Способ и устройство для аудиообработки

Способ и устройство для аудиообработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к аудиоустройству и способу аудиообработки и, в частности, но не исключительно, к компенсации эха для акустического эха.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Многие аудиоприложения используют в одном и том же аудиоокружении как аудиопреобразователь, такой как громкоговоритель, так и микрофон. Например, приложения, связанные с телефоном или аудиоконференциями, обычно используют громкоговорители и микрофоны, расположенные в непосредственной близости.

Однако акустическая связь между громкоговорителем и микрофоном приводит к тому, что сигнал микрофона включает в себя элементы звука, создаваемого громкоговорителем, что часто влечет за собой определенные неудобства.

Например, в случае устройств для телефонной связи и телеконференций, акустическая связь между громкоговорителем устройства и микрофоном приводит к тому, что часть сигнала, генерируемого громкоговорителем, будет захватываться микрофоном и передаваться обратно удаленному пользователю, что, в свою очередь, приводит к возникновению возмущения, известного как акустическое эхо. Обычно предполагается, что такой тракт эхо-сигнала может быть достаточно точно смоделирован с использованием линейного фильтра, поскольку микрофон принимает отражения сигнала громкоговорителя с различными задержками и интенсивностями, зависящими от акустического окружения, в котором используется устройство. Таким образом, линейные эхокомпенсаторы широко используются для уменьшения акустического эха.

Однако на практике, а также в зависимости от устройства, компоненты тракта акустического эхо также включают в себя аудиоусилитель и громкоговоритель, которые часто обладают нелинейными характеристиками. Таким образом, чисто линейная компенсация эхо, как правило, является недостаточной и не способна полностью компенсировать акустическое эхо.

Основными источниками нелинейностей в громкоговорителях являются неоднородная плотность магнитного потока и нелинейная система подвески. Последний фактор дает вклад главным образом в искажения на низких частотах, тогда как первый фактор проявляется посредством высокоамплитудных сигналов. Фактически, сильные смещения конуса, в особенности находящиеся вне диапазона линейной работы громкоговорителя, приводят к появлению нелинейных искажений.

Можно рассмотреть более подробно поведение системы громкоговорителя для различных диапазонов частот входных сигналов. Для частот, превышающих резонансную частоту, громкоговоритель может быть охарактеризован сопротивлением и индуктивностью его звуковой катушки. Таким образом, поскольку входная мощность, подаваемая на звуковую катушку, увеличивается и продольные колебания становятся достаточно большими для выхода катушки за пределы магнитного поля, движущая сила уменьшается, что приводит к формированию эффекта сжатия, или эффекта ограничения.

На низких частотах громкоговоритель главным образом характеризуется импедансом его подвижной системы, пропорциональным мощности магнитного потока. Это означает, что при смещении звуковой катушки вне магнитного поля, упомянутый импеданс уменьшается и, следовательно, вместо ограничения (отсечки сигнала), амплитуда тока в звуковой катушке в действительности увеличивается перед тем, как подвесная система громкоговорителя ограничит перемещение.

Надлежащее моделирование нелинейного поведения громкоговорителей до сих пор представляет собой трудноразрешимую задачу в области техники, относящейся к компенсации акустического эхо. Это особенно актуально для систем связи с функцией "свободные руки", в которых используются дешевые аудиокомпоненты, такие, как усилители и громкоговорители. Такие компоненты часто вводятся в нелинейный диапазон работы для получения высокого уровня звука на выходе, требуемого для таких приложений. Получающиеся в результате нелинейные искажения не только ограничивают эффективность компенсаторов акустического эхо, которые часто ориентированы на линейную импульсную переходную характеристику между громкоговорителем и микрофоном, но также негативно влияют на наблюдаемое качество сигнала громкоговорителя.

Таким образом, системы обработки нелинейного акустического эхо играют значительную роль в улучшении качества аудио в системах двусторонней связи.

В уровне техники существуют три основных типа систем для компенсации или подавления нелинейного акустического эха.

