专利名称：自动消除啸音的声音处理装置与方法
技术领域：
本发明涉及声音处理装置，特别是涉及声音处理装置的啸音消除。
技术背景图1为一声音处理装置100产生啸音的示意图。声音处理器100接收并处理一声波，经过增幅之后将其播放，以形成一放大的声波。举例来说，该声音处理装置可为一声音扩大器。声音处理装置100包括麦克风102、功率 放大器104以及扬声器106。麦克风102首先接收一声波并将其转换为声音 信号。接着，功率放大器104放大该声音信号，扬声器106则将放大后的声 音信号转换为声波。由于声波会往各方向扩散，放大后的声波有部分会反馈 到麦克风102，反馈的声波再行放大，如此在短时间内不断反馈放大的结果， 形成一大声而尖锐的啸音(howling)，严重影响到声音处理装置IOO原本放大 声音的功能。因此，声音处理装置IOO需要方法以减低啸音的发生，以免原 本放大声音的功能受到干扰。欲解决上述哺音问题，其中一种方法便是运用指向性麦克风取代图1中 的麦克风102。由于指向性麦克风仅接收某一特定方向的声波，因此可用指 向性麦克风朝向受到放大后声波干扰最小的方向，可减低啸音的音量。然而， 由于声音会往各方向扩散，指向性麦克风仍会收到部分反馈的声波，只是幅 度较小，并不能完全消除啸音。现有技术仍有其它处理啸音问题的方法。图 2为依据另一已知方法消除啸音的声音处理装置200的方块图。声音处理装 置200包括麦克风202、开关模块208、功率放大器204以及扬声器206。开 关模块208可将麦克风202与功率放大器204间的耦接变为开路状态。当啸 音产生时，声音处理装置200便将开关模块208开路，因此麦克风202收到 的嗦音便无法经由功率放大器206放大，阻断啸音循环放大的过程，而使啸 音自然消失。图2的方法虽然可以完全消除嗦音，然而在开关模块208开路时，连带 使麦克风202接收的所有声波均无法经由功率放大器204放大，损害到声音处理装置200放大声音的功能。因此，声音处理装置需要消除喻音的方法， 以避免啸音的产生干扰到声音处理装置的正常功能。发明内容有鉴于此，本发明提供一种可自动消除啸音的声音处理装置，以解决现有技术存在的问题。该声音处理装置包括阵列麦克风模块(array microphone)、 数字信号处理器(digital signal processor)、功率放大器(power amplifier)、以及 扬声器。阵列麦克风模块在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信 号，其中这些声音信号带有因声波反馈而产生的啸音。数字信号处理器包含 一音束开j成模块(beam forming module)及一声学回音消除模块(acoustic echo cancellation module),该音束形成模块依据这些声音信号形成来自单一方位 的音束信号以降低该。肃音，且该声学回音消除模块估计并消除该音束信号带 有的喷音。功率放大器放大该消除啸音后的音束信号。扬声器转换该音束信 号为声波。本发明亦提供一种消除。肃音装置，用于一声音处理装置。该消除啸音装 置包括模拟至数字转换器、减除模块、音束形成模块(beam forming module)、 声学回音消除模块(acoustic echo cancellation module)、以及数字至模拟转换 器。模拟至数字转换器转换多个声音信号为多个数据流，其中这些声音信号 为在不同位置接收一声波而产生，且这些声音信号带有因声波反馈产生的啸 音。减除模块自这些数据流消去一声学回音消除模块所估计的啸音。音束形 成模块依据这些数据流形成来自单一方位的一音束信号，以降低啸音。声学 回音消除模块估计该音束信号带有的啸音。数字至模拟转换器将该音束信号 自数字形式转换为模拟形式后输出。本发明更提供一种可自动消除啸音的声音处理装置。该声音处理装置包 括麦克风模块、数字信号处理器、功率放大器、及扬声器。麦克风模块转换 一声波为一声音信号，其中该声音信号带有因声波反馈而产生的啸音。