CN115474121A - 主动降噪方法、装置、芯片、耳机及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种主动降噪方法、装置、芯片、耳机及存储介质，涉及音频处理技术领域。方法包括：第一处理器根据耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；第二处理器基于第一处理器提供的滤波器参数进行主动降噪处理第二处理器。本申请实施例方案通过双处理器，基于环境音频的噪声特性智能确定ANC模式，提升了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。
Description
技术领域
本申请实施例涉及音频处理技术领域，特别涉及一种主动降噪方法、装置、芯片、耳机及存储介质。
背景技术
随音频技术的发展，相较于基于物理手段的被动式降噪，主动降噪已经成为耳机设备的主流降噪方式。主动降噪耳机通过麦克风采集环境噪声，并利用ANC(Active NoiseControl，主动式噪音控制)结构中的滤波器确定噪声信号，进而通过扬声器播放与噪声信号幅值匹配、相位相反的抗噪声信号，通过噪声抵消实现降噪。
相关技术中，主动降噪耳机依据终端设备控制或自身默认设置确定ANC模式，在固定ANC模式下，耳机设备仅能通过一种滤波方式实现一种降噪效果，例如消除全部环境音频，或仅保留人声等，在用户所处环境发生变化时，耳机设备无法灵活适应环境噪声特征调整滤波方式，难以满足用户切换使用场景时降噪效果的需求。
发明内容
本申请实施例提供了一种主动降噪方法、装置、芯片、耳机及存储介质，能够通过双处理器(Digital Signal Processing，DSP)，基于噪声特性智能确定ANC模式，提升了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。所述技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种主动降噪方法，所述方法用于耳机，所述耳机包括第一处理器和第二处理器，所述方法包括：
所述第一处理器根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
所述第二处理器基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
另一方面，本申请实施例提供了一种主动降噪装置，所述装置包括：
第一处理器，用于根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
第二处理器，用于基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
另一方面，本申请实施例提供了一种芯片，所述芯片包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器被配置为：
根据耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
所述第二处理器被配置为：
基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
另一方面，本申请实施例提供了一种耳机，所述耳机包括处理器和存储器，所述处理器至少包括第一处理器和第二处理器，所述存储器中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如上述方面所述的主动降噪方法。
另一方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上述方面所述的主动降噪方法。
另一方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面所述的主动降噪方法。
本申请实施例中，耳机设备通过双处理器实现降噪功能，其中第一处理器基于环境的噪声特性，在多个主动降噪模式中，确定更为适宜的目标主动降噪模式并生成相应的滤波器参数，第二处理器基于该滤波器参数进行主动降噪处理；本方案通过分析环境音频的噪声特性，在多个适用于不同噪声环境的主动降噪模式中智能确定符合用户需求的目标降噪模式，相较于相关技术中，仅固定采用一种主动降噪模式进行降噪处理，提升了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一个示例性实施例提供的耳机的结构方框图；
图2示出了本申请一个示例性实施例提供的主动降噪方法的流程图；
图3示出了本申请一个示例性实施例提供的确定目标主动降噪的示意图；
图4示出了本申请另一个示例性实施例提供的主动降噪方法的流程图；
图5示出了本申请一个示例性实施例提供的第一处理器噪声处理的过程图；
图6示出了本申请一个示例性实施例提供的前馈标准降噪模式的结构图；
图7示出了本申请一个示例性实施例提供的混合式标准降噪模式的结构图；
图8示出了本申请一个示例性实施例提供的自适应降噪模式的结构图；
图9示出了本申请一个示例性实施例提供的定向降噪模式的结构图；
图10示出了本申请一个示例性实施例提供的第二处理器噪声处理的过程图；
图11示出了本申请一个示例性实施例提供的定向降噪方法的流程图；
图12示出了本申请一个示例性实施例提供的波束成形的系统框图；
图13示出了本申请一个示例性实施例提供的波束成形的系统示意图；
图14示出了本申请一个示例性实施例提供的主动降噪装置的结构框图。
