CN113365176B - 一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备 - Google Patents

一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备。方法包括：获取播放内容信号；根据所述播放内容信号确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中，所述主动噪声信号用于将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在所述播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下。相较于现有技术，根据本申请实施例的方法可以大大提高降噪效果。

Description

一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备
技术领域
本申请涉及智能终端技术领域，特别涉及一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备。
背景技术
在耳机的应用场景中，存在多种不同的耳机降噪技术方案，其中一种常见的耳机降噪技术方案是主动噪声消除(Active Noise Cancellation，ANC)方案。ANC方案是在人耳处降噪，它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音(主动噪声)，其频谱与所要消除的外部噪声完全一样，只是相位刚好相反(相差180°)，就可以将外部噪声完全抵消掉。例如，在ANC方案的一种实现方式中，向人耳输出主动噪声，在人耳处，主动噪声与外部噪声相抵消，就可以实现耳机降噪。
虽然在理论上，依照ANC方案的实现原理，主动噪声在人耳处与外部噪声相抵消就可以实现降噪。但是，在ANC方案的实际应用场景中，存在主动噪声在人耳处与外部噪声相抵消后仍有一部分外部噪声被人耳听到的情况，ANC方案执行后的降噪效果并不理想。
发明内容
本申请提供了一种实现主动噪声消除的方法、装置和电子设备，本申请还提供一种计算机可读存储介质，以提供一种主动噪声消除方案，提高主动噪声消除方案的降噪效果。
针现有技术中ANC方案执行后的降噪效果并不理想的问题，本申请实施例提出了下述技术方案：
第一方面，本申请实施例提出了一种实现主动噪声消除的方法，包括：
获取播放内容信号；
根据所述播放内容信号确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中，所述主动噪声信号用于将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在所述播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下。
上述第一方面的一种实现方式中，根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中：
根据所述播放内容信号在第一频段上对所述外部噪声信号产生的掩蔽效应确定所述主动噪声在所述第一频段的强度。
上述第一方面的一种实现方式中，根据所述播放内容信号确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应，包括：
获取耳内噪声信号；
确定所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
上述第一方面的一种实现方式中，根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，包括：
根据所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中所述耳内噪声信号的反馈输入；
基于所述耳内噪声信号的反馈输入，根据所述主动噪声消除的控制策略生成所述主动噪声信号。
上述第一方面的一种实现方式中，根据所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中所述耳内噪声信号的反馈输入，其中，根据所述播放内容信号在第一频段上对所述耳内噪声信号产生的掩蔽效应确定在所述第一频段上的所述耳内噪声信号的反馈输入的强度。
上述第一方面的一种实现方式中，确定所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应，包括：
根据所述耳内噪声信号计算所述耳内噪声信号的频谱；
根据所述播放内容信号计算所述播放内容信号的频谱；
根据所述耳内噪声信号的频谱以及所述播放内容信号的频谱确定各个频段上所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
上述第一方面的一种实现方式中，根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，包括：
根据所述播放内容信号的频谱对所述耳内噪声信号的频谱所产生的掩蔽效应确定所述耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，其中，所述遮蔽效应越强，对应的频段权重越小；
根据所述耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，对所述耳内噪声信号进行滤波，获取耳内噪声滤波结果信号，其中，所述频段权重越小，所述耳内噪声滤波结果信号中对应频段的信号强度越小；
将所述耳内噪声滤波结果信号作为所述主动噪声消除的控制策略中所述耳内噪声信号的反馈输入。
