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CN107211209A - 用于超声波音频系统的误差校正 - Google Patents

用于超声波音频系统的误差校正 Download PDF

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CN107211209A
CN107211209A CN201580075695.2A CN201580075695A CN107211209A CN 107211209 A CN107211209 A CN 107211209A CN 201580075695 A CN201580075695 A CN 201580075695A CN 107211209 A CN107211209 A CN 107211209A
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Abstract

用于去除或减小超声波音频系统中的失真的系统和方法可以包括：接收第一音频信号，其中，所述第一音频信号表示将使用所述超声波音频系统再现的音频内容；计算用于所述超声波音频系统的第一误差函数，所述第一误差函数包括通过由所述超声波音频系统对所述音频内容的再现所引入的失真的评估；通过将所述第一误差函数与所述第一音频信号组合，将所述第一音频信号变换为第一预调音频信号；以及将变换的音频信号调制到超声载波上。

Description

用于超声波音频系统的误差校正
技术领域
所公开的技术总体涉及超声波音频系统，以及更具体地，一些实施方式涉及用于超声波音频系统的误差校正系统和方法。
背景技术
非线性转换源自将足够强烈的、音频调制的超声信号引入气柱中。自解调或下变频沿着气柱发生，导致产生可听到的声频信号。该过程因为如下已知物理原理而发生：当在同一媒介中同时辐射具有不同频率的两种声波时，通过这两种声波的非线性(参数化)交互产生包括这两个频率的和与差的调制波形。当两个原始声波为超声波及其之间的差被选择为音频频率时，可以通过参数化交互生成可听见的声音。
参数化音频再生系统通过发生在诸如空气的媒介中的非线性过程中的两个声频信号的外差作用来产生声音。声频信号通常在超声波频率范围中。媒介的非线性导致由该媒介产生的声频信号，该声频信号为声频信号的和与差。因此，在频率上分离的两个超声信号可以形成不同的音调，该音调在20Hz至20,000Hz的人听觉范围内。
发明内容
根据所公开的技术的实施方式，包括用于超声波音频系统中的误差校正的系统和方法。在一些实施方式中，一种用于去除或减小超声波音频系统中的失真的方法可以包括：接收第一音频信号，其中，所述第一音频信号表示将使用所述超声波音频系统再现的音频内容；计算用于所述超声波音频系统的第一误差函数，所述第一误差函数包括通过由所述超声波音频系统对所述音频内容的再现所引入的失真的估计；通过将所述第一误差函数与所述第一音频信号组合，将所述第一音频信号变换为第一预调音频信号；以及将变换的音频信号调制到超声载波上。
在本实施方式和其它实施方式中，被用于误差校正的系统接收的第一音频信号可以为被传送以供超声波音频系统回放的音频内容的电子表示。这可以为原始未经处理的音频内容，或它可以为被一种或多种各个技术处理的预处理音频内容。该预处理可以包括例如用于使用各种误差校正技术的误差校正的压缩、均衡、滤波、和处理。因此，误差校正技术可以直接被应用，或它们可以利用相同的、类似的或其它的误差校正技术而以递归方式(无论之前还是之后)来应用。
在各个实施方式中，第一误差函数可以为H(x)2+x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及组合该误差函数的反相。在各个实施方式中，H(x)2+x2的反相为H(x)2+x2的加法逆元，以及将第一误差函数的反相与第一音频信号组合可以包括将第一误差函数的反相与第一音频信号相加。在其它实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换。
在各个实施方式中，操作还可以包括：在组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于第一误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
在各个实施方式中，操作还可以包括：接收第一预调音频信号；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，其中，所述第二误差函数包括通过由超声波音频系统对音频内容的再现所引入的失真的第二估计；以及通过将第二误差函数与预调音频信号组合，将预调音频信号变换为第二预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。第一误差函数和第二误差函数中的一者可以包括H(x)2+x2的加法逆元，以及第一误差函数和第二误差函数中的另一者可以包括H(x)2-x2，其中，χ为接收的音频信号且H(x)为希尔伯特变换。
在一些实施方式中，操作还可以包括：将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于第一误差函数和第二误差函数中的一者或两者以调节发射器或滤波器响应。
在各个实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算第一误差函数的加法逆元；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2-x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；将第二误差函数与第一误差函数的加法逆元组合以生成第三误差函数；以及通过将第三误差函数与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。第一误差函数可以包括H(x)2+x2的加法逆元，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，且该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2+x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；将第二误差函数与第一误差函数的加法逆元组合以生成第三误差函数；以及计算第三误差函数的加法逆元；通过将第三误差函数的加法逆元与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。
第一误差函数可以包括H(x)2+x2的加法逆元，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2+x1 2的加法逆元，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；通过将第二误差函数与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。
在一些实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2-x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；通过将第二误差函数与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。
第一误差函数可以包括H(x)2+x2的加法逆元，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于接收的第一音频信号以调节发射器或滤波器响应。操作还可以包括：在组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于第一误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
在一些实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于接收的第一音频信号以调节发射器或滤波器响应。操作还可以包括：在组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于第一误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
在其它实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2+x2的加法逆元，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2+x1 2的加法逆元，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；通过将第二误差函数与接收的第一音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。
