自適應(yīng)濾波的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種自適應(yīng)濾波系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間聲場再現(xiàn)技術(shù)利用多個(gè)揚(yáng)聲器來在大聽音區(qū)域上創(chuàng)建虛擬聽覺場景。幾種聲 場再現(xiàn)技術(shù)例如波場合成（WFS)或Ambisonics利用配備有多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列來提 供聲場景的高度詳細(xì)的空間再現(xiàn)。特別是，波場合成用于實(shí)現(xiàn)聲場景的高度詳細(xì)的空間再 現(xiàn)以通過使用例如幾十個(gè)到數(shù)百個(gè)揚(yáng)聲器的陣列來克服限制。
[0003] 空間聲場再現(xiàn)技術(shù)克服了立體聲再現(xiàn)技術(shù)的一些限制。然而，技術(shù)約束對聲再現(xiàn) 禁止大量揚(yáng)聲器的使用。波場合成（WFS)和Ambisonics是兩種類似類型的聲場再現(xiàn)。雖 然它們基于聲場（WFS的Kirchhoff-Helmholtz積分和Ambisonics的球諧函數(shù)展開）的不 同表示，但是它們的目的是一致的，且它們的特性是相似的。揚(yáng)聲器陣列的圓形設(shè)置的兩個(gè) 原理的現(xiàn)有假象的分析得出這個(gè)結(jié)論：H0A(較高階Ambisonics)或更確切地近場校正H0A 和WFS滿足類似的限制。WFS和H0A及其不可避免的缺陷從感知的過程和質(zhì)量方面引起一 些差異。在H0A中，在再現(xiàn)的階數(shù)降低的情況下，聲場的受損重建將可能導(dǎo)致局部化焦點(diǎn)的 模糊和在聽音區(qū)域的尺寸上的某個(gè)減小。
[0004] 對于音頻再現(xiàn)技術(shù)例如波場合成（WFS)或Ambisonics，一般根據(jù)基本理論來確定 揚(yáng)聲器信號，使得由揚(yáng)聲器在其已知的位置處發(fā)射的聲場的疊加描述某個(gè)期望聲場。一般， 確定假設(shè)自由場條件的揚(yáng)聲器信號。因此，聽音室不應(yīng)展示相當(dāng)大的墻壁反射，因?yàn)榉瓷洳?場的反射部分將使再現(xiàn)的波場變形。在很多情形例如汽車的內(nèi)部中，實(shí)現(xiàn)這樣的室特性的 必要的聲處理可能太昂貴或不實(shí)際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -種具有K彡1個(gè)輸出路徑、M彡1個(gè)誤差輸入路徑，Q彡1個(gè)源輸入路徑的系統(tǒng) 包括：K個(gè)濾波器模塊，其布置在所述K個(gè)輸出路徑上游和所述Q個(gè)源輸入路徑下游的信號 路徑中，并且具有可控傳遞函數(shù)；以及K個(gè)濾波器控制模塊，其布置在所述K個(gè)誤差輸入路 徑下游和所述Q個(gè)源輸入路徑下游的信號路徑中，并且被配置成基于所述M個(gè)誤差輸入路 徑上的誤差信號和所述Q個(gè)源輸入路徑上的源輸入信號根據(jù)自適應(yīng)控制算法控制所述K個(gè) 濾波器模塊的所述傳遞函數(shù)。所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)心理聽覺（psychoacoustic)約束。
[0006] -種方法包括：使用在K彡1個(gè)輸出路徑上游和Q彡1個(gè)源輸入路徑下游的信號 路徑中的可控制傳遞函數(shù)進(jìn)行濾波；以及基于M多1個(gè)誤差輸入路徑上的誤差信號和所述 Q個(gè)源輸入路徑上的源輸入信號根據(jù)自適應(yīng)控制算法利用所述可控傳遞函數(shù)的濾波器控制 信號進(jìn)行控制。所述方法還包括至少一個(gè)心理聽覺約束。
[0007]當(dāng)檢查下面的附圖和詳細(xì)描述時(shí)，其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將或?qū)⒆兊脤Ρ绢I(lǐng) 域中的技術(shù)人員明顯。意圖是所有這樣的額外系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括在這個(gè)描述中、 在本發(fā)明的范圍內(nèi)且被下面的權(quán)利要求保護(hù)。
【附圖說明】
[0008] 參考下面的附圖和描述可更好地理解系統(tǒng)和方法。附圖中的部件不一定按比例繪 制，相反強(qiáng)調(diào)說明本發(fā)明的原理。而且在附圖中，相似的參考數(shù)字在不同的視圖中始終表示 相應(yīng)的部件。
[0009] 圖1是示出包括多個(gè)誤差最小均方（MELMS)系統(tǒng)或方法的具有M個(gè)記錄信道（麥 克風(fēng)）和K個(gè)輸出信道（揚(yáng)聲器）的簡單聲多輸入多輸出（MIM0)系統(tǒng)的流程圖。
[0010] 圖2是示出在圖1所示的MM0系統(tǒng)中可應(yīng)用的1X2X2MELMS系統(tǒng)或方法的流程 圖。
[0011] 圖3是示出以限制群延遲函數(shù)（關(guān)于頻率的群延遲差）的形式的預(yù)振鈴約束曲線 的圖。
[0012] 圖4是示出從圖3所示的曲線得到的限制相位函數(shù)的曲線（關(guān)于頻率的相位差曲 線）的圖。
[0013] 圖5是示出根據(jù)圖4所示的曲線而設(shè)計(jì)的全通濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖。
[0014] 圖6是示出圖5所示的全通濾波器的幅值和相位行為的伯德圖。
[0015] 圖7是示出用于在車輛中產(chǎn)生單獨(dú)聲區(qū)的設(shè)置的方框圖。
[0016] 圖8是示出在使用只基于更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器的MM0系統(tǒng)的圖7所示的設(shè)置中的四個(gè) 區(qū)（位置）中的每個(gè)處的幅值頻率響應(yīng)的幅值頻率圖。
