使用分段频率相关相位抵消的噪声消除制造技术

通过获取数字化噪声信号并使用数字处理器电路将获取的噪声信号细分成不同的频带段，从而产生多个分段噪声信号，来执行在具有被称为噪声的无用信号的信号流中的噪声抑制。然后，对于每个分段噪声信号，单独通过处理器将所述分段噪声信号时移一定的量，所述量取决于所述分段噪声信号的选定频率，从而产生多个移位分段噪声信号。应用于每个噪声段的精确时移考虑了该段的频率内容和系统处理时间。对每个分段噪声信号分别应用幅度缩放。然后，组合经移位和幅度缩放的分段噪声信号以形成复合抗噪声信号，将该复合抗噪声信号输出到信号流中，以通过相消干涉来抑制噪声。

Noise cancellation using segmented frequency correlation phase cancellation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用分段频率相关相位抵消的噪声消除相关申请的交叉引用本申请要求2017年4月26日提交的美国技术专利申请第15/497,417号的优先权，并要求2017年2月6日提交的美国临时申请第62/455,180号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本申请总体上涉及电子和自动噪声消除技术。更具体地，本申请涉及一种噪声消除技术，其在多个频谱段产生频率相关的抗噪声分量，为系统和应用精确计算。
技术介绍
几十年来，科学家和工程师一直致力于电子自动噪声消除(ANC)问题。波传播的基本物理现象表明，有可能产生与噪声信号相位相差180度的“抗噪声”波，并通过相消干涉完全消除噪声。这对于简单、重复、低频的声音相当有效。然而，对于动态的、快速变化的声音，或者包含较高频率的声音，效果并不好。当前最佳的系统(使用前馈和反馈相结合的混合设计)可以减少频率高达2kHz的重复噪声(如引擎或风扇)，其使用LMS(最小均方)自适应滤波的变体，通过重复估计传递函数来产生抗噪声信号，从而在输出端产生最小的实际噪声。虽然各大公司继续加大投入以改善自动噪声消除的效果，但似乎都关注于改进现有技术上。此外，尽管有更大的处理能力，但使用各种自适应滤波器的自动噪声消除的频率上限低于大约4kHz，信号衰减能力在10dB至30dB之间。
技术实现思路
与传统方法相比，所公开的系统能够以市场上常见的处理速度实时消除离线模式下的几乎任何频率范围，并且至少消除整个音频频谱，比当前使用的方法更加有效。处理速度和计算能力持续快速增长(例如，摩尔定律自1965年以来一直适用)。一些商业和军事市场对成本不太敏感(与大多数消费品应用相比)，因而可以接受当前最高速度/功率的较高成本。此外，量子计算的巨大优势正在显现。因此，我们设想并在此介绍了所公开的系统和方法的实施例，这些实施例预计随着时间的推移将变得越来越具有商业可行性。在本申请中，为了简单起见，我们将实施例的数量尽量减少，只介绍五个主要实施例，其由实现本专利技术的无数应用所需的最少数量的不同硬件系统结构定义。硬件系统结构是本专利技术的一部分，因其以特定的方式与我们所称的“核心引擎”信号处理方法的变体相结合。所述五个实施例的基本要素如图1-5所示。概括地说，所述五个实施例可以描述为：空气中系统；通讯和个人使用系统；离线信号处理系统；加密/解密系统；和信号特征识别、检测和接收系统。所公开的技术实时构建、利用和应用整个信号频谱所需的精确抗噪声。该系统/算法是灵活的，满足应用所需的更高或更低的分辨率和控制(或者实际操作中，对部署本专利技术的产品工程师给定处理能力成本限制或其他限制因素)。将这种通用而有效的技术集成到特定的硬件和软件系统结构中对多种应用都有帮助。我们根据迄今为止设想的系统结构将它们大致分为五个领域：空气中系统；通讯和个人使用系统；离线信号处理系统；加密/解密系统；和信号特征识别、检测和接收系统。最好考虑这个代表系统潜力的列表，因其不旨在限制本申请的范围。除了在音频频谱中有用之外，所公开的技术也可以用于电磁信号。因此，所公开的技术能够使用目前市场上可买到的处理器，实时消除离线模式下的几乎任何频率范围，并且至少消除整个音频频谱。预计随着处理器速度的增加，或者通过集成多个处理器的功率，利用本专利技术可以实时处理任何电磁信号。该算法通过计算系统或应用的理想抗噪声来单独处理离散的频率段，从而大大提高整个音频频谱的噪声消除性能。事实上，这种算法可以在离线和信号处理应用中成功地消除整个音频频谱。该算法在耳机和空气中系统的音频频谱中更加有效，可以处理比正在部署的任何其他系统更高的频率。处理离散的频率段(并允许频率范围或频带被分组在一起，如下所述)可以定制算法，从而对于音频频谱中或音频频谱之外的任何特定应用都具有良好效果。