基于確定性序列的反饋估計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請設(shè)及音頻處理領(lǐng)域，包括展現(xiàn)從輸出變換器（如揚聲器）到輸入變換器 (如傳聲器）的聲或機械反饋的聽力系統(tǒng)中的聲反饋估計，例如在廣播系統(tǒng)或助聽裝置如 助聽器中體驗的。本發(fā)明例如設(shè)及包括用于產(chǎn)生試探信號的試探信號發(fā)生器及用于產(chǎn)生非 計劃反饋通路的估計量的自適應反饋估計單元的聽力系統(tǒng)。
[0002] 本申請還設(shè)及估計從聽力裝置的輸出變換器到輸入變換器的反饋通路的方法，例 如在針對特定用戶驗配聽力裝置期間或者（在需要時或認為有利時）在裝置正常運行期間 由用戶進行。
[0003] 本申請還設(shè)及包括處理器和程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，程序代碼使得處理器執(zhí)行 本發(fā)明方法的至少部分步驟。
[0004] 本發(fā)明的實施例如可用在下述應用中：助聽器、頭戴式耳機、耳麥、有源耳朵保護 系統(tǒng)、免提電話系統(tǒng)、移動電話、遠程會議系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、卡拉0K系統(tǒng)、教室放 大系統(tǒng)等。
【背景技術(shù)】 陽〇化]下面的現(xiàn)有技術(shù)說明設(shè)及本申請的應用領(lǐng)域之一，即助聽器。
[0006] 出現(xiàn)聲反饋是因為來自提供傳聲器拾取的信號的放大的音頻系統(tǒng)的輸出揚聲器 信號經(jīng)通過空氣或其他介質(zhì)的聲禪合部分返回到傳聲器引起。返回到傳聲器的揚聲器信號 部分在重新出現(xiàn)在揚聲器處之前被系統(tǒng)再次放大并再次返回到傳聲器。隨著該循環(huán)持續(xù)， 當系統(tǒng)變得不穩(wěn)定時，聲反饋效應變得聽得見，作為非自然信號甚或更糟的嘯聲。該問題通 常在傳聲器和揚聲器靠近地放在一起時（或者傳聲器信號的放大較大時）出現(xiàn)，例如在助 聽器或其他音頻系統(tǒng)中。一些其他具有反饋問題的典型情形為電話學、廣播系統(tǒng)、頭戴式耳 機、音頻會議系統(tǒng)等。在聽力儀器尤其是聽力儀器中通常使用隨頻率而變的聲、電和機械反 饋識別方法W確保它們的穩(wěn)定性。因聲反饋引起的不穩(wěn)定的系統(tǒng)用窄帶頻率成分大大污染 想要的音頻輸入信號，窄帶頻率成分通常被感知為嘯聲或哨聲。
[0007] 在助聽器驗配期間和/或正常運行期間，重要的任務(wù)是測量從助聽器接收器到傳 聲器的靜態(tài)反饋通路。該反饋通路測量例如可用于確定助聽器中的最大允許增益W避免聲 反饋問題（嘯聲）。測量關(guān)鍵增益的方法例如在US2011026725A1中描述，其中提供周圍噪 聲電平相對于可接受闊值的估計量。
[0008] 通常，助聽器中出現(xiàn)反饋嘯聲或其他反饋非自然信號因助聽器的非最佳驗配引 起，或者由于放大對于（機載）助聽器反饋管理系統(tǒng)進行處理而言太高。
[0009] 通常，助聽器驗配W對助聽器反饋管理系統(tǒng)容易處理的聲反饋條件進行。在實踐 中，當聲反饋條件變得更復雜時，如當用戶戴帽子時或在其耳朵旁邊有電話時，反饋管理系 統(tǒng)可能面臨多得多的富有挑戰(zhàn)的情形。
[0010] 在目前的助聽器系統(tǒng)中，通常在富有挑戰(zhàn)的反饋情形下應用增益減小。然而，通常 不知道多大的增益減小是必要的（W剛好防止嘯叫）。（粗略的）估計量可從當前反饋通 路的計算的估計量或環(huán)路增益提供，但運樣的估計量在富有挑戰(zhàn)的反饋情形下通常不是非 ?？煽?。因此，通常施加比所需要的更大的增益減小防萬一）。
[0011] 助聽器的聲反饋測量可通過用助聽器接收器（揚聲器）播放試探信號如隨機信號 例如白噪聲（WN)或有色噪聲進行，其中同時記錄助聽器傳聲器信號?；谶\兩個信號序 列，例如使用自適應算法可確定未知反饋通路的估計量。在目前技術(shù)發(fā)展水平的助聽器系 統(tǒng)中經(jīng)常使用的自適應算法為歸一化最小均方（NLM巧算法。也可使用其它算法，例如參見 出aykin ;2001]。
