用于音频处理的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及音频装置和音频处理方法，并且具体地但非排他地设及用于声学回波 的回波消除。
【背景技术】
[0002] 许多音频应用使用诸如扬声器之类的音频换能器，W及相同音频环境中的麦克风 二者。例如，电话或电话会议应用典型地采用紧密接近的扬声器和麦克风。
[0003] 然而，扬声器和麦克风之间的声学禪合使麦克风信号包括从扬声器再现的声音元 素，运通常是不利的。
[0004] 例如，对于电话和电话会议设备，设备的扬声器与麦克风之间的声学禪合导致所 产生的扬声器信号的一部分被麦克风捕获并且传输回到远端用户，运造成作为声学回波已 知的干扰。通常假设该回波路径可W使用线性滤波器来充分地建模，因为麦克风W取决于 设备所使用在的声学环境的不同迟延和强度拾取扬声器信号的反射。因此，线性回波消除 器被广泛用于减少声学回波。
[0005] 然而，在实践中并且取决于设备，声学回波路径中的组件还包括音频放大器和扬 声器，其通常展现出非线性特性。因此，单纯线性的回波消除往往是次优的并且往往不能够 完全去除声学回波。
[0006] 扬声器中的非线性的主要原因是非均匀磁通密度和非线性悬置（suspension)系 统。后者主要贡献于低频处的失真，而前者通过高振幅信号而加剧。在效果上，大锥体漂移， 尤其是扬声器的线性操作范围外部的那些，造成非线性失真。
[0007] 更详细地，可W针对输入信号的不同频率范围考虑扬声器系统的行为。对于谐振 频率W上的频率，扬声器可W通过其音圈的电阻和电感来表征。因此，随着到音圈的输入功 率的增加W及漂移变得足够大W使线圈落在磁场外部，驱动力减小，造成一定形式的压缩 或剪裁效果。
[0008] 对于低频而言，扬声器主要通过其移动系统阻抗来表征，该移动系统阻抗与磁通 量的幕成比例。运意味着，随着音圈移动到磁场外部，该阻抗减小并且因此替代于剪裁，音 圈中的电流振幅在扬声器的悬置系统限制漂移之前实际上会增加。
[0009] 扬声器的非线性行为的适当建模在声学回波消除领域中仍是具有挑战性的议题。 运对于使用诸如放大器和扬声器之类的低成本音频组件的免提通信应用而言尤其为真。运 些组件通常被驱动到其非线性操作范围中W便实现运样的应用所要求的高声音输出水平。 结果得到的非线性失真不仅限制通常假设扬声器与麦克风之间的线性脉冲响应的声学回 波消除器的性能，而且还影响所感知的扬声器信号的质量。
[0010] 因此，用于管理非线性声学回波的系统在改进用于双向通信系统的音频质量方面 扮演着重要角色。
[0011] 在现有技术中，存在用于消除或抑制非线性声学回波的S个主要种类的系统： 1.非线性声学回波消除。 2. 用于线性声学回波消除的扬声器线性化。 3. 非线性声学回波抑制。
[0012] 在第一类系统中，声学回波路径非线性通过声学回波消除器建模。例如，可W使用 具有与音频放大器的剪裁水平相匹配的剪裁水平的剪裁函数来对音频放大器的饱和进行 建模。如果该剪裁函数被应用于数字扬声器信号，则可W使用标准线性声学回波消除器来 对扬声器与麦克风之间的线性声学路径进行建模。如之前所提及的，扬声器也是非线性的 来源。与无记忆的剪裁函数不同，扬声器非线性通常包含某种形式的巧区，并且最常通过在 计算上相当昂贵的Volterra级数展开来建模。虽然存在基于Volterra的算法的低成本 版本，诸如幕级数展开，但是运些通常仍旧要求信号正交化方法，其在计算上可能仍是密集 的。
[0013] 第一类系统的主要缺点在于，要求它们将模型与底层物理系统的模型紧密地匹 配。运典型地不能够W高精确度实现。此外，它们往往在计算上是非常密集的。
[0014] 第二类系统将非线性函数应用到扬声器信号，使得该函数与扬声器的响应的函数 的级联接近线性函数，并且因而由设备的麦克风捕获的扬声器信号近似为扬声器信号的线 性函数。因此，可W使用标准线性自适应滤波器来对该线性函数进行建模并且执行声学回 波消除。
[0015] 运样的方案的缺点在于，其可能仅近似地线性化扬声器的输出信号，并且当还发 生放大器饱和时，性能通常降级，因为运样的变换不易于线性化。
[0016] 第S类系统通常被用作对声学回波消除的后处理步骤，其中在回波消除阶段中可 能未被抑制的残余非线性声学回波被抑制。通常使用回波非线性的频谱模型在频谱振幅域 中执行该抑制。
[0017] 该方案的主要缺点在于，由于频谱振幅域中的回波相位信息的过度抑制和缺失， 源自本地环境的近端音频及具体地，语音）可能严重衰减，运可W造成难W例如与远端 方进行全双工通信。
[0018] 一般而言，对回波消除的现有技术方案往往是复杂的，造成次优性能和/或高计 算资源使用。
