CN111988690A - 一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机 - Google Patents

一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机。本发明的方法包括：获取输入给耳机扬声器的源音频信号和由前置麦克风采集到的反馈音频信号；根据源音频信号和反馈音频信号，获取源音频信号和反馈音频信号之间的传递函数；根据传递函数获取耳机的佩戴状态，并根据佩戴状态对源音频信号进行音频补偿处理。本发明基于传递函数在耳机处于正常佩戴状态和非正常佩戴状态下，表现出明显不同的特征，且传递函数与耳机系统本身相关，与音频信号特征无关的特点，利用传递函数有效检测耳机的佩戴状态，使耳机能够自适应不同音源，提高耳机的抗噪性能，改善耳机的听音效果。

Description

一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机
技术领域
本发明涉及一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机。
背景技术
耳机因为体积小、便于携带等优势在日常生活中得到越来越广泛的应用，例如利用耳机听音乐，看电影等等。耳机的听音效果对用户来说至关重要，多数厂商更关注耳机本身的质量，而忽略了耳机佩戴状态，即耳机和耳道的耦合状态，对耳机听音效果所产生的影响。如果耳机佩戴较松，耳机和耳道耦合不好，低频会产生泄露，严重影响低频的听音效果；如果耳机佩戴较紧，耳机和耳道耦合的较好，低频得到保持，用户可以感受到较好的听音效果。
现有的耳机佩戴状态检测方法，或者是根据扬声器中所包含的次声波信息，利用麦克风采集到的次声波信号幅度，进行佩戴状态的检测；或者是利用音源音频信号和反馈音频信号，根据其低频段幅度加权和的差值，进行佩戴状态的检测。这些方法或者对音源信号有具体要求(例如，需要向音源信号中嵌入人耳无法察觉的次声波信号)，或者抗噪性能差。
发明内容
本发明提供了一种耳机佩戴状态检测方法、装置和耳机，以至少部分解决上述问题。
第一方面，本发明提供了一种耳机佩戴状态检测方法，耳机包括扬声器和前置麦克风，前置麦克风用于采集扬声器播放的音频信号，该方法包括：获取输入给扬声器的源音频信号和由前置麦克风采集到的反馈音频信号；根据源音频信号和反馈音频信号，获取源音频信号和反馈音频信号之间的传递函数；根据传递函数获取耳机的佩戴状态，并根据佩戴状态对源音频信号进行音频补偿处理。
第二方面，本发明提供了一种耳机佩戴状态检测装置，耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，所述装置包括：信号获取单元，获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号；信号计算单元，根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数；检测与补偿单元，根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
第三方面，本发明提供了一种耳机，该耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，还包括：存储器，存储计算机可执行指令；处理器，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行前述的耳机佩戴状态检测方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有一个或多个计算机程序，一个或多个计算机程序被执行时实现前述的耳机佩戴状态检测方法。
本发明利用输入给耳机的扬声器的源音频信号和前置麦克风采集的反馈音频信号，可以获得两个信号之间的传递函数，一方面基于该传递函数与耳机系统本身相关，例如与扬声器、前置麦克风的位置以及扬声器与耳道所形成腔体的密封性相关，而与音频信号特征无关；另一方面基于该传递函数在耳机处于正常佩戴状态和非正常佩戴状态下，表现出明显不同的特征，本发明基于传递函数的这两方面的特点利用传递函数有效检测耳机的佩戴状态，使耳机能够自适应不同音源，提高耳机的抗噪性能，改善耳机的听音效果。
附图说明
图1为本发明实施例示出的耳机效果示意图；
图2为本发明实施例示出的音频信号处理流程示意图；
图3为本发明实施例示出的耳机佩戴状态检测方法的流程图；
图4为本发明实施例示出的频域传递函数幅度曲线的对比示意图；
图5为本发明实施例示出的时域传递函数幅度曲线的对比示意图；
图6为本发明实施例示出的基于频域传递函数进行佩戴状态检测的原理图；
