周波数帯域の内の単一の周波数帯域によって形成される。   Optionally, the subset of frequency bands is formed by a single frequency band of N frequency bands.

任意選択で、逆周波数ドメイン変換プロセッサは、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、一組のスカラー‐ベクトル乗算を実行することによって、M個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成され;スカラー‐ベクトル乗算に含まれるスカラーは、更新された周波数ドメイン利得係数または維持された周波数ドメイン利得係数を含み、スカラー‐ベクトル乗算に含まれるベクトルは、IFFTに基づく合成行列の係数の1つの行または列を含む。   Optionally, the inverse frequency domain transform processor transforms the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into M time-varying filter coefficients by performing a set of scalar-vector multiplications. The scalar included in the scalar-vector multiplication includes an updated frequency domain gain factor or a maintained frequency domain gain factor, and the vector included in the scalar-vector multiplication is an IFFT-based composite matrix Contains one row or column of coefficients.

任意選択で、周波数ドメイン変換プロセッサは、一定の更新レートでそれぞれの周波数帯域に対して、信号スペクトル値を更新するように構成されている。   Optionally, the frequency domain transform processor is configured to update the signal spectral values for each frequency band at a constant update rate.

任意選択で、周波数ドメイン変換プロセッサは、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、信号スペクトル値を更新するように構成されている。   Optionally, the frequency domain transform processor is configured to update the signal spectrum values according to a predetermined iterative band update schedule.

任意選択で、周波数ドメイン変換プロセッサは、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルと、離散フーリエ変換行列の行の、窓付けされた(windowed)または窓付けされていない(un-windowed)離散フーリエ変換係数の間のベクトル内積として、信号スペクトル値の少なくとも1つを計算するように構成されている。   Optionally, the frequency domain transform processor includes windowed or un-windowed discrete Fourier transform coefficients of the M delayed digital acoustic signal samples and the rows of the discrete Fourier transform matrix. Is configured to calculate at least one of the signal spectral values as a vector dot product between.

任意選択で、帯域利得規則の1つまたは複数が、ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ圧縮、ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ拡大、またはディジタル音響入力信号のノイズ低減を提供するように構成されている。   Optionally, one or more of the band gain rules are configured to provide multi-band dynamic range compression of the digital audio input signal, multi-band dynamic range expansion of the digital audio input signal, or noise reduction of the digital audio input signal Has been.

ユーザによって使用される補聴装置であって、多帯域信号プロセッサと;多帯域信号プロセッサに結合された第1のマイクロフォンと;多帯域信号プロセッサに結合されたスピーカとを備える、補聴装置が開示される。
ディジタル音響入力信号を処理して、処理されたディジタル出力信号を生成する方法が開示される。その方法は、ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードを介してディジタル音響入力信号をオールパス・フィルタリングして、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるステップと;M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、N個の周波数帯域における周波数ドメイン表現に転換して、それぞれの信号スペクトル値を計算するステップと;信号スペクトル値に基づいて、N個の周波数帯域におけるそれぞれの信号レベル推定量を求めるステップと;それぞれの信号レベル推定量と帯域利得規則に基づいて、N個の周波数帯域に対する、それぞれの周波数ドメイン利得係数を計算するステップと;周波数ドメイン利得係数を、時間ドメイン表現に変換して、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数を生成するステップと;処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するステップと;それぞれのサンプルのレートまたは所定のブロック・レートに従ってM個の遅延ディジタル音響信号サンプルを更新するステップとを含み、N個の周波数帯域の内の少なくとも2つに対する、信号スペクトル値の少なくとも2つが、異なるレートで更新され、Mは正の整数であり、Nも正の整数である。
A hearing aid device for use by a user, comprising: a multi-band signal processor; a first microphone coupled to the multi-band signal processor; and a speaker coupled to the multi-band signal processor. .
A method for processing a digital acoustic input signal to produce a processed digital output signal is disclosed. The method includes the steps of all-pass filtering the digital audio input signal through a cascade of digital all-pass filters to generate M delayed digital audio signal samples; Converting to a frequency domain representation in the number of frequency bands and calculating a respective signal spectrum value; determining a respective signal level estimator in the N frequency bands based on the signal spectrum value; Calculating respective frequency domain gain coefficients for the N frequency bands based on the signal level estimator and the band gain rule; and converting the frequency domain gain coefficients into a time domain representation to generate M processing filters. Generating a time-varying filter coefficient of Convolution of the M delayed digital acoustic signal samples with the M time-varying filter coefficients of the processing filter to produce a processed digital output signal; according to the rate of each sample or a predetermined block rate Updating M delayed digital acoustic signal samples, wherein at least two of the signal spectral values for at least two of the N frequency bands are updated at different rates, and M is a positive integer. , N are also positive integers.

任意選択で、前記方法は、N個の周波数帯域の部分集合に対する信号スペクトル値の部分集合を更新するステップ;N個の周波数帯域の部分集合に対する信号レベル推定量の部分集合を更新するステップと;N個の周波数帯域の部分集合に対する周波数ドメイン利得係数の部分集合を更新するステップと;N個の周波数帯域の残りに対する周波数ドメイン利得係数の残りを維持するステップとをさらに含む。   Optionally, the method updates a subset of signal spectral values for a subset of N frequency bands; updating a subset of signal level estimators for a subset of N frequency bands; Updating a subset of frequency domain gain factors for a subset of N frequency bands; and maintaining a remainder of frequency domain gain factors for the remainder of N frequency bands.

任意選択で、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルは、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って更新される。   Optionally, the M delayed digital acoustic signal samples are updated according to a predetermined repetitive band update schedule.

信号プロセッサによってそれを実行することによって、先述の方法のいずれかが行われる、実行可能なプログラム命令を記憶する非一時的(non-transitory)媒体を備える、コンピュータ製品が開示される。   Disclosed is a computer product comprising a non-transitory medium that stores executable program instructions that perform any of the foregoing methods by performing it with a signal processor.

その他およびさらなる態様および特徴は、以下の実施形態の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。   Other and further aspects and features will become apparent from the following detailed description of the embodiments.

実施形態を、以下の添付の図面に関連してより詳細に説明する。   Embodiments will be described in more detail in connection with the following accompanying drawings.

サイドブランチ・アーキテクチャを有する従来技術の高速フーリエ変換(FFT)に基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a prior art Fast Fourier Transform (FFT) based multi-band dynamic range compressor having a side branch architecture. FIG. いくつかの実施形態による、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器の簡略された概略ブロック図である。FIG. 2 is a simplified schematic block diagram of a multi-band dynamic range compressor, according to some embodiments. 図2の多帯域ダイナミックレンジ圧縮器の圧縮フィルタの一組の時間変化圧縮フィルタ係数の計算を示す、概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating calculation of a set of time-varying compression filter coefficients of the compression filter of the multi-band dynamic range compressor of FIG. 2. 図2の多帯域ダイナミックレンジ圧縮器のための、行列充填(matrix filling)方法に基づく、第1の例示的帯域更新スケジュールを示す図である。FIG. 3 shows a first exemplary band update schedule based on a matrix filling method for the multi-band dynamic range compressor of FIG. 周波数帯域の繰り返しパターンを含む、図2の多帯域ダイナミックレンジ圧縮器のための、第2の帯域更新スケジュールを示す図である。FIG. 3 shows a second band update schedule for the multi-band dynamic range compressor of FIG. 2 including a frequency band repeat pattern. スペクトルのカバー範囲を最適化するために、図4Bに示される帯域更新スケジュールを使用する、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器の処理された出力信号の時間‐周波数プロットを示す図である。4B is a time-frequency plot of the processed output signal of a multi-band dynamic range compressor using the band update schedule shown in FIG. 4B to optimize spectral coverage. FIG.

以下に、図面を参照して、様々な実施形態について説明する。なお、図面は必ずしも実寸通りには描かれていないこと、および同様の構造または機能の要素は、全ての図面を通して同一の参照番号で表されていることに留意されたい。また、図面は、実施形態の説明を容易にすることだけを意図するものである。これらの図面は、特許請求の範囲に記載された発明の網羅的な説明を意図するものではなく、また特許請求の範囲に記載された発明を限定することを意図するものでもない。さらに、図示された実施形態が、示されたすべての態様または利点を有する必要はない。特定の実施形態に関係して記述された態様または利点は、必ずしもその実施形態に限定されるものではなく、そのように図示されていない場合、またはそのように明示的に記述されていない場合でも、その他の任意の実施形態において実施することができる。   Various embodiments will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are not necessarily drawn to scale, and elements of similar structure or function are represented by the same reference numerals throughout the drawings. Moreover, the drawings are only intended to facilitate the description of the embodiments. These drawings are not intended to be an exhaustive description of the invention recited in the claims, nor are they intended to limit the invention as described in the claims. Moreover, the illustrated embodiments need not have all the aspects or advantages shown. The aspects or advantages described in connection with a particular embodiment are not necessarily limited to that embodiment, even if not so illustrated or explicitly described as such. It can be implemented in any other embodiment.

