CN113347527A - 声学路径的确定方法、装置、可读存储介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种声学路径的确定方法、装置、可读存储介质及电子设备。本申请基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数得到声反馈路径估计信号，然后根据参考麦克风的采集信号和所述声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号，以此基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数。本申请能够在线计算，实时地求解声反馈路径估计参数，从而通过从参考麦克风的采集信号中消除回声信号实现耳机更好的主动降噪效果。

Description

声学路径的确定方法、装置、可读存储介质及电子设备
技术领域
本申请涉及音频信号处理技术领域，具体而言涉及一种声学路径的确定方法、装置、可读存储介质及电子设备。
背景技术
近年来，主动降噪耳机以其噪声控制、保护听力等特点，越来越受到耳机用户的青睐。
在主动降噪耳机中(以前馈降噪为例)，扬声器发出的降噪声波除了向“下游”(入耳方向)传播以实现与噪声声波的抵消外，实际上还会向上游(耳外方向)传播从而被用于拾取耳外噪声的参考麦克风采集到，简称之为“声反馈”或者“回声”。因此，参考麦克风所采集到的信号中除了耳外的环境噪声信号外，还包括扬声器的输出信号经扬声器至参考麦克风之间的空间(简称声反馈路径)传递后得到的回声信号。该信号不属于即将要入耳的“原始”噪声信号，将会对前馈降噪系统产生干扰，严重影响主动降噪效果。
然而，现阶段的主动降噪耳机通常未考虑到上述声反馈给降噪带来的干扰，必然存在因此导致的降噪效果不佳等缺陷。
发明内容
本申请针对现有技术的不足，提供一种声学路径的确定方法、装置、可读存储介质及电子设备，以期通过实时地确定声反馈路径，从参考麦克风所采集到的信号中消除回声信号，恢复纯净的原始噪声信号，从而消除扬声器回声对降噪系统的干扰，提升耳机的实际降噪效果。本申请具体采用如下技术方案。
首先，为实现上述目的，提出一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法，其包括：基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；根据参考麦克风的采集信号和所述声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：基于所述声反馈路径估计误差信号，对所述初始声反馈路径估计参数进行调整；a.基于所述待播放信号和调整后的声反馈路径估计参数，得到更新后的声反馈路径估计信号；b.根据所述参考麦克风的采集信号和更新后的声反馈路径估计信号，得到更新后的声反馈路径估计误差信号；c.当所述更新后的声反馈路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对所述调整后的声反馈路径估计参数进行调整；迭代执行步骤a、b、c，直至所述期望功率达到最小值，确定当前调整后的声反馈路径估计参数为所述声反馈路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，还包括：基于所述待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：根据所述待播放信号与前馈降噪信号的第一叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第一叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：根据所述待播放信号与反馈降噪信号的第二叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第二叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：根据所述待播放信号、前馈降噪信号及反馈降噪信号的第三叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第三叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
可选的，如上任一所述的方法，其中，所述待播放信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
同时，为实现上述目的，本申请还提供一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，其包括：第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；第二处理模块，用于根据参考麦克风的采集信号和所述声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；参数确定模块，用于基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数。
此外，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
同时，本申请还提供有一种电子设备，其包括：处理器；存储器，所述存储器包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以上任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
有益效果
本申请基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数得到声反馈路径估计信号，然后根据参考麦克风的采集信号和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号，以此基于声反馈路径估计误差信号和待播放信号，确定声反馈路径估计参数。本申请能够在线计算，实时地求解声反馈路径估计参数，从而通过从参考麦克风的采集信号中消除回声信号实现耳机更好的主动降噪效果。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。
附图说明
附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：
图1是本申请方法确定耳机中声反馈路径的步骤流程图；
图2是基于声反馈路径估计的回声消除原理框图；
图3是图2所对应的信号处理基础框图；
图4是本申请主动降噪耳机系统的基础框架示意图；
图5是图4中主动降噪耳机系统对应的信号处理基础框图；
图6是图5所示信号处理基础框图的一种实施方式的框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
