Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится, в общем, к электронным и автоматическим технологиям шумоподавления.
Уровень техники
На протяжении десятилетий ученые и инженеры работают над решением технической задачи электронного автоматического шумоподавления (ANC). Базовые физические аспекты распространения волн предполагают возможность формирования «противошумовой» волны, которая имеет противофазу на 180 градусов относительно сигнала шума, и полностью подавляет шум посредством деструктивной помехи. Это работает достаточно хорошо для простых повторяющихся низкочастотных звуковых сигналов. Однако данное решение не подходит для динамически быстро меняющихся звуковых сигналов или звуков, содержащих более высокие частоты.
Частотное разрешение во время анализа Фурье сильно влияет на точность подавления шума в алгоритме активного шумоподавления. Это связано с тем, что частотные характеристики микрофонов и динамиков не полностью однородны по всему спектру, и величина затухания в воздухе неодинакова для всех частот. Кроме того, точное вычисление подавления шума зависит от того, насколько точно оценивается основной шум. Для хорошей оценки основного шума важно иметь хорошее частотное разрешение. Поэтому, наряду с хорошим частотным разрешением, необходимо также разделить весь спектр на маленькие полосы и настроить по отдельности коэффициенты подавления и фазовую коррекцию для каждой отдельной полосы.
Хорошее частотное разрешение подразумевает короткий промежуток между последовательными частотами в спектре. При преобразовании Фурье существует компромисс между временным разрешением и частотным разрешением. Если временное разрешение хорошее, частотное разрешение становится плохим, и наоборот. Трудно найти лучший компромисс между этими двумя переменными. Математически частотное разрешение (ΔF) представляет собой отношение частоты дискретизации (Fs) к количеству выборок в блоке (N). Таким образом, есть два способа увеличить частотное разрешение: 1) уменьшить частоту дискретизации и 2) увеличить размер фрагмента.
Одной из фундаментальных предпосылок активного шумоподавления является то, что полная обработка, в том числе получение шума в микрофоне, математический анализ, подготовка противошума и испускание противошума с помощью динамики, должна выполняться до того, как шум распространится от входного микрофона до противошумого динамика. Если этого не произойдет, то шум будет распространяться до того, как на него наложится противошум.
В небольшом устройстве, таком как наушники или наушники-вкладыши, расстояние между входным микрофоном и шумоподавляющим динамиком настолько мало, что шуму требуется очень короткое время, чтобы преодолеть промежуточное расстояние. Это делает невозможным сбор достаточного количества выборок для хорошего частотного разрешения. Так как, если система активного шумоподавления ждет достаточно долго, чтобы собрать достаточное количество выборок, генерация противошумов будет слишком запоздалой, чтобы засинхронизироваться с основным шумом. Таким образом, в случае маленького устройства частотное разрешение становится слишком низким для достижения удовлетворительного результата.
В этом разделе представлена справочная информация, относящаяся к настоящему раскрытию, которая не обязательно является предшествующим уровнем техники.
Раскрытие сущности изобретения
Представлен способ шумоподавления с повышенным частотным разрешением. Способ включает в себя этапы, на которых: получают оцифрованный шумовой сигнал из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов; принимают выборку данных из оцифрованного шумового сигнала; добавляют одну или более дополнительных выборок к выборке данных для формирования последовательности выборок, причем величина для каждой из указанной одной или более дополнительных выборок по существу равна нулю; вычисляют представление последовательности выборок в частотной области; выполняют сдвиг представления последовательности выборок в частотной области по времени с использованием схемы цифрового процессора, тем самым создавая сдвинутое представление последовательности выборок в частотной области; преобразуют сдвинутое представление последовательности выборок из частотной области во временную область для формирования части противошумого сигнала; и выводят противошумовой сигнал в поток аудиосигналов для уменьшения шума за счет деструктивных помех. Количество дополнительных выборок, добавляемых к выборке данных, зависит от требуемого частотного разрешения для противошумого сигнала.
В одном аспекте представление в частотной области вычисляется с использованием способа быстрого преобразования Фурье. После сдвига представления последовательности выборок в частотной области во времени, сдвинутое представление последовательности выборок в частотной области преобразуется обратно во временную область с использованием способа обратного быстрого преобразования Фурье.
В одном варианте осуществления представление в частотной области сдвигается на время, которое зависит от выбранной частоты в представлении в частотной области и учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования. В некоторых вариантах осуществления сдвиг во времени учитывает частотные характеристики физических компонентов системы (например, микрофона и динамиков). Кроме того, амплитуда представления в частотной области может быть масштабирована перед преобразованием сдвинутого представления последовательности выборок из частотной области во временную область.
В некоторых вариантах осуществления один или более шумовых сегментов в представлении частотной области сдвигаются по отдельности. В большинстве случаев представление в частотной области включает в себя множество шумовых сегментов, и они могут быть сгруппированы в полосы частот, так что каждый шумовой сегмент из множества шумовых сегментов, сгруппированных в конкретную полосу, может иметь дополнительное изменение по времени или амплитуде, применяемое к группе или полосе.
В другом аспекте вычисляют сдвинутую по времени импульсную характеристику с величиной, равной единице, и умножают величину каждой выборки шумовых данных на сдвинутую по времени импульсную характеристику, чтобы сэкономить время вычислений и нагрузку. Импульсную характеристику предпочтительно вычисляют и сохраняют перед получением оцифрованного шумового сигнала. Дополнительные области применимости станут очевидными из описания, приведенного в данном документе. Описание и конкретные примеры, приведенные в этом разделе, предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Чертежи, описанные в данном документе, предназначены только для иллюстративных целей выбранных вариантов осуществления и не представляют собой все возможные реализации и не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия.
Фиг. 1 является блок-схемой первого варианта осуществления устройства глушителя, полезного для обеспечения ослабления шума или подавления шума в системе в воздушной среде.
Фиг. 2 является блок-схемой второго варианта осуществления устройства глушителя, полезного для обеспечения ослабления шума или подавления шума в телекоммуникационном микрофоне, телекоммуникационной гарнитуре или системе наушников/мини-наушников.
Фиг. 3 является блок-схемой третьего варианта осуществления устройства глушителя, полезного для обеспечения ослабления шума или подавления шума в системе обработки сигналов;
Фиг. 4 является блок-схемой четвертого варианта осуществления устройства глушителя, полезного для шифрования и дешифрования конфиденциальной информации.
Фиг. 5 является блок-схемой пятого варианта осуществления устройства глушителя, полезного для подавления шума при электромагнитной передаче и для отделения сигнатур конкретного оборудования или сообщений от фонового шума линий электропередач (для использования в технологии передачи информации по электрическим сетям и приложениях интеллектуальной энергосистемы, например).
Фиг. 6 является блок-схемой, иллюстрирующей способ программирования схемы цифрового процессора для выполнения алгоритма процессора ядра системы, используемого в устройстве глушителя.
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций, дополнительно иллюстрирующей способ программирования схемы цифрового процессора для выполнения алгоритма процессора ядра системы, используемого в устройстве глушителя.
Фиг. 8 является схемой обработки сигналов, иллюстрирующей технологии обработки, реализованные алгоритмом процессора ядра системы, показанной на фиг. 6.
Фиг. 9 является подробной схемой обработки сигнала, иллюстрирующей режим калибровки, используемый применительно к алгоритму процессора ядра системы.
Фиг. 10 является схемой процесса процессора ядра системы.
Фиг. 11 является примерной одноблочной системой глушителя в воздушной среде с низким энергопотреблением, сконфигурированной как настольная система персональной тихой зоны.
Фиг. 12 является примерной одноблочной системой глушителя в воздушной среде с низким энергопотреблением, сконфигурированная как оконный блок.
Фиг. 13 является примерной одноблочной системой глушителя в воздушной среде с низким энергопотреблением, сконфигурированная как блок, установленный в воздушной камере.
Фиг. 14 является примерной высокомощной многоблочной системой глушителя в воздушной среде, выполненной с возможностью снижения шума автомобильной трассы.
Фиг. 15 является примерной мощной многоблочной системой глушителя в воздушной среде, выполненной с возможностью снижения шума в транспортном средстве.
Фиг. 16 является примерной мощной многоблочной системой глушителя в воздушной среде, выполненной с возможностью формировать конус тишины для защиты частного разговора от прослушивания другими.
Фиг. 17 является примерным вариантом осуществления интеграции смартфона.
Фиг. 18 является примерным вариантом осуществления наушников с шумоподавлением.
Фиг. 19 является другим примерным вариантов осуществления наушников с шумоподавлением.
Фиг. 20 иллюстрирует примерную реализацию процессора.
Фиг. 21 иллюстрирует примерный вариант осуществления шифрования-дешифрования.
Фиг. 22 иллюстрирует примерную концепцию обнаружения сигнатуры.
Фиг. 23 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей способ повышения частотного разрешения во время активного подавления шума.
Фиг. 24A иллюстрирует часть шумового сигнала во временной области.
Фиг. 24B иллюстрирует единичный импульс, заполненный нулями.
Фиг. 24C является таблицей, показывающей сдвиг во времени заполненного единичного импульса.
Фиг. 24D иллюстрирует пример единичной импульсной характеристики.
Фиг. 25 является таблицей, показывающей то, как вычислить противошумовой сигнал с использованием единичной импульсной характеристики.
Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких видах чертежей.
Осуществление изобретения
Далее будет приведено более полное описание примерных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи. Раскрытое устройство глушителя может быть использовано в различных приложениях. В целях иллюстрации далее будет приведено подробное описание пяти примерных вариантов осуществления. Должно быть понятно, что эти примеры обеспечивают понимание некоторых из различных применений, для которых может использоваться устройство глушителя. Другие применения и другие реализации также возможны в рамках прилагаемой формулы изобретения.
На фиг. 1 показан первый примерный вариант осуществления устройства глушителя. Этот вариант осуществления предназначен для обеспечения шумоподавления для системы в воздушной среде, в котором обнаруживают поступающий шум окружающей среды и генерируют сигнал шумоподавления и транслируют в окружающую область. Как проиллюстрировано, этот вариант осуществления включает в себя схему 10 процессора цифровых сигналов, имеющую ассоциированную память 12, в которой хранят данные конфигурации, упоминаемые в настоящем документе в качестве предустановок для приложений. Схема процессора цифровых сигналов 10 может быть реализована с использованием коммерчески доступной интегральной схемы мультимедийного процессора, такой как четырехъядерный процессор ARM Cortex A53 Broadcom BCM2837 или тому подобное. Ниже представлено описание способа программирования схемы цифрового сигнального процессора. В предпочтительном варианте осуществления схема процессора цифровых сигналов 10 может быть реализована с использованием компьютера Raspberry Pi, такого как Raspberry Pi 3 модель В или лучше. Это устройство включает в себя схему 10 сигнального процессора, а также графический процессор VideoCore IV, встроенную SDRAM, схему приемопередатчика WiFi и Bluetooth, схему беспроводной локальной сети 802.11n и поддержку связи Bluetooth 4.1. Предусмотрено двадцать GPIO шесть портов, а также USB 2 четыре порта, Ethernet 100Base-T порт, DSI порты и CSI порты, 4-полюсный композитный видео/аудиопорт и HDMI 1.4 порт. Эти порты могут использоваться для обеспечения возможности соединения между входами и выходами в схеме 10 процессора сигналов, как показано на блок-схемах фиг. 1-4. Аналогичным образом, FPGA можно запрограммировать для исполнения необходимых функций, поддерживаемых аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями.
Система шумоподавления в воздушной среде на фиг. 1 включает в себя один или несколько входных микрофонов 14, которые развернуты в физическом местоположении, где они могут определять источник шума, который требуется подавить. Каждый из микрофонов 14 подключен к цифро-аудиопреобразователю или ADC 16, который преобразует форму аналогового сигнала от подключенного микрофона в цифровые данные, как путем выборки. В то время, как могут быть использованы различные частоты дискретизации в зависимости от задачи, в иллюстрируемом варианте осуществления используют частоту 48 кГц как частоту выборки. Частоту дискретизации выбирают с учетом частотного диапазона, занимаемого большей частью звуковой энергии шума, расстояния между входным микрофоном и микрофоном обратной связи и других факторов, относящихся к конкретным реализациям и целям.
