音频降噪方法及装置与流程

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种音频降噪方法及装置。

背景技术：

对比于音响来说，耳机有着很多优势，例如，便携性好、私密性高以及对于周围人群的影响比较小等等。

佩戴者在佩戴耳机时会对耳机产生一定程度的按压，此按压会向整个耳机系统引入一个非常大的扰动，引入的扰动有可能会在耳机内形成啸叫。耳机内一旦啸叫发生可能会给佩戴者的听力带来伤害，因此，需要避免啸叫的产生。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种音频降噪方法及装置，通过对输入的控制信号进行限幅，使得控制信号不能满足发生啸叫的条件从而使耳机避免发生啸叫。

本发明实施例提供一种音频降噪方法，包括：

获取待处理的音频信号；

对所述音频信号进行滤波处理，以生成降噪控制信号；

对于存在第一时间点的所述降噪控制信号，对所述降噪控制信号中第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，其中，所述第一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值；

输出衰减处理后的降噪控制信号，以通过所述降噪控制信号对所述音频信号进行降噪处理。

可选地，所述对所述第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，包括：

对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理以及对所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，所述第二时间点与所述第一时间点之间的各时间点对应的信号幅值满足所述限幅启动阈值，所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值不满足所述限幅启动阈值。

可选地，所述对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理，包括：

以第一衰减值对所述第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，所述对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理，包括：

根据所述第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值超出所述限幅启动阈值的程度，确定与所述各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值；

以与所述各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值对所述各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，所述对所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，包括：

以与所述第二时间点对应的信号幅值匹配的衰减值为初始值，以预设衰减步长对所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值逐步进行衰减处理，直至衰减值降低为预设值。

本发明实施例提供一种音频降噪装置，包括：

获取模块，用于获取待处理的音频信号；

滤波模块，用于对所述音频信号进行滤波处理，以生成降噪控制信号；

限幅模块，用于对于存在第一时间点的所述降噪控制信号，对所述降噪控制信号中第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，其中，所述第一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值；

输出模块，用于输出衰减处理后的降噪控制信号，以通过所述降噪控制信号对所述音频信号进行降噪处理。

可选地，所述限幅模块具体用于：

对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理；

对所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，所述第二时间点与所述第一时间点之间的各时间点对应的信号幅值满足所述限幅启动阈值，所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值不满足所述限幅启动阈值。

可选地，所述限幅模块具体用于：

以第一衰减值对所述第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，所述限幅模块具体还用于：

根据所述第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值超出所述限幅启动阈值的程度，确定与所述各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值；

以与所述各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值对所述各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，所述限幅模块具体还用于：

以与所述第二时间点对应的信号幅值匹配的衰减值为初始值，以预设衰减步长对所述第二时间点之后的时间点对应的信号幅值逐步进行衰减处理，直至衰减值降低为预设值。

本发明实施例提供的音频降噪方法及装置，获取待处理的音频信号，并对此音频信号进行滤波处理，以生成与音频信号等值反相的降噪控制信号。当将检测到此降噪控制信号中某一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值时，则启动限幅器，对这一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减。由于发生啸叫所要到达的条件之一就是信号幅值达到一定数值，而将第一时间点之后的时间点对应的信号幅值减小则可以破坏发生啸叫的条件，从而避免啸叫的发生。在此，避免啸叫的发生可以理解为两种情况：当耳机中已经发生啸叫时，能够通过限幅过程抑制产生的啸叫；当耳机处于容易发生啸叫的不稳定状态时，能够通过限幅过程可以预防啸叫的产生。最后，再输出经过衰减处理的降噪控制信号，将此衰减处理后的降噪控制信号与噪声信号进行叠加，以实现对待处理音频信号的降噪。基于此，本发明能够达到在避免啸叫的同时对音频信号进行降噪的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的音频降噪方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例提供的音频降噪方法实施例二的流程图；

图3为未进行幅值衰减处理的音频信号的信号波形；

图4为未进行幅值衰减处理的音频信号的语谱图；

图5为进行幅值衰减处理后音频信号的信号波形；

图6为进行幅值衰减处理后音频信号的语谱图；

图7为本发明实施例提供的音频降噪装置实施例一的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种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这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述xxx，但这些xxx不应限于这些术语。这些术语仅用来将xxx彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一xxx也可以被称为第二xxx，类似地，第二xxx也可以被称为第一xxx。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