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，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
为了方便理解，下面对本申请实施例中涉及的名词进行说明。
主动式噪音控制(Active Noise Control，ANC)：简称主动降噪，是一种降低外界噪声对耳机使用效果影响的方式。具备主动降噪功能的设备中均包括拾音器、处理芯片、扬声器三种元器件，设备通过拾音器，例如麦克风，获取噪音，并通过处理芯片确定噪音的波形特点，基于噪音波形处理芯片进一步计算出与噪音波形反相的波，作为抗噪音信号，进而通过扬声器播放该抗噪音信号。当环境噪音或内置噪音和抗噪音信号同时传输至人耳时，噪音信号和与其反相的抗噪音信号抵消，从而实现降噪。主动降噪对于低频噪声有很好的处理效果，并且相较于被动降噪方式，用户无需提高音频播放音量即可隔绝外界噪音，在实现降噪的同时，降低了对人耳的损害。
波束成形(Beamforming)：又称波束赋形、空域滤波，是一种通过定向信号收发无线电波或声波的信号处理技术，常用于雷达、声纳系统、无线通信、声学以及生物医学设备中。在音频处理技术领域中，波束成形器(Beamformer)在确定声源的基础上，通过调整相位阵列的基本单元参数，对某些角度(目标方向)的信号进行相长干涉，并对另一些角度(非目标方向)的信号进行相消干涉。进而对麦克风阵列中的各个麦克风输出的信号进行加权求和、滤波，也即对多路麦克风信号进行合并处理，最终输出期望方向的音频信号。
请参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的耳机的结构方框图。耳机100可以包括一个或多个如下部件：音频子系统(Audio SS)110、编解码器(Codec)120。
音频子系统110可以包括数字信号处理器111(Digital Signal Processing，DSP)、串行外设接口112(SPI，Serial Peripheral Interface)、集成电路内置音频总线113(I2S，Inter—IC Sound)、陀螺仪传感器(Gyro)114。其中，DSP111用于对音频进行处理，例如对音频进行不同格式的编解码、声音处理、音频播放、录制等。SPI112由一个主模块和一个或多个从模块组成，并通过主模块选择其中一个从模块进行同步通信，完成数据的交换。陀螺仪传感器114用于检测用户头部姿态。
编解码器120可以包括传统数字信号处理器121(Traditional Digital SignalProcessing，TDSP)、高速数字信号处理器122(Fast Digital Signal Processing，FDSP)、串行外设接口123(SPI，Serial Peripheral Interface)、集成电路内置音频总线124(I2S，Inter—IC Sound)以及麦克风组件125。其中，TDSP和FDSP联合实现主动降噪功能，TDSP可以基于较强算力对环境音频进行噪声特性分析并确定噪声对应场景，在基于噪声特性确定滤波器参数的情况下，TDSP将相应的滤波器参数发送至FDSP，并由FDSP进行高效噪声滤波。麦克风组件125可以包括前馈麦克风，前馈麦克风位于耳机外侧，用于采集外部环境音频，麦克风125还可以包括反馈麦克风，反馈麦克风位于耳机内侧，用于采集人耳处音频，可选的，麦克风组件125可以是语音麦克风。
除此之外，本领域技术人员可以理解，上述附图所示出的耳机100的结构并不构成对耳机的限定，耳机可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，耳机100中还包括发声单元、扬声器、传感器(比如加速度传感器、角速度传感器、光线传感器等等)、音频电路、Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线通信技术)模块、电源、蓝牙模块等部件，在此不再赘述。
请参考图2，其示出了本申请一个示例性实施例提供的音频信号处理方法的流程图。本申请实施例以该方法用于图1所示的耳机设备为例进行说明，该方法可以包括如下步骤。
步骤201，第一处理器根据耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数。
其中，第一处理器可以是具有较强算力的TDSP。在一种可能的实施方式中，耳机通过前馈麦克风采集获取环境音频，进一步的，第一处理器对环境音频进行噪声分析，进而确定当前用户所处环境的噪声特性。对于具有不同噪声特性的环境音频，用户的降噪需求同样存在一定差别，进而对于不同的噪声环境，第一处理器确定适用不同主动降噪模式，也即第一处理器基于噪声特性确定目标主动降噪模式。
示意性的，如图3所示，第一处理器对环境音频进行实时噪声分析进而基于分析处理得到的噪声特性在标准降噪模式、自适应降噪模式以及定向降噪模式中选择一种适宜主动降噪模式作为目标主动降噪模式。
进一步的，不同的主动降噪模式中，第一处理器采用不同方式确定滤波器参数，并且不同主动降噪模式中的滤波器参数相应的具有不同特征。在本申请实施例中，第一处理器基于噪声特征确定目标主动降噪模式，也即确定匹配环境音频的滤波器参数。
