CN112562626A - 混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于主动降噪技术领域，提供了一种混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统集电子设备：应用于主动降噪系统，主动降噪系统包括内部扬声器、误差麦克风和参考麦克风。设计方法包括：根据第一带限白噪声信号和第一误差信号，采用最小二乘法获得次级路径估计；根据次级路径估计和第一误差信号获得后馈滤波器参数；根据参考信号、第二误差信号和次级路径估计获得前馈滤波器参数。本申请实施例提供的混合降噪滤波器只需要辨识次级路径，可以减少通道辨识误差对滤波器设计带来的影响；由于设计阶段采用了带限白噪声作为测试信号，在主动降噪所关注的频段内，本申请实施例提供的技术方案设计的主动降噪滤波器可以显著提升降噪效果。

Description

混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备
技术领域
本申请属于主动降噪技术领域，尤其涉及一种混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备。
背景技术
日常生活中，噪声无处不在。长时间暴露在噪声环境中，会影响人们的工作效率和身心健康，甚至会损害听力。因此，噪声控制是信号处理领域中一个倍受关注的研究课题。
主动噪声控制系统可以分为前馈型主动降噪(Active Noise Control，ANC) 系统、后馈型ANC系统和混合型ANC系统。主动降噪系统一般包含初级路径和次级路径。以主动降噪耳机为例，为了设计滤波器实现噪声对消，需要获取耳机腔体中初级路径和次级路径的传递函数(或冲激响应)，传递函数可通过通道辨识技术获取。
在基于通道辨识技术的前馈滤波器的设计方案中，直观思路是获取初级路径和次级路径的冲激响应，在此基础上进行滤波器的设计。但是此种方案存在两次加性噪声的影响、阶数不足等问题，因此该设计方案的降噪性能不佳。
发明内容
本申请实施例提供了一种混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备，可以解决以上问题至少一部分。
第一方面，本申请实施例提供了一种混合降噪滤波器的设计方法，应用于主动降噪系统，所述主动降噪系统包括内部扬声器、误差麦克风和参考麦克风；所述设计方法包括：
使用所述内部扬声器发送第一带限白噪声信号，同步采集所述误差麦克风的第一误差信号；
根据所述第一带限白噪声信号和所述第一误差信号，采用最小二乘法获得次级路径估计；
根据所述次级路径估计和所述第一误差信号获得后馈滤波器参数；
接收来自外部声源发送的第二带限白噪声信号，同步采集参考麦克风信号的参考信号和所述误差麦克风信号的第二误差信号；
根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数。
应理解，本申请实施例提供的混合降噪滤波器只需要辨识次级路径，可以减少通道辨识误差对滤波器设计带来的影响；由于设计阶段采用了带限白噪声作为测试信号，在主动降噪所关注的频段内，本申请实施例提供的技术方案设计的混合降噪滤波器可以显著提升降噪效果。
第二方面，本申请实施例提供了一种主动降噪方法，应用于主动降噪系统，参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述主动降噪方法包括：
所述滤波器通过所述参考麦克风接收外部噪声信号，通过所述误差麦克风接收耳道内噪声信号；
所述前馈滤波器对所述外部噪声信号进行滤波，获得第一噪声抵消信号；
所述后馈滤波器对所述耳道内噪声信号进行滤波，获得第二噪声抵消信号；
通过所述内部扬声器播放所述第一噪声抵消信号和所述第二噪声抵消信号；
所述滤波器为采用上述第一方面所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
第三方面，本申请实施例提供了一种主动降噪系统，包括：参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述滤波器为采用上述第一方面所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：上述第三方面所述的主动降噪系统。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面所述的方法步骤。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第二方面所述的方法步骤。
可以理解的是，上述第二方面至第六方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的初级路径和次级路径示意图；
图2是本申请一实施例提供的通道辨识的信号模型；
图3是本申请一实施例提供的维纳滤波器的信号模型；