图1为根据本申请的一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法的步骤流程图，其按照以下的步骤确定声反馈路径估计参数，也即扬声器输出的不同频率的信号经上述声反馈路径到达参考麦克风而发生的幅值和相位的变化量：
首先，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
然后，根据参考麦克风的采集信号和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；
最终，基于声反馈路径估计误差信号和待播放信号，按照以下步骤流程对声反馈路径估计参数逐步进行调整以确定匹配于该主动降噪耳机的准确参数：在每一步迭代过程中，
基于声反馈路径估计误差信号，对初始声反馈路径估计参数进行调整；
a.基于待播放信号和调整后的声反馈路径估计参数，得到更新后的声反馈路径估计信号；
b.根据参考麦克风的采集信号和更新后的声反馈路径估计信号，得到更新后的声反馈路径估计误差信号；以及
c.当更新后的声反馈路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对调整后的声反馈路径估计参数进行再一步调整。
对于连续的多步迭代过程，迭代执行上述步骤a、b、c，直至某一步更新后的声反馈路径估计误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前调整后的声反馈路径估计参数为最终的声反馈路径估计参数。
由此，应用上述方式计算声反馈路径的主动降噪耳机可以通过在线计算，实时地求解获得声反馈路径估计参数，从而实现如图2以及图3中所示的回声消除，进而实现更好的主动降噪效果。
需要说明的是，本申请方法使用与环境噪声无相关性(即与参考麦克风采集的耳外原始噪声不相关，则与耳内剩余噪声、降噪信号亦不相关)的待播放信号对声反馈路径参数进行实时计算，基于待播放信号与各噪声信号的独立性，避免了在计算声反馈路径参数的同时对主动降噪系统本身计算降噪信号产生干扰或冲突，系统稳定、鲁棒性强。
本申请方法具体可应用于图4-5所示的含前馈降噪的主动降噪耳机，该耳机布置参考麦克风ref Mic以及前馈控制器(降噪滤波器Wff)。其中，R为声反馈路径的传递函数，
Figure BDA0003169340450000061
为估计的声反馈路径的传递函数(即声反馈路径估计参数)，G为次级路径(耳机扬声器与目标降噪区域之间空间的声波传递路径)的传递函数；x(n)为与环境噪声无相关性的待播放信号，d(n)为环境中的噪声源信号，d'(n)为参考麦克风的采集信号，y(n)为基于参考麦克风的采集信号而计算的前馈降噪信号，e'(n)为声反馈路径估计误差信号。
参照图5，上述基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算声反馈路径估计参数的具体步骤可通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)与前馈降噪信号y(n)的叠加信号x(n)+y(n)和初始声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000071
得到声反馈路径估计信号；
然后，根据参考麦克风的采集信号d'(n)和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号e'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于声反馈路径估计误差信号e'(n)和叠加信号x(n)+y(n)，确定最终的声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000072
本申请方法还可进一步应用于如图6所示的含前馈与反馈的混合降噪的主动降噪耳机，该耳机布置参考麦克风和误差麦克风(布置于上述目标降噪区域，即靠近耳道，用于采集耳内剩余噪声)，以及前馈控制器(降噪滤波器Wff)和反馈控制器(降噪滤波器Wfb)。其中，P为初级路径(参考麦克风与目标降噪区域之间空间的声波传递路径)的传递函数，
Figure BDA0003169340450000073
为估计的次级路径的传递函数(即次级路径估计参数)；e(n)为误差麦克风采集到的剩余噪声信号，b(n)为基于剩余噪声信号而计算的反馈降噪信号，e1'(n)为声反馈路径估计误差信号，e2'(n)为次级路径估计误差信号。其余与图5中相同的符号不再重复介绍。
参照图6，可见本申请方法在基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算声反馈路径估计参数的同时还可计算次级路径估计参数，其具体步骤包括：
首先，基于待播放信号x(n)和初始次级路径估计参数
Figure BDA0003169340450000074
得到次级路径估计信号；
然后，根据误差麦克风的采集信号e(n)和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号e2'(n)；
由此，基于次级路径估计误差信号e2'(n)和待播放信号x(n)，确定最终的次级路径估计参数
Figure BDA0003169340450000081
承上述，继续参照图6，基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算声反馈路径估计参数的具体步骤则可通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)、前馈降噪信号y(n)及反馈降噪信号b(n)的叠加信号x(n)+y(n)+b(n)和初始声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000082
得到声反馈路径估计信号；
然后，根据参考麦克风的采集信号d'(n)和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号e1'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于声反馈路径估计误差信号e1'(n)和叠加信号x(n)+y(n)+b(n)，确定最终的声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000083
在图6的基础上，其它一些实施例中，上述基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算声反馈路径估计参数的具体步骤还可通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)与反馈降噪信号b(n)的叠加信号x(n)+b(n)和初始声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000084