図1は、いわゆるサイドブランチ・アーキテクチャを有する、従来技術の高速フーリエ変換(FFT)に基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器100の概略ブロック図である。多帯域ダイナミックレンジ圧縮器100は、サイドブランチを使用して、周波数解析、圧縮利得係数算出および音響入力信号の周波数合成を行う。ディジタル音響入力信号x(n)は、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器100の入力1001に加えられて、K個の1次オールパス・フィルタA(z)のカスケードを介して伝播して、遅延ディジタル音響信号サンプルの系列p(n)〜p(n)を生成する。従来の純粋な遅延ではなく、1次オールパス・フィルタを使用することで、周波数解析および周波数合成が実施される周波数スケールを、先に考察したような多数の望ましい特性を有する、いわゆるワープ周波数スケールに変換する。次いで、上記遅延サンプルの系列p(n)〜p(n)は、窓付けされて(windowed)、窓付けされた系列を使用して、FFTが算出される(1005)。FFTの結果は、バーク(Bark)周波数スケール上で、一定間隔でサンプリングされた周波数スペクトルである。入力データ系列は窓付けされているので、周波数スペクトルは、ワープ周波数ドメインにおいて平滑化されて、それによって重複周波数帯域を生成する。周波数ドメイン・レベル推定量(例えば、パワー・スペクトル)は、ワープFFTから計算され、次いで、周波数ドメイン利得係数(例えば、圧縮利得)が、音響解析帯域に対して、ワープ・パワー・スペクトルから計算される(1007)。周波数ドメイン利得係数は、純粋な実数であるので、ワープ時間ドメイン・フィルタの逆FFTの結果として、実数であり、偶対称性を有する1組のフィルタ係数が得られる(1009)。次いで、システム音響出力y(n)が、遅延ディジタル音響信号サンプルの系列p(n)〜p(n)を圧縮利得フィルタで畳み込み演算することで算出され(1011)、この場合にg(n)は圧縮フィルタ係数である。所定のブロック・レート、例えば16kHzサンプリング周波数において、ブロックごとに24サンプルに対して、1.5ミリ秒で動作している、FFT演算1005は、すべての周波数帯域におけるパワー・スペクトルの同期的な更新、したがって、全周波数帯域の同一の更新レートにつながり、先に考察した問題につながる。 FIG. 1 is a schematic block diagram of a multi-band dynamic range compressor 100 based on a prior art Fast Fourier Transform (FFT) having a so-called side branch architecture. The multiband dynamic range compressor 100 uses a side branch to perform frequency analysis, compression gain coefficient calculation, and frequency synthesis of an acoustic input signal. The digital acoustic input signal x (n) is applied to the input 1001 of the multiband dynamic range compressor 100 and propagates through a cascade of K first-order allpass filters A (z) to produce a delayed digital acoustic signal. A sequence of samples p 0 (n) to p K (n) is generated. By using a first-order all-pass filter rather than the traditional pure delay, the frequency scale on which frequency analysis and frequency synthesis are performed becomes a so-called warped frequency scale with many desirable characteristics as discussed above. Convert. The sequence of delayed samples p 0 (n) -p K (n) is then windowed and an FFT is calculated using the windowed sequence (1005). The result of the FFT is a frequency spectrum sampled at regular intervals on the Bark frequency scale. Since the input data sequence is windowed, the frequency spectrum is smoothed in the warped frequency domain, thereby generating overlapping frequency bands. A frequency domain level estimator (eg, power spectrum) is calculated from the warp FFT, and then a frequency domain gain factor (eg, compression gain) is calculated from the warp power spectrum for the acoustic analysis band. (1007). Since the frequency domain gain factor is a pure real number, the result of the inverse FFT of the warped time domain filter is a real number and a set of filter coefficients with even symmetry is obtained (1009). The system sound output y (n) is then calculated by convolving the delayed digital sound signal sample sequence p 0 (n) -p K (n) with a compression gain filter (1011), in this case g K (N) is a compression filter coefficient. Operating at 1.5 ms for 24 samples per block at a given block rate, eg 16 kHz sampling frequency, the FFT operation 1005 is a synchronous update of the power spectrum in all frequency bands Therefore, it leads to the same update rate for all frequency bands, leading to the problems discussed above.

図2は、いくつかの実施形態による、多帯域信号プロセッサ200の簡略化された概略ブロック図である。この実施形態においては、多帯域信号プロセッサは、多帯域ダイナミックレンジ圧縮器200として機能するように構成されているが、当業者は、多帯域信号プロセッサのその他の実施形態において、適切に適合させることによって、多帯域の拡大またはノイズ低減などの他の信号処理機能を実現してもよいことに気付くであろう。   FIG. 2 is a simplified schematic block diagram of a multi-band signal processor 200 according to some embodiments. In this embodiment, the multi-band signal processor is configured to function as a multi-band dynamic range compressor 200, but those skilled in the art will appropriately adapt in other embodiments of the multi-band signal processor. It will be appreciated that other signal processing functions such as multi-band expansion or noise reduction may be implemented.

多帯域ダイナミックレンジ圧縮器200は、圧縮器200へのディジタル音響入力信号を受け入れるための、信号入力、Audio inを備える。圧縮器200を通過する直接的な音響信号経路は、ディジタル音響入力信号を受信して、ディジタル・オールパス・フィルタ間に介在するそれぞれのタッピング・ノード(黒点)において複数の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させる、M−1個のディジタル・オールパス・フィルタ201a、201b、...201M−1のカスケードを含む。カスケードのディジタル・オールパス・フィルタ201a、201b、...201M−1の数は、圧縮器200の特定の用途の性能要件およびパワー要件に応じて変わることになる。補聴装置用途における多帯域圧縮のための複数の有用な実施形態において、ディジタル・オールパス・フィルタの数、M−1は、7から63であり、それぞれ、8から64の遅延ディジタル音響信号サンプルを、タッピング・ノードにおいて発生させる。   Multiband dynamic range compressor 200 includes a signal input, Audio in, for accepting a digital audio input signal to compressor 200. A direct acoustic signal path through the compressor 200 receives the digital acoustic input signal and generates a plurality of delayed digital acoustic signal samples at each tapping node (spot) interposed between the digital all-pass filters. M-1 digital all-pass filters 201a, 201b,. . . 201M-1 cascade. Cascade digital all-pass filters 201a, 201b,. . . The number of 201M-1 will vary depending on the performance and power requirements of the particular application of the compressor 200. In a number of useful embodiments for multi-band compression in hearing aid applications, the number of digital allpass filters, M-1, is 7 to 63, and 8 to 64 delayed digital acoustic signal samples, respectively, Generate at the tapping node.

直接的な音響信号経路は、M個の乗算器202a、...202MのM個の出力に結合された、加算関数215を含む、信号畳み込みプロセッサをさらに含む。信号畳み込みプロセッサは、複数の遅延ディジタル音響信号サンプルの連続的なサンプル、またはサンプルのブロックを、圧縮フィルタのM個の時間変化圧縮フィルタ係数g〜gを用いて、所定の更新レートで畳み込み演算し、多帯域圧縮器200のディジタル音響出力、Audio Out(n)において、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成されている。Nは正の整数であり、好ましくは、Mに等しいか、またはそれよりも小さい。当業者であれば、更新レートは、多帯域圧縮器200の処理が、ブロックに基づくものであるか、またはそれぞれのサンプルに基づくものであるかによって変わる可能性があることを理解するであろう。多帯域圧縮器200のブロックに基づく実施形態において、サンプルのブロックは、タッピング・ノードにおける、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルのすべて、またはいずれかの部分集合を含んでもよい。多帯域圧縮器200のサンプル毎の更新レートは、多帯域圧縮機200が、ディジタル音響入力信号におけるインパルスノイズ、またはその他の望ましくない過渡状態(transient)に対して特に迅速に応答することを可能とし、それによってユーザの不快感を最小化する。当業者であれば、k=1,2,...Mに対するタッピング・ノード202kは、乗算x_k(n)*g_k(n)を実行し、ここで「*」は乗算を意味し、x_k(n)は、時間nにおける、遅延ライン、すなわちディジタル・オールパス・フィルタのカスケードのk番目タップにおける信号であり、g_k(n)は、時間nにおけるk番目の時間変化圧縮フィルタ係数であることを理解するであろう。加算ノード215は、単にその入力を加算して、その結果を出力、Audio Out(n)に送出する。信号畳み込みプロセッサは、次の計算を行う:
Audio Out(n)=sum_k〔x_k(n)*g_k(n)〕、但しsum_kは、k=1からMまでの総計を意味する。
The direct acoustic signal path includes M multipliers 202a,. . . Further included is a signal convolution processor that includes a summing function 215 coupled to the 202 outputs of 202M. The signal convolution processor convolves a contiguous sample, or block of samples, of a plurality of delayed digital acoustic signal samples with a predetermined update rate using M time-varying compression filter coefficients g 1 -g M of the compression filter. Arithmetic and configured to generate a processed digital output signal in the digital audio output, Audio Out (n), of the multi-band compressor 200. N is a positive integer and is preferably less than or equal to M. One skilled in the art will appreciate that the update rate may vary depending on whether the processing of the multi-band compressor 200 is based on blocks or on each sample. . In an embodiment based on the block of multi-band compressor 200, the block of samples may include all or any subset of the M delayed digital acoustic signal samples at the tapping node. The sample-by-sample update rate of the multi-band compressor 200 allows the multi-band compressor 200 to respond particularly quickly to impulse noise or other undesirable transients in the digital acoustic input signal. , Thereby minimizing user discomfort. A person skilled in the art k = 1, 2,. . . The tapping node 202k for M performs the multiplication x_k (n) * g_k (n), where “*” means multiplication, and x_k (n) is the delay line, or digital allpass, at time n. It will be understood that the signal at the kth tap of the cascade of filters, g_k (n) is the kth time-varying compression filter coefficient at time n. The adder node 215 simply adds the inputs, outputs the result, and sends it to Audio Out (n). The signal convolution processor performs the following calculations:
Audio Out (n) = sum_k [x_k (n) * g_k (n)], where sum_k means the total from k = 1 to M.