在其它实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2-x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；通过将第二误差函数与第一音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。
在各个实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2-x2，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算第一误差函数的加法逆元；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2-x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；将第二误差函数与第一误差函数的加法逆元组合以生成第三误差函数；以及通过将第三误差函数与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。而且，操作还可以包括：将相移、或振幅调节、或相移和振幅调节二者作为频率的函数应用于接收的第一音频信号，以调节发射器或滤波器响应。
在一些其它实施方式中，第一误差函数可以包括H(x)2+x2的加法逆元，其中，x为接收的第一音频信号且H(x)为希尔伯特变换，以及操作还可以包括误差校正的附加循环，该附加循环可以包括：在调制之前接收用于误差校正的附加循环的变换的音频信号和第一误差函数；计算用于超声波音频系统的第二误差函数，该第二误差函数包括H(x1)2+x1 2，其中，x1为接收的变换的音频信号且H(x1)为该变换的音频信号的希尔伯特变换；将第二误差函数与第一误差函数的加法逆元组合以生成第三误差函数；以及计算第三误差函数的加法逆元；通过将第三误差函数的加法逆元与变换的音频信号组合来变换第一预调音频信号；其中，将变换的音频信号调制到超声载波上的步骤可以包括将变换的预调音频信号调制到超声载波上。操作还可以包括：将相移、或振幅调节、或相移和振幅调二者节作为频率的函数应用于接收的第一音频信号，以调节发射器或滤波器响应。
在其它实施方式中，一种用于去除或减小超声波音频系统中的失真的系统可以包括：接收器；误差校正模块，该误差校正模块通信地联接到接收器且配置成(i)接收表示将使用超声波音频系统再现的音频内容的第一音频信号，以及(ii)计算用于超声波音频系统的第一误差函数，该第一误差函数包括通过由超声波音频系统对音频内容的再现所引入的失真的估计；求和模块，该求和模块配置成通过将第一误差函数与第一音频信号组合来将第一音频信号变换为第一预调音频信号。还可以提供调制器以在执行误差校正之前或之后将信号调制到超声载波上。该系统可以配置成执行如上文所陈述的方法。
从结合附图进行的如下详细描述，所公开技术的其它特征和方面将变得明显，附图以示例方式示出了根据所公开技术的实施方式的特征。发明内容不意图限制本文中所描述的任何发明的范围，该范围仅由所附权利要求限定。
附图说明
参照附图详细地描述本文中根据一个或多个各种实施方式所公开的技术。仅出于说明目的提供附图，以及附图仅仅描绘了所公开技术的典型的或示例性实施方式。这些附图被提供以促进读者对所公开技术的理解且不应当被视为限制所公开技术的宽度、范围或适用性。应当注意，为了简化和方便说明，这些附图不一定按比例绘制。
图1为示出适合于与本文中所描述的发射器技术一起使用的超声波声音系统的图。
图2为示出适合于与本文中所描述的发射器技术一起使用的信号处理系统的另一示例的图。
图3为示出未校正的双音调输入的示例的图。
图4为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的误差校正信号(等式3)的一个应用的效果的图。
图5表示等式3的递归应用。
图6为示出等式4的示例性应用的图。
图7为示出应用等式4的第二轮的示例的图。
图8为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的互调误差校正的一个应用的信号路径的示例的图。
图9示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的谐波失真误差校正的示例性应用。
图10为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的递归地应用多轮误差校正的示例的图。
图11为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的用于基本互调误差校正的示例性方框的图。
图12为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的用于基本谐波失真误差校正的示例性方框的图。
图13为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的互调误差校正和谐波误差校正的递归应用的示例的图。
图14为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的利用原始音频输入作为递归过程的输入的互调失真校正的示例的图。
图15为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的利用原始音频输入作为递归过程的输入的谐波失真误差校正的示例的图。
图16为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的使用原始音频输入(即，非前馈)的递归处理的示例的图。
图17为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的具有前馈处理的示例性互调误差校正的图。
图18为示出根据本文中所公开的技术的一个实施方式的具有前馈处理的谐波失真误差校正的示例的图。
图19为示出根据本文中所公开的系统和方法的另一实施方式的前向递归处理的示例的图。
图20示出可以在实施所公开技术的实施方式的各种特征中使用的示例性计算模块。
这些图不意图是详尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。应当理解，本发明可以利用修改和变更来实践，以及所公开技术仅受权利要求及其等效物限制。
具体实施方式
本文中所描述的系统和方法的实施方式提供超声音频系统或用于各种各样不同应用的其它参数化或超声波音频系统。特定实施方式提供音频再生系统，该音频再生系统使用超声波发射器发射音频调制的超声信号且并入误差校正系统以补偿谐波失真、互调失真或二者。
为了提供根据各个实施方式的对于误差校正的基础，讨论失真是有用的。失真可以被认为是在输出端的不同于所期望的信号或声音。非线性失真涉及创建不在输入中的音调或频率。许多超声波音频传输系统已经采用非线性失真来从超声波创建音频。因此，这些系统可能易受不想要的非线性失真的影响。本文中所公开的技术的各个实施方式可以被实施为工作以通过修改输入音频补偿该失真，从而当最终在空中解调时，实际上或尽可能如实地再现原始信号。
非线性失真自身以两种形式出现：互调失真和谐波失真。互调失真为不同频率的创建。例如，如果2kHz和3kHz创建了互调失真，则形成的频率将会为3kHz-2kHz＝1kHz。谐波失真创建双倍与总和。如上文，如果给出2kHz信号和3kHz信号，则谐波失真将会创建3个不同频率：2*2＝4khz，2*3＝6kHz和2+3＝5kHz。这两种类型的失真均存在于典型超声波音频应用中，但是在振幅和相位方面是不同的。
图1为示出适合于结合本文中所描述的系统和方法一起使用的超声波声音系统的图。在这个示例性超声波音频系统1中，接收来自音频源2的音频内容，例如，该音频源2诸如麦克风、存储器、数据存储设备、流媒体源、MP3、CD、DVD、机顶盒、或其它音频源。根据该源，可以解码音频内容并将其从数字形式转换为模拟形式。使用调制器将由超声波音频系统1接收的音频内容调制到频率f1的超声载波上。该调制器通常包括用于生成超声载波信号的本地振荡器3、和用于将音频信号调制到载波信号上的调制器4。形成的信号为具有处于频率f1的载波和一个或多个旁瓣的双边带或单边带信号。在一些实施方式中，该信号为参数化超声波或HSS信号。在大多数情况下，所使用的调制方案为振幅调制或AM，但是也可以使用其它调制方案。振幅调制可以通过将超声载波乘以信息携带信号来实现，该信息携带信号在本情况下为音频信号。调制信号的频谱可具有两个边带(上边带和下边带)和载波本身，这两个边带相对于载波频率是对称的。
调制的超声信号被提供给超声换能器或发射器6，该超声换能器或发射器6将超声信号发射到空气中，产生超声波7。当通过换能器以足够高的声压级回放时，由于‘播放’或传输其所通过的空气的非线性行为，信号中的载波与一个或多个边带混合以解调信号并再现音频内容。这有时被称为自解调。因此，即使对于单边带实现方式，载波也被包括在发射的信号中，从而自解调可以发生。
尽管图1中所示的系统使用单一换能器来发射音频内容的单一信道，但是本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后将理解如何可以使用多个混合器、放大器和换能器来使用超声载波传输多个音频信道。根据应用可以将超声换能器安装在任何预期位置上。
