本发明实施例涉及扬声器技术领域，更具体地，涉及一种抑制扬声器杂音的方法和装置。

背景技术：

随着移动便携式智能设备的发展，人们对便携式智能设备的音频回放质量要求越来越高，但由于受便携设备的体积、结构以及扬声器自身缺陷的影响，经常导致回放的音频出现杂音。产生杂音的原因有多种，其中最普遍的是当音源中某些频段能量较高时，即使喇叭振膜振幅未超过喇叭最大设计振幅，仍能听到明显杂音的现象。

现有技术中，解决上述杂音问题的方法主要有如下三种，第一种方法是通过增加一个固定增益的滤波器，对会产生此类杂音的频段能量进行压缩，减小该频段的能量值，从而减小杂音；第二种方法通过增加一个增益可动态变化的滤波器来对会产生此类杂音的频段进行能量压缩，该滤波器的增益值通过对该频段的能量进行实时检测并计算后得出；第三种方法是中国发明专利申请“cn108322868a”提出的，其共提出了两种判别音频数据中是否包含激励钢琴杂音的音频数据的机制，判断机制一是通过频率特征中的高频分量和低频分量的比例值来判断是否包含可以激励钢琴杂音的数据；判断机制二是根据音频频率特征，通过支持向量机训练一个分类器，来判断音频数据中是否包含可以激励钢琴杂音的数据。如果判断包含可以激励钢琴杂音的数据，则对其进行动态压缩。

上述第一种方法的缺陷在于当某个频段存在激发杂音的可能时，那么该频段的能量将总是被衰减的，无论此时该频段的能量大小是否真的达到了可以激发出人耳可以察觉的杂音的水平，这样一来会造成回放音质上的损失，比如当该频段处于600～2000hz时，这样的做法将直接影响人声的回放效果；上述第二种方法通过检测可以激发杂音的频段上的能量大小来决定对该频段所施加的压缩的力度，可以做到当该频段能量较小时不对其进行压缩；但这种做法依然会造成较大的音质损失，原因如下：根据实验，当原始音源在被激发出的杂音所在的频段本身就具有一定的能量时，这个杂音很容易就与音频本身的能量融为一体，这时人耳是很难听到杂音的；所以在这种情况下，即使特定频段存在较大的能量，依旧可以不去对其进行能量压缩，以获得更好的回放音质；上述第三种方法中，其判断机制一的缺陷为：当音源中的高频与低频分量都很小时，其高频分量和低频分量的比例仍有可能触发其所设定的门限，进而启动杂音消除机制；然而，此时音频整体能量较低，并不能产生人耳可以听到的杂音；因而，此时对杂音消除机制的启动是无谓的，只会损害回放音质；且含有钢琴杂音的数据所激发出的杂音是有一定频率范围的，若音频数据本身的高频分量较大，则杂音消除机制不会被触发，但如果该高频分量的频率不与被激发出的杂音的频率重合或相近，则原音频数据的能量将不能很好的掩盖杂音的能量，从而依旧能听到杂音；判断机制二的缺陷为：若考虑的频率特征量较少，例如只考虑高频分量与低频分量的比值，则无法训练出准确的分类器，如判断机制一中所述缺陷；若要训练出准确的分类器，则需要考虑大量的特征量，从而导致工程实现的复杂度以及实际运行所占用的开销大幅增加，在对功耗极其敏感的移动便携设备上不实用；且判断机制二在对svm进行训练时，若要得到准确的分类器还会存在训练时间长，训练样本大，训练结果存在差异性且训练结果不可控等问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种抑制扬声器杂音的方法和装置。

第一方面，本发明实施例提供一种抑制扬声器杂音的方法，包括：

将作为主链的音频信号复制出n+1份，1份音频信号作为基础链，剩余的n份音频信号作为噪声链，

提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x；提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n；

