噪声消除系统的制作方法

专利名称：噪声消除系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声消除，并具体地涉及带有接收的音频信号和发送的音频信号的系 统中的噪声消除。
背景技术：
噪声消除系统是已知的，其中代表环境噪声的电子噪声信号被施加到信号处理电 路，并且最后得到的已处理的噪声信号随后被施加到扬声器，以产生声音信号。为了实现噪 声消除，所产生的声音应该在幅度和相位上，尽可能地与环境噪声相反。具体地，用于头戴式耳机或耳塞的前馈噪声消除系统是已知的，其中一个或多个 安装在头戴式耳机或耳塞上的麦克风检测佩戴者耳朵区域中的环境噪声信号。为了实现噪 声消除，产生的声音随后需要尽可能地与环境噪声相反，在此之后环境噪声即被头戴式耳 机或耳塞修正。头戴式耳机或耳塞的修正的一个例子是由噪声围绕耳机或耳塞的边缘行进 而到达佩带者耳朵所必须经过的不同声学路径而实现的。用于减少输出信号中的噪声的噪声消除系统也是已知的。例如，在免提电话耳机 中，噪声消除可以被应用到输出语音信号，以使得被呼叫方能更好地区别呼叫者的语音和 由呼叫者设备中的麦克风所拾取的环境噪声。这些噪声消除系统可以采用语音激活检测器 (voice acitivity detector)，以使得语音本身不被从输出信号中除去。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种噪声消除系统，其包括一个第一输入，其用于接收第一音频信号；—个第二输入，其用于接收第二音频信号；一个第三输入，其用于接收第三音频信号；一个第一噪声消除模块，其用于接收所述第一音频信号并产生第一噪声消除信 号；一个第一合并器，其用于合并所述第三音频信号和所述第一噪声消除信号并产生 第一音频输出信号；一个第二噪声消除模块，其用于接收所述第一音频信号的至少一部分和所述第二 音频信号，并施加噪声消除以产生第二音频输出信号。根据本发明的第二方面，提供音频系统，包括根据本发明第一方面的噪声消除系 统。


为了更好地理解本发明，并更清楚地示出如何有效执行本发明，将通过实施例的 方式，参考附图进行说明，其中图1示出了包括根据本发明的噪声消除系统的移动电话；
图2示出了包括根据本发明的噪声消除系统的第一耳机；图3示出了包括根据本发明的噪声消除系统的第二耳机；图4是方框图，该图示出了根据本发明的第一噪声消除系统；图5是方框图，该图示出了图4的噪声消除系统中的第一噪声消除模块；图6是方框图，该图示出了图4的噪声消除系统中的第一噪声消除模块的替代形 式；图7是方框图，该图示出了图4的噪声消除系统中的第二噪声消除模块；图8是方框图，该图示出了根据本发明的第二噪声消除系统；图9是方框图，该图示出了根据本发明的第三噪声消除系统；图10是方框图，该图示出了图9的噪声消除系统中第二噪声消除模块；图11是方框图，该图示出了根据本发明的第四噪声消除系统；
具体实施方案图1是示出了包括根据本发明的噪声消除系统的移动电话10的示意图。移动电话10的许多功能总体上是常规的，除了对于描述本发明有必要的部分之 外，该移动电话的许多功能不会被详细描述。移动电话10包括被布置以检测用户语音的第一麦克风12和被布置以向用户的耳 朵播放所接收的语音信号的扬声器14。再者，根据本发明，移动电话10也包括多个麦克风， 在该实施例中，三个麦克风16、18和20大体围绕该移动电话布置，以检测该移动电话附近 的环境噪声。这些麦克风的详细操作会在下文中更详细地描述；不过，对于本领域技术人员 明显地是，可以使用任意数量的麦克风检测环境噪声，包括少至一个麦克风。图2是示出了包括根据本发明的噪声消除系统的无线耳机30的示意图。无线耳 机30例如可以包含——例如使用蓝牙短距离无线协议——允许其与移动电话或其他音频 设备通信的电路。正如通常情况一样，耳机30具有用于向用户播放声音的扬声器(在图2中是不可 见的)，并且也具有耳夹35和安装在悬臂(boom)上的麦克风36，所述悬臂在耳夹被带在用 户的耳朵上时，与用户的嘴靠近。