[0017] 圖9是示出形成圖8所示的圖的基礎(chǔ)的MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的相應(yīng)脈沖響應(yīng) 的振幅時(shí)間圖（以樣本為單位的時(shí)間）。
[0018] 圖10是具有在圖7所示的設(shè)置中可應(yīng)用的集成近距離揚(yáng)聲器的頭枕的示意圖。
[0019] 圖11是在圖7所示的設(shè)置中的近距離揚(yáng)聲器的可選布置的示意圖。
[0020] 圖12是示出在圖11中更詳細(xì)示出的可選布置的示意圖。
[0021] 圖13是示出當(dāng)使用一半濾波器長度的模擬延遲和僅僅近距離揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所 示的設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0022] 圖14是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖13所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0023] 圖15是示出當(dāng)使用長度減小模擬延遲和僅僅近距離揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示的設(shè)置 中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0024] 圖16是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖15所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0025] 圖17是示出當(dāng)使用長度減小模擬延遲和僅僅系統(tǒng)即遠(yuǎn)距離揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示 的設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0026] 圖18是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖17所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0027] 圖19是示出當(dāng)使用實(shí)現(xiàn)預(yù)振鈴約束而不是模擬延遲的全通濾波器和僅僅近距離 揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示的設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0028] 圖20是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖19所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0029] 圖21是示出在對數(shù)域中的示例性幅值約束的上限和下限的振幅值頻率圖。
[0030] 圖22是基于上面關(guān)于圖2描述的系統(tǒng)和方法的、具有幅值約束的MELMS系統(tǒng)或方 法的流程圖。
[0031] 圖23是如圖22所示的、使用幅值約束的系統(tǒng)或方法的伯德圖（幅值頻率響應(yīng)、相 位頻率響應(yīng)）。
[0032] 圖24是不使用幅值約束的系統(tǒng)或方法的伯德圖（幅值頻率響應(yīng)、相位頻率響應(yīng)）。
[0033] 圖25是示出當(dāng)結(jié)合幅值和預(yù)振鈴約束只使用八個(gè)更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示的 設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0034] 圖26是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖25所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0035] 圖27是示出當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束和基于具有高斯窗口的開窗的幅值約束只使用更 遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示的設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0036] 圖28是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖27所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0037] 圖29是示出示例性高斯窗口的振幅時(shí)間圖。
[0038] 圖30是基于上面關(guān)于圖2描述的系統(tǒng)和方法的、具有開窗式幅值約束的MELMS系 統(tǒng)或方法的流程圖。
[0039] 圖31是當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束和基于具有修改的高斯窗口的開窗的幅值約束只使用 更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)的系統(tǒng)或方法的伯德圖（幅值頻率響應(yīng)、相位頻率響應(yīng)）。
[0040] 圖32是示出示例性修改的高斯窗口的振幅時(shí)間圖。
[0041] 圖33是基于上面關(guān)于圖22描述的系統(tǒng)和方法的、具有空間約束的MELMS系統(tǒng)或 方法的流程圖。
[0042] 圖34是基于上面關(guān)于圖22描述的系統(tǒng)和方法的、具有可選的空間約束的MELMS 系統(tǒng)或方法的流程圖。
