CN118016041A - 一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法。该耳机包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块。前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器。前馈降噪滤波器包括工作在第一采样频率的第一FIR滤波器；前馈自适应控制模块包括工作在第二采样频率的第二FIR滤波器且配置为：基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新第二滤波器系数，遗忘项基于遗忘因子、以及前馈自适应控制模块的处理后的输入信号与经传递函数作用后的第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到；利用更新的第二滤波器系数得到更新的第一滤波器系数并据此调节第一FIR滤波器，从而能够在确保低频降噪效果的同时有效抑制高频反翘。

Description

一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法。
背景技术
随着无线智能视听设备广泛进入人们的生活，自适应主动噪声控制(ANC)技术也得到广泛的应用。但是，当将自适应ANC运用在真无线耳机(TWS)中时，往往会在优化低频降噪效果时导致高频的声音被放大，也就是高频反翘。
目前通常通过限制高频滤波器的系数幅度来解决。
如图1所示，X(z)表示前馈麦克风(下文中也称为FF麦克风)采集到的环境噪声的信号，环境噪声经过初级路径P(z)而传递到耳内的反馈麦克风(下文中也称为FB麦克风)，这部分输入信号表示为D(z)。P(z)主要表征耳外环境声通过耳机以声音的形式传到耳内的传递函数，即用户佩戴耳机后，通过测量输入-FF麦克风采集的环境噪声信号，输出-FB麦克风采集的音频信号，确定这个输入输出之间的传递函数或者说传输函数，来求取P(z)。前馈主动降噪，就是通过调整前馈降噪滤波器(图3中的W表示该前馈降噪滤波器的滤波系数)，使得通过前馈降噪通道的反相噪声信号能与通过耳机以声音的形式传到耳内的噪声信号相抵消。如图3所示，FB麦克风采集到的信号E(z)还包括另一部分分量，也就是前馈麦克风采集到的信号经由前馈降噪滤波器(下文中也简称FF ANC滤波器，也就是图3中的W)处理后由扬声器播放，播放的音频经过估计的S(z)处理而叠加到FB麦克风的输入中。本文中，S(z)指的是耳机扬声器和FB麦克风之间的传递函数，S′(z)是该传递函数的估计，即用户佩戴耳机后，输入是输入音频信号，输出是FB麦克风采集的音频信号，对这个输入输出之间的传递函数或者说耳机扬声器的传输函数S(z)的一个估计结果或测量结果，称之为S′(z)。
通常，FB麦克风采集到的信号作为误差信号E(z)传输到NLMS控制模块，该NLMS控制模块以E(z)的时域信号e(n)的平方作为损失函数，利用归一化最小均方算法，来更新FFANC滤波器的滤波器系数。每次更新滤波器系数后，会检查滤波器系数是否超过门限值，如果超过门限值就将滤波器系数的幅度设置为门限值的绝对值。但是这么做，会影响低频降噪效果，并且不同用户不同耳道状况会产生的高频反翘程度不一致，采用统一的门限值且超门限值就一刀切地限定在该门限值的绝对值，无法兼顾低频和高频的降噪效果，而且对于某些用户多变的耳道状况会产生劣化的降噪效果。
发明内容
提供了本申请以解决现有技术中存在的上述缺陷。需要一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法，既能够在确保低频的良好降噪效果的同时有效地抑制高频反翘。
根据本申请的第一方案，提供了一种主动降噪耳机，包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，所述前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器。所述前馈降噪滤波器包括工作在第一采样频率的第一FIR滤波器。所述前馈自适应控制模块包括工作在第二采样频率的第二FIR滤波器，所述第二采样频率小于所述第一采样频率，且配置为：基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，所述遗忘项基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到，所述低通及下采样处理后的误差信号通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到；通过对第二FIR滤波器的更新的第二滤波器系数进行上采样映射，以得到第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此调节第一FIR滤波器。