得到声反馈路径估计信号；
然后，根据参考麦克风的采集信号d'(n)和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号e1'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于声反馈路径估计误差信号e1'(n)和叠加信号x(n)+b(n)，确定最终的声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000085
此过程中，前馈降噪信号y(n)断路，也即本申请方法可以在仅有反馈降噪参与下完成声反馈路径估计参数的在线计算。待最终确定声反馈路径估计参数
Figure BDA0003169340450000091
后，耳机再开启前馈降噪，进入混合降噪模式。
通过上述各个实施例，参考麦克风的采集信号中的回声信号最终被消除，得到的声反馈路径估计误差信号即为环境中的噪声源信号，纯净的原始噪声信号得以恢复并作为前馈控制器的输入。因此，基于本申请方法能够消除扬声器回声对前馈降噪系统的干扰，显著地提升耳机的实际降噪效果。
需要说明的是，在图5和图6中，待播放信号x(n)例如可以为媒体音频信号或通话语音信号，二者均可视为与环境噪声无相关性，因此本申请方法支持在用户正常听音乐、看视频或者打电话时即可实现声反馈路径估计参数的实时计算，实施便利，系统设计简单、成本低，运算开销小。
上述声学路径的计算过程可通过设置在主动降噪耳机中的功能模块实现。对此，本申请实施例提供一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，包括：
第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
第二处理模块，用于根据参考麦克风的采集信号和声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；
参数确定模块，用于基于声反馈路径估计误差信号和待播放信号，确定声反馈路径估计参数。
基于本申请所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定装置，能够实现对该耳机声反馈路径的在线计算，实时地求解声反馈路径估计参数。基于确定的声反馈路径参数，应用本申请装置的主动降噪耳机能够从参考麦克风的采集信号中消除回声信号，从而实现该耳机更好的主动降噪效果。
同时，本申请装置使用与环境噪声无相关性的待播放信号对声反馈路径参数进行实时计算，基于待播放信号与各噪声信号的独立性，避免了在计算声反馈路径参数的同时对主动降噪系统本身计算降噪信号产生干扰或冲突，系统稳定、鲁棒性强。
应当理解，上述实施例所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定装置中各模块的功能及技术效果可以参考示例性方法中的相应内容，在此不再一一赘述。
另一方面，本申请的其他实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。可以理解，该计算机存储介质可以为任何有形媒介，例如：软盘、CD-ROM、DVD、硬盘驱动器或网络介质等。
再一方面，本申请的其他实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器；存储器，存储器包括存储在其上的计算机指令，计算机指令在被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法，其特征在于，包括：
基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
根据参考麦克风的采集信号和所述声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：
基于所述声反馈路径估计误差信号，对所述初始声反馈路径估计参数进行调整；
基于所述待播放信号和调整后的声反馈路径估计参数，得到更新后的声反馈路径估计信号；
根据所述参考麦克风的采集信号和更新后的声反馈路径估计信号，得到更新后的声反馈路径估计误差信号；
c．当所述更新后的声反馈路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对所述调整后的声反馈路径估计参数进行调整；
迭代执行步骤a、b、c，直至所述期望功率达到最小值，确定当前调整后的声反馈路径估计参数为所述声反馈路径估计参数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；
基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号与前馈降噪信号的第一叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第一叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号与反馈降噪信号的第二叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第二叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号、前馈降噪信号及反馈降噪信号的第三叠加信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数，包括：
基于所述声反馈路径估计误差信号和所述第三叠加信号，确定声反馈路径估计参数。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述待播放信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
8.一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始声反馈路径估计参数，得到声反馈路径估计信号；
第二处理模块，用于根据参考麦克风的采集信号和所述声反馈路径估计信号，得到声反馈路径估计误差信号；
参数确定模块，用于基于所述声反馈路径估计误差信号和所述待播放信号，确定声反馈路径估计参数。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7中任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，所述存储器包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7中任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
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