图7为本发明实施例示出的基于时域传递函数进行佩戴状态检测的原理图；
图8为本发明实施例示出的滤波器估计示意图；
图9为本发明实施例示出的耳机佩戴状态检测装置的结构框图；
图10为本发明实施例示出的耳机的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种耳机佩戴状态检测方法，利用耳机的扬声器与其前置麦克风之间的传递函数来进行佩戴松紧的检测，并根据佩戴松紧的检测结果对滤波器系数进行更新，以利用更新后的滤波器对源音频信号进行音频补偿，使得检测方法不依赖音频源，能够提高耳机的抗噪声性能，并自适应不同音源。本发明实施例还提供了相应的装置、耳机和计算机可读存储介质，以下分别进行详细说明。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本发明的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本发明的技术可以采取存储有指令的计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
本发明适用于具有扬声器和麦克风的耳机系统，如图1所示，耳机设置有用于播放音频信号的扬声器，以及前置麦克风，前置麦克风置于扬声器前端，用于通过透声孔采集扬声器周围的音频信号。本发明的耳机在佩戴到用户耳朵内进行音频播放时，扬声器和前置麦克风均位于耳道内，前置麦克风采集的音频信号包括扬声器播放的音频信号和噪音信号。
耳机在佩戴松的时候，此时耳机和耳道组成的腔体密封性不好，扬声器输出信号的低频容易泄露，从而产生较大衰减；而耳机在佩戴紧的时候，即耳机和耳道组成的腔体密封性好，扬声器输出信号的低频基本没有泄露。因此由于佩戴松紧不同时，低频信号能量及腔体特征不同，扬声器到其前置麦克风之间的传递函数有明显不同的特点。
一方面，传递函数只和耳机系统有关，比如与扬声器和前置麦克风的位置，以及扬声器与耳道所形成的腔体有关，因此本发明的耳机可以适用任何包含中低频信息的音源。另一方面，由于传递函数的估计，要用到两路信号的互相关信息，互相关信息可以有效去除非相关信号；当外界存在噪声时，前置麦克风采集到的音频信号包括扬声器播放的有用信号，以及外界干扰信号；前置麦克风采采集到扬声器播放的音频信号，同耳机系统输入给扬声器的音频信号具有很高的相关性，而外界噪声同耳机系统输入给扬声器的音频信号相关性很差，因此以传递函数作为特征，来区分耳机的佩戴松紧，可有效消除外界噪声的影响，提高耳机的抗噪声性能。
因此，本发明利用扬声器到其前置麦克风之间的传递函数来进行佩戴松紧的检测。如图2所示，本发明主要涉及算法模块的设计，该部分可以检测耳机的佩戴状态，根据耳机的佩戴状态，可以给予用户一些提醒，比如提醒用户耳机佩戴松了，适当调整耳机佩戴角度或更换耳套，使得耳机和耳道形成的腔体密封性更好，以提高听音效果。进一步地，该算法模块可以用来检测用户佩戴过程中，输入信号和反馈信号之间的传递函数，再结合设定的目标传递函数，进行滤波器系数的估计，利用估计的滤波器系数更新滤波器，并利用更新后的滤波器对输入给扬声器的源音频信号进行滤波处理，即图2中所示滤波模块，使得用户实时地获得补偿后的音频信号，得到更好的听音效果。
本发明提供一种耳机佩戴状态检测方法，本实施例中的耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号。
图3为本发明实施例示出的耳机佩戴状态检测方法的流程图，如图3所示，本实施例的方法包括：
S310，获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号。
S320，根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数。
S330，根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
本实施例利用输入给耳机的扬声器的源音频信号和该扬声器的前置麦克风采集的反馈音频信号，可以获得两个信号之间的传递函数，一方面基于该传递函数与耳机系统本身相关，例如与扬声器、麦克风的位置以及扬声器与耳道所形成腔体的密封性相关，而与音频信号特征无关；另一方面基于该传递函数在耳机处于正常佩戴状态和非正常佩戴状态下，表现出明显不同的特征，本实施例基于传递函数的这两方面的特点利用传递函数有效检测耳机的佩戴状态，提高抗噪性能并自适应不同音源。
下面结合图1-8对上述步骤S310-S330进行详细说明。
首先，执行步骤S310，即获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号。
