CN102348151A - 噪声消除***和方法、智能控制方法和装置、通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种噪声消除***和方法、智能控制方法和装置、通信设备。其中，所述智能控制方法包括：在检测到通信设备的受话端没有语音信号输出时，接收来自远离人耳处的参考传声器的外界噪声信号以及来自靠近人耳处的监测传声器的监测信号；对所接收的外界噪声信号和监测信号进行性能分析，以估计出经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线；以及根据该降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整，以使得所估计的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。利用本发明，能够有效提高通信设备中的降噪稳定性，避免通信设备在使用过程中由于与人耳耦合的差异导致降噪性能存在的不一致性。

Description

噪声消除***和方法、智能控制方法和装置、通信设备

技术领域

本发明涉及通信设备受话端的噪声消除技术领域，更为具体地，涉及一种非封闭式前馈主动噪声消除***、一种非封闭式主动噪声消除方法、一种用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法和装置，以及一种具有上述非封闭式前馈主动噪声消除***的通信设备。

背景技术

社会信息化程度的提高使得人们能随时随地的进行通信和交流，各种各样的通信设备(手机、蓝牙耳机、立体声耳机等)和技术的广泛应用极大地方便了人们的生活，并且提高了工作效率。然而社会的发展带来的一个比较严重的问题是噪声问题，在噪声环境中进行通信，严重影响到通信语音的清晰度和可懂度，当噪声高到一定程度时，不但通信无法进行，而且会伤害到人的听力和身心健康。

针对在强噪声背景下进行通信问题，现有的技术方案从以下两个方面进行语音增强和降噪处理：一方面是在通信设备送话端采用声学信号处理技术提高传声器拾取的语音信号的信噪比，使得远端用户能够听清近端用户的讲话；另一方面需要在通信设备受话端提高受话端语音的信噪比，使得近端能够听清远端用户送过来的语音信号。

然而，提高通信设备受话端的语音信噪比一直是本领域的技术难题之一。为了提高通信设备受话端的语音信噪比，现有技术中给出了两种方法。

一种方法是采用自动音量控制技术(参见中国发明专利申请公开CN1507293A)，在该方法中，当外界噪声高时，自动地提高输出给扬声器单元的功率。这是一种被动的降噪处理方法，并且由于扬声器单元本身的功率及馈入人耳声压的行业标准的限制，扬声器单元的音量不可能无限制提高；此外，扬声器发出的高强度的语音对使用者本身的听力和身心健康也会产生伤害。因此，这种降噪处理方法的语音增强幅度有限。

另一种方法是把传统的主动/被动相结合的噪声控制技术(参见中国发明专利申请公开CN101432798A，CN101001481A)应用于封闭式通信耳机。这种封闭式耳机分为头戴式和耳塞型两种，封闭式耳机一般采用结构及材料与人耳进行密封性的耦合形式。在这种封闭式耳机中，通过材料的吸声和隔声来降低中、高频噪声，以及通过主动噪声控制技术有效地降低低频(主要在500Hz以下)噪声，从而在全频带实现对外界噪声的较好消除，由此较有效地提高通信耳机受话端的语音信噪比。但是长期佩戴密封式的通信耳机，使用者会有耳道内外气压不均衡的感觉，佩戴的舒适性是制约这种结构的主动降噪技术不能广泛应用于通信设备的主要原因。

在保证通信设备(手机、蓝牙耳机、立体声耳机等)具有非封闭式结构的情况下，实现前馈主动噪声消除技术来提高通信设备受话端语音信噪比是一个有迫切需求而又非常挑战的课题。

图1为传统的利用非封闭式前馈主动噪声控制技术在通信设备受话端进行噪声消除的示意图。如图1所示，前馈主动噪声控制***的实现是建立在外界噪声都是先传播到传声器处、然后再传播到人耳处的假设基础上的，当噪声传播到传声器102处时，其传播路径将分为两个通道，第一个通道是沿着如图1所示的声学通道P在物理空间上传播到人耳处，如图1中实线所示，其中P为外界噪声从传声器处传播到人耳处的声学传递函数。另一个通道将是在电子线路上的传播，如图1所示的从传声器102经扬声器104传播到人耳处的产生反噪声的传播途径，图1中虚线所示，可以表示为H和G的串联，其中H为主动降噪电路的频率响应，G为扬声器到人耳处的传递函数，称之为次级通道。假设在降噪的频带上设计为P＝-GH，即P和GH幅度相同，相位刚好相反，那么经过两个通道传播过来的原始噪声和反噪声在人耳处相互叠加抵消，从而达到降噪的目的。

