通过自适应噪声滤波的有源噪声控制制造技术

本发明专利技术涉及一种降噪方法，其包括以下步骤：由包括自适应滤波器系数的自适应滤波装置对表示噪声的参考信号进行滤波，以获得致动器驱动信号；由扬声器输出所述致动器驱动信号以获得扬声器信号；由麦克风检测所述扬声器信号；由表示将由所述扬声器输出的所述扬声器信号传递至所述麦克风的估计的传递函数对所述参考信号进行滤波，以获得滤波的参考信号；以及基于所述滤波的参考信号和乘以漏泄因数的所述自适应滤波装置的先前更新的滤波器系数来更新所述自适应滤波装置的所述滤波器系数。

【技术实现步骤摘要】
通过自适应噪声滤波的有源噪声控制
本专利技术涉及降低听者环境中噪声的技术。具体地说，本专利技术涉及通过自适应滤波降低噪声，例如，降低车辆的乘客车厢中的噪声。
技术介绍
双方互相发送和接收音频信号(具体地是话音信号)的双向话音通信常常遭受由背景噪声导致的音频信号的质量下降。噪声环境中的背景噪声可严重影响语音对话的质量和可理解性，并且可(在最坏的情况下)导致通信的完全中断。突出的实例是车辆中的免提语音通信。免提电话提供了特别用于机动车辆中的舒适和安全的通信系统。在免提电话的情况下，为了保证通信就必须抑制噪声。由于例如车辆的速度和道路噪声，噪声信号的幅值和频率是时变的。此外，噪声严重影响车辆(例如，汽车)中的乘客享受多媒体消费，其中由使用布置在车辆乘客车厢内的多个扬声器来提供高保真音频呈现的一些前排/后排座椅娱乐系统来将多媒体内容呈现给前排/后排乘客。在本文中，与有用的声音信号相比，噪声(或“干扰声音”)视为并不旨在由接收者(例如，位于车辆车厢中的听者)所感知到的声音。关于机动车辆，噪声可包括由发动机、风扇或机械联接到发动机或风扇的车辆部件的机械振动产生的声音信号和风噪声以及道路噪声(如由轮胎产生的声音)。听音环境内的噪声可使用多种技术来抑制。例如，可通过使噪声源处的噪声信号衰减来降低或抑制噪声。还可通过抑制噪声的传输和/或辐射或者使噪声的传输和/或辐射衰减来抑制噪声。然而，在许多应用中，这些噪声抑制技术无法将听音环境中的噪声级降至低于可接受的限度。这对于在低音频率范围内的噪声信号来说尤其如此。因此，已提出借助于相消干扰(即，通过将噪声信号与补偿信号叠加)来抑制噪声。通常，此类噪声抑制系统称为“有源噪声消除”或“有源噪声控制”(ANC)系统。补偿信号具有与噪声信号的幅值和频率分量相等的幅值和频率分量，然而补偿信号相移180°。因此，补偿声音信号与噪声信号相消地干扰，从而使得消除在听音环境内的至少某些位置处的噪声信号或使噪声信号衰减。通常，有源噪声控制系统使用数字信号处理和数字滤波技术。例如，噪声传感器(例如像，麦克风或非声学传感器)可用来获得表示由噪声源产生的干扰噪声信号的电参考信号。这个参考信号馈送至输出致动器驱动信号的自适应滤波器。致动器驱动信号随后供应至在听音环境的一部分内产生补偿声场(其具有与噪声信号相反的相位)的声学致动器(例如，扬声器)。此补偿场因此使得听音环境的这个部分内的噪声信号衰减或者消除所述噪声信号。可使用麦克风来测量残余的噪声信号。麦克风将“误差信号”提供至自适应滤波器，其中自适应滤波器的滤波器系数被修改成使得降低误差信号的范数(例如，功率)。自适应滤波器可使用已知的数字信号处理方法(诸如增强的最小均方(LMS)方法)来降低误差信号(或者更具体地，误差信号的功率)。这种增强的LMS方法的实例包括滤波的-x-LMS(FXLMS，x表示输入参考信号)算法或其改进的版本，或者滤波的-误差-LMS(FELMS)算法。当应用FXLMS(或任何相关的)算法时，使用表示从声学致动器(即，扬声器)到误差信号传感器(即，麦克风)的声波传输路径的模型。从扬声器到麦克风的这个声波传输路径通常称为ANC系统的“次级路径”。相比之下，从噪声源到麦克风的声波传输路径通常称为ANC系统的“主要路径”。ANC系统的次级路径的传输函数(即，频率响应)的估计对使用FXLMS算法的自适应滤波器的收敛行为和稳定性具有相当大的影响。具体地说，变化的次级路径传输函数严重影响有源噪声控制系统的整体性能。为了改善稳定性，已采用标准化的参考信号，从而得到标准化的滤波的-x-LMS(NFXLMS)。然而，尽管近年来取得了工程上的进展，但是仍然存在与涉及ANC的稳定性以及整体处理器负载和速度相关的问题。因此，本申请的目的是提供用于增强包括在ANC中的自适应滤波的稳定性和速度的装置。