在另一种可能的实施方式中，在用户所处噪声环境发生改变的情况下，第一处理器基于噪声分析所得噪声特性可以智能切换目标主动降噪模式进行主动降噪处理。示意性的，当用户处于办公室环境中，第一处理器基于办公室中噪声单一的噪声特性确定适用抵消一切噪音的降噪模式为目标主动降噪模式，当用户结束工作进入地铁时，在地铁中，环境音频嘈杂且存在特定场景噪声，例如到站提示音等，基于噪声特性改变，第一处理器可以智能切换目标主动降噪模式为具有过滤特定声音效果的降噪模式。
可选的，用户可以通过手动配置的方式，自行调整应用主动降噪模式，示意性的，用户可以通过具有调节主动降噪功能的APP(Application，应用程序)进行配置，或是通过预定义手势，例如敲击等调整主动降噪模式。
步骤202，第二处理器基于第一处理器提供的滤波器参数进行主动降噪处理。
其中，第二处理器可以是信号处理速度较快的FDSP。在一种可能的实施方式中，第一处理器向第二处理器发送滤波器参数，第二处理器基于该滤波器参数，根据固化逻辑对环境音频进行反相处理，进而得到与环境音频幅值相同、相位相反的反相音频，实现主动降噪处理。
综上所述，在本申请实施例中，耳机通过双处理器实现主动降噪功能，其中第一处理器确定环境的噪声特性，在多个主动降噪模式中，确定符合降噪需求的目标主动降噪模式以及生成相应的滤波器参数，第二处理器在接收到滤波器参数的情况下，基于该参数进行主动降噪处理；本方案通过分析环境音频的噪声特性，在多个适用于不同噪声环境的主动降噪模式中智能确定符合用户需求的目标降噪模式，相较于相关技术中，仅固定采用一种主动降噪模式进行降噪处理，提高了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。
本申请实施例中，耳机设备分别利用双处理器进行主动降噪。请参考图4，其示出了一种主动降噪方法的流程图。本申请实施例以该方法用于图1所示的耳机设备为例进行说明，该方法可以包括如下步骤。
步骤401，第一处理器对环境音频进行预处理，得到环境音频的频谱信息。
在前馈麦克风采集到环境音频的情况下，经过数模转换，环境音频以PCM(PulseCode Modulation，脉冲编码调制)数据片段的形式向后传输，并由第一处理器中的噪声引擎对其进行噪声分析。
在一种可能的实施方式中，如图5所示，当获取到前馈麦克风传输的环境音频PCM数据片段时，第一处理器对该PCM数据片段进行实时预处理，并将预处理所得频谱信息片段存放在缓存区中。在预处理过程中，基于PCM数据片段表达了环境音频在时域上的波形，第一处理器通过傅里叶变换等方式得到以多个正弦波组合表达的环境音频，也即得到该环境音频在频域上的表达，进而获得相应PCM数据片段的频谱信息。频谱信息表征了环境音频的频率、幅值等声学特征。
步骤402，第一处理器从频谱信息中提取用于表征噪声特性的噪声参数。
在一种可能的实施方式中，如图5所示，第一处理器基于频谱信息，通过算法分析库(Algo Lib)提取噪声相关的矢量模型参数，该矢量模型参数包括可以表征噪声特性的频率、幅值等声学特征。可选的，第一处理器还可以通过神经网络(Neural Networks，NN)模型对频谱信息进行分析，获得噪声参数。
步骤403，第一处理器基于噪声参数，从至少两种主动降噪模式中确定出目标主动降噪模式。
上述噪声参数表征了环境音频的噪声特性，也即表征了用户所在噪声环境的环境特性，对于不同的噪声环境，用户对降噪效果的需求不同，进而第一处理器可以基于噪声特性确定用户的降噪需求，也即确定相应的目标主动降噪模式。
在一种可能的实施方式中，如图5所示，第一处理器将所获得的噪声参数与数据模型库(Data Lib)中的矢量模型进行对比，在至少两种主动降噪模式中，确定符合环境音频噪声特性的一种作为目标主动降噪模式。
具体的，第一处理器将噪声参数与不同主动降噪模式对应的噪声模型进行匹配，确定目标主动降噪模式，其中，噪声参数与目标主动降噪模式对应噪声模型的匹配度高于噪声参数与其他主动降噪模式对应噪声模型的匹配度。
在一种可能的实施方式中，主动降噪模式可以包括标准降噪模式、自适应降噪模式以及定向降噪模式中的至少两种。其中，标准降噪模式可以实现全方位降噪，也即尽可能消除环境中的一切噪声，基于该特性，对于噪声参数表达单一，并无特殊频谱出现的情况，标准降噪模式具有更高的匹配度。例如，当用户在办公室中使用主动降噪功能时，办公室中的环境噪声多为白噪声等平稳无序的声音，且用户不具有获取特殊环境噪声的需求，可以在保证用户需求的前提下，通过消除全部环境音频的方式实现主动降噪。
相应的，自适应降噪模式可以基于环境音频的噪声参数等确定当前噪声场景，并进一步确定在该场景中用户具有获取需求环境音频，进而在确定消除部分噪声的同时，适应性的保留部分特殊噪声。对于噪声参数表达混乱，并且具有特殊频谱无规律性出现的情况，自适应降噪模式则具有更高的匹配度。例如，当用户在地铁中使用主动降噪功能时，地铁中的环境噪声嘈杂无序变化较快，并且随机出现用户需要获取的到站提示音等，在自适应降噪模式下，耳机设备可以在滤除嘈杂底噪的同时，基于场景保留到站提示音等特殊环境噪声，以满足用户使用需求，也即用户可以通过自适应降噪模式获取类型特定的特殊噪声。
在定向降噪模式中，耳机设备可以基于麦克风阵列接收声音的声压差、时间差等信息，对各声音来源的方向进行判断，当检测到来自特定方向的噪声在一定时间内持续时，定向降噪模式可以判断该噪声为用户有获取需求可能性的特定噪声，进而在降噪过程中选择性保留该特定噪声。对于噪声参数中持续存在某一特殊噪声的情况，定向降噪模式则具有更高的匹配度。例如，当用户在工厂环境中使用主动降噪功能时，工友的交谈声来自用户的某一固定方向，并且在一定时间内持续，定向降噪模式可以在确定工友交谈声源方向的基础上，保留该噪声，也即用户可以通过定向降噪模式获取方向特定的特殊噪声。