1. Нелинейная компенсация акустического эха.

2. Линеаризация громкоговорителя для линейной компенсации акустического эхо.

3. Нелинейное подавление акустического эха.

В системах первого типа нелинейность тракта акустического эхо моделируется компенсатором акустического эхо. Например, насыщение аудиоусилителя может моделироваться с использованием функции ограничения с уровнем ограничения, соответствующим таковому у аудиоусилителя. Если такая функция ограничения применяется к цифровому сигналу громкоговорителя, то для моделирования линейного акустического тракта между громкоговорителем и микрофоном может использоваться стандартный линейный компенсатор акустического эхо (эхокомпенсатор). Как уже упоминалось выше, громкоговоритель также является источником нелинейностей. В отличие от функции ограничения, которая не обладает памятью, нелинейности громкоговорителя обычно содержат некоторые формы памяти, и, как правило, моделируются расширением ряда Вольтерра, что требует довольно больших вычислительных ресурсов. Несмотря на существование недорогих версий алгоритмов, основанных на ряде Вольтерра, например, разложения в степенной ряд, зачастую они все еще требуют использования способов ортогонализации сигналов, которые по-прежнему связаны с интенсивными вычислениями.

Основным недостатком систем первого типа является то, что от них требуется точное соответствие используемой модели реальной физической системе. Обычно это не может быть выполнено с высокой степенью точности. Помимо этого, такие системы, как правило, требуют интенсивных вычислений.

Второй тип систем применяет нелинейную функцию в отношении сигнала громкоговорителя таким образом, чтобы конкатенация этой функции с передаточной функцией громкоговорителя аппроксимировала линейную функцию, и, следовательно, чтобы сигнал громкоговорителя, захваченный микрофоном устройства, приблизительно представлял собой линейную функцию сигнала громкоговорителя. Таким образом, для моделирования этой линейной функции и компенсации акустического эхо, могут использоваться стандартные адаптивные линейные фильтры.

Недостаток такого подхода заключается в том, что он может только приблизительно линеаризовать выходной сигнал громкоговорителя, и производительность обычно снижается при возникновении насыщения усилителя, поскольку такое преобразование с трудом поддается линеаризации.

Третий тип систем часто используется в качестве этапа постобработки после компенсации акустического эхо, на котором подавляются нелинейные остаточные акустические эхо, которые не удалось подавить на этапе компенсации эхо. Обычно такое подавление выполняют в области энергетического спектра, используя спектральную модель нелинейности эхо.

Основной недостаток такого подхода заключается в том, что вследствие избыточного подавления и отсутствия информации о фазе эхо в области энергетического спектра аудиосигнал на ближнем конце линии связи (и в особенности речь), генерируемый в местном окружении, может очень сильно уменьшаться, что может затруднить полнодуплексную связь с дальним концом линии связи.

Поводя итог сказанному выше, подходы уровня техники к компенсации эхо как правило являются сложными, приводят к неоптимальной производительности и/или требуют больших вычислительных ресурсов.

Таким образом, улучшенный подход мог бы обеспечить определенные преимущества, в частности, подход, обеспечивающий большую гибкость, меньшую сложность, более легкую реализацию, сниженное потребление ресурсов, и/или улучшенную производительность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, настоящее изобретение направлено на уменьшение, смягчение или устранение одного или более из перечисленных выше недостатков по отдельности или в любой комбинации.

В соответствии с одним из аспектов изобретения предоставляется аудиоустройство, содержащее: схему для осуществления обработки для настройки динамического диапазона в отношении входного сигнала для генерации выходного сигнала для воспроизведения громкоговорителем, причем обработка для настройки динамического диапазона зависит от набора параметров настройки динамического диапазона; первый линейный фильтр компенсации эхо для генерации первого компенсированного сигнала из входного аудиосигнала; первый адаптер для определения набора параметров фильтра для первого линейного фильтра компенсации эхо в ответ на первый компенсированный сигнал и микрофонный сигнал; схему для генерации второго компенсированного сигнала путем применения обработки для настройки динамического диапазона и применения второго фильтра компенсации эхо в отношении входного сигнала, причем второй фильтр компенсации эхо соответствует первому фильтру компенсации эхо; второй адаптер для определения набора параметров настройки динамического диапазона в ответ на второй компенсированный сигнал и микрофонный сигнал.