[0019] 因而，改进的方案将是有利的，并且特别是允许增加的灵活性、降低的复杂度、经 促进的实现、降低的资源使用和/或改进的性能的方案将是有利的。
【发明内容】
[0020] 因此，本发明力图优选地单个或W任何组合地缓解、减轻或除去W上提及的缺陷 中的一个或多个。
[0021] 根据本发明的一方面，提供一种音频装置，包括：用于将动态范围调节处理应用到 输入信号W生成供扬声器再现的输出信号的电路，所述动态范围调节处理取决于一组动态 范围调节参数；用于从音频输入信号生成第一经补偿信号的第一线性回波消除滤波器；用 于响应于第一经补偿信号和麦克风信号而确定用于第一线性回波消除滤波器的一组滤波 器参数的第一适配器；用于通过将动态范围调节处理和第二回波消除滤波器应用到输入信 号而生成第二经补偿信号的电路，第二回波消除滤波器对应于第一回波消除滤波器；用于 响应于第二经补偿信号和麦克风信号而确定该组动态范围调节参数的第二适配器。
[0022] 该方案可W提供经历声学反馈或回波的再现系统的操作的改进的线性化。本发明 可W缓解例如声音换能器驱动器(例如放大器）和/或声音换能器(例如扬声器）中的非线 性的影响。
[0023] 在许多实施例中，本发明可W提供改进的性能。具体地，在许多应用中可W实现改 进的回波消除。
[0024] 具体优点在于，可W针对各种各样的声学回波和再现系统实现改进而不要求再 现系统的特定知识或建模(诸如特别地，不要求功率放大器或音频换能器特性的假设或建 模)。在许多实施例中，装置可W自动地适配于单独再现系统的特定特性。例如，本发明可 W允许运样的系统，其提供改进的线性化而不要求系统中所使用的功率放大器或扬声器的 非线性特性的任何知识。
[00巧]另一优点在于，方案可W补偿例如音频链中的组件随时间的年龄相关改变或者例 如设及音频放大器的电力供应的改变，对于电池供电的设备而言，还有在再充电之间随时 间的改变。
[0026] 特定结构可W允许运样的系统，其自动地朝向提供期望的线性化的操作点适配而 没有不当地约束输出信号的动态范围。具体地，依照本发明所生成的第一和第二经补偿信 号的使用可W提供第一回波消除滤波器和动态范围调节处理二者的高效且有利的适配。回 波消除和动态范围调节处理在适配中的相互作用可W提供运样的系统，其针对不同的场景 在不同方向上偏置动态范围调节处理的适配。运可W造成改进的适配，因为可W从不同方 向朝向最佳情况驱动操作点。
[0027] 例如，在许多实施例和场景中，动态范围调节参数将在非线性过高时朝向增加的 动态范围约束适配，并且在非线性过低时朝向降低的动态范围约束适配。
[002引装置利用适配回路。例如，从基于第一经补偿信号适配的第一回波消除滤波器生 成第一经补偿信号。类似地，可W通过将动态范围调节处理巧日回波消除）应用到输入信号 来生成第二经补偿信号，其中基于第二经补偿信号适配动态范围调节处理。运样的反馈回 路的性质可W设定成提供期望的回路参数，诸如具体期望的动态参数。在许多场景中，可W 使用经采样的系统，其中用于一个样本的适配(例如动态范围调节参数和/或第一组参数） 是基于一个或多个之前样本的经补偿信号值。
[0029] 第一适配器可W特别地针对该组滤波器参数中的参数生成更新值。第二适配器可 W特别地针对该组动态范围调节参数中的参数生成更新值。
[0030] 第二回波消除滤波器可W通过由相同参数（即由第一组参数）确定而特别地对应 于第一回波消除滤波器。在一些实施例中，可W存在第一回波消除滤波器和第二回波消除 滤波器的适配中的时间偏移。例如，对于给定信号样本，可W针对之前的信号样本生成用于 第一回波消除滤波器的第一组参数，而用于第二回波消除滤波器的第一组参数可W是针对 当前信号样本所确定的那些。在一些实施例中，当与第一适配器所确定的更新值组合时，用 于第二回波消除滤波器的滤波器参数可W对应于用于第一回波消除滤波器的滤波器参数。
[0031] 动态范围调节处理可W被布置成约束输入信号的动态范围。
[0032] 依照本发明的可选特征，动态范围调节处理是非线性动态范围调节处理。
[0033] 在一些实施例中，动态范围调节处理可W是线性动态范围调节，诸如例如使用取 决于动态范围调节参数的可变增益。
[0034] 然而，在许多实施例中，动态范围调节处理可W有利地为非线性动态范围调节处 理。运可W提供改进的性能，并且可W特别地允许用于给定功率放大器或扬声器的改进的 声音水平。
[0035] 依照本发明的可选特征，音频装置还包括可变增益，其被布置成响应于输入信号 的信号水平度量和该组动态范围调节参数中的至少一个参数而对输入信号进行缩放。
[0036] 运在许多实施例中可W提供改进的性能。具体地，可变增益和非线性动态范围调 节处理的组合可W提供不同特性之间，诸如声音水平与失真之间的改