图4是本申请一实施例提供的主动降噪系统示意图；
图5是本申请实施例提供的混合降噪滤波器的设计方法的流程示意图；
图6a是本申请一实施例提供的使用全频带白噪声作为激励信号的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比；
图6b是本申请一实施例提供的使用全频带白噪声作为激励信号的降噪量；
图7a是本申请一实施例提供的使用带限白噪声作为激励信号的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比；
图7b是本申请一实施例提供的使用带限白噪声作为激励信号的降噪量；
图8a是采用方案一时的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比；
图8b是采用方案一时的降噪量；
图9本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在说明本申请实施例提供的混合降噪滤波器的设计方法之前，为方便对本申请实施例的理解，下面结合图1至图3对本申请实施例提供的混合降噪滤波器的设计方法的原理以及本申请实施例中涉及的相关概念进行说明。
日常生活中，噪声无处不在。随着工业化的发展，这一问题显得越来越突出。长时间暴露在噪声环境中，会影响人们的工作效率和身心健康，甚至会损害听力。因此，噪声控制是信号处理领域中一个倍受关注的研究课题。
噪声控制主要分为两类：一是被动噪声控制技术(Passive Noise Control，PNC)，采用隔音罩、屏障和消声器等来衰减外部噪音。被动噪声控制技术可以在较宽的频带范围内实现噪声衰减，然而其存在尺寸较大、价格昂贵、对低频噪声的降噪效果较差等缺点。另一是主动噪声控制技术(Active Noise Control，ANC)，ANC基于叠加原理，通过扬声器产生一个与噪声幅值相同，相位相反的声音实现噪声对消。ANC可以有效地衰减低频噪声，通常在尺寸、重量和成本方面都有潜在的好处。本申请涉及主动降噪技术，提供一种主动降噪系统中缓和降噪滤波器的设计方法、主动降噪方法、系统及电子设备。该电子设备可以是主动降噪耳机、车载降噪设备或室内降噪设备。
主动噪声控制系统可以分为前馈型ANC系统、后馈型ANC系统和混合型 ANC系统。ANC常见的实现方式之一是采用自适应滤波器，例如FxLMS算法。FxLMS这种方法可以根据噪声的统计特性实时更新滤波器系数，但是对硬件的运算能力要求较高，且存在稳定性问题。另一种采用固定系数滤波器，该方法以离线建模的形式设计滤波器，并载入硬件，无需实时计算更新，且系统稳定。本申请实施例提供固定系数滤波器的混合型主动降噪系统。
固定系数滤波器的主动降噪系统的实现流程为：(1)获取初级路径和次级路径的声学特性；(2)设计前馈滤波器和后馈滤波器。
图1示出了本申请一实施例提供的初级路径和次级路径示意图。如图1所示，本申请实施例提供了主动降噪系统11、外部声源12、和仿真耳13。主动降噪系统包括参考麦克风112、误差麦克风112、内部扬声器113和ANC单元 (或称ANC电路)114。主动降噪系统11包括初级路径115和次级路径116。
以主动降噪耳机为例，初级路径为外界噪声由耳机外部传播至耳道内的路径，即从参考麦克风到误差麦克风的声传播路径，次级路径为ANC电路生成的反噪声由喇叭(内部扬声器)传播至耳道内的路径，即从耳机喇叭(内部扬声器)到误差麦克风的声传播路径。为了设计滤波器实现噪声对消，需要获取耳机腔体中初级路径和次级路径的传递函数(或冲激响应)。获取初级路径和次级路径的传递函数有两个方案：方案一为通过仪器测试获取，其方法简单，但测试成本较高；本申请实施例提供的缓和降噪滤波器的设计方法，是通过通道辨识技术获取，无需使用专业仪器进行测量。本申请主要设计通过通道辨识技术获取传播路径传递函数的方法。
在基于通道辨识技术的前馈滤波器的设计方案中，直观思路是获取初级路径和次级路径的冲激响应，在此基础上进行滤波器的设计。但是此种方案需要同时辨识初级路径和次级路径，存在两次辨识误差，例如：加性噪声的影响、阶数不足等导致，因此该设计方案的降噪性能不佳。
为了实现更好的降噪效果，本申请提供的前馈滤波器设计方案。相较于现有技术，该本申请实施例提供的技术方案具有如下优点：(1)只需要辨识次级路径，可以减少通道辨识误差对滤波器设计带来的影响；(2)在主动降噪所关注的带限白噪声频段内，该方案可以显著提升降噪效果。
以下结合图2介绍通道辨识的原理。
考虑到误差麦克风可能受到麦克风自噪声和/或外界噪声的影响，本申请采用时域最小二乘法对次级路径进行辨识，这种方法对加性噪声较为鲁棒。
图2示出的是本申请一实施例提供的通道辨识的信号模型。如图2所示，其中x(n)为输入信号，y(n)为输出信号，v(n)为输出端的加性噪声，H(z)是通道对应的系统函数。基于最小二乘的通道辨识方法是寻找一个通道估计使得下式hLS最小，
Figure BDA0002807811010000071
求解上式得到，hLS＝(XTX)-1XTy