Такой подход может обеспечить улучшенную линеаризацию работы системы воспроизведения, в которой образуется акустическая обратная связь или эхо. Изобретение может ослабить влияние нелинейностей, например, в драйвере аудиопреобразователя (например, усилителе) и/или аудиопреобразователе (например, громкоговорителе).

Изобретение может обеспечить улучшенную производительность в рамках многих вариантов осуществления. В частности, улучшенная компенсация эхо может быть достигнута во многих приложениях.

Одно из достоинств заключается в том, что улучшения могут быть получены для разнообразных видов акустического эхо и систем воспроизведения без специальных знаний или моделирования систем воспроизведения (например, без необходимости оценки или моделирования усилителей мощности или аудиопреобразователей). Во многих вариантах осуществления устройство может автоматически адаптироваться к конкретным характеристикам конкретной системы воспроизведения. Например, изобретение может обеспечить систему, которая обеспечивает улучшенную линеаризацию, не требуя каких-либо знаний о характеристиках нелинейности усилителя мощности или громкоговорителя, используемых в системе.

Другое преимущество заключается в том, что данный подход может компенсировать, например, связанные со старением изменения компонентов в аудиотракте, или, например, изменения, относящиеся к источнику питания аудиоусилителя, который, в случае устройств с батарейным питанием, также меняется с течением времени между подзарядками.

Такая конкретная структура может позволить разработку системы, которая автоматически адаптируется в отношении рабочей точки, что обеспечивает требуемую линеаризацию без избыточного ограничения динамического диапазона выходного сигнала. В частности, использование первого и второго компенсированных сигналов, генерируемых в соответствии с изобретением, может обеспечить эффективную адаптацию как первого фильтра компенсации эхо, так и обработки для настройки динамического диапазона. Взаимодействие компенсации эхо и обработки для настройки динамического диапазона может обеспечить систему, которая для различных сценариев сдвигает адаптацию обработки для настройки динамического диапазона в различных направлениях. Это может обеспечить улучшенную адаптацию, поскольку рабочая точка может сдвигаться в направлении оптимума с различных направлений.

Например, во многих вариантах осуществления и сценариях, параметры настройки динамического диапазона будут адаптироваться в направлении усиления ограничения динамического диапазона в случае слишком больших нелинейностей, и в направлении ослабления ограничения динамического диапазона в случае слишком слабых нелинейностей.

В устройстве используются контуры адаптации. Например, первый компенсированный сигнал генерируется первым фильтром компенсации эхо, который адаптируется, основываясь на первом компенсированном сигнале. Похожим образом, второй компенсированный сигнал может генерироваться при выполнении обработки для настройки динамического диапазона (и компенсации эхо) в отношении входного сигнала, причем обработка для настройки динамического диапазона адаптируется, основываясь на втором компенсированном сигнале. Свойства таких контуров обратной связи могут быть заданы для обеспечения требуемых параметров контура, например, конкретных желаемых динамических параметров. Во многих сценариях может использоваться система дискретизации, где адаптация (например, параметры настройки динамического диапазона и/или первый набор параметров) для одной выборки основана на величинах компенсированного сигнала одного или более предшествующих выборок.

Первый адаптер может, в частности, генерировать значения обновления для параметров набора параметров фильтра. Второй адаптер может, в частности, генерировать значения обновления для параметров набора параметров настройки динамического диапазона.