本实施例共获取两路信号，一路信号为输入给所述扬声器的源音频信号，即未经过图2中的滤波模块滤波的源音频信号，记作x＝[x(0),x(1),......,x(N-1)]；一路信号是前置麦克风采集到的反馈音频信号序列，记作y＝x1+v＝[x1(0),x1(1),......,x1(N-1)]+[v(0),v(1),......,v(N-1)]，其中x1表示前置麦克风采集到的扬声器播放的音频信号，v表示前置麦克风采集到的外界干扰噪声，本实施例还对两路信号进行高通滤波，以滤除直流信号的影响。
在获取到源音频信号和反馈音频信号之后，继续执行步骤S320，即根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数。
耳机在佩戴松和佩戴紧时对应的频域传递函数的幅度以及时域传递函数的典型样本如图4-5(在图4-5中，WearOk对应佩戴紧的状态，WearNok对应佩戴松的状态)所示，可以发现，耳机在佩戴松和佩戴紧时，频域传递函数和时域传递函数都有明显区别。参考图4，对于频域传递函数的幅度，在佩戴较松时，由于存在低频能量泄露，在低频段(100Hz-700Hz之间)，能量较低，反之，在佩戴较紧时，能量较高。参考图5，时域传递函数在佩戴松和佩戴紧时同目标传递函数之间的差别，有明显不同，比如同目标传递函数之间的欧氏距离有明显不同。从图5中可以明显看出，佩戴紧时对应的时域传递函数同目标传递函数，在对应信号采样点上的值更接近，因此欧氏距离较小；而佩戴松时对应的时域传递函数同目标传递函数，在对应信号采样点上的值差别相对较大，因此对应欧氏距离也较大。可见，在耳机佩戴松和佩戴紧时，传递函数表现出明显不同的特征。
在获取传递函数之后，继续执行步骤S330，即根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
在一些实施例中，如图6所示，基于频域传递函数检测耳机佩戴状态的方法如下：获取所述频域传递函数在低频段多个频点(以下也称为频率Bin)处的能量，并将所述每个频点处的能量与其对应的能量阈值进行比较；若低频段的全部或部分频点处的能量大于其相应的能量阈值，确定所述耳机处于正常佩戴状态。或者，若一个或多个频点处的能量小于其相应的能量阈值，确定所述耳机处于非正常佩戴状态。
此时，若所述耳机处于非正常佩戴状态，根据所述频域传递函数和预先确定的目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿；若所述耳机处于正常佩戴状态，将所述滤波器系数设置为零，不对所述源音频信号进行滤波处理。其中的目标传递函数可以根据如下方式确定：进行实验，针对多人进行测量，获得佩戴紧的情况下的多个传递函数，并求平均，将得到的平均传递函数作为目标传递函数，也可以根据标准的耳道模拟设备获得的密封良好情况下的传递函数作为目标传递函数。
在一些实施例中，如图7所示，基于时域传递函数检测耳机佩戴状态的方法如下：获取所述时域传递函数与预先确定的目标传递函数在每个信号序列采样点处的欧氏距离；在所述欧氏距离小于距离阈值时，确定所述耳机处于正常佩戴状态，在所述欧式距离不小于所述距离阈值时，确定所述耳机处于非正常佩戴状态。
此时，若所述耳机处于非正常佩戴状态，将所述时域传递函数变换到频域，获取频域传递函数，并根据所述频域传递函数和所述目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿；若所述耳机处于正常佩戴状态，将所述滤波器系数设置为零，不对所述源音频信号进行滤波处理。
本实施例利用传递函数估计滤波器的系数，能使得耳机更好地适应不同的场景，比如在噪声环境下，播放各种音频，采用本实施例提供的方法能够有效的检测耳机的佩戴状态，并基于佩戴状态进行音频补偿，使得用户获得良好的听音效果。
其中，本实施例所述的正常佩戴状态可以理解为耳机佩戴紧的状态，即扬声器与耳道所形成腔体的密封性能较好，扬声器输出信号的低频基本没有泄露；本实施例所述的非正常佩戴状态可以理解为耳机佩戴松的状态，即扬声器与耳道所形成腔体的密封性能较差，扬声器输出信号的低频泄露较为严重。
在另一实施例中，在根据传递函数获取耳机的佩戴状态之后，不执行根据佩戴状态对源音频信号进行的音频补偿处理，而是根据所获取的佩戴状态向用户进行提示。例如，向用户发送提示音、向用户发送视觉提示等，在此不做具体限定。
为详细说明本实施例耳机佩戴状态的检测方法，通过下述实施例进行说明。即根据佩戴松和佩戴紧时，传递函数所表现出来的不同特征，设计一种耳机佩戴状态检测方法，并且为了改善佩戴松时，低频泄露的问题，根据目标传递函数以及估计所得的传递函数，估计滤波器的系数，利用该滤波器对输入给扬声器的源音频信号进行滤波处理，得到补偿后的音频信号。
如图2所示，本发明主要涉及算法模块的设计，该部分主要包括佩戴状态检测和滤波器系数估计。其中，佩戴状态检测算法分为两种实现方式：