基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

作为优选的，提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x，具体包括：

对所述基础链进行滤波处理，提取所述基础链中激发杂音的频段的音频信号b0，并对音频信号b0进行检波处理，得到音频信号b0的强度特征值x。

作为优选的，提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，具体包括：

分别对每个噪声链进行滤波处理，提取噪声链i中能够掩盖杂音的频段i的音频信号bi，其中，频段i为预先设定的音频频段。

作为优选的，获取音频信号bi的强度特征值yi，具体包括：

分别对音频信号bi进行检波处理，得到音频信号bi的强度特征值yi。

作为优选的，基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，具体包括：

将强度特征值x、强度特征值yi输入至增益计算机中，并基于预设参数，获取对主链中产生杂音的频段施加的压缩力度：

式中，thr0为基础链中产生杂音的频段的强度阈值，thri为噪声链i中能够掩盖杂音的频段的强度阈值，r0和ri为权重系数。

作为优选的，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号，具体包括：

将主链输入至动态滤波输出单元，所述动态滤波输出单元基于所述压缩力度实时调整自身增益，以对主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

第二方面，本发明实施例提供一种抑制扬声器杂音的装置，包括：

音频复制模块，用于将作为主链的音频信号复制出n+1份，1份音频信号作为基础链，剩余的n份音频信号作为噪声链；

杂音处理模块，用于提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x；提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n；

杂音抑制模块，用于基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

作为优选的，所述杂音处理模块包括n+1个滤波模块和n+1个检波模块，其中：

滤波模块bpf0用于提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0，检波模块rmsd0用于提取音频信号b0的强度特征值x；

滤波模块bpfi用于提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，检波模块rmsdi用于获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n。

作为优选的，所述杂音抑制模块包括增益计算机和动态滤波输出单元；

所述增益计算机用于基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度；

所述动态滤波输出单元用于基于所述压缩力度实时调整自身增益，以对主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

第三方面，本发明实施例提供一种扬声器，包括如第二方面所提供的抑制扬声器杂音的装置。

本发明实施例提出了一种抑制扬声器杂音的方法和装置，根据音频信号在能激发杂音的频段上的强度与压缩力度正相关，音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度与压缩力度负相关的关系，调整每个频率特征对压缩力度计算结果的贡献度，在抑制杂音的同时最大限度保留原音频信息；低音质损耗、低软硬件开销，可以在有效改善由于某频段信号较强而激发杂音的问题的基础上，最大程度地保留原始音频信号的信息。

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的介绍，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为根据本发明实施例的抑制扬声器杂音的方法示意图；

图2为根据本发明实施例的抑制扬声器杂音的装置示意图。

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做出创造性劳动的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。

图1为本发明实施例提供的一种抑制扬声器杂音的方法，包括：

s1、将作为主链的音频信号复制出n+1份，1份音频信号作为基础链，剩余的n份音频信号作为噪声链，

s2、提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x；提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n；

s3、基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

在本实施例中，根据音频信号在能激发杂音的频段上的强度与压缩力度正相关，音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度与压缩力度负相关的关系，调整每个频率特征对压缩力度计算结果的贡献度，在抑制杂音的同时最大限度保留原音频信息；低音质损耗、低软硬件开销，可以在有效改善由于某频段信号较强而激发杂音的问题的基础上，最大程度地保留原始音频信号的信息。

具体的，将待处理的音频信号本身最终输出给喇叭的链路，称主链(mainchain)；复制出的n+1份音频信号中，对音频信号0进行带通滤波处理，用于提取可以激发杂音的频段的数据，称基础链(basechain)；对复制出的音频信号1～n分别进行带通滤波处理，用于提取能掩盖被激发出的杂音的n个频段的数据，称噪声链(noisechain1～noisechainn)。

具体的，从basechain中得到可以产生杂音的频段的音频信号b0，，得到音频信号b0的强度特征值x。

基于noisechain1～noisechainn得到在能够掩盖杂音的频段1～n上的音频信号b1～bn，并得到音频信号b1～bn的强度特征值y1～yn。

在上述实施例的基础上，提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x，具体包括：

对所述基础链进行带通滤波处理，提取所述基础链中激发杂音的频段的音频信号b0，并对音频信号b0进行方均根值检波处理或检峰处理，得到音频信号b0在设定时间窗口内的均方值x’或信号峰值x”。