Второй фильтр компенсации эхо может, в частности, соответствовать первому фильтру компенсации эхо, будучи определенным теми же параметрами, т.е. первым набором параметров. В некоторых вариантах осуществления может присутствовать временной сдвиг при адаптации первого фильтра компенсации эхо и второго фильтра компенсации эхо. Например, первый набор параметров, используемый для первого фильтра компенсации эхо, может генерироваться для предшествующей выборки сигнала, тогда как первый набор параметров, используемый для второго фильтра компенсации эхо, может представлять собой набор, определенный для текущей выборки сигнала. В некоторых вариантах осуществления параметры фильтра для второго фильтра компенсации эхо могут соответствовать параметрам фильтра, используемым для первого фильтра компенсации эхо при их сочетании со значениями обновления, определенными первым адаптером.

Обработка для настройки динамического диапазона может выполнятся таким образом, что при этом ограничивается динамический диапазон входного сигнала.

В соответствии с опциональным признаком настоящего изобретения обработка для настройки динамического диапазона представляет собой обработку для нелинейной настройки динамического диапазона.

В некоторых вариантах осуществления обработка для настройки динамического диапазона может представлять содой линейную настройку динамического диапазона, например, использующую изменяемое усиление, которое зависит от параметров настройки динамического диапазона.

Однако во многих вариантах осуществления обработка для настройки динамического диапазона может представлять собой обработку для нелинейной настройки динамического диапазона, что обеспечивает дополнительные преимущества. Это может обеспечить улучшенную производительность и может, в частности, обеспечить улучшенные уровни звука для данного усилителя мощности или громкоговорителя.

В соответствии с оптимальным признаком настоящего изобретения аудиоустройство дополнительно содержит усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, выполненный с возможностью масштабирования входного сигнала в ответ на оценку уровня сигнала входного сигнала, и по меньшей мере один параметр из набора параметров настройки динамического диапазона.

Это может обеспечить улучшенную производительность в рамках многих вариантов осуществления. В частности, комбинация переменного усиления и обработки для нелинейной настройки динамического диапазона может обеспечить улучшенный баланс между различными характеристиками, например, между уровнем звука и искажениями.

В соответствии с опциональным признаком изобретения упомянутый, по меньшей мере, один параметр представляет собой параметр ограничения уровня.

Это может обеспечить улучшенную производительность в рамках многих вариантов осуществления. В частности, комбинация переменного усиления и обработки для настройки динамического диапазона с учетом ограничения может обеспечить улучшенный компромисс между различными характеристиками, например, между уровнем звука и искажениями.

Ограничение может представлять собой мягкое или жесткое ограничение.

В соответствии с опциональным признаком изобретения обработка для нелинейной настройки динамического диапазона содержит ограничение сигнала.

Это может обеспечить улучшенную производительность в рамках многих вариантов осуществления. В частности, обработка для настройки динамического диапазона с учетом ограничения может обеспечить улучшенный компромисс между различными характеристиками, например, между уровнем звука и искажениями.

В соответствии с опциональным признаком изобретения, ограничение сигнала представляет собой жесткое ограничение.

Это может обеспечить малую сложность и/или улучшенную производительность во многих ситуациях и в рамках многих вариантов осуществления.

В соответствии с опциональным признаком изобретения, аудиоустройство дополнительно содержит эхокомпенсатор, выполненный с возможностью компенсации эхо в отношении микрофонного сигнала, основываясь на выходном сигнале.

Сочетание упомянутого подхода генерации выходного сигнала с отдельным эхокомпенсатором может обеспечить исключительно хорошую производительность. В частности, улучшенная линеаризация может обеспечить улучшенную компенсацию эхо эхокомпенсатором.

Такой подход может, помимо этого, обеспечить возможность разработки эхокомпенсатора, не зависящего от функций, которые осуществляют и адаптируют обработку для настройки динамического диапазона. Это может облегчить реализацию и может, в частности, обеспечить более простое введение, например, предварительной обработки в существующие системы компенсации эхо.

В соответствии с опциональным признаком изобретения зхокомпенсатор представляет собой линейный эхокомпенсатор.

Изобретение может обеспечить улученную производительность линейного эхокомпенсатора.

В соответствии с опциональным признаком изобретения, эхокомпенсатор не зависит от первого компенсированного сигнала, второго компенсированного сигнала и входного сигнала.