其中，N是信号长度。
x(n)＝[x(n)x(n-1)…x(n-L+1)]T是输入信号x(n)构成的长度为L的向量。
h是长度为L的通道冲激响应，h＝[h0h1…hL-1]T。
X为输入信号构成的卷积矩阵，y为输出信号构成的列向量，
Figure BDA0002807811010000072
Figure BDA0002807811010000073
以下结合图3介绍维纳滤波器的原理。
图3示出的是本申请一实施例提供的维纳滤波器的信号模型。如图3所示， H(z)是滤波器h的Z变换，滤波器的输入信号为x(n)，输出信号为
Figure BDA0002807811010000074
这个输出信号作为期望响应d(n)的估值。估计误差v(n)为期望响应d(n)与滤波器输出
Figure BDA0002807811010000075
之差。维纳滤波器的代价函数为均方误差，即:
J(h)＝E[(d(n)-xT(n)h)2]
其中
x(n)＝[x(n)x(n-1)…x(n-L+1)]T
是输入信号x(n)构成的长度为L的向量。
将代价函数J(h)关于h的导数置为零，可以求解维纳滤波器hopt为：
hopt＝A-1b
其中
A＝E[x(n)xT(n)]
A为输入信号的自相关矩阵,
b＝E[x(n)d(n)]
b为输入信号与期望响应的互相关向量。
实际情况中，一般很难得到A和b，我们利用时间平均估计集平均：
Figure BDA0002807811010000081
Figure BDA0002807811010000082
此时，维纳滤波器hopt的近似表达式为：
Figure BDA0002807811010000083
其中，E[]表示计算期望。
图4示出的是本申请一实施例提供的主动降噪系统示意图。主动降噪系统 11包括参考麦克风111、误差麦克风112、内部扬声器113、前馈滤波器118 和后馈滤波器119。图1中ANC单元(或称ANC电路)包括114前馈滤波器 118和后馈滤波器119。参考麦克风，用于采集耳机外部的噪声信号r(n)。误差麦克风，用于采集耳道内部的噪声信号e(n)。在一些实施例中内部扬声器为耳机内部扬声器，用于发出反噪声信号l(n)。P(z)为初级路径p的Z变换，S(z)为次级路径s的Z变换。W(z)是前馈滤波w的Z变换，G(z)是后馈滤波器g的Z 变换。
Figure BDA0002807811010000084
为次级路径S(z)的估计。
该主动降噪系统使用参考麦克风和误差麦克风采集噪声信号，经过固定参数的前馈滤波器和后馈滤波器，驱动内部扬声器发出反噪声，实现噪声对消。
图5示出的是本申请实施例提供的混合降噪滤波器的设计方法的流程示意图，应用于上述图2所示的主动降噪系统。如图5所示，该方法包括步骤S110 至S150。各个步骤的具体实现原理如下：
S110，使用所述内部扬声器发送第一带限白噪声信号，同步采集所述误差麦克风的第一误差信号。
在一些实施例中，使用所述内部扬声器发送第一带限白噪声信号l(n)，同步采集所述误差麦克风的第一误差信号es(n)计算第一带限白噪声l(n)构成的卷积矩阵L和第一误差信号es(n)构成的列向量es，
Figure BDA0002807811010000091
Figure BDA0002807811010000092
其中N为信号的长度，L为次级路径冲激响应的长度。
S120，根据所述第一带限白噪声信号和所述第一误差信号，采用最小二乘法获得次级路径估计。
在一些实施例中，参考上述对通道辨识原理的介绍，基于最小二乘辨识次级路获得次级路径估计s，
s＝(LTL)-1LTes。
S130，根据所述次级路径估计和所述第一误差信号获得后馈滤波器参数。
在一些实施例中，将所述第一误差信号es(n)和次级路径估计s的卷积输出作为设计后馈滤波器的后馈输入信号xfb(n)，xfb(n)＝es(n)*s；
将所述第一误差信号es(n)作为滤波器的期望响应，估计后馈滤波器所需的自相关矩阵
Figure BDA0002807811010000093
和互相关向量
Figure BDA0002807811010000094
Figure BDA0002807811010000101
Figure BDA0002807811010000102
其中，xfb(n)＝[xfb(n)xfb(n-1)…xfb(n-L+1)]T是后馈输入信号 xfb(n)构成的长度为L的向量，L是后馈滤波器的长度；N为信号长度；
基于上述维纳滤波器原理获得后馈滤波器参数g：
Figure BDA0002807811010000103
S140，接收来自外部声源发送的第二带限白噪声信号，同步采集所述参考麦克风信号的参考信号和误差麦克风信号的第二误差信号。
在一些实施例中，采用外部声源播放第二带限白噪声，主动降噪系统接收外部声源发送的第二带限白噪声，同步采集参考麦克风信号的参考信号r(n)和误差麦克风信号的第二误差信号ep(n)。
