專利名稱：具有變化時延的音頻系統(tǒng)和處理音頻信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于助聽器、頭戴式耳機和其他設(shè)備的音頻系統(tǒng)，其中環(huán)境音頻信號被處理并連續(xù)用于一個或多個聽音器。
背景技術(shù)：
有文件充分證明在現(xiàn)代音頻系統(tǒng)中由數(shù)字處理引入的延遲能夠?qū)е掠脩艨筛兄拇蠓秶蓴_作用。處理延遲通常應當?shù)陀?0毫秒。該時間基于平均水平，且依賴放大的程度、引入的聲音信號、聲音處理類型和人們之間的個體差異存在相當大的偏差。依據(jù)以上因素，可接受的值的范圍大約在3-40毫秒。
然而，需要短延遲是為了限制用戶可感知的干擾作用(聲音質(zhì)量較差，難于定位聲源的方向)，當指定短時延時，其嚴重限制了給定音頻系統(tǒng)的處理性能。
因此，系統(tǒng)中使用的處理方法越高級，較長延遲將越不可避免。一個例子是降噪定向處理，其通常基于塊處理，如果該系統(tǒng)只允許強制的短延遲，則只使用了長度非常有限的塊，這將導致性能變差。
音頻系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀是強制使用特定的固定處理延遲。該延遲是主觀感覺問題的風險與處理性能之間的折中。
在助聽器類型的音頻設(shè)備方面，近些年的趨勢是更加開放的助聽器，即具有更大通孔直徑的儀器。這些開放式儀器對由音頻處理引入的延遲尤其敏感。同時，還有更多信號處理消耗時間的特征改進所需信號(通常是語音信號)的推動力。
根據(jù)US 20020122562 A1的公開內(nèi)容，在頻帶的數(shù)量、頻帶的品質(zhì)、濾波器組的延遲和功耗之間存在多種可能的折中。通常，增加濾波器組頻帶的數(shù)量或提高濾波器組頻帶的品質(zhì)會導致延遲和能耗的增大。對于固定延遲，頻帶的數(shù)量和頻帶的質(zhì)量互相反作用。一方面，容許較高延遲的產(chǎn)品的靈活頻率自適應需要128個通道。降低噪聲和減小反饋的算法的最佳結(jié)果需要較多數(shù)目的頻帶。另一方面，16個高質(zhì)量通道適用于極端的頻率響應處理。雖然頻帶的數(shù)量減少了，但是頻帶間的交互作用比128通道的設(shè)計方案低很多。該特征在設(shè)計用于突然聽力喪失或其他類型的聽力喪失的產(chǎn)品中是必需的，其中濾波器組的增益相互之間在很寬的動態(tài)范圍中變化。根據(jù)在申請US20020122552中提出的發(fā)明，濾波器組提供多個頻帶，其為可編程參數(shù)。
US申請不允許在處理期間在線執(zhí)行改變處理時間，但是單獨提到了在使用音頻設(shè)備之前可以編程特定延遲或頻率分辨率。因此用戶將不得不忍受該編程設(shè)置，即使音頻環(huán)境變化，此時更多時延和更復雜處理的處理變化會突顯優(yōu)勢。
本發(fā)明提出了音頻處理的方法和提供該問題解決方案的音頻裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出了用于處理音頻信號的方法，其中由數(shù)字信號處理單元或DSP捕獲、數(shù)字化和在數(shù)字域處理音頻信號，其中來自數(shù)字信號處理單元的已處理輸出信號適用于變送器并用在提供聲覺的變送器。在數(shù)字處理單元中至有少兩種不同的數(shù)字算法可用，數(shù)字處理單元傳送每一個具有各自不同的時延的已處理信號，自動選擇向用戶提供最有益的聲音信號的算法或來自該算法的輸出信號。
因此提供了用于處理音頻信號的方法，其中在音頻處理期間時間延遲隨時間函數(shù)變化。
因此，除了眾所周知的變化，如快速抗反饋和慢速抗反饋、檢測語音或靜音等，利用根據(jù)本發(fā)明方法的助聽器系統(tǒng)可以分級(或連續(xù))變化延遲。例如當出現(xiàn)高語音噪聲比時需要短延遲，而長時間延遲有益于在出現(xiàn)了高背景噪聲等級和強制使用降噪定向處理的情況下的受損聽力。在需要非常頻繁的使用抗反饋系統(tǒng)的情況下也需要長延遲，因為大吞吐量的延遲能夠提高抗反饋系統(tǒng)的性能。當本發(fā)明與助聽器系統(tǒng)結(jié)合使用時，左耳和右耳助聽器應當具有其各自的通過助聽器之間的通信鏈路同步的延遲。