除此之外，耳机30也包括多个麦克风。在该实施例中，三个麦克风16、18和20大 体布置在耳机周围，以检测耳机附近的环境噪声。这些麦克风的详细操作也会在下文中更 详细地描述，但是对于本领域技术人员明显地是，可以使用任意数量的麦克风检测环境噪 声，包括少至一个麦克风。图3是示出了包括根据本发明的噪声消除系统的另一形式的无线耳机40的示意 图。如之前所述，无线耳机40包含——例如使用蓝牙短距离无线协议——允许其与移动电 话或其他音频设备通信的电路。再者，耳机40包括被带子(band)43连接而位于佩带者的 耳朵上的两个听筒41、42，并且听筒41、42的每一个包含一用于向用户播放声音的扬声器。在这种情况中，一个听筒41包含主要旨在检测佩戴者的讲话的麦克风45。除此之外，听筒41、42的每一个包括至少一个大体布置在耳机周围的麦克风，以 检测耳机附近的环境噪声。在这种情况中，听筒41具有两个这种麦克风16、20，并且听筒 42具有另外两个这种麦克风(因为麦克风被放置在听筒42的外表面上，在图3是不可见的)。这些麦克风的详细操作也会在下文中更详细地描述，但是对于本领域技术人员明显地 是，可以使用任意数量的麦克风检测环境噪声，包括少至一个麦克风。因此，三个音频系统已经在图1到图3中示出，但是本领域技术人员应理解，本发 明对于其他具有所接收的音频信号和发送的音频信号的系统同样是适用的。这些系统的实 施例包括录音/回放设备、步话机、用于计算机的耳机等等。图4示出了根据本发明的噪声消除设备中存在的一些电路。具体地，图4示出了， 存在两个被放置用以检测环境噪声的麦克风16、20的情况中的电路。尽管如上文所述，可 以有任意数量的所述麦克风。来自噪声麦克风16、20的信号在加法器22中被合并。混合信号在放大器M中被 放大，并且放大的模拟信号在模拟到数字转换器(ADC)沈中被转换成数字信号。该数字信 号随后被输入到接收电路噪声消除数字信号处理器(Rx NC DSP)28。本领域技术人员应理解，如下文中将更详细讨论的，这部分电路可以以若干不同 方式实现。Rx NC DSP观的详细操作的不同实施例在下文给出；然而，本发明不被认为限 制在这些实施例中的任一个。如上文讨论的，麦克风16、20被放置为使得他们主要检测带有麦克风的设备附近 的环境噪声，尽管他们通常也至少在一定程度上检测用户的语音。因此Rx NC DSP观接收 指示或表示到达用户一只耳朵或两只耳朵的环境噪声的信号，并且输出对应的噪声消除信 号。从Rx NC DSP观输出的噪声消除信号在混合器32中被加到音频输入。音频输入 的类型通常会根据所述噪声消除设备所嵌入的系统而变化。例如，当噪声消除设备被嵌入 在移动电话中时，音频输入可以是所接收的来自被叫方或呼叫方的语音信号。类似地，当噪 声消除设备被嵌入在步话机中时，音频输入仍可以是所接收的第三方的语音。可替代的是， 音频输入例如可以是与计算机游戏或音乐相关联的音频。这种音频输入通常是数字性质的 (来自数据存储/载体装置，例如固态存储器或CD/DVD等等)，因此，在音频输入被数字到 模拟转换器(DAC) 34转换成模拟信号之前，音频输入与噪声消除信号混合，DAC 34的输出 被放大器36放大，并且输入到扬声器14 (在图1中示出的耳机中)。然而，本领域技术人员 应认识到，音频输入可以是模拟的，并因此在噪声消除信号已经被转换成模拟信号之后与 其混合。不论哪一种情况，Rx NC DSP观被设计为使得被加到音频输入并随后在扬声器14 中再现的噪声消除信号具有消除用户耳朵处环境噪声的效果。从而噪声消除电路可以被认 为增加了清晰度指数，该指数是指在存在给定的环境噪声场的情况下，可被用户检测的音 频输入的比例。考虑到用户的讲话可能被与其交流的他人质量很差地检测到，用户附近的环境噪 声也会是个问题。为了减轻这个问题，在从相关通信链路发送用户的讲话之前，对用户的讲话施以 噪声消除操作。在本发明的该实施方案中，噪声麦克风产生的信号被用在该发送路径噪声消除 中。