[0043] 圖35是基于上面關(guān)于圖34描述的系統(tǒng)和方法的、具有頻率相關(guān)增益約束LMS的 MELMS系統(tǒng)或方法的流程圖。
[0044] 圖36是示出當(dāng)使用分頻濾波器時(shí)對應(yīng)于四個(gè)更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器的頻率相關(guān)增益約束 的幅值頻率圖。
[0045] 圖37是示出當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、開窗式幅值約束和自適應(yīng)頻率（相關(guān)增益）約束 只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在圖7所示的設(shè)置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0046] 圖38是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖37所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0047] 圖39是當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、開窗式幅值約束和自適應(yīng)頻率（相關(guān)增益）約束只使 用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)的系統(tǒng)或方法的伯德圖。
[0048] 圖40是基于上面關(guān)于圖34描述的系統(tǒng)和方法的、具有可選的頻率（相關(guān)增益） 約束的MELMS系統(tǒng)或方法的流程圖。
[0049] 圖41是示出當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、開窗式幅值約束和在房間脈沖響應(yīng)中的可選的 頻率（相關(guān)增益）約束只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在應(yīng)用均衡濾波器的情況下在圖7所示的設(shè) 置中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0050] 圖42是示出對應(yīng)于MM0系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖41所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0051] 圖43是當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、開窗式幅值約束和在房間脈沖響應(yīng)中的可選的頻率 (相關(guān)增益）約束只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)應(yīng)用于圖7所示的設(shè)置的均衡濾波器的伯德圖。
[0052] 圖44是示出用于預(yù)掩蔽、同時(shí)掩蔽和后掩蔽的隨著時(shí)間的聲壓級的示意圖。
[0053] 圖45是示出以關(guān)于頻率的群延遲差的限制群延遲函數(shù)的形式的后振鈴約束曲線 的圖。
[0054] 圖46是示出從圖45所示的曲線得到的關(guān)于頻率的相位差曲線的限制相位函數(shù)的 曲線的圖。
[0055] 圖47是示出示例性時(shí)間限制函數(shù)的曲線的水平時(shí)間圖。
[0056] 圖48基于上面關(guān)于圖40描述的系統(tǒng)和方法的、具有組合的幅值后振鈴約束的 MELMS系統(tǒng)或方法的流程圖。
[0057] 圖49是示出當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、基于幅值約束的非線性平滑、頻率（相關(guān)增益） 約束和后振鈴約束只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在應(yīng)用均衡濾波器的情況下在圖7所示的設(shè)置 中的四個(gè)位置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0058] 圖50是示出對應(yīng)于MMO系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在 圖49所示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0059]圖51是當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、基于幅值約束的非線性平滑、頻率（相關(guān)增益）約束 和后振鈴約束只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)應(yīng)用于圖7所示的設(shè)置的均衡濾波器的伯德圖。
[0060] 圖52是示出示例性水平限制函數(shù)的曲線的幅值時(shí)間圖。
[0061] 圖53是對應(yīng)于圖52所示的幅值時(shí)間曲線的振幅時(shí)間圖。
[0062]圖54是不出在二個(gè)不同的頻率下具有指數(shù)窗口的不例性窗口函數(shù)的曲線的幅值 時(shí)間圖。
[0063] 圖55是示出當(dāng)結(jié)合預(yù)振鈴約束、幅值約束、頻率（相關(guān)增益）約束和開窗式后振 鈴約束只使用更遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器時(shí)在應(yīng)用均衡濾波器的情況下在圖7所示的設(shè)置中的四個(gè)位 置處的頻率特征的幅值頻率圖。
[0064] 圖56是示出MMO系統(tǒng)的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)的振幅時(shí)間圖，其導(dǎo)致在圖55所 示的四個(gè)期望位置處的頻率特征。
[0065] 圖57是