在图2中示意性地示出了适合于与本文中所描述的技术一起使用的信号处理系统10的一个示例。在本实施方式中，各个处理电路或部件以根据一个实现方式对其布置的次序(关于信号的处理路径)来示出。将理解，处理电路的部件可以改变，只要可以通过各个电路或部件按该次序处理输入信号即可。而且，根据该实施方式，处理系统10可以包括比所示的部件或电路更多或更少的部件或电路。
而且，在图1中所示的示例被优化以用于处理两个输入和输出信道(例如“立体声”信号)，其中各个部件或电路包括对于信号的每个信道基本上匹配的部件。本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后将理解，音频系统可以使用单一信道(例如，“单耳”或“单声道”信号)、两个信道(如图2所示)、或更大数量的信道来实现。
现在参照图2，示例性信号处理系统10可以包括音频输入端，该音频输入端可以对应于音频输入信号的左信道12a和右信道12b。该音频输入端可以包括例如接收音频输入的接收器。该接收器可以包括例如输入线、电路(例如形成运算放大器或其它信号接收器)、或大量传统可用的或传统使用的线输入接收器中的任一者。对于DSP或其它类似环境，可以将接收的音频输入数字化以供数字处理。均衡网络14a、均衡网络14b可以被包括以提供信号的均衡。该均衡网络例如可以提高或抑制预定频率或频率范围以增大由参数化发射器组件的发射器/电感器组合自然而然提供的益处。
在使音频信号均衡之后，可以包括压缩电路16a、压缩电路16b以压缩输入信号的动态范围，有效地提高输入信号的某些部分的振幅且降低输入信号的某些其它部分的振幅。更特别地，可以包括压缩电路16a、压缩电路16b以使音频振幅的范围变窄。在一个方面，压缩器以不小于大约2:1的比率使输入信号的峰间振幅变小。将输入信号调节到较窄范围的振幅可以被进行以使失真最小化，这是这种调制系统的受限动态范围的特性。在其它实施方式中，均衡网络14a、均衡网络14b可以被提供在压缩器16a、压缩器16b之后，以使压缩后的信号均衡。
可以包括低通滤波电路18a、低通滤波电路18b以提供该信号的高部分的切断，以及包括提供音频信号的低部分的切断的高通滤波电路20a、高通滤波电路20b。在一个示例性实施方式中，使用低通滤波器18a、低通滤波器18b来切断高于大约15kHz至20kHz的信号，以及使用高通滤波器20a、高通滤波器20b来切断低于大约20Hz至200Hz的信号。
低通滤波器18a、低通滤波器18b可以配置成消除较高频率，该较高频率在调制之后可以导致产生不想要的可听见的声音。通过示例，如果低通滤波器切断大于15kHz的频率且载波频率为大约44kHz，则差信号将不低于大约29kHz，这仍在人的可听范围之外。然而，如果允许高达25kHz的频率通过滤波电路，则生成的差信号可以在19kHz的范围中，这在人听力范围内。
在示例性信号处理系统10中，在通过低通滤波器和高通滤波器之后，通过调制器22a、调制器22b调制音频信号。调制器22a、调制器22b将音频信号与由振荡器23生成的载波信号混合或组合。例如，在一些实施方式中，使用单一振荡器(在一个实施方式中，该振荡器在所选频率40kHz至150kHz下被驱动，该范围对应于在振荡器中可使用的现成的晶体)驱动两个调制器22a、22b。通过将单一振荡器用于多个调制器，将相同载波频率提供给多个信道，该多个信号从调制器被输出在24a、24b处。将相同载波频率用于每个通道降低了任何可听见的拍频可发生的风险。
高通滤波器27a、高通滤波器27b也可以被包括在调制阶段之后。高通滤波器27a、高通滤波器27b可用于传递调制的超声载波信号且确保无音频频率借助输出端24a、输出端24b进入放大器。因此，在一些实施方式中，高通滤波器27a、高通滤波器27b可配置成过滤掉低于大约25kHz的信号。
如上所述，当通过换能器以足够高的声压级发送调制的载波时，该信号中的载波与一个或多个边带混合以解调信号且再现音频内容。这有时被称为自解调。空气占主要优势地为线性介质，但是当足够强力驱动时，空气具有非线性成分。这可以用输入-输出模型来表示，
Air(x)＝A′x+Gx2，...............................(1)
其中，Air(x)表示空气中的对于给定输入x的输出压力波。A’为线性系数且G为非线性系数。在常温和常压下，G＜＜A’，这解释了为什么常规音频行进很长距离而在常规听力水平下无失真。
参数化音频通过使用x^2的混频效应而利用第二项。为了说明该效应，考虑输入，
xin＝Acos(ω1t)+Bcos(ω2t)。
使用等式1，空气中的输出因此为，
Air(xin)＝A′xin+G(A2cos2(ω1t)+B2cos2(ω2t)+
2ABcos(ω1t)cos(ω2t))...................(2)
如下三角恒等式可用于以更易理解的形式对其重写：
cos2(θ)＝.5-.5cos(2θ)，
cos(a)cos(b)＝.5(cos(a-b)+cos(a+b))。
等式2然后可以被重写为(去除DC)，
Air(xin)＝A′xin
+G(-.5A2cos(2ω1t)
-.5B2cos(2ω2t)+ABcos((ω1-ω2)t)+ABcos((ω1+ω2)t)。
这示出了，使用在等式1中给出的模型，空气将再现输入频率以及该输入的二倍、和与差。如果该输入为超声波，则仅有可能被听见的项为差音(粗体)。所有其它必定为比该输入更高的频率且因此不可听见。
超声波音频系统和方法的实施方式可以配置成接收规则的音频输入流且对其执行单边带(single sideband，SSB)调制。这有效地将输入音频频率添加到载波基准频率。例如，如果基带音频为处于1kHz的音调且所选的载波频率为90kHz，则调制的输出为90kHz+1kHz＝91kHz。如果这在同样响亮的载波(处于90kHz)的旁边播放，则差音(91kHz-90kHz)刚好为1kHz以及在空中再现该输入。
当利用多个音调分析时，SSB调制及其随后在空中的解调变得更加繁琐。将2音调输入(比如上文示例)而非为超声频率的这些作为示例，现在认为它们处于声频带中。应用SSB调制且添加载波音调给出，
SSB(xin)＝.5cos(ωct)+Acos(ωct+ω1t)+Bcos(ωct+ω2t)
其中，ωc为载波频率以及A+B＝0.5，从而最大输出为+/-1。
优选方法是具有空气非线性(等式1)以再现仅2个音调(ω1和ω2)，然而当应用该模型时(忽略声频带之外的所有音调)，
Air(SSB(xin))＝G(.5Acos(ω1t)+.5Bcos(ω2t)+2ABcos(ω1t-ω2t)
这示出在输入音调的差频下产生第三音调。这是互调失真且是HSS SSB方法的基础结果。
根据各个实施方式的系统和方法被实施为预测该“误差”并使输入音频预先失真以包括180度相位差的预测误差音调。包括反相(180°相位差或加法逆元)误差信号消除了空中的真实误差，仅留下两个期望的音调。这是对于如本文中所描述的“误差校正”的基本依据。
可以利用如下滤波器从任意输入生成与输入系数的乘积成比例的差音，
Errorim(x)＝.5(x2+H(x)2)...................................(3)
其中，H(x)为输入信号的希尔伯特变换。
将这应用于xin将示出其结果，
Errorim(xin)＝.5(A2cos2(ω1t)+B2cos2(ω2t)+
2ABcos(ω1t)cos(ω2t)+A2sin2(ω1t)+B2sin2(ω2t)+
2ABsin(ω1t)sin(ω2t))
＝.5(A2+B2+2ABcos(ω1t)cos(ω2t)+2ABsin(ω1t)sin(ω2t))
＝.5(A2+B2+2AB(cos(ω1t-ω2t)+cos(ω1t+ω2t)+cos(ω1t-ω2t)
-cos(ω1t+ω2t))
＝.5A2+.5B2+ABcos(ω1t-ω2t)
应用高通滤波器来消除DC(前两项)然后将给出正确频率和所期望的IM失真信号的振幅的评估。在调节级别和相位(例如使用经验性的测量)之后，从输入信号减去这个将删除非预期信号。然而，在该减法之后，新频率被添加到输入且与这个新输入相关的新互调失真频率将开始出现。因此，各个实施方式使用“递归”误差校正技术来至少部分地补偿这点。在将来自等式3的误差滤波器应用于先前的第一级误差校正信号，开始删除由第一轮创建的不想要的音调。只要系数AB＜1，则随后的各轮应当继续改善总失真特性。
这是IM失真背后的理论。为了理解真实系统中的繁琐，现在参照图3。图3为示出未校正的双音调输入的示例的图。在图3的示例中，具有两个输入：f1＝1kHz和f2＝5.5kHz。为了使它们处于相同级别，A＝0.95且B＝0.05以补偿空气的12dB/十进制高通滤波器特性。图3中每个频率下方所列的为关于输入音调的每个音调的用实验方法确定的相位。这表示大约75％总谐波失真。
如该图示出，具有比仅仅预期的f2-f1多出几个不想要的音调。这些是由更高阶的失真产物生成的。例如，可以通过采用xin的四次幂来生成2f1。相关项为，
SSB(xin)4＝…+.25A2cos(2ωc+2ω1)cos(2ωc)+…
图4为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的误差校正信号(等式3)的一个应用的效果的图。如在该图中可见，极大地减小了目标频率f2-f1(大约10dB)，如由曲线的虚线部分所示。添加到信号的新频率导致f2-2f1的增大，如所预期的。
