專(zhuān)利名稱：高效子頻帶自適應(yīng)有限脈沖響應(yīng)濾波的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻應(yīng)用中的子頻帶信號(hào)處理，更具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于設(shè)計(jì)一組能夠?qū)崿F(xiàn)所需目標(biāo)傳遞函數(shù)的計(jì)算有效實(shí)施的子頻帶FIR濾波器的方法。
背景技術(shù)：
與IIR濾波器(無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器)相反，F(xiàn)IR濾波器(有限脈沖響應(yīng)濾波器)提供了實(shí)現(xiàn)具有可任意定義的所需傳遞函數(shù)(也就是說(shuō)，幅度響應(yīng)和相位響應(yīng))的數(shù)字濾波器的可能性。因此，所需傳遞函數(shù)不僅可以被設(shè)計(jì)成最小相位而且可以被設(shè)計(jì)成最大相位甚至混合相位。另外，也可以實(shí)施在音頻信號(hào)處理中通常需要的線性相位傳遞函數(shù)。然而，尤其是在音頻信號(hào)處理中，在使用FIR濾波器時(shí)，要求的濾波器長(zhǎng)度通常相 當(dāng)高，從而增加了運(yùn)行期間的計(jì)算量和存儲(chǔ)要求。這主要是由兩個(gè)實(shí)質(zhì)因素引起的。第一，存在于大多數(shù)音頻應(yīng)用中的房間脈沖響應(yīng)的衰減時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了使用FIR濾波器時(shí)相應(yīng)的長(zhǎng)濾波器長(zhǎng)度。第二，人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)適應(yīng)于在不同的頻帶提供不均勻的頻率分辨率。所述人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)很好地解決了低頻率問(wèn)題，也就是說(shuō)，在低絕對(duì)頻率的情況下很好地辨別出頻率差值，而并不容易識(shí)別出高頻率。舉例來(lái)說(shuō)，可以很容易將IOOHz音頻與200Hz音頻區(qū)分開(kāi)來(lái)，而人類(lèi)的耳朵卻很難將5000Hz音頻與5100Hz音頻區(qū)分開(kāi)來(lái)，盡管在這兩種情況下頻率差值都是100Hz。也就是說(shuō)，人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的頻率分辨率隨著頻率的增加而減少。這一現(xiàn)象是眾所周知的，并且形成適合于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的諸如樹(shù)皮標(biāo)度、美爾標(biāo)度和ERB (等效矩形帶寬)標(biāo)度的心理聲學(xué)頻率標(biāo)度的基礎(chǔ)。研究表明，由于視聽(tīng)室的內(nèi)部(毛毯、軟墊家具等)，使得視聽(tīng)室的房間脈沖響應(yīng)相當(dāng)長(zhǎng)，尤其是在低頻率的情況下，這是因?yàn)槟芰窟f降較慢。由音頻再現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生的聲壓是低音頻率范圍(也就是說(shuō)，200Hz以下)中的最大聲壓而人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于低頻率音頻信號(hào)較不敏感的事實(shí)更加加強(qiáng)了這一效果。對(duì)于所有這些因素的綜合意見(jiàn)指明，人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的特征和典型視聽(tīng)室的特征要求FIR濾波器的長(zhǎng)度不應(yīng)短于某個(gè)最小長(zhǎng)度，以便在音頻信號(hào)處理系統(tǒng)中提供足夠的音質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，為了提供低音頻率范圍中約IOHz的所需頻率分辨率，采樣頻率為44100Hz的每個(gè)音頻通道都需要濾波器系數(shù)為4410的FIR濾波器，借此現(xiàn)代音頻系統(tǒng)已多達(dá)16個(gè)通道。