图1为本发明实施例提供的音频降噪方法实施例一的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

s101，获取待处理的音频信号。

s102，对音频信号进行滤波处理，以生成降噪控制信号。

在使用耳机时，用户听到的声音是耳机中麦克风拾取到的音频信号，其中此音频信号在通常情况下是一个混合信号，通常会包括有用信号和噪声信号，其中，此有用信号可以是语音或者是音乐等等。而当用户对耳机实施了按压操作后，其中，按压操作通常是用户在佩戴或摘掉耳机时产生的，此时，麦克风拾取到的音频信号中除了有用信号和噪声信号之外还会存在冲击信号，并且冲击信号的信号幅值与有用信号的幅值通常存在较大差距。

将待处理的音频信号进行滤波处理，滤波处理具体为：获取待处理的音频信号，其中，可选地，获取的音频信号为一个时域信号，并基于此音频信号生成一路与此音频信号等值反相的降噪控制信号。

s103，对于存在第一时间点的降噪控制信号，对降噪控制信号中第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，其中，第一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值。

获取生成的降噪控制信号中各个时间点对应的信号幅值，其中，实际应用中，可选地，可以以一个较短的时间窗口为单位，并将此时间窗口内多个时间点对应信号幅值的平均值作为此时间窗口中间时间点对应的信号幅值。也即是获取的各个时间点对应的信号幅值是一个统计平均值。进而，再检测每个时间点对应的信号幅值是否满足限幅启动阈值。当降噪控制信号中的某一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值时，则表明此时间点处信号的幅值大于或等于限幅启动阈值，可以认为在此第一时间点处发生了用户对耳机的按压操作或者其他为耳机系统引入扰动的操作，前述操作的发生会使得降噪控制信号的信号幅度大大提高，而当信号幅值大于或等于发生啸叫的幅值阈值时，在耳机内则有可能会发生啸叫。

而为了避免啸叫的发生，此时，则需要对第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，通过减小降噪控制信号中信号幅值较大部分的信号幅值，破坏产生啸叫的条件，从而避免耳机内啸叫的产生。

可选地，限幅启动阈值是预先设置的，可以选取有用信号的最大幅值与冲击信号最小幅值之间的任一数值，通常情况下可以选取二者的中值。而有用信号的最大幅值与冲击信号的最小幅值可以采用预先测试的方式获得。具体地，可以在存在噪声的正常室内环境下，将有用信号输入示波器，其中此有用信号中是包含噪声信号的，通过示波器得到有用信号对应的最大幅值。并且，在不存在噪声的环境下，用户触发对耳机的按压操作后，将由于按压操作而产生的冲击信号输入示波器，以得到此冲击信号对应的最小幅值。

s104，输出衰减处理后的降噪控制信号，以通过降噪控制信号对音频信号进行降噪处理。

将进行幅值衰减处理后的降噪控制信号输入至耳机内的扬声器，并由扬声器发出此衰减处理后的降噪控制信号，降噪控制信号与噪声信号再进行叠加。由于两信号之间具有相反的相位，因此进行叠加后可以对噪声信号有一定的抵消作用，从而达到降噪的效果。

本实施例中，获取待处理的音频信号，并对此音频信号进行滤波处理，以生成与音频信号等值反相的降噪控制信号。当将检测到此降噪控制信号中某一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值时，则启动限幅器，对这一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减。由于发生啸叫所要到达的条件之一就是信号幅值达到一定数值，而将第一时间点之后的时间点对应的信号幅值减小则可以破坏发生啸叫的条件，从而避免啸叫的发生。在此，避免啸叫的发生可以理解为两种情况：当耳机中已经发生啸叫时，能够通过限幅过程抑制产生的啸叫；当耳机处于容易发生啸叫的不稳定状态时，能够通过限幅过程可以预防啸叫的产生。最后，再输出经过衰减处理的降噪控制信号，将此衰减处理后的降噪控制信号与噪声信号进行叠加，以实现对待处理音频信号的降噪。基于此，本发明能够达到在避免啸叫的同时对音频信号进行降噪的效果。