一是利用频域传递函数进行佩戴状态检测，其原理框图如图6所示：获取源音频信号及反馈音频信号，对这两种音频信号进行自功率谱及互功率谱估计，利用自功率谱和互功率谱进行频域传递函数估计，利用佩戴松和佩戴紧时，频域传递函数的不同特点，对耳机佩戴状态进行区分，并输出耳机佩戴状态，比如佩戴松，佩戴紧。
另一种是利用时域传递函数进行佩戴状态检测，其原理框图如图7所示：获取源音频信号及反馈音频信号，计算这两种音频信号的自相关系列和互相关序列，利用均方误差最小准则，根据自相关序列和互相关序列，估计时域传递函数，利用佩戴松和佩戴紧时，时域传递函数的不同特点，对耳机佩戴状态进行区分，并输出耳机佩戴状态，比如佩戴松，佩戴紧。
在检测到耳机的佩戴状态后，可以给予用户一些提醒，以调整耳机角度，位置等。如图8所示，也可以实时地进行滤波器系数的更新调整，用于处理输入给扬声器的源音频信号。
基于上述佩戴状态检测原理，本实施例在源音频信号及前置麦克风采集到的反馈音频信号的基础上，提出耳机佩戴状态的检测方法，并根据佩戴状态的检测结果，设计一种音频补偿方法。
图6示出了第一种佩戴状态检测算法的具体实施方案，即利用频域传递函数估计的方法，主要包括以下步骤：
(1)获得当前帧的音频处理信号。一路信号是输入给扬声器的源音频信号序列(不考虑滤波器的补充)，记作x＝[x(0),x(1),......,x(N-1)]，另一路信号是前置麦克风采集到的反馈音频信号序列，记作y＝x1+v＝[x1(0),x1(1),......,x1(N-1)]+[v(0),v(1),......,v(N-1)]，其中x1表示前置麦克风采集到的扬声器播放的音频信号，v表示前置麦克风采集到的外界干扰噪声，然后对两路信号序列进行高通滤波，以滤除直流信号的影响。
(2)加窗及频域变换，对两路信号加分析窗，比如汉明窗(w＝[w(0),w(1),......,w(N-1)])，并进行傅里叶变换，得到频域信号，分别记作X(k),Y(k)，如下式所示：
Figure BDA0002070627650000091
Figure BDA0002070627650000092
其中N表示傅里叶变换点数，n表示信号序列采样点，k表示多个频率Bin点的序号，频率Bin点下文也称为频点或频率窗口。
(3)自功率谱及互功率谱计算。可以利用周期图法进行功率谱估计，互谱中主要包括了两路信号的相关信息成分。当外界存在噪声时，前置麦克风采集到的音频信号除了有用信号，还有外界干扰信号。根据传统方法，如果只采用前置麦克风获得的音频信号的频响，并利用其绝对信息来区分佩戴松和佩戴紧，那么检测结果难免会受到噪声的影响。因此本实施例考虑应用包含互谱信息的传递函数来进行佩戴状态的区分。其中源音频信号的自功率谱Pxx(k)计算公式如下所示：
Figure BDA0002070627650000093
反馈音频信号和源音频信号之间的互功率谱Pyx(k)计算如下：
Figure BDA0002070627650000094
其中，*表示取共轭操作符，由于外界噪声v同输入给扬声器的源音频信号x不相干，所以有E[V(k)X*(k)]≈0。
(4)平均功率谱计算。为了有效消除两路信号中非相关成分的影响，本实施例还对功率谱进行了平滑处理。对一段时间内的功率谱进行均值平滑，比如时间长度LenT＝30帧，那么平均自功率谱PxxAve(k)及平均互功率谱PyxAve(k)计算方式如下：
Figure BDA0002070627650000101
Figure BDA0002070627650000102
其中，PTxx(k)、PTyx(k)分别表示T时刻对应的自功率谱和互功率谱。
(5)计算频域传递函数
Figure BDA0002070627650000103
频域传递函数由平均互功率谱除以平均自功率谱得到，是两路信号的相对信息，对任何包括中低频信息的音源都可以适用。
(6)利用频域传递函数的幅度进行佩戴状态的区分。从图3-4示出的典型信号中可以看到，低频幅度，比如100Hz-700Hz，佩戴松和佩戴紧时，每个频率点的幅度值是有明显区别的。可以利用统计的方法来得到每个频率点的幅度，其中，频域传递函数幅度的计算方式为
Figure BDA0002070627650000104
本实施例，可以根据频域传递函数低频段的能量大小进行耳机佩戴状态的判断，比如在100Hz-700Hz的低频段，根据Pow(k)＝|H'(k)|2统计每个频率Bin所对应的能量，并对每个频率Bin进行能量大小的判断。
假设，低频段中包括M个频率Bin，这M个频率Bin对应的能量阈值不相同，若这M个频率Bin对应的能量均大于其各自的能量阈值，或者这M个频率Bin中大多数频率Bin对应的能量大于各自的能量阈值，则输出1(表示佩戴紧)，否则就输出0(表示佩戴松)。