技术实现思路
下文呈现对本公开的简化概述，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。本概述并不是对本公开的详尽概括。其不旨在指出本公开的重要或关键要素、或描绘本公开的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一些概念，以作为随后将论述的更详细的描述的序言。考虑到上述问题，本专利技术中提供了一种降噪方法，其包括以下步骤：由包括自适应滤波器系数的自适应滤波装置对表示噪声的参考信号xk[n](k＝1,……,K，K为表示时域中的参考信号(通道)的数量的整数)进行滤波，以获得致动器(扬声器)驱动信号ym[n](m＝1,……,M，M为整数)；由M个扬声器输出致动器驱动信号ym[n]以获得扬声器(输出)信号(M表示扬声器(时域中的扬声器输出通道)的数量)；由L个麦克风检测扬声器信号，L(参见下文，表示麦克风和误差通道的数量)为整数；由表示将由M个扬声器输出的扬声器信号传递至L个麦克风的估计的传递函数来对参考信号进行滤波，以获得滤波的参考信号；基于以下来更新自适应滤波装置的滤波器系数所述滤波的参考信号和乘以漏泄因数的自适应滤波装置的先前更新的滤波器系数。所述方法可包括将参考信号xk[n]变换到频域中以获得频域中的参考信号Xk[k]，并且由估计的传递函数对参考信号进行滤波可在频域中执行。例如，噪声传感器(例如像，麦克风或非声学传感器)可用来获得参考信号。然而在本领域中，更新是基于先前更新的滤波器系数(在时间n处)和表示将由M个扬声器输出的扬声器信号传递至L个麦克风的传递函数来执行以获得更新的滤波器系数(在时间n+1处)，由漏泄因数组成的漏泄矩阵是根据本专利技术的实施方案采用的。借助于漏泄矩阵，可修改先前更新的滤波器系数中的预先确定的一些，例如在时域或频域(就处理器负载而言，在频域中处理可为优选的)中通过与零值漏泄因数相乘而设置为零。例如，先前更新的滤波器系数中的预先确定的一些可与在0.5至0.01或者0.0001或0的范围中的漏泄因数相乘。因此，可显著提高用于更新自适应滤波装置的滤波器系数的自适应算法的稳定性(仍参见以下详细描述)。根据这个实施方案的方法以及根据下述实施方案的方法可应用在车辆车厢中的有源噪声消除(具体地，道路噪声消除)的背景中。例如，汽车中的车载通信/娱乐可通过实现车载通信/娱乐系统中的方法而得到改善。必须注意，引入漏泄因数可减缓用于更新滤波器系数的自适应过程的收敛速度。根据实际应用，鉴于增加稳定性的益处，这可认为是可接受的。另一方面，收敛速度可通过引入非恒定自适应尺寸来提高。例如，根据本领域的滤波的X最小均方(FXLMS)算法，矩阵的系数w的更新根据w(n+1)＝w(n)+μe(n)z(n)而基本实现，其中e(n)表示残留误差并且z(n)表示通过次级路径模型滤波的参考信号，并且μ为控制收敛过程的速度和稳定性的恒定自适应尺寸。相反，根据一个实施方案，自适应滤波装置的滤波器系数的更新的自适应步长不是恒定的，具体地说是频率依赖性的。事实上，自适应步长可根据实际应用而单独微调，从而增加滤波器系数自适应的整体收敛性。注意，引入漏泄因数的方法与引入非恒定自适应步长的方法可进行组合，或者可替代地可独立于彼此来实现。因此，本文还提供了一种降噪方法，其由以下步骤组成：由包括自适应滤波器系数的自适应滤波装置对表示噪声的参考信号xk[n](k＝1,……,K，K为表示时域中的参考信号(通道)的数量的整数本文档来自技高网...