[0012] 其他信號如調(diào)嗽聲信號（正弦掃描）或正弦曲線信號（正弦波）也可用作試探信 號。然而，運些不同的試探信號將導致反饋通路估計的不同性質(zhì)。在助聽器應用中，最有關(guān) 的性質(zhì)為收斂速率（指明測量花多長時間）及穩(wěn)態(tài)誤差（估計的反饋通路將怎樣精確）。
[0013] 基于噪聲的方法具有相對慢的收斂速率，意味著藥劑師和助聽器用戶必須花相對 長的時間等待聲反饋測量。因而，需要縮短所需要的測量時間，其可W是15秒級。長測量 時間（自適應算法的長收斂時間）通常為有噪聲的測量環(huán)境的結(jié)果。
[0014] 基于調(diào)嗽聲信號的測量通常更快，但其對計算能力有大得多的要求，運使得該方 法在目前技術(shù)發(fā)展水平的助聽器中不切實際。基于正弦曲線的測量具有非?？斓氖諗克?率，但其僅可在所選頻率下提供反饋通路估計。
[0015] W0 02/093854 A1描述了使用完美序列估計傳輸通道的脈沖響應。已知完美序 列（PSE曲和完美掃描（PSweep)序列可用于提高NLMS算法的收斂速率，例如分別參見 [Antweiler&Enzner;2009]和[Antweiler et al. ;2012]。
[0016] 在針對特定用戶的需要驗配助聽器期間，反饋測量通常使用在特定驗配模式下配 置的助聽器的反饋消除系統(tǒng)進行。該程序的限制在于助聽器中的反饋消除系統(tǒng)W特定方式 實施（適應其在助聽器中的正常使用），且其經(jīng)常僅提供有限的估計準確度及需要長的測 量時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本申請的目標在于提供估計聽力裝置的反饋通路的備選方案。本申請的另外的目 標在于優(yōu)化聽力裝置的反饋通路估計算法的收斂速率。本申請的目標還在于根據(jù)聽力裝置 的當前聲環(huán)境優(yōu)化收斂速率和/或反饋通路估計量的精確度。
[0018] 本發(fā)明提出改進的反饋估計，其使用特殊激勵信號正確地估計開環(huán)配置下當前及 更富有挑戰(zhàn)的反饋條件下的反饋通路。改進的反饋通路估計用于確定在富有挑戰(zhàn)性的反 饋情形下的正確（剛剛足夠）增益極限。激勵信號優(yōu)選持續(xù)時間短，在理想情形下不長于 0. 5s-ls。運可使用在安靜環(huán)境中特別設(shè)計的激勵信號實現(xiàn)。
[0019] 該程序可自動啟動或由用戶啟動。除了更精確的增益減小之外，改進的反饋通路 估計可用于提高聽力裝置的機載反饋管理系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明提出在反饋估計期間（在某些情形下）使用具有完美或近乎完美的自相關(guān) 的（循環(huán)重復的）確定性序列作為試探信號。屬于"確定性"用作與"隨機"或"任意"相反 的含義（后者例如在包括白噪聲的試探信號中例示）。
[0021] 本申請的目標由所附權(quán)利要求限定的及下面描述的發(fā)明實現(xiàn)。 陽0。] 聽力系統(tǒng)
[0023] 一方面，本申請的目標由一種包括聽力裝置如助聽器的聽力系統(tǒng)實現(xiàn)，
[0024] 聽力裝置包括：
[0025] -輸入變換器如傳聲器，用于將來自聽力裝置環(huán)境的輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號； 及
[00%]-輸出變換器如揚聲器，用于將電輸出信號轉(zhuǎn)換為輸出聲音；及
[0027] 輸入變換器在第一運行模式下時經(jīng)正向通路連接到輸出變換器，聽力裝置還包 括：
[0028] -正向通路中的可配置的輸出組合單元如選擇器或混合器，輸出組合單元具有第 一和第二信號輸入及具有信號輸出，第一信號輸入是正向通路的信號，及第二信號輸入是 輸出試探信號，及輸出信號電連接到輸出變換器并可配置成由第一或第二信號輸入或者第 一和第二信號輸入的混合組成；
[0029] 聽力系統(tǒng)還包括：
[0030] -可配置的試探信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生輸出試探信號；
[0031] -自適應反饋估計單元，用于產(chǎn)生包括從輸出變換器到輸入變換器的外部反饋通 路的非計劃反饋通路的估計量，反饋估計單元包括使用自適應反饋估計算法的反饋估計濾 波器，自適應反饋估計單元連接到正向通路；及