数字 信号处理器包含一声学回音消除模块(acoustic echo cancellation module),该 声学回音消除模块估计并消除该声音信号带有的喷音。功率放大器放大该消 除哺音后的声音信号。扬声器转换该声音信号为声波。本发明亦提供一种消除声音处理装置的哺音的方法。首先，以阵列麦克 风模块(array microphone),在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信号。接着，运用数字信号处理器(digital signal processor)所包括的一音束形成 模块(beam forming module),依据这些声音信号形成来自单一方位的音束信 号，以降低这些声音信号带有的喷音。接着并运用该数字信号处理器所包括 的一声学回骨消除模块(acoustic echo cancellation module), 估计该音束信号 带有的啸音。最后，自该音束信号减除该声学回音消除模块所估计的啸音。为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特 举lt个优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下
图1为一声音处理装置产生哺音的示意图；图2为依据已知方法消除嘯音的声音处理装置的方块图；图3为根据本发明的可自动消除啸音的声音处理装置的方块图；图4为^^据本发明的另一可自动消除啸音的声音处理装置的方块图；以及图5为依据本发明消除声音处理装置的啸音的方法的流程图。主要组件符号说明
100、 200、 300、 400 声音处理装置; 102、 202、 302 麦克风才莫块； 402 阵列麦克风；104、 204、 304、 404 功率放大器； 106、 206、 306、 406 扬声器; 208 开关模块； 310、 410~#:字信号处理器； 312、 316、 412、 413、 416 模拟至数字转换器； 314、 318、 414、 418 数字至模拟转换器; 322、 422 声学回音消除模块； 324、 424 线路回音消除模块； — 326、 328、 426、 428 减除模块；以及 430 音束形成模块。
具体实施方式
图3为根据本发明的可自动消除哺音的声音处理装置300的区块图。声 音处理装置300包括麦克风模块302、数字信号处理器(digital signal processor" 10、功率放大器(power amplifier"04、以及扬声器306。麦克风模 块302首先将外界的一声波转换为一声音信号S,。由于来自扬声器306的放 大后声波亦有部分会自外界反馈至麦克风模块302,因此声音信号S,会带有 因声波反馈所产生的哺音成分。接着声音信号S,被送至数字信号处理器310 以消除嗦音。声音处理装置300利用数字信号处理器310中的声学回音消除 才莫块(acoustic echo cancellation module)322以自动进行哺音的消除，以减低输 送至功率放大器304的信号带有的啸音。数字信号处理器310包括模拟至数字转换器312及316、数字至模拟转 换器314及318、声学回音消除模块322、线路回音消除模块(line echo cancellation module)324、以及减除模块326及328。数字信号处理器310包 括两个信号处理路径。第一信号处理路径的输入信号经由第一输入端输入数 字信号处理器310,接着被模拟至数字转换器312自模拟信号转换为数字信 号，经过各式处理后，再经由数字至模拟转换器314自数字信号转换为模拟 信号后自第一输出端输出。同样的，第二信号处理路径的输入信号经由第 二输入端输入数字信号处理器310,接着被模拟至数字转换器316自模拟信 号转换为数字信号，经过各式处理后，再经由数字至模拟转换器318自数字 信号转换为模拟信号后自第二输出端输出。耦接在第 一 与第二信号处理路径间的有两个回音消除模块，声学回音消 除模块322与线路回音消除模块324。