噪声消除的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容设及一种取消或减少噪音的系统和方法，并且更具体地设及减少或取 消噪声的系统和方法。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请请求于2013年8月12日提交的、序列号为61 /864，974的美国临时专利申请 的优先权和权益，其公开内容通过参考W全部内容并入本文。
【背景技术】
[0004] 对于包括主动噪音消除(ANC)(除其他事项外）的系统，最大的挑战往往在于:实现 ANC系统内较低的端到端的系统延迟。若噪声消除信号同时加至被监视的声学环境，噪声消 除是最有效的。延迟产生降噪信号的ANC系统具有响应并取消噪声信号的有限能力，W及具 体而言，噪声信号的较高频率分量。有时，ANC系统中的延迟源于它运作的环境。例如，汽车 或其它移动车辆的内部客舱可W是ANC系统的复杂声学环境。来自多个源和噪声源的声音 可W显著远离取消噪声的声音产生器。噪声源和声音消除发生器之间的物理距离产生传播 延迟，其限制噪声消除信号可抵消噪声源的声音的速度。如果ANC系统需要传播噪声消除系 统，W逐步取消远程间歇声源的有意义的距离，噪声消除扬声器和客舱中的人之间的距离 增加噪声消除系统的固有延迟。运种延迟对于该ANC系统可W取消的频率设置上限。
[0005] 除了环境，延迟和延迟可来自处理噪声信号的电路。例如，汽车的隔室可W具有噪 声的多个信号源，诸如发动机、轮舱和窗口，并且可W具有位于客舱内的多个传感器和多个 噪声消除扬声器。即使平均尺寸舱可W具有作为传感器的多于四个麦克风和多于屯个降噪 扬声器。为了正常工作，ANC系统必须处理噪声消除信号，W生成将在每个运些扬声器产生 的特定噪声校正信号。运些噪声校正信号可基于从每个运些传感器感测的噪声。通常，运需 要具有FIR滤波器组矩阵基于传感器的数目和扬声器的数量的尺寸。运可是需要执行很多 计算的庞大而复杂的过滤器。运些计算必须在几分之一秒内执行，W避免因处理延迟增加 延迟。
[0006] 为了不添加大量延迟而执行运些计算，ANC系统一直W来都增加了系统的采样率。 增加采样率降低了在常规数字信号处理系统的延迟，但它运样做W增加的功率消耗和增加 的所需精度为代价。增加的精确度可需要较多的系数比特数量。运增加了存储器、数据路径 宽度和性能的要求。最终的结果是更大的面积和成本和更高的功率消耗。对于包括耳机和 手机的市场，都是重要的参数。
[0007] 可替代方法已试图使得系统的一部分W高速率运行。典型地，模数转换器(ADC)W 高采样速率操作。该ADC产生数字数据的高吞吐量数据流，数字信号处理器(DSP)可W向下 采样W产生噪声取消信号。运种方法降低了从模拟到数字的转换而产生的延迟，并降低产 生噪声取消信号所需的MIPS,但增加了下采样的群延迟惩罚的来源。例如，向下采样电路的 一个典型实施方式抓取每个第η个样本。该下采样可W是线性的，和由两或Ξ的系数下采 样。因此，获取一个样本，和丢弃下一个或两个样本。对于丢弃的样品，该系统可W基于采样 的值通过重建估计值。然而，丢弃样品可引入需要提取w避免向下折叠噪声的高频急剧变 化。通常，运要求电路具有低通滤波器，并且该滤波器向电路增加一组延迟。
[0008] 因此，在本领域中仍然需要在ANC系统中缩短系统延迟时间的有害影响的系统。
【发明内容】
[0009] 本发明的系统和方法具有若干创新的方面，其中无单一单独负责本文所公开的期 望属性。
[0010] 在某些实施例中，本文所述的系统和方法，包括通过控制经过ANC系统的元件的延 迟而控制延迟的ANC系统。通常情况下，ANC系统包括ADC、传输层、数字滤波器和DAC元件。运 些元件提供了信号链，当信号经过元件时，每一个元件执行ANC处理的部分。该系统产生可 预测的延迟，其可W由实现数字滤波器来产生噪声消除信号的数字信号处理(DSP)功能来 解决。W运种方式，ANC系统中的系统延迟的有害影响被减轻。
