一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置与流程

本发明属于声学领域，尤其涉及一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置。

背景技术：

噪声问题是现代社会中的重要污染，严重危害人的健康，影响正常的生活、学习、工作。隔声和降噪是建筑的一个重要环节。当前的解决方案是使用围护结构把声源所发出的声音限制在一个范围或者在声波传播的途径上使用特殊隔离结构，增加声音能量的传播损失，从而达到减低噪声的目的。

目前业内对于噪声的控制，主要是针对噪声源采取屏蔽处理的隔声手段，使用物理隔声材料按照不同的结构形式制作成隔声构件，它主要利用了入射声在不同密度材料中的传递系数差异，使声能在传递过程中产生急剧衰减从而起到隔断噪声传播的作用。然而不同材料结构差异大，对空间的环境的要求有不同限制，每种隔声构件对声音的各频率隔声量差异巨大，通常是中高频隔声量大，低频隔声量低。低频的隔声是传统环境隔声的难题。

行业中目前也有使用主动降噪的技术，针对听音位置恒定的应用，例如耳机的应用，利用主动anc(activenoisecontrol,主动降噪)降噪技术的发声单元，使用相位抵消的技术，对于外部的噪声产生反向的频谱能量相消，从听音者个体的角度降低噪声对听音的干扰影响。此技术的局限在于仅对于个体有效，且需佩戴相应的设备，暂时没有在环境中有效应用。

传统的基于心理声学的声学辅助降噪方法需要采取物理隔音和消噪，因此亟需一种新的在环境中有效应用的基于心理声学的声学辅助降噪方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于心理声学的声学辅助降噪方法及装置，旨在解决现有技术需要采取物理隔音和消噪的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于心理声学的声学辅助降噪方法，包括：

获取谐波参数和时延参数；

实时根据所述谐波参数和原始音频信号重建第一基频信号和与多个所述第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号；

根据增益参数控制所述第一基频信号的强度和多个所述第一基频谐波信号的强度以获取第二基频信号和多个第二谐波信号；

根据所述时延参数调整所述第二基频信号和多个所述第二基频谐波信号以获取第三基频信号和多个第三基频谐波信号；

对所述第一基频信号、多个所述第一基频谐波信号、所述第二基频信号、多个所述第二基频谐波信号、所述第三基频信号和/或多个所述第三基频谐波信号进行合成以获取合成信号。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于心理声学的声学辅助降噪装置，包括：

谐波参数获取模块，用于获取谐波参数和时延参数；

第一基频信号获取模块，用于实时根据所述谐波参数和原始音频信号重建第一基频信号和与多个所述第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号；

第二基频信号获取模块，用于根据增益参数控制所述第一基频信号的强度和多个所述第一基频谐波信号的强度以获取第二基频信号和多个第二谐波信号；

第三基频信号获取模块，用于根据所述时延参数调整所述第二基频信号和多个所述第二基频谐波信号以获取第三基频信号和多个第三基频谐波信号；

合成模块，用于对所述第一基频信号、多个所述第一基频谐波信号、所述第二基频信号、多个所述第二基频谐波信号、所述第三基频信号和/或多个所述第三基频谐波信号进行合成以获取合成信号。

本发明实施例的第三方面提供了一种基于心理声学的声学辅助降噪装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述基于心理声学的声学辅助降噪方法的步骤。

本发明实施例的第四方面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存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述基于心理声学的声学辅助降噪方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过使用数字音频处理技术和人类空间听觉心理相配合，集成到现有的扩声系统中，利用现有扩声系统生成声源信号，达到空间听觉的人类心理听觉感受的降噪目的，弥补了空间降噪只能采取物理隔音、消噪的短板。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪方法的一种实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪方法的另一种实现流程示意图；

图3是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪方法的另一种实现流程示意图；

图4是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪方法的另一种实现流程示意图；

图5是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置的一种示意图；

图6是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置的另一种示意图；

图7是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置的另一种示意图；

图8是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置的另一种示意图；

图9是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置第一基频信号获取模块的一种示意图；

图10是本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪装置的另一种示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的基于心理声学的声学辅助降噪方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤101中，获取谐波参数和时延参数。

步骤101可以具体为：获取用户输入的谐波参数和时延参数。

其中，时延参数是根据基频信号和基频谐波信号的波长和在空间的反射次数设定的，波长越小，时延越小。

在步骤102中，实时根据谐波参数和原始音频信号重建第一基频信号和与多个第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