在本实施例中，basechain通过带通滤波后得到可以产生杂音的频段的音频信号b0，并对音频信号b0进行方均根值检波处理或检峰处理，得到音频信号b0在设定时间窗口内的均方值x’或信号峰值x”，即音频信号b0在能激发杂音的频段上的强度特征值x。

在上述各实施例的基础上，提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，具体包括：

分别对每个噪声链进行带通滤波处理，提取噪声链i中能够掩盖杂音的频段i的音频信号bi，其中，频段i为预先设定的音频频段。

在本实施例中，noisechain1～noisechainn分别通过带通滤波后得到在能够掩盖杂音的频段1～n上的音频信号b1～bn。

在上述各实施例的基础上，获取音频信号bi的强度特征值yi，具体包括：

分别对音频信号bi进行方均根值检波处理或检峰处理，得到音频信号bi在设定时间窗口内的均方值yi’或信号峰值yi”。

在本实施例中，对信号b1～bn分别进行方均根值检波处理或检峰处理，得到音频信号b1～bn在一定时间窗口内的均方值y1’～yn’或信号峰值y1”～yn”，即音频信号b1～bn在能掩盖杂音的频段上的强度特征值y1～yn。

在上述各实施例的基础上，基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，具体包括：

将强度特征值x、强度特征值yi(均方值x’和均方值yi’，或信号峰值x”和信号峰值yi”)输入至增益计算机中，并基于预设参数，获取对主链中产生杂音的频段施加的压缩力度：

式中，thr0为基础链中产生杂音的频段的强度阈值，thri为噪声链i中能够掩盖杂音的频段的强度阈值，r0和ri为权重系数。

在本实施例中，压缩力度与x(即音频信号在能激发杂音的频段上的强度特征值)正相关，与y1～yn(即音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度特征值)负相关，即“x越大，gain越小，yi越大，gain越大”。在本实施例中，gain,x,y及thr的单位均已统一至db。

在上述各实施例的基础上，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号，具体包括：

将主链输入至动态滤波输出单元，所述动态滤波输出单元基于所述压缩力度实时调整自身增益，以对主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

在本实施例中，将作为主链的音频信号a通过dynamicpeakingfilter(动态峰化滤波器)，该动态峰化滤波器根据gaincomputer(增益计算机)给出的压缩力度实时调整自身增益，对音频信号a做动态滤波，得到输出信号c。

本发明实施例中还提供了一种抑制扬声器杂音的装置，基于上述各实施例中的抑制扬声器杂音的方法，如图2所示，包括音频复制模块40、杂音处理模块50和杂音抑制模块60：

音频复制模块40将作为主链的音频信号复制出n+1份，1份音频信号作为基础链，剩余的n份音频信号作为噪声链；

杂音处理模块50提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0的强度特征值x；提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n；

杂音抑制模块60基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度，以对所述主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

在本实施例中，根据音频信号在能激发杂音的频段上的强度与压缩力度正相关，音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度与压缩力度负相关的关系，调整每个频率特征对压缩力度计算结果的贡献度，在抑制杂音的同时最大限度保留原音频信息；低音质损耗、低软硬件开销，可以在有效改善由于某频段信号较强而激发杂音的问题的基础上，最大程度地保留原始音频信号的信息。

具体的，将待处理的音频信号本身最终输出给喇叭的链路，称主链(mainchain)；复制出的n+1份音频信号中，对音频信号0进行带通滤波处理，用于提取可以激发杂音的频段的数据，称基础链(basechain)；对复制出的音频信号1～n分别进行带通滤波处理，用于提取能掩盖被激发出的杂音的n个频段的数据，称噪声链(noisechain1～noisechainn)。

具体的，从basechain中得到可以产生杂音的频段的音频信号b0，并得到音频信号b0的强度特征值x(如均方值x’或峰值x”)，即音频信号在能激发杂音的频段上的强度。

基于noisechain1～noisechainn得到在能够掩盖杂音的频段1～n上的音频信号b1～bn，并得到音频信号b1～bn的强度特征值y1～yn(如均方值y1’～yn’或峰值y1”～yn”)，即音频信号b1～bn在能掩盖杂音的频段上的强度。

