全频域滤波器系数的获取方法技术

本发明专利技术揭示了一种全频域滤波器系数的获取方法，包括如下步骤：确定滤波器理想特性曲线；为理想特性曲线标定幅度匹配空间与相位匹配空间；以幅度的匹配空间为基础标定扫描空间；定义误差面积；从窗函数中选取所需的扫描曲线，对扫描空间分别进行扫描；对扫描进程的每一步，从扫描曲线的位置获取权重系数,每一次扫描确定一组权重系数，将理想特性曲线的幅值、相位和这一组权重系数作为滤波器系数，利用标准滤波器函数，生成一条滤波器实际特性曲线；根据滤波器的实际特性曲线、理想特性曲线和定义匹配空间的上下直线，计算误差面积；获得最小误差面积，从而确定对应的最佳的滤波器系数。系数。系数。

【技术实现步骤摘要】
全频域滤波器系数的获取方法


[0001]本专利技术属于电子
，特别是指一种全频域滤波器系数的获取方法。

技术介绍

[0002]在降噪、回声消除、语音增强等系统的设计时，由于系统的各组成部分的性能、尺寸及形状的不同，使系统具有其独特的频响特性。与此同时，再叠加降噪、回声消除、语音增强等自身的频响特性需求，在电池和计算资源有限的使用环境下，基于数字滤波器的系统设计无法做到100％匹配目标的频响特性。
[0003]除上述情况外，比如主动降噪滤波器设计时，需要在50～1000Hz的频域范围内进行主动降噪，在此之外的频域范围，又不能对其原来的频响特性带来任何负面影响；一方面实际应用对多频段通带的频响特性有严格的个性化要求，另一方面在其它频段范围内，对其频响特性需要有一定的容错性。因此，如何在系统的全频域范围内，利用某些频段的容错特性，以此为代价达成频响特性在其它频段上的完全匹配，从而完成系统全局的最优化设计，是系统设计中必须解决的问题。目前的解决方法大多靠人力手工操作完成系统设计，但人力操作费时费力，无法达到全局最优化。
[0004]同时，在ANC设备中，现有技术通常采用滤波器去除噪声以满足人耳获取最佳音频效果，其均是在滤波器的单频带通带带宽频域范围内通过ANC已有的各种主动降噪方法实现，基本不考虑滤波器多频带及通带带宽频域范围之外的状况，理想的认为这一范围不会对滤波器的性能造成任何影响。
[0005]如图1所示，图中虚线(f0～f1频段上的)为滤波器设计的目标曲线11；实线为实验室测试得到的特性曲线10；图中最右侧的虚线为测试得到的特性曲线10的扩展定义曲线12；特性曲线10与扩展定义曲线12合成完整特性曲线，即为滤波器的理想特性曲线。
[0006]其中实验室测试得到的特性曲线10的频域范围最高为20KHz，即人耳的听觉频域范围的上限(人耳听觉频域范围是在10Hz～20KHz)。其中f0～f1为滤波器频带通带带宽，该频域范围一般在70Hz～2KHz，在f0～f1频域范围内滤波器设计的目标曲线11与实验室测试得到的特性曲线10的部分重合。与此同时，系统在实际使用时，为了降低系统的时间延迟均采用过采样技术，频带达到384KHz，即滤波器的实际工作频域是在0～384KHz，其中扩展定义曲线12对应图中20KHz～384KHz频带的未明确定义的曲线。
[0007]目前业界所采用的较好的主动降噪的自动校准方法是将f0～f1频域范围内的实际输入噪声信号(即原噪声信号)，通过ANC设备处理后，产生抗噪声信号，将原噪声信号和抗噪声信号叠加处理后形成新噪声信号，将新噪声信号输入到计算机的ANC自动校准模块，在f0～f1频域内分n个频段进行采样，对每个频段的新噪声信号进行降噪强度统计，得到滤波器的最佳滤波器系数以及增益调节器的最佳增益值，并回传给ANC设备调节滤波器系数和增益调节器的增益值，使得新抗噪声信号与原噪声信号叠加相消，使ANC设备达到最佳主动降噪效果。这种方法可能较好的保证ANC设备在f0～f1频域内得到最佳降噪效果，但在f0～f1频域之外不做任何保证。
[0008]但实际情况是：滤波器频域范围是f0～f1，人耳的频域范围是10Hz～20KHz，滤波器工作的频域范围是0～384KHz，只保证滤波器频域f0～f1范围内的最佳降噪效果远不能满足人耳听觉对声音品质的要求，也不能保证在该频域范围之外的全频域范围内不产生干扰信号或该干扰信号不对设备产生负面影响；另外，随着个性化应用需求的不断产生，对声音补偿的要求也多样化和高标准化，比如用户头戴耳机听音乐时听不到外面的声音，除音乐之外的声音均为噪声，但若此时有人跟其讲话，耳机需要自动切换成可听见人声的模式，音乐变为被屏蔽的声音，滤波器的特性也要自动改变为适应新的应用模式；又比如应用需要多频带传送声音等，上述的主动降噪方法便不再适用。
[0009]综上所述，滤波器设计的性能不可避免的会受到全频域范围的影响，也不会只要求在单频域范围工作。真正性能最佳的滤波器设计，既要适应单频域应用需求，又要适应多频域应用需求，其性能曲线既要在滤波器的通带频域范围内完美匹配目标曲线，又要在听觉频域范围内不超出测试特性曲线允许的界限，还要在未明确定义部分(20KHz～384KHz)的扩展定义曲线内其特性不会给系统引入任何负面影响。如何在不改变滤波器设计的前提下，系统、高效、自动地调整滤波器系数，实现滤波器多频带、全频域、自适应地满足系统多样化应用需求成为滤波器设计的关键。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种全频域滤波器系数的获取方法，用以解决现有技术中无法实现滤波器多频带、全频域、自适应地满足系统多样化应用需求以及传统办法通过人力手工操作完成系统设计导致费时费力的问题。