在本發(fā)明的實施例中，為了向用戶提供最佳的輸出信號，首先分析輸入信號，并基于其結(jié)果做出關(guān)于應當執(zhí)行的算法和伴隨的時間延遲的選擇，其中為了實現(xiàn)所選擇的算法，來自分析模塊的相應決定信號用在DSP單元中。以該方式，當不執(zhí)行時間延遲和處理算法的變化時，DSP單元將只執(zhí)行可能的算法之一，這有助于節(jié)電。這在便攜式系統(tǒng)中如助聽器和頭戴式耳機中是最重要的。
在進一步的實施例中，為了確定哪一種算法將提供最有益處理信號，在DSP單元中分析輸入信號，并對輸入信號執(zhí)行至少兩種處理算法，根據(jù)用戶受益評估不同的算法可能的效果，每一種算法的時間延遲的影響也考慮在內(nèi)，為了選擇來自該處理算法的相應輸出，相應的決定信號提供在決定框中。當實現(xiàn)該實施例時，一旦需要輸出，每一種不同算法產(chǎn)生的信號將可以立即使用，且所執(zhí)行算法的效果也可以根據(jù)最終輸出信號分析。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過在當前已處理信號與所需的已處理信號中具有最小時間延遲的已處理信號中引入時間延遲提供二者之間的時間校準，隨后執(zhí)行從當前信號到所需信號的衰落。以該方式能夠在具有不同時間延遲的算法輸出間轉(zhuǎn)換而沒有可聽見的邊帶效應。
在進一步的實施例中，盡可能多地減少所選的所需信號的時間延遲。因此可以確定提供給用戶的信號總是具有盡可能小的時間延遲。
根據(jù)本發(fā)明還提供了音頻系統(tǒng)，包括用于捕獲音頻信號的裝置，用于數(shù)字化音頻信號的裝置，和用于在音頻信號的數(shù)字域進行處理的數(shù)字信號處理單元或DSP。來自DSP單元的已處理輸出信號適用于變送器，并用在提供聲覺的輸出變送器。DSP單元具有用于執(zhí)行至少兩種不同的數(shù)字算法的裝置，其傳送每一個具有各自不同的時間延遲的已處理信號，還具有用于選擇對用戶最有益的聲音信號的裝置。這樣的系統(tǒng)能夠執(zhí)行自動選擇音頻處理算法，其中所選擇算法產(chǎn)生的延時反映在輸出信號中，且基于在給定環(huán)境中可容忍的時間延遲執(zhí)行該選擇。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一方面的助聽器原理圖。
圖2表示了不同信號處理算法的時間延遲。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一方面的助聽器原理圖。
具體實施例方式
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的助聽器的簡化示例。所示為助聽器中的信號路徑圖，其中一個或多個傳聲器1用于收集環(huán)境聲音。在助聽器中其他聲音信號可以通過該聲音路徑傳送，如在傳統(tǒng)助聽器中眾所周知的拾音線圈信號或其他無線或有線音頻信號。進入的信號2以常用的方式數(shù)字化(未在圖中表示)并發(fā)送給數(shù)字信號處理單元(DSP)3。在此，如在常用助聽器中那樣，對進入的信號執(zhí)行通常的放大和噪聲阻尼處理。根據(jù)本發(fā)明的方法允許在DSP單元對音頻信號執(zhí)行兩種或多種不同的算法，因此傳送兩個或多個輸出信號，如圖1中的S1、S2和S3所示。算法具有各自的時間延遲，如圖2所示的Dt1、Dt2和Dt3。
此外，為了確定輸出信號S1、S2和S3中哪一個將向用戶提供最有益的信號，DSP單元將分析輸入信號2。該結(jié)果是確定向用戶提供S1、S2和S3中哪一個信號的控制信號4。為了提供控制信號4，確定和比較不同的信號參數(shù)，并基于參數(shù)大小執(zhí)行選擇輸出信號。在此值得注意的是做出選擇是平衡長延遲的有害影響與延長信號處理的益處的折中。如果希望延時短，在DSP單元中執(zhí)行簡單或簡化的信號處理，在可以忍受較長時間延遲的情況下，使用提供其他優(yōu)點的更復雜的算法，其在效果上超過較長時間延遲的缺點。
控制信號4用在選擇框5，其中執(zhí)行輸出信號的選擇。在圖1中，似乎一個簡單的開關(guān)可以用于在所提供的信號之間進行選擇，但是這樣的解決方案將會導致用戶非常討厭的邊帶效應，因此其在實際生活中非常不實用，但是這樣表示是為了說明的目的。所選擇輸出信號6發(fā)送給輸出級7，其中該信號適用于輸出變送器8。
最終，該信號用于輸出變送器8，其以可感知的形式如聲音發(fā)送輸出信號給用戶。在傳統(tǒng)的助聽器中，變送器可以是揚聲器8，在植入耳蝸中時，電極以電信號的形式向用戶的耳蝸提供輸出。