【技术保护点】
降噪的方法，其包括：由包括滤波器系数的自适应滤波装置(11)对表示噪声的参考信号xk[n]进行滤波，k＝1,……,K，K为整数，以获得致动器驱动信号ym[n]，m＝1,……,M，M为整数；由M个扬声器(12)输出所述致动器驱动信号ym[n]以获得扬声器信号；由L个麦克风(13)检测所述扬声器信号，L为整数；通过表示由所述M个扬声器(12)输出的所述扬声器信号传递至所述L个麦克风(13)的估计的传递函数来对所述参考信号进行滤波，以获得滤波的参考信号；以及基于以下来更新所述自适应滤波装置(11)的所述滤波器系数所述滤波的参考信号，和乘以漏泄因数的所述自适应滤波装置(11)的先前更新的滤波器系数。

【技术特征摘要】
2015.12.17 EP 15200631.81.降噪的方法，其包括：由包括滤波器系数的自适应滤波装置(11)对表示噪声的参考信号xk[n]进行滤波，k＝1,……,K，K为整数，以获得致动器驱动信号ym[n]，m＝1,……,M，M为整数；由M个扬声器(12)输出所述致动器驱动信号ym[n]以获得扬声器信号；由L个麦克风(13)检测所述扬声器信号，L为整数；通过表示由所述M个扬声器(12)输出的所述扬声器信号传递至所述L个麦克风(13)的估计的传递函数来对所述参考信号进行滤波，以获得滤波的参考信号；以及基于以下来更新所述自适应滤波装置(11)的所述滤波器系数所述滤波的参考信号，和乘以漏泄因数的所述自适应滤波装置(11)的先前更新的滤波器系数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述自适应滤波装置的所述滤波器系数的所述更新的自适应步长不是恒定的，具体地说是频率依赖的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括：确定车辆的至少一个控制参数，所述至少一个控制参数例如选自由以下各项组成的组：所述车辆的速度、所述车辆的胎压、指示所述车辆离开公路的信息、关于所述车辆的驱动模式的信息、关于所述车辆的车门和/或行李箱和/或窗户和/或顶部的闭合/打开状态的信息以及针对所述车辆的音频设备调整的音频电平；并且其中所述自适应步长取决于所述车辆的所述确定的至少一个参数。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述自适应步长取决于时间依赖的控制参数。5.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中所述自适应滤波装置的所述滤波器系数的所述更新至少部分在频域中执行。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述傅里叶变换的先前更新的滤波器系数的矩阵与漏泄系数的矩阵相乘。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述自适应滤波装置的所述滤波器系数的所述更新根据以下来执行：wk,m[n+1]＝IFFT(Woldk,m[k]Vk,m[k]-Ck,m[k])，其中wk,m[n+1]是在时间步n+1处更新的所述自适应滤波装置的所述滤波器系数，IFFT是快速傅里叶逆变换，Woldk,m[k]表示变换到所述频域中的先前的时间步n的滤波器系数wk,m[n]，Vk,m[k]是包括所述频率依赖的漏泄因数的漏泄矩阵，并且其中Ck,m[k]是用于所述滤波器系数的所述更新的自适应步长与相加的互谱的乘积，其中conj表示共轭运算(矩阵)，Xk[k]是变换到频域中的所述参考信号，是频域中的估计的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME克里斯托夫，JH佐尔纳，
申请(专利权)人：哈曼贝克自动系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE