专利名称：引擎谐波消除系统及其操作方法
弓I擎谐波消除系统及其操作方法
背景技术：
本说明书描述ー种用于引擎谐波消除(EHC)的音频系统，该系统被设计成消除与引擎谐波关联的正弦声音。引擎谐波消除系统的ー个示例描述在美国专利申请11/426，537中，其公布为U. S.公布2008/0095383，通过引用将其整体结合于此。
发明内容
在ー个方面，一种用于操作引擎谐波消除系统的方法，该方法包括从车厢中的第一位置处的第一麦克风接收表示车厢中的噪声的信号；从车厢中的第二位置处的第二麦克风接收表不车厢中的噪声的信号；以及将来自第一麦克风的信号与来自第二麦克风的信号相关。所述相关可以包括基于来自第一麦克风的信号，估计来自第二麦克风的信号以提供估计的第二麦克风信号；以及确定在估计的第二麦克风信号与来自第二麦克风的实际信 号之间的差值。该方法还可以包括将差值与第一阈值进行比较。该方法还可以包括确定在差值与估计的第二麦克风信号之间的比值；以及将比值与第二阈值进行比较。估计可以由包括自适应滤波器的电路进行。该方法可以包括将来自第一麦克风的信号的幅度和来自第二麦克风的信号的幅度与阈值进行比较；以及在来自第一麦克风或者第二麦克风中的任一个或者两个麦克风的信号的幅度小于阈值的情况下，抑制更新自适应滤波器的系数。该方法可以包括确定来自第一麦克风的信号的幅度与来自第二麦克风的信号的幅度的比值；以及在来自第一麦克风的信号的幅度与来自第二麦克风的信号的幅度的比值大于阈值比值的情况下，抑制更新自适应滤波器的系数。该方法可以包括平滑来自第一麦克风的信号和来自第二麦克风的信号。平滑可以包括低通滤波。在另一方面，一种引擎音频谐波消除系统包括至少两个麦克风；以及检测电路，用于检测噪声的存在，噪声以与噪声影响多个麦克风中的第二麦克风的读数的方式不同的方式影响多个麦克风中的第一麦克风的读数。检测电路包括相关性确定电路，用于确定来自第一麦克风的信号是否与来自第二麦克风的信号相关；以及比较电路，用于确定噪声的量是否超过阈值。相关性确定电路可以包括自适应滤波器，基于来自第一麦克风的信号提供来自第二麦克风的预测的信号；并且比较电路可以将来自第二麦克风的预测的信号与来自第二麦克风的信号进行比较。确定电路可以包括更新自适应滤波器的系数的电路；将来自第一麦克风的信号的幅度和第二麦克风的信号的幅度与阈值进行比较的电路；以及如果来自第一麦克风的信号的幅度和来自第二麦克风的信号的幅度中的任一个或者两个幅度小于阈值，则抑制更新自适应滤波器的系数的电路。确定电路可以包括更新自适应滤波器的系数的电路；将来自第一麦克风的信号的幅度与来自第二麦克风的信号的幅度的比值与阈值进行比较的电路；以及如果来自第一麦克风的信号的幅度与来自第二麦克风的信号的幅度的比值大于阈值，则抑制更新自适应滤波器的系数的电路。该引擎谐波消除系统还可以包括平滑电路，平滑来自第一麦克风的信号和来自第二麦克风的信号。平滑电路可以包括低通滤波器。当结合以下附图来阅读以下详细描述时，其他特征、目标和优点将从以下详细描述变得显而易见，其中
图I是音频系统的框图；图2是车厢的示意图；图3是引擎谐波消除(EHC)系统的部分的框图；图4和图5是图示了 EHC系统的部分的操作的框图；以及图6和图7是EHC系统的部分的实现的框图。
具体实施方式
虽然附图中的若干视图的元件在框图中可以被示出和描述为分立单元并且可以被称为“电路”，但是除非另外指出，否则元件可以实现为模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或者多个微处理器中的ー个或其组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。可以由模拟电路或由用于运行用于执行模拟操作的算木或逻辑的等同操作的软件的微处理器来执行操作。除非另外指出，则可以将信号线实现为分立模拟或者数字信号线、实现为具有适当信号处理来处理单独音频信号流的单个分立数字信号线，或者实现为无线通信系统的元件。可以在框图中描述ー些处理。在每个框中执行的动作可以由ー个元件或者由多个元件来执行，并且可以是在时间上分离的。用来执行框的动作的元件可以是物理上分离的。除非另外指出，则可以用数字或者模拟形式来编码并且发射音频信号或者视频信号或者二者；在附图中可能并未示出常规的数模转换器和模数转换器。图I示出了用于车辆以提供引擎谐波消除的音频系统的ー些元件。引擎谐波消除(EHC)系统50接受通常表明引擎速度的參考信号11以及来自ー个或者多个麦克风24F和24R的信号作为输入。引擎谐波消除系统50可以是音频系统30的部分，该音频系统包括接收输入信号13的娱乐音频系统10。引擎谐波消除系统50和娱乐音频系统可以共享ー些部件或者可以通过共同部件或者使用共同部件来操作。例如，来自引擎谐波消除系统的噪声消除信号和来自娱乐音频系统10的音频信号可以在加法器14相加、由放大器26放大并且由包括低频扬声器28W和中频/高频扬声器28H的扬声器转换成声能。图2是用于指示图I的一些部件的位置的车辆内部的示意图。图2中的标号指代图I的具有相同标号的元件。麦克风可以包括靠近车厢前部设置的前麦克风24F(例如位于顶蓬(headliner)中)和靠近车厢后部设置的后麦克风24R(例如也位于顶蓬中)。两个麦克风24R和24F可以向图I的引擎谐波消除系统50提供输入。在操作中，向引擎谐波消除系统50提供表明參考频率的信息。噪声降低參考信号生成器(未示出)生成至自适应滤波器16的噪声降低信号，该信号可以是以周期信号(比如具有与引擎速度有关的频率分量的正弦曲线)的形式。麦克风24F和24R检测具有与參考频率有关的频率分量的周期振动能量。基于来自麦克风24R和24F的输入，自适应滤波器电路在參考频率和參考频率的谐波处生成噪声消除信号。噪声消除信号可以与来自娱乐音频系统的音频信号結合。噪声消除信号由功率放大器26放大并且由输出转换器28H和28W转换成振动能量。可以在U.S.公布2005/0095383中发现对EHC系统的操作的更完整描述。
偶尔，某些条件可能使得麦克风向引擎谐波消除系统50输出杂散读数(spuriousreadings)。ー些EHC系统具有用于忽略或者低估一些类型的杂散读数或者使EHC系统针对非杂散读数以不同方式操作的电路。典型杂散噪声源包括脉冲噪声(比如车辆在不平的路上的驱动)或者由于开窗所致的风噪声。如果引擎谐波消除系统50对杂散读数做出响应，则它可能基于杂散读数生成噪声消除信号，这可能导致不合常理的和不想要的噪声可听的假象。一种特别困难的杂散噪声类型是在EHC系统的操作范围中具有大量能量并且在其中来自ー个麦克风的读数极大地不同于来自另一麦克风的读数的杂散噪声。例如，车辆空调和/或加热器可以具有风扇，该风扇将空气吹过麦克风之一位于其中的孔。气流可以引起高的低频随机噪声电平，该高电平可以淹没引擎谐波消除系统的操作频率范围中的谐波引擎噪声。在一个实现中，气流经过前顶蓬饰物中的孔，因此以下例子假设前麦克风受气流影响。在其它实现中，可以是后麦克风受气流影响，在该情况下，“前”和“后”将颠倒。图3示出了引擎谐波消除系统50的一些附加部件。除了自适应滤波器电路80之夕卜，引擎谐波消除系统可以包括用于检测由于杂散噪声所致的麦克风读数的电路，该杂散噪声在EHC系统的操作范围中具有大量能量并且其中来自ー个麦克风的读数极大地不同于来自另一麦克风的读数(下文将上述电路称为杂散麦克风读数检测电路52)。杂散麦克 风读数检测电路52可以接受来自麦克风24R和24F的输入并且检查输入以确定来自麦克风的输入是否杂散以及杂散噪声是否过度。如图4中所示，如果在块54确定来自麦克风中的一个或者多个麦克风的输入杂散并且如果杂散噪声过度，则可以修改EHC系统的操作(55a)。修改EHC系统的操作可以采用多种形式。如果可以确定杂散噪声来自哪个麦克风，则可以忽略该麦克风直至杂散噪声终止。如果EHC系统包括自适应滤波器，则可以关断滤波器；如在U. S.公布2005/0095383中描述的那样，可以修改泄漏因子；可以改变自适应滤波器的參数；或者可以进行对自适应滤波器的操作的其它修改。如果杂散噪声未过度，则不修改操作(55b)。图5不出了ー种确定是否存在杂散噪声的方法。一般而言,道路噪声和来自与引擎噪声有关的源的噪声(EHC系统被设计成减弱这些噪声)在麦克风之间是相关的，并且杂散噪声是不相关的。因此，如果在块56确定来自两个麦克风的读数是否是相关的，则确定不存在杂散噪声(59b)。如果在块56确定来自两个麦克风的读数是不相关的，则确定存在杂散噪声(59a)。图6示出了杂散麦克风读数检测电路52，该电路确定杂散噪声是否存在并且如果存在则它是否过度。