В некоторых вариантах осуществления работа эхокомпенсатора может быть основана исключительно на выходном сигнале и микрофонном сигнале.

В соответствии с опциональным признаком изобретения первый адаптер выполнен с возможностью генерации разностного сигнала между первым компенсированным сигналом и микрофонным сигналом и возможностью модифицирования набора параметров фильтра для уменьшения разностного сигнала.

Это может обеспечить улучшенную работу и/или производительность и может во многих вариантах осуществления облегчить реализацию.

В соответствии с опциональным признаком изобретения второй адаптер выполнен с возможностью генерации разностного сигнала между вторым компенсированным сигналом и микрофонным сигналом и возможностью модифицирования набора параметров настройки динамического диапазона для уменьшения разностного сигнала.

Это может обеспечить улучшенную работу и/или производительность и может во многих вариантах осуществления облегчить реализацию.

В соответствии с опциональным признаком изобретения параметры настройки динамического диапазона определяют функцию, соотносящую значения входного сигнала со значениями выходного сигнала.

Это может обеспечить улучшенную работу и/или производительность и может во многих вариантах осуществления облегчить реализацию.

В соответствии с одним из аспектов изобретения предоставляется способ аудиообработки, содержащий: осуществление обработки для настройки динамического диапазона в отношении входного сигнала для генерации выходного сигнала для его воспроизведения громкоговорителем, причем нелинейная обработка зависит от набора параметров настройки динамического диапазона; генерацию первого компенсированного сигнала из входного аудиосигнала первым фильтром компенсации эхо; определение набора параметров фильтра для первого линейного фильтра компенсации эхо в ответ на первый компенсированный сигнал и микрофонный сигнал; генерацию второго компенсированного сигнала путем применения обработки для настройки динамического диапазона и применения второго фильтра компенсации эхо в отношении входного сигнала, причем второй фильтр компенсации эхо соответствует первому фильтру компенсации эхо; и определение набора параметров настройки динамического диапазона в ответ на второй компенсированный сигнал и микрофонный сигнал.

Этот и другие аспекты, признаки и преимущества, обеспечиваемые изобретением, будут очевидны и описаны ниже со ссылками на варианты осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут описаны исключительно с иллюстративной целью со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг. 1 иллюстрирует пример аудиоустройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует пример аудиоустройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 3-6 иллюстрируют различные функции обработки для настройки динамического диапазона для аудиоустройства по Фиг. 1 или 2.

Фиг. 7 и 8 иллюстрируют примеры нелинейностей для элементов тракта воспроизведения аудио.

Фиг. 9 иллюстрирует пример акустической импульсной переходной характеристики для акустического эха.

Фиг. 10 и 11 иллюстрируют примеры PSD для сигналов ошибки в аудиоустройстве по Фиг. 1 или 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже описании основной акцент делается на вариантах осуществления изобретения, применимых в системах компенсации эхо для телекоммуникационных систем. Однако следует отметить, что изобретение не ограничено упомянутой областью применения и может применяться во многих других системах и областях.

Фиг. 1 иллюстрирует пример аудиоустройства в соответствии некоторыми вариантами осуществления изобретения. В конкретном примере аудиоустройство является системой компенсации эхо.

Система содержит громкоговоритель 101, который воспроизводит аудио в акустическом окружении. Микрофон 103 записывает аудио из акустического окружения для создания сигнала, отражающего аудио из локального источника в аудио окружении. В частности, эта система может быть использована как часть телекоммуникационной системы, где громкоговоритель 101 используется для воспроизведения аудио от удаленного источника, и микрофон 103 используется для приема локального аудио, которое передается на удаленный конец линии связи. Однако, подобной конфигурации присуща проблема, заключающаяся в том, что микрофон 103 обычно также принимает аудио от громкоговорителя 101, что приводит к тому, что, если не выполняется компенсация эхо, эхо посылается на удаленный конец линии связи.