图5表示等式3的递归应用。它具有降低f2-2f1的预期效果但是它也降低了f2-f1。这是因为存在有更高阶失真的事实。不同相地添加的音调f2-2f1降低了对f2-f1的更高阶贡献。
尽管显著降低了IM失真产物，但是音频质量仍不是完美的。具有将失真贡献给输出的谐波失真产物(加倍与总和)。可以以类似于互调产物的方式删除这些。要使用的误差滤波器通过如下给出，
Errorhar(x)＝.5(x2-H(x)2)................................(4)
该滤波器以等式3生成差频的大致相同方式生成加倍与总和。注意，将利用该误差项删除的失真产物与IM失真产物的相位相差180度。因为由等式4产生的误差项与输入同相，因此它们需要被添加到该信号以删除非预期项，而非减去。在图6中给出了添加等式4的一轮的输出。特别地，图6为示出等式4的示例性应用的图。
由此可见，等式4的应用提供了对失真产物的大幅降低，如由虚线所示。不仅它极大地降低了第一阶(加倍与总和)，而且那些形成的校正也降低了更高阶产物。
图7为示出应用等式4的第二轮的示例的图，这在本示例中删除了所有失真产物。特别地，2f1、3f1、4f1和f1+f2产物已被去除，如由虚线所示。在其它布置中，可能需要进一步改进，以及通过改善误差校正的相位特性，该进一步改进是可行的。
实验上，可以找出一系统，该系统由于电子或机械因素而将在上文举例的误差校正的4个应用之后具有残留的失真音调。这些音调中的每一者可以在特定振幅和相位处通过直接应用而进一步减小。此时，相位从来不为180度或0度。这意味着，该系统中的相移在发射器处或在发射器之前阻止不想要音调的完全删除。
因此已描述了误差校正的实际效果的示例，现在描述误差校正的示例性实施方式。本文中所公开的技术的实施方式可以配置成通过分离这两种类型的非线性失真并针对它们每一者单独校正而以新颖方式实现用于超声波音频系统的误差校正。
传统的解决方案已使用参数化解调失真模型来创建误差信号。然而，传统的解决方案趋向于混合互调失真产物和谐波失真产物二者。超声波音频系统的测量已显示，互调失真产物和谐波失真产物不总是同相的且实际上通常可以相位相差180度。因此，传统的解决方案可以减小一些副产物同时增大另一些副产物。
困难在于，几乎所有非线性函数(Abs、Log、多项式等)经受相同的挑战。比率可以在非线性因素之间改变，但是失真产物的系统性减小仍然难以捉摸。如果输入是预期的且已知的，则系统可以被实施为预先移相以进行合适校正。然而，误差校正的重要目标是校正任意的且未知的输入。
根据各个实施方式，发明人已经开发了两个非线性函数且这两个非线性函数可以被用在各个实施方式中以处理该问题：
IntermodError(x)＝H(x)2+x2
HarmonicError(x)＝H(x)2-x2
其中，H(x)为希尔伯特变换，这是公知的信号处理函数，以及x为音频输入信号。IntermodError为非线性函数，其仅产生互调产物；以及HarmonicError为非线性函数，其仅产生谐波失真产物。在各个实施方式中可以单独地或联合地实施这些函数，如本文中所描述，以优于传统方法来提供改进失真校正的意想不到的结果。因此，可以实施允许在参数化音频系统中的谐波失真和互调失真二者的校正的实施方式。通过将两种类型的失真分为两个单独函数，实施方式可以被实施成将它们看待为两个单独的误差信号。可以针对两个误差源实施校正，通常产生更好结果。
在各个实施方式中，优化系统可以以经验为主地发生。利用放在期望距离(例如在收听位置)的麦克风，可以将测试音调应用于该系统。这可以为最小2个音调，例如，但是理论上不具有最大值，只要它们的和与差是唯一频率且可以与背景分离即可。多个系列的音调可以用于在宽频率范围上优化系统。
图8为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的互调误差校正的一个应用的信号路径的示例的图。该示例包括IM误差模块325、反相(*-1)模块327、相位+EQ模块329、求和模块331和缩放模块333。
图8的示例示出了互调(IM)误差校正的应用。互调误差校正模块322接收表示将使用超声波音频系统再现的音频内容的音频信号。接收的音频输入信号可以为表示在超声波音频系统上待播放的音频内容的模拟信号。在数字实现中，例如使用DSP，接收的音频输入信号可以为数字信号或它可以被转换(例如使用诸如模数转换器)以供数字处理。
互调误差校正模块322将上文提出的IntermodError(x)函数H(x)2+x2应用于输入音频信号。互调误差校正模块322的输出可以直接前进到调制器用以输出到发射器或可以前进到更多附加轮的误差校正。
在该示例性互调误差校正模块322中的第一个框为IM误差模块325，该IM误差模块生成由于互调失真造成的误差的估计。这可以被称为误差信号或误差函数。通过反相模块327使这个估计的误差信号326反相以创建反相的估计的误差信号328。在一些实施方式中，反相模块327配置成将估计的误差信号326变换为估计的误差信号的加法逆元。这有效地改变估计的误差信号326的符号。这可以例如通过使误差信号乘以负1(例如*-1)以改变其符号来完成。
相位+EQ模块329可以配置成将相移或振幅调节或二者(作为频率的函数)应用于反相误差信号328以调节发射器或滤波器响应。相位+EQ模块329还可以用作DC阻塞滤波器。该调节可以应用于如所示的反相的估计的误差信号328(在计算IM误差估计之后)。它可以使用线性滤波器来应用以及该应用可以通过调节系数的表格(诸如，例如在DSP中)来进行。系数可以基于获得的结果来调节。例如，可以进行失真测量以及可以基于获得的结果进行调节。
作为另一示例，麦克风可以放在输出端以获得源自于由发射器(未示出)发射的信号的音频，相应地，可以进行失真测量和进行相位+Eq调节。例如，这可以使用作为音频输入的一系列音调以及基于由发射器对那些音调的再现测量失真来完成。在一些实施方式中可以将反馈和调节配置为在音频系统的操作期间实时(例如一直)运行以在持续的基础上优化调节。例如，可以对音频信号应用傅立叶变换，从其确定频率分量，以及通过分析这些频率分量确定失真。在各个实施方式中，相位+EQ可以被实施为一系列有限冲击响应(FiniteImpulse Response，FIR)滤波器、无限冲击响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器、或一些其它数字滤波器，这可以例如使用DSP或其它数字技术来实现。在另一实施方式中，相位+EQ可以利用DSP之外的模拟电路来实现。
将调节的信号330(例如应用了均衡化的反相误差函数)与音频输入324组合，通过将反相误差函数与音频信号组合而将该音频信号变换为预调节的音频信号。在反相误差信号328为估计的误差信号326的加法逆元的实施方式中，该组合通过将反相误差信号328(例如，如通过相位+EQ模块329所调节)添加到原始音频信号以有效地从该信号减去噪声估计来执行。这可以通过求和模块331来完成。因此，输出信号为音频信号减去估计的误差，一些缩放如下所述。当引入实际误差时，不具有误差(或具有很小量误差，这取决于估计和相位+EQ调节的质量)的原始音频信号形成。
预调节的音频信号可以也被称为预校正的音频信号。在各个实施方式中，误差函数或误差信号可以被视为误差(在该情况下为互调误差)的估计，该误差将被引入再现的音频中。因此，将音频信号与该估计的误差的加法逆元组合，创建预调节的信号，该预调节的信号在经受实际误差(再次，在该情况下为互调误差)时，应当在一定程度上有效地‘删除’该实际误差。如在本文中别处所陈述，可以执行多次递归以进一步减小或甚至消除误差。这也类似地应用于谐波失真，其中，针对由于谐波失真造成的估计的或预测的误差，预调节该信号。
在一些实施方式中，求和输出(例如有效地被减去)被提供给缩放模块333。缩放模块可以配置成将组合信号332乘以一常数。这可以配置成将该输出调节为已知的最大输出，因为误差校正可以导致该输出超过输入。缩放模块也可以配置成实时反应以调节用于输出的信号同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的平均值(例如RMS)以及同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的最大值，该最大值通过定义将永不超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以充当动态范围压缩器，该动态范围压缩器将增益应用于低量输入而非接近满标度的内容。
利用设置为使不想要的互调音调区分于给定输入测量音调的麦克风，相位+EQ设置可以使用相位+EQ模块329来被调节，以减小或最小化输出中不想要的音调。这可以包括去除系统中存在的任何DC分量。因此，可以减小输出中的失真。在以最佳方式补偿互调失真之后，可以将该函数的输出馈送到图9中所示的谐波失真算法。
图9示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的谐波失真误差校正的示例性应用。在本示例中，谐波误差校正模块370包括H误差模块373、相位+EQ模块375、求和模块377和缩放模块379。谐波误差校正模块370的输出可以直接前进到调制器用以输出到发射器或可以前进到更多轮的误差校正。
