具有方向通透性的主动降噪电路、方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电子技术领域，尤其是涉及具有方向通透性的主动降噪电路、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.耳机作为一种常用的交互设备，被广泛应用于各种电子产品中，例如手机、音乐播放设备、可穿戴设备等。
3.许多耳机都具有主动降噪功能，以降低外界噪音对用户的干扰。主动降噪耳机通常包括深度降噪模式、通透降噪模式、降噪关闭模式。其中，通透降噪模式起到的效果为达到在不带耳机时的自然听感，此时能听到四面八方传来的声音，不管是语音还是噪声。这种降噪模式通常应用在增强现实场景中，然而在增强现实场景中需要在降低环境噪声的同时听到环境中的特定声音，而一般的通透降噪模式得不到这种效果。
4.鉴于此，如何让主动降噪耳机在降低环境噪声的同时听到环境中的特定声音，成为一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种具有方向通透性的主动降噪电路、方法、设备及存储介质，用以解决现有技术中存在的主动降噪耳机只能降低环境噪音的技术问题。
6.第一方面，为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种具有方向通透性的主动降噪电路的技术方案如下：
7.主动降噪单元，用于对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；
8.波束滤波单元，用于对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；其中，所述第一音频信号和所述第二音频信号是同时被拾取的；
9.信号输出单元，用于将所述反相音频信号与所述第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号。
10.一种可能的实施方式，所述主动降噪单元，包括：
11.固定主动降噪电路或自适应主动降噪电路，以及连接在所述波束滤波单元与所述固定主动降噪电路或所述自适应主动降噪电路之间的补偿滤波器；
12.其中，所述固定主动降噪电路是采用固定降噪参数对所述第一音频信号进行主动降噪后得到的所述反向音频信号，所述自适应主动降噪电路是采用自适应系数对所述第一音频信号进行主动降噪后得到的所述反向音频信号；所述补偿滤波器用于将所述第三音频信号进行处理后输入所述固定主动降噪电路或所述自适应主动降噪电路，以消除所述第一音频信号中的所述第三音频信号。
13.一种可能的实施方式，所述固定主动降噪电路，包括：
14.前馈滤波电路和反馈滤波电路中的任一个或全部；其中，所述前馈滤波器用于产生与外界环境中的噪音相位相反的反向音频信号，所述反馈滤波器用于产生与耳道环境中的噪音相位相反的反向音频信号。
15.一种可能的实施方式，一路所述第二音频信号是对所述主动降噪单元中存在的前馈滤波电路采集到的音频信号降采样后得到的。
16.一种可能的实施方式，所述波束滤波单元还用于将接收到的播放音频叠加到所述期望声源所在方向的音频信号中，以获得所述第三音频信号。
17.第二方面，本发明实施例提供了一种具有方向通透性的主动降噪方法，包括：
18.对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；
19.对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；其中，所述第一音频信号和所述第二音频信号是同时被拾取的；
20.将所述反相音频信号与所述第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号。
21.一种可能的实施方式，对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号，包括：
22.用所述第三音频信号对所述第一音频信号进行信号补偿，以消除所述第一音频信号中包含的所述第三音频信号，获得补偿后的音频信号；
23.对所述补偿后的音频信号进行固定主动降噪或自适应主动降噪，获得所述反相音频信号；其中，所述固定主动降噪包括前馈滤波和反馈滤波中的一种或全部。
24.一种可能的实施方式，多路所述第二音频信号中的一路所述第二音频信号是对所述第一音频信号进行降采样后得到的。
25.第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括第一方面所述的具有方向通透性的主动降噪电路。
26.第四方面，本发明实施例提供一种可读存储介质，包括：
27.存储器，
28.所述存储器用于存储指令，当所述指令被处理器执行时，使得包括所述可读存储介质的装置完成如第二方面所述的方法。
29.通过本发明实施例的上述一个或多个实施例中的技术方案，本发明实施例至少具有如下技术效果：
30.在本发明提供的实施例中，通过用主动降噪单元对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；用波束滤波单元对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信息；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的；用信号输出单元将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号；从而让主动降噪电路在降低环境噪声的同时听到环境中期望声源所在方向的声音。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的一种具有方向通透性的主动降噪电路的结构示意图；
32.图2为本发明实施例提供的主动降噪单元的结构示意图一；
33.图3为本发明实施例提供的主动降噪单元的结构示意图二；
34.图4为本发明实施例提供的前馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图一；
35.图5为本发明实施例提供的前馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图二；
36.图6为本发明实施例提供的反馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图一；