采用非封闭式前馈噪声消除的通信***，在实现上存在的最大问题是声学通道P和次级通道G会随着通信设备与人耳的耦合状态不同而存在变化。在电路部分频响H保持不变的情况下，不同人或者同一人不同次使用时所产生的降噪性能是不一致的，即有时降噪性能很好，而有时降噪性能会下降，甚至会完全感受不到降噪效果。解决这种降噪性能不一致的方法目前主要是采用DSP(数字信号处理)进行自适应有源噪声消除，但这种技术应用到比如手机、非封闭式蓝牙、立体声耳机等通信设备上存在两方面的局限性。一方面，前馈自适应噪声消除算法采用FX-LMS算法，这需要对次级通道G进行辨识得到G，次级通道的辨识误差将直接影响***的稳定性，如上所述的非封闭式通信***在使用过程中次级通道G本身会存在很大的变化，所以算法的稳定性很难保证。另一方面，对于比如手机、非封闭式蓝牙、立体声耳机等通信设备，由于通信设备本身的体积限制，其声学通道P的时延非常小，如果采用DSP进行自适应噪声消除，对***采样率要求非常高，***功耗及降噪频带都会受到非常大的局限性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种针对非封闭式前馈主动噪声消除的智能控制方法和***，更为具体地，涉及一种对在佩戴在人耳上的通信设备受话端应用智能控制的非封闭式前馈主动噪声消除技术，在该技术中，通过在通信设备接近人耳处安装一监测传声器来估计当前耦合状态下的降噪性能，并采用智能反馈控制技术来调整前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数，以有效降低人耳处的外界环境噪声，达到降噪性能最优，从而保证非封闭式前馈主动噪声消除技术能有效应用于通信设备受话端，提高通信设备受话端的语音信噪比，实现受话端语音增强功能。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法，包括：在检测到通信设备的受话端没有语音信号输出时，接收来自远离人耳处的参考传声器的外界噪声信号以及来自靠近人耳处的监测传声器的监测信号；对所接收的所述外界噪声信号和所述监测信号进行性能分析，以估计经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线；以及根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整，以使得所述估计的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。

此外，在一个或多个实施例，根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整可以包括：将所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线进行比较，以确定所述控制电路参数的调整方向；以及根据所确定的调整方向，对所述控制电路参数进行调整，其中，所述控制电路参数的调整过程采用反馈控制，每调整一次后都重新比较所述估计出的降噪性能曲线是否更加接近所述预设的降噪性能曲线；如果更接近则维持所述调整方向，如果不是则反向所述调整方向，直到所述估计出的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在所述预设范围内。

根据本发明的另一方面，提供了一种非封闭式前馈主动噪声消除方法，包括：拾取远离人耳处的外界噪声信号；对所拾取的外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成用于抵消所述外界噪声信号的反噪声信号；将所生成的反噪声信号与通信设备的受话端所接收的语音信号混合；以及将混合后的信号馈入人耳中，以抵消通过自由空间进入人耳的外界噪声信号，其中，在所述通信设备的受话端没有语音信号输出时，所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数按照上述的智能控制方法进行调整。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制装置，包括：检测单元，用于检测通信设备的受话端是否存在语音信号输出；接收单元，用于在检测到所述受话端没有语音信号输出时，接收来自远离人耳处的参考传声器的外界噪声信号以及来自靠近人耳处的监测传声器的监测信号；降噪性能估计单元，用于对所接收的外界噪声信号以及所述监测信号进行性能分析，以估计所述前馈主动噪声消除处理中的降噪性能曲线；以及第一调整单元，用于根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整，以使得所述估计的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。

根据本发明的再一方面，提供了一种非封闭式前馈主动噪声消除***，包括：参考传声器，用于拾取远离人耳处的外界噪声信号；反噪声信号生成单元，用于对所述外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成用于抵消所述外界噪声信号的反噪声信号；信号混合单元，用于将所述反噪声信号和所述通信设备的受话端所接收的语音信号混合；以及馈入单元，用于将所混合的信号馈入到人耳中；监测传声器，用于拾取靠近人耳处的监测信号，所述检测信号是通过自由空间进入人耳的外界噪声信号与所述馈入单元的输出信号在人耳处叠加后获得的信号；以及前述智能控制装置，用于在所述受话端没有语音信号输出时，对所述反噪声信号生成单元的前馈主动噪声消除处理的控制电路参数进行调整。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的非封闭式前馈主动噪声消除***的通信设备。