谐波误差校正模块370接收表示将使用超声波音频系统再现的音频内容的音频信号。接收的音频输入信号可以为表示在超声波音频系统上待播放的音频内容的模拟信号。在数字实现中，例如使用DSP，接收的音频输入信号可以为数字信号或它可以被转换(例如使用诸如模数转换器)以供数字处理。
H误差模块373可以配置成应用HarmonicError(x)函数H(x)2-x2以生成由音频系统引入的谐波失真误差374的估计。相位+EQ模块375可以配置成应用相移或振幅调节或二者(作为频率的函数)以调节发射器或滤波器响应。相位+EQ模块375还可以用作DC阻塞滤波器。该调节可以应用于如所示的校正的信号(在应用谐波失真误差校正之后)。它可以使用线性滤波器来被应用以及该应用可以通过调节系数的表格(诸如，例如在DSP中)来进行。系数可以基于获得的结果来调节。例如，可以采取失真测量以及可以基于获得的结果进行调节。作为另一示例，麦克风可以放在输出端以获得源自于由发射器(未示出)发射的信号的音频，相应地进行失真测量和进行相位+Eq调节。例如，这可以使用作为音频输入的一系列音调以及基于由发射器对那些音调的再现测量失真来完成。在一些实施方式中可以将反馈和调节配置为在音频系统的操作期间实时(例如一直)运行以在持续的基础上优化调节。例如，可以对音频信号应用傅立叶变换，从其确定频率分量以及通过分析这些频率分量确定失真。
在求和模块377，将调节的信号376与音频输入372求和。求和后的输出被提供给缩放模块379。缩放模块可以配置成将组合信号378乘以一常数。这可以配置成将该输出调节为已知的最大输出，因为误差校正可以导致该输出超过输入。缩放模块也可以配置成实时反应以调节用于输出的信号同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的平均值(例如RMS)以及同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的最大值，该最大值通过定义将永不超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以充当动态范围压缩器，该动态范围压缩器将增益应用于低量输入而非接近满标度的内容。
再者，用于该阶段的相位+EQ可以使用来自麦克风的数据来被调节以减小或最小化不想要的音调。该框可以不同于在互调误差校正中的等效步骤。尽管互调失真主要由空气造成，但是谐波失真主要生成在电子部件和发射器内。因此，对于这两个校正的最佳性能所需的相位+EQ可以本质上不同。例如，校正谐波失真所需的校正振幅可以比校正互调失真所需的校正振幅小很多。在另一实例中，放大器内的模拟滤波器的相位可以在此被校正，但不一定在互调校正中。
如上所述，在一些实施方式中，可以应用对于谐波失真和互调失真二者的校正。可以通过递归地添加误差校正算法的附加应用而进一步改善校正。因为ItermodError(x)或HarmonicError(x)的应用主动地添加信号，因此它可以添加少量的失真本身。第二次应用算法将减小该失真。通常，对于误差校正的每次递归应用，添加的失真将逐步地变小。
图10为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的递归地应用多轮误差校正的示例的图。应用多轮可以帮助实现最佳输出。每轮可以具有用于相位+EQ和缩放的不同值，这可以借助经验测量而全部按顺序来设置。
可以使用任意所需数量的互调失真误差校正模块和谐波失真误差校正模块二者。在一些实施方式中，轮数仅受计算能力限制。在本示例中，首先校正互调误差(互调误差校正模块322)，然后是谐波失真误差校正(谐波误差校正模块370)。在另一实施方式中，可以首先进行谐波失真误差校正，然后进行互调失真误差校正。而且，它们可以例如通过如下方式来交错进行：应用互调误差校正的一个或多个应用、然后谐波失真误差校正的一个或多个应用、然后互调误差校正的第二应用、以此类推(或它们可以以相反次序来交错)。在各个实施方式中，各个误差校正模块322、370可以分别使用例如在图8和图9中所示的模块来实现。
图11为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的用于基本互调误差校正的示例性方框的图。在本示例中，互调误差校正模块720的操作类似于如上文在图8中所示的互调误差校正模块322，但是被示出为具有两个相位+EQ模块725、731。在本示例中，相位+EQ模块725、731表示取决于频率的振幅和/或相位变更的应用。这些可以例如如上文参照图8所讨论来实现。如果它们不被需要，则相位+EQ模块725、731中的任一者或二者可以被调谐为不具有效果(传递信号而无修改)。例如为了节省计算成本可以如此做。
IM误差模块727应用互调误差函数，这可以如上文参照图8所描述来应用。反相模块729可以被实施成提供估计的误差信号的加法逆元，以及求和模块可以被提供为添加来自音频信号的反相的信号(例如减去估计的误差信号)，也如上文参照图8所描述。
缩放模块735表示乘常数，其可以被应用于校正因误差校正而造成的超标度输出。缩放模块735也可以如上文参照图8所描述来实现。
图12为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的用于基本谐波失真误差校正的示例性方框的图。在本示例中，谐波误差校正模块770的操作类似于如上文在图9中所示的谐波误差校正模块370，但是被示出为具有两个相位+EQ模块771、775。相位+EQ模块771、775表示取决于频率的振幅和/或相位变更的应用。这些可以例如如上文参照图9所讨论来实现。如果它们不被需要，则相位+EQ模块771、775中的任一者或二者可以被调谐为不具有效果(传递信号而无修改)。例如为了节省计算成本可以如此做。
谐波失真误差模块773应用谐波失真误差函数，这可以如上文参照图9所描述来应用。缩放模块779表示乘常数，其可以被应用于校正因误差校正而造成的超标度输出。缩放模块779可以配置成将信号乘以一常数。这可以配置成将该输出调节为已知的最大输出，因为误差校正可以导致该输出超过输入。缩放模块也可以配置成实时反应以调节用于输出的信号同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的平均值(RMS)以及同时避免超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以调节输出以匹配输入信号的最大值，该最大值通过定义将永不超出满标度。在另一个实施方式中，缩放模块可以充当动态范围压缩器，该动态范围压缩器将增益应用于低量输入而非接近满标度的内容。
正如上文参照图8和图9所描述的实施方式，以及类似于如图10所示的实施方式，在图11和图12中所示的滤波器可以连续地递归应用以进一步减小失真。图13为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的互调误差校正和谐波误差校正的递归应用的示例的图。在本应用中，首先应用互调校正N次，然后应用谐波校正N次。每种校正的应用次数无需相同，以及次序无需遵循图13中所示的次序。换言之，可以首先应用谐波失真误差校正，然后应用互调误差校正。而且，它们可以利用如下方式来交错：互调误差校正的一个或多个应用、然后谐波失真误差校正的一个或多个应用、然后互调误差校正的第二应用、以此类推。在本实施方式和其它递归实施方式中，每轮可以具有用于相位+EQ和缩放的不同值，这可以借助经验测量而全部按顺序来设置。
图14、图15和图16为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的互调误差校正的示例的图。特别地，这些示例将原始音频输入应用到校正过程中。
图14为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的利用原始音频输入作为递归过程的输入的互调失真校正模块722的示例的图。如果这是递归中的第一框，“音频输入”和“原始音频输入”为同一信号。在后续递归的情况下，“音频输入”表示先前互调误差校正框的输出737。在各个实施方式中，其它框可以使用如上文参照图11所描述的相同或类似的模块725、模块727、模块729、模块731、模块733、和模块735来实现。
图15为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的利用原始音频输入作为递归过程的输入的谐波失真误差校正模块772的示例的图。
如果这是递归中的第一框，“音频输入”和“原始音频输入”为同一信号。在后续递归的情况下，“音频输入”表示先前互调误差校正框的输出780。在各个实施方式中，其它框可以使用如上文参照图12所描述的相同的模块771、模块773、模块775、模块777、和模块779来实现。
图16为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的使用原始音频的递归处理的示例的图。注意，用于谐波误差校正的“原始音频输入”790不是绝对的原始音频输入718，而非去往谐波递归链的开端的输入790。正如递归误差校正的先前实施方式，互调误差校正和谐波误差校正的应用次序可以被颠倒，其中第二校正方案的输入用作对于该校正方案的“原始音频输入”。也可以实现使这些校正交错，但是应当成对实现(例如，一对互调误差校正模块722、随后是一对谐波误差校正模块772、以此类推，反之亦然)，否则它并不显著地不同于图15。再者，在本实施方式和其它递归实施方式中，每轮可以具有用于相位+EQ和缩放的不同值，这可以借助经验测量而全部按顺序来设置。