根据本申请的第二方案，提供了一种无线耳机的主动降噪方法。该主动降噪方法包括：在所述无线耳机中设置反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，在所述前馈降噪通道上设置前馈麦克风和前馈降噪滤波器，在所述前馈降噪滤波器中设置第一FIR滤波器，在所述前馈自适应控制模块中设置第二FIR滤波器，其中所述第二FIR滤波器的采样频率小于所述第一FIR滤波器的采样频率；通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到低通及下采样处理后的误差信号；基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到遗忘项；利用所述前馈自适应控制模块，基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到；以及对更新的第二滤波器系数进行上采样映射，得到第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此来配置所述第一FIR滤波器从而实现主动降噪。
本申请各个实施例提供的主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法，通过基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到的遗忘项和自适应更新项来迭代更新采样频率更低的第二FIR滤波器的第二滤波器系数，进而利用更新的第二滤波器系数得到采样频率更高的第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数。通过引入遗忘项，可以考虑到不同用户不同耳道状况会产生的不同的高频反翘程度，而在损失函数中引入了合适大小的反向信号能量项进行输出信号能量控制，从而能够在确保低频的良好降噪效果的同时，针对不同的高频抑制要求程度提供高频反翘的合理抑制。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所申请的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示出根据现有技术的主动降噪方法的处理过程示意图；
图2示出根据本申请实施例的无线耳机中主动降噪处理相关的构造示意图；
图3示出根据本申请实施例的主动降噪方法的处理过程示意图；
图4示出根据本申请实施例的前馈降噪滤波器的示例1的示意图；
图5示出根据本申请实施例的前馈降噪滤波器的示例2的示意图；
图6示出根据本申请实施例的前馈自适应控制模块的示例2的构造示意图；
图7示出根据本申请实施例的前馈自适应控制模块的示例3的构造示意图；以及
图8示出根据本申请实施例的无线耳机的主动降噪方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。
本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。
为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。
本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。请注意，本申请流程图中的箭头仅仅作为示例，并不意味着对连接的步骤的前后顺序的限定，凡是没有指明先后顺序的步骤，只要逻辑上不影响彼此的执行，其执行顺序可以不同于箭头所示，可以改变执行顺序，可以将单个步骤拆分为多个子步骤执行，也可以将数个步骤合并到同个步骤一起执行，在此不赘述。
图2示出根据本申请实施例的无线耳机中主动降噪处理相关的构造示意图。如图2所示，FB麦克风201b收集声音信号转换成模拟电信号，其收集到的声音包括用于ANC功能的环境噪音和扬声器(未示出)播放出来的漏到FB麦克风201b里面的音乐等音频信号，可以经过模拟增益模块202b，再由模数转换器(ADC)203b转换成数字信号。
该构造中包含FF(前馈)和FB(反馈)两路，也就是两路降噪通道。两路可以一起工作，也可以单独工作，通常前馈降噪通道(下文中也称为FF降噪通道)是不可少的。FF麦克风201a放在耳机外侧，FB麦克风201b放在耳机内侧，佩带时靠近耳道位置。通常FF麦克风201a是不可少的，可以按照情况设置或不设置FB麦克风201b。
