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      自適應(yīng)濾波的制作方法_4

      文檔序號:9263851閱讀:來源:國知局
      (如圖33所示)來使用,但也可在獨立的應(yīng) 用中、結(jié)合心理聽覺地激勵的約束或結(jié)合模擬延遲來使用。
      [0133] 在圖34中示出也基于上面關(guān)于圖22描述的系統(tǒng)和方法的相應(yīng)地修改的MELMS 算法的流程圖。空間約束模塊3403布置成控制增益控制濾波器模塊3401和增益控制濾 波器模塊3402。增益控制濾波器模塊3401布置在麥克風(fēng)215的下游并提供修改的誤差信 號e' Jn)。增益控制濾波器模塊3402布置在麥克風(fēng)216的下游并提供修改的誤差信號 e ' 2(n) 〇
      [0134] 在圖34所示的系統(tǒng)和方法中,來自麥克風(fēng)215和216的(誤差)信號 ei(n)和 e2(n)在時域中而不是在頻譜域中被修改。在時域中的修改仍然可被執(zhí)行,使得信號的頻譜 成分也例如通過提供頻率相關(guān)增益地濾波器被修改。然而,增益也可簡單地是頻率相關(guān)的。
      [0135] 在圖34所示的例子中,不應(yīng)用空間約束,即,所有誤差麥克風(fēng)(所有位置、所有聲 區(qū))被相等地加權(quán),使得沒有頻譜強調(diào)或不重要性被應(yīng)用于特定的麥克風(fēng)(位置、聲區(qū))。 然而,也可應(yīng)用位置相關(guān)加權(quán)??蛇x地,可規(guī)定子區(qū)域,以便可放大例如在聽者的耳朵周圍 的區(qū)域并可減弱在頭的后部分處的區(qū)域。
      [0136] 修改被提供到揚聲器的信號的頻譜應(yīng)用域可能是合乎需要的,因為揚聲器可展示 不同的電和聲特征。但是即使所有特征都是相同的,獨立于其它揚聲器而控制每個揚聲器 的帶寬可能也是合乎需要的,因為具有相同特征的相同揚聲器的可使用帶寬在布置在不同 的地點(位置、具有不同體積的通風(fēng)箱)處時可能有差異??赏ㄟ^分頻濾波器來補償這樣 的差異。在圖35所示的示例性系統(tǒng)和方法中,可使用在本文也被稱為頻率約束的頻率相關(guān) 增益約束來代替分頻濾波器以確保所有揚聲器以相同或至少相似的方式操作,例如使得沒 有一個揚聲器是過載的,這導(dǎo)致不想要的非線性變形??梢杂枚喾N方式實現(xiàn)頻率約束,在下 面討論了其中兩種方式。
      [0137] 在圖35中示出基于上面關(guān)于圖34描述的系統(tǒng)和方法但在有或沒有特定的約束的 情況下可基于本文描述的任何其它系統(tǒng)和方法的相應(yīng)地修改的MELMS算法的流程圖。在圖 35所示的示例性系統(tǒng)中,LMS模塊207和208由頻率相關(guān)增益約束LMS模塊3501和3502 代替以提供特定的自適應(yīng)行為,其可被描述如下:
      [0138]
      [0139] 其中是k = 1,. . .,K,K是物戶器的數(shù)重;m = 1,. . .,M,M是麥克風(fēng)的數(shù)量; Q,m)是在時間n (以樣本計)在第k個揚聲器和第m個(誤差)麥克風(fēng)之間的輔路 徑的模擬;以及|Fk(e#) |是針對被提供到第k個揚聲器的信號的頻譜限制的分頻濾波器 的幅值,該信號本質(zhì)上是隨著時間n的常數(shù)。
      [0140] 如可看到的,修改的MELMS算法本質(zhì)上僅僅是修改,具有該修改的經(jīng)濾波的輸入 信號被產(chǎn)生,其中經(jīng)濾波的輸入信號在頻譜上由具有傳遞函數(shù)F k(e#)的K個分頻濾波 器模塊限制。分頻濾波器模塊可具有復(fù)傳遞函數(shù),但在大部分應(yīng)用中,只使用傳遞函數(shù) |F k(e#) |的幅值以便實現(xiàn)期望頻譜限制就足夠了,因為相位對于頻譜限制是不需要的,并 可能甚至干擾自適應(yīng)過程。在圖36中描繪可應(yīng)用的分頻濾波器的示例性頻率特征的幅值。
      [0141] 在圖37和38中分別示出在所有四個位置處的相應(yīng)幅值頻率響應(yīng)和隨著時間(以 樣本計)的均衡濾波器的濾波系數(shù)(表示其脈沖響應(yīng))。當(dāng)結(jié)合頻率約束、預(yù)振鈴約束和幅 值約束(包括具有0. 25的高斯窗口的開窗)排他地關(guān)于更遠(yuǎn)的揚聲器例如在圖7所示的 設(shè)置中的揚聲器 FLSptH、FLSptL、FRSptH、FRSpfeL、SL Spfe、SRSpt、RLSpt和 RR Spfe應(yīng)用均衡濾波器 時,圖37所示的幅值響應(yīng)和圖38所示的用于建立串音消除的均衡濾波器的脈沖響應(yīng)與四 個位置有關(guān)。