在图6的杂散麦克风读数检测电路52中，用于来自后麦克风24R的信号的输入66稱合到自适应滤波器57,该滤波器减法稱合到加法器58。在一些实现中，输入66可以由低通滤波器69R I禹合到自适应滤波器57。用于来自前麦克风24F的信号的输入70耦合到加法器58，在一些实现中是通过低通滤波69F进行的。加法器58的输出耦合到自适应滤波器57和阈值比较块62。在一个实现中，低通滤波器69F和69R的拐点频率(break frequency)为IOHz,这在娱乐音频信号的范围以下。通常，来自两个麦克风的读数是相关的。在图6的杂散麦克风读数检测电路52中，来自麦克风之ー(在这一例子中为后麦克风24R)的读数是至自适应滤波器57的输入。自适应滤波器57预测来自另一麦克风(在这一例子中为前麦克风24F)的读数。预测的读数61在加法器58与另一麦克风的实际读数減法组合以形成误差信号63，该误差信号表示在前麦克风的实际读数与前麦克风的预测读数之间的差值。该差值表示杂散噪声。在块62将误差信号的幅度与阈值相比。如果误差信号的幅度超过阈值，则确定杂散噪声过度(65a)。如果误差信号的幅度未超过阈值，则确定杂散噪声未过度(65b)。图6的误差信号以在常规方式使用从而用来更新自适应滤波器57的系数。然而在一些情形中，可能希望抑制自适应滤波器57的自适应(也就是说，更新它的滤波器系数)。例如，如果来自麦克风24F、24F中的任一麦克风的信号的幅度在阈值(例如40dB spl)以下，则自适应可以被抑制；或者如果来自麦克风24F或者24R之一的信号与来自另一麦克风的信号的比值大于阈值(例如12dB)，则自适应可以被抑制。如果自适应被抑制，则在块62用未更新的自适应滤波器系数来执行误差信号和阈值之间的比较。如果可以将阈值设置的足够高以防止错误地发现过度杂散噪声，则杂散麦克风读数检测电路52有效地工作。有时在低引擎噪声电平，高阈值可能在有充分杂散噪声导致可听假象时导致发现杂散噪声未过度。图7示出了具有用于在低的道路噪声电平提供准确读数的附加特征的杂散麦克 风读数检测电路52。除了图6的杂散麦克风读数检测电路52的部件之外，杂散麦克风读数检测电路52还包括如果比较块62的结果为否，则操作的第二比较块64。在操作中，杂散麦克风读数检测电路52计算杂散噪声与道路噪声的比值
. jront mic reading — predicted front mic reading其中front—mic—reading 是实际前麦克风读数，并且 predicted—front—mic—reading是自适应滤波器基于后麦克风读数预测的前麦克风读数。分子表示杂散噪声。分母表示如果后麦克风读数预测前麦克风则将存在的噪声，或者换而言之，如果前麦克风的读数不受制于杂散噪声，则将存在的道路噪声。然后可以这ー比值与比值阈值进行比较。即使杂散噪声的量小，但是如果道路噪声的量小，则比值仍然可能大。如果道路噪声的量逼近零，则比值的分子逼近杂散噪声而分母逼近偏移。随着道路噪声电平増加，分母变得更大，并且比值即使在存在杂散噪声时仍可能不超过阈值。然而在高的道路噪声电平，在块62的比较不可能在有充分杂散噪声导致可听假象时发现杂散噪声未过度。与图6的杂散麦克风读数检测电路的操作相似，图7的误差信号也可以以常规方式使用从而更新自适应滤波器57的系数。然而在一些情形中，可能希望抑制自适应滤波器57的自适应(也就是说，更新滤波器系数)。例如，如果来自麦克风24F、24R中的任一麦克风的信号的幅度在阈值(例如40dB spl)以下，则自适应可以被抑制；或者如果来自麦克风24F或者24R之一的信号与来自另一麦克风的信号的比值大于阈值(例如12dB)，则自适应可以被抑制。如果自适应被抑制，则在块62用未更新的自适应滤波器系数来执行误差信号和阈值之间的比较。与将来自前麦克风的信号与来自第二麦克风的信号直接进行比较的方法比，使用相关性的方法更有利，因为使用相关性的方法更少受到麦克风中的容差差异的影响。可以对这里公开的特定装置和技术进行各种使用和变更而不脱离本发明构思。因此，本发明可以解释为涵盖这里公开的每个新颖特征元件这些特征的新颖组合，并且仅由所附权利要求的精神和范围限制。
权利要求