Между ADC 16 и схемой 10 процессора цифровых сигналов подключена возможная схема 18 вентиля, которая пропускает энергию шума выше заранее определенного порогового значения и блокирует энергию ниже этого порогового значения. Схема 18 вентиля может быть реализована с использованием программного обеспечения, запущенного на процессоре, или с использованием автономной интегральной схемы шумоподавления порогового действия. Схема вентиля выполнена с возможностью различать уровень окружающего фонового шума, который не считается нежелательным, и более высокий уровень шума, ассоциированный с нежелательным шумом. Например, если система шумоподавления в воздушной среде развернута для устранения прерывистого дорожного шума от близлежащей магистрали, пороговое значение вентиля будет установлено на открытие при обнаружении звуковой энергии движения транспортных средств и на закрытие при обнаружении шуршания листвы деревьев в соседней роще. Таким образом, вентиль помогает снизить нагрузку на процессор 10 цифровых сигналов и предотвратить нежелательную накачку.
Дополнительная вентильная схема 18 может конфигурироваться пользователем, позволяя пользователю устанавливать пороговое значение шума, так что только звуки, превышающие установленное пороговое значение, будут рассматриваться как шум. Например, в тихом офисе уровень окружающего шума может составлять около 50 дБ SPL. В такой среде пользователь может установить пороговое значение шума так, чтобы он действовал только для сигналов с уровнем SPL более 60 дБ.
К выходу схемы 10 процессора цифровых сигналов подключен цифроаналоговый преобразователь или DAC 20. ADC 20 служит дополнением к ADC 16, преобразуя выходные данные схемы 10 процессора цифровых сигналов в аналоговый сигнал. Аналоговый сигнал представляет собой специально сконструированный сигнал шумоподавления, предназначенный для подавления шума, обнаруженного входным микрофоном (микрофонами) 14. Подходящий усилитель 22 и система 24 динамиков или преобразователей проецируют или транслируют этот сигнал шумоподавления в воздушную среду, где он будет смешиваться с и подавлять источник шума, который слышен из выгодной точки в пределах эффективной области передачи системы 24 динамиков или преобразователей. По существу, система 24 динамиков расположена между источником шума и слушателем или точкой приема, так что слушатель/приемник может принимать сигнал, достигающий его или ее местоположения, за исключением того, что сигналы от источника шума подавляются сигналом шумоподавления от системы 24 динамиков или преобразователей.
При желании, схема также может включать в себя источник белого или розового шума, который подается на усилитель 22, по существу, смешивая заранее определенное количество белого шума или розового шума с аналоговым сигналом из схемы 10 цифровой обработки сигналов (через DAC 20). Этот источник шума помогает смягчить эффект сигнала шумоподавления, маскируя в противном случае слышимые переходные процессы, которые могут возникнуть, когда сигнал шумоподавления объединяется с сигналом источника шума ниже по потоку от динамика.
Микрофон 26 обратной связи расположен перед (ниже по потоку) от системы 24 динамиков. Микрофон обратной связи используют для выборки потока сигналов после введения в поток противошумовых сигналов. Этот микрофон обеспечивает сигнал обратной связи для схемы 10 процессора цифровых сигналов, которую используют для адаптации алгоритма, управляющего процессом выработки схемой процессора цифровых сигналов надлежащего сигнала шумоподавления. Хотя это не показано на фиг. 1, выходной сигнал микрофона обратной связи может быть обработан подходящими схемами усиления и/или аналого-цифрового преобразователя для обеспечения сигнала обратной связи, используемого алгоритмом шумоподавления. В некоторых реализациях, где используют только амплитуду шума против сигнала шумоподавления, выходной сигнал микрофона обратной связи может быть обработан в аналоговой области для получения амплитуды напряжения сигнала, который может быть обработан усреднением или другими средствами, если необходимо. В других реализациях, где требуется более точная оценка шум против сигнала шумоподавления, также может быть выполнено сравнение фаз с входным сигналом микрофона. В большинстве реализаций этой системы как фаза, так и амплитуда дискретных сегментов сигнала обратной связи будут анализироваться по сравнению с входным сигналом микрофона или желаемым результатом для приложения (далее в настоящем документе обсуждается формирование и обработка дискретных сегментов). Выходной сигнал микрофона обратной связи может быть дискретизирован и преобразован в цифровой области с использованием аналого-цифрового преобразователя. Микрофон обратной связи может быть подключен либо к микрофонному входу, либо к линейному входу, соединенному с видео/аудиопортом схемы процессора цифровых сигналов. Дополнительные примеры системы шумоподавления, показанной на фиг. 1, приведены ниже разделе «варианты осуществления различных случаев использования».
Второй вариант осуществления устройства глушителя показан на фиг. 2. Как будет объяснено, этот вариант осуществления имеет два тракта прохождения сигнала: тракта принятого аудиосигнала, который уменьшает шум в наушниках, мини-наушниках или динамиках 24а пользователя; и тракт переданного аудиосигнала, где звуки, захваченные микрофоном телефона 34 пользователя, обрабатывают для уменьшения шума окружающей среды, также захваченного микрофоном телефона 34 пользователя. Таким образом, тракт принятого аудиосигнала будут использовать для повышения качества звука в наушниках мини-наушниках пользователя или через динамики, уменьшая или устраняя звуки окружающей среды. Это облегчает прослушивание музыки или разговор по телефону. Тракт переданного аудиосигнала будут использовать для частичного или полного подавления звуков окружающей среды, таких как шум ветра, поступающих в микрофон телефона 34 пользователя. Конечно, те же способы шумоподавления можно использовать с другими системами, а не только с телефонами, включающие в себя запись звука через микрофон во время концертов, трансляции звука с использованием микрофонов и тому подобное.
Со ссылкой на фиг. 2, иллюстрированный примерный вариант осуществления адаптирован для использования с системой гарнитуры и используют некоторые из тех же компонентов, что и вариант осуществления по фиг. 1. В этом варианте осуществления входной микрофон реализован с использованием одного или более чувствительные к шуму микрофоны 14a, расположенные вне гарнитуры или наушников/мини-наушников. Аналогово-цифровая схема, ассоциированная или встроенная в каждый чувствительный к шуму микрофон, преобразует окружающий шум в цифровые сигналы, которые поступают в схему 10 цифровой обработки сигналов. Микрофон 26 обратной связи расположен внутри наушников/мини-наушников, в соединении аудио с динамиком(ами) 24a гарнитуры, или микрофон обратной связи может быть полностью исключен, в связи с более точным управляемым физическим вариантом осуществления. В системах, включающих в себя микрофон обратной связи, данные микрофона обратной связи включают в себя компоненты составного сигнала, которые могут включать в себя полезный развлекательный контент (например, музыкальный или аудио/видеосаундтрек) и/или речевой сигнал, плюс шум и противошум, и которые могут быть сравнены с шумовым и противошумовым сигналом, или составной входной и полезный сигнал.
Следует отметить, что эта система значительно отличается от обычных систем, так как способность эффективно подавлять звуки с частотными составляющими выше 2000 Гц снижает необходимость в способах акустической изоляции, применяемых в обычных наушниках с шумоподавлением. Это позволяет производить более легкие и менее дорогие продукты и способствует эффективному развертыванию в форме «вкладыша».
В этом варианте осуществления обработка шума устройства глушителя может быть реализована независимо для каждого наушника. Для более дешевых продуктов для наушников/мини-наушников/гарнитуры обработка может быть реализована совместно для обоих наушников в стереосистеме, или обработка может осуществляться внешним процессором, находящимся в смартфоне или другом устройстве.
Другое важное отличие в этом варианте осуществления состоит в том, что также будут использовать режим калибровки для вычисления соответствующих регулировок амплитуды, требуемых для каждого диапазона частотных диапазонов для компенсации влияния, которое физические свойства конструкции наушников или вкладышей оказывают на окружающий/нежелательный шум до того, как он достигнет уха (режим калибровки и диапазоны частот обсуждаются далее в этом документе).
Аналогичным образом, противошумовой сигнал, генерируемый системой в этом варианте осуществления, смешивают с желательной музыкой или голосовым сигналом через микшер 30 (требуемая музыка или голосовой сигнал подают телефоном 30, музыкальным проигрывателем, устройством связи и т.д.), и оба часто будут выводиться вместе через общий динамик. В этом случае, микрофон обратной связи будет работать только во время режима калибровки и может быть опущен на производственных устройствах при определенных обстоятельствах. Альтернативно, микрофон обратной связи может непрерывно функционировать в определенных приложениях с несколькими динамиками этого варианта осуществления (например, в гарнитурах виртуальной реальности и игровых гарнитурах).
В системах гарнитур, которые включают в себя речевой микрофон, выходной сигнал схемы 10 цифрового сигнального процессора может быть подан на схему речевого микрофона, а также на схему динамиков наушников, как описано выше. Это проиллюстрировано на фиг. 2, где первый выходной сигнал подают из схемы 10 процессора цифровых сигналов в первый микшер 30, который поставляет аудиосистемы воспроизведения звука (усилитель 22 и динамик 24а наушников). Второй выходной сигнал подают из схемы 10 процессора цифровых сигналов во второй микшер 32, который поставляет сигнал в телефон 34 или другую схему обработки голоса. Так как сигнал фонового шума дискретизируют в точке (точках), удаленной от позиции коммуникационного/голосового микрофона, полезный голосовой сигнал не будет подавлен. Этот альтернативный противошумовой сигнал может иметь или не иметь амплитуды полосы частот, отрегулированные в режиме калибровки, как описано выше, в зависимости от применения.
Для критически важных приложений связи, таких как мультимедийное вещание или военная связь, может потребоваться отдельная схема обработки сигнала, используемая для шумоподавления микрофона. Это позволило бы точно подавить известные сигнатуры шума, обеспечить возможность никогда не подавлять определенные критические информационные полосы частот и облегчить другую настройку для этих критически важных приложений с помощью пользовательской конфигурации или предустановок. Дополнительные примеры системы шумоподавления по фиг. 2 приведены ниже в разделе «варианты осуществления различных случаев использования».
Третий, более обобщенный вариант осуществления показан на фиг. 3. В этом варианте осуществления входной сигнал может быть получен из любого источника и выходной сигнал может быть подан в схему или устройство (не показано), которое обычно обрабатывает входной сигнал. Таким образом, вариант осуществления, показанный на фиг. 3, предназначен для размещения внутри или для размещения на линии с устройством обработки сигналов или передачи. В этом варианте осуществления обратная связь обычно не будет использоваться. Известные шумовые характеристики могут быть компенсированы параметрами системы (задают с помощью настроек, помеченных как «предустановки» 12). Если эти характеристики неизвестны, система может быть откалибрована для подавления шума путем обработки части материала, которая имеет шум, но не содержит сигнала (например, система может быть откалибрована по сигнатуре шума с использованием части «предварительного просмотра» видеосегмента). Приложения этого варианта осуществления включают в себя удаление шума из записей событий или аудионаблюдения или удаление их в «живой» ситуации с соответствующей величиной «задержки трансляции», такой как «7-секундная» задержка, используемая в настоящее время для цензуры ненормативной лексики во время прямых трансляций.
Хотя в вышеприведенных примерах была проиллюстрирована автономная схема 10 процессора цифровых сигналов, следует понимать, что процессор в мобильном устройстве, таком как смартфон, может использоваться для выполнения алгоритмов обработки сигналов; или процессор ядра системы может быть реализован как «включать» для программного пакета или интегрирован в другую систему обработки сигналов. Таким образом, описание в настоящем документе также должно использовать термин «процессор ядра системы» для обозначения алгоритмов обработки сигналов, как более полно описано ниже, которые выполняют на процессоре, таком как автономная схема процессора цифровых сигналов, или процессор, встроенный в смартфон или другое устройство. Как показано в варианте осуществления на фиг. 3, процессор ядра системы может использоваться для обработки шума в автономном режиме или в приложениях обработки сигналов, где входной микрофон, выходные усилители и микрофоны обратной связи могут не потребоваться.
Дополнительные примеры системы шумоподавления по фиг. 3 описаны ниже в разделе «варианты осуществления различных случаев использования».
Четвертый вариант осуществления показан на фиг. 4. В этом варианте осуществления есть две стороны, желающие обмениваться информацией друг с другом посредством файлов, широковещательных передач, передач сигналов или других средств; и ограничить доступ к этой информации. Этот вариант осуществления требует, чтобы и «сторона кодирования», и «сторона декодирования» имели доступ к оборудованию, содержащему это изобретение.