如图2所示，FF麦克风201a收集声音信号，经模拟增益模块202a、ADC模块203a、低通滤波与下采样模块，再经过FF ANC滤波器205a，作为一路分量输入到DAC 206。FB麦克风201b收集声音信号，经模拟增益模块202b、ADC模块203b、低通滤波与下采样模块204b，再经过FB ANC滤波器207，有时还经由限幅器208处理也作为一路分量输入到DAC 206。当播放音频时，待播音频信号一方面送给DAC 206进行播放(如图2中所示的第三路分量)，音频回声模块209会抵消掉FB降噪通路中的待播音频分量，使得FB降噪通路中收集的声音不受待播音频的影响。待播音频信号，与FB降噪通道中低通滤波与下采样模块204b的输出信号相加或相减，完成消除待播音频对降噪通路的影响后，再将剩余的环境噪声送给FB ANC滤波器207。经过FB ANC滤波器207滤波后的信号，可以经过一个限幅器208，再送给DAC 206进行播放，完成ANC降噪的功能和播放音频信号的功能。DAC 206输出的信号最终经过耳机的扬声器播放出来。
本申请中主要涉及对主动降噪耳机中FF ANC滤波器205a及FF自适应控制模块205b。如图2所示，该主动降噪耳机，包括扬声器(未显示)、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块205b(下文中也称为FF自适应控制模块205b)。所述前馈降噪通道上具有FF麦克风201a和FF ANC滤波器205a。实际上，前馈降噪通道就是FF麦克风201a到FF ANC滤波器205a的降噪通道，回到图2，可以依序包括FF麦克风201a、模拟增益模块202a、ADC模块203a、低通滤波与下采样模块204a、FF ANC滤波器205a和FF自适应控制模块205b。
对于主动降噪而言，FF ANC滤波器205a、FB ANC滤波器207可以是自适应或者固定滤波器，可以是IIR结构，也可以是FIR结构，也可以是IIR和FIR两者混合的滤波器结构。在一些实施例中，所述FF ANC滤波器205a至少包括第一FIR滤波器401作为自适应滤波器，如图4和图5所示，除了该第一FIR滤波器401以外，还可以包括其他的IIR滤波器，并且所述FFANC滤波器205a尤其是其中的第一FIR滤波器401，受FF自适应控制模块205b控制进行滤波器系数的更新。所述FF自适应控制模块205b至少包括第二FIR滤波器702和对其进行FIR自适应滤波器系数更新的FIR自适应算法模块，如图7所示。
在一些实施例中，所述FF自适应控制模块205b使用所述FF ANC滤波器205a的输入信号作为自身的输入信号，如图2所示，且配置为：基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二FIR滤波器702的第二滤波器系数，并通过对第二FIR滤波器702的更新的第二滤波器系数进行上采样映射，以得到第一FIR滤波器401的更新的第一滤波器系数，并据此调节第一FIR滤波器401。所述遗忘项基于小于第一阈值的遗忘因子、以及FF自适应控制模块205b的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器702的输出信号的相乘或共轭相乘得到。所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到。在一些实施例中，所述低通及下采样处理后的误差信号E通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到。其中，反馈采集构件包括但不限于FB麦克风201b。
在一些实施例中，所述FF自适应控制模块205b包括FIR滤波器自适应模块701，来自前馈降噪通道的输入信号且依序经由第一低通滤波与下采样滤波器、模拟扬声器与反馈麦克风之间的传递效果的传递滤波器以及第一低通滤波器馈送到所述FIR滤波器自适应模块701，误差信号依序经由第二低通滤波与下采样滤波器和第三低通滤波器馈送到所述FIR滤波器自适应模块701，所述FIR滤波器自适应模块701工作在小于第一采样频率的第二采样频率。
具体说来，所述FIR滤波器自适应模块701进一步配置为：根据公式(1)来迭代更新所述第二FIR滤波器702的第二滤波器系数，
其中，W表示第二滤波器系数，n表示时序号，λ表示遗漏因子，μ表示自适应迭代的步长，Xm表示低通及下采样处理后的所述FF自适应控制模块205b的输入信号，*表示共轭，E表示低通及下采样处理后的误差信号，Ym表示经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的第二FIR滤波器702的输出信号，Px表示输入信号的功率或者输入信号的平方的平滑值，μλ表示所述遗忘因子，表示所述自适应更新项。
遗忘因子μλ为遗漏因子λ和自适应迭代步长μ的乘积，可以根据具体所需的高频抑制状况而灵活地适配。在一些实施例中，所述遗忘因子与扬声器与所述耳膜之间的耳道状况相关联，实际上耳道状况与所形成的高频反翘程度相关联，也就与高频抑制要求相关联。通过根据实际耳道状况和/或高频抑制要求来适配遗忘因子，可以满足高频抑制要求又不至于损害低频数据。在一些实施例中，使得第一遗忘因子所实现的高频抑制要求程度高于第二遗忘因子所实现的高频抑制要求程度，其中，第一遗忘因子大于第二遗忘因子。也就是说，设置越大的遗忘因子，可以实现越高程度的高频抑制。
