耳机的降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机技术

本公开涉及一种耳机的降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机。所述降噪方法包括：采集外部环境噪声信号；基于外部环境噪声信号利用第一无限冲激响应(IIR)滤波器滤波以得到第一噪声参考信号，以抵消耳外麦克风和扬声器的作用；采集残留噪声信号，并基于残留噪声信号和第一噪声参考信号来调整第一有限冲激响应(FIR)滤波器的系数；利用第一FIR滤波器对第一噪声参考信号进行滤波，并经由扬声器输出耳内反向噪声，以与进入耳内的噪声空中对消。该方法能针对耳机佩戴姿势、耳结构和噪声场景变化中的任一种自适应调整FIR滤波器的滤波器系数，在实现自适应快速收敛且FIR滤波器的阶数较低的情况下，对不同情况下的噪声均达到好的抑制效果。

Noise reduction method, adaptive FIR filter, denoising filter bank and earphone

【技术实现步骤摘要】
耳机的降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机
本公开涉及耳机以及耳机的降噪方法，更具体地，涉及一种耳机的降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机。
技术介绍
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机已成为人们必不可少的生活用品。带有主动噪声抑制功能的耳机越来越多受到市场和客户的广泛认可，这样的耳机能够使得用户在机场、地铁、飞机、餐厅等各种嘈杂环境下享受到舒适的降噪体验。然而，不同的噪声条件、不同的耳机结构都会影响现有耳机的主动噪声抑制功能。首先，目前的耳机提供的主动降噪方案多为用户根据噪声场景来选择滤波系数，例如噪声场景可以包括：飞机、餐厅、地铁、街道等。用户通过选择不同的噪声场景来设置耳机的不同降噪系数。当用户在多个场景之间进行切换时，需要多次选择场景来调整降噪系数，这样的方法在很大程度上影响了用户体验。即便在同一场景中，噪声情况也并不一致，例如上下班高峰时期的地铁和深夜的地铁具有完全不同的噪声强度，对不同时段的地铁场景使用同样的降噪系数显然是不合适的。其次，市面上的耳机具有多种结构，例如入耳式耳机、半入耳式耳机等，不同的耳机有不同的佩戴方式，不同的用户也有不同的耳部结构，这就导致用户佩戴耳机的方式对降噪产生了一定的影响。因此，具有自适应主动降噪功能的耳机应运而生。目前的自适应主动降噪耳机多依赖于有限冲激响应(FIR)滤波器实现自适应降噪功能。然而FIR滤波器实现的自适应主动噪声抑制系统的阶数较高，计算复杂度和功耗也比较大。
技术实现思路
提供了本公开以解决现有技术中存在的上述问题。本公开需要一种耳机的自适应主动降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机，其能够针对耳机佩戴姿势、人耳结构和噪声场景变化中的任何一种对FIR滤波器的滤波器系数进行自适应调整，从而在实现自适应快速收敛且所需FIR滤波器的阶数较低的情况下，对不同情况下的噪声均能达到好的抑制效果。根据本公开的第一方面，提供一种耳机的降噪方法，所述耳机包括耳外麦克风、滤波器组、扬声器和耳内麦克风。所述降噪方法包括：经由所述耳外麦克风采集外部环境噪声信号；基于所采集的外部环境噪声信号利用第一无限冲激响应(IIR)滤波器进行滤波以得到第一噪声参考信号，从而抵消所述耳外麦克风和所述扬声器的作用；经由所述耳内麦克风采集残留噪声信号，并基于所述残留噪声信号和所述第一噪声参考信号来调整第一有限冲激响应(FIR)滤波器的系数；利用所述第一FIR滤波器对所述第一噪声参考信号进行滤波，并经由所述扬声器输出耳内反向噪声，以与所述外部环境噪声进入耳内的噪声进行空中对消。根据本公开的第二方面，提供一种自适应FIR滤波器。所述自适应FIR滤波器包括：第一FIR滤波模块，被配置为基于长度和滤波器系数进行FIR滤波；获取模块，被配置为获取残留噪声信号以及获取将外部环境噪声抵消耳外麦克风和扬声器作用后的噪声参考信号；调整模块，被配置为：基于噪声参考信号和残留噪声信号来调整所述第一FIR滤波模块的滤波器系数。根据本公开的第三方面，提供一种除噪滤波器组。所述除噪滤波器组包括：根据本公开各个实施例的自适应FIR滤波器；第一IIR滤波器，其系数通过测量预先得到以抵消耳外麦克风和所述扬声器的作用。所述第一IIR滤波器被配置为：基于所述耳外麦克风所采集的外部环境噪声信号生成所述噪声参考信号，并馈送给所述自适应FIR滤波器中的获取模块。根据本公开的第四方面，提供一种耳机，所述耳机为入耳式耳机或半入耳式耳机。所述耳机包括：耳外麦克风，被配置为采集外部环境噪声信号；耳内麦克风，被配置为采集残留噪声信号；根据本公开各个实施例所述的除噪滤波器组，被配置为：基于所采集的外部环境噪声信号，生成耳内反向噪声信号；以及扬声器，被配置为基于所述耳内反向噪声信号输出耳内反向噪声，以与所述外部环境噪声进入耳内的噪声进行空中对消。利用根据本公开的降噪方法、自适应FIR滤波器、除噪滤波器组和耳机，能够针对耳机佩戴姿势、人耳结构和噪声场景变化中的任何一种对FIR滤波器的滤波器系数进行自适应调整，从而在实现自适应快速收敛且所需FIR滤波器的阶数较低的情况下，对不同情况下的噪声均能达到好的抑制效果。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公开的实施例进行说明。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示出了根据本公开实施例的耳机的降噪方法的示意图；图2示出了图1所示的耳机的降噪方法的流程图；图3示出了根据本公开实施例的耳机的降噪方法的示意图；图4示出了图3所示的耳机的降噪方法中用于调整并得到第一FIR滤波器的系数的子流程的流程图；图5示出了根据本公开实施例的自适应FIR滤波器的框图；图6示出了根据本公开实施例的除噪滤波器组的框图；以及图7示出了根据本公开实施例的耳机的结构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。图1示出了根据本公开实施例的耳机的降噪方法100的示意图。如图1所示，在用户所处的环境中存在环境噪声101a，环境噪声是指用户所处的环境中产生的噪声。用户在佩戴耳机时，环境噪声101a经过耳机进入人耳后形成耳内噪声101b，耳内噪声101b相对于环境噪声101a具有相对较低的噪声强度。根据本公开实施例的耳机可以包括耳外麦克风102、滤波器组107a和107b、扬声器108以及耳内麦克风103。耳外麦克风102和耳内麦克风103可以是数字麦克风，也可以是模拟麦克风，下文中以模拟麦克风为例进行说明，这些模拟麦克风通常配合模数转换器一起使用。所述耳机还可以包括第一模数转换器104、第二模数转换器105以及数模转换器106。首先，经由耳外麦克风102采集外部环境噪声信号101a，并将其输入至第一模数转换器104，由其对采集到的环境噪声101a进行模数转换处理以得到外部环境噪声的数字信号x1(n)(其中，n表示当前采样时刻)。基于该外部环境噪声的数字信号，利用第一无限冲激响应(IIR)滤波器107a进行滤波以得到第一噪声参考信号u1(n)，从而抵消耳外麦克风102和扬声器108的作用。该第一噪声参考信号u1(n)输入到第一FIR滤波器107b，以对其进行滤波，并经由所述数模转换器106和扬声器108输出耳内反向噪声(即合成的耳内反向噪声)101c。环境噪声信号101a通过第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耳机的降噪方法，所述耳机包括耳外麦克风、滤波器组、扬声器和耳内麦克风，其特征在于，所述降噪方法包括：/n经由所述耳外麦克风采集外部环境噪声信号；/n基于所采集的外部环境噪声信号利用第一无限冲激响应(IIR)滤波器进行滤波以得到第一噪声参考信号，从而抵消所述耳外麦克风和所述扬声器的作用；/n经由所述耳内麦克风采集残留噪声信号，并基于所述残留噪声信号和所述第一噪声参考信号来调整第一有限冲激响应(FIR)滤波器的系数；/n利用所述第一FIR滤波器对所述第一噪声参考信号进行滤波，并经由所述扬声器输出耳内反向噪声，以与所述外部环境噪声进入耳内的噪声进行空中对消。/n