第二方面，本申请一实施例还提出了一种实现主动噪声消除的装置，包括：
第一信号获取模块，其用于获取播放内容信号；
屏蔽效应分析模块，其用于确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
主动噪声生成模块，其用于根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，使得到达人耳的外部噪声信号的频谱被控制在所述播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下。
第三方面，本申请一实施例还提出了一种电子设备，电子设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发电子设备执行如本申请实施例所述的方法步骤。
第四方面，本申请一实施例还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本申请实施例的方法。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
根据本申请实施例的方法，基于播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，从而将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下，进而有效削减用户所听到的外部噪声；相较于现有技术，根据本申请实施例的方法可以大大提高降噪效果。
附图说明
图1所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图；
图2所示为ANC方案的一种实现方式的应用场景示意图；
图3所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图；
图4所示为ANC方案的一种实现方式的原理图；
图5所示为根据本申请一实施例的ANC方案原理图；
图6所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图；
图7所示为两种主动噪声消除方案的执行效果对比示意图；
图8所示为根据本申请主动噪声消除装置一实施例的结构图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。
针现有技术中ANC方案执行后的降噪效果并不理想的问题，本申请实施例提出了一种实现主动噪声消除的方法。为了提出本申请实施例的方法，发明人首先分析ANC方案的原理本质以及ANC方案的实际应用场景。
ANC方案的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音(主动噪声)，其频谱与所要消除的外部噪声完全一样，只是相位刚好相反(相差180°)，就可以将外部噪声完全抵消掉。基于上述原理的分析可知，在ANC方案中，降噪的实现在本质上是降低(最小化)到达人耳的外部噪声的能量，即用户耳内的噪声的能量。然而，在实际应用场景中，传入用户耳内的外部噪声并不等于用户可以感知到外部噪声。例如，在用户听音乐的场景中，即使外部噪声泄露进入耳内，只要耳机的音乐大于噪声能量超过一定的值，就会产生掩蔽作用，导致用户听不到外部的噪声。在这种时候，仍然按照降低(最小化)到达人耳的外部噪声的能量的方案进行主动噪声抵消，就会导致最终耳内的外部噪声被主动噪声抵消后有可能有一部分仍然被用户听到。
因此，在本申请一实施例中，在实现主动噪声抵消方案时，在生成主动噪声时首先确定播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应，然后基于掩蔽效应确定主动噪声。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图。在本申请一实施例中，如图1所示，主动噪声消除方法包括：
步骤110，获取播放内容信号；
步骤120，根据播放内容信号确定播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
步骤130，根据播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中，主动噪声信号用于将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下。
根据本申请实施例的方法，基于播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，从而将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下，进而有效削减用户所听到的外部噪声；相较于现有技术，根据本申请实施例的方法可以大大提高降噪效果。
进一步的，在图1所示实施例的具体实际过程中，图1所示实施例的各个步骤可以采用多种不同的具体实现方式。
在一具体的应用场景中，将主动噪声分为多个不同的频段，分别确定不同的频段的主动噪声从而最终整合构成完整的主动噪声。因此，在步骤130的一种实现方式中，在根据播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号的过程中，根据播放内容信号在某一频段上对外部噪声信号产生的掩蔽效应确定主动噪声在该频段的强度。例如，针对第一频段(第一频段可以是任意频段)，根据播放内容信号在第一频段上对外部噪声信号产生的掩蔽效应确定主动噪声在所述第一频段的强度。