多帯域圧縮器200は、いわゆるサイドチェーン・プロセッサまたはサイドチェーン関数205をさらに含み、これは、周波数ドメイン変換プロセッサ203(「解析フィルタ・バンク」と表記されることが多い)、逆周波数ドメイン変換プロセッサ209(「合成フィルタ・バンク」と表記されることが多い)、および前記の2つの変換プロセッサ203、209の間に介在された、処理利得算出器207を含む。最後に、サイドチェーン・プロセッサまたはサイドチェーン関数205は、帯域セレクタ206を備えており、これは、図3を参照して以下にさらに詳細に説明するように、複数の個々の周波数帯域の任意の特定の周波数帯域における、信号スペクトル値、および付随する周波数ドメイン利得係数が、算出または更新される順番、すなわち頻度を制御する。サイドチェーン・プロセッサ205の出力は、先に考察したN個の時間変化圧縮フィルタ係数、または圧縮ベクトル、g〜gである。M個の遅延ディジタル音響信号サンプルは、周波数ドメイン変換プロセッサ203の入力に加えられ、この変換プロセッサ203は、遅延ディジタル音響信号サンプルを周波数ドメイン表現に変換して、変換プロセスによって作成された所定数の周波数帯域のそれぞれにおける信号スペクトル値を生成する。周波数帯域の数はM/2+1に一致してもよく、M=32の設定が17の周波数帯域に対応するようにしてもよい。これらの周波数帯域は、好ましくは、窓関数、例えば、ハニング窓(Hanning window)によって制御される重複幅(overlap)で重複している。 The multi-band compressor 200 further includes a so-called side chain processor or side chain function 205, which is a frequency domain transform processor 203 (often referred to as “analysis filter bank”), an inverse frequency domain transform processor. 209 (often referred to as “synthesis filter bank”) and a processing gain calculator 207 interposed between the two transform processors 203, 209. Lastly, the sidechain processor or sidechain function 205 includes a band selector 206, which, as will be described in more detail below with reference to FIG. Controls the order, i.e., frequency, in which signal spectral values and associated frequency domain gain factors in a particular frequency band are calculated or updated. The output of the sidechain processor 205 is the N time-varying compression filter coefficients or compression vectors, g 1 to g M , discussed above. The M delayed digital acoustic signal samples are added to the input of a frequency domain transform processor 203, which transforms the delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation for a predetermined number of times created by the transformation process. A signal spectrum value in each frequency band is generated. The number of frequency bands may match M / 2 + 1, and the setting of M = 32 may correspond to 17 frequency bands. These frequency bands preferably overlap with an overlap controlled by a window function, eg, a Hanning window.

周波数ドメイン変換プロセッサ203、または代替的に処理利得算出器207は、対象とする周波数帯域における所定の信号スペクトル値に基づいて、周波数帯域のそれぞれに対する信号レベル推定量を計算するように構成された、レベル推定器(図2には示されていないが、図3のアイテム313として示されている)を備える。信号レベル推定量には、例えば、振幅、パワーまたはエネルギーレベルの推定量を含めてもよい。各周波数におけるレベル推定量には、また、アタック時間およびリリース時間などの特定の時間定数も含めてもよい。帯域利得規則は、例えば、対象とする周波数帯域内での音響信号の特定の圧縮比を定義する。圧縮比は、ディジタル音響入力信号の全レベルにわって一定であってもよく、またはディジタル音響入力信号のダイナミックレンジにわたって可変であってよい。帯域利得規則は、様々な方法で定義してもよい。一実施形態において、帯域利得規則は、信号レベル推定量の値を、対応する周波数ドメイン利得係数Gの値にマッピングするルックアップ・テーブルを介して定義してもよい。帯域利得規則は、異なる周波数帯域間で異なるか、または2つ以上の周波数帯域において本質的に同一であってもよい。しかしながら、聴覚障害ユーザの聴覚損失の最適な聴覚損失補償を行うために、少なくとも2つの異なる周波数帯域において、異なる帯域利得規則、およびそれにより異なることの多い圧縮パラメータを使用するのが有利なことが多い。 The frequency domain transform processor 203, or alternatively the processing gain calculator 207, is configured to calculate a signal level estimator for each of the frequency bands based on a predetermined signal spectrum value in the frequency band of interest. A level estimator (not shown in FIG. 2, but shown as item 313 in FIG. 3) is provided. The signal level estimator may include, for example, an amplitude, power or energy level estimator. The level estimator at each frequency may also include specific time constants such as attack time and release time. The band gain rule defines, for example, a specific compression ratio of an acoustic signal within a target frequency band. The compression ratio may be constant over the entire level of the digital sound input signal or may be variable over the dynamic range of the digital sound input signal. Band gain rules may be defined in various ways. In one embodiment, the band gain rule may be defined via a look-up table that maps signal level estimator values to corresponding frequency domain gain factor G k values. Band gain rules may differ between different frequency bands or may be essentially the same in more than one frequency band. However, it may be advantageous to use different band gain rules and thus different compression parameters in at least two different frequency bands in order to provide optimal hearing loss compensation for hearing loss of hearing impaired users. Many.

計算された周波数ドメイン利得係数Gは、以下に説明する係数合成によって、周波数ドメイン利得係数を、圧縮係数フィルタのM個の時間変化圧縮フィルタ係数g〜gに変換するように構成された、逆周波数ドメイン変換プロセッサ209に送られる。 Calculated frequency-domain gain factor G k is the coefficient synthesis described below, a frequency-domain gain factor, which is configured to convert the M time compression factor filter change compression filter coefficients g 1 to g M , And sent to the inverse frequency domain transform processor 209.

上述のように、帯域セレクタ206は、複数の個々の周波数帯域の内の任意の特定の周波数帯域における信号スペクトル値を算出または更新する順番を制御し、したがってその頻度を制御する。好ましくは、少なくとも2つの異なる周波数帯域の信号スペクトル値の帯域更新レートは異なる。例えば200Hzが中心である低周波数帯域の帯域更新レートを、例えば約5kHzが中心である高周波数帯域の帯域更新レートよりも、例えば全体的に低くすることで、高周波数帯域における信号レベルを正確に推定するためにより多くの計算リソースが当てられるようにしてもよい。このことは、例えば、先に考察したインパクトノイズにより生じるものについて、到来音のレベルをより迅速に変化することが期待されるため、有利である。高周波数帯域の帯域更新レートは、例えば、多帯域圧縮器200の畳み込みプロセッサのブロック・レートまたはそれぞれのサンプルの更新レートに等しくしてもよい。それぞれのサンプルの更新レートは、ディジタル音響入力信号の選択されたサンプリング周波数の逆数に対応する。このサンプリング周波数は、典型的な聴覚装置用途に対しては、16kHzから48kHzとしてもよい。サンプルのブロックには、4から64のサンプルを含めてもよい。他方、低周波数帯域の更新レートは、第2、第3、第4などのサンプル毎、または第2、第3、第4などのサンプルのブロック毎に対応させて、低周波数帯域の更新レートが、高周波数帯域の更新レートの、少なくとも2分の1よりも小さくなるようにしてもよい。異なる周波数帯域間の更新帯域レートにこのような違いがあることは、先に考察した従来技術の高速フーリエ変換(FFT)に基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器100とは対照的である。従来技術では、FFTに基づくブロック処理のために、全周波数帯域におけるパワー・スペクトルの更新レートが同じである。   As described above, the band selector 206 controls the order in which signal spectrum values are calculated or updated in any particular frequency band of the plurality of individual frequency bands, and thus controls its frequency. Preferably, the band update rates of the signal spectrum values of at least two different frequency bands are different. For example, by making the band update rate in the low frequency band centered at 200 Hz, for example, generally lower than the band update rate in the high frequency band centered at about 5 kHz, the signal level in the high frequency band can be accurately More computational resources may be allocated for estimation. This is advantageous because, for example, it is expected that the level of the incoming sound will change more quickly for what is caused by the impact noise discussed above. The band update rate of the high frequency band may be equal to, for example, the block rate of the convolution processor of the multiband compressor 200 or the update rate of each sample. The update rate of each sample corresponds to the inverse of the selected sampling frequency of the digital acoustic input signal. This sampling frequency may be 16 kHz to 48 kHz for typical hearing device applications. A block of samples may include 4 to 64 samples. On the other hand, the low-frequency band update rate corresponds to each sample of the second, third, fourth, etc. or each block of the second, third, fourth, etc. The update rate of the high frequency band may be smaller than at least one half. This difference in update band rates between different frequency bands is in contrast to the prior art multi-band dynamic range compressor 100 based on the Fast Fourier Transform (FFT) discussed above. In the prior art, because of block processing based on FFT, the update rate of the power spectrum in the entire frequency band is the same.

