CN109862463A

CN109862463A - 耳机语音回放方法、耳机及其计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN109862463A
Application number: CN201811603161.4A
Authority: CN
Inventors: 钟鑫; 胡中骥
Original assignee: GUANGZHOU I-SPK ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU I-SPK ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明涉及播音技术领域，特别涉及一种耳机，耳机设有依次连接的麦克风、处理器和扬声器，耳机中存储有计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中的计算机程序被所述处理器运行时，可通过耳机的麦克风拾取外界音频信号，然后根据滤波算法建立滤波预估反馈路径，将前一刻输出给扬声器的音频信号与滤波预估反馈路径相卷积后，从当前时刻麦克风所拾取的音频信号中去除，以消除啸叫，啸叫消除后的音频信号用耳机的扬声器进行播，实现语音回放，以便助力耳病患者听力。

Description

耳机语音回放方法、耳机及其计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及播音技术领域，特别涉及一种耳机，其上有计算机可读存储介质，该介质存储有计算机程序，该程序被耳机中的处理器运行时实现一种耳机语音回放方法。

背景技术

耳机的麦克风有拾音功能，可以拾取耳机周围音频，可通过一定的方法，对拾取的音频尤其是人类语言声音进行处理并经由扬声器进行播音，实现实时语音回放，以便助力耳病患者(又称听力不便人群)听力，适应耳病患者需要。语音回放过程中，扬声器输出的音频信号中有一部分泄漏，到达麦克风，变成输入信号，这部分信号如果不滤除，就会形成啸叫。

发明内容

本发明的目的在于使耳机实现语音回放且不产生啸叫。

为此，提供一种耳机语音回放方法，包括

音频获取步骤，其通过耳机的麦克风拾取外界音频信号；

在音频获取步骤之后执行的播音步骤，其用耳机的扬声器对所拾取的音频信号进行播放；

还包括在音频获取步骤之后且播音步骤之前执行的回声啸叫消除步骤，其根据滤波算法建立滤波预估反馈路径，将前一刻输出给扬声器的音频信号与滤波预估反馈路径相卷积后，从当前时刻麦克风所拾取的音频信号中去除。

其中，所述滤波算法系归一化LMS算法。

其中，还包括噪声抑制步骤，其对所述音频中的噪声进行抑制。

其中，根据执行所述抑制，式中，E(ω)为未降噪前的音频信号的频谱，为音频信号中噪声的频谱，为降噪后的音频信号的频谱，e^iφ(ω)为未降噪前的音频信号的相位谱。

其中，噪声频谱是在语音停顿间隙或者无语音时麦克风所拾取的音频信号的频谱。

其中，还包括响度补偿步骤，其对不同声压级的音频信号进行相同程度放大；或对低声压级的音频信号进行较大程度的放大，对高声压级的信号进行较小程度的放大、不放大或者抑制。

其中，还包括频段变换步骤，其对音频信号中耳病患者的不敏感频段进行压缩或消除。

其中，频段变换步骤系对音频中的所述不敏感频段进行压缩。

其中，所述压缩的方式是在频域中减少所述不敏感频段的音频总量。

其中，将所述不敏感频段称为原始频段，其数值范围为f_il～f_iu；所述在频域中减少音频总量的方式是把原始频段f_il～f_iu中的音频压缩到目标频段f_ol～f_ou当中，其中f_il≤f_ol＜f_ou≤f_iu。

其中，所述f_il与f_ol相等，所述f_iu为无穷大；在把原始频段f_il～f_iu中的音频压缩到目标频段f_ol～f_ou的过程中，舍弃频段f_ou～f_iu之间的音频。

其中，根据进行所述压缩，式中，f_il为需变换原始频段的频率下限；f_ol为变换后目标频段的频率下限；f_ou为变换后目标频段的频率上限；p为变化系数。

其中，根据p＝(f_iu-f_il)/(f_ou-f_ol)获取所述变化系数p，式中，f_ol为变换后目标频段的频率下限。

其中，将音频变换到频域之前，先对音频进行加窗处理。

其中，还包括增益控制步骤，其削减强度大的音频信号数据段；且/或增强强度小的音频信号数据段。

还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器运行时实现上述的耳机语音回放方法。

还提供一种耳机，包括依次连接的麦克风、处理器和扬声器，还包括上述的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中的计算机程序被所述处理器运行。