(7)利用频域传递函数进行滤波器系数的估计。
滤波器的估计可由统计得到的目标传递函数，表示为Hd(k)，以及上述估计的频域传递函数H'(k)，通过映射的关系得到滤波器，比如采用公式
Figure BDA0002070627650000111
计算方式得到滤波器HEst(k)。
由于人耳对相位不敏感，对幅度更敏感，可考虑只对幅度进行补偿处理，如果上述检测结果为佩戴紧，即输出标志为1，此时可以设置滤波器系数为零，不对源音频信号进行滤波处理；如果检测结果为佩戴松，即输出标志为0，那么利用HEst(k)对源音频信号进行滤波处理，得到补偿后的信号XFilt(k)＝HEst(k)·X(k)。
利用上述步骤(1)～(7)可以有效检测耳机的佩戴状态，并基于检测结果对源音频进行补偿，改善耳机的听音效果。
图7示出了第二种佩戴状态检测算法的具体实施方案，即利用时域传递函数估计的方法，主要包括以下步骤：
(1)获得当前帧的音频处理信号。一路信号是输入给扬声器的源音频信号序列(不考虑滤波器的补充)，记作x＝[x(0),x(1),......,x(N-1)]，另一路信号是前置麦克风采集到的反馈音频信号序列，记作y＝x1+v＝[x1(0),x1(1),......,x1(N-1)]+[v(0),v(1),......,v(N-1)]，其中x1表示前置麦克风采集到的扬声器播放的音频信号，v表示前置麦克风采集到的外界干扰噪声，然后对两路信号序列进行高通滤波，以滤除直流信号的影响。
(2)计算源音频信号归一化自相关序列rxx(l)，以及计算反馈音频信号和源音频信号之间的归一化互相关序列ryx(l)，可以通过如下方式计算得到：
Figure BDA0002070627650000112
Figure BDA0002070627650000113
其中，l为信号的长度，μv,μx分别表示外界噪声和源音频信号的统计均值，假设外界噪声和源音频信号是统计均值为0的信号，则有μv＝0,μx＝0，两个独立不相干信号的互相关满足rvx≈μvμx＝0，因此互相关中主要包括了两路信号的相关信息，对不相干信息具有抑制作用。
(3)对于一个系统来说，根据最优系数的最小均方误差准则，输出和输入的互相关ryx(l)，可以通过输入信号自相关rxx(l)和系统传递函数h(l)的卷积获得，可以得到如下关系：
Figure BDA0002070627650000121
从上式中可以看出，系统时域传递函数可以根据自相关和互相关计算得到，时域传递函数的滤波器系数可以估计为：
Figure BDA0002070627650000122
其中，h'表示系数矢量，
Figure BDA0002070627650000123
表示N×N的托普利兹矩阵，γyx＝[ryx(0) ryx(1) ...... ryx(N-1)]是元素为γyx(l)的N×1的互相关矢量。
从系统的时域传递函数的计算公式可以发现，时域传递函数包含了互相关的信息。而互相关主要包含了两路信号的相关信息，对不相关的信息具有抑制作用，因此同频域传递函数一样，时域传递函数也是可以有效抑制外界噪声的干扰，并且时域传递函数表征的亦是声学系统本身的信息，对音频源没有具体要求。
(4)利用频域传递函数与目标传递函数之间的欧氏距离的方式进行佩戴状态的区分。其中，目标传递函数hd，即耳机和耳道耦合好的情况下所对应的传递函数。可以根据以下方式得到目标传递函数：可以根据大量的不同人佩戴紧时对应的传递函数，统计得出所述目标传递函数；或者将耳机同耳道模拟器密封好的情况下，所得到的传递函数作为所述目标传递函数。根据
Figure BDA0002070627650000131
计算时域传递函数h'和目标传递函数hd在每个信号序列采样点处的欧氏距离d，如果欧氏距离d小于距离阈值TH，则认为此时耳机的佩戴状态为佩戴紧，输出标志为1，否则认为此时耳机的佩戴状态为佩戴松，输出标志为0。
(5)在时域传递函数的基础上，估计滤波器系数，可以将时域传递函数变换到频域，然后利用前述频域下滤波器系数的估计方法计算滤波器系数，利用更新后的滤波器系数对源音频信号进行音频补偿。
利用上述步骤(1)～(5)可以有效检测耳机的佩戴状态，并基于检测结果对源音频进行补偿，改善耳机的听音效果。
本发明还提供一种耳机佩戴状态检测装置，本实施例的耳机包括扬声器和所述扬声器的前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号。
图9为本发明实施例示出的耳机佩戴状态检测装置的结构框图，如图9所示，本实施例的装置包括：
信号获取单元，获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号；
信号计算单元，根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数；