图2所示为ANC方案的一种实现方式的应用场景示意图。如图2所示，麦克风201为安置于耳机非入耳部分上的麦克风，麦克风202为安置于耳机入耳部分上的麦克风。麦克风202可以采集耳朵能听到的环境噪音信号(耳内噪声信号)；麦克风201可以采集外部噪声信号(耳外噪声信号)。
在图2所示的实际应用场景中，ANC方案的一种实现方式为：将耳内噪声信号、耳外噪声信号传至控制电路，进行实时运算生成与耳内噪声相位相反、振幅相同的主动噪声信号212；通过耳机上的喇叭发射主动噪声信号212来抵消噪声。噪声信号211耳外穿过耳机传入耳内，在耳内与主动噪声信号212相互抵消。
由于在图2所示的应用场景中，耳内噪声信号就是到达人耳的噪声信号。因此，针对图2所示的应用场景，在图1所示步骤120的一种实现方式中，确定播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应即是确定播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
图3所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图。在步骤120的一种实现方式中，如图3所示，确定播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应的过程包括：
步骤310，获取耳内噪声信号；
步骤320，确定播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
进一步的，在图2所示的一种应用场景中，在主动噪声消除的控制策略中，采用闭环反馈方案生成主动噪声信号212。具体的，计算电路将麦克风202获取的耳内噪声信号作为反馈信号，基于反馈信号进行闭环反馈计算，把麦克风201获取的信号经过处理产生相位相反的噪声声波在耳内相互抵消。
以一具体的应用场景为例，图4所示为ANC方案的一种实现方式的原理图。如图4所示，数据输入节点401指代图2所示的安置于耳机非入耳部分上的麦克风201，数据输入节点402指代图2所示的安置于耳机入耳部分上的麦克风202。模块403、405、406分别使用计算函数P(z)、S(z)、S(z)对其输入量进行计算处理以生成输出量。
401的输入为耳外噪声信号x(n)，其中n代表了采样点。
模块403用于模拟外部噪声经过耳机渗入到耳内的传递环境。P(z)代表了外部噪声经过耳机渗入到耳内的传递函数，因此，模块411的输出量d(n)就为耳内噪声信号。
模块406用于模拟主动噪声信号在耳内的传递环境。S(z)是耳机扬声器至麦克风402的传递函数，S(z)可以事先测量得到，也可以实时估算(例如当耳机下行播放音乐的时候)。
模块404用于指代生成主动噪声信号的自适应滤波器。自适应滤波器对耳外噪声信号x(n)进行处理以生成主动噪声信号，H(z)代表了自适应滤波器侧参数。
在本ANC实现方案中，在生成主动噪声信号时，计算模块的目的就是估算H(z)使其尽可能接近P(z)。那么x(n)经过H(z)和S(z)得到y(n)就可以与耳内噪声信号d(n)相抵消。以H(z)作为自适应滤波器的工作参数，就可以输出可以实现主动抵消降噪的主动噪声信号。具体的，采用闭环反馈调节H(z)。402输入的e(n)是y(n)与d(n)抵消残留的噪声信号(误差信号)。模块407基于最小均方算法(LeastMeanSquare，LMS)，以e(n)为反馈输入，根据e(n)以及模块405的输出量调整H(z)的参数。
针对图4所示的采用反馈计算的主动噪声消除的控制策略。在图1所示步骤120的一种实现方式中，不直接将麦克风202获取的耳内噪声信号作为反馈信号，而是基于播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应对耳内噪声信号进行处理，从而确定反馈信号。
具体的，在步骤120的一种实现方式中，如图3所示，根据播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号的过程包括：
步骤330，根据播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中耳内噪声信号的反馈输入；
步骤340，基于耳内噪声信号的反馈输入，根据主动噪声消除的控制策略生成主动噪声。
以一具体的应用场景为例，图5所示为根据本申请一实施例的ANC方案原理图。如图5所示，数据输入节点501指代图2所示的安置于耳机非入耳部分上的麦克风201，数据输入节点502指代图2所示的安置于耳机入耳部分上的麦克风202。模块503、505、506分别使用计算函数P(z)、S(z)、S(z)对其输入量进行计算处理以生成输出量。
501的输入为耳外噪声信号x(n)，其中n代表了采样点。
模块503用于模拟外部噪声经过耳机渗入到耳内的传递环境。P(z)代表了外部噪声经过耳机渗入到耳内的传递函数，因此，模块511的输出量d(n)就为耳内噪声信号。
模块506用于模拟主动噪声信号在耳内的传递环境。S(z)是耳机扬声器至麦克风402的传递函数，S(z)可以事先测量得到，也可以实时估算(例如当耳机下行播放音乐的时候)。
模块504用于指代生成主动噪声信号的自适应滤波器。自适应滤波器对耳外噪声信号x(n)进行处理以生成主动噪声信号，H(z)代表了自适应滤波器侧参数。
在本ANC实现方案中，在生成主动噪声信号时，计算模块的目的就是估算H(z)使其尽可能接近P(z)。那么x(n)经过H(z)和S(z)得到y(n)就可以与耳内噪声信号d(n)相抵消。以H(z)作为自适应滤波器的工作参数，就可以输出可以实现主动抵消降噪的主动噪声信号。具体的，采用闭环反馈调节H(z)。模块507基于最小均方算法(LeastMeanSquare，LMS)，根据反馈输入以及模块505的输出量调整H(z)的参数。