具体地，模拟信号从语音麦克风12输出到放大器38并通过ADC 40转换成数字信号。该数字信号用于表示用户的语音，不过应认识到麦克风12也会检测环境噪声，所以该 信号也会包含表示噪声的分量。ADC40的数字语音信号输出随后被输入到发送电路噪声消 除数字信号处理器(Tx NC DSP) 30。尽管图4仅示出一个语音麦克风，本领域的技术人员应认识到，可以使用多个语 音麦克风检测用户的语音。在该情况中，来自各语音麦克风的信号可以按不同的方式合并。为了实现噪声消除的效果，第二噪声麦克风20产生的模拟信号被施加到放大器 41，并且放大的信号被传到模拟数字转换器42，模拟数字转换器42生成的信号作为噪声输 入被提供给iTx NC DSP 30。因此Tx NC DSP 30接收至少一个表示语音的信号和至少一个表示环境噪声的信 号。Tx NC DSP 30使用这些信号产生纯净语音信号(clean voice signal)，即其中的环境 噪声已经被减少或被完全除去的语音信号。Tx NC DSP 30运行的不同实施例在下文中给 出。然而，不应认为本发明被限制在任何一个具体实施例上。所述纯净语音信号从Tx NC DSP 30输出并且被施加到基带混频器44，基带混频器 44在此处被用于表示被要求将信号形成为可以被用在相关通信系统中的形式的功能块。所 得到的信号随后在放大器46中被放大并且从发送天线48发送出去。因此，如本领域技术 人员显而易见的，在该情况中，混频器44执行很多功能，例如采样信号，将生成的语音数据 转换成所需格式，将信号倍线(upcovert)到所需发送频率等等。本领域的技术人员应理解，为了清楚，已经从图4中省略许多特征。再者，图4中 示出的电路适合于用在移动电话中。当被嵌入在其他设备——例如用于计算机的耳机—— 中时，例如，“纯净”语音信号可不经天线发送，而是通过与计算机的有线连接发送。输出语音信号的噪声消除可以用若干不同方式实现，并且一种噪声消除形式会在 下文中更详细地描述。另外，可能需要一些形式的语音激活检测器(VAD)，为的是防止噪声 消除信号在消除环境噪声时一并消除掉期望的语音信号。也就是说，VAD检测何时用户正 在讲话，并确保表示噪声的信号在用户没有讲话的时间产生，以使得表示噪声的信号不包 括表示语音的分量，并因此确保所产生的噪声消除信号仅除去环境噪声而不除去用户的语
曰O图5示出了 Rx NC DSP 28电路的一个实施例。在所阐释的实施例中，ADC 26输出信号到数字滤波器50，数字滤波器50产生噪声 消除信号。一般来说，数字滤波器50的输出比数字滤波器50的输入位数多，所以提供Σ - Δ 调制器(SDM)以减少噪声消除信号的位数。较少数目的位数使得DAC34的设计更简单。在 一个实施方案中，ADC沈输出仅一位的数字信号，并且数字滤波器50是1位滤波器。在另 一个实施方案中，SDM52的输出也具有一位。作为图5中示出的布局的替代，可以在滤波器 50和SDM52之间加入音频输入。图6示出了 Rx NC DSP 28电路的另一个实施例。输入140被连接以接收来自模拟数字转换器沈的数字信号。该输入数字信号被 施加到自适应数字滤波器144，并且滤波后的信号被施加到自适应增益器件146。生成的噪声消除信号从DSP 28输出，并如之前所述被施加到加法器32，在加法器 32处噪声消除信号与来自输入149的想要的音频信号相加。总的信号随后被施加到DAC 34。