现在描述涉及前馈误差的另一示例性实施方式。这在用于谐波失真误差校正的先前文件中为详细的。在图17、图18和图19中所示的为示出谐波误差校正和互调误差校正二者的示例的前馈框图。
图17为示出根据本文中所描述的技术的一个实施方式的具有前馈处理的示例性互调误差校正的图。如在图17中可见，该示例包括两个相位+EQ模块841和853、IM误差校正模块843、两个求和模块845和847、两个反相模块849和851、以及缩放模块854。反相模块849、851可以被实施为生成其各自的输入信号的加法逆元(例如执行*-1运算)。相位+EQ模块841和853、IM误差校正模块843、求和模块847、反相模块851和缩放模块854可以使用与上文针对图14中的对应框所描述的相同的特征和功能来实现。
在具有前馈的本示例中，将来自前一循环(若有的话)的互调误差馈送到反相模块849中，以及通过求和模块845将该互调误差的反相与IM误差校正模块843的输出组合(例如，将加法逆元与该输出求和)。如果当前循环为递归中的第一循环，则0(即无物)被添加到IM误差校正模块843的输出。使来自求和模块845的预失真输出可用于递归中的下一循环，除非当前循环为最后一个循环。
图18为示出根据本文中所公开的技术的一个实施方式的具有前馈处理的谐波失真误差校正模块870的示例的图。特别地，本示例示出了，在使用多轮谐波失真误差校正的实施方式中，来自先前计算的信息可以被用在当前计算中以改善误差校正。本示例类似于上文在图17中所示的示例，然而这示出了谐波失真误差校正而非互调误差校正。本示例包括两个相位+EQ模块871、881，谐波失真误差估计模块873，两个求和模块875、877，反相器模块879，以及缩放模块884。尽管两个相位+EQ模块871、881，但是谐波失真误差校正模块870可以利用一个相位+EQ模块来实现。例如，相位+EQ模块871或相位+EQ模块881可以被消除或配置成不对信号进行任何调节。相位+EQ模块871、881，H误差估计模块873，求和模块883和缩放模块884可以使用与上文针对图15中的对应模块所描述的相同的特征和功能来实现。
在如图18中的谐波失真误差校正的情况下，来自前一循环(若有的话)的谐波失真误差信号被馈送到反相器模块879中。通过求和模块875对来自前一循环的该误差信号的反相(例如，加法逆元)与谐波失真误差估计模块873的输出求和。如果当前循环为递归中的第一循环，则在该步骤不进行求和。使来自求和模块875的预失真输出可用于递归中的下一循环，除非当前循环为最后一个循环。
图19为示出根据本文中所公开的系统和方法的另一实施方式的前馈递归处理的示例的图。本示例示出了用于互调误差校正和谐波失真误差校正的多轮前馈误差校正。这还示出了来自给定轮的误差信号(前馈误差信号)可以被前馈且被用在下一轮校正中的示例。
如同上文所讨论的用于递归处理的各个实施方式，可以颠倒误差校正的次序。同样地，每轮可以具有用于相位+EQ和缩放的不同值，这可以借助经验测量而全部按顺序来设置。而且，在本示例中，可以使用于不同类型的校正交错，但是这类交错应当成对进行，这是因为前馈误差信号必须来自相同类型的误差校正。最后，可以在不同类型的误差校正之间混合非前馈处理和前馈处理。这意味着，对于互调校正，例如，可以使用非前馈处理且随后是用于谐波误差校正的前馈处理，反之亦然。用于实现这类混合方法的选择可以取决于例如所用的发射器的类型和可用于该过程的处理能力的量。
在上文所描述的实施方式中，接收电路可以被包括以接收模拟或数字形式的各种音频输入信号(或处理过的音频输入信号)。接收的音频输入信号可以为表示在超声波音频系统上待播放的音频内容的模拟信号，或在多阶段实施方式的后续阶段中为如由先前的一个或多个阶段处理的预处理音频信号。在数字实现中，例如使用DSP，接收的音频输入信号可以为数字信号或它可以被转换(例如使用诸如模数转换器)以供数字处理。因此，接收器可以包括例如输入线、电路(例如形成运算放大器或其它信号接收器)、或大量传统可用的或传统使用的音频输入接收器中的任一者。对于DSP或其它类似的数字应用，在校正模块接收之前或之后，可以使接收的音频输入数字化以供数字处理。
参照图2所描述的处理操作中的一者或多者(诸如均衡、压缩和滤波)可以在原始音频输入信号被校正模块接收之前进行，或它们可以在已应用一个或多个校正阶段之后被应用。尽管在上文所描述的各个实施方式中，误差校正被描述为在调制到超声载波上之前应用于音频信号，但是本文中所描述的系统和方法的实施方式可以如下来实现：在将音频信号调制到超声载波上之前或之后执行误差校正。
如在本文中所使用，术语“模块”可以描述根据本文中所描述的技术的一个或多个实施方式可执行的给定功能单元。如在本文中所使用，模块(包括IM误差模块、H误差模块、求和模块、反相器、缩放模块等)可以利用任何形式的硬件、软件或其组合来实现。例如，一个或多个处理器、控制器、ASIC、PLA、PAL、CPLD、FPGA、逻辑部件、软件例程或其它机构可以被实现为组成模块。例如，对于数字实施方式，各个实施方式可以使用一个或多个DSP和相关联的部件(例如存储器、I/O、ADC、DAC等)来实现。在误差校正中使用的各个部件(诸如求和模块(例如组合器)和反相器、缩放器、以及相位和均衡模块)是本领域的技术人员所熟知的且可以使用常规技术来实现。
在实现中，本文中所描述的各个模块可以被实现为分立模块，或可以在一个或多个模块之间部分地或总体地共享所描述的功能和特征。换言之，如本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后将清楚，本文中所描述的各个特征和功能可以被实施在任何给定应用中且可以以各种组合排列被实施在一个或多个分离或共享模块中。即使各个特征或功能元件可以单独地被描述或宣称为分离的模块，但是本领域的普通技术人员将理解，可以在一个或多个公共软件和硬件元件之间共享这些特征和功能，以及这类描述应当不要求或暗示使用分离的硬件或软件部件来实现这类特征或功能。除非另有说明，否则一个模块与其它模块或与其它部件的通信联接可以指直接或间接联接。换言之，模块可以通信地联接到另一个部件，即使可以存在中间部件，信号或数据通过该中间部件而在该模块与该另一个部件之间传递。
在本技术的部件或模块整体地或部分地使用软件来实现的情况下，在一个实施方式中，这些软件元件可以被实施为与能够执行关于其所描述的功能的计算或处理模块一起操作。在图20中示出了一个这类示例性计算模块。依据该示例性计算模块900描述各个实施方式。在阅读本说明书之后，对于相关领域的技术人员来说将变得明显的是如何使用其它计算模块或架构来实现本技术。
现在参照图20，计算模块900可以表示例如在台式机、手提电脑和笔记本电脑内发现的计算或处理能力；手持式计算设备(PDA、智能手机、移动电话、掌上电脑等)；大型机、超级计算机、工作站或服务器；或如针对给定应用或环境可预期的或合适的任何其它类型的专用或通用计算设备。计算模块900还可以表示嵌入在给定设备内或给定设备以其它方式可用的计算能力。例如，可以在其它电子设备中发现计算模块，例如，该其它电子设备诸如数码相机、导航系统、蜂窝手机、便携式计算设备、调制解调器、路由器、WAP、终端、以及可包括某种形式的处理能力的其它电子设备。
计算模块900可以包括例如一个或多个处理器、控制器、控制模块、或其它处理设备，诸如处理器904。处理器904可以使用通用或专用处理引擎来实现，例如，该通用或专用处理引擎诸如微处理器、控制器、数字信号处理器、或其它控制逻辑。在图示示例中，处理器904连接到总线902，但是任何通信介质可用于促进与计算模块900的其它部件的交互或用于外部通信。
计算模块900还可以包括一个或多个存储模块，在本文中简称为主存储器908。例如，优选地，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或其它动态存储器可以用于存储信息和将由处理器904执行的指令。主存储器908还可以用于在将由处理器904执行的指令的执行期间存储临时变量或其它中间信息。计算模块900同样地可以包括只读存储器(Read Only Memory，ROM)或联接到总线902的其它静态存储设备，该其它静态存储设备用以存储用于处理器904的静态信息和指令。
计算模块900还可以包括一个或多个各种形式的信息存储机构910，其可以包括例如媒体驱动器912和存储单元接口920。媒体驱动器912可以包括支持固定的或可移除的存储媒体914的驱动或其它机构。例如，可以提供硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、CD或DVD驱动器(R或RW)、或其它可移除的或固定的媒体驱动器。因此，存储媒体914可以包括例如硬盘、软盘、磁带、存储盒、光盘、CD或DVD、或者由媒体驱动器912读取、写入媒体驱动器912或被媒体驱动器912访问的其它固定的或可移除的介质。如这些示例示出，存储媒体914可以包括其中存储有计算机软件或数据的计算机可用存储介质。