図3は、図2のサイドチェーン関数205または多帯域圧縮器200のブランチにおいて、先に考察したM個の時間変化圧縮フィルタ係数g〜gを計算する方法をさらに詳細に示す、概略ブロック図300である。M個の遅延ディジタル音響信号サンプルx〜xn−M+1が、周波数ドメイン変換プロセッサ203のそれぞれの乗算器の入力に加えられる。周波数ドメイン表現への変換は、本実施形態においては短時間フーリエ変換(STFT)アルゴリズムによって実施され、STFT係数の重み付けは、適当な窓関数、例えばハニング窓による窓付け処理(windowing)の結果として得られる。この計算は、行列‐ベクトル積である、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルx〜xn−M+1とSTFT係数行列との積が、ベクトル‐ベクトル積の系列として実行できるという特性を利用している。より具体的には、STFT行列の、詳細なフローチャート203aにおいてW1k〜WMkで示されている、STFT係数のk番目の行のM個の係数と、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルとの間の内積は、解析フィルタ203のk番目の周波数帯域における更新された信号スペクトル値を決定する。このk番目の周波数帯域の更新された信号スペクトル値は、加算関数311の出力に現れる。k番目の周波数帯域における信号スペクトル値の信号レベル推定量Pは、パワー推定関数313において求められ、この関数においては、対数パワー推定量が、信号スペクトル値を2乗し、その結果の対数をとることによって形成される。信号レベル推定量Pは、先に考察した処理利得算出器207に加えられ、この算出器は、k番目の周波数帯域の以前に考察した帯域利得規則に基づいて、周波数ドメイン利得係数Gの対応する更新値を計算する。一方で、現在のサンプル周期において未処理のまま、または更新されないままとなる、残りのN−1個の周波数帯域の周波数ドメイン利得係数のそれぞれの以前の値は、サイドチェーン・プロセッサまたはサイドチェーン関数205の適切なメモリ要素(図示せず)によって維持される。STFT係数とM個の遅延ディジタル音響信号サンプルの間のベクトル内積は、STFT係数の特定の行、例えば、それぞれ9番目の周波数帯域および13番目の周波数帯域に対応する、W19〜WM9やW13〜WM3などをそれぞれ含む、STFTベクトルの事前選択された組のそれぞれに対して実施される。このようにして、各周波数帯域における信号スペクトル値が、帯域セレクタ206によって制御される所定の順番または順序で計算される。この順番または順序は、任意の特定の周波数帯の信号スペクトル値を、どのような順番で、およびどの程度の頻度で算出または更新するかを決定する、所定の帯域更新スケジュール、または帯域サンプリング・スケジュールを定義する。 FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating in more detail how the M time-varying compression filter coefficients g 1 -g M discussed above are calculated in the side chain function 205 of FIG. 2 or the branch of the multi-band compressor 200. FIG. M delayed digital acoustic signal samples x n to x n −M + 1 are applied to the input of each multiplier of the frequency domain transform processor 203. The conversion to the frequency domain representation is performed in this embodiment by a short time Fourier transform (STFT) algorithm, and the weighting of the STFT coefficients is obtained as a result of windowing with an appropriate window function, for example a Hanning window. It is done. This calculation, matrix - a vector product, the product of the M delay digital audio signal samples x n ~x n-M + 1 and STFT coefficient matrix, vector - using the characteristics that can be executed as a sequence of the vector product Yes. More specifically, the STFT matrix of M coefficients in the kth row of STFT coefficients, denoted W 1k to W Mk in the detailed flowchart 203a, and M delayed digital acoustic signal samples, The inner product between them determines the updated signal spectrum value in the k th frequency band of the analysis filter 203. The updated signal spectrum value of the kth frequency band appears at the output of the addition function 311. The signal level estimation amount P k of the signal spectrum value in the k-th frequency band is obtained by the power estimation function 313, in which the logarithmic power estimation amount squares the signal spectrum value and the logarithm of the result is obtained. Formed by taking. The signal level estimator P k is applied to the processing gain calculator 207 discussed above, which calculates the frequency domain gain factor G k based on the previously considered band gain rule for the k th frequency band. Calculate the corresponding update value. On the other hand, each previous value of the frequency domain gain factor for the remaining N-1 frequency bands that remains unprocessed or not updated in the current sample period is the side chain processor or side chain function. Maintained by 205 appropriate memory elements (not shown). The vector dot product between the STFT coefficient and the M delayed digital acoustic signal samples is a specific row of STFT coefficients, eg, W 19 to W M9 and W corresponding to the 9th and 13th frequency bands, respectively. It is implemented for each of the preselected sets of STFT vectors, including 13 to W M3 , respectively. In this way, signal spectrum values in each frequency band are calculated in a predetermined order or sequence controlled by the band selector 206. This order or order is a predetermined band update schedule or band sampling schedule that determines in what order and how often the signal spectrum values of any particular frequency band are calculated or updated. Define

例示的な帯域更新スケジュールまたはサンプリング・スケジュール400が、図4Aに図示されている。図4Aの例は、M=32であり、17の異なる周波数帯域を有する実施形態において、上述の多帯域圧縮器200に対するものである。さらに、本実施形態において、信号畳み込みプロセッサは、それぞれのサンプルのレートで更新され、例示的な帯域サンプリング・スケジュール400の特性は、それぞれのサンプルの更新レートに適合される。当業者は、代替実施形態における信号畳み込みプロセッサは、適切なブロック・レートで更新して、帯域更新スケジュールをそれに適合させてもよいことを理解するであろう。   An exemplary bandwidth update schedule or sampling schedule 400 is illustrated in FIG. 4A. The example of FIG. 4A is for the multi-band compressor 200 described above in an embodiment where M = 32 and 17 different frequency bands. Further, in this embodiment, the signal convolution processor is updated at the rate of each sample, and the characteristics of the exemplary band sampling schedule 400 are adapted to the update rate of each sample. One skilled in the art will appreciate that the signal convolution processor in alternative embodiments may be updated at an appropriate block rate to adapt the bandwidth update schedule thereto.

帯域サンプリング・スケジュール400は、17の異なる周波数帯域の特定の周波数帯域を定義する周波数帯域インデックスである、8列と6行の整数を含むスケジュール行列400として配列される。多帯域圧縮器の信号畳み込みプロセッサのそれぞれのサンプルの更新において、単一の周波数帯域だけが、処理されて更新される。任意の特定のサンプル時間において更新または処理される周波数帯域の数は、「帯域更新スケジュール」によって示される。次に、閉ループ・スケジュール曲線402で示されるような、スケジュール行列400を通過する、列方向軌跡(column wise trajectory)を考える。この軌跡は、帯域更新スケジュールを定義する。各サンプル周期において、帯域セレクタ206は、帯域更新スケジュールにおける次のエントリに進み、それによって、更新または処理しようとする周波数帯域を選択する。したがって、閉ループ・スケジュール曲線402の方向は、周波数帯域が更新/サンプリングされるとともに、周波数帯域のそれぞれのレベル推定量および付随の周波数ドメイン利得係数が更新される、方向および順番を示す。例えば、サンプル時間ステップnにおいて、閉ループ・スケジュール曲線402が、行列エントリ(3,7)に位置する場合には、スケジュール行列400の円405で示されるように、選択される周波数帯域は、番号13である。後続のサンプル時間ステップ(n+1)において、閉ループ・スケジュール曲線は、行列エントリ(4,7)となり、周波数帯域番号15が更新される。   Band sampling schedule 400 is arranged as a schedule matrix 400 containing 8 columns and 6 rows of integers, which are frequency band indexes that define specific frequency bands of 17 different frequency bands. In updating each sample of the signal convolution processor of the multi-band compressor, only a single frequency band is processed and updated. The number of frequency bands that are updated or processed at any particular sample time is indicated by a “band update schedule”. Next, consider a column wise trajectory passing through the schedule matrix 400, as shown by the closed loop schedule curve 402. This trajectory defines the bandwidth update schedule. In each sample period, band selector 206 proceeds to the next entry in the band update schedule, thereby selecting the frequency band to be updated or processed. Accordingly, the direction of the closed loop schedule curve 402 indicates the direction and order in which the frequency bands are updated / sampled, and the respective level estimators and associated frequency domain gain factors of the frequency bands are updated. For example, if the closed loop schedule curve 402 is located at matrix entry (3, 7) at sample time step n, the frequency band selected will be number 13 as shown by circle 405 in schedule matrix 400. It is. In the subsequent sample time step (n + 1), the closed loop schedule curve becomes a matrix entry (4, 7) and the frequency band number 15 is updated.

閉ループ・スケジュール曲線402の閉じた特性は、帯域更新スケジュールまたはサンプリング・スケジュールが、6*8=48のサンプル周期または時間ステップ毎に繰り返されることを意味する。なお、構築によって、この行列充填方法は、同じ周波数帯域の選択と更新の間の、サンプル時間周期またはステップの数、すなわち、帯域更新レート、または帯域サンプリング周期が、各周波数帯域に対して一定となることを確かなものとする。例えば、周波数帯域4に対する帯域更新レートは、スケジュール行列400を通過する完全な巡回に対応して、48サンプル周期である。ディジタル音響入力信号の16kHzサンプリング周波数に対して、これは、約3msの帯域更新レートに対応する。周波数帯域9に対して、帯域更新レートは、24サンプル周期であり、周波数帯域16に対して、帯域更新レートは、6サンプル周期であり、これらは、それぞれ約1.5msおよび約0.375msに対応する。   The closed nature of the closed loop schedule curve 402 means that the bandwidth update schedule or sampling schedule is repeated every 6 * 8 = 48 sample periods or time steps. Note that, depending on the construction, this matrix filling method is such that the number of sample time periods or steps between selection and update of the same frequency band, i.e., the band update rate, or the band sampling period, is constant for each frequency band. To be certain. For example, the band update rate for frequency band 4 is 48 sample periods, corresponding to a complete cycle through schedule matrix 400. For a 16 kHz sampling frequency of the digital acoustic input signal, this corresponds to a band update rate of about 3 ms. For frequency band 9, the band update rate is 24 sample periods and for frequency band 16, the band update rate is 6 sample periods, which are about 1.5 ms and about 0.375 ms, respectively. Correspond.

したがって、周波数帯域4、9および16の帯域更新レートは、この特定の実施形態においては、すべて異なる。言い換えると、スケジュール行列400の方法を使用して、有効な帯域更新スケジュールを作成することの新規な特徴は、構築によって、帯域更新レートが、任意の所与の帯域番号に対して、一定であり、場合によっては固有であることである。任意の特定の周波数帯域に対する更新は、帯域セレクタ206が、スケジュール行列400を「充填する」ときにより頻繁にパターンを繰り返すように構成される場合に、増やすことができる。当業者は、帯域更新スケジュールは、数多くの方法によって構築してもよく、特定の用途の要件に適合させてもよいことを理解するであろう。帯域スケジュールは、例えば、各周波数帯域がそれ自体の固有の更新レート/サンプリング周期を有するように、すなわち、2つの周波数帯域が決して同時刻にスケジュールされず、また各周波数帯域の更新レートが一定のままとなるように、構築してもよい。「行列充填方法」によって帯域スケジュールを構築する1つの方法が、スケジュール行列400によって図解されている。第1の行に、番号1から8が配置されている。第2の行に、番号9〜12が、第3の行に、番号13および14が配置され、第4から第6の行が、番号15から17を保持している。充填された行列エントリは、灰色の背景で陰影をつけられている。行1は完全に充填されているが、行2から6は、部分的にだけ充填されている。ところで、それぞれの行の空いた場所は、各行において、最初の番号パターンを繰り返すことによって充填されてもよい。例えば、行3は、周波数帯域13、14、13、14、13、14、13、14を定義しており、つまりパターン13、14を4回繰り返している。こうして、スケジュール行列400は、(多重の)周波数帯域インデックス1から17で充填される。   Accordingly, the band update rates for frequency bands 4, 9 and 16 are all different in this particular embodiment. In other words, the novel feature of creating a valid bandwidth update schedule using the schedule matrix 400 method is that, by construction, the bandwidth update rate is constant for any given bandwidth number. In some cases, it is unique. Updates to any particular frequency band can be increased if the band selector 206 is configured to repeat the pattern more frequently when it “fills” the schedule matrix 400. One skilled in the art will appreciate that the bandwidth update schedule may be constructed in a number of ways and adapted to the requirements of a particular application. A band schedule is, for example, such that each frequency band has its own unique update rate / sampling period, ie, the two frequency bands are never scheduled at the same time, and the update rate of each frequency band is constant. It may be constructed to remain. One method of constructing a bandwidth schedule by the “matrix filling method” is illustrated by the schedule matrix 400. Numbers 1 to 8 are arranged in the first row. Numbers 9 to 12 are arranged in the second row, numbers 13 and 14 are arranged in the third row, and the fourth to sixth rows hold the numbers 15 to 17. Filled matrix entries are shaded with a gray background. Row 1 is completely filled, while rows 2 through 6 are only partially filled. By the way, the empty places in each line may be filled by repeating the first number pattern in each line. For example, row 3 defines frequency bands 13, 14, 13, 14, 13, 14, 13, and 14, that is, patterns 13 and 14 are repeated four times. Thus, the schedule matrix 400 is filled with (multiple) frequency band indexes 1 to 17.