«Ключ» шифрования/дешифрования представляет собой средство установки диапазона частот, используемого для кодирования информации. Установки «ключа» шифрования и дешифрования будут осуществлены с учетом характеристик шума или другого сигнала, в который будет встроена информация, и эти установки диапазона частотного диапазона включают в себя информацию как частоты, так и амплитуды. Это позволяет встраивать кодированные сигналы в очень узкий сегмент (сегменты) передачи, который может показаться, например, безвредной широкополосной передачей какого-либо другого материала или сигнала «белого шума». В примере, включающем в себя интеллектуальную передачу, что казалось белым шумом, шифрование потребовало бы записи белого шума соответствующей длины для переноса полного сообщения. Эта запись белого шума будет обрабатываться с помощью этого изобретения только для очень узкого частотного диапазона или набора диапазонов (то есть очень узкий сегмент (сегменты) шума будет «вырезан» процессором ядра системы), при этом, частоты не содержаться в этом определенном наборе диапазонов, передаваемый через систему без изменений (амплитуда по умолчанию будет установлена на 1 для отсутствующих частот в определениях полосы частот на стороне шифрования); и амплитуды для частотного диапазона (диапазонов), который будет содержать данные, которые могут быть отрегулированы для облегчения маскировки в шуме. При необходимости информация, подлежащая обмену, может быть дополнительно закодирована в «несущем сигнале» в узком частотном диапазоне (диапазонах) с использованием частотной модуляции или других способов (обеспечивающих дополнительный уровень шифрования), которые будут смешаны с выходным сигналом системы (шум с сегментами «вырезано»). Это будет эффективно встраивать информацию в то, что может показаться случайным белым шумовым сигналом в этом примере (или другим типом широкополосной передачи или передачи сигнала, по желанию).
На стороне «дешифрования» необходимо знать установки частоты и амплитуды для диапазона (диапазонов) полосы частот, описывающего, где была записана информация, чтобы служить «ключом дешифрования». На стороне дешифрования амплитуда по умолчанию для отсутствующих частот в определение диапазонов частотных диапазонов, должна быть установлена равной 0. Это означает, что система не будет выводить какие-либо выходные данные для тех частот, которые отсутствуют в определение полос частот, так что выводят только полезный сигнал, который нужно декодировать.
Способность выбирать амплитуду по умолчанию для частот, отсутствующих в определенных диапазонах полосы частот, является одной из определяющих характеристик этого варианта осуществления.
Безопасность передачи информации значительно повышают, если «ключ» шифрования/дешифрования совместно используют стороной посредством альтернативного средства, но он может содержаться в «заголовке калибровки» в передаче или файле, рассчитанный на основе отметки времени или другой установки и т.д. Дополнительные примеры системы шумоподавления по фиг. 4 приведены ниже в разделе «варианты осуществления различных случаев использования».
Пятый вариант осуществления показан на фиг. 5. В этом варианте осуществления изобретение используют для помощи в распознавании, обнаружении или приеме передач или сигнатур устройства в области шума, такой как поля шума, присутствующие в насыщенных электромагнитных полях в крупных городах и других районах, которые присущи линиям электропередач и т.д. Такие варианты осуществления находят свое применение в области обеспечения физической безопасности (например, обнаружение известных типов помех электромагнитного поля), а также в приложениях, не связанных с безопасностью, таких как мониторинг энергопотребления.
Раскрытое устройство глушителя может использоваться для помощи в обнаружении, распознавании или приеме сигналов в таком шуме путем формирования предустановок для установок диапазона полосы частот, предназначенных для пропускания только целевого сигнала. Эти установки диапазона полосы частот включают в себя информацию о частоте и амплитуде, необходимую для идентификации «отпечатков пальцев» или «сигнатур» целевых сигналов по характеристикам фонового шума, как было определено в результате предварительного анализа. Эта установка будет выполняться путем исключения частотных составляющих целевого сигнала из установок полосы частот и использования амплитуды по умолчанию, равной 0, для частот, отсутствующих в установках полосы, эффективно пропуская только целевые сигналы через систему; и соответствующим образом регулируют амплитуду и частоту смежных частот или гармоник для дополнительного усиления целевого сигнала. Это помогло бы обнаружить слабые сигналы, которые, в противном случае, были бы незамеченными в шумовом поле.
Например, при включении компрессора системы кондиционирования воздуха, передают уникальный импульс в сеть. Подстанция энергетической компании может использовать настоящее изобретение в системе, чтобы помочь им предвидеть пиковые нагрузки путем подсчета импульсов от различных продуктов. В приложениях связи по линиям электропередачи характеристики «нормального» шума и флуктуаций могут быть минимизированы, и полезные сигналы связи могут быть усилены путем использования предустановок, разработанных для этой задачи. Предустановки также могут быть разработаны для обнаружения или улучшения отдаленной или слабой электромагнитной связи. Аналогичным образом, предустановки могут быть разработаны для обнаружения помех в шумовом поле, идентифицированных с определенными типами объектов или другими потенциальными угрозами.
В этом варианте осуществления на сервере могут быть развернуты несколько экземпляров процессора ядра системы (или другом многоядерном или мультиплексном устройстве) для облегчения распознавания, обнаружения или приема множества типов сигналов или сигнатур на одном узле.
Дополнительные примеры системы шумоподавления, показанной на фиг. 5, описаны ниже в разделе «варианты осуществления различных случаев использования».
Обзор алгоритма подавления шума процессора ядра системы
Суть алгоритма шумоподавления процессора ядра системы состоит в том, чтобы сформировать идеальный противошум для множества небольших дискретных сегментов или выборок, содержащих шумовой сигнал. Схема 10 цифровой обработки сигналов (реализована ли она как автономная схема или с использованием процессора другого устройства, такого как смартфон) запрограммирована для выполнения алгоритма обработки сигналов, который точно генерирует специализированный набор сигналов с шумоподавлением индивидуально для каждого из набора дискретных частотных сегментов, содержащих целевой шумовой сигнал или его части. В простейшем варианте осуществления представление шумового сигнала в частотной области вычисляется, а затем сдвигается во времени. Например, представление шумового сигнала в частотной области сдвинуто точно на величину, необходимую для осуществления фазового сдвига на 180 градусов для этой частотной составляющей. Кроме того, представление шумового сигнала в частотной области смещается на общий временной сдвиг в системе, определяемый как разность между временем распространения в воздухе сигнала, проходящего от места расположения входного микрофона 14 до микрофона 26 обратной связи на фиг. 1, и временем распространения в системе, которое определяется как время, необходимое для того, чтобы сигнал, захваченный входным микрофоном 14, прошел по схемам, показанным на фиг. 1, был выведен динамиком 24 и принят микрофоном 26 обратной связи.
В других вариантах осуществления представление шумового сигнала в частотной области включает в себя множество шумовых сегментов, и шумовые сегменты сдвинуты во времени по отдельности, где каждый шумовой сегмент коррелирует с другой полосой частот. Аналогично, каждый шумовой сегмент сдвигается точно на величину, необходимую для осуществления фазового сдвига на 180 градусов для этой частотной составляющей и на общий сдвиг по времени в системе. Регулировка амплитуды и фазы для каждого дискретного шумового сегмента также применяется для учета частотных характеристик физических компонентов. В этом и других вариантах осуществления к выходному сигналу может быть применено общее усиление системы или коэффициент масштабирования. Этот обработанный сигнал затем преобразуется обратно в аналоговый сигнал во временной области и выводится через динамик 26. Для приложений обработки сигналов, не требующих передачи в воздушной среде, разность между соответствующими задержками прохождения сигнала будет использоваться для вычисления соответствующего временного сдвига в системе.
На фиг. 6 показана основная концепция предпочтительного варианта алгоритма шумоподавления процессора ядра системы. Как показано, частотные составляющие полученной выборки 40 шумового сигнала могут быть подразделены на различные сегменты полосы частот. В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления ширина этих сегментов полосы частот, коэффициент масштабирования амплитуды, применяемый к частотам в полосе частот, и дополнительная фазовая коррекция, зависящая от полосы, могут быть установлены по-разному для каждой из различных частотных полос 42. Эти параметры для полосы частот могут быть установлены через пользовательский интерфейс, предустановки или динамически на основе критериев в различных вариантах осуществления. Каждый диапазон полосы частот затем дополнительно подразделяют на сегменты полосы частот выбранной ширины. Затем для каждого сегмента полосы частот схема обработки цифрового сигнала сдвигает фазу этого сегмента на величину, зависящую от выбранной частоты сегментного шумового сигнала. Например, выбранная частота может быть центральной частотой сегмента полосы. Таким образом, если конкретный сегмент полосы простирается от 100 Гц до 200 Гц, выбранная центральная частота может составлять 150 Гц. Во многих приложениях каждая частота в каждой полосе смещается индивидуально, а также регулируется общим временем смещения системы, общим коэффициентом усиления системы и параметрами фазы и амплитуды, специфичными для полосы. Параметры, относящиеся к конкретной полосе частот, могут использоваться для включения определенных приложений, для исправления несовершенств системных компонентов и т.д.
Сегментируя входящий шумовой сигнал на множество различных частотных сегментов, схема цифровой обработки сигналов способна адаптировать алгоритм шумоподавления к конкретным требованиям данного приложения. Это делается путем выборочного управления размером каждого сегмента в соответствии с конкретным применением. В качестве примера, каждый сегмент во всем частотном диапазоне входящего шумового сигнала может быть довольно малым (например, 1 Гц). В качестве альтернативы, различные части частотного диапазона могут быть подразделены на более крупные или более мелкие сегменты с использованием сегментов меньшего размера (с более высоким разрешением), где находится наиболее важный информационный контент, или, если этого требуют короткие длины волн; и использование более крупных (с более низким разрешением) сегментов на частотах, которые несут меньше информации или имеют более длинные длины волн. В некоторых вариантах осуществления процессор не только подразделяет весь частотный диапазон на сегменты, но также может отдельно манипулировать амплитудой и/или фазой в данном сегменте по-разному на основе установок в диапазонах полосы частот.
Когда требуется чрезвычайно высокая точность шумоподавления, шумовой сигнал делят на маленькие сегменты (например, 1 Гц или сегменты другого размера) по всему спектру или по всему спектру шумового сигнала, в зависимости от ситуации. Такая мелкозернистая сегментация требует значительной вычислительной мощности. Таким образом, в приложениях, где требуется более низкая мощность и более дешевый процессор, алгоритм подавления шума процессора ядра системы выполнен с возможностью разделять сигнал на полосы частот или диапазоны. Количество полос частот может быть отрегулировано в программном коде процессора ядра системы в соответствии с потребностями приложения. При желании, цифровой процессор может быть запрограммирован для разделения полученного шумового сигнала путем применения вейвлет-разложения для разделения полученного шумового сигнала на различные сегменты полосы частот и, таким образом, генерировать множество сегментированных сигналов шума.
Для каждого конкретного применения размер сегмента и то, как/если размер будет варьироваться по всему спектру, является начальным условием системы, определяемым путем определения параметров для различных частотных диапазонов. Эти параметры могут быть установлены через пользовательский интерфейс и затем сохранены в памяти 12 (фиг. 7) в качестве предустановок для каждого приложения.
После того как шумовой сигнал был сегментирован в соответствии с планом сегментации, установленным схемой цифровой обработки сигналов (автоматически и/или на основе пользовательской конфигурации), к каждому сегменту выборочно применяют фазовую коррекция для формирования формы сигнала сегмента, который будет, по существу, подавлять шумовой сигнал в пределах полосы частот этого сегмента через деструктивные помехи. В частности, схема обработки вычисляет и применяет зависящее от частоты время 46 задержки, учитывая частоту сегмента и учитывая любое распространение системы или время задержки. Схема цифровой обработки сигналов также может применять любые регулировки, необходимые для конкретной полосы частот, в зависимости от фазовой характеристики оборудования или окружающей среды. Так как это зависящее от частоты время задержки вычисляют и применяют индивидуально к каждому сегменту, схема 10 обработки вычисляет и применяет эти значения фазовой коррекции параллельно или очень быстро последовательно. После этого сегментированные сигналы шума с фазовой коррекцией (сдвинутые по фазе) объединяют на этапе 48 для формирования составного противошумового сигнала 50, который затем выводят в поток сигналов для ослабления шума посредством деструктивных помех. Как показано на фиг. 6, противошумовой сигнал может быть введен в поток сигналов через систему динамиков с усилителем или другой преобразователь 24. Альтернативно, в определенных приложениях противошумовой сигнал может быть введен в поток сигналов с использованием подходящей цифровой или аналоговой смесительной схемы.