由于長(zhǎng)的FIR濾波器使得運(yùn)行期間的相當(dāng)大計(jì)算量和/或高存儲(chǔ)要求成為必要，所以在音頻應(yīng)用中就需要FIR濾波器的高效實(shí)施，以允許使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音頻信號(hào)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了具有至少一個(gè)音頻通道的音頻系統(tǒng)。所述音頻系統(tǒng)包括數(shù)字音頻處理器，其中對(duì)每個(gè)通道實(shí)施至少一個(gè)數(shù)字濾波器。每個(gè)通道的數(shù)字濾波器包括分析濾波器組，其被設(shè)置來(lái)接收寬頻帶輸入音頻信號(hào)并且將所述輸入音頻信號(hào)劃分成多個(gè)子頻帶，從而提供具有相等帶寬的子頻帶信號(hào)，所述子頻帶信號(hào)的頻譜組成輸入音頻信號(hào)的頻譜；每個(gè)子頻帶的子頻帶FIR濾波器，從而分別提供被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)；和合成濾波器組，其被設(shè)置來(lái)接收被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)并且對(duì)所述子頻帶信號(hào)進(jìn)行組合來(lái)提供寬頻帶輸出音頻信號(hào)，其中延遲與每個(gè)子頻帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)，所述子頻帶信號(hào)中一個(gè)子頻帶信號(hào)的延遲被應(yīng)用到合成濾波器組上游的寬頻帶輸入音頻信號(hào)，并且剩余的延遲被應(yīng)用到合成濾波器組下游的剩余子頻帶信號(hào)。本發(fā)明公開(kāi)了相應(yīng)的過(guò)濾方法。


參閱以下附圖和描述可以更好地理解本發(fā)明。在附圖中，相同的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。在附圖中圖I示出FIR濾波器的濾波器系數(shù)的自適應(yīng)計(jì)算的基本信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，所述FIR濾波器表示與預(yù)定義的目標(biāo)函數(shù)P(Z)大致匹配的傳遞函數(shù)G(Z)；圖2示出圖I結(jié)構(gòu)的修改，借此圖I的全頻帶FIR濾波器G(Z)將由一組子頻帶 FIR濾波器Gm(Z)取代；圖3示出包括一組可以取代全頻帶FIR濾波器G(Z)的子頻帶FIR濾波器Gm(Z)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)；圖4示出用于包括許多子頻帶的自適應(yīng)FIR濾波器設(shè)計(jì)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，每個(gè)子頻帶包括子頻帶FIR濾波器和延遲線；圖5示出基于樹(shù)皮標(biāo)度的權(quán)重因數(shù)，其用于在調(diào)適子頻帶FIR濾波器的長(zhǎng)度時(shí)突出強(qiáng)調(diào)低頻率子頻帶；圖6示意性地示出偶數(shù)堆疊和奇數(shù)堆疊濾波器組的幅度響應(yīng)；圖7a示意性地示出劃分成多個(gè)子頻帶濾波器的FIR濾波器的結(jié)構(gòu)；圖7b示意性地示出圖7a實(shí)施例的簡(jiǎn)化替代實(shí)施例；圖8示出圖6濾波器組的存儲(chǔ)要求減少的替代實(shí)施例；圖9示出改進(jìn)圖8實(shí)施例的可選實(shí)施例；以及圖10示出包括處于兩個(gè)分開(kāi)音頻通道的濾波器的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖I示出FIR濾波器20的濾波器系數(shù)gk(k=0，1，. . .，K_l)的自適應(yīng)計(jì)算的基本信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，借此下標(biāo)k指示所述濾波器系數(shù)的指標(biāo)并且K指示濾波器長(zhǎng)度。FIR濾波器20具有(離散)傳遞函數(shù)G (z)，在成功調(diào)適濾波器系數(shù)gk之后，所述傳遞函數(shù)與參考系統(tǒng)10的預(yù)定義目標(biāo)函數(shù)P(Z)大致匹配。為了執(zhí)行自適應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)程序，將測(cè)試信號(hào)(輸入信號(hào)X [η])提供給參考濾波器10和FIR濾波器20，所述測(cè)試信號(hào)例如是白噪音或具有包括目標(biāo)傳遞函數(shù)P(Z)的通帶的帶寬的任何其它信號(hào)。