[0032] 用于產(chǎn)生控制信號的控制單元，控制信號用于基于一個或多個控制輸入信號控制 可配置的試探信號發(fā)生器，其中可配置的試探信號發(fā)生器適于產(chǎn)生或從多個不同試探信號 選擇輸出試探信號，其中多個不同試探信號包括完美或幾乎完美的序列和/或幾乎完美的 掃描序列。
[0033] 運具有用于估計反饋通路和/或反饋通路估計量的精確度的自適應算法的自適 應速率可被優(yōu)化的優(yōu)點。
[0034] 本發(fā)明的實施例相較其他用作試探信號的候選信號如一個或多個純音、白噪聲等 提供優(yōu)點，即不必在自適應速率和穩(wěn)態(tài)性能（穩(wěn)態(tài)誤差）之間進行權(quán)衡。本發(fā)明中提出的 在自適應反饋估計算法中使用的適宜收斂時間在幾 ms級（例如參見圖2)。
[0035] 完美序列和完美掃描序列均為（確定性）周期性偽噪聲信號的例子。在本說明 書中，術(shù)語"幾乎完美"意為該序列的周期自相關(guān)函數(shù)不嚴格遵循等式（1)(參見下面）， 但滿足條件ΙτχχΟΟ |/|ι·χχ(0) I > 0, k聲0。在實施例中，長度為N的序列稱為幾乎完美的 序列，如果其元素化=0, 1，···，Ν-Ι)滿足條件 I rxx(0)aps I / I Σ k*〇rxx(k)aPs I > 10， 如> 100,如> 1000,如> 10000。在實施例中，作為備選或另外，如果其元素滿足條件 kx(k) |/|r口化）I 0, k聲0,貝1J序列稱為幾乎完美的序列。
[0036] 在實施例中，聽力裝置包括可配置的試探信號發(fā)生器。在實施例中，聽力裝置包括 控制單元。在實施例中，聽力裝置包括自適應反饋估計單元，用于產(chǎn)生包括從輸出變換器到 輸入變換器的外部反饋通路的非計劃反饋通路的估計量。
[0037] 在實施例中，聽力系統(tǒng)包括編程裝置，其包括到聽力裝置的編程接口。編程裝置優(yōu) 選適于經(jīng)編程接口配置聽力裝置（例如W(在安裝在用戶身上時）測量聽力裝置的性質(zhì)、 選擇及將處理參數(shù)上傳到聽力裝置等）。在實施例中，聽力裝置包括使能在聽力裝置和編程 裝置之間交換信息的編程接口。在實施例中，編程裝置包括可配置的試探信號發(fā)生器、控制 單元和自適應反饋估計單元中的一個或多個。 陽〇3引在實施例中，聽力系統(tǒng)（如聽力裝置或編程裝置）包括存儲器，多個不同試探信號 或用于產(chǎn)生多個不同試探信號的算法保存在存儲器中。在實施例中，多個不同試探信號中 的至少一個參數(shù)化。
[0039] 在實施例中，聽力系統(tǒng)包括輔助裝置如編程裝置。在實施例中，輔助裝置是或包括 編程裝置。在實施例中，編程裝置包括配置成運行用于（如針對特定用戶的需要，例如W補 償用戶的聽力受損）配置聽力裝置的驗配軟件的計算機。
[0040] 在實施例中，該系統(tǒng)適于在聽力裝置和輔助裝置之間建立通信鏈路W使得信息 (如控制和狀態(tài)信號、如軟件更新、測量信號、可能及音頻信號）可在其間進行交換或者從 一裝置轉(zhuǎn)發(fā)給另一裝置。
[0041] 在實施例中，輔助裝置是或包括音頻網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其適于（如從娛樂裝置例如TV或 音樂播放器，從電話裝置例如移動電話，或從計算機例如PC)接收多個音頻信號，及適于選 擇所接收音頻信號（和/或信號組合）中的適當信號W傳給聽力裝置。在實施例中，輔助 裝置是或包括遙控器，用于控制聽力裝置如助聽裝置的功能和運行。在實施例中，遙控器 的功能實施在智能電話中，該智能電話可能運行使能經(jīng)智能電話控制聽力裝置的功能的 APP (聽力裝置包括到智能電話的適當無線接口，例如基于藍牙或一些其它標準化或?qū)Ｓ蟹?案）。
[0042] 在實施例中，輸出組合單元包括使試探信號能與正向通路的信號相加的求和單 元。在實施例中，輸出組合單元適于使得試探信號為給輸出變換器的主要或唯一信號。在 實施例中，輸出組合單元適于使得試探信號在開環(huán)配置中直接連接到輸出變換器。在實施 例中，控制單元配置成控制輸出組合單元（的運行模式）。
[0043] 在實施例中，控制單元配置成基于開始控制輸入信號開始產(chǎn)生輸出試探信號。在 實施例中，聽力裝置包括用于提供開始控制輸入信號的開始檢測器。在實施例中，開始檢測 器包括反饋檢測器，用于檢測反饋或出現(xiàn)反饋高于預定闊電平的風險（在寬帶信號中或