Соответственно, система также включает в себя эхокомпенсатор 105, который связан с громкоговорителем 101 и который принимает возбуждающий сигнал для громкоговорителя 101. Эхокомпенсатор 105 генерирует сигнал компенсации эхо и связан с вычитателем 107, который далее связан с микрофоном 103 и который принимает от него микрофонный сигнал. Вычитатель 107 может рассматриваться как часть эхокомпенсатора или как отдельное устройство.

Сигнал компенсации эхо обеспечивает оценку компонента сигнала микрофона, который обусловлен аудиосигналом от громкоговорителя 101. Выход вычитателя 107 представляет собой микрофонный сигнал минус сигнал компенсации эхо и, таким образом, идеально соответствует микрофонному сигналу с удаленным акустическим эхо. На выходе вычитателя 107 соответственно генерируется сигнал с компенсированным эхом, который может быть передан на дальний конец линии связи.

Эхокомпенсатор 105 представляет собой адаптивный эхокомпенсатор, который настраивает свою работу, основываясь на выходе вычитателя 107. Таким образом, выходной сигнал из вычитателя 107 также подается в эхокомпенсатор 105, где он используется для адаптации оценки эхокомпенсатора 105. Как правило, эхокомпенсатор 105 реализует адаптивный фильтр, который оценивает передаточную функцию от входа на громкоговоритель 101 до микрофонного входа вычитателя 107. Адаптивный фильтр адаптируется, основываясь на сигнале с компенсированным эхом, и, как правило, при адаптации выполняется минимизация уровня сигнала с компенсированным эхо.

Следует отметить, что специалисту в данной области известно большое количество алгоритмов компенсации эхо, и что может быть использован любой пригодный подход без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Например, для адаптации коэффициентов линейного адаптивного фильтра может использоваться метод алгоритм минимальной среднеквадратичной ошибки (LMS).

Следует отметить, что на Фиг. 1 для большей ясности изображена система в упрощенном виде. Например, большинство реальных систем будут включать в себя усилитель, аудиопреобразователь, фильтры и т.п. На Фиг. 1 громкоговоритель 101 может рассматриваться как отражающий весь тракт воспроизведения сигнала от входа эхокомпенсатора 105 до собственно воспроизведения аудиосигнала, и, таким образом, может в частности включать в себя характеристики усилителя, аудиопреобразователя и т.д.

Аналогично, выходной сигнал микрофона, как правило, фильтруется и усиливается, и микрофон 103 на Фиг. 1 может рассматриваться как представляющий все части тракта сигнала от момента захвата аудио до подачи сигнала в вычитатель 107, т.е. он может рассматриваться как включающий в себя микрофонные усилители, фильтры и т.п.

Таким образом, эхокомпенсатор 105 пытается компенсировать акустическое эхо путем оценки всего сигнального тракта от входа эхокомпенсатора 105 (обозначенного x_f(n)) до входа вычитателя 107 (обозначенного z(n)).

Однако таким системам присуща проблема, заключающаяся в том, что эхокомпенсаторы для обеспечения эффективной компенсации эхо как правило требуют, чтобы тракт был по существу линейным. В частности, большинство реальных высокопроизводительных эхокомпенсаторов, как правило, являются линейными эхокомпенсаторами и, как таковые, способны компенсировать только линейные эффекты в сигнале. Однако множество реальных компонентов воспроизведения, как правило, обладают нелинейными эффектами, в особенности когда они используются интенсивно.

Например, для максимизации уровня звукового давления громкоговорители и усилители мощности часто используются вблизи границ их линейной работы. Таким образом, на практике нелинейные эффекты могут возникать довольно часто, что, как правило, приводит к неэффективности компенсации эхо.

В системе, показанной на Фиг. 1, улучшенная производительность достигается благодаря присутствию препроцессора 109, который выполнен с возможностью обработки сигнала, предназначенного для воспроизведения, до его подачи в громкоговоритель 101.