当業者は、上述の行列充填方法に対して多くの変形が可能であることに気付くであろう。例えば、異なる大きさの行列を、番号1から17で充填することも可能であり、これによって、異なる帯域更新スケジュールを得ることになる。代替的に、17の周波数帯域を有するフィルタ・バンクに対して、行列を、17より大きい番号、例えば、番号1から20で充填することもできる。17より大きい周波数帯域番号が選択された場合には、どの利用可能な周波数帯域も、更新または処理をされることがない。この方式によると、各サンプル時間周期において、単一の帯域が処理されるか、またはいずれの周波数帯域も処理されない、フィルタ・バンクを得ることになる。そのような帯域更新スケジュールは、多帯域圧縮器のバッテリ消費を、知覚性能に対してトレードオフすることを可能にすることから、有利である。同じ意味で、スケジュール行列400は、17未満の周波数帯域を有する任意のフィルタ・バンクに対して、可能な帯域更新スケジュールを記述することもできる。最後に、帯域スケジュール行列400に対して順列置換(permutation)を行うことも可能であり、例えば、帯域スケジュール行列400において周波数帯域番号8と4を交換すると、違ってはいるが、有効な帯域更新スケジュールを得ることになる。さらに、有効なスケジュールが得られるようにするための、帯域スケジュール行列400に対するその場限りでの修正(ad hoc modification)も可能である。帯域更新スケジュールの順列置換を行う重要な理由は、スペクトルのカバー範囲を改善すること、すなわち帯域応答によるカバー範囲に含まれる時間‐周波数スペクトルにおける変調またはギャップを最小化することである。図4Bに示されている、対応する(9×4)スケジュール行列400aと共に、帯域サンプリング・スケジュールの最適化されたスペクトルのカバー範囲の例が、図5の時間‐周波数プロットにおいて示されている。   Those skilled in the art will recognize that many variations on the matrix filling method described above are possible. For example, differently sized matrices can be filled with numbers 1 to 17, resulting in different bandwidth update schedules. Alternatively, for a filter bank having 17 frequency bands, the matrix can be filled with a number greater than 17, eg, numbers 1-20. If a frequency band number greater than 17 is selected, no available frequency band is updated or processed. This scheme results in a filter bank in which either a single band is processed or no frequency band is processed in each sample time period. Such a bandwidth update schedule is advantageous because it allows the battery consumption of the multi-band compressor to be traded off for perceptual performance. In the same sense, schedule matrix 400 can also describe possible band update schedules for any filter bank having a frequency band of less than 17. Finally, it is possible to perform permutation on the bandwidth schedule matrix 400. For example, if frequency band numbers 8 and 4 are exchanged in the bandwidth schedule matrix 400, the effective bandwidth update is different. You will get a schedule. In addition, ad hoc modification to the band schedule matrix 400 is also possible to ensure that an effective schedule is obtained. An important reason for permutation of the band update schedule is to improve the spectrum coverage, i.e., minimize the modulation or gap in the time-frequency spectrum included in the coverage by the band response. An example of the optimized spectral coverage of the band sampling schedule, along with the corresponding (9 × 4) schedule matrix 400a shown in FIG. 4B, is shown in the time-frequency plot of FIG.

さらに、例示的な帯域サンプリング・スケジュール400は、帯域1、2、3、4および5などの、少なくともいくつかの低周波数帯域に対して、帯域14、15および16などの高周波数帯域に対するよりも、より低い帯域更新レートを定義することが明らかである。また、帯域サンプリング・スケジュールに対する制約のないデザインスペースによって、特定の周波数帯域に対して、信号スペクトル値、ならびに対応するレベル推定および周波数ドメイン利得係数をいつ更新するかについて、柔軟性を大幅に向上させる。したがって、周波数帯域の個々の帯域更新レートにより、先に考察した従来技術のFFTに基づく多帯域ダイナミックレンジ圧縮器100と同等の知覚性能に対して、計算負荷を大幅に低減することが可能である。改良された実施形態においては、各周波数帯域の帯域更新レートは、予測される必要性に基づいて、独立に適合させることができる。   Further, the exemplary band sampling schedule 400 is for at least some low frequency bands such as bands 1, 2, 3, 4 and 5 than for high frequency bands such as bands 14, 15 and 16. It is clear to define a lower bandwidth update rate. In addition, the design space without constraints on the band sampling schedule greatly increases the flexibility of when to update signal spectral values and corresponding level estimates and frequency domain gain factors for specific frequency bands. . Thus, the individual bandwidth update rates of the frequency bands can greatly reduce the computational load for perceptual performance equivalent to the prior art FFT-based multiband dynamic range compressor 100 discussed above. . In an improved embodiment, the band update rate for each frequency band can be adapted independently based on the predicted need.

圧縮利得フィルタは、好ましくは、各サンプル時間周期に対してM個の時間変化圧縮フィルタ係数g〜gすべての更新された値が計算されるように、選択された周波数帯域が、帯域サンプリング・スケジュールに従って更新されるときに、更新される。時間ドメインにおいて圧縮利得フィルタを適用するために、すなわち、k’番目帯域の周波数ドメイン利得係数Gの更新値を反映する、M個の時間変化圧縮フィルタ係数g〜gの更新値を求めるために、時間ドメインに変換して戻す必要がある。これを実施することのできる、少なくとも2つの異なる方法が原理的に存在する:(1)周波数ドメイン利得係数Gに対してIFFTを行うとともに、要素毎に(element-wise)適当な合成窓で乗算を行う、または(2)逆周波数ドメイン変換プロセッサ209の詳細なフロー図209aに示すように処理を進めて、適切な合成窓を用いて、行列を適切なIFFTに基づくベクトルと結合させる、行列‐ベクトル乗算を使用する。後者の方法を使用し、1つの周波数帯域だけが、サンプル時間周期毎に更新されることを考慮して、圧縮フィルタ係数g〜gまたは係数ベクトルが、スカラー‐ベクトル乗算によってインクリメンタルに更新され、この場合に、スカラーは対象とする周波数ドメイン利得係数であり、すなわちk’番目の周波数帯域に対するGなどであり、ベクトルは、IFFTに基づく合成行列からの係数の一行または一列である。このようにして処理を進める場合、周波数ドメイン利得係数Gは、最初に、指数化関数315に適用して、Gを(対数関数313によって作成された)対数ドメインから線形表現へと変換する。後続のステップにおいて、選択されたk’番目の周波数帯域に対する周波数ドメイン利得係数Gの以前の値が、減算器317によってGの現在値から減算されて、周波数ドメイン利得係数Gの値の更新または増分を生じる。次に、周波数ドメイン利得係数の値の増分を、詳細フロー図209a上で係数V1k〜VMkとして示されているIFFTに基づく合成行列からの、重み付き逆フーリエ係数によって乗算する。このステップによって、周波数ドメイン利得係数の値における、計算された増分が、圧縮フィルタ係数g〜gのそれぞれの対応する増分または更新に変換される。圧縮フィルタ係数g〜gの増分または更新は、k’番目の周波数帯域の周波数ドメイン利得係数の更新に対応する。これらのフィルタ係数増分は、圧縮フィルタ係数g〜gのそれぞれに接続された、メモリ/遅延関数および加算関数319a、319bによって、以前のフィルタ係数のそれぞれに加算される。したがって、圧縮フィルタ係数g〜gの値を更新する。当業者は、固定小数点演算において後者の変換を実行すると、丸め誤差の蓄積を生じる可能性があることに気付くであろう。したがって、上記に概説した合成スキームを、時折、全帯域逆離散フーリエ変換によって代替するのが好ましい。後者は、蓄積された丸め誤差をリセットまたは消去する。 The compression gain filter is preferably configured so that the selected frequency band is a band sampling so that all the updated values of the M time-varying compression filter coefficients g 1 to g M are calculated for each sample time period. • Updated when updated according to schedule. In order to apply the compression gain filter in the time domain, that is, obtain updated values of M time-varying compression filter coefficients g 1 to g M that reflect the updated value of the frequency domain gain coefficient G k of the k′-th band. Therefore, it is necessary to convert back to the time domain. There are in principle at least two different ways in which this can be done: (1) perform an IFFT on the frequency domain gain factor G k and with an appropriate synthesis window element-wise Matrix to perform multiplication or (2) proceed as shown in detailed flow diagram 209a of inverse frequency domain transform processor 209 to combine the matrix with the appropriate IFFT based vector using an appropriate synthesis window -Use vector multiplication. Using the latter method, taking into account that only one frequency band is updated every sample time period, the compression filter coefficients g 1 -g M or coefficient vectors are updated incrementally by scalar-vector multiplication. in this case, the scalar is the frequency-domain gain factor of interest, namely the like G k for the k 'th frequency band, vector is one row or one column of coefficients from the synthesis matrix based on IFFT. When proceeding in this manner, the frequency domain gain factor G k is first applied to the exponential function 315 to transform G k from the log domain (created by the log function 313) to a linear representation. . In a subsequent step, the previous value of the frequency domain gain factor G k for the selected k ′ th frequency band is subtracted from the current value of G k by the subtractor 317 to obtain the value of the frequency domain gain factor G k . An update or increment occurs. The frequency domain gain factor value increment is then multiplied by the weighted inverse Fourier coefficients from the IFFT-based synthesis matrix, shown as coefficients V 1k -V Mk on detailed flow diagram 209a. This step converts the calculated increment in the value of the frequency domain gain factor into a corresponding increment or update of the compression filter coefficients g 1 to g M. The increment or update of the compression filter coefficients g 1 to g M corresponds to the update of the frequency domain gain coefficient of the k ′ th frequency band. These filter coefficients increments, which are connected to each compression filter coefficients g 1 to g M, memory / delay function and addition function 319a, the 319b, are added to each of the previous filter coefficients. Therefore, the values of the compression filter coefficients g 1 to g M are updated. One skilled in the art will recognize that performing the latter conversion in fixed point arithmetic may result in accumulation of rounding errors. Therefore, it is sometimes preferred to replace the synthesis scheme outlined above with a full-band inverse discrete Fourier transform. The latter resets or eliminates the accumulated rounding error.