检测与补偿单元，根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
在一些实施例中，检测与补偿单元包括第一检测模块、第二检测模块、第一补偿模块和第二补偿模块；其中，
第一检测模块，获取所述频域传递函数在低频段多个频点处的能量，并将每个频点处的能量与其相应的能量阈值进行比较；若所述全部或部分所述频点处的能量均大于其相应的能量阈值，确定所述耳机处于正常佩戴状态，若一个或多个所述频点处的能量小于其相应的能量阈值时，确定所述耳机处于非正常佩戴状态
相应的，第一补偿模块，若所述耳机处于非正常佩戴状态，根据所述频域传递函数和预先确定的目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿；若所述耳机处于正常佩戴状态，将所述滤波器系数设置为零，不对所述源音频信号进行滤波处理。
第二检测模块，获取所述时域传递函数与预先确定的目标传递函数在每个信号序列采样点处的欧氏距离；在所述欧氏距离小于距离阈值时，确定所述耳机处于正常佩戴状态，在所述欧氏距离不小于所述距离阈值时，确定所述耳机处于非正常佩戴状态。
相应的，第二补偿模块，若所述耳机处于非正常佩戴状态，将所述时域传递函数变换到频域，获取频域传递函数，并根据所述频域传递函数和所述目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿；若所述耳机处于正常佩戴状态，将所述滤波器系数设置为零，不对所述源音频信号进行滤波处理。
在一些实施例中，信号计算单元包括第一计算模块和第二计算模块；其中，
第一计算模块，分别对所述源音频信号和所述反馈音频信号进行高通滤波；将高通滤波后的源音频信号和高通滤波后的反馈音频信号变换到频域，并利用谱估计法获得所述源音频信号的自功率谱，以及获得所述源音频信号和反馈音频信号的互功率谱；分别对所述自功率谱和所述互功率谱进行平滑处理，利用平滑处理后的所述自功率谱和所述互功率谱，获得频域传递函数。
第二计算模块，分别对所述源音频信号和所述反馈音频信号进行高通滤波；根据高通滤波
后的源音频信号和高通滤波后的反馈音频信号获得所述源音频信号的归一化自相关序列，以及获得所述源音频信号和反馈音频信号的归一化互相关序列；根据最小均方误差准则并利用所述归一化自相关序列和所述归一化互相关序列，获得时域传递函数。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明还提供了一种耳机。
图10为本发明实施例示出的耳机的结构示意图，如图10所示，在硬件层面，该耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，该耳机还包括处理器和存储器，可选地还包括内部总线、网络接口。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器等。当然，该耳机还可能包括其他业务所需要的硬件，如模数转换器等。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机可执行指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成耳机佩戴状态检测装置。处理器，执行存储器所存放的程序实现如上文描述的耳机佩戴状态检测方法。
上述如本说明书图10所示实施例揭示的耳机佩戴状态检测装置执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上文描述的投耳机佩戴状态检测方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本说明书实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本说明书实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述耳机佩戴状态检测方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质。
该计算机可读存储介质存储一个或多个计算机程序，该一个或多个计算机程序包括指令，该指令执行时能够实现上文描述的耳机佩戴状态检测方法。
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种耳机佩戴状态检测方法，其中，所述耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，所述方法包括：
获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号；