【技术特征摘要】
1.一种耳机的降噪方法，所述耳机包括耳外麦克风、滤波器组、扬声器和耳内麦克风，其特征在于，所述降噪方法包括：
经由所述耳外麦克风采集外部环境噪声信号；
基于所采集的外部环境噪声信号利用第一无限冲激响应(IIR)滤波器进行滤波以得到第一噪声参考信号，从而抵消所述耳外麦克风和所述扬声器的作用；
经由所述耳内麦克风采集残留噪声信号，并基于所述残留噪声信号和所述第一噪声参考信号来调整第一有限冲激响应(FIR)滤波器的系数；
利用所述第一FIR滤波器对所述第一噪声参考信号进行滤波，并经由所述扬声器输出耳内反向噪声，以与所述外部环境噪声进入耳内的噪声进行空中对消。


2.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述降噪方法还包括：
对所采集的外部环境噪声信号进行下采样；
将所述第一IIR滤波器转换到低采样率，以得到第二IIR滤波器；
利用第二IIR滤波器对下采样后的外部环境噪声信号进行滤波，以得到第二噪声参考信号；
对所述残留噪声信号进行下采样；
基于所述第二噪声参考信号和下采样后的残留噪声信号调整第二FIR滤波器的系数；
将调整系数后的第二FIR滤波器转换到高采样率，以得到所述第一FIR滤波器。


3.根据权利要求2所述的降噪方法，其特征在于，下采样前的信号的采样率与所述高采样率相同且大于或等于192KHZ，下采样后的信号的采样率与所述低采样率相同且小于或等于48KHz。


4.根据权利要求2所述的降噪方法，其特征在于，基于所述第二噪声参考信号和下采样后的残留噪声信号调整第二FIR滤波器的系数根据以下公式(1)：



其中，w(n)＝[w0(n),w1(n),w2(n),...,wM-1(n)]T，w为所述第二FIR滤波器的滤波器系数，M为所述第二FIR滤波器的长度，n为所述第二FIR滤波器的当前采样时刻，u(n)为所述第二噪声参考信号，e(n)为下采样后的所述残留噪声信号，μ是迭代步长系数。


5.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述第一IIR滤波器的系数通过测量预先得到。


6.一种自适应FIR滤波器，其特征在于，所述自适应FIR滤波器包括：
第一FIR滤波模块，被配置为基于长度和滤波器系数进行FIR滤波；
获取模块，被配置为获取残留噪声信号以及获取将外部环境噪声抵消耳外麦克风和扬声器作用后的噪声参考信号；
调整模块，被配置为：基于噪声参考信号和残留噪声信号来调整所述第一FIR滤波模块的滤波器系数。


7.根据权利要求6所述的自适应FIR滤波器，其特征在于，所述调整模块还配置为：基于下采样后的噪声参考信号和下采样后的残留噪声信号来调整滤波器系数，以得到低采样率的FIR滤波器的系数；并且<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，
申请(专利权)人：恒玄科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31