图2为本发明实施例提供的音频降噪方法实施例二的流程图，如图2所示，该方法可以包括如下步骤：

s201，获取待处理的音频信号。

s202，对音频信号进行滤波处理，以生成降噪控制信号。

上述步骤s201-s202的执行过程与前述实施例的相应步骤相似，可以参见如图1所示实施例中的相关描述，在此不再赘述。

s203，对于存在第一时间点的降噪控制信号，对降噪控制信号中第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理以及对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

其中，第一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值，并且第二时间点与第一时间点之间的各时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值，第二时间点之后的时间点对应的信号幅值不满足限幅启动阈值。

基于获得降噪控制信号中各个时间点对应的信号幅值，将降噪控制信号中信号幅值满足限幅启动阈值的第一个时间点作为第一时间点，将信号幅值满足限幅启动阈值的最后一个时间点作为第二时间点，并对第一时间点与第二时间点之间的各时间点进行幅值衰减处理。

作为一种可选地的方式，可以以第一衰减值对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理，也即是将第一时间点与第二时间点之间的各信号对应的信号幅值都减小第一衰减值。

可选地，第一衰减值可以通过预先测试获得：在用户不对耳机进行按压操作时，计算降噪控制信号在整个频段中的平均信号幅值；在用户对耳机进行按压操作时，计算降噪控制信号在整个频段中的平均信号幅值，并将两个平均信号幅值之差作为第一衰减值。可选地，也可以分别在用户进行按压操作和不进行按压操作时，计算降噪控制信号在容易发生啸叫的特定频段内的平均信号幅值，并将特定频段内信号的平均信号幅值之差作为第一衰减值。

作为又一种可选地的方式，还可以根据第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值超出限幅启动阈值的程度，确定与各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值，再以各自匹配的第二衰减值对各时间点对应的信号幅值进行衰减处理，其中，第二衰减值小于或等于第一衰减值。

具体地，获取第一时间点与第二时间点之间各时间点对应的信号幅值与限幅启动阈值之间的幅值差。根据幅值差的大小判断幅值差的超出程度，再根据超出程度与第二衰减值之间的对应关系确定与各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值。对于超出程度与第二衰减值之间的对应关系，举例来说，可以为：当幅值差为1～5db时对应于第一超出级别，表明此时间点对应的信号幅值超出限幅启动阈值的程度较低，并且与此第一超出级别匹配的第二衰减值为10db，此时则将第一超出级别对应的时间点的信号幅值减小10db。当幅值差为6～10db时对应于第二超出级别，与此第二超出级别匹配的第二衰减值为10db，此时则将第二超出级别对应的时间点的信号幅值减小20db。当幅值差大于10db时对应于第三超出级别，此时间点对应的幅值超出限幅启动阈值的程度较高，与此第三超出级别匹配的第二衰减值为30db，此时则将第三超出级别对应的时间点的信号幅值减小30db。

值得说明的是，当对信号幅值满足限幅启动阈值的第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理后，可以使各信号对应信号幅值产生一个剧烈的衰减，并且这种剧烈的衰减是我们想要得到的。但如果在第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理后，立即停止对后续时间点幅值的衰减处理，有可能会使系统重新进入不稳定状态，从而再次产生啸叫，因此，还需要同时对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减，此衰减过程是一个逐步衰减的过程。

可选地，可以以与第二时间点对应的信号幅值匹配的衰减值为初始值，以预设衰减步长对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行逐步衰减处理，直至衰减值降低为预设值，则停止幅值衰减处理，可选地，此预设值可以为0。举例来说，与第二时间点匹配的衰减值为a，预设衰减步长为b，则与第二时间点之后的时间点匹配的衰减值依次为a-b，a-2b，a-3b……，直至衰减值降低为预设值。

可选的，还可以与第二时间点对应的信号幅值匹配的衰减值为初始值，同时将第二时间点之后的时间点以每n个时间点划分为一个小组，对每一小组按照预设衰减步长进行幅值衰减，直至衰减值降低为预设值，则停止幅值衰减处理。举例来说，与第二时间点匹配的衰减值为c，且预设衰减步长为d，则将第二时间点之后的每n个时间点划分为一个小组，以得到m个小组。而第一小组中n各时间点对应的衰减值都为c-d，第二小组中n各时间点对应的衰减值都为c-2d，第三小组中n各时间点对应的衰减值都为c-3d……直至某一小组对应的衰减值降低为预设值。