在替选实施方式中，信息存储机构910可以包括用于允许计算机程序或其它指令或数据被加载到计算模块900中的其它类似工具。这类工具可以包括例如固定的或可移除的存储单元922和接口920。这类存储单元922和接口920的示例可以包括程序存储盒和盒式接口、可移除存储器(例如，闪存或其它可移除存储模块)和存储槽、PCMCIA槽和卡、以及允许将软件和数据从存储单元922传送到计算模块900的其它固定的或可移除的存储单元922和接口920。
计算模块900还可以包括通信接口924。通信接口924可以用于允许在计算模块900和外部设备之间传送软件和数据。通信接口924的示例可以包括调制解调器或软调制解调器、网络接口(诸如以太网接口、网络接口卡接口、无线多媒体接口(WiMdia)、IEEE 802.XX接口或其它接口)、通信端口(诸如例如，USB端口、IR端口、RS232端口、蓝牙接口、或其它端口)、或其它通信接口。借助通信接口924传送的软件和数据可以通常被携带在信号上，该信号可以为电子信号、电磁信号(其包括光信号)或能够由给定通信接口924交换的其它信号。可以借助信道928将这些信号提供给通信接口924。该信道928可以携带信号且可以使用有线或无线通信介质来实现。信道的一些示例可以包括电话线、蜂窝链路、RF链路、光学链路、网络接口、局域网或广域网、或者其它有线或无线通信信道。
在本文中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”通常用于指诸如例如存储器908、存储单元922、媒体914和信道928的媒体。这些形式和其它各种形式的计算机程序介质或计算机可用介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列带到处理设备以供执行。嵌入在介质上的这类指令通常被称为“计算机程序代码”或“计算机程序产品”(其可以以计算机程序或其它分组的形式来分组)。当被执行时，这类指令可以使计算模块900执行如本文中所讨论的公开技术的特征或功能。
尽管上文已经描述了所公开技术的各个实施方式，但是应当理解，这些实施方式仅以示例而非限制的方式被呈现。同样地，各个附图可以描绘用于所公开技术的示例性架构或其它配置，这被进行以帮助理解在所公开技术中可包括的特征和功能。所公开技术不限于图示的示例性架构或配置，而是预期特征可以使用各种各样的替选架构和配置来实现。实际上，对于本领域的技术人员来说将很明显，可以如何实施替选的功能、逻辑或物理分区和配置以实现本文中所公开的技术的预期特征。而且，除了本文中所描述的那些组成模块名称以外的一大批不同的组成模块名称可以应用于各个分区。另外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，本文中呈现多个步骤所按的次序不应当规定各个实施方式被实现为按相同次序执行所列功能，除非上下文另有指示。
尽管上文按照各个示例性实施方式和实现方式描述了所公开技术，但是应当理解，在各个实施方式中的一者或多者中所描述的各个特征、方面和功能在其适用性上不限于描述它们所用的特定实施方式，而是可以单独地或以各种组合应用于所公开技术的其它实施方式中的一者或多者，是否描述这类实施方式以及是否呈现这类特征作为所描述实施方式的一部分。因此，本文中所公开的技术的宽度和范围不应受上述示例性实施方式中的任一者限制。
本文中所使用的术语和短语及其变型应当被视为开放性的而非限制性的，除非另有明确说明。如前文的示例：术语“包括”应当被解读为意指“包括但不限于”等；术语“示例”用于提供讨论中的项目的示例性实例、而非其详尽的或限制性的列表；术语“一”应当被解读为意指“至少一个”、“一个或多个”等；以及诸如“传统的”、“惯例的”、“常规的”、“标准的”、“已知的”等形容词和类似含义的术语不应当被视为将所描述项目限制到给定时间段或给定时间可用的项目，而是应当被解读为涵盖传统的、惯例的、常规的、或标准的技术，该技术可以现在或在未来的任何时间是可用的或已知的。同样地，在本文件引用对于本领域的技术人员来说明显的或已知的技术的情况下，这类技术涵盖现在或在未来的任何时间对于技术人员来说明显的或已知的技术。
扩展词和短语(诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其它类似短语)在一些实例中的存在不应当被解读为意味着，在可能缺少这类扩展短语的实例中意指或要求更窄情况。术语“模块”的使用不暗指，被描述或宣称为模块的部分的部件或功能全部被配置在公共包中。实际上，模块的各个部件(不论是控制逻辑部件还是其它部件)中的任一者或全部可以被组合在单一包中或单独地维持，以及还可以被分布在多个分组或包中或分布在多个位置上。
另外，按照示例性框图、流程图和其它图示描述了本文中所提出的各个实施方式。如对于阅读了本文件的本领域的普通技术人员来说将变得明显的是，可以实现图示的实施方式及其各种替选方案而不限制于图示示例。例如，框图及其所附描述不应当被视为规定特定架构或配置。

Claims (28)

1.一种用于减小超声波音频系统中的失真的方法，包括：
接收第一音频信号，其中，所述第一音频信号表示将使用所述超声波音频系统再现的音频内容；
计算用于所述超声波音频系统的第一误差函数，所述第一误差函数包括H(x1)2+x1 2，其中，x1为接收的所述第一音频信号且H(x1)为希尔伯特变换；以及
通过将所述第一误差函数的加法逆元与所述第一音频信号组合，将所述第一音频信号变换为第一预调音频信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一误差函数或所述第一误差函数的所述加法逆元，以调节发射器或滤波器响应。
3.一种用于减小超声波音频系统中的失真的方法，所述方法包括：
接收第一音频信号，其中，所述第一音频信号表示将使用所述超声波音频系统再现的音频内容；
计算用于所述超声波音频系统的第一误差函数，所述第一误差函数包括H(x1)2-x1 2，其中，x1为接收的所述第一音频信号且H(x1)为希尔伯特变换；以及
通过将所述第一误差函数与所述第一音频信号组合，将所述第一音频信号变换为第一预调音频信号。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：在所述组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
5.如权利要求2所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一音频信号。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一音频信号。
7.如权利要求5所述的方法，还包括：
接收所述第一预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一预调音频信号以生成调节的预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，其中，所述第二误差函数包括H(x2)2-x2 2，其中，x2为所述调节的预调音频信号且H(x2)为所述调节的预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二误差函数以产生第三误差函数；以及
通过将所述第三误差函数与所述调节的预调音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
8.如权利要求2所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x2)2+x2 2，其中，x2为所述第一预调音频信号且H(x2)为所述第一预调音频信号的希尔伯特变换；以及
通过将第二误差函数的所述加法逆元与接收的所述第一音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：在组合第二误差函数的所述加法逆元的步骤之前，通过将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二误差函数或所述第二误差函数的所述加法逆元，调节发射器或滤波器响应。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一预调音频信号。
11.如权利要求2所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
在调制之前接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x1)2+x1 2，其中，x1为所述第一预调音频信号且H(x1)为所述第一预调音频信号的希尔伯特变换；
将所述第一误差函数的所述加法逆元与所述第二误差函数组合以生成第三误差函数；以及
计算所述第三误差函数的所述加法逆元；
通过将第三误差函数的所述加法逆元与所述第一预调音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：在所述组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三误差函数或所述第三误差函数的所述加法逆元，以调节发射器或滤波器响应。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一预调音频信号。
14.如权利要求4所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x2)2-x2 2，其中，x2为所述第一预调音频信号且H(x2)为所述第一预调音频信号的希尔伯特变换；以及