根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数；
根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传递函数为频域传递函数，所述根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，包括：
获取所述频域传递函数在低频段多个频点处的能量，并将每个频点处的能量与其相应的能量阈值进行比较；
基于所述比较的结果，确定所述耳机处于正常佩戴状态还是非正常佩戴状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述比较的结果，确定所述耳机处于正常佩戴状态还是非正常佩戴状态，包括：
若全部或部分所述频点处的能量均大于其相应的能量阈值，确定所述耳机处于正常佩戴状态；或者，
若一个或多个所述频点处的能量小于其相应的能量阈值，确定所述耳机处于非正常佩戴状态。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理，包括：
若所述耳机处于非正常佩戴状态，根据所述频域传递函数和预先确定的目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数，包括：
分别对所述源音频信号和所述反馈音频信号进行高通滤波；
将高通滤波后的源音频信号和高通滤波后的反馈音频信号变换到频域，并利用谱估计法获得所述源音频信号的自功率谱，以及获得所述源音频信号和反馈音频信号的互功率谱；
分别对所述自功率谱和所述互功率谱进行平滑处理，利用平滑处理后的所述自功率谱和所述互功率谱，获得频域传递函数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传递函数为时域传递函数，所述根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，包括：
获取所述时域传递函数与预先确定的目标传递函数在每个信号序列采样点处的欧氏距离；
在所述欧氏距离小于距离阈值时，确定所述耳机处于正常佩戴状态，在所述欧氏距离不小于所述距离阈值时，确定所述耳机处于非正常佩戴状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理，包括：
若所述耳机处于非正常佩戴状态，将所述时域传递函数变换到频域，获取频域传递函数，并根据所述频域传递函数和所述目标传递函数，获取用于对所述源音频信号进行滤波处理的滤波器，利用所述滤波器对所述源音频信号进行滤波处理，实现对所述源音频信号的补偿。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数，包括：
分别对所述源音频信号和所述反馈音频信号进行高通滤波；
根据高通滤波后的源音频信号和高通滤波后的反馈音频信号获得所述源音频信号的归一化自相关序列，以及获得所述源音频信号和反馈音频信号的归一化互相关序列；
根据最小均方误差准则并利用所述归一化自相关序列和所述归一化互相关序列，获得时域传递函数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态之后，不执行根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理，而是根据所获取的佩戴状态向用户进行提示。
10.一种耳机佩戴状态检测装置，其中，所述耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，所述装置包括：
信号获取单元，获取输入给所述扬声器的源音频信号和由所述前置麦克风采集到的反馈音频信号；
信号计算单元，根据所述源音频信号和所述反馈音频信号，获取所述源音频信号和所述反馈音频信号之间的传递函数；
检测与补偿单元，根据所述传递函数获取所述耳机的佩戴状态，并根据所述佩戴状态对所述源音频信号进行音频补偿处理。
11.一种耳机，其中，所述耳机包括扬声器和前置麦克风，所述前置麦克风用于采集所述扬声器播放的音频信号，还包括：
存储器，存储计算机可执行指令；
处理器，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行如权利要求1-9任一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被执行时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。
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