В некоторых вариантах осуществления подавление шума может быть дополнительно улучшено путем использования сигнала обратной связи. Таким образом, как показано на фиг. 6, микрофон 26 обратной связи может быть расположен в потоке сигнала, ниже по потоку, где был введен шумовой сигнал. Таким образом, микрофон обратной связи обнаруживает результаты деструктивных помех между шумовым сигналом и противошумовым сигналом. Сигнал обратной связи, полученный от микрофона обратной связи, затем подают в схему 10 обработки для использования при регулировке амплитуды и/или фазы противошумового сигнала. Эту обработку обратной связи иллюстрируют в целом на этапе 52 на фиг. 6. Обработка 52 обратной связи содержит преобразование сигнала микрофона обратной связи в подходящий цифровой сигнал посредством аналого-цифрового преобразования, и затем корректировку амплитуды и/или фазы противошумового сигнала для максимального шумоподавления, используя сигнал микрофона обратной связи в качестве эталона. Когда противошумовой сигнал и шумовой сигнал деструктивно создают помехи оптимальным образом, сигнал микрофона обратной связи обнаружит нуль из-за того, что энергия шума и энергия противошума оптимально взаимно компенсируют друг друга.
В одном варианте осуществления амплитуда объединенного противошумового сигнала 50 может быть откорректирована на основе сигнала микрофона обратной связи. В качестве альтернативы, амплитуды и фазы каждого сегмента полосы частот можно корректировать индивидуально. Это может быть сделано путем сравнения амплитуды и фазы потока сигналов в точке обратной связи с входным сигналом и корректировки параметров противошума и/или частотного диапазона. Альтернативно, частотное содержание и амплитуда самого сигнала обратной связи могут быть проверены, чтобы указать корректировки, необходимые для параметров шумоподавления для улучшения результатов путем точной корректировки частотно-зависимого времени 46 задержки и амплитуды для каждого сегмента.
Определение частотно-зависимой временной задержки
Схема 10 обработки сигналов рассчитывает частотно-зависимую временную задержку для каждого сегмента с учетом ряда факторов. Одним из этих факторов является вычисленное время фазового сдвига на 180 градусов, которое ассоциировано с заранее определенной частотой (например, центральной частотой сегмента) для каждого отдельного сегмента сигнала.
Это вычисление может быть выполнено в режиме калибровки и сохранено в таблице в памяти 12 или непрерывно пересчитано в режиме реального времени, в зависимости от приложения и доступной вычислительной мощности. Точная временная задержка, необходимая для формирования соответствующего противошума, для каждой частоты «f», рассчитывается по формуле: (1/f)/2. То есть:
где f — заданная частота (например, центральная частота) для этого сегмента.
Другим фактором, используемым схемой обработки сигналов, является время смещения системы, которое, в свою очередь, зависит от двух факторов: времени распространения в воздухе и времени распространения в системе.
Третьим фактором является несовершенная частотная характеристика физических компонентов системы, которую можно компенсировать.
Для выработки точных сигналов шумоподавления схема обработки использует априорные знания о скорости распространения звука в воздухе, измеренной как время прохождения сигнала от входного микрофона к микрофону обратной связи. В настоящем описании это время прохождения называется временем распространения в воздухе. Схема обработки также основано на априорном знание времени, которое требуется процессору 10 и ассоциированным компонентам ввода и вывода (например, 14, 16, 18, 20, 22, 24) для выработки сигнала шумоподавления, упомянутого в данном документе, как время распространения системы. Эти данные используются для обеспечения точного фазового согласования сигнала шумоподавления с шумовым сигналом, чтобы обеспечить идеальные результаты подавления. Скорость, с которой шумовой сигнал распространяется по воздуху, зависит от множества физических факторов, таких как температура воздуха, давление, плотность и влажность. Время вычисления процессора и время пропускной способности схемы зависят от скорости процессора, скорости шины допуска к памяти 12, и задержек сигнала в цепях ввода/вывода, ассоциированных с процессором 10 в различных вариантах осуществления.
В предпочтительном варианте осуществления эти времена распространения в воздухе и распространения системы измеряют и сохраняют в памяти 12 во время режима калибровки. Режим калибровки может быть запрошен пользователем вручную через пользовательский интерфейс, или процессор 10 может быть запрограммирован на автоматическое выполнение калибровки периодически или в ответ на измеренные температуру воздуха, давление, плотность и влажность.
Таким образом, предпочтительный вариант осуществления измеряет время распространения в воздухе от момента, когда шумовой сигнал обнаруживается на входном микрофоне 14, до его последующего обнаружения на микрофоне 26 обратной связи. В зависимости от применения эти два микрофона могут быть расположены на постоянном фиксированном расстоянии разнесения (например, в варианте осуществления гарнитуры на фиг. 2), или они могут быть расположены на расстоянии разнесения, которое зависит от того, где два микрофона оказались в поле. Временная задержка, относящаяся к времени, необходимому для обработки входного сигнала, выводят в систему 24 (24a) динамиков и принятую в микрофон 26 обратной связи, соответствует времени распространения в системе.
После того как время распространения в воздухе и в системе измерено и сохранено в режиме калибровки, схема 10 обработки сигналов вычисляет временной сдвиг в системе как арифметическую разность между временем распространения в воздухе и временем распространения в системе. Это вычисление разности также может быть либо рассчитано в реальном времени, либо сохранено в памяти 12. В некоторых стационарных приложениях, таких как наушники, может не потребоваться встроенный режим калибровки, так как калибровка может быть выполнена на производственной линии или установлена на основе известных фиксированных геометрических размерах наушников. Время системного смещения может быть сохранено как константа (или динамически рассчитана в некоторых приложениях) для использования в расчетах снижения шума, описанных в данном документе.
Для каждого дискретного частотного сегмента, который должен быть обработан, формируют противошумовой сигнал путем задержки обработанного сигнала на время, равное абсолютному значению: время сдвига фазы на 180 градусов для этого дискретного частотного сегмента минус временной сдвиг в системе. Это значение упоминается здесь как применяемая временная задержка. Применяемая временная задержка для каждого частотного сегмента может быть либо сохранена в таблице, либо непрерывно рассчитана в различных реализациях алгоритма. Для вариантов осуществления, использующих полосы частот, будут также применяться дополнительная фазовая коррекция и масштабирование амплитуды, подходящие для каждой полосы частот.
На фиг. 7 более подробно показан способ, которым схема обработки сигналов может быть запрограммирована для реализации алгоритма шумоподавления процессора ядра системы. Запрограммированный процесс начинают с последовательности этапов, которые заполняют набор структур 59 данных в памяти 12, где параметры, используемые алгоритмом, сохраняют для доступа по мере необходимости. Дополнительные подробности процесса процессора ядра системы также обсуждаются ниже со ссылкой на фиг. 10.
Ссылаясь на фиг. 7, сначала запись, содержащая выбранный размер фрагмента, сохраняют в структуре 59 данных. Размер фрагмента представляет собой длину временного сегмента, который должен обрабатываться в каждой итерации, выполняемой процессором ядра системы, как представлено количеством выборок, которые будут обработаны, как группа или «фрагмент» данных. Размер фрагмента в основном зависит от приложения (частотный диапазон, подлежащий обработке и требуемое разрешение), времени распространения в системе и времени прохождения между входом и выходом для сигналов шума, которые передают в эфире или иным образом (обработка должна быть завершена, и противошум вводят в поток сигналов до того, как исходный сигнал проходит точку выхода противошума). В некоторых вариантах осуществления, приложениях или схемах обработки сигналов «фрагмент» также может быть одиночной выборкой.
Например, для системы в воздушной среде, обрабатывающей весь спектр аудио, расстояние между входным и выходным микрофонами составляет 5,0 дюйма, частота дискретизации 48 кГц и время распространения системы равно 0,2 мс; размер фрагмента 16 был бы уместен (при частоте дискретизации 48 кГц 16 выборок эквивалентны ~ 0,3333 мс по времени; и при стандартных температуре и давлении звук распространяется ~ 4,5” в воздухе за это время). Работа процессора может быть оптимизирована для эффективной обработки желаемого размера фрагмента, ограничивая системные вызовы и изменения состояния до одного на фрагмент.
Эта запись размера фрагмента обычно сохраняют в самом начале, когда устройство шумоподавления сконфигурировано для данного приложения. В большинстве случаев нет необходимости или желательно изменять запись о размере фрагмента во время работы алгоритма шумоподавления процессора ядра системы. Размер фрагмента также может быть косвенно указан путем выбора целевого частотного разрешения для системы при заданной частоте дискретизации.
Диапазоны полос частот, размеры сегментов в каждом диапазоне полос частот и масштабный коэффициент выходного сигнала для каждой полосы частот задают в качестве начальных условий в зависимости от приложения и сохраняют в структуре 59 данных. Эти параметры могут быть установлены в пользовательском интерфейсе, использованы в качестве предустановок в системе или динамически рассчитаны.
Затем схема обработки на этапе 62 измеряет и сохраняет в структуре 59 данных время распространения в системе, соответствующее времени, затрачиваемому схемой обработки и ассоциированными с ней входными и выходными схемами, для выполнения процессов снижения шума. Это выполняется путем работы схемы обработки в режиме калибровки, описанном ниже, где шумовой сигнал подают в схему обработки, на которую схема обработки воздействует, чтобы генерировать шумовой сигнал и выходной сигнал. Время, прошедшее между входом шумового сигнала до момента вывода противошумового сигнала, представляет время распространения в системе. Это значение сохраняют в структуре 59 данных.
В дополнение к этому, схема обработки на этапе 64 измеряет и сохраняет в структуре 59 данных время распространения в воздухе. Эту операцию также выполняют схемой обработки в режиме калибровки, описанном ниже. В этом случае, схема обработки переключается в режим, в котором она не генерирует никакого выходного сигнала. Истекшее время между приемом сигнала на входном микрофоне и приемом сигнала на микрофоне обратной связи измеряют и сохраняют как время распространения в воздухе.
Затем схема обработки на этапе 66 вычисляет и сохраняет в структуре 59 данных временной сдвиг в системе, определенное как время распространения в воздухе минус время распространения в системе. Это значение необходимо позже, когда схема обработки вычисляет примененную временную задержку.
С учетом вышеупомянутых параметров калибровки, рассчитанных и сохраненных таким образом, алгоритм подавления шума процессора ядра системы теперь может выполнять предварительные вычисления для конкретного сегмента (альтернативно, эти вычисления могут быть выполнены в режиме реального времени, при условии, что имеется достаточная доступная вычислительная мощность). В некоторых вариантах осуществления настройки полосы частот (ширина полосы, размер сегмента в полосе, коррекция фазы для конкретной полосы и масштабирование амплитуды для конкретной полосы) также хранятся в памяти 12.
Как показано, этап 68 и последующие этапы 70 и 72 выполняют параллельно (или быстро последовательно) для каждого сегмента в соответствии с установками полосы частот. Если для данного приложения имеется 1000 сегментов, то этапы 68-70 выполняются 1000 раз, предпочтительно параллельно, и данные сохраняют в структуре 59 данных.
На этапе 70 корректируют время фазового сдвига на 180 градусов путем вычитания ранее сохраненного времени смещения системы для каждого сегмента. Схема процессора вычисляет и сохраняет абсолютное значение этого значения как примененную временную задержку, таким образом, примененное время задержки является положительным числом, представляющим величину фазового сдвига, которая должна быть применена к соответствующему сегменту. Следует отметить, что если полоса частот требует дополнительной настройки (помимо учета времени распространения в воздухе и системе) из-за фазовых характеристик преобразователей (микрофонов, динамиков и т.д.), окружающей среды или других элементов, это дополнительное время и/или регулировки амплитуды также будут происходить на этапе 70.
Процессор ядра системы использует эти сохраненные данные для более быстрой обработки частотных сегментов (заранее применяя предварительно рассчитанные временные сдвиги для всех частотных сегментов). Схема процессора на этапе 72 выполняет фазовый сдвиг сигнала шумового сегмента, сдвигая по времени шумовой сигнал сегмента на величину, сохраненную как примененную временную задержку для этого сегмента. Кроме того, если требуется корректировка амплитуды (или точная настройка фазы) в соответствии с установками частотного диапазона или обработкой 52 обратной связи (фиг. 6), эту корректировку также применяют здесь (в некоторых вариантах осуществления корректировку фазового сдвига и амплитуды могут применять одновременно, сохраняя информацию как вектор). Все сегменты обрабатывают параллельно или быстро последовательно, в зависимости от архитектуры системы.