s204，输出衰减处理后的降噪控制信号，以通过降噪控制信号对音频信号进行降噪处理。

上述步骤s204的执行过程与前述实施例的相应步骤相似，可以参见如图1所示实施例中的相关描述，在此不再赘述。

本实施例中，可以预先计算得到衰减值或者根据信号幅值超出限幅启动阈值的程度选择与程度对应的衰减值，根据不同使用情况确定出相应的衰减值，并对信号幅值满足限幅启动阈值的第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理，使得降噪控制信号中各时间点的信号幅值得到降低，从而破坏产生啸叫的条件，也就避免了啸叫的产生。并且为对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值继续进行衰减处理，避免出现因立即停止幅值衰减处理而为系统带来不稳定因素。因此，为对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值继续进行衰减处理能够在保证系统的稳定的同时避免啸叫的产生。最后将幅值衰减处理后的降噪控制信号输出，以通过降噪控制信号对音频信号进行降噪处理。

另外，将本发明方案应用到实际中：在普通室内环境下触发对耳机的按压操作，此时获取音频信号对应的波形，如图3所示，其中，图3的横坐标为时间，纵坐标为信号幅度，此音频信号是未经限幅处理时对应的音频信号。由图3可知，按压操作会使得音频信号中某些时间点对应的信号幅值突然增大，例如图3中白框所示的位置，而过大的信号幅值很有可能在耳机内发生啸叫。图4为音频信号的语谱图，其中，图4的横坐标为时间，纵坐标为频率，语谱图中颜色的深浅表示信号中各个频段对应的能量大小，颜色越浅表示能量越大。由图4可知，在1～3khz这一频段具有最大的能量，并且通过实验可以获知此频段也是最容易发生啸叫的频段。

利用本发明的方案对音频信号进行限幅处理后，获取限幅后音频信号的波形，如图5所示，且图6为限幅后音频信号的语谱图。图5与图3相比，可以看出信号幅值已经大大减小，图6与图4相比，1～3khz这一频段的信号能量也大幅减小。信号幅值的减小也就破坏了产生啸叫的条件，因此也就避免了耳机内啸叫的产生。

需要说明的是，图4与图6中是在普通实验环境下，得到的容易发生啸叫的频段。而实际应用中，当实验环境发生变化时，容易发生啸叫的频段有可能也会发生相应的变化。因此，上述图4与图6中涉及到的1～3khz只是一个示意性的频段范围，本发明的方案可以适用于全频段，并不具体限定某个频段范围。图4与图6也是起到一个示意作用，示意性地表明本发明方案能够使易发生啸叫频段的信号幅值减小从而达到避免啸叫的效果。

图7为本发明实施例提供的音频降噪装置实施例一的结构示意图，如图7所示，该音频降噪装置包括：获取模块11、滤波模块12、限幅模块13、输出模块14。

获取模块11，用于获取待处理的音频信号。

滤波模块12，用于对音频信号进行滤波处理，以生成降噪控制信号。

限幅模块13，用于对于存在第一时间点的降噪控制信号，对降噪控制信号中第一时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，其中，第一时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值。

输出模块14，用于输出衰减处理后的降噪控制信号，以通过降噪控制信号对音频信号进行降噪处理。

可选地，该音频降噪装置中的限幅模块13具体用于：

对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值进行衰减处理，第二时间点与第一时间点之间的各时间点对应的信号幅值满足限幅启动阈值，第二时间点之后的时间点对应的信号幅值不满足限幅启动阈值。

可选地，该音频降噪装置中的限幅模块13具体用于：

以第一衰减值对第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，该音频降噪装置中的限幅模块13具体还用于：

根据第一时间点与第二时间点之间的各时间点对应的信号幅值超出限幅启动阈值的程度，确定与各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值

以与各时间点对应的信号幅值匹配的第二衰减值对各时间点对应的信号幅值进行衰减处理。

可选地，该音频降噪装置中的限幅模块13具体还用于：

以与第二时间点对应的信号幅值匹配的衰减值为初始值，以预设衰减步长对第二时间点之后的时间点对应的信号幅值逐步进行衰减处理，直至衰减值降低为预设值。

图7所示装置可以执行图1和图2所示实施例的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对图1和图2所示实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见图1和图2所示实施例中的描述，在此不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以产品的形式体现出来，该计算机产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。