具体实施中，步骤102包括步骤102-1和步骤102-3。

在步骤102-1中，实时对原始音频信号进行变换和fir(finiteimpulseresponse，有限长单位冲激响应)滤波，以获取待处理的第一数字信号；

其中，fir滤波可以为线性相位滤波或滤波组合，包括低通滤波、带通滤波、高通滤波、低阻滤波、带阻滤波和高阻滤波中的至少一种。

在步骤102-2中，对第一数字信号进行分解，以获取对应多个频谱，及与多个频谱一一对应的频率信号幅值，并检测第一数字信号的基频。

在步骤102-3中，由信号发生器根据基频、谐波参数及多个频率信号幅值，重新生成对应基频的第一基频信号及与第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

通过由信号发生器根据基频和多个频率信号幅值，重新生成对应基频的第一原始基频信号及与第一原始基频信号对应的多个第一原始基频谐波信号；再根据谐波参数调整第一原始基频信号和多个第一原始基频谐波信号进行调整，以获取对应基频的第一基频信号及与第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

用户可以设定谐波参数，通过谐波参数调整对应基频的第一原始基频信号及与第一原始基频信号对应的多个第一原始基频谐波信号，以达到用户设定的听闻效果。

在步骤103中，根据增益参数控制第一基频信号的强度和多个第一基频谐波信号的强度以获取第二基频信号和多个第二谐波信号。

由于在步骤102中仅重新生成对应基频的第一基频信号及与第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号，丢失了其他频谱对应的信号的能量，故需要通过增益参数进行调整，补偿心理听闻的效果。

在步骤104中，根据时延参数调整第二基频信号和多个第二基频谐波信号以获取第三基频信号和多个第三基频谐波信号。

通过根据时延参数调整第二基频信号和多个第二基频谐波信号，对第二基频信号和多个第二基频谐波信号进行了时域调整。

在步骤105中，对第一基频信号、多个第一基频谐波信号、第二基频信号、多个第二基频谐波信号、第三基频信号和/或多个第三基频谐波信号进行合成以获取合成信号。

对不同时域、不同心理听闻效果的基频信号和基频谐波信号进行合成，从而生成不同听闻效果的合成信号。

如图2所示，在步骤103之前还包括步骤103-1。

在步骤103-1中，对原始音频信号进行幅值检测以获取增益参数。

通过根据原始音频信号的幅值生成增益参数，灵活调整了第一基频信号的强度和多个第一基频谐波信号的强度，改善了信号的组成，调整了听闻效果或信号的频率响应。

如图3所示，在步骤102之前还包括步骤102-1和步骤102-2。

在步骤102-1中，实时对原始音频信号进行包络检测以生成包络信号；

其中，包络信号为方波信号，当原始音频信号的幅值大于预设值时，方波信号为高电平；当原始音频信号的幅值小于预设值时，方波信号为低电平。

在步骤102-2中，根据包络信号判断是否获取合成信号。

若根据包络信号判定获取合成信号，则执行步骤102。

当包络信号为高电平时，判定获取合成信号。

若根据包络信号判定不获取合成信号，则结束流程步骤。

当包络信号为低电平时，判定不获取合成信号。

如图4所示，在步骤105之后还包括步骤106。

在步骤106中，对心理掩蔽信号和合成信号进行卷积以生成目标音频信号。

利用人耳的掩蔽效应检测噪声频率成份，再经扬声器产生某种特定声信号，与环境的噪声相混叠形成对噪声频率起到掩蔽的作用，从而降低噪声对人的影响。

为了实现上述基于心理声学的声学辅助降噪方法，本发明实施例还提供了一种基于心理声学的声学辅助降噪装置，如图5所示，该基于心理声学的声学辅助降噪装置50包括谐波参数获取模块510、第一基频信号获取模块520、第二基频信号获取模块530、第三基频信号获取模块540和合成模块550。

谐波参数获取模块510，用于获取谐波参数和时延参数。

第一基频信号获取模块520，用于实时根据谐波参数和原始音频信号重建第一基频信号和与多个第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