502输入的e(n)是y(n)与d(n)抵消残留的噪声信号。与图4所示实施例不同，图5所示实施例中，模块507在进行闭环反馈调节H(z)时，并不是以e(n)为反馈输入，而是以模块508的输出q(n)为反馈输入。
模块508指代以W(z)为滤波器参数的滤波器。掩蔽效应分析器510将播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应的分析结果输入到模块508，模块508基于掩蔽效应的分析结果来调整e(n)，将调整结果作为反馈输入输入到模块507。
具体的，在步骤330的一种实现方式中，在根据播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中耳内噪声信号的反馈输入的过程中，根据播放内容信号在某一频段上对耳内噪声信号产生的掩蔽效应确定在该频段上的耳内噪声信号的反馈输入的强度。例如，针对第一频段(第一频段可以是任意频段)，根据播放内容信号在第一频段上对耳内噪声信号产生的掩蔽效应确定在第一频段上的耳内噪声信号的反馈输入的强度。
进一步的，在步骤120的一种实现方式中，通过对音频信号的频谱进行分析来分析掩蔽效应。图6所示为根据本申请主动噪声消除方法一实施例的流程图。在步骤120的一种实现方式中，如图6所示，确定播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应的过程，包括：
步骤610，根据耳内噪声信号计算耳内噪声信号的频谱；
步骤620，根据播放内容信号计算播放内容信号的频谱；
步骤630，根据耳内噪声信号的频谱以及播放内容信号的频谱确定各个频段上播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
进一步的，在步骤120的一种实现方式中，通过为耳内噪声信号的各个频段分配对应的权重来表示播放内容信号对该耳内噪声信号的各个频段的遮蔽效应。具体的，针对某一频段，播放内容信号对耳内噪声信号遮蔽效应越强，耳内噪声信号的该频段对应的频段权重越小。
具体的，如图6所示，在步骤120的一种实现方式中，根据播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号的过程包括：
步骤640，根据播放内容信号的频谱对耳内噪声信号的频谱所产生的掩蔽效应确定耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，其中，遮蔽效应越强，对应的频段权重越小；
步骤650，根据耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，对耳内噪声信号进行滤波，获取耳内噪声滤波结果信号，其中，频段权重越小，耳内噪声滤波结果信号中对应频段的信号强度越小；
步骤660，将耳内噪声滤波结果信号作为主动噪声消除的控制策略中耳内噪声信号的反馈输入。
以一具体的应用场景为例，如图5所示，掩蔽效应分析器510包含耳内噪声频谱估计模块511、播放内容频谱估计模块512以及频带权重分配模块513。耳内噪声频谱估计模块511用于实现步骤610，计算耳内噪声信号的频谱。播放内容频谱估计模块512用于实现步骤520，计算播放内容信号的频谱。频带权重分配模块513用于实现步骤630以及步骤640，根据耳内噪声信号的频谱以及播放内容信号的频谱，确定耳内噪声信号各个频谱对应的权重。模块508用于实现步骤650以及660，根据耳内噪声信号各个频谱对应的权重对e(n)进行调整，把e(n)中权重较低的频率衰减，输出调整过的误差信号q(n)。
具体的，在步骤610～660的一种实现方式中，如图5所示，在实现步骤610的过程中，理想状态下，y(n)与d(n)完全抵消，耳内噪声频谱估计模块511的输入是y(n)。但是在实际操作下，y(n)与d(n)没有实现完全抵消，存在e(n)。因此，耳内噪声频谱估计模块511的输入为y(n)以及e(n)。
以Y(w,n)和E(w,n)表示y(n)和e(n)的傅里叶变换，其中w代表了频率。那么耳内总噪声的瞬时能量Nin(ω，n)可以表示为Nin(ω，n)＝|Y(ω，n)|2+|E(ω，n)|2。(式1)
公式1中，|E(ω，n)|2可以选择下行静音时计算，防止下行播放时内容的能量混入噪声能量估计。
进一步的，为了得到更稳定的噪声估计，基于下式对Nin(ω，n)进行平滑处理：
Figure BDA0002399053350000071
公式2中，α为了事先定义的常数，例如，在一应用场景中，α取值为0.99。
基于上述公式1以及公式2实现耳内噪声频谱估计模块511，从而根据y(n)以及e(n)计算获取耳内噪声频谱的计算结果。
在实现步骤620的过程中，如图5所示，播放内容频谱估计模块512基于下式计算下行的播放内容频谱：
Figure BDA0002399053350000072
公式3中，Md(ω，n)代表了瞬时播放内容的能量谱；
Figure BDA0002399053350000073
代表了平滑后的音乐能量谱；S(ω)是耳机扬声器到麦克风202的传输函数。
基于上述公式3实现播放内容频谱估计模块512，从而计算获取播放内容频谱的计算结果。
在实现步骤630～640的过程中，如图5所示，频带权重分配模块513的输入耳内噪声频谱以及播放内容频谱：
Figure BDA0002399053350000074
与
Figure BDA0002399053350000075
根据上述两个值，可以计算得出哪些频带可以降低权重(不用抵消)或者哪些需要ANC算法抵消的。
具体的权重计算如下：
Figure BDA0002399053350000076