[0011] 为此目的，在一个具体实施例中，噪声消除系统包括ADCW在设定的采样周期采样 噪声信号，并创建表示该噪声信号的数字数据流。ADC可过采样噪声信号。数据传输层携带 数字信号数据到信号处理器。传输层通过在采样周期的初始阶段内放置数字信号数据而临 时组织数字信号数据。采样周期的剩余阶段被设置为持续时间，允许信号处理器处理在初 始阶段携带的数字信号数据，并在用于携带数字数据到信号处理器的同一采样周期输出处 理后的数据。在本实施例中，信号处理器用作数字滤波器，增加采样延迟W产生抵消声信 号。此外，运一个增加的采样延迟是可预测的，并且可W由在信号处理过滤器内执行的信号 处理算法解决。
[0012] 在一个实施例中，所述噪声消除系统还包括能在输出流排列处理的信号的测序处 理器。通常情况下，测序处理器排列处理的信号，W使得先于其他处理的信号，数字传输层 携带选择的处理信号到数模转换器。任选地，该数字传输层能组织在采样周期中的数字数 据，W具有一个或多个连续的处理阶段。处理阶段具有设定成小于或等于信号处理器生成 经处理的信号所确定的时间的持续时间。在一些实施例中，一个或多个连续的处理阶段具 有经选择W支持一个W上噪声消除系统的持续时间。在其他实施方式中，一个W上的连续 处理部分具有经选择W允许从独立的输入源产生噪声信号的噪声消除信号的持续时间，并 在其他实施方式中，该连续处理阶段具有经选择W允许产生由独立的输出源产生的噪声消 除信号的产生的持续时间，用于取消从一个输入源的噪音。
[0013] 在某些实施例中，数字传输层在模数转换器和数模转换器之间延伸。在某些实施 例中，数字传输层包括多通道数字音频传输协议层，W及在一些实施例中，该音频传输协议 层是任何125、428、了01、并行数据、1^￥05、5?0伴、5〇1111抓^6、蓝牙和字节级别传输。
[0014] 在某些实施例中，模数转换器包括功率控制过程，用于对于小于采样率的时间供 电模数转换器。功率控制处理可W是在微处理器或DSP上运行并具有激活模数转换器的控 制信号的软件处理。
[0015] 任选地，所述噪声消除系统具有禪合到模数转换器的麦克风前置放大器电路和禪 合到数模拟转换器的扬声器放大器。
[0016] 在一些实施例中，信号处理滤波器开始歪斜W降低产生噪声消除信号所需的每秒 指令(MIPS)。
[0017] 在另一个方面，本文所描述的系统和方法包括用于消除噪声的方法，包括:在采样 周期上过采样模拟噪声信号，W产生数字数据流;提供数字传输层，用于组织数字数据流， W将数字数据放置在采样周期的初始阶段，携带数字数据到信号处理滤波器，所述信号处 理滤波器能接收在采样期间的初始阶段中携带的数字数据，并在其中接收数字数据的采样 周期产生处理后的信号，并转换处理的信号为模拟形式。任选地，该方法排序输出流中的处 理信号，W使得先于其他处理的信号，数字传输层携带选择的处理信号给数模转换器。进一 步任选得，所述方法在小于采样率一段时间供电模数转换器。进一步任选地，所述方法组织 采样周期中的数字数据，W具有一个或多个连续的处理阶段，W提供具有设定成小于或等 于信号处理器W生成经处理信号所确定的时间的持续时间的处理阶段。
[0018] 在一个实施例中，系统通过使得信号链中的每个元件产生可预测的"本地Fs"而实 现可预见的"歪斜Fs"，所述"本地Fs"也就是相比原始源Fs延迟，运可是电路的时钟速率的 周期，从而生成具有可预测"偏斜"的信号。通常，通过系统的延迟由Fs决定，在于每个元件 将具有在整个Fs(例如，1。3、2。3、3。3等)已经测量的延迟。通过具有在信号链中的每个元件 产生的局部倾斜Fs，通过元件的延迟将由信号经过元件所花费的的实际时间确定，并因此 独立于实际的Fs周期，而是取决于每个元件的设计。在数字域时，DSP可通过处理该延迟为 已知相移而解决已知的延迟。通过解决已知延迟，该系统可通过模拟滤波器(运是原则0)解 决延迟。对于本文中所描述的系统和方法，通过数字域中的延迟由在系统中使用的过滤器 和实际加工/时钟速率的复杂性来确定。
[0019] 任选地，ADC的构造和DAC可通过运些转换元件的延迟降低。任何合适的技术可用 于减少延迟。在一个例子中，具有模拟前端(AFE)的Σ - Δ ADC将模拟信号转换成多个量化 值;运些表达先前值和当前值之间的差。该AFE可在过采样率运行