处理离散频率段能够为动态噪声源创建抗噪声，其中动态噪声源随时间快速变化。(目前市场上使用的方法仅限于周期性、稳态类型的声音，如引擎噪声。)处理离散频率段也减少了对耳机/入耳式耳机中多个输入麦克风的需求。在音频应用中，该算法还减少了麦克风噪声消除所需的麦克风数量，以及对用于从环境噪声中识别目标语音的复杂“波束形成”算法的需要。这对于通讯耳麦尤其如此，因为当以较小的延迟调整(也许利用无源元件来提供所需的延迟)将其添加到麦克风输入信号时，为耳机创建的抗噪声也能有效地消除不需要的信号。如果需要，可以调整反馈处理并将其存储在预置中。无论是在产品开发阶段还是在大规模生产中，校准模式都减少了对各种物理系统进行昂贵的系统调谐的需求。在算法版本中使用频带或范围具有多种优势，包括：i.减少所需的处理能力和内存量；ii.方便快捷地最大化特定应用的系统性能；iii.允许为各种类型的噪声、环境等创建和部署预置；iv.允许使用该算法来增强噪声环境中特定信号的清晰度。从而可以将该算法部署用于助听器(例如，在嘈杂的餐馆中更好地识别语音)、音频监视应用(从环境噪声中解析语音)、识别网络上或噪声场中的设备特征、或加密/解密应用。基于本文的描述，其他应用领域将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本申请的范围。附图说明本文描述的附图仅用于说明所选实施例，而不是所有可能的实现方式，并且不旨在限制本申请的范围。图1是消音器设备的第一实施例的框图，该消音器设备用于在空气中系统中提供噪声抑制或噪声消除。图2是消音器设备的第二实施例的框图，该消音器设备用于在通讯麦克风、通讯耳麦或耳机/入耳式耳机系统中提供噪声抑制或噪声消除。图3是消音器设备的第三实施例的框图，该消音器设备用于在信号处理系统中提供噪声抑制或噪声消除；图4是消音器设备的第四实施例的框图，该消音器设备用于加密和解密机密通信。图5是消音器设备的第五实施例的框图，该消音器设备用于从电磁传输中清除噪声，以及从电力线的背景噪声中分离特定设备特征或通信(例如，用于电力线通信和智能电网应用)。图6是示出对数字处理器电路编程以执行消音器设备中使用的核心引擎算法的方式的框图。图7是进一步示出对数字处理器电路编程以执行消音器设备中使用的核心引擎算法的方式的流程图。图8是示出由图6的核心引擎算法实现的处理技术的信号处理图。图9是示出结合核心引擎算法使用的校准模式的详细信号处理图。图10是核心引擎过程图。图11是配置为桌面个人安静区域系统的示例性低功率、单部件空气中消音器系统。图12是配置为窗式部件的示例性低功率、单部件空气中消音器系统。图13是配置为空气增压式套件的示例性低功率、单部件空气中消音器系统。图14是配置用于公路噪声抑制的示例性高功率、多部件空气中消音器系统。图15是配置为抑制车辆中噪声的示例性高功率、多部件空气中消音器系统。图16是配置为创建用于保护私人谈话不被他人偷听的静锥区的示例性高功率、多部件空气中消音器系统。图17是示例性智能手机集成实施例。图18是示例性噪声消除耳机实施例。图19是另一个示例性噪声消除耳机实施例。图20示出了示例性处理器实施方式。图21示出了示例性加密-解密实施例。图22示出了示例性特征检测概念。在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施例。所公开的消音器设备可以部署在各种不同的应用中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在具有被称为噪声的无用信号的信号流中抑制噪声的方法，包括：获取数字化噪声信号；使用数字处理器电路将获取的噪声信号细分成不同的频带段，从而产生多个分段噪声信号；对于每个分段噪声信号，单独使用所述数字处理器电路将所述分段噪声信号时移一定的量，所述量取决于所述分段噪声信号的选定频率，从而产生多个移位分段噪声信号；组合所述多个移位分段噪声信号以形成复合抗噪声信号；将所述抗噪声信号输出到所述信号流中，以通过相消干涉来抑制所述噪声。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.06 US 62/455,180;2017.04.26 US 15/497,4171.一种在具有被称为噪声的无用信号的信号流中抑制噪声的方法，包括：获取数字化噪声信号；使用数字处理器电路将获取的噪声信号细分成不同的频带段，从而产生多个分段噪声信号；对于每个分段噪声信号，单独使用所述数字处理器电路将所述分段噪声信号时移一定的量，所述量取决于所述分段噪声信号的选定频率，从而产生多个移位分段噪声信号；组合所述多个移位分段噪声信号以形成复合抗噪声信号；将所述抗噪声信号输出到所述信号流中，以通过相消干涉来抑制所述噪声。