図5は、多帯域圧縮器200の17帯域のものにおいて、図4Bに示されているスケジュール行列400aを採用することによって達成された、最適化されたスペクトルのカバー範囲を示す、時間‐周波数プロット500である。周波数軸は、0Hzから8000Hzまでの線形であり、これは、多帯域圧縮器200への音響入力信号の、使用された16kHzサンプリング・レートのナイキスト周波数に対応する。y軸は、100サンプルが6.25msに対応する、音響信号のサンプルにおける時間を示す。時間‐周波数プロットにおける濃淡スケールは、フィルタ・バンクの相対的なスペクトルのカバー範囲を示す。プロット内の所与の時間‐周波数座標における(スケール502上の約1.0に対応する)白い/明るい色は、フィルタ・バンクが、スペクトル内の時間‐周波数位置を非常に良好に解像できることを示す。この文脈において、「良好に解像する」とは、対象とするスペクトル位置における任意の音響入力信号が、スペクトル・パワー推定量Pによって適切に測定または検出されることを意味する。一方、スケール502上の(約0.0〜0.2に対応する)黒色は、その時間‐周波数位置における音響入力信号が、多帯域圧縮器のサイドチェーン・プロセッサにおいて行われる、帯域パワー推定工程によって、ほとんど未検出のままとなることを示す。時間‐周波数プロット上の17の周波数帯域のそれぞれの場所は、対応する帯域インデックスによって示されている。スケジュール行列400aによって定義される、選択された帯域サンプリング・スケジュールによって、音声理解容易性に対して重要な約100Hzから4kHzの周波数範囲にわたって、良好なスペクトルのカバー範囲が得られることが明白である。このことは、周波数帯域1〜13における時間全体での相対的な白色または明るい灰色によって示される。周波数帯域14〜17に対する解像度は、小さいかまたは悪いが、これらの周波数帯域は、音声理解容易性に対しての重要性が低い。スペクトルのカバー範囲の特性が当面の用途に合致するかどうかは、帯域サンプリング・スケジュールの設計者によっている。帯域サンプリング・スケジュールを変更することによって、設計者は、前述のように非常に直接的で、高度に柔軟性のある方法で、スペクトルのカバー範囲パターンの特性に影響を与えることができる。 FIG. 5 is a time-frequency plot showing the optimized spectral coverage achieved by employing the schedule matrix 400a shown in FIG. 4B in the 17 bands of the multi-band compressor 200. 500. The frequency axis is linear from 0 Hz to 8000 Hz, which corresponds to the Nyquist frequency of the used 16 kHz sampling rate of the acoustic input signal to the multi-band compressor 200. The y-axis shows the time in the sample of the acoustic signal, where 100 samples correspond to 6.25 ms. The shade scale in the time-frequency plot indicates the relative spectral coverage of the filter bank. The white / light color (corresponding to about 1.0 on scale 502) at a given time-frequency coordinate in the plot allows the filter bank to resolve the time-frequency position in the spectrum very well. Indicates. In this context, “resolve well” means that any acoustic input signal at the spectral position of interest is properly measured or detected by the spectral power estimator P k . On the other hand, the black color on the scale 502 (corresponding to about 0.0-0.2) is the band power estimation process in which the acoustic input signal at that time-frequency position is performed in the side-chain processor of the multi-band compressor. Indicates that it remains almost undetected. Each location of the 17 frequency bands on the time-frequency plot is indicated by a corresponding band index. It is clear that the selected band sampling schedule defined by schedule matrix 400a provides good spectral coverage over a frequency range of about 100 Hz to 4 kHz which is important for speech comprehension. This is indicated by the relative white or light gray over time in the frequency band 1-13. The resolution for frequency bands 14-17 is small or bad, but these frequency bands are less important for speech comprehension. It is up to the designer of the band sampling schedule to determine whether the spectral coverage characteristics will suit the application at hand. By changing the band sampling schedule, the designer can influence the characteristics of the spectral coverage pattern in a very straightforward and highly flexible manner as described above.

特定の実施形態を示して、説明したが、特許請求の範囲に記載された発明を、好ましい実施形態に限定することを意図するものではなく、当業者には、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることが明白であることが理解されよう。したがって、明細書および図面は、制約的ではなく、説明的な意味とみなすべきである。特許請求の範囲に記載された発明は、その代替形態、修正形態および均等形態をその範囲に含めることを意図している。   While specific embodiments have been shown and described, it is not intended that the invention described in the claims be limited to the preferred embodiments, and those skilled in the art will It will be apparent that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense. The claimed invention is intended to include within its scope alternatives, modifications and equivalents.

本開示は、以下に記載する項目による、複数の態様を含む。   The present disclosure includes a plurality of aspects according to the items described below.

(項目1)
多帯域信号プロセッサであって、
ディジタル音響入力信号の受信のための信号入力と;
ディジタル音響入力信号を受信するとともに、ディジタル・オールパス・フィルタ間に介在するそれぞれのタッピング・ノードにおいてM個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるように構成された、ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードと;
M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成された、信号畳み込みプロセッサと;
M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを周波数ドメイン表現に変換して、所定数N個の周波数帯域におけるそれぞれの信号スペクトル値を与えるように構成された周波数ドメイン変換プロセッサと;
それぞれの信号スペクトル値に基づいて、所定数の周波数帯域においてそれぞれの信号レベル推定量を計算するように構成されたレベル推定器と;
それぞれの信号レベル推定量および帯域利得規則に基づいて、所定数の周波数帯域のそれぞれに対する周波数ドメイン利得係数を計算するように構成された、処理利得算出器と;
N個の周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成された、逆周波数ドメイン変換プロセッサと
を含み、周波数ドメイン変換プロセッサは、異なる帯域更新レートで、少なくとも2つの周波数帯域の信号スペクトル値を計算するように構成されており、MおよびNのそれぞれは正の整数である、多帯域信号プロセッサ。
(Item 1)
A multi-band signal processor,
A signal input for receiving a digital acoustic input signal;
A cascade of digital allpass filters configured to receive the digital acoustic input signal and to generate M delayed digital acoustic signal samples at each tapping node interposed between the digital allpass filters;
A signal convolution processor configured to convolve M delayed digital acoustic signal samples with the M time-varying filter coefficients of the processing filter to produce a processed digital output signal;
A frequency domain transform processor configured to convert the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation to provide respective signal spectral values in a predetermined number N of frequency bands;
A level estimator configured to calculate respective signal level estimators in a predetermined number of frequency bands based on respective signal spectral values;
A processing gain calculator configured to calculate a frequency domain gain factor for each of a predetermined number of frequency bands based on respective signal level estimators and band gain rules;
An inverse frequency domain transform processor configured to convert N frequency domain gain factors to M time varying filter coefficients of the processing filter, the frequency domain transform processor at least with different band update rates A multiband signal processor configured to calculate signal spectrum values for two frequency bands, each of M and N being a positive integer.

(項目2)
信号畳み込みプロセッサが、それぞれのサンプルについて更新される、あるいは、各ブロックが複数のディジタル音響信号サンプルを含む、ブロックについて更新されるように構成されている、項目1に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 2)
The multiband signal processor of item 1, wherein the signal convolution processor is configured to be updated for each sample, or configured to be updated for a block, wherein each block includes a plurality of digital acoustic signal samples.

(項目3)
周波数ドメイン変換プロセッサが、
第1の帯域更新レートにおいて、少なくとも第1の周波数帯域の信号スペクトル値を計算し、
第1の帯域更新レートよりも低い更新レートにおいて、少なくとも第2の周波数帯域の信号スペクトル値を計算するように構成されており、
第1の周波数帯域の中心周波数が、第2の周波数帯域の中心周波数よりも高い、項目1または2に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 3)
The frequency domain transform processor
Calculating a signal spectrum value of at least a first frequency band at a first band update rate;
Configured to calculate a signal spectrum value of at least a second frequency band at an update rate lower than the first band update rate;
Item 3. The multiband signal processor according to item 1 or 2, wherein the center frequency of the first frequency band is higher than the center frequency of the second frequency band.

(項目4)
前記信号畳み込みプロセッサの各更新において:
周波数ドメイン変換プロセッサは、所定数の周波数帯域の部分集合のそれぞれの信号スペクトル値を更新するように構成され;
レベル推定器は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの信号レベル推定量を更新するように構成され、
処理利得算出器は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの周波数ドメイン利得係数を更新するとともに、残りの周波数帯域の周波数ドメイン利得係数を維持するように構成されており、
逆周波数ドメイン変換プロセッサは、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成されている、項目2に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 4)
In each update of the signal convolution processor:
The frequency domain transform processor is configured to update a respective signal spectral value of a subset of the predetermined number of frequency bands;
The level estimator is configured to update each signal level estimator of the subset of frequency bands,
The processing gain calculator is configured to update each frequency domain gain factor of the subset of frequency bands and maintain the frequency domain gain factor of the remaining frequency bands,
The inverse frequency domain transform processor of claim 2, wherein the inverse frequency domain transform processor is configured to transform the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into M time-varying filter coefficients of the processing filter. Band signal processor.