自适应迭代步长μ可以设置为0.05、0.02、0.01、0.005、0.001等值，遗漏因子λ相应地也与高频反翘的压制有关，如果要更高程度地压制高频反翘，则遗漏因子λ可以稍大一点，反之可以稍小一点。如果稍小一点，对于低频信号(例如频率为1KHz、2KHz以内)的降噪影响减小。遗漏因子λ可以设置为0.1、0.01、0.005等。在一些实施例中，所述遗忘因子小于0.01。然而，通过自适应迭代步长μ和遗漏因子λ的设置，遗忘因子可以调整到更小，例如但不限于0.005、0.002、0.001、0.0005、0.0002、0.0001、0.00005、0.00002、0.00001等中的任何一种。
是否需要高频反翘，需要什么程度的高频反翘，跟用户将耳机佩戴在耳内时的耳道状况相关联，可以预先通过实验室测试得到。例如，可以通过对同类用户的模拟耳道模型预先通过实验室测试得到高频反翘的代表性抑制需求。又例如，可以让具体用户佩戴耳机时，在耳机外播放特定的音频(比如各种噪声信号，扫频信号等)来分析高频反翘状况，并据此适配合适的遗漏因子和遗忘因子。
上述遗漏因子通过图3所示的主动降噪方法的处理过程而引入。将图3和图1相比，可以看到，以FF自适应控制模块205b的低通及下采样处理后的输入信号作为输入经由第二FIR滤波器702(也就是标识W的框)的输出信号Ym(z)，除了经由耳机扬声器和FB麦克风之间的传递函数S(z)汇总馈送到FB麦克风之外，还有一路经由估计的扬声器和FB麦克风之间的传递函数S′(z)作用后叠加遗漏因子λ作为反向信号能量添加到NLMS算法的损失函数中，从而根据该损失函数来对第二FIR滤波器702的第二滤波器系数W进行自适应调整，从而达到抑制高频反翘的效果。请注意，这里的NLMS算法也可以采用RLMS算法等，其损失函数与NLMS算法一致，均可以E(z)的时域信号e(n)的平方作为损失函数。
在一些实施例中，所述FF自适应控制模块进一步配置为：基于加入反向信号能量项的损失函数，利用归一化LMS算法来迭代更新第二FIR滤波器702的第二滤波器系数。其中，反向信号能量项为其中，ym为第二FIR滤波器702的输出信号经过S′(z)后得到的信号。
具体说来，图1中NLMS的损失函数为将损失函数中加入反向信号能量，即/>其中ym＝x*W*s，为了简略，下面省略掉每个变量中的(f,n)。x为第二FIR滤波器702的输入信号，s为S′(z)对应的时域或频域或z域表达式，*为时域卷积或频域相乘，W是图3中的W方框表示的FF ANC滤波器的系数，尤指可调滤波器的系数，特别是第二FIR滤波器的第二滤波器系数。信号ym由x经过第二FIR滤波器702(其系数为W)再经过S′(z)得到。
对频域滤波器来说，例如在以下的公式(3)等中，W则是频域上的第二FIR滤波器的第二滤波器系数，也就是第二FIR滤波器的第二滤波器系数作傅里叶变换后在频域上的系数
分别计算
则
在公式(7)上的基础上相对于Px-输入信号的功率或者输入信号的平方的平滑值，进行归一化处理，最终的更新公式即为公式(1)。
实际应用中可以预先根据测试数据选择λ的值或者算法运行时动态调整。例如，Px可以等于Xm*conj(Xm)，conj是共轭，比如公式(1)中Xm上面的*就表示共轭。
下面对FF ANC滤波器205a的各种构造进行举例说明。
如图4所示，所述FF ANC滤波器205a除了所述第一FIR滤波器401以外，还包括至少一个IIR滤波器402。
在一些实施例中，如图5所示，所述至少一个IIR滤波器402包括第一IIR滤波器402a和/或第二IIR滤波器402b，所述第一IIR滤波器402a与所述第一FIR滤波器401并联，并联后再与所述第二IIR滤波器402b串联。其中，FF自适应控制模块205b对第一FIR滤波器401进行迭代或控制，而所述至少一个IIR滤波器402可以是预定的滤波器，不被FF自适应控制模块205b调节系数。图5中的电路结构仅作为示例，第一FIR滤波器401可以设置在第二IIR滤波器402b前或后，在此不做限制。在一些实施例中，与第一FIR滤波器401并联的可以有一组IIR滤波器，并联后的分部可以继续与其他一个或多个IIR滤波器串联，从而构成FF ANC滤波器205a。
在一些实施例中，如上所述，所述主动降噪耳机还可以包括置于耳道内的反馈麦克风。如上所述，FF自适应控制模块205b包括FIR滤波器自适应模块701、第二FIR滤波器702和向其馈送信号的第一馈送通路和第二馈送通路，如图7和图6所示。