公式4中，W(ω)为频点ω的权重，β和γ是预先设置的常量(在一应用场景中，β和γ分别可设为0.01和0.1)。
β代表了下行播放内容能量对于噪声的掩蔽效应。例如，在一应用场景中，设定：
如果噪声能量小于播放内容能量的0.01倍，则可认为噪声被掩蔽(用户听不到)了，此时可以把对应的频带权重设为γ(0.1)；
反之则认为噪声未被掩蔽，需要用给予权重为1。
在实现步骤650～660的过程中，如图5所示，模块508的输入为权重W(ω)和e(n)，模块508对e(n)进行滤波，把信号中权重较低的频率衰减，输出为调整过的误差信号q(n)。模块508的滤波器参数W(z)可以根据下面的方法求得：
w(n)＝FFT-1(W)。(式5)
公式5中，FFT-1(x)表示对于向量x做反傅里叶变换；w(n)，n＝0，1，...N-1为滤波器参数W(z)的冲击响应。W＝[W(ω0)W(ω1)...W(ωN-1)]T表示权重在不同频率上的值，W由公式4求得。滤波器参数W(z)的输出和输入的关系可以表示为：
Figure BDA0002399053350000081
如图5所示，根据公式6，作为模块507反馈输入的q(n)是滤波后的e(n)。相较于e(n)，q(n)的频率成分有所调整：被音乐能量所掩蔽的频带会衰减；其他的频带不变。因此，使用q(n)作为模块507的反馈输入时，可以保证算法会更重视抵消权重高的频带；从而达到动态调整残留噪声的能量谱，使得其不被音乐掩蔽的频率部分更小；而被音乐掩蔽的频率部分变大的目的。
可以理解的是，上述实施例中的部分或全部步骤骤或操作仅是示例，本申请实施例还可以执行其它操作或者各种操作的变形。此外，各个步骤可以按照上述实施例呈现的不同的顺序来执行，并且有可能并非要执行上述实施例中的全部操作。
图7所示为两种主动噪声消除方案的执行效果对比示意图。在一应用场景中，如图7所示，纵坐标为能量，横坐标为频率。701代表下行播放内容，702代表噪声基底(Noisefloor)，703表示下行播放内容带来的掩蔽能量曲线(masking curve)，704表示采用图4所示的ANC系统的最终的耳内噪声，705表示采用图5所示的ANC系统的最终的耳内噪声。
图中703表示了下行播放内容带来了掩蔽能量曲线(masking curve)，即噪声如果小于这条曲线用户主观是无法感知的。采用图4所示的ANC系统的最终的耳内噪声如704所示，704在低频部分略高于掩蔽曲线导致用户主观可感知。然而图5所示的ANC系统，可以得到更好的平衡，如705所示，705被控制在703以下，高频噪声略有提升(任然在掩蔽曲线之下)而低频进一步降低。因此，相较于图4所示的ANC系统，采用图5所示的ANC系统可以更好地使用户主观上感知到的噪声最小化。
进一步的，基于本申请一实施例中提出的主动噪声消除方法，本申请一实施例还提出了一种实现主动噪声消除的装置。图8所示为根据本申请主动噪声消除装置一实施例的结构图。在本申请一实施例中，如图8所示，在本申请一实施例中，主动噪声消除800包括：
信号获取模块810，其用于获取播放内容信号；
屏蔽效应分析模块820，其用于确定播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
主动噪声生成模块830，其用于根据播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，使得到达人耳的外部噪声信号的频谱被控制在播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下。
图8所示的本申请一实施例提供的装置可用于执行本申请实施例的方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果可以进一步参考方法实施例中的相关描述。
具体的，在主动噪声生成模块830的一种实现方式中，主动噪声生成模块830用于根据播放内容信号在第一频段上对外部噪声信号产生的掩蔽效应确定主动噪声在第一频段的强度。
具体的，在屏蔽效应分析模块820的一种实现方式中，屏蔽效应分析模块820包括：
耳内噪声信号获取模块，其用于获取耳内噪声信号，以图5所示实施例的应用场景为例，数据输入节点502对应耳内噪声信号获取模块；
掩蔽效应分析器，其用于确定播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应，以图5所示实施例的应用场景为例，模块510对应掩蔽效应分析器。
具体的，在主动噪声生成模块830的一种实现方式中，主动噪声生成模块830包括：
反馈输入计算模块，其用于根据播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中耳内噪声信号的反馈输入，以图5所示实施例的应用场景为例，模块508对应反馈输入计算模块；
主动噪声生成器，其用于基于耳内噪声信号的反馈输入，根据主动噪声消除的控制策略生成主动噪声，以图5所示实施例的应用场景为例，模块507以及模块504对应主动噪声生成器的一部分功能模块。
具体的，在反馈输入计算模块的一种实现方式中，其中，反馈输入计算模块用于根据播放内容信号在第一频段上对耳内噪声信号产生的掩蔽效应确定在第一频段上的耳内噪声信号的反馈输入的强度。
具体的，在掩蔽效应分析器的一种实现方式中，掩蔽效应分析器包括：
耳内噪声频谱估计模块，其用于根据耳内噪声信号计算所述耳内噪声信号的频谱，例如图5所示实施例的应用场景中的模块511；
播放内容频谱估计模块，其用于根据播放内容信号计算播放内容信号的频谱，例如图5所示实施例的应用场景中的模块512；
频带权重分配模块，例如图5所示实施例的应用场景中的模块513，频带权重分配模块用于：