Как только все сегменты для конкретного фрагмента были скорректированы надлежащим образом, схема обработки на этапе 74 затем повторно объединяет все обработанные сегменты для выработки формы противошумового сигнала для вывода в поток сигналов.
Для дальнейшего понимания процесса, выполняемого схемой обработки, обратимся теперь к фиг. 8, которая дает более физическое представление о том, как обрабатывается шумовой сигнал. Начиная с этапа 80, получают шумовой сигнал 82. На фиг. 8 шумовой сигнал изображен в виде изменяющегося во времени сигнала, содержащего множество различных частотных составляющих или гармоник.
На этапе 84 фрагмент спектра шумового сигнала подразделяют на сегменты 86 в соответствии с параметрами 59, рассмотренными в связи с фиг. 7. Для иллюстрации на фиг. 7 предполагают, что изменяющийся во времени шумовой сигнал 82 была выражен в частотной области, где самые низкие частотные составляющие выделены самой левой стороне спектрального графика 86, тогда как самые высокие частотные составляющие или гармоники выделены самой правой стороне спектрального графика. Например, спектральный график 86 может иметь диапазон 20 Гц - 20000 Гц, охватывающий общепринятый полный диапазон человеческого слуха. Конечно, спектр может быть распределен по-разному в зависимости от применения.
Следует признать, что, хотя шумовой сигнал был представлен в частотной области в спектре 86, шумовой сигнал по своей природе является изменяющимся во времени сигналом. Таким образом, количество энергии в каждом сегменте частотной области будет изменяться со временем. Для иллюстрации данного колебания изображена каскадная диаграмма 88, показывающая, как энергия внутри каждого частотного сегмента может изменяться с течением времени по вертикальной оси.
Индивидуально для каждого сегмента, как и на этапе 90, применяют частотно-зависимый фазовый сдвиг (то есть примененную временную задержку). Чтобы проиллюстрировать это, форма 92 сигнала представляет частоту шума в сегменте перед сдвигом. Форма 94 сигнала представляет ту же частоту шума после применения времени смещения системы. Наконец, форма 96 сигнала представляет результирующую частоту шума после того, как было применено время фазового сдвига 180 градусов (следует отметить, что это только для иллюстративных целей – при фактической обработке применяется только примененная временная задержка, которая является абсолютным значением фазового сдвига 180 градусов минус временной сдвиг в системе и любая необходимая коррекция фазы для конкретно полосы). Для этой иллюстрации также предполагают, что для обрабатываемых сегментов не требуется масштабирование амплитуды.
Посредством объединения сдвинутых по времени компонентов из каждого сегмента на этапе 98 формируют противошумовой сигнал 100. Когда этот противошумовой сигнал выводят в поток сигналов, как на этапе 102, противошумовой сигнал 100 смешивают с исходным шумовым сигналом 104, вызывая деструктивную помеху, эффективно подавляя или ослабляя шумовой сигнал. Оставшийся сигнал представляет собой любой несущий информацию сигнал 108, который можно извлечь на этапе 106.
Режим калибровки
Фиг. 9 иллюстрирует, как схема 10 обработки, входной микрофон 14, динамик 24 с усилителем и микрофон 26 обратной связи могут быть использованы для выполнения калибровки путем выборочного использования алгоритма процессора ядра системы при выполнении измерения.
В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления время распространения звука в воздухе вычисляют с отключенной системой шумоподавления процессора ядра системы и выходной мощностью. В этом состоянии время распространения звука в воздухе рассчитывают, как разница во времени между моментом, когда входной шум фиксируется на входе микрофона 14, и временем, когда шум фиксируется на микрофоне 26 обратной связи. Время распространения в системе измеряют с помощью системы шумоподавления процессора ядра системы. Тот же самый вход снова вводят во входной микрофон 14. На этот раз обрабатывают процессором ядра системы и выводят через динамик (например, динамик 24 или другой подходящий калибровочный динамик или преобразователь), размещенный перед микрофоном 26 обратной связи. Во время обработки входной сигнал в процессоре ядра системы, его частота может быть изменена таким образом, чтобы выходной импульс отличался от входного импульсного шума (или время/фаза двух сигналов могут быть использованы для различия выходного сигнала системы от исходного шума). Как сигналы, распространяющиеся в воздушной среде, так и генерируемые системой сигналы будут поступать в микрофон обратной связи. Время распространения в системе затем может быть рассчитано из времени входного импульсного сигнала для достижения микрофона обратной связи и времени выходного сигнала для достижения микрофона обратной связи.
Следует отметить, что этот режим калибровки может фактически исключить значительное количество инженерного времени, необходимого для «настройки» системы, чтобы учесть незначительные изменения среди используемых микрофонов или физическую геометрию наушников или наушников с шумоподавлением. Это может привести к значительному снижению затрат на разработку продукта. Режим калибровки также устраняет физические недостатки настройки отдельных наборов на производственной линии из-за допусков и отклонений производства отдельных компонентов (особенно в микрофонах), предоставляя автоматизированный способ начальной настройки. Данный аспект представляет собой еще один значительный признак экономии производственных затрат.
Используя временной сдвиг в системе, процессор вычисляет временную задержку конкретного сегмента, которую будут применять к каждому сегменту, чтобы сформировать точный противошум, требуемый для сегмента. Чтобы рассчитать точную временную задержку сегмента, процессор определяет время, необходимое для получения фазового сдвига на 180 градусов на центральной частоте конкретного частотного сегмента, и корректирует его по времени смещения системы. В частности, временную задержку сегмента рассчитывают, как абсолютное значение [времени фазового сдвига на 180 градусов минус временной сдвиг в системе]. На этом этапе будет также применяться любая фазовая коррекция, специфичная для полосы.
После того, как все временные задержки сегмента противошума рассчитаны, цифровые сигналы для каждого сегмента затем задерживают по времени на вычисленную величину для этого сегмента, и все сгенерированные таким образом противошумовые сегменты затем объединяют в один противошумовой сигнал, который затем выводят (например, на акустическую систему).
В вариантах осуществления, в которых используют микрофон обратной связи или другой источник сигнала обратной связи, процессор 10 сравнивает входной сигнал микрофона обратной связи с входным сигналом входного микрофона как по фазе, так и по амплитуде. Процессор использует сравнение фаз для корректировки применяемой временной задержки и использует амплитуду противошумового сигнала для корректировки амплитуды генерируемого сигнала шумоподавления. При корректировке амплитуды процессор может управлять амплитудой индивидуально для каждого сегмента в диапазоне частотных диапазонов (и, таким образом, эффективно управляя амплитудой для каждого сегмента). Альтернативно, частотная композиция и амплитуда самого сигнала обратной связи могут использовать для определения необходимых корректировок амплитуды и фазы каждого сегмента.
Подробное описание процесса функционирования процессора ядра системы
Ссылаясь теперь на фиг. 10, приведено подробное объяснение того, как схема 10 обработки сигналов реализует процесс функционирования процессора ядра системы. В частности, на фиг. 10 подробно показана архитектура программного обеспечения, реализованная схемой обработки сигналов в предпочтительном варианте осуществления. Пользователь может взаимодействовать с процессором, выполняющим процесс функционирования процессора ядра системы, несколькими способами. При желании пользователь может запустить режим конфигурации устройства глушителя на этапе 120. Таким образом, при необходимости пользователь также может сконфигурировать полосы частот и соответствующие значения ширины и амплитуды сегмента, параметры коррекцию фазы и амплитуды, специфичные для полосы, а также параметр порогового значения шума вентиля (часть структуры 59 данных (смотри также фиг. 7). Размер фрагмента также может быть установлен в качестве параметра интерфейса пользователя.
Альтернативно, пользователь может просто инициировать устройство глушителя на этапе 132. При этом, пользователь может дать команду инициировать процесс функционирования процессора ядра системы откалибровать устройство на этапе 134. Процесс калибровки побуждает программное обеспечение 124 процессора ядра системы выполнять процесс калибровки. посредством вызова механизма 126 калибровки, часть программного обеспечения 124 процессора ядра системы, работающего в схеме обработки сигналов, выполняет процесс калибровки, подробно описанный выше, тем самым, заполняя структуру 59 данных временем распространения звука в воздухе, временем распространения в системе и другими вычисленными параметрами. Эти сохраненные параметры затем используются механизмом 128 выработки противошума, также являющимся частью программного обеспечения 124 процессора ядра системы. Как показано, механизм 128 выработки противошума поставляет сигналы в динамик, который затем вводит противошумовой сигнал в поток сигналов на этапе 130.
Требуется ли это как часть процесса калибровки или как часть процесса уменьшения шума во время использования, процессор ядра системы вводит сигналы от входного микрофона и микрофона обратной связи, как показано на 136. Для уменьшения шума во время использования пользователь подает команду устройству подавить шум через пользовательский интерфейс как на этапе 138. Как показано, это вызывает введение противошумового сигнала в поток сигналов (например, в эфир 140). Если используется, белый шум или розовый шум также может быть введен в поток сигналов на этапе 142.
С целью дополнительной иллюстрации способа работы схемы обработки сигналов по алгоритму процессора ядра системы на примерных входных данных, ниже приведена таблица (для простоты в этой таблице предполагается, что коррекция для конкретной полосы частот не требуется). В приведенной ниже таблице указаны примерные определяемые пользователем диапазоны частот. Как можно видеть, примененная временная задержка может быть представлена как число с плавающей запятой, соответствующее времени задержки в секундах. Как показывают данные, типичные применяемые временные задержки могут быть довольно малыми, однако каждая применяемая временная задержка точно рассчитана для каждого данного частотного сегмента.
В отличие от традиционных технологий шумоподавления, алгоритм подавления шума процессора ядра системы обеспечивает исключительные результаты для частот выше 2000 Гц и способствует достижению хороших результатов по всему аудиоспектру (до 20000 Гц) и за его пределами (при условии достаточной скорости обработки). Обычные технологии, применяемые в настоящее время, достаточно эффективны только до приблизительно 2000 Гц и, по существу, неэффективны при частотах выше 3000 Гц.
Повышение разрешения частоты
Заполнение нулями представляет собой способ повышения частотного разрешения путем добавления нулей к сигналам. Однако этот подход создает шум, так как сигнал сильно искажается. В другом аспекте настоящего раскрытия предлагается применять заполнение нулями к каждой выборке данных из шумового сигнала, тем самым достигая повышенного частотного разрешения при сохранении хорошего разрешения во временной области. Этот способ описан в целом со ссылкой на фиг. 23.
Сначала на этапе 201 получается оцифрованный шумовой сигнал из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов. Каждая выборка данных из оцифрованного шумового сигнала обрабатывается для повышения частотного разрешения. В частности, одна или более дополнительных выборок добавляются на этапе 203 к заданной выборке данных для формирования последовательности выборок, где величина для каждой из одной или более выборок по существу равна нулю. Частотное разрешение увеличивается при добавлении большего количества нулей к выборке данных. Для шумового сигнала с частотой дискретизации 48 кГц добавление пятнадцати нулей к выборке данных позволяет получить частотное разрешение 3000 Гц, тогда как добавление 159 нулей к выборке данных обеспечивает частотное разрешение 300 Гц. Таким образом, количество добавленных нулей зависит от желаемого частотного разрешения. Понятно, что количество нулей, добавляемых к данной выборке данных, может варьироваться в зависимости от приложения.
Остальная часть способа подавления шума осуществляется таким образом, как описано выше. То есть представление последовательности выборок в частотной области вычисляется на этапе 204. В одном примере последовательность выборок преобразуется на этапе 205 в частотную область с использованием способа быстрого преобразования Фурье, хотя в настоящем раскрытии рассматриваются и другие способы. В частотной области представление последовательности выборок в частотной области сдвигается по времени на этапе 206. Представление в частотной области сдвигается на время, которое учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования. В одном варианте осуществления представление в частотной области сдвинуто на одинаковую величину времени по всем частотам. В другом варианте осуществления представление в частотной области сегментировано на множество шумовых сегментов, где каждый шумовой сегмент коррелирует с другим диапазоном частот, и один или несколько шумовых сегментов сдвигаются по отдельности. В этом случае количество времени, на которое сдвигается шумовой сегмент, может различаться среди множества шумовых сегментов.