步骤404，第一处理器根据耳机的工作场景生成第一滤波器参数；和/或根据耳机所接收声源的至少一个声源方向的环境音频生成第二滤波器参数。
基于不同的噪声特性，也即对于不同的环境音频，耳机采取不同的目标主动降噪模式，在降噪过程中，各个主动降噪模式通过采用不同滤波器参数实现相应的降噪效果。进行噪声滤波的方式可以是如下方式中的任一种：
1、根据耳机的工作场景生成第一滤波器参数。
1.1、在目标主动降噪模式为自适应降噪模式的情况下，基于环境音频确定耳机的工作场景；根据工作场景生成第一滤波器参数。其中，不同工作场景对应不同滤波器参数。
自适应降噪模式的结构如图8所示，耳机首先通过前馈麦克风采集环境噪声x(t)获得环境音频x(n)，进而第一处理器对环境音频进行噪声分析，并确定其噪声特性，基于环境音频嘈杂并且其中包含有随机出现的特定噪声，第一处理器采用自适应降噪模式进行主动降噪。基于自适应降噪模式根据噪声环境确定需要保留的特定噪声，自适应降噪模式通过场景识别单元确定较为精确的工作场景，例如，工作场景可以是户外场景、地铁场景、咖啡馆场景等。基于工作场景，第一处理器获取对应的滤波器参数，不同场景中基于需要保留噪声的频率等不同，第一滤波器参数不同。
在耳机设置有反馈麦克风的情况下，如图7所示，反馈麦克风采集反馈音频e(n)，反馈滤波器基于反馈音频进行反馈滤波，在自适应降噪模式中，第一处理器相应的获取应用于反馈滤波器的第二目标滤波参数，并发送至第二处理器中的反馈滤波器。
可选的，由于在嘈杂噪声环境中环境音频时变明显，采用可变的滤波器参数可以后的更好的滤波效果，进而自适应降噪模式可以结合自适应算法，以改善嘈杂环境中的主动降噪效果。例如，自适应降噪模式可以采用最小均方算法(Least Mean Square，LMS)，基于反馈麦克风所采集的反馈音频周期性调整滤波器参数，以减小目标噪声和确定噪声之间的误差。在主动降噪过程中，最小均方算法可以通过以下计算过程实现：
y(k)＝wT(k)x(k)
e(k)＝d(k)-y(k)
w(k+1)＝w(k)+μe(k)x(k)
其中，y(k)为期望输出，wT(k)表示第k次迭代中的滤波器系数向量，x(n)为输入信号，也即最近时间段中采集到的N个值组成的向量，e(k)表示目标噪声d(k)与期望输出y(k)间的噪声误差，基于最小均方算法是一种特殊的梯度下降计算，其中μ为梯度下降的步长，w(k+1)为第k+1次迭代中的滤波器系数向量。该计算过程通过迭代循环计算，令y(n)尽可能接近d(n)，也即令误差e(n)尽可能小。
2、根据耳机所接收声源的至少一个声源方向的环境音频生成第二滤波器参数。
2.1、在目标主动降噪模式为标准降噪模式的情况下，根据耳机所接收的各个声源方向的环境音频生成第二滤波器参数。
其中，标准降噪模式的结构如图6所示，耳机通过前馈麦克风采集外界噪声x(t)获得环境音频x(n)。外界噪声通过耳机传递至人耳处的过程中，也即在主要声音路径中经过耳机外壳以及腔体，声音在传递过程中衰减，在人耳处获得的衰减后噪声音频为x’(t)，该衰减可以由主要声音传递函数P(n)表示。第一处理器对环境音频x(n)进行噪声分析，并确定表征其噪声特性的噪声参数。基于降噪参数单一无序，第一处理器确定标准降噪模式为目标主动降噪模式，在该模式中，由于环境音频无序平稳，第一处理器可以在接收来自各个声源方向的环境音频的基础上，基于全方位环境音频确定第二滤波器参数。在上述情况下，第一处理器采用预定义滤波器参数即可获得较好的降噪效果，也即第一处理器获取标准降噪模式对应的固定滤波器参数作为第二滤波器参数，例如白噪声滤波参数，并将其发送至第二处理器。
在一种可能的实施方式中，耳机中还可以设置有反馈麦克风，反馈麦克风用于采集反馈音频。在上述情况下，第一处理器基于目标主动降噪模式，向第二处理器发送第一目标滤波参数和第二目标滤波参数，第一目标滤波参数为第二处理器中前馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数，第一目标滤波参数为第二处理器中反馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数。其中，第一目标滤波参数与第二目标滤波参数均属于上述滤波器参数。如图7所示，在具有反馈麦克风的情况下，反馈麦克风采集人耳处的反馈音频e(n)，第一处理器对该反馈音频进行噪声分析后确定第二目标滤波参数，并将其发送至第二处理器中反馈滤波器进行反馈滤波。
2.2、在目标主动降噪模式为定向降噪模式的情况下，根据耳机所接收的环境音频确定目标声源方向；根据目标声源方向以外各个方向的环境音频生成第二滤波器参数。
定向降噪模式的结构如图9所示，相较于标准降噪模式中，仅通过前馈滤波器或结合反馈滤波器进行降噪处理，定向降噪模式引入定向降噪单元辅助确定需要保留的特定噪声。基于第一处理器在环境音频中存在方向特定的持续特殊噪声的情况下采用定向降噪模式，相应的噪声环境具有一定的时变性，在该降噪模式中可以结合LMS等自适应算法确定第二滤波器参数，优化降噪效果。其中，第一处理器基于环境音频可以确定上述具有特征性音频信息的持续噪声方向为目标声源方向，可选的，定向降噪模式中，第一处理器可以基于该模式获取相应的预定义滤波器参数作为第二滤波器参数，可选的，进一步的基于目标声源方向以外方向上的环境音频优化第二滤波器参数。
步骤405，第二处理器基于滤波器参数配置滤波器，并通过滤波器对环境音频进行滤波处理。