在上述各实施例的基础上，所述杂音处理模块50包括n+1个滤波模块和n+1个检波模块，其中：

滤波模块bpf0用于提取所述基础链中产生杂音的频段的音频信号b0，检波模块rmsd0用于提取音频信号b0的强度特征值x；

滤波模块bpfi用于提取所述噪声链i中能够掩盖杂音的频段i上的音频信号bi，检波模块rmsdi用于获取音频信号bi的强度特征值yi，1≤i≤n。

在本实施例中，滤波模块可为带通滤波器，检波模块可为方均根值检波器或峰值检波器。

在本实施例中，复制出的音频信号0送入bandpassfilter0(带通滤波器)中，用于提取可以激发杂音的频段的数据，称basechain(基础链)；复制出的音频信号1～n分别送入bandpassfilter1～n中，用于提取能掩盖被激发出的杂音的n个频段上的数据，称noisechain(噪声链)1～noisechainn。

在具体实施中，上述所有的bandpassfilter均可根据实际需要获取的频段特性被替换成高通滤波器、低通滤波器、其他滤波器或滤波器组合，不仅限于带通滤波器。比如若低于500hz的信号均可激发杂音，则上述bandpassfilter0可被替换为低通滤波器。

basechain通过bandpassfilter0后得到可以产生杂音的频段的音频信号b0，并将b0送入rmsdetector0(rootmeansquaredetector，方均根值检波器)或peakdetector(峰值检波器)，得到信号b0在一定时间窗口内的均方值x’或信号峰值x”，即音频信号在能激发杂音的频段上的强度特征值x。

noisechain1～noisechainn分别通过bandpassfilter1～bandpassfiltern后得到在能够掩盖杂音的频段1～n上的音频信号b1～bn，并将信号b1～bn分别送入rmsdetector1～rmsdetectorn或peakdetector1～peakdetectorn，得到信号b1～bn在一定时间窗口内的均方值y1’～yn’或峰值y1”～yn”，即音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度特征值y1～yn。

在具体实施中，上述所有方均根值检波器或峰值检波器也可被替换为其他任何可用于探测信号强度的模块。

在上述各实施例的基础上，所述杂音抑制模块60包括增益计算机和动态滤波输出单元；

所述增益计算机用于基于强度特征值x、强度特征值yi获取对主链音频信号中产生杂音的频段施加的压缩力度；

所述动态滤波输出单元用于基于所述压缩力度实时调整自身增益，以对主链进行动态滤波，得到抑制杂音后的输出信号。

在本实施例中，将x，y1～yn送入gaincomputer(增益计算机)，gaincomputer根据x，y1～yn的输入，以及预设的参数，计算出应该对作为主链的音频信号a中可能产生杂音的频段施加的压缩力度；将音频信号a通过dynamicpeakingfilter(动态峰化滤波器，dpf)，该动态峰化滤波器根据gaincomputer(增益计算机)给出的压缩力度实时调整自身增益，对音频信号a做动态滤波，得到输出信号c。

在具体实施中，上述动态滤波器并不限于dynamicpeakingfilter。例如，若低于某个频点的信号均可激发杂音，则可使用dynamiclow-shelffilter(动态低架滤波器)。

本发明实施例还提供了一种扬声器，包括如上述各实施例中所述的抑制扬声器杂音的装置。

综上所述，本发明实施例提供的一种抑制扬声器杂音的方法和装置，根据音频信号在能激发杂音的频段上的强度与压缩力度正相关，音频信号在能掩盖杂音的频段上的强度与压缩力度负相关的关系，调整每个频率特征对压缩力度计算结果的贡献度，在抑制杂音的同时最大限度保留原音频信息；低音质损耗、低软硬件开销，可以在有效改善由于某频段信号较强而激发杂音的问题的基础上，最大程度地保留原始音频信号的信息。

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，既可以位于一个地方，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软件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软件产品的形式体现出来，该计算机软件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设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)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。