声学回音消除模块可通过算法估计第 一与第二信号处理路径间的声学回音(acoustic echo)，例如最小平方自适应算 法(least-mean-square self-adaptive algorithm)。线路回音消除模块324则用以 消除第一、第二信号处理路径上因为声音信号传递线路上的阻抗不匹配产生 的回音。声音信号S!首先经由第一输入端输入数字信号处理器310。接着，模拟 声音信号S，被模拟至数字转换器312转换为数字型态的数据流 (datastream)S2。减除模块326接着将声学回音消除模块322所产生的哺音估 计值S6自数据流S2减除以形成数据流S3,因此此时数据流S3带有的嗦音成 分便大为减少。数据流S3接着由数字至模拟转换器314转换为模拟型态的声音信号S4后经由第一输出端输出。由于必须运用声学回音消除模块322估计声音信号带有的哺音成分，而 声学回音消除模块322耦接于第一与第二信号处理路径间，因此声音信号 S4必须再度输入数字信号处理器310的第二路径。当自第二输入端输入数字 信号处理器310后，声音信号S4首先由模拟至数字转换器316转换为数字型 态的数据流S5。接着，声学回音消除模块322估计数据流S5所带有的。肃音 以产生啸音估计值S6,此啸音估计值S6经由减除模块326自数据流S2消去。 最后，数字至模拟转换器318将数据流Ss转换为模拟型态的声音信号S7后 经由第二输出端输出。必须注意的是，为了防止线路回音消除模块324把声 音信号当成线路回音而去除，线路回音消除模块324必须全程被关闭。
接着，功率放大器304将声音信号S7放大后输出为声音信号S8。扬声 器306接着转换声音信号Sg为声波后输出到外界。由于自数字信号处理器 310输出的声音信号S7便已不带有哺音成分，此时放大后的声波亦不带有。肅 音成分。因此，即使放大后的声波再反馈至麦克风模块302，其因而产生的 哺音成分亦会再度被数字信号处理器310的声学回音消除模块322所消除。 依据实际测试结果，声学回音消除模块322约可造成哺音成分30~35dB的衰 减。虽然声音处理装置300能消除部分啸音成分，但啸音衰减率不够大，造 成啸音衰减的速度较慢。因此本发明更运用阵列麦克风(array microphone)与 数字信号处理器的音束形成^t块(beam forming module),进一步增加啸音成 份的衰减，以除去声音信号带有的哺音。图4为根据本发明的可自动消除啸 音的声音处理装置400的区块图。声音处理装置400与声音处理装置300大 致相同，但增加了阵列麦克风模块402与音束形成模块430。
阵列麦克风模块402首先在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信号，包括图4中的S,a与S1B，其中声音信号S,a与S,b带有因声波反馈所产生的。肃音成分。虽然麦克风403与404接收的是同一声波，但由于在不同 位置接收，因此所产生声音信号S,a与S,b会因接收位置空间上差异而有相 位与振幅的不同。图4中虽仅绘出403、 405两个麦克风以进行说明，但阵 列麦克风模块402可包含更多麦克风，以产生带有不同相位差的多个声音信 号。接着，声音信号S,a与Sm经由第一输入端分别被送至数字信号处理器 410以消除嗦音。
同样地，数字信号处理器410亦包括第一与第二两个信号处理路径。首先，模拟声音信号S,a与S,b分别被模拟至数字转换器412、 413转换为数字 型态的数据流Sm与S2B。减除模块426接着将声学回音消除模块422所产生的。肃音估计值S6自数据流S2A减除以形成数据流S2A，，因此此时数据流S2A，带有的啸音成分便大为减少。音束形成模块430接着依据数据流Sm，与S2B 相位与振幅的差异，以估计空间中来自某一方位的音束信号S3。由于数据流 Sm，与S2B是于不同接收位置的麦克风产生的，两者间的相位与振幅差异可 用以估计来自单一方位的音束信号，更可藉此滤除来自另 一方向的扬声器 406所产生的啸音成分，因此音束信号S3带有的哺音受到进一步的衰减。音 束信号S3接着由数字至模拟转换器414转换为模拟型态的音束信号S4后经 由第一输出端输出。