Затем сдвинутое представление частотной области преобразуется на этапе 206 обратно во временную область и, таким образом, формируется составной противошумовой сигнал. Составной противошумовой сигнал затем выводится на этапе 207 в поток аудиосигналов для уменьшения шума за счет деструктивных помех.
На фиг. 24А-24С дополнительно показан пример осуществления способа снижения шума с повышенным частотным разрешением. Часть шумового сигнала во временной области показана на фиг. 24А. Этот подход уменьшает время расчета и вычислительную нагрузку за счет вычисления единичной импульсной характеристики системы и ее сохранения. Единичный импульс (то есть импульсная характеристика с величиной, равной единице) заполняется заданным числом нулей. Как отмечалось выше, количество добавленных нулей зависит от желаемого частотного разрешения. В иллюстративных целях единичный импульс заполнен 15 нулями для того, чтобы сформировать последовательность выборок, как показано на фиг. 24B.
Затем выполняется преобразование Фурье импульсной характеристики, и применяются все настройки параметров процессора ядра системы в целом и для конкретной полосы частот, эффективно соответствующим образом сдвигая каждую частотную составляющую, представленную импульсной характеристикой, на основе параметров процессора ядра системы. Затем к импульсной характеристике применяется обратное преобразование Фурье, создавая ряд значений амплитуды, представляющих заполненную нулями и сдвинутую импульсную характеристику. Это позволяет рассчитать противошум любой выборки путем простого умножения амплитуда каждой выборки на каждое значение сдвинутой импульсной характеристики и добавления их, как описано ниже, вместо применения быстрого преобразования Фурье, к каждой выборке целевого шумового сигнала (который требует больших вычислительных ресурсов и времени).
Чтобы проиллюстрировать эту технологию, ниже изложен числовой пример. Единичный импульс, заполненный 15 нулями, выглядит следующим образом:
Следующий результат получается путем применения преобразования Фурье к заполненному единичному импульсу.
В приведенной выше таблице каждая синусоида имеет амплитуду 1 и начальную фазу 0. При частоте дискретизации 48 кГц частоты синусоид в кГц показаны в следующей таблице:
Затем для каждой частотной составляющей выполняется соответствующий временной сдвиг. Численный пример проиллюстрирован в таблице, показанной на фиг. 24C. В этом примере различные частотные составляющие показаны в столбце 1. Коэффициент подавления (SF) измеряется в режиме калибровки или устанавливается пользователем для каждой отдельной полосы частот для устранения неравномерной частотной характеристики воздушной среды, микрофонов, динамиков и других устройств. В столбце 2 таблицы показаны значения коэффициента подавления для каждой конкретной частоты, измеренные в процессе калибровки. Полный требуемый фазовый сдвиг для каждой частотной составляющей состоит из четырех составляющих. Во-первых, сдвиг по времени в системе (SOT) является постоянным для всех синусоид и в этом примере составляет 10 микросекунд. Во-вторых, фазовый сдвиг для каждой конкретной синусоиды является различным, так как является различной соответствующая частота. Этот сдвиг называется фазовым сдвигом системы (SOP), как видно из столбца 4, который можно получить в радианах по следующей формуле: SOP = 2 x PI x частота x (SOT/1000000). В-третьих, такие устройства, как микрофоны, звуковые карты, динамики и провода, имеют свои собственные фазовые характеристики для разных частот, полученные из их графика Боде. Наряду с SOP требуется применять фазовые поправки (PC) для каждой полосы частот. Значения коррекции фазы (PC) определяются в процессе калибровки или устанавливаются опытным путем. В-четвертых, сдвиг полуволны, равный 180 градусам или π радиан для любой частоты, для инвертирования шумового сигнала. Полный фазовый сдвиг для каждой частоты показан в столбце 7. Затем противошумовая синусоида может быть получена путем сдвига амплитуды и фазы шумового сигнала на значения, указанные в столбце 8.
Чтобы вернуться во временную область, к значениям в столбце 8 таблицы, показанной на фиг. 24C, применяется обратное преобразование Фурье. Этот сигнал во временной области известен как единичная импульсная характеристика системы, пример которой показан на фиг. 24D. Численные значения единичной импульсной характеристики приведены ниже в таблице.
Эти значения предназначены только для иллюстрации. Единичная импульсная характеристика системы сохраняется для последующего использования при активном шумоподавлении.
Во время активного шумоподавления сохраненная единичная импульсная характеристика может использоваться для формирования противошумового сигнала без выполнения дорогостоящего в вычислительном отношении преобразования в частотную область и из нее. В этом примерном варианте осуществления каждая выборка данных из шумового сигнала умножается на сохраненную единичную импульсную характеристику. Продолжая приведенный выше пример, числовые значения для выборок данных приведены ниже в таблице.
Умножение первого значения (которое в данном примере равно 0,5) на единичную импульсную характеристику дает следующий результат:
Аналогично, умножение второго значения (которое в данном примере равно 0,49) на единичную импульсную характеристику дает следующий результат:
Продолжение для каждой выборки данных приводит к таблице, как показано на фиг. 25. Значения в каждой строке суммируются вместе с суммой, показанной в соответствующем столбце нижней строки. Таким образом, нижняя строка таблицы представляет противошумовой сигнал в цифровой области. В этом примере каждая выборка данных была дополнена пятнадцатью нулями, поэтому первые пятнадцать результатов будут неточными. Начиная с шестнадцатого столбца таблицы (то есть значение 0,269), сумма формирует амплитуду каждой выборки противошумового сигнала с соответствующими временами задержки и применяемым масштабированием амплитуды. Простые операции умножения и сложения в этом подходе выполняются быстрее, чем преобразование каждой выборки в частотную область и обратно.
Хотя способ заполнения нулями описан в контексте шумоподавления, понятно, что этот способ применим в других способах обработки сигналов, которые требуют повышенного частотного разрешения при сохранении разрешения во временной области. Затем сигнал может быть преобразован обратно во временную область и выведен, как описано ранее, для подавления исходного шумового сигнала.
Варианты осуществления различных случаев использования
Базовая технология, раскрытая выше, может найти широкое применение. Далее будут описаны некоторые из этих вариантов использования.
Варианты осуществления системы (аудио) глушителя в воздушной среде
Система глушителя в воздушной среде может быть реализована, как показано на фиг. 1 и описано выше. Возможны несколько разных вариантов осуществления. К ним относится одноблочная система с низким энергопотреблением, оптимизированная для обеспечения индивидуальной тихой зоны. Как показано на фиг. 11, компоненты, изображенные на фиг. 1, установлены на столе или в корпусе, содержащие динамик с усилением, который направлен на пользователя. Следует отметить, что микрофон 26 обратной связи расположен в звуковом поле динамика. Он может иметь фиксированную конфигурацию или может использовать съемный кронштейн, который также функционирует как подставка для микрофона, чтобы пользователь мог разместить микрофон обратной связи ближе к месту, где пользователь находится. Другим вероятным вариантом осуществления является размещение системы глушителя в смартфон или добавление в качестве приложения для смартфона. В этом варианте осуществления для построения системы можно использовать встроенные микрофоны и динамики телефона, а также микрофон из гарнитуры.
На фиг. 12 показан альтернативный вариант осуществления, где компоненты по фиг. 1 размещены на монтажной раме, приспособленной для размещения в окне комнаты, при этом оконная рама обозначена буквой W. В этом варианте осуществления входной микрофон 14 захватывает внешний звук и динамик 24 с усилением вводит в помещение противошумовой аудиосигнал. Микрофон обратной связи может быть расположен на кронштейне или удобно расположен рядом с пользователем. При желании микрофон обратной связи может осуществлять беспроводную связь со схемой 10 обработки, используя Bluetooth или другой протокол беспроводной связи. В этом варианте осуществления регулировки амплитуды для различных диапазонов полосы частот, определенных в калибровочной модели, вероятно, будут существенными (как в варианте осуществления для наушников) из-за того, как стены и окна влияют на первоначальный шум.
На фиг. 13 показан другой вариант осуществления, где компоненты фиг. 1 размещены в монтажном пакете для камеры, приспособленном для установки в воздуховоде HVAC системы или в воздуховоде системы вентилятора (например, потолочный вентилятор в ванной комнате, вентилятор для кухни, вентилятор для промышленной вентиляции и т.п.). В этом варианте осуществления звуки, генерируемые HVAC системой или системой вентиляторов, дискретизируют входным микрофоном 14, и противошумовой сигнал вводят в систему воздуховодов. В этом варианте осуществления, при желании, могут быть развернуты несколько акустических систем на вентиляционных регистрах по всему дому или в здании, так что HVAC или шум системы вентиляторов дополнительно уменьшают в каждом месте. Такой вариант с несколькими динамиками может использовать отдельные микрофоны 26 обратной связи в каждой комнате, например, рядом с каждым регистром. Схема 10 обработки может подавать сигнал управления громкостью усилителя индивидуально на каждый динамик с усилением для настройки уровня звукового давления противошумового сигнала для каждой комнаты. Помещения, расположенные ближе к источнику шума, могут потребовать более высокого усиления противошумового сигнала, чем помещения, расположенные дальше. В качестве альтернативы, может быть установлено отдельное устройство в отдельных регистрах, чтобы обеспечить конкретное управление условиями в конкретном местоположении.
Второй класс устройств глушителя в воздушной среде содержит мощные многоблочные системы, предназначенные для уменьшения шума, исходящего от источников высокой энергии. К ним относятся системы для уменьшения шума, создаваемого на строительных площадках, шума, создаваемого вдоль оживленных улиц или автомагистралей, шума, создаваемого близлежащими аэропортами. Эти же мощные, многоблочные системы также могут быть адаптированы к снижению шума по периметру школы и стадиона. Кроме того, мощные многоблочные системы могут использоваться для уменьшения дорожного шума в кабинах транспортных средств (например, автомобили, грузовики, военные танки, катера, самолеты и т.д.).
На фиг. 14 показана примерная высокомощная многоблочная система, развернутая для снижения шума на магистрали. Отдельные устройства глушителя, каждое из которых реализовано так, как показано на фиг. 1, расположены таким образом, что они перехватывают шум магистрали, используя свои соответствующие входные микрофоны 14, и вводят звуковую энергию противошума в окружающую среду, так что шум магистрали подавляют посредством разрушительных помех, расположенном на расстоянии. В качестве альтернативы устройство глушителя может быть расположено непосредственно во дворе дома, чтобы обеспечить более прямое покрытие.
В варианте осуществления шумоподавления на магистрали отдельные устройства глушителя предпочтительно устанавливают на вертикальных стойках или другой подходящей конструкции, чтобы динамики находились значительно выше головы любых людей, стоящих рядом. Микрофоны 26 обратной связи могут быть размещены на значительном расстоянии от устройства глушителя с использованием связи WiFi или другого протокола беспроводной связи для отправки информации обратной связи в схему обработки.
Кроме того, при желании, отдельные устройства глушителя могут быть беспроводным образом объединены в сеть, такую как сеть сотовой связи или локальная сеть, что позволяет устройствам глушителя обмениваться информацией о локальных звуковых входных сигналах и сигналах обратной связи, полученных каждым блоком устройства глушителя. В случае дорожного шума источники громкого шума могут отслеживаться входными микрофонами соответствующих устройств глушителя. Таким образом, в качестве звука от торможения грузовика с полуприцепом или мотоцикла с неэффективными глушителями двигателя вдоль участка защищенной от шума магистрали, система коллективных устройств глушителей может связываться друг с другом и адаптировать свои соответствующие сигналы шума для усиления того, что в противном случае возможно использовать как индивидуальный вход и микрофоны обратной связи. Это реализует форму подавления разнесенного шума, ставшую возможной благодаря тому, что используют два разных, математически ортогональных источника информации: (a) источники микрофонов обратной связи и (b) коллективные входные микрофоны, совместно используемые через сотовую сеть или локальную сеть.