其中，滤波器参数可以是第一滤波器参数也可以是第二滤波器参数。第二处理器可以是FDSP，在一种可能的实施方式中，FDSP中可以包括多个滤波器，且在耳机设置有反馈滤波器的情况下，多个滤波器可以同时对前馈麦克风采集到的环境音频，以及对反馈麦克风采集到的反馈音频进行滤波处理。
第二处理器基于滤波器参数进行滤波处理的过程，以耳机采用自适应降噪模式为例进行说明，如图8所示，第二处理器基于第一处理器发送的滤波器参数，确定适用于前馈滤波器的滤波器系数向量w(该向量w在频域中的表达为W1(z))，进而前馈滤波器基于该滤波器系数向量w以及输入信号x(n)，也即环境音频，确定期望输出y(n)。
步骤406，第二处理器基于滤波处理后的环境音频生成反相音频，反相音频与滤波处理后的环境音频的相位相反。
在一种可能的实施方式中，如图10所示，当获得环境音频的PCM(音频数据后，第二处理器首先对其进行预处理并基于滤波器参数进行滤波，得到与上述环境音频幅值相同、相位相反的反相音频，进而通过反相音频与环境音频进行抵消实现主动降噪。
在耳机设置有反馈麦克风的情况下，以自适应降噪模式为例，如图8所示，前馈滤波器和反馈滤波器均相应生成反相音频，自适应降噪过程中，可以通过累加运算结合两路数字音频信号确定精确度更高的反相音频。
步骤407，第二处理器向扬声器传输反相音频，以使扬声器播放反相音频。
在确定反相音频的情况下，第二处理器向扬声器传输该反相音频。在一种可能的实施方式中，以自适应降噪模式为例，如图8所示，反相音频经由数模转换过程，由数字信号转换为模拟信号并传输至AMP(Amplifier，放大器)，并由AMP对该模拟信号进行增益。进而由扬声器(Speaker)播放该反相音频y(n)，基声音从扬声器传播至人耳处经历次级声音滤镜，声音存在一定衰减，且该衰减过程可以由次要声音传递函数S(z)表示，经过衰减的音频为y’(t)，当扬声器播放声音与环境噪声同时传递至人耳处时，x’(t)与y’(t)中幅值相等、相位相反的音频通过干涉实现抵消，进而实现主动降噪。
综上所述，本申请实施例通过双处理器对噪声进行处理，在双处理器中，第一处理器可以是能够控制灵活其运行程序的TDSP，进而本申请通过第一处理器对环境音频进行噪声分析，确定噪声参数，并基于噪声参数智能选择与用户需求匹配度更高得主动降噪模式，实现智能免摘，进一步的第一处理器确定适宜于用户降噪需求的滤波器参数，并向第二处理器发送该参数，第二处理器可以是具有固定运算逻辑并且运算速度较快的FDSP，第二处理器基于滤波器参数，通过滤波器获得环境音频的反相音频，进一步的扬声器通过播放反相音频实现抵消干涉，完成适应用户需求的主动降噪；本申请通过噪声分析智能确定主动降噪模式，提升了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。
在一种特殊的情况中，环境中存在一种声源位置较为固定，并且声音持续时间较长的特殊噪声，该种环境音较大概率为用户需要听到的特殊噪声，在该种情况下，本方案中耳机基于上述噪声特性采用定向降噪模式辅助用户听到。请参考图11，其示出了本申请一个示例性实施例提供的定向降噪模式的流程图。
在本申请实施例中，耳机设置有多个前馈麦克风，不同前馈麦克风用于接收不同方向的环境音频。可选的，前馈麦克风可以是语音麦克风，多个语音麦克风构成一个麦克风阵列，该麦克风阵列中，多个麦克风的拓扑结构可以采用直线排列或是蜂窝状排列等，本方案对此不作限定。
步骤1101，第一处理器利用波束成形器基于环境音频进行波束成形处理，得到定向音频，波束成形处理用于生成目标声源方向的音频补偿信号，以抵消目标声源方向外的至少一个声源方向上的环境音频。
如图9所示，定向降噪模式中设置有定向单元901，定向单元中包括有多个麦克风用于采集多路环境音频，还包括有波束成形器(Beamformer)用于对多路环境音频进行波束成形处理。在一种可能的实施方式中，如图12所示，左右耳机分别具有两个编解码器，也即左侧编解码器1210以及右侧编解码器1220，其中除却分别设置有TDSP1211、1221以及FDSP1212、1222，解编码器中分别设置有三个用于采集环境音频的麦克风，组成麦克风阵列1213、1223。进而，如图13所示，在左右耳机处于佩戴状态的情况下，两耳机通过相应的麦克风阵列对各自一侧180°范围内的环境噪声进行监控。需要说明的是，本方案对左右耳机之间进行信息交互的方式不做限定，相应的，本方案对左右耳机中进行环境音频采集的麦克风个数不作限定。
对于多路环境音频，左右耳机中的第一处理器分别通过波束成形算法基于各路环境音频到达麦克风阵列的时间差、声压差等确定环境音频对应声源的方位。左右耳机之间可以通过蓝牙链路进行信息交互，从而两耳机组成一个波束成形阵列，综合两耳机所得声源信息，耳机设备通过波束成形初步确定用户具有获取可能性的特殊噪声。结合环境音频中的其他噪声，第一处理器对多路环境音频进行合并，并确定定向音频，基于定向音频实现对目标声源方向上的环境音频的增强。相应的，波束成形器通过波束成形处理生成音频补偿信号，进一步的后续第二处理器可以基于音频补偿信号减弱其余方向上的环境音频中的噪声，进而实现在滤除底噪的同时，保留并增强用户需要获取的环境噪声。
可选的，用户可以通过终端侧应用程序设置需要确定为特殊噪声的环境噪声类型，示意性的用户可以设置对特定人声挑选、特定类声音挑选，或是进行自适应挑选。相应的，用户可以自行采集特定人声或特定类声音，并存储对应声音的频谱信息。
示意性的，当环境中有一人在用户左侧持续说话，麦克风阵列中靠近语音音频来源方向的麦克风检测到的声压大于原理该音源方向的麦克风所检测声压，结合该声音持续一定时长，或是满足预定义特殊音频声学特征(预先采集、存储频谱信息)，定向单元可以确定来自于该方向的声音为特殊噪声。进而，第一处理器在合并多路环境音频的过程中，确定上述音源方向噪声被增强，相应的其余方向噪声被抑制。