S150，根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数。
在一些实施例中，将所述参考信号r(n)和次级路径估计s的卷积输出作为设计前馈滤波器的前馈输入输入信号xff(n)，xff(n)＝r(n)*s；
将第二误差信号ep(n)作为设计前馈滤波器的期望响应，估计前馈滤波器所需的自相关矩阵
Figure BDA0002807811010000104
和互相关向量
Figure BDA0002807811010000105
Figure BDA0002807811010000106
Figure BDA0002807811010000107
其中，N为信号长度；
基于维纳滤波器原理获得前馈滤波器参数w：
Figure BDA0002807811010000111
在一些实施例中，图5所示的混合降噪滤波器的设计方法，在根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数后，还包括：
将所述后馈滤波器参数和所述前馈滤波器参数导入所述主动降噪系统，以构成固定参数滤波器。
前馈式ANC系统涉及的主要器件包括参考麦克风、滤波单元、耳机内部扬声器以及误差麦克风。参考麦克风接收的信号经过滤波单元生成反噪声信号，通过内部扬声器发出，最终在误差麦克风处实现噪声对消。
在基于通道辨识技术的前馈滤波器的设计方案中以设计方案一作为对比方案，设计方案一包括以下三个步骤：
(1)根据参考麦克风和误差麦克风的采集信号r(n)和ep(n)，通过最小二乘算法辨识初级路径p；
(2)根据耳机内部扬声器播放的激励信号l(n)和误差麦克风采集信号 es(n)，通过最小二乘算法辨识次级路径s；
(3)对初级路径p和次级路径s解卷积得到前馈滤波器w。
设计方案一引入两次辨识误差(由于加性噪声、阶数不足等导致)，即初级路径辨识误差和次级路径辨识误差，因此该设计方案的降噪性能不佳。
本申请实施例提供一种新的前馈滤波器设计方案，仅需进行一次通道辨识 (次级路径)，即可设计前馈滤波器。由于仅引入一次辨识误差，所设计的滤波器可以进一步提升降噪性能，算法效果对比详见第七节的案例二，具体流程如下：
(1)根据耳机内部扬声器播放的激励信号l(n)和误差麦克风采集信号 es(n)，通过最小二乘算法辨识次级路径s；
(2)预处理；
将参考麦克风采集信号r(n)卷积次级路径s作为设计滤波器的输入信号xff(n)，将误差麦克风采集信号es(n)作为设计滤波器的期望响应d(n)；
(3)根据输入信号xff(n)和期望响应d(n)，设计维纳滤波器作为前馈滤波器。
在本申请的实施例中，对后馈滤波器的设计相比前馈式ANC系统，后馈式ANC系统不需要参考麦克风，仅需误差麦克风。误差麦克风采集信号经过滤波单元生成反噪声信号，通过内部扬声器发出，最终在误差麦克风处实现噪声对消。具体设计流程如下：
(1)预处理；
将误差麦克风采集信号xfb(n)卷积次级路径s作为设计滤波器的输入信号 xfb(n)，将误差麦克风采集信号xfb(n)作为设计滤波器的期望响应d(n)；
(2)根据输入信号xfb(n)和期望响应d(n)，设计维纳滤波器作为后馈滤波器。
在本申请的一个实施中，所述第一带限白噪声和所述第二带限白噪声的频率范围在20Hz到2000Hz。传统的通道辨识方法一般采用白噪声作为激励信号。实验发现这种方法得到的通道估计在全频带具有较好的辨识精度，但在低频处的辨识精度较差。由于ANC更加关注低频处的降噪性能，为了提高在低频处的辨识精度，本申请实施例采用了一种基于带限激励信号的通道辨识方案，这里激励信号采用带限白噪声，频带范围为ANC技术的关注频段，例如2kHz以下。本申请提供的通道辨识方案通过改变激励信号的类型提高通道辨识在低频处的精度，因此所设计的前馈滤波器和后馈滤波器可以实现更好的降噪效果。
为了评价本申请实施例提供的混合降噪滤波器的降噪性能，本申请实施例提供如下仿真方法评价降噪性能。
将ANC算法关闭/开启时误差麦克风采集信号的功率谱Poff(ω)和Pon(ω)的比值作为降噪性能NR(ω)的评价指标，定义如下：
Figure BDA0002807811010000121
则某频段的平均降噪量NRav可以计算为：
Figure BDA0002807811010000131
其中，W为该频段对应的频点数。
为了更好地展示本申请的效果，给出如下具体的示例来验证本专利算法的优越性。
示例一：分别使用全频带白噪声和带限白噪声(本申请采用)进行通道辨识及滤波器设计，其设计前馈滤波器时均采用本申请提出的前馈滤波器设计方案，二者的区别仅在于激励信号不同。
通道数据采集的实验环境为半消声室，实验中外部扬声器播放噪声信号模拟实际噪声环境，人工头主要用来模拟人耳声学特性，耳机佩戴在人工耳上录制的通道数据可以较大程度的还原耳机实际使用场景时的通道特性。
图6a为使用全频带白噪声作为激励信号的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比。图6b为使用全频带白噪声作为激励信号的降噪量。其在 20Hz～2kHz频段(主动降噪关注频段)内的平均降噪量约为22dB。