上述根据本发明的非封闭式前馈主动噪声消除***及其智能控制方法和装置，通过在通信设备接近人耳处安装一监测传声器来估计当前耦合状态下的降噪性能，并在非封闭式前馈主动噪声消除***上增加智能控制模块，保证通信设备与人耳处在不同耦合情况下降噪性能的一致性。

利用本发明，在采用非封闭式结构与人耳进行耦合来保证佩戴舒适性的前提下，在通信设备上实现了智能控制的前馈主动噪声消除技术，能够有效提高非封闭式前馈主动噪声消除技术应用于通信设备的稳定性，避免通信设备在使用过程中由于与人耳耦合的差异导致降噪性能存在的不一致性，从而在通信设备受话端实现非封闭式主动噪声消除功能，极大改善受话端语音的清晰度和可懂度。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为传统的利用非封闭式前馈主动噪声控制技术在通信设备受话端进行噪声消除的示意图；

图2为应用本发明进行噪声消除的智能控制原理示意图；

图3a、图3b和图3c分别为本发明所应用的通信设备的示例图；

图4示出了应用传统的前馈主动噪声控制技术时不同使用者所能达到降噪效果示意图；

图5示出了根据本发明实施例的非封闭式前馈主动噪声消除***的示例的方框示意图；

图6示出了图5中的智能控制装置的方框示意图；

图7示出了具有根据本发明的非封闭式前馈主动噪声消除***的通信设备的方框示意图；

图8为根据本发明实施例的用于非封闭式前馈主动噪声消除的噪声消除方法的流程图；

图9为根据本发明实施例的用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法的流程图；

图10为应用本发明实施例的理想与实际降噪性能曲线比较示意图；和

图11为应用本发明提供的智能控制后不同使用者的降噪效果比较示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案和具体实施例进行详细描述。

本发明所提供的用于在通信设备中进行非封闭式前馈主动噪声消除***及其智能控制方法和装置是在噪声环境下应用于通信设备受话端的降噪智能控制技术，其实现方法包括在非封闭式前馈噪声消除***上采用基于参考传声器和监测传声器的智能控制技术，以解决非封闭式前馈噪声消除技术应用于通信设备所存在由于耦合差异所导致的降噪性能不一致的问题。

在通信设备受话端采用非封闭式结构，相对于入耳式结构的受话端而言，这种非封闭式的受话端能够保证长时间佩戴的舒适性。在非封闭式通信设备中采用前馈主动噪声消除技术来提高受话端语音信噪比的实现方法如图1所示，将置于耳廓外部的参考传声器102拾取的外界参考噪声信号，由电路H进行放大、反相以及相位补偿，产生用于抵消原始外界噪声信号的反噪声信号，理想状态下，反噪声信号与原始外界噪声信号幅度相同、相位相反；反噪声信号同输入的语音信号在电路上相加；相加后的混合信号直接由扬声器104发出馈入人耳；经由扬声器104馈入人耳处的信号包括反噪声信号和语音信号，反噪声信号和原始的从空间中传播到人耳处的原始噪声信号幅度相同相位相反，所以达到相互抵消的目的，而语音信号的幅度则没有改变。利用这种主动噪声消除方法，能够使噪声信号大大降低，语音不变，从而有效提高通信设备受话端语音的信噪比。

图2为将本发明的非封闭式前馈主动噪声消除的智能控制装置应用在通信设备受话端进行噪声消除的智能控制原理示意图。

如图2所示，相比较于传统的利用前馈主动噪声控制技术在通信设备受话端进行噪声消除所应用的硬件而言，本发明的智能控制***在通信设备靠近人耳处增加一传声器，在本文中称为监测传声器122，监测传声器122处的声压代表人耳处的声压。在进行智能控制时，参考传声器112和监测传声器122所拾取的信号都会输入进智能控制装置中。在本发明的一个示例中，该智能控制装置可以利用DSP(数字信号处理)模块实现。在本发明的其他示例中，该智能控制装置也可以利用其它具有数字信号处理能力的模块实现。