步骤1102，第一处理器向第二处理器发送定向音频。
在确定定向音频的情况下，第一处理器向第二处理器发送该定向音频，以便第二处理器将定向音频作为输入信号进行滤波处理。
步骤1103，第二处理器基于反相音频和定向音频生成目标音频。
基于上述定向音频，第二处理器通过滤波器分别确定来自于特定方向的特殊噪声音频，以及其余噪声音频，并分别生成与特殊噪声音频进行相长干涉的音频信号，以便增强特殊噪声音频，以及生成与其余噪声音频进行相消干涉的音频信号，以便抵消其余噪声音频，在保留特殊噪声的同时，实现主动降噪。
如图9所示，基于定向降噪模式通过合并ANC和波束成形实现选择性降噪，第二处理器通过ANC过程获得反相音频，并将定向音频滤波处理后的所得音频与反相音频进行累加运算，获得目标音频。
步骤1104，第二处理器向扬声器传输目标音频，以使扬声器播放目标音频。
本步骤与步骤407相同，此处不再赘述。
在一种可能的实施方式中，耳机中设置有传感器。在确定出特定方向的情况下，第一处理器基于获取到的传感器数据，确定耳机的姿态变化参数，传感器数据至少包括耳机的矢量旋转角加速度。
上述传感器可以是陀螺仪传感器，基于波束成形，用户可以获取来自特定方向的环境噪声，当用户头部转动时，耳机可以通过陀螺仪传感器数据确定用户头部的转动方向以及转动角度，进而基于上述数据，耳机可以确定用户对于所获取环境噪声的反映情况，进而第一处理器可以基于耳机的姿态变化参数对特殊噪声进行进一步的精准定位，提高定向降噪模式的降噪精确度。其中姿态变化参数至少包括转动时刻以及转动幅度和方向。
在一种可能的实施方式中，在开启陀螺仪辅助定位功能的情况下，耳机基于采样频率f实时获取陀螺仪传感器数据，该陀螺仪传感器数据中包含有X、Y、Z三轴方向上的矢量角加速度值bt(x,y,z)。设定键值对kt＝(rt,bt)，其中rt为采样时刻，bt为矢量角加速度值，并基于设定的时间窗口T秒，获得个数为NT的数据，并以循环队列的方式存储在数据结构K[NT]中，其中NT＝T×f且有
在定向降噪模式下，当第一处理器初步检测到特殊噪声时，基于耳机获取陀螺仪传感器数据，第一处理器从接收该特殊噪声的时刻起，查找键值对，进行跟踪和计算。
示意性的，当用户在工厂环境中使用主动降噪功能时，工友在用户左前侧30°方向持续说话，通过初步波束成形，第一处理器在合并多路环境音频时，确定用户左前方45°范围均为特殊噪声来源方向，并将来自该范围内的环境噪声增强，减弱来自其余方向的环境噪声。当用户听到交谈声并向工友方向转头时，陀螺仪传感器数据表征了用户的转头方向和幅度，并可以进一步确定来自工友的语音音频方向为用户面向方向，也即用户左前侧30°方向。
进一步的，第一处理器基于姿态变化参数修正特定方向。并且，在姿态变化参数大于阈值的情况下，第一处理器基于姿态变化参数修正特定方向。
在接收特殊噪声的时刻之后检测到陀螺仪传感器数据存在变化，且姿态变化参数大于阈值的情况下，耳机可以确定用户对该特殊噪声作出反应，并且初步确定的声源方向存在一定误差，在陀螺仪传感器数据反映用户朝向初步确定的特殊噪声声源方向范围附近转动情况下，第一处理器结合陀螺仪传感器数据修正当前用户面向方向为特定方向。
进而，第一处理器基于修正后的特定方向对多路环境音频进行波束成形处理，得到定向音频。在波束成形过程中，第一处理器对来自修正后的特定方向的环境噪声进行进一步增强，相应的，对于来自于其他方向的环境噪声进一步滤除，改善定向降噪效果。
综上所述，本方案通过波束成形实时检测环境噪声，并在主动降噪过程中保留环境中的特殊噪声，以保证用户在使用主动降噪功能的情况下，仍可以获取例如讲话声、警报声等具有获取需求可能性得环境噪声；本方案在通过波束成形实现定向降噪的基础上，结合陀螺仪等传感器设备，对用户的头部动作进行检测，并利用头部转动等信息确定用户对特定噪声的反应情况，进一步提高对特殊噪声定位的精确度，改善了主动降噪效果，提升主动降噪质量。
请参考图14，其示出了本申请一个示例性实施例提供的主动降噪装置的结构框图，该装置包括：
第一处理器1401，用于根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
第二处理器1402，用于基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
可选的，所述第一处理器1401，还用于：
对环境音频进行预处理，得到所述环境音频的频谱信息；
从所述频谱信息中提取用于表征所述噪声特性的噪声参数；
基于所述噪声参数，从至少两种主动降噪模式中确定出所述目标主动降噪模式。
可选的，所述第一处理器1401，还用于：
将所述噪声参数与不同所述主动降噪模式对应的噪声模型进行匹配，确定所述目标主动降噪模式。
可选的，所述第一处理器1401，还用于：
根据所述耳机的工作场景生成第一滤波器参数；和/或
根据所述耳机所接收声源的至少一个声源方向的所述环境音频生成第二滤波器参数。
可选的，在所述主动降噪模式包括标准降噪模式、自适应降噪模式以及定向降噪模式的情况下，所述第一处理器1401，还用于：
在所述目标主动降噪模式为所述自适应降噪模式的情况下，基于所述环境音频确定所述耳机的工作场景；根据所述工作场景生成所述第一滤波器参数；
在所述目标主动降噪模式为所述标准降噪模式的情况下，根据所述耳机所接收的各个声源方向的所述环境音频生成所述第二滤波器参数；