(項目5)
周波数帯域の部分集合が、所定数の周波数帯域の内の単一の周波数帯域によって形成される、項目4に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 5)
Item 5. The multiband signal processor of item 4, wherein the subset of frequency bands is formed by a single frequency band of a predetermined number of frequency bands.

(項目6)
周波数ドメイン変換プロセッサが、一定の更新レートで各周波数帯域の信号スペクトル値を更新するように構成されている、項目1〜5のいずれかに記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 6)
6. The multiband signal processor according to any of items 1-5, wherein the frequency domain transform processor is configured to update the signal spectrum value of each frequency band at a constant update rate.

(項目7)
周波数ドメイン変換プロセッサが、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、所定数の周波数帯域における、それぞれの信号スペクトル値を更新するように構成されている、項目6に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 7)
Item 7. The multiband signal processor of item 6, wherein the frequency domain transform processor is configured to update respective signal spectrum values in a predetermined number of frequency bands according to a predetermined iterative band update schedule.

(項目8)
周波数ドメイン変換プロセッサが、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルと、周波数帯域に対応する離散フーリエ変換行列の行の、窓付けされた(windowed)または窓付けされていない(un-windowed)離散フーリエ変換係数の間のベクトル内積として、周波数帯域のそれぞれの信号スペクトル値を計算するように構成されている、項目1〜7のいずれかに記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 8)
A frequency domain transform processor windowed or un-windowed discrete Fourier transforms of M delayed digital acoustic signal samples and rows of discrete Fourier transform matrices corresponding to frequency bands 8. A multiband signal processor according to any of items 1 to 7, configured to calculate respective signal spectral values of the frequency band as vector dot products between the coefficients.

(項目9)
逆周波数ドメイン変換プロセッサが、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、一組のスカラー‐ベクトル乗算を実行することによって、M個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成され、
スカラーは、更新された、または維持された周波数ドメイン利得係数を含み、ベクトルは、IFFTに基づく合成行列の係数の1つの行または列を含む、項目4に記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 9)
An inverse frequency domain transform processor is configured to convert the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into M time-varying filter coefficients by performing a set of scalar-vector multiplications. And
Item 5. The multiband signal processor of item 4, wherein the scalar includes an updated or maintained frequency domain gain factor, and the vector includes one row or column of coefficients of a synthesis matrix based on IFFT.

(項目10)
処理利得算出器の帯域利得規則の1つまたは複数が、
ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ圧縮、
ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ拡大、
ディジタル音響入力信号のノイズ低減
の内の1つを提供するように構成されている、項目1から9のいずれかに記載の多帯域信号プロセッサ。
(Item 10)
One or more of the bandwidth gain rules of the processing gain calculator are:
Multi-band dynamic range compression of digital audio input signal,
Multi-band dynamic range expansion of digital sound input signal,
Item 10. The multiband signal processor of any of items 1-9, wherein the multiband signal processor is configured to provide one of noise reduction of a digital acoustic input signal.

(項目11)
ユーザによって使用される補聴装置であって、
音の受信に応答して第1のマイクロフォン信号を発生させるための第1のマイクロフォンと、
第1のマイクロフォン信号に結合されて、対応するディジタル音響入力信号を発生するように構成された音響入力チャネルと、
ディジタル音響入力信号に結合され、第1のマイクロフォン信号を受信し、ユーザの聴覚損失に応じて処理するように構成された、項目1〜10のいずれかに記載された多帯域信号プロセッサと、
処理されたディジタル出力信号を受信し、ユーザへ送出するための可聴音に変換するための、音再生チャネルとを備える、補聴装置。
(Item 11)
A hearing aid used by a user,
A first microphone for generating a first microphone signal in response to receiving the sound;
An acoustic input channel coupled to the first microphone signal and configured to generate a corresponding digital acoustic input signal;
A multi-band signal processor according to any of items 1-10, coupled to a digital acoustic input signal, configured to receive a first microphone signal and process in response to a hearing loss of a user;
A hearing aid device comprising: a sound reproduction channel for receiving the processed digital output signal and converting it into an audible sound for delivery to a user.

(項目12)
ディジタル音響入力信号を処理して、処理されたディジタル出力信号を生成する方法であって、
a)ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードを介してディジタル音響入力信号をオールパス・フィルタリングして、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるステップと、
b)M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、所定数Nの周波数帯域における周波数ドメイン表現に変換して、それぞれの信号スペクトル値を計算するステップと、
c)信号スペクトル値に基づいて所定数の周波数帯域におけるそれぞれの信号レベルを推定するステップと、
d)それぞれの信号レベル推定量およびそれぞれの帯域利得規則に基づいて、所定数の周波数帯域に対するそれぞれの周波数ドメイン利得係数を計算するステップと、
e)周波数ドメイン利得係数を時間ドメイン表現に変換して、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数を生成するステップと、
f)M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算し、処理されたディジタル出力信号を生成するステップと、
g)それぞれのサンプルのレートまたは所定のブロック・レートのいずれかに従って、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを更新するステップと
を含み、少なくとも2つの異なる周波数帯域の信号スペクトル値が、異なるレートで更新され、MおよびNのそれぞれが正の整数である、方法。
(Item 12)
A method of processing a digital acoustic input signal to produce a processed digital output signal comprising:
a) allpass filtering the digital acoustic input signal through a cascade of digital allpass filters to generate M delayed digital acoustic signal samples;
b) converting the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation in a predetermined number N of frequency bands and calculating respective signal spectral values;
c) estimating each signal level in a predetermined number of frequency bands based on the signal spectrum values;
d) calculating respective frequency domain gain factors for a predetermined number of frequency bands based on respective signal level estimators and respective band gain rules;
e) converting the frequency domain gain factor to a time domain representation to generate M time varying filter coefficients of the processing filter;
f) convolution of the M delayed digital acoustic signal samples with the M time-varying filter coefficients of the processing filter to produce a processed digital output signal;
g) updating M delayed digital acoustic signal samples according to either the rate of each sample or a predetermined block rate, wherein the signal spectral values of at least two different frequency bands are updated at different rates And each of M and N is a positive integer.

(項目13)
M個の遅延ディジタル音響信号サンプルのそれぞれのサンプルについての更新後、またはそれぞれのブロックについての更新後において:
ステップb)は、所定数の周波数帯域の部分集合を、それぞれの信号スペクトル値で更新することを含み、
ステップc)は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの信号レベル推定量を更新することを含み、
ステップd)は、周波数帯域の部分集合のそれぞれの周波数ドメイン利得係数を更新するとともに、残りの周波数帯域の以前の周波数ドメイン利得係数を維持することを含み、
ステップe)は、更新された周波数ドメイン利得係数および維持された周波数ドメイン利得係数を、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数の更新値に変換することを含む、項目12に記載のディジタル音響入力信号の処理方法。
(Item 13)
After updating for each sample of the M delayed digital acoustic signal samples or after updating for each block:
Step b) comprises updating a subset of the predetermined number of frequency bands with respective signal spectral values;
Step c) comprises updating each signal level estimator of the subset of frequency bands;
Step d) comprises updating the respective frequency domain gain factors of the subset of frequency bands and maintaining the previous frequency domain gain factors of the remaining frequency bands;
13. The digital acoustic input of item 12, wherein step e) comprises converting the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into updated values of the M time-varying filter coefficients of the processing filter. How to process the signal.

(項目14)
周波数帯域の部分集合が、単一の周波数帯域だけを含む、項目13に記載のディジタル音響入力信号の処理方法。
(Item 14)
14. The method of processing a digital acoustic input signal according to item 13, wherein the subset of frequency bands includes only a single frequency band.

(項目15)
所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルの連続的なサンプルの更新の間、または連続的なブロックの更新の間に、周波数帯域の異なる部分集合が更新される、項目13または14に記載のディジタル音響入力信号の処理方法。
(Item 15)
Item 13 wherein different subsets of frequency bands are updated during successive sample updates of M delayed digital acoustic signal samples or during successive block updates according to a predetermined iterative band update schedule. Or a processing method of a digital sound input signal according to 14;

(項目16)
実行されると、信号プロセッサに、項目12の方法のステップa)〜g)を実行させるように構成された、実行可能プログラム命令を含む、コンピュータ可読データ・キャリア。
(Item 16)
A computer-readable data carrier comprising executable program instructions configured to, when executed, cause a signal processor to perform steps a) -g) of the method of item 12.

Claims (15)