Препроцессор 109 выполнен с возможностью выполнения настройки динамического диапазона для входного сигнала, результатом чего является более линейная работа громкоговорителя 101 (т.е., как правило, тракта усилителя мощности и аудиопреобразователя). Это может обеспечить улучшенную производительность и может, в частности, обеспечить более эффективную работу эхокомпенсатора 105 и улучшенную компенсацию эхо. Препроцессор 109 выполнен с возможностью адаптировать настройку динамического диапазона и, соответственно, принимает на входе микрофонный сигнал. Следует отметить, что препроцессор 109 также может принимать на входе выходной сигнал акустического эхокомпенсатора 105 и выходной сигнал вычитателя 107, поскольку сумма этих сигналов также совпадает с микрофонным сигналом. Однако в данном конкретном примере в препроцессор 109 подается микрофонный сигнал, поскольку доступ к выходному сигналу акустического эхокомпенсатора 105 и выходному сигналу вычитателя 107 не всегда возможен.

Таким образом, в системе входной сигнал х(n) направляется в препроцессор 109, который генерирует выходной сигнал, который далее обозначается как сигнал x_f(n) возбуждения. Сигнал возбуждения воспроизводится, и на Фиг. 1 показано, что он воспроизводится громкоговорителем 101. Следует отметить, что во многих вариантах осуществления выходной сигнал препроцессора 109 (т.е. сигнал возбуждения) не подается непосредственно на аудиопреобразователь, а подается на различные функциональные узлы аудиообработки, что включает в себя усиление мощности, фильтрацию, цафроаналоговое преобразование и т.п. Таким образом, ниже громкоговоритель 101 может рассматриваться как включающий в себя все элементы тракта сигнала от выхода препроцессора 109 до воспроизведенного аудиосигнала.

Микрофон 103 захватывает микрофонный сигнал z(n), который отражает аудио в акустическом окружении. Следует отметить, что микрофонный сигнал z(n), в отношении которого выполнена операция компенсации эхо, как правило отличается от сигнала, непосредственно выдаваемого микрофонным модулем, и он, как правило, сначала усиливается, фильтруется, дискретизируется и т.п. Таким образом, ниже микрофон 103 может рассматриваться как включающий в себя все элементы тракта сигнала от аудиосигнала в акустическом окружении до сигнала, который подается в препроцессор 109.

Таким образом, на Фиг. 1 препроцессор 109 принимает входной сигнал х(n), который предназначен для воспроизведения громкоговорителем 101. Помимо этого, он принимает входной сигнал, захваченный микрофоном 103. Затем препроцессор генерирует сигнал x_f(n) возбуждения, который воспроизводится громкоговорителем 101. Воспроизведенный аудиосигнал достигает микрофона 103 через акустический тракт, который обладает акустической импульсной переходной характеристикой (и соответствующей акустической передаточной функцией). Таким образом, микрофонный сигнал z(n), подаваемый в препроцессор 109, соответствует генерируемому сигналу x_f(n) возбуждения, модифицированному в тракте сигнала, содержащем громкоговоритель 101, акустический тракт от громкоговорителя 101 до микрофона 103, и микрофон 103, т.е. он модифицирован комбинированным воздействием характеристик громкоговорителя 101, акустического тракта и микрофона 103.

Аналогично, эхокомпенсатор 105 выполняет компенсацию эхо в микрофонном сигнале z(n), основываясь на сигнале x_f(n) возбуждения и, таким образом, выполняет оценку или моделирование комбинированного воздействия громкоговорителя 101, акустического тракта от громкоговорителя 101 до микрофона 103 и микрофона 103.

Препроцессор 109 выполнен с возможностью проведения настройки динамического диапазона для входного сигнала х(n) таким образом, что громкоговоритель 101 (включая, в частности, усилитель мощности и аудиопреобразователь) демонстрирует более линейные характеристики и во многих вариантах осуществления демонстрирует по существу линейные характеристики.