在所述目标主动降噪模式为定向降噪模式的情况下，根据所述耳机所接收的环境音频确定目标声源方向；根据所述目标声源方向的所述环境音频生成所述第二滤波器参数。
可选的，所述第二处理器1402，还用于：
基于所述滤波器参数配置滤波器，并通过所述滤波器对环境音频进行滤波处理；
基于滤波处理后的所述环境音频生成反相音频，所述反相音频与滤波处理后的所述环境音频的相位相反；
向扬声器传输所述反相音频，以使所述扬声器播放所述反相音频。
可选的，在所述耳机设置有多个前馈麦克风，不同所述前馈麦克风用于接收不同方向的所述环境音频的情况下，所述第一处理器1401，还用于：
所述第一处理器利用波束成形器基于所述环境音频进行波束成形处理，得到定向音频，所述波束成形处理用于生成目标声源方向的音频补偿信号，以抵消所述目标声源方向外的至少一个声源方向上的所述环境音频；
所述第一处理器向所述第二处理器发送所述定向音频；
所述第二处理器1402，还用于：
所述第二处理器基于所述反相音频和所述定向音频生成目标音频；
所述第二处理器向所述扬声器传输所述目标音频，以使所述扬声器播放所述目标音频。
可选的，在所述耳机中设置有传感器，所述传感器用于确定所述耳机的运动状态的情况下，所述第一处理器1401，还用于：
在确定出所述目标声源方向的情况下，所述第一处理器基于获取到的传感器数据，确定所述耳机的姿态变化参数，所述传感器数据至少包括所述耳机的矢量旋转角加速度；
所述第一处理器基于所述姿态变化参数修正所述目标声源方向；
所述第一处理器基于修正后的所述目标声源方向对多路所述环境音频进行所述波束成形处理，得到所述定向音频。
可选的，所述第一处理器1401，还用于：
在所述姿态变化参数大于阈值的情况下，基于所述姿态变化参数修正所述目标声源方向。
可选的，在所述耳机还设置有反馈麦克风，所述反馈麦克风用于采集反馈音频的情况下，所述第一处理器1401，还用于：
基于所述目标主动降噪模式，向所述第二处理器发送第一目标滤波参数和第二目标滤波参数，所述第一目标滤波参数为所述第二处理器中前馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数，所述第一目标滤波参数为所述第二处理器中反馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数。
可选的，第一处理器1401于第二处理器1402还用于并行执行降噪处理。
综上所述，本申请实施例通过双处理器实现降噪功能，其中第一处理器基于前馈麦克风所采集的环境音频的噪声特性，在多个主动降噪模式中，确定更为适宜的目标主动降噪模式以及生成滤波器参数，第二处理器在接收到滤波器参数的情况下，基于该参数进行主动降噪处理；本方案通过分析环境音频的噪声特性，在多个适用于不同噪声环境的主动降噪模式中智能确定符合用户需求的目标降噪模式，相较于相关技术中，仅固定采用一种主动降噪模式进行降噪处理，提升了对于不同场景下的环境噪声进行主动降噪的质量。
本申请实施例还提供了一种芯片，该芯片包括第一处理器和第二处理器，第一处理器被配置为：根据耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；第二处理器被配置为：基于第一处理器提供的滤波器参数进行上述实施例所述的主动降噪处理。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有至少一段程序，至少一段程序用于被处理器执行以实现如上述实施例所述的主动降噪方法。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述实施例提供的主动降噪方法。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种主动降噪方法，其特征在于，所述方法应用于耳机，所述耳机包括第一处理器和第二处理器，所述方法包括：
所述第一处理器根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
所述第二处理器基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一处理器根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数，包括：
对环境音频进行预处理，得到所述环境音频的频谱信息；
从所述频谱信息中提取用于表征所述噪声特性的噪声参数；
基于所述噪声参数，从至少两种主动降噪模式中确定出所述目标主动降噪模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述噪声参数，从至少两种主动降噪模式中确定出所述目标主动降噪模式，包括：
将所述噪声参数与不同所述主动降噪模式对应的噪声模型进行匹配，确定所述目标主动降噪模式。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一处理器根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数，包括：
根据所述耳机的工作场景生成第一滤波器参数；和/或
根据所述耳机所接收声源的至少一个声源方向的所述环境音频生成第二滤波器参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主动降噪模式包括标准降噪模式、自适应降噪模式以及定向降噪模式；
所述根据所述耳机的工作场景生成第一滤波器参数，包括：