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分段噪声信号的时移对应于所述分段噪声信号的相移。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分段噪声信号的所述时移对应于补偿系统偏移时间的时移。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：对每个分段噪声信号单独应用适合应用的幅度缩放因子；组合多个移位且幅度缩放的分段噪声信号以形成复合抗噪声信号。5.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述数字处理器电路将所述获取的噪声信号细分成一组不同的频带范围，并且进一步将每个频带范围细分成所述频带段。6.根据权利要求1所述的方法，其中每个不同频带段的大小和所述幅度缩放因子由所述数字处理器电路以编程方式建立。7.根据权利要求3所述的方法，其中一组不同频带范围中的每一个的大小和相关联的幅度缩放因子由所述数字处理器电路以编程方式建立。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述数字处理器电路被编程为将分段噪声信号相移对应于相移时间的量，所述相移时间被计算为每个段的选定频率的倒数的一半。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述数字处理器电路被编程为测量和计算系统偏移时间，所述系统偏移时间考虑与所述噪声信号相关联的传播时间和与所述数字处理器电路和任何相关设备的吞吐速度相关联的系统传播时间。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述数字处理器电路被编程为将分段噪声信号相移对应于相移时间的量，所述相移时间被计算为所述选定频率的倒数的一半，并且进一步由所述系统偏移时间调整。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述数字处理器电路被编程为通过幅度缩放因子来调整所述分段抗噪声信号。12.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述抗噪声信号转换成模拟信号，并且通过将所述抗噪声信号与所述信号流中的原始噪声混合来将所述抗噪声信号输出到所述信号流中。13.根据权利要求12所述的方法，还包括通过使用设置在所述信号流内的放大扬声器或其他换能器，将所述抗噪声信号与所述信号流内的所述原始噪声混合。14.根据权利要求1所述的方法，还包括使用连接到模数转换器的至少一个麦克风捕获所述流内的噪声信号，以产生所述获取的数字化噪声信号。15.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述抗噪声信号输出到所述信号流中之后，通过采样所述信号流来获取反馈信号；以及使用所述数字处理器电路处理所述反馈信号，以调节所述抗噪声信号的幅度和/或相位，从而增强对所述噪声信号的抑制。16.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述抗噪声信号输出到所述信号流中之后，通过采样所述信号流来获取反馈信号；以及使用所述数字处理器电路处理所述反馈信号，以调节至少一个移位分段噪声信号的幅度和/或相位，从而增强对噪声的抑制。17.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述数字处理器通过对所获取的数字化音频噪声信号应用傅立叶变换并在频域中生成多个分段噪声信号来细分所述获取的噪声信号。18.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述数字处理器通过应用卷积算法来细分所述获取的噪声信号。19.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述数字处理器通过应用小波分解来细分所述获取的噪声信号，以将所述获取的噪声信号细分成不同的频带段，从而生成多个分段噪声信号。20.根据权利要求9所述的方法，还包括通过以下步骤确定所述信号传播时间：通过采样所述信号流而不将所述抗噪声信号输出到所述流中来获取反馈信号；以及使用所述数字处理器测量获取所述数字化噪声信号和获取所述反馈信号之间的时间间隔，并将差值作为所述传播时间存储在存储器中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤金·希格里夫，让·克洛德·朱诺，
申请(专利权)人：消音器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US