37.图7为本发明实施例提供的反馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图二；
38.图8为本发明实施例提供的自适应主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图一；
39.图9为本发明实施例提供的自适应主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图二；
40.图10为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图一；
41.图11为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图二；
42.图12为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图三；
43.图13为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图四；
44.图14为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图五；
45.图15为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图六；
46.图16为本发明实施例提供的信号输出单元的一种可实现电路结构示意图；
47.图17为本发明实施例提供的具有方向通透性的主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图一；
48.图18为本发明实施例提供的具有方向通透性的主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图二；
49.图19为本发明实施例提供的具有方向通透性的主动降噪方法的流程图。
具体实施方式
50.本发明实施例提供一种具有方向通透性的主动降噪电路、方法、设备及存储介质，以解决现有技术中存在的主动降噪耳机只能降低环境噪音的技术问题。
51.本技术实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：
52.提供一种具有方向通透性的主动降噪耳机，包括：主动降噪单元，用于对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信息；波束滤波单元，用于对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的；信号输出单元，用于将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频。
53.由于在上述方案中，通过用主动降噪单元对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；用波束滤波单元对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信息；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的；用信号输出单元将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号；从而让主动降噪电路在降低环境噪声的同时听到环境中期望声源所在方向的声音。
54.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案
做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
55.请参考图1，为本发明实施例提供的一种具有方向通透性的主动降噪电路的结构示意图，该主动降噪电路包括：
56.主动降噪单元10，用于对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号。
57.波束滤波单元20，用于对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的。
58.应当理解的是，环境可以是外界环境和耳道环境之一，或全部，在此不做限定；期望声源可以是环境中的一个声源、两个声源、三个声源等部分声源，也可以是环境中存在的所有声源，这些声源通常都是非稳态声源，如语音、汽笛声等，具体不做限定。
59.信号输出单元30，用于将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频。
60.本发明实施例中的主动降噪电路可以用于耳机产品、通讯设备、可穿戴设备等。
61.通过用主动降噪单元10对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；同时用波束滤波单元20对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信息；最后用信号输出单元30将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号；从而让主动降噪电路在降低环境噪声的同时听到环境中期望声源所在方向的声音。
62.请参见图2和图3，图2为本发明实施例提供的主动降噪单元的结构示意图一，图3为本发明实施例提供的主动降噪单元的结构示意图二。
63.主动降噪单元10，包括固定主动降噪电路101或自适应主动降噪电路102，以及连接在波束滤波单元20与固定主动降噪电路101或自适应主动降噪电路102之间的补偿滤波器103。
64.其中，固定主动降噪电路101是采用固定降噪参数对第一音频信号进行主动降噪后得到的反向音频信号，自适应主动降噪电路102是采用自适应系数对第一音频信号进行主动降噪后得到的反向音频信号；补偿滤波器103用于将第三音频信号进行处理后输入固定主动降噪电路101或自适应主动降噪电路102，以消除第一音频信号中的第三音频信号。
65.在图2中，由固定主动降噪电路101和补偿滤波器103组成的主动降噪单元10，能够快速对第一音频信号以及被补偿滤波器103处理后的第三音频信号进行主动降噪得到反相音频信号。