根据耳内噪声信号的频谱以及播放内容信号的频谱确定各个频段上播放内容信号对耳内噪声信号所产生的掩蔽效应；
根据播放内容信号的频谱对耳内噪声信号的频谱所产生的掩蔽效应确定耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，其中，遮蔽效应越强，对应的频段权重越小。
在反馈输入计算模块的一种实现方式中，反馈输入计算模块用于：
根据耳内噪声信号不同频段对应的频段权重，对耳内噪声信号进行滤波，获取耳内噪声滤波结果信号，其中，频段权重越小，耳内噪声滤波结果信号中对应频段的信号强度越小；
将耳内噪声滤波结果信号作为主动噪声消除的控制策略中耳内噪声信号的反馈输入。
进一步的，在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由访问方对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字装置“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera HardwareDescription Language)、Confluence、CUPL(Cornell University ProgrammingLanguage)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请实施例的描述中，为了描述的方便，描述装置时以功能分为各种模块/单元分别描述，各个模块/单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实施本申请实施例时可以把各模块/单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
具体的，本申请实施例所提出的装置在实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块以软件通过处理元件调用的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，检测模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在电子设备的某一个芯片中实现。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Singnal Processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。再如，这些模块可以集成在一起，以片上装置(System-On-a-Chip，SOC)的形式实现。
本申请一实施例还提出了一种电子设备，电子设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发电子设备执行如本申请实施例所述的方法步骤。
进一步的，本申请一实施例所示的电子设备可以是耳机的辅助设备也可以是内置于耳机的电路设备。该设备可以用于执行本申请实施例提供的方法中的功能/步骤。
本申请一实施例还提出了一种耳机，耳机包括麦克风、喇叭、音频信号输入接口、用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发电子设备执行如本申请实施例所述的方法步骤。
具体的，在本申请一实施例中，上述一个或多个计算机程序被存储在上述存储器中，上述一个或多个计算机程序包括指令，当上述指令被上述设备/耳机执行时，使得上述设备/耳机执行本申请实施例所述的方法步骤。
具体的，在本申请一实施例中，电子设备/耳机的处理器可以是片上装置SOC，该处理器中可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，还可以进一步包括其他类型的处理器。具体的，在本申请一实施例中，电子设备的处理器可以是PWM控制芯片。
具体的，在本申请一实施例中，涉及的处理器可以例如包括CPU、DSP、微控制器或数字信号处理器，还可包括GPU、嵌入式神经网络处理器(Neural-network Process Units，NPU)和图像信号处理器(Image Signal Processing，ISP)，该处理器还可包括必要的硬件加速器或逻辑处理硬件电路，如ASIC，或一个或多个用于控制本申请技术方案程序执行的集成电路等。此外，处理器可以具有操作一个或多个软件程序的功能，软件程序可以存储在存储介质中。
具体的，在本申请一实施例中，电子设备/耳机的存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可存储静态信息和指令的其它类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，RAM)或可存储信息和指令的其它类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其它磁存储设备，或者还可以是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何计算机可读介质。
具体的，在本申请一实施例中，处理器可以和存储器可以合成一个处理装置，更常见的是彼此独立的部件，处理器用于执行存储器中存储的程序代码来实现本申请实施例所述方法。具体实现时，该存储器也可以集成在处理器中，或者，独立于处理器。
进一步的，本申请实施例阐明的设备、装置、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