如图6所示，所述第一馈送通路接收来自前馈降噪通道的输入信号，也就是FF通道的输入信号，且依序包括第一低通滤波与下采样模块601、模拟扬声器与反馈麦克风之间的传递效果的传递滤波器602以及第一低通滤波器603。所述第二馈送通路接收误差信号作为输入，且依序包括第二低通滤波与下采样滤波器604和第三低通滤波器605。所述第一低通滤波与下采样模块601与所述第二低通滤波与下采样滤波器604可以具有相同的配置参数，且所述第一低通滤波器603与所述第三低通滤波器605具有相同的配置参数。所述传递滤波器602利用估计的耳机扬声器和FB麦克风之间的传递函数S(z)，也就是S′(z)来模拟扬声器与反馈麦克风之间的传递效果。所述第一FIR滤波器401工作在第一采样频率，所述FIR滤波器自适应模块701工作在小于第一采样频率的第二采样频率，且得到在第二采样频率上的第二FIR滤波器702，通过对所述第二FIR滤波器702的第二滤波器系数上采样得到所述第一FIR滤波器401的第一滤波器系数。
在一些实施例中，所述FF自适应控制模块205b还包括FB闭环滤波器606，其连接在所述第一低通滤波器603与FIR滤波器自适应模块701之间。
如上所示，FF自适应控制模块205b还包括第一低通滤波器603。当误差信号是虚拟MIC处的音频信号或其经过低通滤波及下采样后的音频信号时，该误差信号可以基于虚拟MIC参数得到，而这些虚拟MIC参数在高频处(比如3KHz，4KHz，6KHz以上频段)往往有较高的误差，对于不同的用户，这些虚拟MIC参数在高频处变化较大。因此，通过在FF自适应控制模块205b中引入第一低通滤波器603，并且在FF通道和误差信号的通道各经过同样配置的第三低通滤波器605，该低通滤波器的带宽配置可以是2KHz、3KHz、4KHz、5KHz等，可以使得自适应降噪更容易收敛，降噪的稳定性也更好。
在一些实施例中，虚拟MIC参数可以包含以下参数之一。
例如，该参数可以是针对耳机外环境声，FB麦克风和虚拟麦克风间的传递函数，即用户佩戴耳机后，对于耳机外环境声，分别传送到FB麦克风处和虚拟麦克风处，输入是FB麦克风采集的音频信号，输出是虚拟麦克风处采集的音频信号，这个输入输出得到的传递函数或者说传输函数(可称之为Cp)。
又例如，该参数可以是针对耳机扬声器播放的音频信号，FB麦克风和虚拟麦克风之间的传递函数。即用户佩戴耳机后，对于耳机扬声器播放的音频信号，分别传送到FB麦克风处和虚拟麦克风处，输入是FB麦克风采集的音频信号，输出是虚拟麦克风采集的音频信号，这个输入输出之间的传递函数或者说传输函数(可称之为Cs)。
相应地，虚拟MIC处估计的音频信号基于上述虚拟MIC参数得到。
在一些实施例中，FF自适应控制模块205b与FF ANC滤波器205a具有相同的输入信号。在FF自适应控制模块205b中，尤其在FIR滤波器自适应模块701中，通过第一低通滤波与下采样模块后，使得音频信号的采样频率从第一采样频率下降到第二采样频率，FF ANC滤波器205a，尤其是其中的第一FIR滤波器401，就工作在第一采样频率，第二FIR滤波器702接受FIR自适应算法模块的系数控制，且工作在第二采样频率。第一采样频率可以是第二采样频率的2、4、6、8、16、24、32倍等。例如，第一采样频率可以是768KHz，384KHz，192KHz等。例如，第二采样频率可以是48KHz，32KHz，16KHz等。
在一些实施例中，通过对所述第二FIR滤波器702的第二滤波器系数上采样，可以得到所述第一FIR滤波器401的第一滤波器系数，从而实现对FF ANC滤波器205a的配置。
在一些实施例中，主动降噪耳机还包括FB降噪通道(包括FB MIC，FB降噪滤波器)。此时，FF自适应控制模块还包括FB闭环滤波器606，FB闭环滤波器606是通过对FB降噪通道的闭环传递函数的估计或计算而得到的。如图6所示，FF通道的输入信号经过第一低通滤波与下采样模块601后，再经过FB闭环滤波器606。FF自适应控制模块205b中，FF通道的输入信号还经过FB闭环滤波器606，使得自适应FF降噪后，残余的噪声会更小，自适应的收敛时间更短；对于各种噪声场景，自适应的降噪的稳定性也更好，也即各种噪声场景下总体的降噪效果更好。
FB闭环滤波器606的传递函数如下：
H1＝1/(1+FB_W*S′(z))
其中FB_W为FB降噪滤波器的传递函数。
在一些实施例中，第一低通滤波器603也可以用一个带通滤波器来代替。
在一些实施例中，所述误差信号可以基于耳道中反馈采集构件。例如但不限于反馈麦克风，采集的音频信号来得到，例如可以直接使用该采集的音频信号作为误差信号。
在一些实施例中，所述误差信号为对虚拟麦克风所处位置处估计的音频信号，或者对其进行低通滤波及下采样后获得的信号，所述虚拟麦克风所处位置表示所述主动降噪耳机中靠近耳道的一侧与耳膜之间的耳道位置。
图8示出根据本申请实施例的无线耳机的主动降噪方法的流程图。如图所示，该主动降噪方法包括如下步骤。
在步骤801中，在无线耳机中设置反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，在前馈降噪通道上设置前馈麦克风和前馈降噪滤波器，在前馈降噪滤波器中设置第一FIR滤波器，在前馈自适应控制模块中设置第二FIR滤波器。其中第二FIR滤波器的采样频率小于第一FIR滤波器的采样频率。