66.在图3中，由自适应主动降噪电路102和补偿滤波器103组成的主动降噪单元10，能够根据环境噪音的特征自动调节自适应参数，对第一音频信号以及被补偿滤波器103处理后的第三音频信号进行主动降噪得到反相音频信号。
67.需要说明的是，由于第一音频信号中包括环境声音和/或音频播放声音对应的信号，这些信号若不加处理也会由于主动降噪而衰减很多。所以在主动降噪单元10中需要设置补偿滤波器103，将滤波单元20输出的信号送补偿滤波器103处理后，再与第三音频信号叠加后再进行降噪。
68.固定主动降噪电路101，包括：
69.前馈滤波电路和反馈滤波电路中的任一个或全部；其中，前馈滤波器用于产生与外界环境中的噪音相位相反的反向音频信号，反馈滤波器用于产生与耳道环境中的噪音相位相反的反向音频信号。
70.请参见图4和图5，图4为本发明实施例提供的前馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图一，图5为本发明实施例提供的前馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图二。
71.在图4中由前馈滤波电路101a构成主动降噪电路101，前馈滤波电路101a可以包括依次连接的第一加法器(s1)和前馈滤波器，第一加法器(s1)的一个输入端用于接收第一音频信号，另一个输入端用于接收经补偿滤波器103处理后的第三音频信号，第一加法器(s1)的输出端与前馈滤波器的输入端连接，前馈滤波器用于对接收到的信号进行处理得到反相音频信号。
72.请参见图5前馈滤波电路101a还可以包括第一采样电路，用于对外界环境中的声音进行采样，以得到第一音频信号。
73.需要说明的是，在固定主动降噪电路101是由前馈滤波电路101a构成时，第一音频信号是与外界环境中的声音对应的音频信号。
74.请参见图6和图7，图6为本发明实施例提供的反馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图一，图7为本发明实施例提供的反馈滤波电路的一种可实现电路结构示意图二。
75.在图6中由反馈滤波电路101b构成主动降噪电路101，反馈滤波电路101b可以包括依次连接的第二加法器(s2)和反馈滤波器，第二加法器(s2)的一个输入端用于接收第一音频信号，另一个输入端用于接收经补偿滤波器103处理后的第三音频信号，第二加法器(s2)的输出端与反馈滤波器的输入端连接，反馈滤波器用于对接收到的信号进行处理得到反相音频信号。
76.请参见图7反馈滤波电路101b还可以包括第二采样电路，用于对耳道环境中的声音进行采样，以得到第一音频信号。
77.需要说明的是，在固定主动降噪电路101是由反馈滤波电路101b构成时，第一音频信号是与耳道环境中的声音对应的音频信号。
78.主动降噪电路101由前馈滤波电路101a和反馈滤波电路101b共同构成时，前馈滤波电路101a和反馈滤波电路101b的结构组成可以分别参见图4和图5、图6和图7。
79.需要说明的是，在固定主动降噪电路101是由前馈滤波电路101a和反馈滤波电路101b构成时，第一音频信号包括与外界环境中的声音对应的音频信号和与耳道环境中的声音对应的音频信号，与外界环境中的声音对应的音频信号输入前馈滤波电路101a，与耳道环境中的声音对应的音频信号输入反馈滤波电路101b，反相音频信号包括前馈滤波器101a和反馈滤波器101b输出的信号。
80.请参见图8为本发明实施例提供的自适应主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图一，自适应主动降噪电路102包括两个加法器(s3、s4)，以及与两个加法器分别连接的自适应滤波器，第三加法器(s3)的一个输入端用于接收第一音频信号中的与外界环境中的声音对应的音频信号，另一端接收补偿滤波器103a对第三音频信号进行处理后得到的音频信号；第四加法器(s4)的一个输入端用于接收第一音频信号中的与耳道环境中的声音对应的音频信号，另一端接收补偿滤波器103b对第三音频信号进行处理后得到的音频信号，补
偿滤波器103a和补偿滤波器103b构成补偿滤波器103。
81.请参见图9为本发明实施例提供的自适应主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图二，自适应主动降噪电路102还可以包括第一采样电路，以及第二采样电路，第一采样电路的输出端与第三加法器(s3)连接，第一采样电路的输出端与第四加法器(s4)连接，这样自适应主动降噪电路102可以直接从环境中采集第一音频信号，并进行自适应主动滤波，达到自适应主动降噪的目的。
82.请参见图10为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图一，波束滤波单元20包括能接收多路第二音频信号的波束滤波器和与波束滤波器连接的第一升采样电路(升采样1)，波束滤波器用于从多路第二音频信号中获取期望声源所在方向的音频信号，该音频信号经第一升采样电路提升采样率后，得到第三音频信号。
83.请参见图11为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图二，波束滤波单元20还包括连接在波束滤波器与第一升采样电路(升采样1)之间的第五加法器(s5)，第五加法器(s5)的一个输入端可以用于接收播放音频信号，这样第五加法器(s5)可以将期望声源所在方向的音频信号与播放音频进行叠加，使用户在听到播放音频的同时还能听到外界环境中期望声源所在方向的声音。
84.请参见图12为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图三，波束滤波单元20还可以包括与多路第二音频信号一一对应第三采样电路，用于采集外界环境中的声音，形成第二音频信号，再通过波束滤波器对第二音频信号进行波束滤波，并用第一升采样电路(升采样1)对波束滤波后的第二音频信号进行升采样，得到第三音频信号。
85.由于波束滤波单元中的波束滤波器的延时要求较低，通常在50ms内都可以，越低越好，因此，第三模数转换电路可以为普通的模数转换器。
86.一种可能的实施方式，一路第二音频信号是对主动降噪单元10中存在的前馈滤波电路101a采集到的音频信号降采样后得到的。此时，波束滤波单元的一路第二音频信号是将第一音频信号进行降采样后得到的。