從參考系統(tǒng)10的輸出信號(hào)(也就是說(shuō)，從所需信號(hào)d[n])中減去FIR濾波器20的輸出信號(hào)y[n](減法器30)。差值d[n]-y[n]是用作錯(cuò)誤信號(hào)e[n]并且被提供到適配單元21。適配單元21被設(shè)置成在每個(gè)采樣時(shí)間間隔期間計(jì)算一組更新的來(lái)自于錯(cuò)誤信號(hào)和輸入信號(hào)x[n](在本文中也指示為參考信號(hào))的FIR濾波器系數(shù)gk?？梢圆捎米钚【?LMS)算法或歸一化最小均方(NLMS)算法來(lái)調(diào)適濾波器系數(shù)。然而，出于這一目的同樣可以利用不同的適應(yīng)算法。在適應(yīng)算法收斂之后，F(xiàn)IR濾波器系數(shù)gk表示目標(biāo)傳遞函數(shù)P(Z)的最優(yōu)逼近的傳遞函數(shù)G(Z)。
在使用FIR濾波器時(shí)減少計(jì)算量的一種選擇是將待過(guò)濾信號(hào)的頻譜劃分成許多窄頻帶信號(hào)(子頻帶信號(hào))并且分別過(guò)濾每個(gè)窄頻帶信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)所謂的分析濾波器組(AFB)實(shí)施將全頻帶信號(hào)劃分成多個(gè)子頻帶信號(hào)。類(lèi)似地，可以使用相應(yīng)的合成濾波器組(SFB)將所述子頻帶信號(hào)(再次)組合成單個(gè)全頻帶信號(hào)。在下文中，全頻帶信號(hào)的指示不帶有下標(biāo)，例如，所需信號(hào)d[n]，其中η是時(shí)間指標(biāo)。另外，具有下標(biāo)的信號(hào)，例如，dm[n]，指示一組為相應(yīng)全頻帶信號(hào)d[n]的分解信號(hào)的子頻帶信號(hào)。因此，下標(biāo)m指示所述子頻帶的數(shù)目(m=l，2，...，M)。類(lèi)似地，離散全頻帶傳遞函數(shù)G(Z)可以被分解成許多子頻帶傳遞函數(shù) G111 (z)。圖2示出類(lèi)似于圖I結(jié)構(gòu)的基本信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，借此自適應(yīng)FIR濾波器20由一組子頻帶FIR濾波器20'取代。為了這一目的，通過(guò)使用AFB 22將所述全頻帶輸入信號(hào)χ [η]劃分成M個(gè)子頻帶輸入信號(hào)xm[n](其中m=l，2，. . .，M)。類(lèi)似地，使用AFBll將所述全頻帶所需信號(hào)d[n]分成M個(gè)子頻帶信號(hào)dm[n](同樣m=l，2，. . .，Μ)。每個(gè)子頻帶FIR濾波器都實(shí)現(xiàn)了窄頻帶傳遞函數(shù)6 > (ζ)，下標(biāo)m同樣指示所述子頻帶的數(shù)目。每個(gè)子頻帶濾波器Gm(ζ)也可以由其濾波器系數(shù)gmk表示，借此k同樣指示范圍為k=0至k=Km-l (Kffl是第m個(gè)子頻帶中濾波器Gni(Z)的濾波器長(zhǎng)度)的濾波器系數(shù)的指標(biāo)。每個(gè)FIR濾波器Gni(z)與適配單 元(所述適配單元組由圖2中的數(shù)字21'指示)相關(guān)聯(lián)，所述適配單元接收相應(yīng)的錯(cuò)誤信號(hào)em[n]=dm[n]-ym[n]并且計(jì)算各個(gè)子頻帶m的各組更新的濾波器系數(shù)gmk(k=l, 2,. . .，Km-I)。類(lèi)似于圖I的實(shí)施例，M個(gè)子頻帶FIR濾波器Gm(Z)中的每一個(gè)的濾波器系數(shù)gmk都被調(diào)適成使得在適應(yīng)算法收斂之后，由所有子頻帶傳遞函數(shù)Gm(Z)的組合引起的全部傳遞特征與預(yù)定義的目標(biāo)函數(shù)P(Z)匹配。在計(jì)算合適的濾波器系數(shù)gmk之后，F(xiàn)IR濾波器Gm(Z)組20'可以如圖3中所示在分析濾波器組(AFB22)與相應(yīng)的合成濾波器組(SFB22')之間運(yùn)行，以便過(guò)濾音頻信號(hào)。在這種情況下，AFB22、FIR濾波器組20'和SFB22' —起實(shí)施與目標(biāo)函數(shù)P(z)大致匹配的傳遞函數(shù)G(Z)，從而可以表示，例如，音頻系統(tǒng)中的均衡濾波器。如在現(xiàn)代音頻系統(tǒng)中，幅度和相位都要經(jīng)受均衡化以便產(chǎn)生聽(tīng)者所需的聲音印象。因此，目標(biāo)函數(shù)P(Z)通常表示具有非線性相位特征的非最小相位濾波器。