因此，滤波器144和增益器件146所施加的滤波和电平调节旨在产生允许检测到 的环境噪声从设备的接收路径中消除的噪声消除信号。如本领域所认识到的，滤波和电平 调节应尽可能地使得当噪声消除信号被施加到扬声器14时，该噪声消除信号产生消除到 达用户耳朵的环境噪声的声音信号。因此滤波和电平调节需要考虑麦克风16、20和扬声器 14的特征，以及将设备靠近用户耳朵导致的声音衰减等等。如上文提到的，通过自适应数字滤波器144和自适应增益器件146，从输入信号 产生噪声消除信号，并且所述过程由微处理器IM产生的控制信号控制。具体地，输入 140处的从模拟数字转换器沈输出的数字信号被施加到减少数字采样速率的采样抽取器 (decimator)152，并且随后到达微处理器154，微处理器巧4包括对滤波器144和增益器件 146进行仿真的模块156，并产生仿真的滤波器输出。该仿真的滤波器输出被施加到加法器 158，在加法器158处与来自第二输入149的想要的音频信号相加。生成的信号被施加到控制模块160，控制模块160产生控制信号以调节滤波器144 和增益器件146的特征。用于滤波器144的控制信号经频率变形模块(frequency warping block) 162、平滑滤波器164和采样保持电路166被施加到滤波器144。同样的控制信号也 被施加到模块156，以使得滤波器144的仿真与滤波器144本身的自适应匹配。在一个实施 方案中，用于滤波器144的控制信号基于加法器158的输出与阈值的比较而产生。例如，如 果加法器158的输出过高，控制模块160可产生控制信号以使得滤波器144的输出被降低。 在一个实施方案中，这可以通过降低滤波器144的截止频率进行。在本发明所阐释的该实施方案中，滤波器144包括固定IIR滤波器180和自适应 高通滤波器182，并且滤波器仿真156类似地包括固定UR滤波器184和自适应高通滤波器 186，固定UR滤波器184和自适应高通滤波器186是它们所仿真的滤波器的镜像或者是与 它们所仿真的滤波器足够准确地近似。然而，所阐释的实施方案可预期任何滤波器布局，其中滤波器包括一个滤波器级 或多个滤波器级，只要至少一个所述级是自适应的。再者，滤波器可以相对复杂，例如IIR 滤波器，或者可以相对简单，例如低阶低通或高通滤波器。另外，可能的滤波器自适应可以相对复杂，带有一些不同的自适应参数，或者可以 相对简单，仅带有一个自适应参数。例如，在所阐释的实施方案中，自适应高通滤波器182 是可被单个控制值控制的一阶滤波器，所述单个控制值具有改变滤波器转角频率(filter corner frequency)的效果。然而，在其他情况中，自适应可以表现为改变高阶滤波器的一 些参数的形式，或者可以大体上表现为改变IIR滤波器全组滤波系数的形式。已知的是，为了处理数字信号，必须使用所具有的采样速率至少是信号信息量频 率两倍的信号，并且比采样速率的一半要高的频率处的信号分量会丢失。在上至截止频率 的频率处的信号必须被处理的情况中定义奈奎斯特采样速率(Nyquist sampling rate), 该奈奎斯特采样速率是截止频率的两倍。噪声消除系统一般旨在仅消除听得见的效果。因为人类听觉的上限频率通常是 20KHz，这意味着可通过在40KHz区域内的采样速率采样噪声信号来实现可接受的性能。然 而，为了实现足够的性能，这要求以相对高的精确度采样噪声信号，而在信号处理中会不可 避免地有延迟。因此，在所阐释的本发明的实施方案中，模拟数字转换器沈以2. 4MHz的采样速率产生数字信号，但是位分辨率仅3位。这允许了可接受的准确的信号处理，但是具有低得多 的信号处理延迟。在本发明的其他实施方案中，数字信号的采样速率可以是44. ΙΚΗζ，或者 大于IOOKHz，或者大于300KHz，或者大于IMHz。如上所述，滤波器144是自适应的。也就是说，控制信号可以被发到滤波器以改变 其特征，例如其频率特性。在所阐释的本发明实施方案中，控制信号不是以数字信号的采样 速率发出，而是以更低的采样速率发出。在微处理器1 的情况中，这节省了控制电路中的 功率和处理复杂度。控制信号以如下速率发出，该速率允许其能够足够快速地调节滤波器使适于处理 一些可产生可听得见的效果的变化，即该速率至少等于由音频频率范围中的所需截止频率 所限定的奈奎斯特采样速率。尽管理想的是能够在整个音频频率范围内实现噪声消除，但在实际中通常仅可能 在一部分音频频率范围内实现好的噪声消除性能。在一个典型的情况中，优选地考虑优化 系统以在音频频率范围的较低部分——例如80Hz到2. 