在本申请所提供的几个实施例中，任一功能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，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
具体的，本申请一实施例中还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本申请实施例提供的方法。
本申请一实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本申请实施例提供的方法。
本申请中的实施例描述是参照根据本申请实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以意识到，本申请实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、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。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种实现主动噪声消除的方法，其特征在于，包括：
获取播放内容信号；
根据所述播放内容信号确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中，所述主动噪声信号用于将到达人耳的外部噪声信号的频谱控制在所述播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下，所述根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声消除的主动噪声信号，包括：
根据所述播放内容信号的频谱对所述外部噪声信号的频谱所产生的掩蔽效应确定所述外部噪声信号不同频段对应的频段权重，其中，所述掩蔽效应越强，对应的频段权重越小；
根据所述外部噪声信号不同频段对应的频段权重，对所述外部噪声信号进行滤波，获取外部噪声滤波结果信号，其中，所述频段权重越小，所述外部噪声滤波结果信号中对应频段的信号强度越小；
将所述外部噪声滤波结果信号作为所述主动噪声消除的控制策略中所述外部噪声信号的反馈输入；
基于所述外部噪声信号的反馈输入，根据所述主动噪声消除的控制策略生成所述主动噪声信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，其中：
根据所述播放内容信号在第一频段上对所述外部噪声信号产生的掩蔽效应确定所述主动噪声在所述第一频段的强度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述播放内容信号确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应，包括：
获取耳内噪声信号；
确定所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，包括：
根据所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中所述耳内噪声信号的反馈输入；
基于所述耳内噪声信号的反馈输入，根据所述主动噪声消除的控制策略生成所述主动噪声信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应确定主动噪声消除的控制策略中所述耳内噪声信号的反馈输入，其中，根据所述播放内容信号在第一频段上对所述耳内噪声信号产生的掩蔽效应确定在所述第一频段上的所述耳内噪声信号的反馈输入的强度。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应，包括：
根据所述耳内噪声信号计算所述耳内噪声信号的频谱；
根据所述播放内容信号计算所述播放内容信号的频谱；
根据所述耳内噪声信号的频谱以及所述播放内容信号的频谱确定各个频段上所述播放内容信号对所述耳内噪声信号所产生的掩蔽效应。
7.一种实现主动噪声消除的装置，其特征在于，包括：
第一信号获取模块，其用于获取播放内容信号；
屏蔽效应分析模块，其用于确定所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应；
主动噪声生成模块，其用于根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声抵消的主动噪声信号，使得到达人耳的外部噪声信号的频谱被控制在所述播放内容信号的频谱的掩蔽效应之下，所述根据所述播放内容信号对外部噪声信号所产生的掩蔽效应生成用于实现主动噪声消除的主动噪声信号，包括：
根据所述播放内容信号的频谱对所述外部噪声信号的频谱所产生的掩蔽效应确定所述外部噪声信号不同频段对应的频段权重，其中，所述掩蔽效应越强，对应的频段权重越小；
根据所述外部噪声信号不同频段对应的频段权重，对所述外部噪声信号进行滤波，获取外部噪声滤波结果信号，其中，所述频段权重越小，所述外部噪声滤波结果信号中对应频段的信号强度越小；
将所述外部噪声滤波结果信号作为所述主动噪声消除的控制策略中所述外部噪声信号的反馈输入；
基于所述外部噪声信号的反馈输入，根据所述主动噪声消除的控制策略生成所述主动噪声信号。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发所述电子设备执行如权利要求1～7中任一项所述的方法步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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