Фиг. 15 иллюстрирует то, как мощная многоблочная система может быть развернута в транспортном средстве, таком как автомобильное транспортное средство. Микрофоны с несколькими входами расположены в местах входа шума в кабине. Эти входные данные обрабатывают по отдельности, либо с использованием нескольких ядер многоядерного процессора 10, либо с использованием нескольких процессоров 10 (показанных здесь как значок на информационно-развлекательном экране автомобиля), представляющий случай, когда система установлена на заводе и встроена в электронную систему автомобиля. Так как каждый входной сигнал обрабатывают индивидуально, нет необходимости в том, чтобы каждый сигнал сегментировался одинаковым образом. Действительно, каждый отдельный тип шумового сигнала, как правило, будет иметь свою собственную сигнатуру шума (шум в шине сильно отличается от шума глушителя, например). Таким образом, каждый входной сигнал сегментируют так чтобы наилучшим образом соответствовать частотному спектру и уровням звукового давления в каждом отдельном месте шума, чтобы обеспечить желаемые результаты в каждом местоположении пассажира.
Хотя в салоне транспортного средства могут быть использованы специальные противошумовые колонки, также можно использовать звуковую систему, уже имеющуюся в транспортном средстве. Таким образом, в проиллюстрированном варианте осуществления схема 10 обработки подает стереофонический или альтернативный аудиосигнал объемного звука, который смешивается со звуком, поступающим из развлекательной системы в салоне. Микширование может выполняться как в цифровой, так и в аудиообласти. Однако в любом случае, схема 10 обработки принимает сигнал данных, снабжающий схему обработки информацией о том, какой уровень громкости пользователь выбрал для развлекательной системы. Процессор использует эту информацию для регулировки громкости противошумового сигнала, чтобы он надлежащим образом нейтрализовал источники шума независимо от того, какой уровень громкости пользователь выбрал для развлекательной системы. Таким образом, когда пользователь увеличивает уровень громкости музыки, схема 10 обработки уменьшает шумовой сигнал, подаваемый в микшер для компенсации. Процессор запрограммирован на то, чтобы в кабине генерировались правильные уровни звукового давления, не влияющие на шум, независимо от того, как пользователь установил уровень звука для прослушивания развлекательного контента.
Еще один класс системы глушителя в воздушной среде обеспечивает функцию инвертирования в воздухе. В этом типе системы система глушителя конфигурируется в обратном порядке, чтобы сформировать «конус молчания», который позволяет частному разговору происходить публично, при этом другие не могут четко слышать, что говорится. Как показано на фиг. 16, устройство глушителя развернуто с одним или несколькими обращенными наружу динамиками. Входные микрофоны расположены в центре расположения динамиков, таким образом, помещая людей в частном разговоре на стороне «шумового ввода» аудиопотока. В этом варианте осуществления микрофоны 26 обратной связи развернуты в местах, где сторонние слушатели (нежелательные слушатели) не могут легко перекрывать эти микрофоны и, таким образом, изменять генерируемый шумовой сигнал для отмены этого разговора.
Телекоммуникационный микрофон, телекоммуникационная гарнитура и персональные наушники/вкладыши (аудио)
Система телекоммуникаций/наушников может быть реализована, как показано на фиг. 2 и описано выше. Возможны несколько разных вариантов осуществления.
Один такой вариант осуществления, показанный на фиг. 17, представляет собой приложение для смартфона, где входной микрофон находится на задней панели смартфона, динамик является динамиком приемника смартфона, процессор ядра системы реализован с использованием процессора смартфона, и микрофон обратной связи не используется (из-за фиксированной геометрии). В этом варианте осуществления тот же самый противошум может быть добавлен к передаче микрофона. Альтернатива этого варианта осуществления включает в себя пассивную гарнитуру, подключенную к разъему для микрофона/наушников, разъему фонарика и т.д. Чтобы этот альтернативный вариант был эффективным, микрофон на телефоне должен быть подвержен воздействию окружающего шума, а не находится в кармане, кошельке или рюкзаке.
Другим вариантом потребительского уровня могут быть наушники, гарнитура или вкладыши с шумоподавлением, причем обработку процессора ядра системы выполняют с использованием процессора и входного микрофона (микрофонов), включенных в состав гарнитуры, наушников или вкладышей, как показано на фиг. 18. В этом варианте осуществления (как описано ранее) общий процессор может использоваться для обоих ушей стереосистемы для продуктов с более низкой стоимостью/производительностью, а отдельные процессоры могут использоваться для каждого уха для продуктов с более высокой стоимостью/производительностью.
В коммерческих продуктах и военных изделиях, вероятно, будут использоваться более быстродействующие процессоры, отдельная обработка для каждого наушника и отдельный процессор для шумоподавления микрофона. Для наиболее важных применений дополнительный входной микрофон (микрофоны) будет использоваться для захвата окружающего шума высокой интенсивности (из-за скопления людей на стадионе, ветра, транспортных средств, боеприпасов и т.д.), процессор ядра системы будет находиться в непосредственной близости от фактической передачи микрофона, как показано на фиг. 19. Например, Navy Seals на F470 Combat Rubber Raiding Craft могут отказаться от горловых микрофонов, которые они используют в настоящее время, и могут получить преимущество в улучшении связи с использованием этого типа системы. Точно так же спортивные комментаторы будут наслаждаться меньшим, более легким, менее навязчивым, более «дружественным к камере» дизайном гарнитуры.
Автономная обработка сигналов (аудио)
Система автономной обработки сигналов может быть реализована, как показано на фиг. 3 и описано выше. В этом варианте осуществления известные шумовые характеристики могут быть уменьшены или исключены из записей или в ситуации работы в режиме реального времени с соответствующей задержкой между действием и фактической трансляцией. В этом варианте осуществления процессор ядра системы может представлять собой «плагин» другой системы программного обеспечения для редактирования или обработки, встроенный в другой процессор сигналов или в качестве автономного устройства, как показано на фиг. 20. Если характеристики шума должны быть удалены (или, в качестве альтернативы, сигнала, который будет передаваться в неизвестной шумовой среде: исключение этих частот из установок диапазона полосы частот и установка коэффициента масштабирования амплитуды на 1 для частот, отсутствующих в определениях диапазона полосы частот, позволят только этим частотам пройти), системные параметры могут быть установлены вручную (или через предустановки), чтобы эффективно удалить шум и передать целевой сигнал. В качестве альтернативы, режим калибровки можно использовать для анализа шума части «предварительной прокатки», чтобы определить соответствующие установки противошума. Варианты использования для этого варианта осуществления включают в себя удаление шума из старых записей, снижение шума в «живой» ситуации без отрицательного влияния на качество речи диктора, удаление шума из записи в системе наблюдения, усиление звука в записи наблюдения и т.д.
Шифрование/дешифрование (аудиодиапазон или за его пределами)
Система шифрования/дешифрования может быть реализована, как показано на фиг. 4, и описано выше. Основным вариантом использования здесь является передача частной информации путем тайного кодирования ее в узкие сегменты широкополосной передачи или шумового сигнала таким образом, который не оказывает существенного влияния на широкополосный сигнал. Другим вариантом использования этого варианта осуществления является включение дополнительных данных или информации о широкополосной передаче. Как показано на фиг. 21, «ключ» шифрования будет включать в себя информацию о частоте и амплитуде для «выделения» дискретных «каналов» в широкополосном сигнале, которые не окажут существенного влияния на широкополосный контент (например, белый шум). Кодированный сигнал будет размещаться на «несущих» соответствующих частот посредством модуляции, поэтому, когда «несущие» добавляют к широкополосному контенту, он будет казаться «нормальным» для наблюдателей. Ключ «дешифрования» будет предписывать установки амплитуды и частоты для диапазонов полосы частот, что приведет к аннулированию всей информации, кроме тех «несущих», которые затем могут быть демодулированы и декодированы. Ожидается, что это будет достигаться чаще всего путем исключения частот «несущей» из определений полосы частот и установки амплитуды по умолчанию из исключенных частот, установленных на 0. Сохранение сигналов «несущей» может быть дополнительно улучшено путем соответствующего масштабирования амплитуды противошума, сформированной в непосредственной близости от «несущих» частот как часть определения «ключа дешифрования».
В альтернативном варианте осуществления система шифрования/дешифрования может не выполнять этап «выделения» дискретных каналов в широкополосном сигнале. Скорее, эти дискретные каналы просто идентифицируют процессором на основе частной априорной информации, какие части частотных спектров следует выбирать. Такую априорную информацию о выбранных каналах сохраняют в памяти, к которой обращается процессор, а также доводится до сведения предполагаемого получателя сообщения тайным или личным способом. Сообщение, которое должно быть отправлено, затем модулируют на подходящей несущей, которая содержит сообщение в этих дискретных каналах, но смешивается с шумовым сигналом, который присутствует в противном случае. Весь широкополосный сигнал (включающий в себя дискретные каналы, маскированные шумом) затем передают. После приема широкополосный сигнал обрабатывают на стороне декодирования с использованием процессора, который запрограммирован для разделения широкополосного сигнала на сегменты, идентифицируют дискретные каналы, несущие сообщение (на основе априорной информации о частотах канала), и выполняют операцию снижения шума на каналах передачи сообщений.
Улучшение процесса обнаружения, приема или распознавания сигнатуры сигнала (аудиодиапазон и выше)
Улучшение распознавания, обнаружения или приема сигнатуры может быть реализовано, как показано на фиг. 5, и описано выше. Этот вариант осуществления процессора ядра системы облегчает распознавание, обнаружение или улучшение конкретных типов передач или сигнатур устройства в поле шума. На фиг. 22 показана возможность распознавания или обнаружения множества сигнатур в одном поле шума или передачи данных путем развертывания нескольких экземпляров процессора ядра системы для исследования этого поля. В отличие от других вариантов осуществления, где микрофон используют для захвата входящего шумового сигнала, в этом варианте осуществления шум, производимый конкретным устройством, захватывается в течение предварительно определенного периода времени, и затем захваченные данные обрабатывают путем вычисления скользящего среднего или другой манипуляции статистического сглаживания для разработки сигнатуры шума для этого устройства. В зависимости от природы устройства эта сигнатура шума может быть сигнатурой звуковой частоты (например, представляющей звук двигателя вентилятора), или она может быть сигнатурой электромагнитной частоты (например, представляющей радиочастотные помехи, создаваемые коммутируемым двигателем или мотором с электронным управлением). После этого сигнатура шума для этого устройства используется для генерации противошумового сигнала. Сигнатура шума, разработанная таким образом, может храниться в памяти (или в базе данных для доступа других систем), и при необходимости к ним может обращаться схема обработки сигналов, чтобы уменьшить шум конкретных устройств или классов устройств.
В дополнение к возможности снижения шума конкретных устройств, база данных хранимых сигнатур шума также может быть полезна для идентификации устройств по сигнатуре создаваемых шумов, путем установки процессора ядра системы для обработки только этих сигнатур. Один из вариантов использования предусматривает возможность энергетическим компаниям обнаруживать активацию неинтеллектуальных сетевых продуктов, чтобы помочь предвидеть нагрузку на сеть, вызванную унаследованными продуктами (системами HVAC, холодильниками и т.д.). Другим вариантом использования будет обнаружение или усиление отдаленной или слабой электромагнитной связи с известными характеристиками. Альтернативно, параметры частоты и амплитуды диапазонов частотных диапазонов могут быть установлены для обнаружения помех в поле передачи или шума, ассоциированного с конкретными инцидентами, такими как: электромагнитные помехи, которые могут быть вызваны беспилотным или другим объектом, пересекающим линию передачи или шумовое поле, активация оборудования наблюдения или контрнаблюдения, вмешательство в источники передачи или поля, атмосферные или земные события и т.д.