5KHz——实现好的噪声消除性能。 因此，当在某一频率以上并不期望实现卓越的噪声消除性能时，产生具有两倍于所述频率 的采样速率的控制信号就足够了。在所阐释的本发明实施方案中，控制信号具有SKHz的采样速率，但是在本发明的 其他实施方案中，控制信号可以具有小于2KHz，或者小于ΙΟΚΗζ，或者小于20KHz，或者小于 50KHz的采样速率。在所阐释的本发明实施方案中，采样抽取器152把数字信号的采样速率从2. 4MHz 减少到8KHz，并且微处理器1 产生与其输入信号采样速率相同的控制信号。然而，微处理 器巧4原则上能够产生所具有的采样速率高于或低于从采样抽取器152接收的输入信号的 控制信号。所阐释的实施方案示出了噪声信号从模拟源(例如麦克风)接收，并且在信号处 理电路中的模拟数字转换器42中被转换成数字形式。然而，应认识到，噪声信号例如可以 以数字形式从数字麦克风中接收。另外，所阐释的实施方案示出了噪声消除信号以数字形式产生，并且被信号处理 电路中的数字模拟转换器150转换成模拟形式。然而，应认识到，噪声消除信号可以以数字 形式输出，例如在D类(Class D type)应用中。在所阐释的这些实施方案中，接收路径噪声消除电路观是严格前馈(strict feedforward)噪声消除模块，其中信号处理被应用到检测到的噪声信号中，并且信号处理 考虑到系统(例如麦克风和扬声器)已知的或预测的特征，以及噪声消除发生于其内的设 备的物理形状，并且也考虑到检测到的噪声信号的特征，但是其中没有布置用于检测到达 用户耳朵声音的反馈麦克风，或者没有基于这些检测到的声音以适应噪声消除的反馈电 路。图7是示出第二噪声消除模块——即Tx NC DSP 30——的形式的示意图。具体 地，在输入A检测到的环境噪声信号被施加到自适应滤波器200以在X处产生滤波信号，该 滤波信号是到达麦克风16的环境噪声的放大的数字估算。该信号被施加到加法器202，在 这里该信号被从麦克风12检测到的信号(即DSP 30的输入B处的信号)的放大的数字形 式中减去。DSP 30的输出C处生成的噪声消除信号被用作将被设备发送的语音信号的基准，并且也在分接点(tap point) 204被分接出去，并被用作调节滤波器200的基准。因此 发送路径噪声消除电路30是反馈噪声消除电路。除了上文示出的滤波，也可包括至少一个延迟元件，所述延迟元件被连接以延迟 接收到的语音信号B，并且/或者被连接以延迟噪声信号A。语音信号传输中的任何微小延 迟不应被用户正在与之讲话的人检测到，但是延迟的存在可以允许系统均衡噪声信号A和 语音信号B的噪声分量的到达时间。语音路径中的任何这样的延迟元件可以位于DSP 30 中，或者是分立的，并且可以与ADC40相关联。图8示出了另一形式的噪声消除电路，其中来自噪声麦克风的信号在数字域被加 在一起，但是其他部分与图4中示出的噪声消除电路相同。因此对于这些共同的部件，图8 使用与图4相同的参考数字，并且不会进一步描述。因此，来自第一噪声麦克风16的信号 在第一放大器210中放大，并且放大的模拟信号在第一模拟到数字转换器(ADC) 212中被转 换成数字信号。来自第二噪声麦克风20的信号在第二放大器214中放大，并且放大的模拟 信号在第二模拟到数字转换器(ADC) 216中被转换成数字信号。两个数字信号在加法器218 中被合并，并且生成的合并数字信号随后被输入到接收电路噪声消除数字信号处理器(Rx NC DSP) 28 0同时，来自第二模拟到数字转换器(ADC)216的数字信号被输入到发送电路噪 声消除数字信号处理器(Tx NC DSP) 30。在图4和图8中示出的实施方案中，布置多个麦克风16、20以检测环境噪声。在 来自这多个麦克风的信号被合并以形成接收路径中的噪声消除信号的同时，仅来自多个麦 克风中的一个麦克风(即图4和图8中的麦克风20)的信号被用于产生用在发送路径中的 噪声消除信号。例如，可以选择麦克风20，因为其被布置为更接近语音麦克风12，并因此可 以被期望提供对于到达语音麦克风的环境噪声的更好的估算。