環(huán)境噪聲均方根(rms)檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種環(huán)境噪聲均方根（RMS)電平檢測(cè)器。特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明針對(duì)于一 種經(jīng)改進(jìn)噪聲RMS檢測(cè)器，其對(duì)語(yǔ)音的存在、風(fēng)噪聲及噪聲電平的其它突然變化為穩(wěn)健的。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如無(wú)線電話的個(gè)人音頻裝置包含適應(yīng)性噪聲消除（ANC)電路，所述ANC電路從 參考麥克風(fēng)信號(hào)適應(yīng)性地產(chǎn)生抗噪聲信號(hào)且將所述抗噪聲信號(hào)注入到揚(yáng)聲器或其它換能 器輸出中以產(chǎn)生環(huán)境音頻聲音的消除。還接近揚(yáng)聲器提供錯(cuò)誤麥克風(fēng)以測(cè)量環(huán)境聲音及換 能器附近的換能器輸出，因此提供對(duì)噪聲消除的有效性的指示。處理電路使用參考及/或 錯(cuò)誤麥克風(fēng)（任選地）以及經(jīng)提供以用于捕獲近端語(yǔ)音的麥克風(fēng)，以確定ANC電路是否正 在不正確地適應(yīng)于或可能不正確地適應(yīng)于瞬時(shí)聲環(huán)境及/或抗噪聲信號(hào)是否可能為不正 確的及/或破壞性的，且接著在處理電路中采取行動(dòng)以防止或補(bǔ)救此類狀況。
[0003] 此類適應(yīng)性噪聲消除系統(tǒng)的實(shí)例揭示于在2012年6月7日公開(kāi)的公開(kāi)美國(guó)專利 申請(qǐng)案2012/0140943中及在2012年8月16日公開(kāi)的公開(kāi)美國(guó)專利申請(qǐng)案2012/0207317 中，所述兩者以引用方式并入本文中。這兩個(gè)參考與本申請(qǐng)案受讓于同一受讓人且共同命 名至少一個(gè)發(fā)明者，且因此并不是本申請(qǐng)案的現(xiàn)有技術(shù)而是經(jīng)提供以促進(jìn)對(duì)如在使用領(lǐng)域 中應(yīng)用的ANC電路的不充分陳述。
[0004] 現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例圖解說(shuō)明的無(wú)線電話10經(jīng)展示為接近于人 耳5。無(wú)線電話10包含換能器（例如揚(yáng)聲器SPKR)，所述換能器重現(xiàn)由無(wú)線電話10接收的 遙遠(yuǎn)語(yǔ)音以及用以提供平衡對(duì)話感知的其它局部音頻事件（例如鈴音、所存儲(chǔ)音頻程序材 料、近端語(yǔ)音（即，無(wú)線電話10的用戶的語(yǔ)音）的注入），以及需要由無(wú)線電話10重現(xiàn)的其 它音頻，例如來(lái)自網(wǎng)頁(yè)或由無(wú)線電話10接收的其它網(wǎng)絡(luò)通信的源以及例如電池量低及其 它系統(tǒng)事件通知的音頻指示。近語(yǔ)音麥克風(fēng)NS經(jīng)提供以捕獲從無(wú)線電話10傳輸?shù)狡渌麑?duì) 話參與者的近端語(yǔ)音。