當使用采取不同吞吐量延時的助聽器處理系統(tǒng)時，在下文中參考圖2提出了執(zhí)行選擇的更實用的方式。
當延遲從較長變?yōu)檩^短時，即從信號S1變?yōu)樾盘朣2，數(shù)據(jù)流將受到Dt2與Dt1的時間差帶來的數(shù)據(jù)丟失的影響。如圖2所示，音頻事件將在S1中導致代表其的信號事件A1，該信號將在音頻信號傳到傳聲器1之后Dt1毫秒傳送到選擇框5。相同的音頻事件將在S2中導致代表其的信號事件A2，該信號將在音頻信號傳到傳聲器1之后Dt2毫秒傳送到選擇框5。信號事件A1和A2將代表相同的信號事件，但是將根據(jù)其各自的算法在DSP單元3中處理。Dt1與Dt2之間的時間差的范圍在10到4毫秒。在合適的時間窗口內(nèi)，作為示例可以是5到10毫秒級，S2和S1都將產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，為了避免嘀嗒聲或其他人為聲音，該數(shù)據(jù)傳送給助聽器接收器，并將作為兩信號之間的插入值計算。在上述時間窗口的起始點，接收器信號是基于長延遲信號S2，其將逐漸變化，從而在窗口的結(jié)束點，接收器信號是基于具有短延遲Dt1的信號S1。
當延遲從較長變?yōu)檩^短時，即執(zhí)行從信號S2到信號S1的變換時，可能的第一步是延遲信號S1，該延遲等于Dt1與Dt2之間時間差，從而被延遲的信號S1具有信號S2的延遲時間，即Dt2。這將確保信號S1和S2參照時間對齊。之后下一步是在信號S2與延遲的信號S1之間進行插值。插值在基于兩個不同的處理方案的同步信號之間提供平滑轉(zhuǎn)換，每一個方案與各自的處理延遲Dt1和Dt2相關(guān)。插值出現(xiàn)在范圍從1到30毫秒之間的時間幀中。隨著第二步輸出信號6從延遲的信號S1變?yōu)樾盘朣1本身。這是通過0.2毫秒的過渡時間完成的，其間延遲的信號S1逐漸削弱，信號S1的振幅逐漸增強，從幾乎是零直到達到指定值。
輸出信號6從S1變化到S2的可選方式描述如下。該變化導致從具有較短延遲Dt1的信號轉(zhuǎn)換到具有較長延遲Dt2的信號，可能的第一步是將信號從信號S1變化為延遲的信號S1，該延遲等于信號S1與S2之間的時間差，其范圍是4到6毫秒。這是通過0.2毫秒的過渡時間完成的，其間信號S1逐漸削弱，延遲的信號S1的振幅逐漸增強，從幾乎是零直到達到指定值。第二步是在信號S2與延遲的信號S1之間執(zhí)行插值。插值在基于兩個不同的處理方案的同步信號之間提供平滑轉(zhuǎn)換，每一個方案與各自的處理延遲Dt1和Dt2相關(guān)。插值出現(xiàn)在3毫秒的時間幀中。
根據(jù)本發(fā)明的信號過渡可以推遲，直到只有弱的輸入信號出現(xiàn)在輸入線2上。以這種方式可以降低出現(xiàn)人為聲音的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的信號過渡可以推遲，直到在強信號之后弱輸入信號立刻出現(xiàn)。以這種方式通過已知的人類聽覺中出現(xiàn)的時域掩蔽效應，進一步降低出現(xiàn)人為聲音的可能性。
在圖3中原理性地表示了本發(fā)明的另一實施例。關(guān)于延時的確定是基于濾波器組的數(shù)據(jù)以及來自DSP的數(shù)據(jù)。DSP能夠根據(jù)允許的延時進行幾個等級的處理。在從一種類型過渡到另一種類型的算法過渡期間，該單元執(zhí)行兩種處理算法。以下將詳細解釋。模塊10是將輸入信號2分為多個信號的濾波器組，每一個信號代表有限的頻率范圍。通過信號路徑17將這些信號傳送給信號處理單元，還通過路徑11將這些信號傳送給信號分析單元12。分析單元12進一步從DSP單元3接收涉及信號處理的數(shù)據(jù)14、15、16，如抗反饋狀態(tài)、聲音活動檢測、音樂檢測或其他涉及信號處理的重要特征。根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析單元確定應當執(zhí)行哪種信號處理算法，并發(fā)送相應信號13給信號處理單元3。信號處理單元3將執(zhí)行所選擇的算法直到出現(xiàn)新的信號值13。在大多數(shù)情況下DSP 3一次只執(zhí)行一種算法。