图9示出了另一形式的噪声消除电路，其中来自两个噪声麦克风的信号被用在发 送路径噪声消除模块中。因此对于共同的部件，图9使用与图8相同的参考数字，并且不会 进一步描述。然而应注意，在图9中示出的实施方案中，从Rx NC DSP观输出的噪声消除信号 被施加到DAC2^，并且生成的模拟信号被施加到加法器32，在这里所述生成的模拟信号与 模拟音频输入合并。清楚的是，在存在数字音频输入的情况中，该布局与图4和图8中示出 的布局是可互换的。在图9中示出的实施方案中，从第一模拟到数字转换器(ADC) 212和第二模拟到数 字转换器(ADC) 216输出的数字信号分别作为输入Al和A2 —并被施加到发送电路噪声消 除数字信号处理器(Tx NC DSP) 230。图10更详细地示出了第二噪声消除模块，即图9的实施方案中的发送电路噪声消 除数字信号处理器(Tx NC DSP) 230，的形式。具体地，在输入Al处，从第一模拟到数字转换器(ADC)212输出的检测到的环境 噪声信号被施加到第一自适应滤波器232，以在Xl产生滤波信号，该滤波信号是到达麦克 风20的环境噪声的放大的数字估算，同时在输入A2处从第二模拟到数字转换器(ADC) 216 输出的检测到的环境噪声信号被施加到第二自适应滤波器234，以在X2产生滤波信号，该 滤波信号是到达麦克风16的环境噪声的放大的数字估算。Xl和X2处的滤波信号在加法 器236中相加以形成表示环境噪声的信号表。该信号被施加到加法器238，在这里所述信号被从麦克风12检测到的信号(即DSP30的输入B处的信号)的放大的数字形式中减去。 DSP30的输出C处生成的噪声消除信号被用作将被设备发送的语音信号的基准，并且也在 分接240被分接出去，并被用作调节滤波器232和234的基准。因此发送路径噪声消除电 路30是反馈噪声消除电路。图11示出了另一形式的噪声消除电路，其中，来自两个噪声麦克风的信号都是可 供使用的，但是仅一个信号被用在发送路径噪声消除模块。因此对于共同的部件，图11使 用与图9相同的参考数字，并且不会进一步描述。在图11中示出的实施方案中，从第一模拟到数字转换器(ADC)212和第二模拟到 数字转换器(ADC) 216输出的数字信号都被施加到交换器(Switch)MO,这些信号中的一个 随后被作为输入A提供给发送电路噪声消除数字信号处理器(Tx NC DSP 30)，因此，Tx NC DSP30可以如图4和图7中示出。交换器240被比较器或电平检测器242控制，比较器或电平检测器242检测 两个噪声麦克风16、20产生的信号并基于其比较或检测结果从第一模拟到数字转换器 (ADC)212和第二模拟到数字转换器(ADC)216输出的数字信号中选择一个。例如，比较 器或电平检测器242可以从第一模拟到数字转换器(ADC) 212和第二模拟到数字转换器 (ADC) 216输出的数字信号中选择一个信号，该信号对应于两个噪声麦克风16、20产生的两 个信号中较大的一个。比较器或电平检测器M2另外可以作用于放大器210、214产生的信号，或者作用 于ADC 212、ADC 216本身产生的信号。因此所描述的噪声消除系统使用噪声麦克风检测环境噪声，以用于在提供给用户 的信号中的噪声消除的目的，并使用相同的噪声麦克风产生可以被从通信系统中传输的想 要的语音信号中减去的噪声信号。目前为止描述的所有实施方案都使用模拟麦克风和作用于检测到的信号的模拟 数字转换器。作为替代，可以采用数字麦克风(例如MEMS数字麦克风)产生表示环境噪声 的数字信号，以使得在NC系统中不需要模拟数字转换器。如上所述，第二噪声消除模块试图从被发送的讲话信号中消除噪声，因此有利地 是在用户没有讲话的期间检测环境噪声。在本发明的一个实施方案中，在较长期间内的最 安静期间，环境噪声电平被看作是噪声电平。因此，在一个实施方案中，来自噪声麦克风16、 20的信号以SKHz的采样速率被转换成数字信号，数字采样被分割成帧，每一帧包括256个 采样，且每一帧的平均信号大小被确定。