1.一种用于操作引擎谐波消除系统的方法，包括 从车厢中的第一位置处的第一麦克风接收表示所述车厢中的噪声的信号； 从所述车厢中的第二位置处的第二麦克风接收表示所述车厢中的噪声的信号；以及 将来自所述第一麦克风的信号与来自所述第二麦克风的信号相关。
2.根据权利要求2所述的方法，其中所述相关包括 基于来自所述第一麦克风的信号，估计来自所述第二麦克风的信号以提供估计的第二麦克风信号；以及 确定在所述估计的第二麦克风信号与来自所述第二麦克风的实际信号之间的差值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述差值与第一阈值进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括确定在所述差值与所述估计的第二麦克风信号之间的比值；以及 将所述比值与第二阈值进行比较。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述估计由包括自适应滤波器的电路进行。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括 将来自所述第一麦克风的信号的幅度和来自所述第二麦克风的信号的幅度与阈值进行比较；以及 在来自所述第一麦克风或者所述第二麦克风中的任一个或者两个麦克风的信号的幅度小于阈值的情况下，抑制更新所述自适应滤波器的系数。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括 确定来自所述第一麦克风的信号的幅度与来自所述第二麦克风的信号的幅度的比值；以及 在来自所述第一麦克风的信号的幅度与来自所述第二麦克风的信号的幅度的所述比值大于阈值比值的情况下，抑制更新所述自适应滤波器的系数。
8.根据权利要求I所述的方法，还包括平滑来自所述第一麦克风和所述第二麦克风的信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述平滑包括低通滤波。
10.一种引擎音频谐波消除系统，包括 至少两个麦克风； 检测电路，用于检测如下噪声的存在，所述噪声以与所述噪声影响所述多个麦克风中的第二麦克风的读数的方式不同的方式影响所述多个麦克风中的第一麦克风的读数，包括 相关性确定电路，用于确定来自所述第一麦克风的信号是否与来自第二麦克风的信号相关；以及 比较电路，用于确定噪声的量是否超过阈值。
11.根据权利要求10所述的引擎谐波消除系统，所述相关性确定电路包括 自适应滤波器，基于来自所述第一麦克风的信号提供来自所述第二麦克风的预测的信号；以及 所述比较电路将来自所述第二麦克风的预测的信号的幅度与来自所述第二麦克风的信号的幅度进行比较。
12.根据权利要求11所述的引擎谐波消除系统，所述确定电路还包括 更新所述自适应滤波器的系数的电路； 将来自所述第一麦克风的信号和所述第二麦克风的信号的幅度与阈值进行比较的电路；以及 如果来自所述第一麦克风的信号的幅度和来自所述第二麦克风的信号的幅度中的任一个或者两个幅度小于所述阈值，则抑制更新所述自适应滤波器的系数的电路。
13.根据权利要求11所述的引擎谐波消除系统，所述确定电路还包括 更新所述自适应滤波器的系数的电路； 将来自所述第一麦克风的信号的幅度与来自所述第二麦克风的信号的幅度的比值与 阈值进行比较的电路；以及 如果来自所述第一麦克风的信号的幅度与来自所述第二麦克风的信号的幅度的所述比值大于所述阈值，则抑制更新所述自适应滤波器的系数的电路。
14.根据权利要求10所述的引擎谐波消除系统，还包括平滑电路，用于平滑来自所述第一麦克风的信号和来自所述第二麦克风的信号。
15.根据权利要求14所述的引擎谐波消除系统，其中所述平滑电路包括低通滤波器。
全文摘要
一种用于校正车辆引擎谐波消除(EHC)系统中的错误麦克风读数的系统。一种用于操作引擎谐波消除系统的方法包括从车厢中的第一位置处的第一麦克风接收表示车厢中的噪声的信号；从车厢中的第二位置处的第二麦克风接收表示车厢中的噪声的信号；并且将来自第一麦克风的信号与来自第二麦克风的信号相关。
文档编号G10K11/178GK102792367SQ201180013113
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月8日
发明者A·加尼施库玛, D·Y·潘 申请人:伯斯有限公司