[发明专利]基于超采样数字处理的低延迟信号处理

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理仪器和方法。尤其是，涉及到一种低延迟的信号处理系统和方法，其基于高度升频采样数字处理，以实现低吞吐量延迟。

背景技术

目前在公知的现有技术中，低时延音频滤波历来通过模拟方式进行(即模拟信号处理)。但是，模拟信号处理(音频过滤)有若干弊端。例如，一个问题是难以提供高精度和精确的模拟滤波器组件。换句话说，模拟滤波需要的是将一般不能匹配的元件集成起来，特别是在集成模拟滤波器。此外，模拟滤波器电路很容易受到信号漂移和环境噪声的影响，尤其是当包括高阶模拟滤波器系统时。

此外，为使噪音保持在低水平模拟滤波电路会消耗大量电能。此外，这些电路的缺点是难以维持高线性度。不过，当滤波器需要低延迟的时候仍然经常使用模拟信号处理。这种滤波器常用于主动噪音抑制或反馈抑制的实时控制系统。

例如，如图1A所示的是应用在一个助听系统10的实施例，用于主动反馈抑制中低延迟信号处理。助听系统10，包括置于耳朵14内的扬声器12和助听器18外壳上的麦克风16。存在一个从助听器上的扬声器12到麦克风16的沿线20方向声音路径导致在助听器18周围的的漏音。这一漏音导致助听器有反馈，导致产生一个类似嚎叫或“吹口哨”的声音。这“吹口哨”发生时，可以通过反馈路径的电子模型抑制、抑制或减少。这种反馈路径理想状态下应该非常快。因此，本发明将有助于提供一个低延迟反馈路径，以避免任何嚎叫。

图1B是图1A所示本发明助听系统的的简化框图。助听系统10信号处理，包括信号处理反馈抑制部件22，其目的是提供反馈回路传递函数的模型，以抵消声系统中固有的漏音。加法器24从来自麦克风16的线28传送的音频输入信号中减去一个代表系统10声学漏音的反馈路径模型信号26。这时差值信号30通过音频信号处理器32进行处理，并产生音频输出信号34到扬声器12。音频输出信号34同样反馈到反馈抑制模块22。

图2是图1B所示助听系统10的更详细的一个结构图。助听系统10包括一个Δ-∑调制器36，其有自己的输入以接收从麦克风16传来的模拟音频信号，且其输出连接到加法器的24的第一个输入。加法器24的输出反馈到抽取滤波器38，其输出连接到数字信号处理器模块39。数字信号处理器模块39的输出连接到插值滤波器40，其输出连接到一个Δ-∑调制器42。该调制器42的输出连接到扬声器12。

信号处理反馈抑制模块22包括助听器的超采样模式模块44，和可调节延迟模块46。该插值滤波器40的输出连接到超采样模式模块44的输入。该模块44的输出通过可调节延迟模块46输入到加法器24的第二输入端。

如图3所示的是另一种在耳机系统48中应用的主动噪音抑制装置。耳机系统48包括一个耳机50(只有一个被显示)，其拥有对准耳朵54的扬声器52和在听筒外部的麦克风56。沿线58存在一个声音路径使听筒50周围的漏音。耳机系统采用前馈类型的噪声抑制，以减少戴耳机用户听到的噪音。所述噪音抑制是通过放置在听筒外的麦克风进行前馈路径建模。然后一个补偿信号，其与噪声信号有相同的振幅但相位相反，被插入以抵消噪音。

图4是图3所示前馈耳机系统48的框图。耳机系统48，包括一个Δ-∑调制器60，其有自己的输入以接收从麦克风56传出的模拟输入信号，且其输出连接到一个抽取滤波器62。该抽取滤波器62的输出连接到至记录操作模块64。同时，一个播放操作模块66的输出连接到一个插值滤波器68，其输出连接到Δ-∑调制器72，Δ-∑调制器72拥有一个连接到扬声器52的输出。耳机系统的模拟滤波器61，连接到麦克风56的输出。模拟滤波器61的输出也输送到扬声器52。由于将要遇到的延迟，模拟滤波器61无法连接到抽取滤波器62之后和插值滤波器68之前。因此，模拟滤波器61连接到抽取滤波器62的输入之前和插值滤波器68的输出之后。模拟滤波器61由电阻电容(RC)元件组成，其调节消耗大量电能。或者，虚线65内的Δ-∑调制器60，抽取滤波器62和记录操作模块64在纯播放系统内可以被省略。

如图4a所示的是，现有技术的模拟滤波器71抑制噪声的应用。模拟滤波器71由多个串联的二阶滤波器74A-74C组成。这些二阶滤波器有消费大量电能的缺陷。此外，二阶滤波器难以准确设置同时要求使用大型电容器。