接着，模拟音束信号S4再度自第二输入端输入数字信号处理器410。模 拟音束信号S4首先由模拟至数字转换器416转换为数字型态的音束信号S5。 接着，声学回音消除模块422估计数字音束信号S 5所带有的啸音以产生啸音 估计值S6，此喻音估计值S6经由减除模块426自数据流Sm消去。最后，数 字至模拟转换器418将数字音束信号Ss转换为模拟型态的音束信号S7后经 由第二输出端输出。同样地，此时线路回音消除模块424必须全程被关闭。接着，功率放大器404将音束信号S7放大后输出为音束信号S8。扬声 器306接着转换音束信号Ss为声波后输出到外界。由于自数字信号处理器 410输出的音束信号S7便已不带有哺音成分，此时放大后的声波亦不带有啸 音成分。因此，即使放大后的声波再反馈至麦克风模块402,其因而产生的 啸音成分亦会再度被数字信号处理器410的声学回音消除模块422与音束形 成模块430所消除。依据实际测试结果，声学回音消除模块422约可造成嗦 音成分30 35dB的衰减，而音束形成模块430可额外进一步造成啸音成分 20dB的衰减。图5为依据本发明消除声音处理装置的喷音的方法500的流程图。首先， 于步骤502中关闭数字信号处理器所包括的线路回音消除模块。接着，于步 骤504中以阵列麦克风模块，在不同位置接收一音波并分别转换为多个声音 信号。接着，于步骤506中运用数字信号处理器所包括的一音束形成模块， 依据这些声音信号形成来自单一方位的音束信号，以降低这些声音信号带有 的哺音。接着，于步骤508中运用数字信号处理器所包括的一声学回音消除 模块，估计该音束信号带有的啸音。最后，于步骤510中自该音束信号减除该声学回音消除模块所估计的p肃音。因此，经过步骤506与510两次的衰减， 原本声音信号带有的啸音会大幅度的消除。本发明提供一种可自动消除喷音的声音处理装置。该声音处理装置包含 一阵列麦克风模块以及包含有音束形成模块与声学回音消除模块的数字信 号处理器。由于声音信号带有的啸音可藉由数字信号处理器的音束形成模块 与声学回音消除模块进行双重的衰减，而大幅的消除原本声音信号带有的啸 音，从而增进声音处理装置的效能。虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润 饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种可自动消除啸音的声音处理装置，包括阵列麦克风模块，在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信号，其中这些声音信号带有因声波反馈而产生的啸音；数字信号处理器，耦接至该阵列麦克风模块，包含一音束形成模块及一声学回音消除模块，该音束形成模块依据这些声音信号形成来自单一方位的音束信号以降低该啸音，且该声学回音消除模块估计并消除该音束信号带有的啸音；功率放大器，耦接至该数字信号处理器，放大该消除啸音后的音束信号；以及扬声器，耦接至该功率放大器，转换该音束信号为声波。
2. 如权利要求1所述的可自动消除嗦音的声音处理装置，其中该数字信 号处理器包括多个第一模拟至数字转换器，转换这些声音信号为多个数据流；减除模块，耦接至这些第一模拟至数字转换器，自这些数据流消去该声 学回音消除模块所估计的啸音；该音束形成模块，耦接至这些第一模拟至数字转换器及该减除模块，依 据这些数据流形成来自单一方位的该音束信号，以降低喷音；该声学回音消除模块，耦接至该音束形成模块，估计该音束信号带有的啸音；以及第一数字至模拟转换器，耦接至该音束形成模块，将该音束信号自数字 形式转换为模拟形式。
3. 如权利要求2所述的可自动消除啸音的声音处理装置，其中该数字信 号处理器还包括一线路回音消除模块，耦接于该音束形成模块的输出端与该 声学回音消除模块的输入端之间，该线路回音消除模块被关闭。