有益效果：。

本发明的耳机设有依次连接的麦克风、处理器和扬声器，耳机中存储有计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中的计算机程序被所述处理器运行时，可通过耳机的麦克风拾取外界音频信号，然后根据滤波算法建立滤波预估反馈路径，将前一刻输出给扬声器的音频信号与滤波预估反馈路径相卷积后，从当前时刻麦克风所拾取的音频信号中去除，以消除啸叫，啸叫消除后的音频信号用耳机的扬声器进行播，实现语音回放，以便助力耳病患者听力。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为语音回放方法的流程图。

图2为回声啸叫消除步骤的流程图。

图3为噪声抑制步骤的流程图。

图4为频率重塑步骤的流程图。

图5为频率变换前后频谱对比的示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

见图1，在本实施例的耳机中，麦克风拾取外部音频信号，所拾取的音频信号经前置功率放大器放大并压低无用噪声信号后，用高通和低通滤波器对放大后的音频信号做抗混叠预滤波处理，以滤除指定频率范围以外的噪声，减少噪声对有效语音信号的影响，再用A/D转换模块转成数字量后送入处理器(可为ARM、DSP或其它MCU)中，处理器与计算机可读存储介质相接，该介质中存储有计算机程序，程序可被处理器运行。处理器运行该程序时把音频信号进行回放处理，处理后的音频信号经D/A转换后，经音频信号信号输出模块输出给扬声器，从而向耳病患者播音。其中，处理器运行程序所实现的音频信号回放方法具体如下文记载的步骤。

S1.回声啸叫消除步骤

扬声器输出的音频中有一部分泄露，到达麦克风，变成输入信号，如果不滤除，就会形成啸叫。见图2，用归一化LMS算法编写算法滤波器，从而建立滤波预估反馈路径w(n)，将前一时刻输出给扬声器的音频信号u(n)与滤波预估反馈路径w(n)相卷积，得到对回声啸叫进行模拟的滤波预估反馈信号v(n)，然后将滤波预估反馈v(n)从当前时刻的麦克风信号d(n)中去除，得到回声啸叫消除后的信号e(n)。

S2.噪声抑制步骤

见图3，回声啸叫消除后，通过此步骤来减小信号e(n)中的噪声干扰，提高带噪信号e(n)的信噪比和可辨识度。首先对带噪信号e(n)进行噪声估计，即将e(n)拆分成x(n)、s(n)两部分，得到如下公式(1)。

e(n)＝x(n)+s(n) (1)

式中，e(n)为带噪语音；

x(n)为带噪语音中的目标语音；

s(n)为带噪语音中的噪声。

将公式(1)傅里叶变换后有E(ω)＝X(ω)+S(ω)，其中噪声S(ω)是在语音停顿间隙或者在无语音时麦克风所拾取的音频，然后将E(ω)、S(ω)分别代入下述公式(2)，从而得到噪声抑制后的信号X(ω)，进而得到x(n)。

式中，e^iφ(ω)为带噪语音e(n)的相位谱。

S3.响度补偿步骤

此步骤用于对x(n)进行响度调整，具体地，可以是线性放大，对不同声压级的信号进行相同程度放大；也可以采用非线性放大，对低声压级的信号进行较大程度的放大，对高声压级的信号进行较小程度的放大、不放大或者抑制。

S4.频率重塑步骤

由于耳病患者会对其工作环境中常见噪声所在的频段不敏感，如长期挖煤者对采煤所产生的噪声频段不敏感，故需通过此步骤来把音频中耳病患者不敏感的频段压缩甚至消除掉，以彰显其他频段的音频，如此即可使耳病患者得以更清晰地听取音频，避免耳病患者因不敏感频段干扰而感觉到音频中存在“空白点”。此处需说明的是，1、耳病患者的不敏感频段因工作、生活环境不同各有差异；2、人耳听到的音频，是由多频段音频成分共同组合而成，因此压缩甚至消除其中部分频段并不会使音频消失，只会改变其音色。

此步骤具体实施过程如图4所示，包括：

S4-1.参数设置步骤

根据耳病患者确定其不敏感频段，为方便表述，下文将不敏感频段称为原始频段，数值为f_il～f_iu。设定将原始频段压缩后的目标频段为f_ol～f_ou，变化系数为p，幅值调整系数为k，其中p、k可以是一个不变的常数，也可以是一组变化的变量；典型的，可以设定p＝(f_iu-f_il)/(f_ou-f_ol)。