在步骤802中，通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到低通及下采样处理后的误差信号。
在步骤803中，基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到遗忘项。
在步骤804中，利用前馈自适应控制模块，基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新第二FIR滤波器的第二滤波器系数，自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到。
在步骤805中，对更新的第二滤波器系数进行上采样映射，得到第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此来配置第一FIR滤波器从而实现主动降噪。
通过利用该主动降噪方法，通过基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到的遗忘项和自适应更新项来迭代更新采样频率更低的第二FIR滤波器的第二滤波器系数，进而利用更新的第二滤波器系数得到采样频率更高的第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数。通过引入遗忘项，可以考虑到不同用户不同耳道状况会产生的不同的高频反翘程度，而在损失函数中引入了合适大小的反向信号能量项进行输出信号能量控制，从而能够在确保低频的良好降噪效果的同时，针对不同的高频抑制要求程度提供高频反翘的合理抑制。
根据本申请各个实施例的主动降噪处理的步骤都可以选择性地、独立地、或者彼此结合地于此，在此不赘述。
在本申请的各种实施例中，各步骤或过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各步骤或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。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请中所公开的实施例描述的各种器件、元件、模块和步骤，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。
另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离器件、部件或模块说明的对象可以是或者也可以不是物理上分开的。
在上述实施例中，结合本申请中所公开的实施例描述的各种器件、元件、模块和步骤，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机(也可以包含各种处理器)上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
在一些实施例中，作为示例，图2、图4和图5中，除了FF自适应控制模块205b以外，其余各个器件或元件可以利用硬件电路来实现，包括但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。其中的FF自适应控制模块205b，以及图6中的各个器件和模块，也可以利用硬件电路来实现，或者通过软件来实现。具体说来，软件可以实现为计算机程序产品，其中的计算机可执行指令由处理器执行时实现对应的器件、元件或模块功能。
在一些实施例中，本申请中各个器件、元件、模块的划分仅仅作为示例，它们也可以由本领域技术人员根据需求相互组合成另一器件、元件和模块，但从单个器件、元件、模块中拆分出多个子器件、子元件、子模块等等，在此不赘述。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的申请的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的申请的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种主动降噪耳机，包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，所述前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器，其特征在于，
所述前馈降噪滤波器包括工作在第一采样频率的第一FIR滤波器；
所述前馈自适应控制模块包括工作在第二采样频率的第二FIR滤波器，所述第二采样频率小于所述第一采样频率，且配置为：
基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，所述遗忘项基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到，所述低通及下采样处理后的误差信号通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到；