      [0142] 圖37和38示出在400Hz之下通過分頻濾波器模塊的輸出信號的頻譜限制的結(jié) 果,這是在圖7所示的設(shè)置中的前低音揚聲器FL SptL和FRSptL的較小影響和對串音消除缺 乏任何明顯影響,如可從圖37和27的比較看到的。當(dāng)比較圖39和31所示的伯德圖時,這 些結(jié)果也被支持,其中圖39所示的圖基于形成圖37和38的基礎(chǔ)的相同設(shè)置并示出被提供 到低音揚聲器FL SptL和FRSpfeL的信號的明顯變化,當(dāng)它們緊靠前位置FLPjP FR ^時。在 一些應(yīng)用中,具有如上面闡述的頻率約束的系統(tǒng)和方法可傾向于展示在低頻下的某個缺點 (幅值下降)。因此,可以可選地實現(xiàn)頻率約束,例如如下面關(guān)于圖40討論的。
      [0143] 如圖40所示的相應(yīng)地修改的MELMS算法的流程圖基于上面關(guān)于圖34描述的系統(tǒng) 和方法,但可以可選地在有或沒有特定的約束的情況下基于本文描述的任何其它系統(tǒng)和方 法。在圖40所示的示例性系統(tǒng)中,頻率約束模塊4001可布置在均衡濾波器205的下游,且 頻率約束模塊4002可布置在均衡濾波器206的下游。頻率約束的可選布置允許減小在房 間傳遞特征中,即,在通過預(yù)先濾波提供到揚聲器的信號而實際出現(xiàn)的傳遞函數(shù)Sk, m(eP, n)中和在它們的模型的傳遞函數(shù)ri)中的分頻濾波器的復(fù)雜影響(幅值和相 位),其在圖40中由+氣n)指示??墒褂孟旅娴姆匠堂枋鰧ELMS算法的這個修改:
      [0144] Srk>m(ejQ,n) = sk>m(ejfi, n)Fk(ejfi),
      [0145]
      [0146]其中是 S' k,>j°,n)的近似。
      [0147] 圖41是示出當(dāng)應(yīng)用均衡濾波器且結(jié)合預(yù)振鈴約束、幅值約束(具有0. 25的高斯 窗口的開窗)和包括在房間傳遞函數(shù)中的頻率約束只使用更遠(yuǎn)的揚聲器,即,在圖7所示的 設(shè)置中的?1^1^1^1^心 1^^心1^、51^、51^1、1?1^和1^1^時在上面關(guān)于圖7描述 的四個位置處的幅值頻率響應(yīng)的圖。在圖42中示出相應(yīng)的脈沖響應(yīng),且在圖43中示出相 應(yīng)的伯德圖。如可在圖41-43中看到的,分頻濾波器對在前位置?1^。 3和?1^。3旁邊的低音揚 聲器FLSptL和FRSpfeL有明顯的影響。特別是當(dāng)比較圖41和37時,可看到,圖41的圖所基 于的頻率約束允許在較低頻率下的更遠(yuǎn)的濾波效應(yīng),以及串音消除性能在高于50Hz的頻 率下稍微惡化。
      [0148] 根據(jù)應(yīng)用,可單獨地或與其它心理聽覺地激勵的或未心理聽覺地激勵的約束例如 揚聲器-房間-麥克風(fēng)約束結(jié)合來使用至少一個(其它)心理聽覺地激勵的約束。例如, 當(dāng)只使用幅值約束時均衡濾波器的時間行為,即,當(dāng)維持原始相位(比較圖26所描繪的脈 沖響應(yīng))時的幅值頻率特征的非線性平滑化,由聽者感知為讓人討厭的音調(diào)后振鈴。這個 后振鈴可通過后振鈴約束來抑制,這可基于能量時間曲線(ETC)被描述如下:
      [0149] 零填補:
      [0150] ^
      [0151] 其中是在具有長度N/2的MELMS算法中第k個均衡濾波器的濾波器系數(shù)的最 后集合,且0是具有長度N的零列矢量。
      [0152]FFT 轉(zhuǎn)換:
      [0153]
      [0154]
      [0155]
      [0156]
      [0157]
      [0158]
      [0159] 其中Wk,t(eP)是在第t個迭代步驟(矩形窗口)第k個均衡濾波器的頻譜的實 部,J
      )表示第k個均衡濾波器的瀑布圖,其包括在對數(shù)域中的具有N/2的長 度的單邊帶頻譜的所有N/2幅值頻率響應(yīng)。