在所述目标主动降噪模式为所述自适应降噪模式的情况下，基于所述环境音频确定所述耳机的工作场景；根据所述工作场景生成所述第一滤波器参数；
所述根据所述耳机所接收声源的至少一个声源方向的环境音频生成第二滤波器参数，包括：
在所述目标主动降噪模式为所述标准降噪模式的情况下，根据所述耳机所接收的各个声源方向的所述环境音频生成所述第二滤波器参数；
在所述目标主动降噪模式为定向降噪模式的情况下，根据所述耳机所接收的环境音频确定目标声源方向；根据所述目标声源方向以外各个方向的所述环境音频生成所述第二滤波器参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二处理器基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理，包括：
基于所述滤波器参数配置滤波器，并通过所述滤波器对环境音频进行滤波处理；
基于滤波处理后的所述环境音频生成反相音频，所述反相音频与滤波处理后的所述环境音频的相位相反；
向扬声器传输所述反相音频，以使所述扬声器播放所述反相音频。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述耳机设置有多个前馈麦克风，不同所述前馈麦克风用于接收不同方向的所述环境音频；
在所述目标主动降噪模式为定向降噪模式的情况下，所述方法还包括：
所述第一处理器利用波束成形器基于所述环境音频进行波束成形处理，得到定向音频，所述波束成形处理用于生成目标声源方向的音频补偿信号，以抵消所述目标声源方向外的至少一个声源方向上的所述环境音频；
所述第一处理器向所述第二处理器发送所述定向音频；
所述第二处理器基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理，还包括：
所述第二处理器基于所述反相音频和所述定向音频生成目标音频；
所述第二处理器向所述扬声器传输所述目标音频，以使所述扬声器播放所述目标音频。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述耳机中设置有传感器，所述传感器用于确定所述耳机的运动状态；
所述方法还包括：
在确定出所述目标声源方向的情况下，所述第一处理器基于获取到的传感器数据，确定所述耳机的姿态变化参数，所述传感器数据至少包括所述耳机的矢量旋转角加速度；
所述第一处理器基于所述姿态变化参数修正所述目标声源方向；
所述第一处理器基于修正后的所述目标声源方向对多路所述环境音频进行所述波束成形处理，得到所述定向音频。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一处理器基于所述姿态变化参数修正所述目标声源方向，包括：
在所述姿态变化参数大于阈值的情况下，基于所述姿态变化参数修正所述目标声源方向。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耳机还设置有反馈麦克风，所述反馈麦克风用于采集反馈音频；
所述方法还包括：
所述第一处理器基于所述目标主动降噪模式，向所述第二处理器发送第一目标滤波参数和第二目标滤波参数，所述第一目标滤波参数为所述第二处理器中前馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数，所述第一目标滤波参数为所述第二处理器中反馈滤波器进行音频滤波处理所使用的参数。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一处理器和第二处理器并行执行降噪处理。
12.一种主动降噪装置，其特征在于，所述装置用于耳机，所述耳机包括第一处理器和第二处理器，所述装置包括：
第一处理器，用于根据所述耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；
第二处理器，用于基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
13.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器被配置为：
根据耳机所处的环境的噪声特性确定目标主动降噪模式并生成滤波器参数；所述第二处理器被配置为：
基于所述第一处理器提供的所述滤波器参数进行主动降噪处理。
14.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括处理器和存储器，所述处理器至少包括第一处理器和第二处理器，所述存储器中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至11任一所述的主动降噪方法。
15.一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至少一段程序，所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至11任一所述的主动降噪方法。
16.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中；计算机设备的处理器从所述计算机可读存储介质读取所述计算机指令，所述处理器执行所述计算机指令，使得所述计算机设备执行如权利要求1至11任一所述的主动降噪方法。
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