В препроцессоре 109 используются определенные конструкция и подход, что позволяет ему автоматически адаптировать обработку динамического диапазона в направлении оптимальной рабочей точки. Помимо этого, адаптация не требует каких-либо знаний или предположений о конкретных характеристиках передаточной функции от сигнала x_f(n) возбуждения до микрофонного сигнала z(n). Напротив, препроцессор 109 может автоматически адаптировать обработку динамического диапазона к конкретным характеристикам громкоговорителя 101 (включая усилитель мощности и т.п.).

Фиг. 2 более подробно иллюстрирует препроцессор 109. Как показано, препроцессор 109 содержит три параллельные ветви или тракта. В одном тракте (верхний тракт на Фиг. 2) процессор 201 динамического диапазона применяет настройку динамического диапазона, обозначенную к входному сигналу х(n) для генерации сигнала x_f(n) возбуждения. Этот сигнал затем воспроизводится громкоговорителем 101. Громкоговоритель 101 воспроизводит звук с характеристиками, которые могут быть представлены функцией F{x_f(n)}, которая, как правило, является нелинейной функцией, по меньшей мере для некоторых уровней сигнала. Таким образом, функция F{x_f(n)} представляет комбинированное воздействие аудиопреобразователя, усилителя мощности и т.п. и может в частности отражать ограничение сигнала в усилителе мощности и нелинейности аудиопреобразователя.

Процессор 201 динамического диапазона применяет обработку для настройки динамического диапазона к входному сигналу, тем самым генерируя сигнал x_f(n) возбуждения (выходной сигнал препроцессора 109), который затем воспроизводится громкоговорителем 101. Обработка для настройки динамического диапазона представляет собой обработку для адаптивной настройки динамического диапазона, которая зависит от набора параметров настройки динамического диапазона.

В обработке для настройки динамического диапазона может, в частности, использоваться функция, которая соотносит значение текущего входного сигнала со значением выходного сигнала. Например, для каждого значения входного сигнала х(n) обработка для настройки динамического диапазона может установить значение сигнала x_f(n) возбуждения, как это определено адаптируемой функцией. Таким образом, адаптируемая функция определяет взаимосвязь между значениями входного сигнала и значениями выходного сигнала для процессора 201 динамического диапазона. Адаптируемая функция определяется набором параметров, называемых параметрами настройки динамического диапазона. Таким образом, эти параметры могут определять конкретную обработку для настройки динамического диапазона, которая применяется в данное время.

Таким образом, процессор 201 динамического диапазона может применять следующую операцию:

где параметры настройки динамического диапазона определяют взаимосвязь между значениями сигнала и выходными значениями.

На Фиг. 3-6 проиллюстрированы конкретные примеры функций, которые могут быть применены.

В примере по Фиг. 3 используется обработка для линейной настройки динамического диапазона, в которой существует линейная взаимосвязь между значениями входного сигнала х(n) и значениями сигнала x_f(n) возбуждения. В этом примере, параметры настройки динамического диапазона могут состоять из, например, одной скалярной величины, которая определяет градиент функции. Таким образом, для любого значения меньше одного обработка для настройки динамического диапазона будет уменьшать динамический диапазон, а для значения, равного единице, исходный сигнал будет пропускаться без изменений.

На примере по Фиг. 4 используется обработка для линейной настройки динамического диапазона, в которой существует линейная взаимосвязь между значениями входного сигнала х(n) и значениями сигнала x_f(n) возбуждения для ограниченного диапазона значений входного сигнала х(n) (и, соответственно, значений сигнала x_f(n) возбуждения). Однако, если значения входного сигнала х(n) (абсолютная величина) превышают заданное пороговое значение, (абсолютная величина) значения сигнала x_f(n) возбуждения сохраняются постоянными. Таким образом, процессор 201 динамического диапазона в этом примере выполняет жесткое ограничение. В этом примере обработка для настройки динамического диапазона является линейной при условии, что уровни сигналов достаточно малы. Таким образом, пока уровни сигнала являются достаточно низкими, процессор 201 динамического диапазона не вносит каких-либо искажений. Однако для высоких значений может быть введено ограничение для ограничения динамического диапазона.

В данном примере параметры