图7a为使用带限白噪声作为激励信号的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比。图7b为使用带限白噪声作为激励信号的降噪量。其在20Hz～2kHz 频段内的平均降噪量约为27dB，相较于采用全频带白噪声作为激励信号的方法而言，在关心频率范围内的降噪性能有所提升。
示例二：比较两种前馈滤波器设计方案，方案一是先分别辨识初级路径和次级路径再进行前馈滤波器设计，本申请实施例提供的混合降噪滤波器设计方法是仅需辨识次级路径加以预处理后再进行前馈滤波器设计(本申请采用方法)。此时两种方法中的通道辨识模块均采用带限白噪声作为激励信号。
图8a为采用方案一时的ANC开启和关闭时信号的功率谱密度对比。图8b 为采用方案一时的降噪量。其在20Hz～2kHz频段内(主动降噪关注频段)的平均降噪量约为17dB。采用本申请实施例提供的混合降噪滤波器的设计方法设计的主动降噪滤波器的降噪效果如图7a和图7b所示，其在20Hz～2kHz频段内的平均降噪量为27dB，相较于方法一而言，在关心频率范围内的降噪性能显著提升。
图6a、图7a和图8a的横轴为频率(Hz)，纵轴为功率谱密度(Power Spectraldensity，PSD)(dB)。
图6b、图7b和图8b的横轴为频率(Hz)，纵轴为降噪深度(dB)。
本申请实施例提供了一种主动降噪的方法，应用于图2所述的主动降噪系统。所述主动降噪系统包括：参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述主动降噪方法包括：
所述前馈滤波器通过所述参考麦克风接收外部噪声信号，所述后馈滤波器通过所述误差麦克风接收耳道内噪声信号；
所述前馈滤波器对所述外部噪声信号进行滤波，获得第一噪声抵消信号；
所述后馈滤波器对所述耳道内噪声信号进行滤波，获得第二噪声抵消信号；
通过所述内部扬声器播放所述第一噪声抵消信号和所述第二噪声抵消信号；
所述前馈滤波器和后馈滤波器为采用上述所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
对应于上述主动降噪的方法，本申请实施例提供的一种主动降噪装置，应用于主动降噪系统，所述主动降噪系统包括：参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述主动降噪装置包括：
滤波模块，用于所述滤波器通过所述参考麦克风接收外部噪声信号，通过所述误差麦克风接收耳道内噪声信号；
滤波模块，还用于所述前馈滤波器对所述外部噪声信号进行滤波，获得第一噪声抵消信号；
滤波模块，还用于所述后馈滤波器对所述耳道内噪声信号进行滤波，获得第二噪声抵消信号；
抵消模块，用于通过所述内部扬声器播放所述第一噪声抵消信号和所述第二噪声抵消信号；
所述前馈滤波器和后馈滤波器为采用上述所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
可以理解的是，以上实施例中的各种实施方式和实施方式组合及其有益效果同样适用于本实施例，这里不再赘述。
图9为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。如图9所示，该实施例的电子设备D10包括：至少一个处理器D100(图9中仅示出一个)处理器、存储器D101以及存储在所述存储器D101中并可在所述至少一个处理器 D100上运行的计算机程序D102，所述处理器D100执行所述计算机程序D102 时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。该电子设备中还包含上述主动降噪系统的参考麦克风D103、内部扬声器D104和误差麦克风D105。该电子设备还包括前馈滤波器和后馈滤波器，前馈滤波器和后馈滤波器可以为专用滤波器硬件实体，也可以为采用通用处理器或数字信号处理器运行计算机程序实现的滤波器。如图9所示，该电子设备中的各个组成部件/单元可以通过总线D110 通信，总线D110的类型不做具体限定。
所称处理器D100可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器D100还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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。