對(duì)于圖3的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)是否包括分析濾波器組、一組子頻帶濾波器并且合成濾波器組是否比具有相同傳遞函數(shù)的“普通” FIR濾波器更高效(就計(jì)算量和存儲(chǔ)要求來(lái)說(shuō))這些問(wèn)題的答案尤其取決于分析濾波器組和合成濾波器組的高效實(shí)施的可行性。為了說(shuō)明人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的非均勻頻率分辨率，需要使用濾波器組，其中，具有低中心頻率的子頻帶的帶寬窄于具有較高中心頻率的子頻帶的帶寬。存在幾種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一心理聲學(xué)激勵(lì)劃分，所述劃分將全頻帶信號(hào)劃分成帶寬取決于聲頻范圍內(nèi)各個(gè)子頻帶的位置的一組子頻帶信號(hào)。然而，并不知道允許將輸入頻譜非均勻地劃分成一組帶寬不等的子頻帶的高效濾波器組。然而，本領(lǐng)域中已知允許將全頻帶信號(hào)劃分成一組帶寬相等的子頻帶信號(hào)的其它方法。一個(gè)實(shí)施例是由 S. Weiss 等人(參見(jiàn) S. Weiss, R. W. Stewart, " Fast Implementationof Oversampled Modulated Filter Banks" , in:IEE Electronics Letters,第 36 卷，第1502-1503頁(yè)，2000年)描述的過(guò)采樣⑶FT濾波器組的快速實(shí)施，所述實(shí)施例利用了單個(gè)原型濾波器和FFT算法，這幾乎在每個(gè)信號(hào)處理環(huán)境中都是可行的。綜合上文，由于高效實(shí)施對(duì)于處理非均勻帶寬的子頻帶是不可行的，所以濾波器組應(yīng)與帶寬相等的子頻帶進(jìn)行合作使用。然而，為了緩和等寬子頻帶的不足，可以選擇對(duì)各個(gè)子頻帶分配不同濾波器長(zhǎng)度的FIR濾波器。也就是說(shuō)，F(xiàn)IR濾波器在需要低頻率分辨率的子頻帶中包括的濾波器系數(shù)少于在需要高頻率分辨率的子頻帶中包括的濾波器系數(shù)。需要高頻率分辨率的子頻帶通常是存在于聲頻范圍的較低部分的子頻帶。因此，對(duì)應(yīng)于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的頻率分辨率的頻率分辨率可以通過(guò)使用與等寬子頻帶合作的高效濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上所述，目標(biāo)函數(shù)P(Z)通常是具有頻率相關(guān)非線性群延遲特征的非最小相位濾波器。為了補(bǔ)償不同子頻帶中由不同群延遲引起的不同的信號(hào)傳播延遲，可以將延遲線連接到每個(gè)子頻帶FIR濾波器上游或其下游。因此，所述延遲均衡化不需要使用計(jì)算量大的額外FIR濾波器系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于延遲值和濾波器系數(shù)的數(shù)目取決于待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)傳遞函數(shù)P(Z)(也就是說(shuō)，幅度響應(yīng)和相位響應(yīng))，所以可以如下文所述使用“自適應(yīng)抽頭分配”和“自適應(yīng)延遲分配”算法來(lái)自適應(yīng)地確認(rèn)每個(gè)子頻帶的濾波器系數(shù)的數(shù)目(也就是說(shuō)，濾波器“抽頭”的數(shù)目)和延遲值。因此，在設(shè)計(jì)M個(gè)子頻帶FIR濾波器Gm (z)的時(shí)候，不僅可以自適應(yīng)地確定濾波器系數(shù)(參見(jiàn)圖I中系數(shù)gmk)而且可以自適應(yīng)地確定系數(shù)的數(shù)目Km和 額外的延遲Λπ。圖4示出用于子頻帶FIR濾波器設(shè)計(jì)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)。圖4的實(shí)施例是圖2結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)版本，其具有每個(gè)子頻帶信號(hào)路徑和通用“自適應(yīng)抽頭分配和延遲分配單元”中的額外延遲。如在圖2的實(shí)施例中，將全頻帶輸入信號(hào)x[n](例如，頻帶限制白噪音)提供給具有目標(biāo)傳遞函數(shù)P(Z)的系統(tǒng)10，從而產(chǎn)生所需的信號(hào)d[n]。