第二基频信号获取模块530，用于根据增益参数控制第一基频信号的强度和多个第一基频谐波信号的强度以获取第二基频信号和多个第二谐波信号。

第三基频信号获取模块540，用于根据时延参数调整第二基频信号和多个第二基频谐波信号以获取第三基频信号和多个第三基频谐波信号。

合成模块550，用于对第一基频信号、多个第一基频谐波信号、第二基频信号、多个第二基频谐波信号、第三基频信号和/或多个第三基频谐波信号进行合成以获取合成信号。

如图6所示，基于心理声学的声学辅助降噪装置50还包括增益参数获取模块560。

增益参数获取模块560，用于对原始音频信号进行幅值检测以获取增益参数。

如图7所示，基于心理声学的声学辅助降噪装置50还包括包络检测模块570和判断模块580。

包络检测模块570，用于实时对原始音频信号进行包络检测以生成包络信号。

判断模块580，用于根据包络信号判断是否获取合成信号。

若判断模块580根据包络信号判定获取合成信号，则触发第一基频信号获取模块。

若判断模块580根据包络信号判定不获取合成信号，则结束流程步骤。

如图8所示，基于心理声学的声学辅助降噪装置50还包括卷积模块590。

卷积模块590，用于对心理掩蔽信号和合成信号进行卷积以生成目标音频信号。

如图9所示，第一基频信号获取模块520包括第一数字信号获取模块521、基频检测模块522和第一基频信号生成模块523。

第一数字信号获取模块521，用于实时对原始音频信号进行变换和fir滤波，以获取待处理的第一数字信号。

基频检测模块522，用于对第一数字信号进行分解，以获取对应多个频谱，及与多个频谱一一对应的频率信号幅值，并检测第一数字信号的基频。

第一基频信号生成模块523，用于由信号发生器根据基频、谐波参数及多个频率信号幅值，重新生成对应基频的第一基频信号及与第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

综上所述，本发明实施例通过使用数字音频处理技术和人类空间听觉心理相配合，集成到现有的扩声系统中，利用现有扩声系统生成声源信号，达到空间听觉的人类心理听觉感受的降噪目的，弥补了空间降噪只能采取物理隔音和消噪的短板。

有效避免了需要利用大量已知数据进行训练，并且运算量大的缺陷，提高了人流量统计的及时性和准确性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图10是本发明一实施例提供的一种基于心理声学的声学辅助降噪装置的示意图。如图10所示，该实施例的一种基于心理声学的声学辅助降噪装置10包括：处理器100、存储器101以及存储在存储器101中并可在处理器100上运行的计算机程序102，例如基于心理声学的声学辅助降噪程序。处理器100执行计算机程序102时实现上述各个基于心理声学的声学辅助降噪方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至105。或者，处理器100执行计算机程序102时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块510至550的功能。

示例性的，计算机程序102可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器101中，并由处理器100执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序102在基于心理声学的声学辅助降噪装置10中的执行过程。例如，计算机程序102可以被分割成谐波参数获取模块510、第一基频信号获取模块520、第二基频信号获取模块530、第三基频信号获取模块540和合成模块550(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能如下：

谐波参数获取模块510，用于获取谐波参数和时延参数。

第一基频信号获取模块520，用于实时根据谐波参数和原始音频信号重建第一基频信号和与多个第一基频信号对应的多个第一基频谐波信号。

第二基频信号获取模块530，用于根据增益参数控制第一基频信号的强度和多个第一基频谐波信号的强度以获取第二基频信号和多个第二谐波信号。

第三基频信号获取模块540，用于根据时延参数调整第二基频信号和多个第二基频谐波信号以获取第三基频信号和多个第三基频谐波信号。

合成模块550，用于对第一基频信号、多个第一基频谐波信号、第二基频信号、多个第二基频谐波信号、第三基频信号和/或多个第三基频谐波信号进行合成以获取合成信号。

所述基于心理声学的声学辅助降噪装置10可以是扩声系统或音箱系统。所述基于心理声学的声学辅助降噪装置可包括，但不仅限于，处理器100、存储器101。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是基于心理声学的声学辅助降噪装置10的示例，并不构成对基于心理声学的声学辅助降噪装置10的限定，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，例如所述基于心理声学的声学辅助降噪装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器100可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器101可以是所述基于心理声学的声学辅助降噪装置10的内部存储单元，例如基于心理声学的声学辅助降噪装置10的硬盘或内存。所述存储器101也可以是所述基于心理声学的声学辅助降噪装置10的外部存储设备，例如所述基于心理声学的声学辅助降噪装置10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器101还可以既包括所述基于心理声学的声学辅助降噪装置10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器101用于存储所述计算机程序以及所述基于心理声学的声学辅助降噪装置所需的其他程序和数据。所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，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发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。