[0005] 無(wú)線電話10包含適應(yīng)性噪聲消除（ANC)電路及特征，所述ANC電路及特征將抗噪 聲信號(hào)注入到揚(yáng)聲器SPKR中以改進(jìn)遙遠(yuǎn)語(yǔ)音及由揚(yáng)聲器SPKR重現(xiàn)的其它音頻的可理解 性。參考麥克風(fēng)R經(jīng)提供以用于測(cè)量周圍聲環(huán)境且經(jīng)定位遠(yuǎn)離用戶/談話者的嘴的典型位 置，使得近端語(yǔ)音在由參考麥克風(fēng)R產(chǎn)生的信號(hào)中被最小化。第三麥克風(fēng)（錯(cuò)誤麥克風(fēng)E) 經(jīng)提供以便在無(wú)線電話10緊密接近于耳朵5時(shí)，通過(guò)提供對(duì)環(huán)境音頻與由接近于耳朵5的 揚(yáng)聲器SPKR再現(xiàn)的音頻的組合的測(cè)量而進(jìn)一步改進(jìn)ANC操作。無(wú)線電話10內(nèi)的示范性電 路14包含音頻CODEC集成電路20,所述音頻CODEC集成電路從參考麥克風(fēng)R、近語(yǔ)音麥克 風(fēng)NS及錯(cuò)誤麥克風(fēng)E接收信號(hào)且與含有無(wú)線電話收發(fā)器的其它集成電路（例如RF集成電 路12)介接。
[0006] -般來(lái)說(shuō)，ANC技術(shù)測(cè)量撞擊于參考麥克風(fēng)R上的環(huán)境聲事件（與揚(yáng)聲器SPKR的 輸出及/或近端語(yǔ)音相反），且通過(guò)也測(cè)量撞擊于錯(cuò)誤麥克風(fēng)E上的相同環(huán)境聲事件，所圖 解說(shuō)明無(wú)線電話10的ANC處理電路調(diào)適從參考麥克風(fēng)R的輸出產(chǎn)生的抗噪聲信號(hào)以具有 使錯(cuò)誤麥克風(fēng)E處的環(huán)境聲事件的振幅最小化的特性。由于聲路徑P (z)(也稱為被動(dòng)正向 路徑）從參考麥克風(fēng)R延伸到錯(cuò)誤麥克風(fēng)E，因此ANC電路本質(zhì)上與移除電聲路徑S (z)(也 稱為次級(jí)路徑）的效應(yīng)相組合地估計(jì)聲路徑P(z)，所述電聲路徑S (z)表示CODEC IC 20的 音頻輸出電路的響應(yīng)及揚(yáng)聲器SPKR的包含特定聲環(huán)境中揚(yáng)聲器SPKR與錯(cuò)誤麥克風(fēng)E之間 的耦合的聲/電傳送功能，所述特定聲環(huán)境在無(wú)線電話并非被穩(wěn)固地壓到耳朵5時(shí)受耳朵 5及可接近于無(wú)線電話10的其它物理對(duì)象及人體頭部結(jié)構(gòu)的接近及結(jié)構(gòu)影響。
[0007] 此類適應(yīng)性噪聲消除（ANC)系統(tǒng)可采用均方根（rms)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)平均背景噪聲 電平。此RMS檢測(cè)器需要緩慢地跟蹤背景噪聲電平但并不是如此緩慢以至于變得對(duì)環(huán)境變 化不敏感。理想的RMS檢測(cè)器應(yīng)為對(duì)語(yǔ)音存在穩(wěn)健的，對(duì)麥克風(fēng)上的刮擦（接觸）穩(wěn)健的， 對(duì)風(fēng)噪聲穩(wěn)健的且具有低計(jì)算復(fù)雜性。出于描述本環(huán)境噪聲RMS檢測(cè)器的目的，小寫rms 變量用來(lái)指代現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)且大寫RMS用來(lái)表示本環(huán)境噪聲RMS檢測(cè)器的經(jīng)校正信號(hào)， 如下文所陳述。本環(huán)境噪聲RMS檢測(cè)器可在產(chǎn)生RMS信號(hào)時(shí)利用現(xiàn)有技術(shù)rms值。