將所需的信號(hào)d[n]和所述輸入信號(hào)x[n]分別劃分成M個(gè)子頻帶信號(hào)dm[n]和\[11]。圖4的實(shí)施例僅示出與第一子頻帶和最后子頻帶(m=l和m=M)相關(guān)聯(lián)的元件和信號(hào)。將子頻帶輸入信號(hào)Xm [η]提供給具有傳遞函數(shù)Gm(Z)的自適應(yīng)FIR濾波器，從而產(chǎn)生被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)ym[n]。從相應(yīng)的所需信號(hào)dm[n]中減去每個(gè)被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)ym[n]，從而針對(duì)每個(gè)子頻帶產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)em[n]。將適配單元分配給每個(gè)FIR濾波器Gm(Z)，以用于優(yōu)化各個(gè)FIR濾波器Gm(Z)的濾波器系數(shù)gmk (也就是說(shuō)，濾波器的脈沖響應(yīng){gm(l，gml，. . .，gm(K_l)})，借此濾波器系數(shù)gmk的最優(yōu)組將最小化各個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)em[n]的基準(zhǔn)(例如，功率)。提供延遲Am的延遲線被上行或下行連接到每個(gè)子頻帶FIR濾波器Gm(Z)。另外，提供“自適應(yīng)抽頭分配和自適應(yīng)延遲分配單元”40，其是被設(shè)置成根據(jù)下文將更詳細(xì)描述的自適應(yīng)抽頭分配和自適應(yīng)延遲分配算法來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)適FIR濾波器Gm (k)的濾波器長(zhǎng)度Km和延遲線的相應(yīng)延遲值A(chǔ)m?？梢钥紤]不同的方法來(lái)用于上文提及的自適應(yīng)抽頭分配(也就是說(shuō)，F(xiàn)IR濾波器長(zhǎng)度的調(diào)適)。一種方法是改變子頻帶FIR濾波器Gm(Z)的濾波器長(zhǎng)度Km直到總錯(cuò)誤信號(hào)e[n](其中e[n]=力[n]+e2 [η]+···+eM[n])達(dá)到最小值。在實(shí)踐中，這一方法產(chǎn)生了良好的結(jié)果，但由于在濾波器系數(shù)的數(shù)目每次發(fā)生變化之后，自適應(yīng)濾波器都需要時(shí)間來(lái)再次收斂，所以相當(dāng)費(fèi)時(shí)。產(chǎn)生與上述結(jié)果類(lèi)似的良好結(jié)果但費(fèi)時(shí)較少的另一種方法考慮S末端濾波器系數(shù). . . , gm(Km-S)的能量。子頻帶濾波器Gm (Z)的濾波器長(zhǎng)度Km是變化的直到所述S末端濾波器系數(shù)的能量近似相等。這一方法要求子頻帶濾波器的脈沖響應(yīng)隨著時(shí)間以指數(shù)方式衰減，在真實(shí)系統(tǒng)中應(yīng)始終為這種情況。比較每個(gè)子頻帶濾波器的S末端濾波器抽頭的能量能夠評(píng)估出所述子頻帶濾波器Gm (Z)逼近目標(biāo)函數(shù)P(Z)的程度并且提供穿過(guò)子頻帶濾波器再次分發(fā)濾波器系數(shù)的準(zhǔn)則以便完成子頻帶濾波器脈沖響應(yīng)，所述子頻帶濾波器脈沖響應(yīng)的信號(hào)衰減行為與目標(biāo)函數(shù)P(Z)的脈沖響應(yīng)的信號(hào)衰減行為相似，這一情況可以視為與最小誤差相關(guān)的最優(yōu)情況。下文對(duì)自適應(yīng)抽頭分配算法的實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。應(yīng)注意的是，對(duì)于實(shí)值的全頻帶輸入信號(hào)x[n](參見(jiàn)圖2)，僅需處理M/2個(gè)子頻帶，這是因?yàn)槠渌麺/2個(gè)子頻帶信號(hào)是第一 M/2個(gè)子頻帶中信號(hào)的共軛復(fù)數(shù)副本。因此，各個(gè)子頻帶FIR濾波器傳遞函數(shù)遵守以下關(guān)系Gm(z)=GM_m+1(z)*，其中 m=l, · · · M/2, (I)其中星號(hào)指示復(fù)共軛算符。因此，在Q個(gè)樣品(也就是說(shuō)，子頻帶系統(tǒng)中的樣品)的周期中，修改子頻帶濾波器Gm(Z)(其中111=1，2，...^/2)的濾波器長(zhǎng)度1( 1。