4. 如权利要求2所述的可自动消除啸音的声音处理装置，其中该声学回 音消除模块及该第 一数字至模拟转换器并不直接耦接至该音束形成模块，而 该数字信号处理器还包括第二数字至模拟转换器，耦接至该音束形成模块，将该音束信号自数字 形式转换为模拟形式后输出到该数字信号处理器的一输出端，其中该输出端与该数字信号处理器的一输入端相连；以及第二模拟至数字转换器，耦接至该数字信号处理器的该输入端，将该音 束信号自模拟形式转换为数字形式后输出到该声学回音消除模块及该第一 数字至模拟转换器的输入端。
5. —种可自动消除哺音的声音处理装置，包括麦克风模块，转换一声波为一声音信号，其中该声音信号带有因声波反 馈而产生的。肃音；数字信号处理器，耦接至该麦克风模块，包含一声学回音消除模块，该 声学回音消除模块估计并消除该声音信号带有的啸音；功率放大器，耦接至该数字信号处理器，放大该消除。肃音后的声音信号；以及该扬声器，耦接至该功率放大器，转换该声音信号为声波。
6. 如权利要求5所述的可自动消除啸音的声音处理装置，其中该数字信 号处理器包括模拟至数字转换器，转换该声音信号为一数据流； 减除模块，耦接至该模拟至数字转换器，自该数据流消去该声学回音消 除模块所估计的啸音；该声学回音消除模块，耦接至该减除模块，估计该数据流带有的啸音；以及数字至模拟转换器，耦接至该减除模块，将该数据流自数字形式转换为 模拟形式的声音信号。
7. 如权利要求6所述的可自动消除啸音的声音处理装置，其中该数字信 号处理器还包括一线路回音消除模块，耦接于该减除模块的输出端与该声学 回音消除模块的输入端之间，该线路回音消除模块被关闭。
8. —种消除啸音装置，用于一声音处理装置，包括 模拟至数字转换器，转换多个声音信号为多个数据流，其中这些声音信号为在不同位置接收一声波而产生，且这些声音信号带有因声波反馈产生的啸音；减除模块，耦接至该模拟至数字转换器，自这些数据流消去一声学回音 消除模块所估计的啸音；音束形成模块，耦接至该模拟至数字转换器及该减除模块，依据这些数据流形成来自单一方位的一音束信号，以降低。肃音；该声学回音消除模块，耦接至该音束形成模块，估计该音束信号带有的 哺音；以及数字至模拟转换器，耦接至该音束形成模块，将该音束信号自数字形式 转换为模拟形式后输出。
9. 如权利要求8所述的消除哺音装置，其中该声音处理装置包括一阵列麦克风模块，包含在不同位置的多个麦克风，用以产生这些声音信号。
10. 如权利要求8所述的消除哺音装置，其中该声音处理装置包括 功率放大器，耦接至该消除嚏音装置，放大该消除喷音后的音束信号；以及扬声器，耦接至该功率放大器，转换该音束信号为声波。
11. 如权利要求8所述的消除。肃音装置，其中该消除哺音装置还包括一线 路回音消除模块，耦接于该音束形成模块的输出端与该声学回音消除模块的 输入端之间，该线路回音消除模块被关闭。
12. —种消除声音处理装置的哺音的方法，包括下列步骤以阵列麦克风模块，在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信运用数字信号处理器所包括的一音束形成模块，依据这些声音信号形成 来自单一方位的音束信号，以降低这些声音信号带有的啸音；运用该数字信号处理器所包括的一声学回音消除模块，估计该音束信号 带有的喷音；以及自该音束信号减除该声学回音消除模块所估计的哺音。
13. 如权利要求12所述的消除声音处理装置的喷音的方法，还包括关闭 该数字信号处理器所包括的 一 线路回音消除模块。
全文摘要
本发明提供一种可自动消除啸音的声音处理装置。该声音处理装置包括阵列麦克风模块、数字信号处理器、功率放大器、以及扬声器。阵列麦克风模块在不同位置接收一声波并分别转换为多个声音信号，其中这些声音信号带有因声波反馈而产生的啸音。数字信号处理器包含一音束形成模块及一声学回音消除模块，该音束形成模块依据这些声音信号形成来自单一方位的音束信号以降低该啸音，且该声学回音消除模块估计并消除该音束信号带有的啸音。功率放大器放大该消除啸音后的音束信号。扬声器转换该音束信号为声波。
文档编号H04R3/00GK101227761SQ20071019890
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年11月7日
发明者林铭庆, 赖贤能 申请人:美商富迪科技股份有限公司