      [0160] 當(dāng)在上面描述的MELMS系統(tǒng)或方法中計算一般車輛的房間脈沖響應(yīng)的ETC并比較 所得ETC與提供到左前高頻揚聲器FL Spk,H的信號的ETC時,事實證明,在某些頻率范圍內(nèi)展 示的衰減時間明顯更長,這可被看作后振鈴的基本原因。此外,事實證明,包含在上面描述 的MELMS系統(tǒng)和方法的房間脈沖響應(yīng)中的能量可能在衰減過程中稍后的時間太高。類似于 如何抑制預(yù)振鈴,可通過基于人耳呼叫(聽覺)后掩蔽的心理聽覺特性的后振鈴約束來抑 制后振鈴。
      [0161]當(dāng)一個聲音的感知被另一聲音的存在影響時,聽覺掩蔽出現(xiàn)。在頻域中的聽覺掩 蔽被稱為同時掩蔽、頻率掩蔽或頻譜掩蔽。在時域中的聽覺掩蔽被稱為時間掩蔽或非同時 掩蔽。非掩蔽閾值是可在沒有當(dāng)前掩蔽信號的情況下感知的信號的無聲水平。掩蔽閾值是 當(dāng)與特定的掩蔽噪聲組合時感知的信號的無聲水平。掩蔽的量是在掩蔽和非掩蔽閾值之間 的差異。掩蔽的量將根據(jù)目標(biāo)信號和掩蔽者的特征而改變,且對個別聽者也是特定的。當(dāng)聲 音通過與原始聲音相同的持續(xù)時間的噪聲或不想要的聲音變得聽不見時,同時掩蔽出現(xiàn)。 當(dāng)突然的刺激聲音使緊接著在刺激之前或之后存在的其它聲音聽不見時,時間掩蔽或非同 時掩蔽出現(xiàn)。掩蓋緊接著在掩蔽者之前的聲音的掩蔽被稱為后向掩蔽或預(yù)掩蔽,以及掩蓋 緊接著在掩蔽者之后的聲音的掩蔽被稱為前向掩蔽或后掩蔽。時間掩蔽的有效性從掩蔽者 的開始和抵消指數(shù)地衰減,開始衰減持續(xù)大約20ms,而抵消衰減持續(xù)大約100ms,如圖44所 不〇
      [0162] 在圖45中示出描繪關(guān)于頻率的群延遲差的逆指數(shù)函數(shù)的示例性曲線,且在圖46 中示出作為后掩蔽閾值的關(guān)于頻率的相位差的相應(yīng)逆指數(shù)函數(shù)。"后掩蔽"閾值在本文被理 解為避免在均衡濾波器中的后振鈴的約束。如可從示出以限制群延遲函數(shù)(關(guān)于頻率的群 延遲差)的形式的約束的圖45看到的,當(dāng)頻率增加時,后掩蔽閾值降低。雖然在大約1Hz 的頻率下大約250ms的持續(xù)時間的后振鈴可能對聽者是可接受的,但是在大約500Hz的頻 率下,閾值已經(jīng)在大約50ms并可以以5ms的近似漸近最終值達(dá)到更高的頻率。圖45所示 的曲線可容易轉(zhuǎn)換成限制相位函數(shù),其在圖46中被示為關(guān)于頻率的相位差曲線。因為后振 鈴(圖45和46)和預(yù)振鈴(圖3和4)的曲線的形狀是相當(dāng)類似的,所以相同的曲線可用 于后振鈴和預(yù)振鈴,但具有不同的比例縮放。后振鈴約束可被描述如下:
      [0163]規(guī)范:
      [0164]
      是具有N/2(以樣本計)的長度的時間矢量,
      [0165] tQ=0是起始時間點,
      [0166] a0db= OdB是起始水平,以及
      [0167] aldb= -60dB 是最終水平。
      [0168]梯度:
      [0169] -是限制函數(shù)的梯度(以dB/s為單位), D
      [0170] TeMupItelay(n)是用于在頻率n(以FFT倉為單位)下抑制后振鈴(以s為單位)的 群延遲的差函數(shù)。
      [0171] 限制函數(shù):
      [0172] LimFci^Oi,t) =m(n)ts是第n個頻率倉(以dB為單位)的時間限制函數(shù),以及
      [0173] ? = …是表示單邊帶頻譜(以FFT倉為單位)的倉號的頻率指數(shù)。
      [0174] 時間補償/比例調(diào)整:[0175] rETC,H1, (n)"_,t"=J= max |ETC,H1, (n,t)},
      [0176]
      [0177]
      [0178]
      [0179]
      [0180]
      [0181]
      [0182]
      [0183] m 丨日丨 fl水仲 _ H'、l IT 縣:
      [0184]
      It).是包括后振鈴約束的第k個信道(被提供到揚聲器的信 號)的修改的房間脈沖響應(yīng)。
      [0185] 如可在上面的方程中看到,后振鈴約束在這里基于ETC的時間限制,其是頻率相 關(guān)的,且其頻率相關(guān)性基于群延遲差函數(shù)T&_Delay(n)。在圖45中示出表示群延遲差函數(shù) T&oupD^yO1)的示例性曲線。在給定時間段T
      當(dāng)前第4頁1 2 3 4 5 6 
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