Вышеприведенное описание вариантов осуществления предоставлено в целях иллюстрации и описания. Настоящий документ не является исчерпывающим или ограничивающим настоящее изобретение. Отдельные элементы или признаки конкретного варианта осуществления, как правило, не ограничиваются этим конкретным вариантом осуществления, но, где это применимо, являются взаимозаменяемыми и могут использоваться в выбранном варианте осуществления, даже если специально не показано или не описано. То же самое может быть изменено во многих отношениях. Такие изменения не должны рассматриваться как отступление от настоящего изобретения, и все такие модификации должны находиться в рамках объема изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПОДАВЛЕНИЕ ШУМОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕГМЕНТИРОВАННОГО, ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ФАЗОВОГО ПОДАВЛЕНИЯ | 2018 |
|
RU2755511C2 |
| НАУШНИКИ | 2021 |
|
RU2807021C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВОСПРИНИМАЕМОГО КАЧЕСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА ПУТЕМ ОБЪЕДИНЕНИЯ АКТИВНОГО ШУМОПОДАВЛЕНИЯ И КОМПЕНСАЦИИ ВОСПРИНИМАЕМОГО ШУМА | 2013 |
|
RU2626987C2 |
| АКТИВНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ АУДИОШУМОВ | 2009 |
|
RU2545384C2 |
| ОТКРЫТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО | 2022 |
|
RU2800546C1 |
| УЛУЧШЕНИЕ СИГНАЛА ВЕКТОРА БЛИЖНЕГО ПОЛЯ | 2007 |
|
RU2434262C2 |
| СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ШУМОВ | 2019 |
|
RU2797926C1 |
| АКУСТИЧЕСКОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ | 2015 |
|
RU2655707C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОБРАБОТКИ АУДИОСИГНАЛА | 2017 |
|
RU2725017C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА ЭХОПОДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ ЗАДЕРЖКИ | 2009 |
|
RU2495506C2 |
Изобретение относится к системам активного шумоподавления. Способ включает в себя этапы, на которых: получают оцифрованный шумовой сигнал из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов; принимают выборку данных из оцифрованного шумового сигнала; добавляют одну или более дополнительных выборок к выборке данных для формирования последовательности выборок, причем величина для каждой из указанной одной или более дополнительных выборок по существу равна нулю; вычисляют представление последовательности выборок в частотной области; выполняют сдвиг представления последовательности выборок в частотной области по времени с использованием схемы цифрового процессора, тем самым создавая сдвинутое представление последовательности выборок в частотной области; преобразуют сдвинутое представление последовательности выборок из частотной области во временную область для формирования части противошумового сигнала; и выводят противошумовой сигнал в поток аудиосигналов для уменьшения шума за счет деструктивных помех. Технический результат – увеличение частотного разрешения и, как следствие, повышение эффективности шумоподавления. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 25 ил.
1. Способ подавления шума в потоке аудиосигналов, содержащем нежелательный сигнал, называемый шумовым сигналом, при этом способ содержит этапы, на которых:
получают оцифрованный шумовой сигнал из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов, причем оцифрованный шумовой сигнал включает в себя множество выборок данных;
принимают, схемой цифрового процессора, оцифрованный шумовой сигнал;
для каждой выборки данных из множества выборок данных добавляют, схемой цифрового процессора, одну или более единиц информации к каждой выборке данных для формирования набора данных, причем величина для каждой из указанной одной или более единиц информации равна нулю;
вычисляют, схемой цифрового процессора, представление в частотной области набора данных в частотной области;
выполняют сдвиг представления набора данных в частотной области по времени с использованием схемы цифрового процессора, тем самым создавая представление набора данных со сдвигом в частотной области;
преобразуют сдвинутое представление набора данных из частотной области во временную область для формирования части противошумового сигнала; и
выводят противошумовой сигнал в поток аудиосигналов для уменьшения шума за счет деструктивных помех,
при этом на этапах сдвига представления набора данных в частотной области и преобразования сдвинутого представления в частотной области дополнительно вычисляют преобразование Фурье для импульса с величиной, равной единице, выполняют сдвиг импульсной характеристики в частотной области, вычисляют обратное преобразование Фурье для сдвинутой импульсной характеристики и умножают величину выборки данных на величину сдвинутой импульсной характеристики во временной области.
2. Способ по п. 1, в котором количество указанной одной или более единиц информации, добавляемых к выборке данных, зависит от требуемого частотного разрешения для противошумового сигнала.
3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором добавляют нули к импульсу перед вычислением преобразования Фурье.
4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг импульсной характеристики на время, которое учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором вычисляют и сохраняют импульсную характеристику перед получением оцифрованного шумового сигнала.
6. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых вычисляют представление в частотной области с использованием способа быстрого преобразования Фурье и преобразуют сдвинутое представление набора данных из частотной области во временную область с использованием способа обратного быстрого преобразования Фурье.
7. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг представления в частотной области на время, которое зависит от выбранной частоты в представлении в частотной области и учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг представления в частотной области на величину, соответствующую времени фазового сдвига, вычисленному как половина обратного значения выбранной частоты.
9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором масштабируют по амплитуде представление в частотной области перед преобразованием сдвинутого представления набора данных из частотной области во временную область.
10. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором индивидуально сдвигают один или более шумовых сегментов в представлении в частотной области, причем представление в частотной области включает в себя множество шумовых сегментов и каждый шумовой сегмент из множества шумовых сегментов коррелирует со своей полосой частот.
11. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых преобразуют противошумовой сигнал в аналоговый сигнал и выводят противошумовой сигнал в поток аудиосигналов путем смешивания его с исходным шумом в потоке аудиосигналов.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором смешивают противошумовой сигнал с исходным шумом в потоке аудиосигналов с использованием динамика с усилителем или другого преобразователя, расположенного в потоке сигналов.
13. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором захватывают шумовой сигнал в потоке аудиосигналов с использованием по меньшей мере одного микрофона, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, для получения оцифрованного шумового сигнала.
14. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:
получают сигнал обратной связи путем дискретизации потока аудиосигналов после вывода противошумового сигнала в поток сигналов; и
обрабатывают сигнал обратной связи с использованием схемы цифрового процессора для регулировки амплитуды или фазы противошумового сигнала для улучшения подавления шумового сигнала.
15. Способ подавления шума в потоке аудиосигналов, содержащем нежелательный сигнал, называемый шумовым сигналом, при этом способ содержит этапы, на которых:
получают оцифрованный шумовой сигнал из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов, причем оцифрованный шумовой сигнал включает в себя множество выборок данных;
принимают, схемой цифрового процессора, оцифрованный шумовой сигнал;
для каждой выборки данных из множества выборок данных добавляют, схемой цифрового процессора, одну или более единиц информации к каждой выборке данных для формирования набора данных, причем величина для каждой из указанной одной или более единиц информации равна нулю;
вычисляют, схемой цифрового процессора, представление в частотной области набора данных в частотной области, причем представление в частотной области включает в себя множество шумовых сегментов и каждый шумовой сегмент из множества шумовых сегментов коррелирует со своей полосой частот;
индивидуально сдвигают один или более шумовых сегментов во времени с использованием схемы цифрового процессора;
объединяют указанное множество шумовых сегментов для формирования составного противошумового сигнала; и
выводят составной противошумовой сигнал в поток аудиосигналов для уменьшения шума за счет деструктивных помех,
при этом на этапах вычисления представления набора данных в частотной области и индивидуального сдвига одного или более шумовых сегментов дополнительно вычисляют преобразование Фурье для импульса с величиной, равной единице, выполняют сдвиг импульсной характеристики в частотной области, вычисляют обратное преобразование Фурье для сдвинутой импульсной характеристики и умножают величину выборки данных на величину сдвинутой импульсной характеристики во временной области.
16. Способ по п. 15, в котором количество указанной одной или более единиц информации, добавляемых к выборке данных, зависит от требуемого частотного разрешения для противошумового сигнала.
17. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором добавляют нули к импульсу перед вычислением преобразования Фурье.
18. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг импульсной характеристики на время, которое учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования.
19. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором вычисляют и сохраняют импульсную характеристику перед получением оцифрованного шумового сигнала.
20. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг представления в частотной области на время, которое учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования.
21. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют сдвиг представления в частотной области на величину, соответствующую времени фазового сдвига, вычисленному как половина обратного значения выбранной частоты.
22. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором масштабируют по амплитуде представление в частотной области.
23. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этапы, на которых преобразуют противошумовой сигнал в аналоговый сигнал и выводят противошумовой сигнал в поток аудиосигналов путем смешивания его с исходным шумом в потоке аудиосигналов.
24. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором смешивают противошумовой сигнал с исходным шумом в потоке аудиосигналов с использованием динамика с усилителем или другого преобразователя, расположенного в потоке сигналов.
25. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором захватывают шумовой сигнал в потоке аудиосигналов с использованием по меньшей мере одного микрофона, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, для получения оцифрованного шумового сигнала.
26. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этапы, на которых:
получают сигнал обратной связи путем дискретизации потока аудиосигналов после вывода противошумового сигнала в поток сигналов; и
обрабатывают сигнал обратной связи с использованием схемы цифрового процессора для регулировки амплитуды или фазы противошумового сигнала для улучшения подавления шумового сигнала.
27. Система для подавления шума в потоке аудиосигналов, который содержит шумовой сигнал, причем система содержит:
микрофон, выполненный с возможностью получения шумового сигнала из окружающей среды, в которой присутствует поток аудиосигналов;
аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью приема шумового сигнала из микрофона и преобразования шумового сигнала в оцифрованный шумовой сигнал;
процессор цифровых сигналов, выполненный с возможностью приема оцифрованного шумового сигнала из аналого-цифрового преобразователя и, для каждой выборки данных в оцифрованном шумовом сигнале, обработки данной выборки данных посредством
добавления одной или более единиц информации к данной выборке данных для формирования набора данных, причем величина для каждой из указанной одной или более единиц информации по существу равна нулю,
вычисления представления набора данных в частотной области,
сдвига представления набора данных в частотной области по времени, тем самым создавая сдвинутое представление набора данных в частотной области, и
преобразования сдвинутого представления набора данных из частотной области во временную область для формирования части противошумового сигнала; и
цифроаналоговый преобразователь, выполненный с возможностью приема противошумового сигнала из процессора цифровых сигналов и функционирования для преобразования противошумового сигнала в аналоговый противошумовой сигнал,
при этом процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью сдвига представления набора данных в частотной области и преобразования сдвинутого представления в частотной области путем вычисления преобразования Фурье для импульса с величиной, равной единице, сдвига импульсной характеристики в частотной области, вычисления обратного преобразования Фурье сдвинутой импульсной характеристики и умножения величины выборки данных на величину сдвинутой импульсной характеристики во временной области.
28. Система по п. 27, дополнительно содержащая смеситель, выполненный с возможностью приема потока аудиосигналов и аналогового противошумового сигнала и объединения потока аудиосигналов с аналоговым противошумовым сигналом.
29. Система по п. 27, дополнительно содержащая динамик, выполненный с возможностью приема потока аудиосигналов с аналоговым противошумовым сигналом.
30. Система по п. 27, в которой процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью вычисления представления в частотной области с использованием способа быстрого преобразования Фурье и преобразования сдвинутого представления набора данных из частотной области во временную область с использованием способа обратного быстрого преобразования Фурье.
31. Система по п. 27, в которой процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью сдвига представления в частотной области на величину, соответствующую времени фазового сдвига, вычисленному как половина обратного значения выбранной частоты.
32. Система по п. 31, в которой процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью сдвига представления в частотной области на время, которое зависит от выбранной частоты в представлении в частотной области и учитывает как время распространения, связанное с шумовым сигналом, так и время распространения в системе, связанное с пропускной способностью схемы цифрового процессора и любого связанного с ней оборудования.
33. Система по п. 27, в которой процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью масштабирования по амплитуде представления в частотной области перед преобразованием сдвинутого представления набора данных из частотной области во временную область.
34. Система по п. 27, в которой процессор цифровых сигналов выполнен с возможностью индивидуального сдвига одного или более шумовых сегментов в представлении в частотной области, причем представление в частотной области включает в себя множество шумовых сегментов и каждый шумовой сегмент из множества шумовых сегментов коррелирует со своей полосой частот.
35. Система по п. 29, дополнительно содержащая микрофон обратной связи, расположенный рядом с динамиком и выполненный с возможностью приема потока аудиосигналов, выводимого динамиком, причем процессор цифровых сигналов взаимодействует с микрофоном обратной связи.
36. Система по п. 35, в которой к импульсу добавляются нули перед вычислением преобразования Фурье.
37. Система по п. 36, в которой импульсная характеристика вычисляется и сохраняется перед получением оцифрованного шумового сигнала.
| WO 2013070985 А1, 16.05.2013 | |||
| WO 2002014891 A3, 21.02.2002 | |||
| US 5323391 A, 21.06.1994 | |||
| KR 1020090119779 A, 19.11.2009 | |||
| US 9557411 B2, 31.01.2017 | |||
| WO 2012120137 A1, 13.09.2012 | |||
| US 20180226064 A1, 09.08.2018 | |||
| US 2016174941 A1, 23.06.2016 | |||
| US 2005096873 A1, 05.05.2005 | |||
| US 20140219530 A1, 07.08.2014 | |||
| WO 2012174267 A1, 20.12.2012 | |||
| US 5416845 A, |