[0011]为实现上述目的，实施本专利技术的全频域滤波器系数的获取方法包括如下步骤：
[0012]步骤一：确定滤波器理想特性曲线，具体包括实验室模拟真实环境下的噪声发生情况，测得测试特性曲线，在测试特性曲线的滤波器频带带宽频域上标定目标曲线，在系统频域范围内扩展未明确定义部分定义为扩展定义曲线，将测试特性曲线和扩展定义曲线合起来构成系统的全频域完整特性曲线，从而形成系统频域上的理想特性曲线，其中理想特性曲线包括幅度全频域理想特性曲线与相位全频域理想特性曲线；
[0013]步骤二：根据系统设计要求，为理想特性曲线的幅度和相位分别标定幅度匹配空间与相位匹配空间；
[0014]步骤三：以幅度的匹配空间为基础，在匹配空间的频域上标定扫描空间；
[0015]步骤四：将理想特性曲线和实际设计出来的滤波器的实际特性曲线的差异作为滤波器设计好坏的衡量标准，定义为误差面积S
全域
，其中
[0016]S
全域
＝S
幅度
+S
相位
；
[0017]步骤五：从窗函数中选取所需的扫描曲线，对扫描空间分别进行扫描；
[0018]步骤六：对扫描进程的每一步，从扫描曲线的位置获取权重系数,每一次扫描确定一组权重系数，将理想特性曲线的幅值、相位和这一组权重系数作为滤波器系数，利用标准滤波器函数，生成一条滤波器实际特性曲线；
[0019]步骤七：根据滤波器的实际特性曲线、理想特性曲线和定义匹配空间的上下直线，计算误差面积S
全域
，其中S
全域
＝S
幅度
+S
相位
；
[0020]步骤八：比较在不同扫描过程中获得的S
全域
，确定在该扫描空间最小的S
全域
的扫描
曲线位置；
[0021]步骤九：获取各个扫描空间内的S
全域
最小的扫描曲线位置后，再对扫描空间的全域微调，即在已得扫描曲线位置附近进行微调扫描，进一步减少S
全域
的误差面积；
[0022]步骤十：重复上述步骤五至步骤九，获得最小S
全域
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于所述全频域滤波器系数的获取方法包括如下步骤：步骤一：确定滤波器理想特性曲线，具体包括实验室模拟真实环境下的噪声发生情况，测得测试特性曲线，在测试特性曲线的滤波器频带带宽频域上标定目标曲线，在系统频域范围内扩展未明确定义部分定义为扩展定义曲线，将测试特性曲线和扩展定义曲线合起来构成系统的全频域完整特性曲线，从而形成系统频域上的理想特性曲线，其中理想特性曲线包括幅度全频域理想特性曲线与相位全频域理想特性曲线；步骤二：根据系统设计要求，为理想特性曲线的幅度和相位分别标定幅度匹配空间与相位匹配空间；步骤三：以幅度的匹配空间为基础，在匹配空间的频域上标定扫描空间；步骤四：将理想特性曲线和实际设计出来的滤波器的实际特性曲线的差异作为滤波器设计好坏的衡量标准，定义为误差面积S
全域
，其中S
全域
＝S
幅度
+S
相位
；步骤五：从窗函数中选取所需的扫描曲线，对扫描空间分别进行扫描；步骤六：对扫描进程的每一步，从扫描曲线的位置获取权重系数,每一次扫描确定一组权重系数，将理想特性曲线的幅值、相位和这一组权重系数作为滤波器系数，利用标准滤波器函数，生成一条滤波器实际特性曲线；步骤七：根据滤波器的实际特性曲线、理想特性曲线和定义匹配空间的上下直线，计算误差面积S
全域
，其中S
全域
＝S
幅度
+S
相位
；步骤八：比较在不同扫描过程中获得的S
全域
，确定在该扫描空间最小的S
全域
的扫描曲线位置；步骤九：获取各个扫描空间内的S
全域
最小的扫描曲线位置后，再对扫描空间的全域微调，即在已得扫描曲线位置附近进行微调扫描，进一步减少S
全域
的误差面积；步骤十：重复上述步骤五至步骤九，获得最小S
全域
误差面积，确定对应的最佳的滤波器系数。2.如权利要求1所述的全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于：步骤二中设置匹配空间的方法包括如下步骤：一：在设置匹配空间的频域上，选取理想特性曲线在起、止频点上的两点，并连接成线；二：将形成的直线向上和向下平移，移动的幅度范围是根据经验设置允许的设计偏差范围来确定的，向上移动的范围为0～∞，向下移动的范围为0～横轴M＝0；三：向上、向下平移后的两条直线与设置匹配空间的频域起、止点上的两条纵线形成的四边形，即是匹配空间，匹配空间必须将这一频段的理想特性曲线包括在内；四：实...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆成湘，
申请(专利权)人：上海圳呈微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：