87.请参见图13～图15，图13为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图四，图14为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图五，图15为本发明实施例提供的波束滤波单元的一种可实现电路结构示意图六。
88.如图13和图14所示当前馈滤波电路101a中包括第一采样电路，或如图15所示当自适应滤波电路102中包括第一采样电路时，第一采样电路与降采样电路(降采样)连接在一起构成波束滤波单元的一路第三采样电路，这样可以提高音频信号的利用率，同时节约采样电路。
89.需要说明的是，在图12～图15中的波束滤波单元中，还可以包括加法器，该加法器的设置方式与图11中的相同，在此不再赘述。
90.请参见图16为本发明实施例提供的信号输出单元的一种可实现电路结构示意图，信号输出单元30包括依次连接的第六加法器(s6)、第二升采样电路(升采样2)、数模转换电路(d/a)以及喇叭。第六加法器(s6)用于将主动降噪单元10输出的反相音频信号、波束滤波单元20输出的第三音频信号叠加到一起，并送至升采样2以得到适用于模数转换电路所需采样率的信号，并通过模数转换电路将第三音频信号转换为模拟信号由喇叭进行播放，让
用户能听到环境中期望声源所在方向的声音。
91.若第三音频信号中仅包括环境中期望声源所在方向的音频信号，则用户能听到环境中期望声源所在方向的声音；若第三音频信号中还包括播放音频，则用户在听到播放音频对应声音的同时，还能听到环境中期望声源所在方向的声音。
92.为了使本领域的技术人员能充分理解本技术中的主动降噪电路，现提供几种典型的电路结构，请参见图17～图18。
93.图17为本发明实施例提供的具有方向通透性的主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图一，图18为本发明实施例提供的具有方向通透性的主动降噪电路的一种可实现电路结构示意图二。
94.假设主动降噪单元10包括由前馈滤波电路101a和反馈滤波电路101b构成的固定主动降噪电路101，则由此主动降噪单元10、波束滤波单元20、信号输出单元30组成的主动降噪电路如图17所示。
95.假设主动降噪单元10包括由自适应主动降噪电路102，则由自适应主动降噪电路102、波束滤波单元20、信号输出单元30组成的主动降噪电路如图18所示。
96.图17-图18示出的是单耳设备(如电话、单耳耳机等)中的主动降噪电路的结构示意图，而对于双耳设备时(如双耳耳机、可穿戴设备等)，使用如图17或图18所示的两个相同的主动降噪电路即可。
97.一个双耳设备具有两个腔室，可以称之为左耳腔室、右耳腔室，还可以将左耳腔室、右耳腔室对应的波束滤波器组合在一起形成更好的方向性滤波效果，具体实施时可以根据耳机的硬件支持情况进行组合。若左耳腔室、右耳腔室中所有的与波束滤波器对应的麦克风均连接到同一个主控芯片，则只需在主控芯片实现联合左、右耳腔室的波束滤波即可；若左耳腔室、右耳腔室中与两个波束滤波器对应的麦克风分别连接到不同的主控芯片，可以通过低延迟无线通信，同步两个腔室中波束滤波器对应麦克风采集到的数据后再做联合的波束滤波。
98.基于同一发明构思，本发明一实施例中提供一种具有方向通透性的主动降噪方法，请参见图19，该方法包括：
99.步骤1901：对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号。
100.可以采用下列方式实现：
101.用第三音频信号对第一音频信号进行信号补偿，以消除第一音频信号中包含的第三音频信号，获得补偿后的音频信号；对补偿后的音频信号进行固定主动降噪或自适应主动降噪，获得反相音频信号；其中，固定主动降噪包括前馈滤波和反馈滤波中的一种或全部。具体的实现方式，可以参见主动降噪电路中的实现方式，在此不再赘述。
102.步骤1902：对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的。
103.期望声源包括外界环境中的至少一个声源。
104.对多路第二音频信号进行波束滤波可以获得一个声源对应的音频信号，当需要获得多个声源的音频信号时，通过修改波束滤波器的相关参数，可以获得相应声源的音频信号。
105.一种可能的实施方式，一路第二音频信号是对第一音频信号进行降采样后得到的。即第一音频信号通过降采样后可以复用为第二音频信号，从而可以提高信号的利用率、减少相应的电路设计。
106.在第三音频信号中还可能包括播放音频，具体实现方式可以参见主动降噪电路中的相关方案，在此不再赘述。
107.步骤1903：将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号。
108.在本发明提供的实施例中，通过对拾取的第一音频信号进行主动降噪，获得与环境噪音相位相反的反相音频信号；对拾取的多路第二音频信号进行波束滤波，获得环境中期望声源所在方向的第三音频信号；并将反相音频信号与第三音频信号进行调制，获得降噪后的第四音频信号；其中，第一音频信号和第二音频信号是同时被拾取的。这使得用户在收听第四音频信号时能够清楚的听到环境中期望声源所在方向的声音，使采用此方法的设备具有方向通透性。
109.基于同一发明构思，本发明实施例中提供一种电子设备，该电子设备包括具有方向通透性的主动降噪电路。
110.该电子设备例如可以为单耳耳机、双耳耳机、电话、可穿戴设备等。
111.基于同一发明构思，本发明实施例还提一种可读存储介质，包括：
112.存储器，
113.所述存储器用于存储指令，当所述指令被处理器执行时，使得包括所述可读存储介质的装置完成如上所述的具有方向通透性的主动降噪方法。
114.本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
115.本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
116.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
117.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
118.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。