多帯域信号プロセッサであって、
ディジタル音響入力信号の受信のための信号入力と;
前記ディジタル音響入力信号を受信するとともに、ディジタル・オールパス・フィルタ間に介在するそれぞれのタッピング・ノードにおいてM個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるように構成された、ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードと;
前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数で畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するように構成された、信号畳み込みプロセッサと;
前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを周波数ドメイン表現に変換して、N個の周波数帯域におけるそれぞれの信号スペクトル値を生成するように構成された、周波数ドメイン変換プロセッサと;
それぞれの信号スペクトル値に基づいて、N個の周波数帯域においてそれぞれの信号レベル推定量を計算するように構成された、レベル推定器と;
前記それぞれの信号レベル推定量および帯域利得規則に基づいて、前記N個の周波数帯域のそれぞれに対する周波数ドメイン利得係数を計算するように構成された、処理利得算出器と;
前記N個の周波数ドメイン利得係数を、前記処理フィルタの前記M個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成された、逆周波数ドメイン変換プロセッサと
を含み、前記周波数ドメイン変換プロセッサは、異なる帯域更新レートで、前記周波数帯域の少なくとも2つの、前記信号スペクトル値の少なくとも2つを与えるように構成されており、Mは正の整数であり、Nは正の整数である、多帯域信号プロセッサ。
A multi-band signal processor,
A signal input for receiving a digital acoustic input signal;
A cascade of digital allpass filters configured to receive the digital acoustic input signal and generate M delayed digital acoustic signal samples at each tapping node interposed between the digital allpass filters; ;
A signal convolution processor configured to convolve the M delayed digital acoustic signal samples with M time-varying filter coefficients of a processing filter to produce a processed digital output signal;
A frequency domain transform processor configured to convert the M delayed digital acoustic signal samples into a frequency domain representation to generate respective signal spectral values in N frequency bands;
A level estimator configured to calculate respective signal level estimators in N frequency bands based on respective signal spectral values;
A processing gain calculator configured to calculate a frequency domain gain factor for each of the N frequency bands based on the respective signal level estimator and band gain rules;
An inverse frequency domain transform processor configured to transform the N frequency domain gain factors into the M time-varying filter coefficients of the processing filter, the frequency domain transform processor comprising: A multi-band signal processor configured to provide at least two of the signal spectrum values at a rate, at least two of the frequency bands, wherein M is a positive integer and N is a positive integer.
前記信号畳み込みプロセッサが、それぞれのサンプルについて更新される、あるいは、それぞれのブロックが複数のディジタル音響信号サンプルを含む、ブロックについて更新されるように構成されている、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。   The multiband signal of claim 1, wherein the signal convolution processor is configured to be updated for each sample, or to be updated for a block, wherein each block includes a plurality of digital audio signal samples. Processor. 前記周波数ドメイン変換プロセッサが、
第1の帯域更新レートにおいて、前記N個の周波数帯域の内の第1の周波数帯域に対する前記信号スペクトル値の1つを計算し、
前記第1の帯域更新レートよりも低い更新レートにおいて、前記N個の周波数帯域の内の第2の周波数帯域に対する前記信号スペクトル値の別の1つを計算するように構成されており、
前記第1の周波数帯域の中心周波数が、前記第2の周波数帯域の中心周波数よりも高い、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。
The frequency domain transform processor comprises:
Calculating one of the signal spectrum values for a first frequency band of the N frequency bands at a first band update rate;
Configured to calculate another one of the signal spectral values for a second frequency band of the N frequency bands at an update rate lower than the first band update rate;
The multi-band signal processor according to claim 1, wherein a center frequency of the first frequency band is higher than a center frequency of the second frequency band.
前記信号畳み込みプロセッサは、複数回の更新において更新されるように構成されており、前記更新のそれぞれにおいて、
前記周波数ドメイン変換プロセッサは、前記N個の周波数帯域の部分集合に対する前記信号スペクトル値の部分集合を更新するように構成され;
前記レベル推定器は、前記N個の周波数帯域の前記部分集合に対する前記信号レベル推定量の部分集合を更新するように構成され、
前記処理利得算出器は、前記N個の周波数帯域の部分集合に対する前記周波数ドメイン利得係数の部分集合を更新するとともに、前記N個の周波数帯域の残りに対する前記周波数ドメイン利得係数の残りを維持するように構成されている、請求項2に記載の多帯域信号プロセッサ。
The signal convolution processor is configured to be updated in multiple updates, and in each of the updates,
The frequency domain transform processor is configured to update the subset of signal spectral values for the subset of the N frequency bands;
The level estimator is configured to update a subset of the signal level estimator for the subset of the N frequency bands;
The processing gain calculator updates the subset of frequency domain gain factors for the subset of N frequency bands and maintains the remainder of the frequency domain gain factors for the remainder of the N frequency bands. The multi-band signal processor according to claim 2, which is configured as follows.
前記周波数帯域の部分集合が、前記N個の周波数帯域の内の単一の周波数帯域によって形成される、請求項4に記載の多帯域信号プロセッサ。   The multiband signal processor of claim 4, wherein the subset of frequency bands is formed by a single frequency band of the N frequency bands. 前記逆周波数ドメイン変換プロセッサは、
前記更新された周波数ドメイン利得係数および前記維持された周波数ドメイン利得係数を、一組のスカラー‐ベクトル乗算を実行することによって、前記M個の時間変化フィルタ係数に変換するように構成され、
前記スカラー‐ベクトル乗算に含まれるスカラーは、前記更新された周波数ドメイン利得係数または前記維持された周波数ドメイン利得係数を含み、前記スカラー‐ベクトル乗算に含まれるベクトルは、IFFTに基づく合成行列の係数の1つの行または列を含む、請求項4に記載の多帯域信号プロセッサ。
The inverse frequency domain transform processor comprises:
Configured to convert the updated frequency domain gain factor and the maintained frequency domain gain factor into the M time-varying filter coefficients by performing a set of scalar-vector multiplications;
The scalar included in the scalar-vector multiplication includes the updated frequency domain gain factor or the maintained frequency domain gain factor, and the vector included in the scalar-vector multiplication is a coefficient of a synthesis matrix based on IFFT. The multi-band signal processor of claim 4, comprising one row or column.
前記周波数ドメイン変換プロセッサは、前記それぞれの周波数帯域に対して一定の更新レートで、前記信号スペクトル値を更新するように構成されている、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。   The multiband signal processor of claim 1, wherein the frequency domain transform processor is configured to update the signal spectrum value at a constant update rate for the respective frequency bands. 前記周波数ドメイン変換プロセッサは、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って、前記信号スペクトル値を更新するように構成されている、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。   The multiband signal processor of claim 1, wherein the frequency domain transform processor is configured to update the signal spectrum value according to a predetermined iterative band update schedule. 前記周波数ドメイン変換プロセッサは、前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルと、離散フーリエ変換行列の行の、窓付けされた(windowed)または窓付けされていない(un-windowed)離散フーリエ変換係数の間のベクトル内積として、前記信号スペクトル値の少なくとも1つを計算するように構成されている、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。   The frequency domain transform processor is configured to provide a window between the M delayed digital acoustic signal samples and a windowed or un-windowed discrete Fourier transform coefficient in a row of the discrete Fourier transform matrix. The multiband signal processor of claim 1, wherein the multiband signal processor is configured to calculate at least one of the signal spectral values as a vector dot product of. 前記帯域利得規則の1つまたは複数が、前記ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ圧縮、前記ディジタル音響入力信号の多帯域ダイナミックレンジ拡大、または前記ディジタル音響入力信号のノイズ低減を提供するように構成されている、請求項1に記載の多帯域信号プロセッサ。   One or more of the band gain rules are configured to provide multiband dynamic range compression of the digital sound input signal, multiband dynamic range expansion of the digital sound input signal, or noise reduction of the digital sound input signal The multiband signal processor of claim 1, wherein: ユーザによって使用される補聴装置であって、
請求項1に記載の多帯域信号プロセッサと、
前記多帯域信号プロセッサに結合された、第1のマイクロフォンと、
前記多帯域信号プロセッサに結合された、スピーカとを備える、補聴装置。
A hearing aid used by a user,
A multi-band signal processor according to claim 1;
A first microphone coupled to the multiband signal processor;
A hearing aid device comprising a speaker coupled to the multiband signal processor.
ディジタル音響入力信号を処理して、処理されたディジタル出力信号を生成する方法であって、
ディジタル・オールパス・フィルタのカスケードを介して前記ディジタル音響入力信号をオールパス・フィルタリングして、M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを発生させるステップと、
前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを、N個の周波数帯域における周波数ドメイン表現に変換して、それぞれの信号スペクトル値を計算するステップと;
前記信号スペクトル値に基づいて、前記N個の周波数帯域におけるそれぞれの信号レベル推定量を求めるステップと;
前記それぞれの信号レベル推定量と帯域利得規則に基づいて、前記N個の周波数帯域に対する、それぞれの周波数ドメイン利得係数を計算するステップと;
前記周波数ドメイン利得係数を、時間ドメイン表現に変換して、処理フィルタのM個の時間変化フィルタ係数を生成するステップと;
前記処理フィルタの前記M個の時間変化フィルタ係数で、前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを畳み込み演算して、処理されたディジタル出力信号を生成するステップと;
それぞれのサンプルのレートまたは所定のブロック・レートに従って前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルを更新するステップと
を含み、前記N個の周波数帯域の内の少なくとも2つに対する、前記信号スペクトル値の少なくとも2つが、異なるレートで更新され、Mは正の整数であり、Nも正の整数である、方法。
A method of processing a digital acoustic input signal to produce a processed digital output signal comprising:
Allpass filtering the digital acoustic input signal through a cascade of digital allpass filters to generate M delayed digital acoustic signal samples;
Converting the M delayed digital acoustic signal samples to a frequency domain representation in N frequency bands to calculate respective signal spectral values;
Obtaining respective signal level estimators in the N frequency bands based on the signal spectrum values;
Calculating respective frequency domain gain factors for the N frequency bands based on the respective signal level estimators and band gain rules;
Converting the frequency domain gain factor into a time domain representation to generate M time-varying filter coefficients of a processing filter;
Convolving the M delayed digital acoustic signal samples with the M time-varying filter coefficients of the processing filter to generate a processed digital output signal;
Updating said M delayed digital acoustic signal samples according to a rate of each sample or a predetermined block rate, wherein at least two of said signal spectral values for at least two of said N frequency bands Is updated at different rates, M is a positive integer and N is also a positive integer.
前記N個の周波数帯域の部分集合に対する前記信号スペクトル値の部分集合を更新するステップと;
前記N個の周波数帯域の部分集合に対する前記信号レベル推定量の部分集合を更新するステップと;
前記N個の周波数帯域の部分集合に対する前記周波数ドメイン利得係数の部分集合を更新するステップと;
前記N個の周波数帯域の残りに対する前記周波数ドメイン利得係数の残りを維持するステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
Updating the subset of signal spectral values for the subset of N frequency bands;
Updating the subset of signal level estimators for the subset of N frequency bands;
Updating the subset of frequency domain gain factors for the subset of N frequency bands;
13. The method of claim 12, further comprising: maintaining a remainder of the frequency domain gain factor for the remainder of the N frequency bands.
前記M個の遅延ディジタル音響信号サンプルが、所定の繰り返し帯域更新スケジュールに従って更新される、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the M delayed digital acoustic signal samples are updated according to a predetermined repetitive band update schedule. 実行可能なプログラム命令を記憶する非一時的媒体を備え、信号プロセッサによって前記実行可能なプログラム命令を実行することによって請求項12の方法が行われる、コンピュータ製品。   13. A computer product comprising a non-transitory medium storing executable program instructions, wherein the method of claim 12 is performed by executing the executable program instructions by a signal processor.
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