當從一種算法變化到另一種算法時，出現(xiàn)如上所述涉及信號對齊的相同問題，且為了避免人為聲音可以執(zhí)行相似解決方案。這將在DSP單元3中實施。當DSP單元3沒有正在從一種算法變化到另一種算法時，只有算法結(jié)果和輸出信號6將是完全激活的。這種方式可節(jié)省電能。為了傳送狀態(tài)信號14、15、16，DSP單元必須對信號17至少部分執(zhí)行特定的分析。在圖3和以上的相應說明中，模塊3、12和10被描述為獨立的單元，但是在每一個模塊中執(zhí)行的處理可以很好地在一個IC元件中執(zhí)行，所顯示的一些模塊，如模塊12和模塊3在實際完成時可以或多或少地集成在另一個中。
權(quán)利要求
1.用于處理音頻信號的方法，其中由數(shù)字信號處理單元或DSP捕獲、數(shù)字化和在數(shù)字域處理音頻信號，其中來自數(shù)字信號處理單元的已處理輸出信號適用于變送器并用在提供聲覺的變送器，其中在數(shù)字處理單元中有至少兩種不同的數(shù)字算法可用，數(shù)字處理單元傳送每一個具有各自不同的時間延遲的已處理信號，其中自動選擇向用戶提供最有益的聲音信號的算法或來自該算法的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中為了向用戶提供最佳的輸出信號，首先分析輸入信號并基于其結(jié)果做出關(guān)于應當執(zhí)行的算法和伴隨的時間延遲的選擇，其中為了實現(xiàn)所選擇的算法，來自分析模塊的相應決定信號用在DSP單元中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理音頻信號的方法，其中為了確定哪一種算法將提供最有益處理信號，在DSP單元中分析輸入信號，并進一步對輸入信號執(zhí)行至少兩種處理算法，其中根據(jù)用戶受益評估不同算法的可能效果，每一種算法的時間延遲的影響也考慮在內(nèi)，其中為了選擇來自該處理算法的相應輸出，相應的決定信號用在決定框中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中在當前的已處理信號與所需的已處理信號之間執(zhí)行漸變衰落。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過在當前的已處理信號與所需的已處理信號中具有最小時間延遲的已處理信號中引入時間延遲提供二者之間的時間校準，隨后執(zhí)行從當前信號到所需信號的衰落。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中盡可能多地減少所選的所需信號的時間延遲。
7.音頻系統(tǒng)，包括用于捕獲音頻信號的裝置、用于數(shù)字化音頻信號的裝置、和用于在數(shù)字域處理音頻信號的數(shù)字信號處理單元或DSP，其中來自DSP單元的已處理輸出信號適用于輸出變送器，并用在提供聲覺的輸出變送器，其中DSP單元具有用于執(zhí)行至少兩種不同的數(shù)字算法的裝置，其傳送每一個具有各自不同的時間延遲的已處理信號，其中具有用于自動選擇對用戶最有益的聲音信號的裝置。
8.助聽器，包括用于捕獲音頻信號的裝置、用于數(shù)字化音頻信號的裝置、和用于在數(shù)字域處理音頻信號的數(shù)字信號處理單元或DSP，其中來自DSP單元的已處理輸出信號適用于輸出變送器，并用在提供聲覺的輸出變送器，其中DSP單元具有用于執(zhí)行至少兩種不同的數(shù)字算法的裝置，其傳送每一個具有各自不同的時間延遲的已處理信號，其中具有用于自動選擇對用戶最有益的聲音信號的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的助聽器，其中為了確保在運行期間助聽器對實質(zhì)上具有相同的延遲，在助聽器中提供了用于與另一個助聽器通信的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理音頻信號的方法，其中由數(shù)字信號處理單元或DSP捕獲、數(shù)字化和在數(shù)字域處理音頻信號，其中來自數(shù)字信號處理單元的已處理輸出信號被轉(zhuǎn)化到模擬域，并用在提供聲覺的變送器。DSP單元具有用于執(zhí)行至少兩種不同的數(shù)字算法的裝置，其傳送每一個具有各自不同的時間延遲的已處理信號，且進一步選擇最有益的聲音信號并用于輸出變送器。
文檔編號G10L21/02GK1988734SQ200610167888
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者卡爾斯堅·布·拉斯穆森 申請人:奧迪康有限公司