所述存储器D101在一些实施例中可以是所述电子设备D10的内部存储单元，例如电子设备D10的硬盘或内存。所述存储器D101在另一些实施例中也可以是所述电子设备D10的外部存储设备，例如所述电子设备D10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD) 卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器D101还可以既包括所述电子设备D10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器D101用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器D101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合降噪滤波器的设计方法，其特征在于，应用于主动降噪系统，所述主动降噪系统包括内部扬声器、误差麦克风和参考麦克风；所述设计方法包括：
使用所述内部扬声器发送第一带限白噪声信号，同步采集所述误差麦克风的第一误差信号；
根据所述第一带限白噪声信号和所述第一误差信号，采用最小二乘法获得次级路径估计；
根据所述次级路径估计和所述第一误差信号获得后馈滤波器参数；
接收来自外部声源发送的第二带限白噪声信号，同步采集所述参考麦克风信号的参考信号和所述误差麦克风信号的第二误差信号；
根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述第一带限白噪声信号和所述第一误差信号，采用最小二乘法获得次级路径估计，包括：
采用s＝(LTL)-1LTes获得次级路径估计s；
其中，L是第一带限白噪声l(n)构成的卷积矩阵，es是第一误差信号es(n)构成的列向量es。
3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述次级路径估计和所述第一误差信号获得后馈滤波器参数，包括：
将所述第一误差信号es(n)和次级路径估计s的卷积输出作为后馈滤波器的后馈输入信号xfb(n)，xfb(n)＝es(n)*s；
将所述第一误差信号es(n)作为滤波器的期望响应，估计后馈滤波器所需的自相关矩阵
Figure FDA0002807809000000011
和互相关向量
Figure FDA0002807809000000012
Figure FDA0002807809000000013
其中，N为信号长度；
基于维纳滤波器原理获得后馈滤波器参数g，
Figure FDA0002807809000000021
4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数，包括：
将所述参考信号r(n)和次级路径估计s的卷积输出作为前馈滤波器的前馈输入信号xff(n)，xff(n)＝r(n)*s；
将第二误差信号ep(n)作为前馈滤波器的期望响应，估计前馈滤波器所需的自相关矩阵
Figure FDA0002807809000000022
和互相关向量
Figure FDA0002807809000000023
Figure FDA0002807809000000024
其中，N为信号长度；
基于维纳滤波器原理获得前馈滤波器参数w，
Figure FDA0002807809000000025
5.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述参考信号、所述第二误差信号和所述次级路径估计获得前馈滤波器参数后，还包括：
将所述后馈滤波器参数和所述前馈滤波器参数导入所述主动降噪系统。
6.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一带限白噪声和所述第二带限白噪声的频率范围在20Hz到2000Hz。
7.一种主动降噪方法，其特征在于，应用于主动降噪系统，所述主动降噪系统包括：参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述主动降噪方法包括：
所述前馈滤波器通过所述参考麦克风接收外部噪声信号，所述后馈滤波器通过所述误差麦克风接收耳道内噪声信号；
所述前馈滤波器对所述外部噪声信号进行滤波，获得第一噪声抵消信号；
所述后馈滤波器对所述耳道内噪声信号进行滤波，获得第二噪声抵消信号；
通过所述内部扬声器播放所述第一噪声抵消信号和所述第二噪声抵消信号；
所述滤波器为采用权利要求1至6任一项所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
8.一种主动降噪系统，其特征在于，包括：参考麦克风、误差麦克风、内部扬声器、前馈滤波器和后馈滤波器；所述前馈滤波器和后馈滤波器为采用权利要求1至6任一项所述混合降噪滤波器的设计方法设计的滤波器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求8所述的主动降噪系统。
10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括主动降噪耳机、车载降噪设备或室内降噪设备。
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