随后，在任意时间的环境噪声电平被确定为最近的 32个帧中的具有最小的平均信号大小的帧。因此，假设在每个32X256个采样的周期中(=近似1秒)，存在一个如下的帧 在该帧处，用户不会制造任何声音，并且在该帧期间检测到的信号电平会准确地表示环境噪声。在一个替代实施方案中，噪声消除设备可以包括换能器，例如加速度仪，该加速度 仪例如被布置为与用户的脸紧密接触。用户讲话导致的振动可以被换能器检测，从而允许 判定哪个声音是用户的语音导致的，哪个声音是环境噪声导致的。检测用户语音的其他替代方法可以由本领域技术人员想到，并且这些方法可以被认为落在本文附加权利要求限定的本发明的范围内。如本领域技术人员会认识到的，根据本发明的噪声消除系统可以被用在许多设备 中。例如，噪声消除系统可以被用在移动电话、头戴式耳机、耳塞、耳机等等。技术人员应认识到，上述装置和方法可以整体或部分作为处理器控制码 (processor control code)被包括，例如在载体媒介(例如磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、编程 存储器例如只读存储器(固件))上，或者被包括在数据载体(例如光信号载体或电信号载 体)上。对于许多应用，本发明的实施方案会在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电 路)或FPGA(现场可编程门阵列)上执行。因此，所述码可以包括传统的编程码(program code)或微码(microcode)，或者例如用于启动或控制ASIC或FPGA的码。所述码也可以 包括用于动态配置可以重复配置的装置(例如可重复编程逻辑门阵列)的码。类似地，所 述码可以包括用于硬件描述语言——例如Verilog TM或VHDL (高速集成电路硬件描述语 言)——的码。技术人员将认识到，所述码可以在多个相互通信的连接部件之间被分配。在 合适处，实施方案也可以使用在现场可编程(可重复编程)模拟阵列或类似器件上运行的 码来执行，以配置模拟/数字硬件。应注意到，上述实施方案阐释而非限制了本发明，并且在不偏离所附权利要求的 范围的情况下，本领域技术人员能够设计许多替代实施方案。单词“包括”不排除存在权利 要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器 或其他单元可以完成权利要求中引用的一些单元的功能。权利要求中的任何参考标识不应 被解释为限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种噪声消除系统，包括一个第一输入，其用于接收第一音频信号； 一个第二输入，其用于接收第二音频信号； 一个第三输入，其用于接收第三音频信号；一个第一噪声消除模块，其用于接收所述第一音频信号并产生第一噪声消除信号； 一个第一合并器，其用于合并所述第三音频信号和所述第一噪声消除信号并产生第一 音频输出信号；一个第二噪声消除模块，其用于接收所述第一音频信号的至少一部分和所述第二音频 信号，并施加噪声消除以产生第二音频输出信号。
2.如权利要求1要求的噪声消除系统，其中所述第一音频信号包括来自多个麦克风的 信号，并且包括一个用于合并来自多个麦克风的信号并且将合并的信号传到所述第一噪声消除模块 的合并器，其中，仅来自多个麦克风中的一个麦克风的信号被传到所述第二噪声消除模块。
3.如权利要求2要求的噪声消除系统，还包括一个选择器，其用于仅从一个麦克风选择信号，并且用于将选择的信号传到所述第二 噪声消除模块。
4.如权利要求3要求的噪声消除系统，其中所述选择器包括电平检测器，其用于检测 来自多个麦克风的信号中的最大信号。
5.如权利要求1要求的噪声消除系统，其中所述第一音频信号包括来自多个麦克风的 信号，并且包括一个用于合并来自多个麦克风的信号并且将合并的信号传到所述第一噪声消除模块 和所述第二噪声消除模块的合并器。