然而，所有子頻帶濾波器Gm (z)的濾波器系 數(shù)gmk[n]的總數(shù)保持不變。也就是說(shuō)，如果一個(gè)或多個(gè)子頻帶濾波器的濾波器長(zhǎng)度增加，那么另一個(gè)子頻帶濾波器的濾波器長(zhǎng)度就必須減少以便保持濾波器系數(shù)的總數(shù)不變。因此，在Q個(gè)樣品的周期中，M/2個(gè)子頻帶FIR濾波器中每一個(gè)的長(zhǎng)度減少ΛΚ系數(shù)。因此，存在Δ K ·Μ/2個(gè)“自由”系數(shù)，其應(yīng)根據(jù)下文進(jìn)一步描述的某些標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)M個(gè)子頻帶濾波器中進(jìn)行再次分發(fā)。上文“再次分發(fā)”可以由以下的等式進(jìn)行表達(dá)
C [-]
ηηM Π1 ηK-[o + I] = Κ-[7] - ΔΚ + ΔΚ · - ■ ——
QQ2 Σ?！板鎉
-Q ， (2)其中m=l，2，...，Μ/2指示所述子頻帶的數(shù)目。表達(dá)式cm[n/Q]表示上文提及的用于分發(fā)濾波器抽頭(也就是說(shuō)，濾波器系數(shù))的標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，一個(gè)有用的標(biāo)準(zhǔn)是子頻帶錯(cuò)誤信號(hào)em[n]的能量。在這一情況下，Cffl[n/Q]可以表達(dá)成
η I R—1cJ-] = - Σ em[n — r] · e Ln - r]
Q R r=。， (3)其中m=l，2，. . .，M/2，且R是大于錯(cuò)誤信號(hào)平均值的樣品數(shù)目。然而，在計(jì)算等式
(3)之前所述自適應(yīng)子頻帶FIR濾波器必須進(jìn)行收斂，因此，R需要比Q小得多(也就是說(shuō)，R〈〈Q)。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將考慮各個(gè)子頻帶FIR濾波器的末端S濾波器系數(shù)的能量。在這一情況下，cm[n/Q]可以表達(dá)成
η I 1cmH = ~ Σ 9m(Km ,LnJ . 9 Η — , LnJ
Q s 3=0，(4)其中m=l，2，...，Μ/2，且Kni是各個(gè)子頻帶中當(dāng)前的濾波器長(zhǎng)度Kjn]?；蛘?，可以將子頻帶輸入信號(hào)xm[n]的能量與末端S濾波器系數(shù)一起考慮(參見(jiàn)等式5)。在這一情況下，cm[n/Q]可以表達(dá)成
ΠI R—1JrI S_1*cM[-] = - Σ xm[n ^ r] ■ xZ[n — r] + : Σ gm(Km-s)[n] · gm_卜s)*[n]
U K r^o^ s=0(5)如上所述，根據(jù)等式(3)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生最佳結(jié)果，但計(jì)算起來(lái)費(fèi)時(shí)。當(dāng)目標(biāo)系統(tǒng)隨著時(shí)間而變化并且輸入信號(hào)被任意著色時(shí)，應(yīng)使用根據(jù)等式(5)的標(biāo)準(zhǔn)，這一情況可能是發(fā)生在AEC (聲學(xué)回聲消除)系統(tǒng)中的情況。在現(xiàn)有的情況下，也就是說(shuō)，對(duì)于子頻帶FIR濾波器設(shè)計(jì)，可以由設(shè)計(jì)者將輸入信號(hào)χ [η]選擇為白噪音的情況，等式(4)會(huì)產(chǎn)生良好質(zhì)量結(jié)果并且同時(shí)允許快速調(diào)適。為了說(shuō)明心理聲學(xué)方面，可以用相應(yīng)的權(quán)重因數(shù)Wm對(duì)等式(3)、(4)或(5)中定義的表達(dá)式Cm進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，也就是說(shuō)，表達(dá)式Cm [n/Q]由等式(3)、(4)或(5)中的Wm · cm [n/Q]取代。應(yīng)選擇權(quán)重因數(shù)Wm以使得人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的頻率分辨率得到考慮。