S4-2.加窗步骤

由于需要对x(n)进行快速傅里叶变换(FFT)，得到数字信号的分析频谱，为了减少频谱泄漏，需对信号加窗后再变换。具体地，把x(n)进行加窗处理，形成加窗语音信号Sw(n)＝x(n)*w(n)，其中窗函数w(n)可以是矩形窗、汉明(Hamming)窗、汉宁(Hanning)窗或其它合适窗型。

S4-3.傅里叶变换步骤

对加窗语音信号Sw(n)进行FFT变化，将信号从时域转换到频域，获取频谱X(f)。

S4-4.频段变换步骤

根据下述公式(3)变换得新频谱X’(f)，其中公式(3)如下所示。

式中，f_il为需变换原始频段的频率下限；

f_iu为需变换原始频段的频率上限；

f_ol为变换后目标频段的频率下限；

f_ou为变换后目标频段的频率上限；

p为变化系数。

公式(3)的意义是，见图5，若音频的输出频率<f_ol，则输出频谱与输入一样，不做变换；若音频的输出频率在f_ol-f_ou之间，其频谱按式变换，其意义在于将f_ol-f_ou之间的音频压缩后左移至与0-f_ol之间的音频衔接；若音频的输出频率>f_ou，则直接将其消除。

S4-5.增益步骤

此步骤为非优选步骤，用于对压缩后的音频进行幅值增益。

S4-6.傅里叶反变换步骤

对X’(f)进行IFFT变幻，将频域信号转换到时域音频信号，进而获得频率重塑后的x(n)。

S5.增益控制步骤

此步骤用于检测音频数据段的强度，并自动对判定为强度大的数据段进行削减，对判定为强度小的数据段进行增强，具体地，按一定长度获取一帧数据点，计算出该帧幅度特征值A，设定幅度特征值限度L(限度L可以按实际需要分为上下限，或多个档位)，然后将幅度特征值A与各设定限度L进行比较，计算增益系数G＝f(A,L)，再将该帧初始数据与增益系数G相乘，得到最终所要输出的音频信号。

需说明的是，以上S1-S5所提及的步骤，可进行多项合并，也可改变其顺序，也可视实际需求进行增减。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.耳机语音回放方法，包括

音频获取步骤，其通过耳机的麦克风拾取外界音频信号；

其特征是还包括在音频获取步骤之后且播音步骤之前执行的回声啸叫消除步骤，其根据归一化LMS算法建立滤波预估反馈路径，将前一时刻输出给扬声器的音频信号与所述滤波预估反馈路径相卷积后，从当前时刻麦克风所拾取的音频信号中去除。

2.如权利要求1所述的耳机语音回放方法，其特征是：还包括噪声抑制步骤，其对所述音频中的噪声进行抑制。

3.如权利要求2所述的耳机语音回放方法，其特征是：

根据执行所述抑制，式中，E(ω)为未降噪前的音频信号的频谱，为音频信号中噪声的频谱，为降噪后的音频信号的频谱，e^iφ(ω)为未降噪前的音频信号的相位谱。

4.如权利要求3所述的耳机语音回放方法，其特征是：噪声频谱是在语音停顿间隙或者无语音时麦克风所拾取的音频信号的频谱。

5.如权利要求1所述的耳机语音回放方法，其特征是：还包括响度补偿步骤，其对不同声压级的音频信号进行相同程度放大；或对低声压级的音频信号进行较大程度的放大，对高声压级的信号进行较小程度的放大、不放大或者抑制。

6.如权利要求1所述的耳机语音回放方法，其特征是：还包括频段变换步骤，其对音频信号中耳病患者的不敏感频段进行压缩或消除。

7.如权利要求6所述的耳机语音回放方法，其特征是：

根据进行压缩，式中，f_il为需变换原始频段的频率下限；f_ol为变换后目标频段的频率下限；f_ou为变换后目标频段的频率上限；p为变化系数。

8.如权利要求1所述的耳机语音回放方法，其特征是：还包括增益控制步骤，其削减强度大的音频信号数据段；且/或增强强度小的音频信号数据段。

9.计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器运行时实现如权利要求1～8任一项所述的耳机语音回放方法。

10.耳机，包括依次连接的麦克风、处理器和扬声器，其特征是还包括如权利要求9所述的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中的计算机程序被所述处理器运行。