6.如前述权利要求中任一项要求的噪声消除系统，其中所述第一噪声消除模块包括一 个前馈噪声消除模块。
7.如权利要求6要求的噪声消除系统，其中所述第一噪声消除模块包括一个1位数字 滤波器。
8.如权利要求6或7要求的噪声消除系统，其中所述第一噪声消除模块包括一个数字滤波器，其用于接收所述的表示环境噪声的信号，所述的表示环境噪声的信 号具有第一采样速率；一个采样抽取器，其被连接到输入以接收所述的表示环境噪声的信号，并且以小于所 述第一采样速率的第二采样速率产生抽取的信号；以及 一个处理器，其中该处理器包括一个所述数字滤波器的仿真，其被连接以接收所述的抽取的信号并且产生仿真的滤波 器输出；以及一个控制电路，其用于基于仿真的滤波器输出产生控制信号， 其中所述控制信号被施加到所述数字滤波器，以控制其滤波特性。
9.如权利要求8要求的噪声消除系统，其中所述处理器包括 一个源输入，其用于接收所述音频信号；以及一个加法器，其用于形成所述仿真的滤波器输出和所述音频信号的和，其中所述控制电路被配置为基于所述仿真的滤波器输出和音频信号两者的和与阈值 的比较产生控制信号。
10.如权利要求8或9要求的噪声消除系统，其中所述数字滤波器的仿真包括所述数字 滤波器的低阶近似。
11.如权利要求10要求的噪声消除系统，其中所述数字滤波器包括一个六阶IIR滤波 器，并且所述数字滤波器的仿真包括所述数字滤波器的二阶近似。
12.如权利要求8-11中任一项要求的噪声消除系统，其中所述数字滤波器包括固定部 分和自适应部分。
13.如权利要求12要求的噪声消除系统，其中所述数字滤波器的仿真包括所述数字滤 波器的自适应部分的仿真。
14.如权利要求8-13中任一项的噪声消除系统，其中所述滤波器特性是所述数字滤波 器的截止频率。
15.如前述权利要求中任一项要求的噪声消除系统，其中所述第二噪声消除模块包括 反馈噪声消除模块。
16.一种音频系统，该音频系统包括如权利要求1-15中任一项要求的噪声消除系统， 还包括至少一个第一麦克风，其被布置以检测环境噪声，并且用于将所述第一音频信号提供 给所述噪声消除系统的第一输入。
17.如权利要求16要求的音频系统，包括多个第一麦克风，并且用于将所述第一音频 信号提供给所述噪声消除系统的第一输入。
18.—种通信耳机，包括如权利要求17要求的音频系统，其中多个第一麦克风被布置 在所述耳机的扬声器周围。
19.如权利要求18要求的通信耳机，其具有移动电话的形式。
20.一种音频系统，包括如权利要求1-15中任一项要求的噪声消除系统，还包括至少一个第二麦克风，其被布置以检测用户的语音，并且用于将所述第二音频信号提 供给所述噪声消除系统的第一输入。
21.一种音频系统，包括如权利要求1-15中任一项要求的噪声消除系统，还包括一个扬声器，其用于接收所述第一音频输出信号。
22.—种音频系统，包括如权利要求1-15中任一项要求的噪声消除系统，还包括发射机，其用于将所述第二音频输出信号发送到远程听者。
全文摘要
一种用于音频系统——例如移动电话耳机或者无线电话耳机——的噪声消除系统，具有第一输入，其用于从一个或多个被布置以接收环境噪声的麦克风中接收第一音频信号；第二输入，其用于从被布置以检测用户讲话的麦克风中接收第二音频信号；以及第三输入，其用于接收例如表示用户正在与之通话的人的讲话的第三音频信号。第一噪声消除模块接收所述第一音频信号并且产生第一噪声消除信号，并且该第一噪声消除信号与所述第三音频信号合并以形成第一音频输出信号。第二噪声消除模块接收所述第一音频信号的至少一部分和所述第二音频信号并且施加噪声消除以产生第二音频输出信号。
文档编号G10K11/178GK102099852SQ200980128447
公开日2011年6月15日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月27日
发明者A·J·马格拉思, C·R·格雷厄姆 申请人:沃福森微电子股份有限公司