通过对第二FIR滤波器的更新的第二滤波器系数进行上采样映射，以得到第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此调节第一FIR滤波器。
2.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块包括FIR滤波器自适应模块，来自前馈降噪通道的输入信号且依序经由第一低通滤波与下采样滤波器、模拟扬声器与反馈麦克风之间的传递效果的传递滤波器以及第一低通滤波器馈送到所述FIR滤波器自适应模块，误差信号依序经由第二低通滤波与下采样滤波器和第三低通滤波器馈送到所述FIR滤波器自适应模块，所述FIR滤波器自适应模块工作在小于第一采样频率的第二采样频率。
3.根据权利要求2所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述FIR滤波器自适应模块进一步配置为：根据公式(1)来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，
其中，W表示第二滤波器系数，n表示时序号，λ表示遗漏因子，μ表示自适应迭代的步长，Xm表示低通及下采样处理后的输入信号，*表示共轭，E表示低通及下采样处理后的误差信号，Ym表示经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的第二FIR滤波器的输出信号，Px表示输入信号的功率或者输入信号的平方的平滑值，μλ表示所述遗忘因子，表示所述自适应更新项。
4.根据权利要求3所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块还包括反馈闭环滤波器，其连接在所述第一低通滤波器与FIR滤波器自适应模块之间。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈降噪滤波器除了所述第一FIR滤波器以外，还包括至少一个IIR滤波器。
6.根据权利要求5所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述至少一个IIR滤波器包括第一IIR滤波器和第二IIR滤波器，所述第一IIR滤波器与所述第一FIR滤波器并联，并联后再与所述第二IIR滤波器串联。
7.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块进一步配置为：基于加入反向信号能量项的损失函数，利用归一化LMS算法来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，其中，所述反向信号能量项为其中，ym为第二FIR滤波器的输出信号经过扬声器输出音频信号馈送到反馈麦克风位置处的信号。
8.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述误差信号为对虚拟麦克风所处位置处估计的音频信号，或者对其进行低通滤波及下采样后获得的信号，所述虚拟麦克风所处位置表示所述主动降噪耳机中靠近耳道的一侧与耳膜之间的耳道位置。
9.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述耳道中反馈采集构件包括反馈麦克风。
10.一种无线耳机的主动降噪方法，其特征在于，所述主动降噪方法包括：
在所述无线耳机中设置反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，在所述前馈降噪通道上设置前馈麦克风和前馈降噪滤波器，在所述前馈降噪滤波器中设置第一FIR滤波器，在所述前馈自适应控制模块中设置第二FIR滤波器，其中所述第二FIR滤波器的采样频率小于所述第一FIR滤波器的采样频率；
通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到低通及下采样处理后的误差信号；
基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到遗忘项；
利用所述前馈自适应控制模块，基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二FIR滤波器的第二滤波器系数，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到；以及
对更新的第二滤波器系数进行上采样映射，得到第一FIR滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此来配置所述第一FIR滤波器从而实现主动降噪。
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