[0008] 最著名的背景噪聲估計(jì)方法（基于最小統(tǒng)計(jì)）可能是由雷尼爾馬丁（Ranier Martin)引入的rms檢測(cè)器。參見(jiàn)以引用方式并入本文中的馬丁，雷尼爾的基于最優(yōu)平滑及 最小統(tǒng)計(jì)的噪聲功率頻譜密度估計(jì)（Noise Power Spectral Density Estimation Based on Optimal Smoothing and Minimum Statistics) (IEEE 語(yǔ)音及音頻處理會(huì)報(bào)，第 9 欄， 第5號(hào)，2001年7月）以及同樣以引用方式并入本文中的馬丁，雷尼爾的基于最小統(tǒng)計(jì)的 頻譜減法（Spectral Subtraction Based on Minimum Statistics)(在 1994 年 9 月 13 日到16日于英國(guó)愛(ài)丁堡的第7屆EUSIPC0' 94會(huì)刊中第1182頁(yè)到1195頁(yè)）。伊斯雷爾 科恩（Israel Cohen)已基于馬丁的設(shè)計(jì)制作了另一 RMS檢測(cè)器。參見(jiàn)以引用方式并入 本文中的科恩，伊斯雷爾的不利環(huán)境中的噪聲頻譜估計(jì)：經(jīng)改進(jìn)的最小值控制的遞歸平均 (Noise Spectrum Estimation in Adverse Environments: Improved Minima Controlled Recursive Averaging) (IEEE語(yǔ)音及音頻處理會(huì)報(bào)，第11卷，第5期，2003年9月）以及同 樣以引用方式并入本文中的科恩，伊斯雷爾的用于穩(wěn)健的語(yǔ)音增強(qiáng)的由最小值控制的遞歸 平均進(jìn)行的噪聲估計(jì)（Noise Estimation by Minima Controlled Recursive Averaging for Robust Speech Enhancement) (IEEE 信號(hào)處理快報(bào)，第 9 卷，第 I 號(hào)，2002 年 I 月）。馬 丁及科恩兩者的方法及設(shè)計(jì)采用跟蹤最小RMS值的方法。兩種方法還使用具有可變平滑因 子的一階回歸量。
[0009] 與馬丁的設(shè)計(jì)相比，科恩的設(shè)計(jì)相比來(lái)說(shuō)可較不復(fù)雜，且提供較好性能?？贫鞯脑O(shè) 計(jì)取決于應(yīng)針對(duì)不同應(yīng)用而進(jìn)行調(diào)整的幾個(gè)閾值及參數(shù)。由于保留先前的rms值來(lái)找出最 小值，因此科恩的設(shè)計(jì)還比馬丁的設(shè)計(jì)使用更少的存儲(chǔ)器。科恩的設(shè)計(jì)的問(wèn)題是其易受非 平穩(wěn)噪聲（例如尖峰噪聲）的影響。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)用于蜂窩式電話或類似物上的適應(yīng)性噪 聲消除系統(tǒng)（ANC)中時(shí)，例如風(fēng)噪聲或刮擦（用戶/談話者的手刮擦或摩擦外殼）等尖峰 噪聲可形成尖峰，科恩的設(shè)計(jì)將對(duì)所述尖峰過(guò)度反應(yīng)。因此，（舉例來(lái)說(shuō)）蜂窩式電話或類 似物中的ANC系統(tǒng)的性能可由于rms檢測(cè)器對(duì)這些尖峰噪聲過(guò)度反應(yīng)而降級(jí)。
[0010] 基于一階回歸的簡(jiǎn)單的rms檢測(cè)器可產(chǎn)生圖2中所圖解說(shuō)明的輸出。此一階回歸 可如方程式（1)中所展示而計(jì)算：
[0011]
[0012] 其中α表示平滑因子，rms (η)表示樣本η的rms值且input (η)表示樣本η的輸 入信號(hào)，且η為樣本整數(shù)號(hào)。因此，通過(guò)將平滑因子（從1減去）乘以前一 rms值且接著加 上輸入值的絕對(duì)值乘以此同一平滑因子而計(jì)算方程式（1)中的rms值。平滑因子α可取 決于輸入信號(hào)的絕對(duì)值是大于還是小于前一rms值而從兩個(gè)值Ci att或a &中的一者選擇。
[0013] 此簡(jiǎn)單rms檢測(cè)器的問(wèn)題是其不僅跟蹤背景噪聲，而且還跟蹤語(yǔ)音、刮擦及風(fēng)噪 聲。如圖2中所