通过将所述第二误差函数与接收的所述第一音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：在所述组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一预调音频信号。
17.如权利要求4所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
在调制之前接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x2)2-x2 2，其中，x2为所述第一预调音频信号且H(x2)为所述第一预调音频信号的希尔伯特变换；
将所述第一误差函数的所述加法逆元与所述第二误差函数组合以生成第三误差函数；以及
通过将第三误差函数的所述加法逆元与所述第一预调音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：在所述组合步骤之前，将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三误差函数，以调节发射器或滤波器响应。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述误差校正模块还配置成将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第一预调音频信号。
20.如权利要求5所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅二者调节作为频率的函数应用于所述预调音频信号以生成调节的预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x2)2+x2 2，其中，x2为所述调节的预调音频信号且H(x2)为所述调节的预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二误差函数以产生第三误差函数；以及
通过将第三误差函数的所述加法逆元与接收的所述第一音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
21.如权利要求5所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第一预调音频信号和所述第一误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述预调音频信号以生成调节的预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，所述第二误差函数包括H(x2)2+x2 2，其中，x2为所述调节的预调音频信号且H(x2)为所述调节的预调音频信号的希尔伯特变换；
将所述第一误差函数的所述加法逆元与所述第二误差函数组合以生成第三误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三误差函数以产生第四误差函数；以及
计算所述第四误差函数的所述加法逆元；
通过将所述第四误差函数的所述加法逆元与所述第一预调音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
22.如权利要求20所述的方法，还包括：
接收所述第二预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二预调音频信号以生成调节的第二预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第四误差函数，其中，所述第四误差函数包括H(x3)2-x3 2，其中，x3为所述调节的第二预调音频信号且H(x3)为所述调节的第二预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第四误差函数以产生第五误差函数；以及
通过将所述第五误差函数与所述第二预调音频信号组合，将所述第二预调音频信号变换为第三预调音频信号。
23.如权利要求21所述的方法，还包括：
接收所述第二预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第二预调音频信号以生成调节的第二预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第五误差函数，其中，所述第五误差函数包括H(x3)2-x3 2，其中，x3为所述调节的第二预调音频信号且H(x3)为所述调节的第二预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第五误差函数以产生第六误差函数；以及
通过将所述第六误差函数与所述第二预调音频信号组合，将所述第二预调音频信号变换为第三预调音频信号。
24.如权利要求22所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第三预调音频信号和所述第四误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三预调音频信号以生成调节的第三预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第六误差函数，所述第六误差函数包括H(x4)2-x4 2，其中，x4为所述调节的第三预调音频信号且H(x4)为所述调节的第三预调音频信号的希尔伯特变换；
将所述第四误差函数的所述加法逆元与所述第六误差函数组合以生成第七误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第七误差函数以产生第八误差函数；以及
通过将所述第八误差函数与所述第三预调音频信号组合，将所述第三预调音频信号变换为第四预调音频信号。
25.如权利要求22所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收所述第三预调音频信号和所述第二预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三预调音频信号以生成调节的第三预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第六误差函数，所述第六误差函数包括H(x4)2-x4 2，其中，x4为所述调节的第三预调音频信号且H(x4)为所述调节的第三预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第六误差函数以产生第七误差函数；以及
通过将所述第七误差函数与所述第二预调音频信号组合，将所述第三预调音频信号变换为第四预调音频信号。
26.如权利要求23所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收用于所述误差校正的附加循环的所述第三预调音频信号和所述第五误差函数以生成调节的第三预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第七误差函数，所述第七误差函数包括H(x4)2-x4 2，其中，x4为所述调节的第三预调音频信号且H(x4)为所述调节的第三预调音频信号的希尔伯特变换；
将所述第五误差函数的所述加法逆元与所述第七误差函数组合以生成第八误差函数；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第八误差函数以产生第九误差函数；以及
通过将所述第九误差函数与所述第三预调音频信号组合，将所述第三预调音频信号变换为第四预调音频信号。
27.如权利要求23所述的方法，还包括误差校正的附加循环，所述误差校正的附加循环包括：
接收所述第三预调音频信号和所述第二预调音频信号；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第三预调音频信号以生成调节的第三预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第七误差函数，所述第七误差函数包括H(x4)2-x4 2，其中，x4为所述调节的第三预调音频信号且H(x4)为所述调节的第三预调音频信号的希尔伯特变换；
将相移、或振幅调节、或所述相移和所述振幅调节二者作为频率的函数应用于所述第七误差函数以产生第八误差函数；以及
通过将所述第八误差函数与接收的所述第二预调音频信号组合，将所述第三预调音频信号变换为第四预调音频信号。
28.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收所述第一预调音频信号；
计算用于所述超声波音频系统的第二误差函数，其中，所述第二误差函数包括H(x2)2-x2 2，其中，x2为接收的所述预调音频信号且H(x2)为所述预调音频信号的希尔伯特变换；以及
通过将所述第二误差函数与所述第一预调音频信号组合，将所述第一预调音频信号变换为第二预调音频信号。
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