使用樹(shù)皮標(biāo)度時(shí)，因數(shù)I可以計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個(gè)音頻輸出通道的音頻系統(tǒng)，其包括數(shù)字音頻處理器，其中對(duì)每個(gè)通道實(shí)施至少一個(gè)數(shù)字濾波器；每個(gè)通道的所述數(shù)字濾波器包括 分析濾波器組，其被設(shè)置成接收寬頻帶輸入音頻信號(hào)并且將所述輸入音頻信號(hào)劃分成多個(gè)子頻帶，從而提供具有相等帶寬的子頻帶信號(hào)，所述子頻帶信號(hào)的頻譜組成所述輸入音頻信號(hào)的頻譜； 用于每個(gè)子頻帶的子頻帶FIR濾波器，從而提供各個(gè)被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)；和合成濾波器組，其被設(shè)置成接收所述被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)并且將所述子頻帶信號(hào)進(jìn)行組合來(lái)提供寬頻帶輸出音頻信號(hào)； 其中延遲與每個(gè)子頻帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)，將所述子頻帶信號(hào)中一個(gè)子頻帶信號(hào)的所述延遲應(yīng)用到所述分析濾波器組上游的寬頻帶輸入音頻信號(hào)并且將剩余的延遲應(yīng)用到所述分析濾波器組下游的剩余子頻帶信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括 低通濾波器，其接收未延遲的輸入音頻信號(hào)，并且提供所述分析濾波器組處未被抽頭的最低頻率子頻帶的子頻帶信號(hào)作為另一子頻帶信號(hào)； 另一子頻帶FIR濾波器，其被設(shè)置成過(guò)濾所述最低頻率子頻帶信號(hào)；和 延遲，其被應(yīng)用到所述各個(gè)子頻帶FIR濾波器的上游或下游的所述最低頻率子頻帶信號(hào)， 其中，應(yīng)用到所述寬頻帶輸入音頻信號(hào)的延遲對(duì)應(yīng)于與所述分析濾波器組處抽頭的子頻帶相關(guān)聯(lián)的最短延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)， 其中對(duì)所述子頻帶FIR濾波器的濾波器系數(shù)的數(shù)目進(jìn)行設(shè)置，以使得所述子頻帶濾波器的頻率分辨率至少近似對(duì)應(yīng)于人類(lèi)耳朵的頻率分辨率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其包括至少第一音頻通道和第二音頻通道， 其中以相等延遲來(lái)延遲每個(gè)寬頻帶輸入音頻信號(hào)，所述相等延遲由所述分析濾波器組處抽頭的所有通道的所有子頻帶信號(hào)的所述最短延遲給出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中一項(xiàng)所述的系統(tǒng)， 其中所述分析濾波器組和所述合成濾波器組是偶數(shù)堆疊⑶TF濾波器組，其對(duì)輸入音頻信號(hào)按塊進(jìn)行處理，與所述寬頻帶信號(hào)相比較，所述子頻帶信號(hào)以對(duì)應(yīng)于塊大小的因數(shù)經(jīng)受下采樣，以及 其中所述經(jīng)受處理的子頻帶信號(hào)的所述最低頻率子頻帶信號(hào)和最高頻率子頻帶信號(hào)是實(shí)值，其中其它子頻帶信號(hào)是復(fù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述低通濾波器對(duì)應(yīng)于由所述分析濾波器組使用的原型濾波器。
7.一種用于過(guò)濾提供在音頻系統(tǒng)的至少一個(gè)音頻輸出通道中的至少一個(gè)音頻信號(hào)的方法；對(duì)于每個(gè)通道，所述方法包括 接收待過(guò)濾的寬頻帶輸入音頻信號(hào)，其具有存在于給定頻帶中的頻譜； 將所述輸入音頻信號(hào)的頻帶劃分成多個(gè)子頻帶，從而提供子頻帶信號(hào)，所述子頻帶信號(hào)的頻譜組成所述輸入音頻信號(hào)的所述頻譜； 使用用于每個(gè)子頻帶的各個(gè)FIR或IIR濾波器來(lái)過(guò)濾每個(gè)子頻帶信號(hào)，從而提供各個(gè)被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)； 將所述被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)進(jìn)行組合，以提供寬頻帶輸出音頻信號(hào)； 其中延遲與每個(gè)子頻帶相關(guān)聯(lián)，將所述子頻帶中一個(gè)子頻帶的所述延遲在劃分所述頻帶之前應(yīng)用到所述寬頻帶輸入音頻信號(hào)，并且將剩余的延遲在劃分所述頻帶之后應(yīng)用到剩余的子頻帶信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法， 其中使用對(duì)輸入信號(hào)按塊進(jìn)行處理的第一偶數(shù)堆疊GDTF分析濾波器組來(lái)進(jìn)行劃分所述頻帶; 其中劃分所述頻帶進(jìn)一步包括與所述寬頻帶信號(hào)相比較以對(duì)應(yīng)于塊大小的因數(shù)對(duì)所述子頻帶信號(hào)進(jìn)行下采樣； 其中使用第二偶數(shù)堆疊GDTF合成濾波器組來(lái)進(jìn)行組合所述被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)，所述第二偶數(shù)堆疊GDTF合成濾波器組對(duì)應(yīng)于所述第一濾波器組并且按塊提供寬頻帶輸出信號(hào)；以及 其中將所述被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)進(jìn)行組合進(jìn)一步包括與所得寬頻帶信號(hào)相比較以對(duì)應(yīng)于所述塊大小的因數(shù)對(duì)所述子頻帶信號(hào)進(jìn)行上采樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其進(jìn)一步包括 低通過(guò)濾未延遲的輸入音頻信號(hào)，并且提供最低頻率子頻帶的子頻帶信號(hào)作為另一子頻帶信號(hào)； 使用各個(gè)FIR或IIR濾波器來(lái)過(guò)濾所述最低頻率子頻帶信號(hào)，從而提供相應(yīng)的被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)；以及 在FIR過(guò)濾之前或之后延遲所述最低頻率子頻帶信號(hào)， 其中應(yīng)用到所述寬頻帶輸入音頻信號(hào)的所述延遲同與所述剩余子頻帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的最短延遲對(duì)應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)所述子頻帶FIR濾波器的濾波器系數(shù)的數(shù)目進(jìn)行設(shè)置，以使得所述子頻帶濾波器的頻率分辨率至少近似對(duì)應(yīng)于人類(lèi)耳朵的頻率分辨率。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中一項(xiàng)所述的方法， 其中所述音頻系統(tǒng)包括至少第一音頻輸出通道和第二音頻輸出通道，以及 其中以相等延遲來(lái)延遲每個(gè)寬頻帶輸入音頻信號(hào)，所述相等延遲由所述劃分所述頻帶所獲得的所有通道的所有子頻帶信號(hào)的所述最短延遲給出。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法， 其中所述低通過(guò)濾包括使用與由用于劃分所述頻帶的所述GDFT濾波器組使用的原型濾波器相對(duì)應(yīng)的濾波器作為低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了具有至少一個(gè)音頻通道的音頻系統(tǒng)。音頻系統(tǒng)包括數(shù)字音頻處理器，其中對(duì)每個(gè)通道實(shí)施至少一個(gè)數(shù)字濾波器。每個(gè)通道的數(shù)字濾波器包括分析濾波器組，設(shè)置成接收寬頻帶輸入音頻信號(hào)并將輸入音頻信號(hào)劃分成多個(gè)子頻帶，從而提供具有相等帶寬的子頻帶信號(hào)，子頻帶信號(hào)的頻譜組成輸入音頻信號(hào)的頻譜；用于每個(gè)子頻帶的子頻帶FIR濾波器，從而提供各個(gè)被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)；和合成濾波器組，設(shè)置成接收被濾過(guò)的子頻帶信號(hào)并將子頻帶信號(hào)組合來(lái)提供寬頻帶輸出音頻信號(hào)，其中延遲與每個(gè)子頻帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)，將子頻帶信號(hào)其中之一的延遲應(yīng)用到分析濾波器組上游的寬頻帶輸入音頻信號(hào)并將剩余的延遲應(yīng)用到分析濾波器組下游的剩余子頻帶信號(hào)。
文檔編號(hào)H03H17/02GK102811037SQ20121017358
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者M.克里斯托夫 申請(qǐng)人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司