在本发明中，当没有应用主动噪声消除时，对于远场低频噪声，到达参考传声器112和监测传声器122处的能量应该相当，但应用主动噪声消除后，参考传声器112拾取的噪声能量不变，而监测传声器122处的能量为噪声沿声学通道P在物理空间上传播到人耳处的能量与经H、G电子传播通道所形成的反噪声的能量的叠加，由于反噪声能量的加入，相对于参考传声器处的噪声能量而言，监测传声器122处的能量得到了降低，通过比较参考传声器112和监测传声器122处的特定频带内能量差异就可以判断主动噪声消除的效果是否达到了预期，如果没有达到预期，则智能控制装置(例如，DSP模块)会输出一个智能控制信号来调整电路H的参数，然后再次判断主动噪声消除效果，如此反复，通过智能反馈控制，使得最终的主动噪声消除达到预期的降噪效果，从而解决因为通信设备与人耳耦合差别所带来的降噪效果不一致的问题。这里，被调整的电路H的参数(即，前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数)通常包括增益***和相位调整参数。相应地，此处的电路H包括放大器以及相位调整单元，其目的在于将参考传声器所拾取的外界噪声信号转变为能够抵消该参考噪声信号的反噪声信号。最优选地，该反噪声信号的幅度与外界噪声信号的幅度相同，但相位相反。在这种情况下，在人耳处可以将噪声完全消除。此外，这里所说的相位调整单元可以包括相位补偿器。在另一示例中，所述相位调整单元也可以包括反向器和相位补偿器。

图3a、图3b和图3c分别为本发明所应用的通信设备的示例图，其中图3a为手机，图3b为蓝牙耳机，图3c为立体声耳机。

如图3a、图3b和图3c所示，参考传声器112一般设置在通信设备背离受话端的扬声器312一定距离处，监测传声器122设置在受话端的扬声器312信号输出位置，在应用过程中，参考扬声器112位于使用者的耳廓外部，监测传声器122位于使用者的耳廓中。

在应用如图3a、图3b和图3c所示的非封闭式通信设备时，由于使用者使用习惯及人耳结构本身存在较大差异，不可避免地会存在不同人或者同一人不同次使用其声学通道P和次级通道G都存在比较大的差异的情况。因此，为了达到比较一致的理想降噪效果，对反噪声电路H的要求也会不同。

图4所示为应用传统的利用前馈主动噪声控制技术时不同使用者采用相同电路H所能达到降噪效果。从图4中可以看出，采用同一电路H时3个不同用户降噪性能出现了非常大的差异，降噪一致性很难保证。

由于不同使用者以及同一使用者在每次使用通信设备时对电路H的要求都不可避免地存在或大或小的差别，因此采用相同电路H降噪性能一致性很难保证，必须针对不同的通信设备与人耳的耦合状态来调整电路H的参数，来达到不同用户具有相当的降噪效果。对应于图2所示的智能控制原理，本发明所提供的应用于非封闭式通信设备的前馈主动噪声消除***的逻辑框架如图5所示。

图5示出了用于非封闭式前馈主动噪声消除中的噪声消除***100的方框示意图。如图5中所示，所述噪声消除***100包括参考传声器112、反噪声生成单元114、信号混合单元116、馈入单元118、监测传声器122和智能控制装置120。

所述参考传声器112被设置在远离人耳处，用于拾取远离人耳处的外界噪声信号，如图3a-3c中所示。所述反噪声信号生成单元114用于对所述外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成能够抵消所述外界噪声信号的反噪声信号。这里，所述反噪声信号生成单元114等效于图2中所示的电路单元H。反噪声信号生成单元114用于对参考传声器所拾取的外界噪声信号进行放大和相位补偿等处理，以将外界噪声信号变换为能够在进入人耳时抵消在人耳处接收到外界噪声信号的影响的反噪声信号。在本发明的一个示例中，反噪声信号生成单元114可以包括放大器(未示出)和相位调整单元(未示出)，其中所述放大器用于对来自参考传声器112的外界噪声信号进行增益放大，所述相位调整单元用于对来自参考传声器112的外界噪声信号进行相位调整，以使得经过相位调整后的信号能够抵消外界噪声信号。优选地，选择所述放大器的增益系数以及所述相位调整单元的相位调整参数，使得经过相位调整后的信号的相位刚好与外界噪声信号相反并且幅度相等，从而完全抵消外界噪声信号。

信号混合单元116被设置为与反噪声信号生成单元114以及通信设备的受话端的输出相连，用于接收从反噪声信号生成单元114输出的反噪声信号，以及在受话端存在语音信号输出时，接收受话端输出的语音信号，并且混合所述反噪声信号和所述受话端输出的语音信号。这里，在本发明的一个示例中，所述信号混合单元116可以是加法器。

馈入单元118与信号混合单元116相连，用于将经过信号混合单元116混合后的信号馈入到人耳中，以抵消通过自由空间进入人耳的外界噪声信号。在本发明的一个示例中，所述馈入单元118可以是扬声器。在本发明的其他示例中，所述馈入单元118也可以采用其它语音输出单元。

与现有的前馈主动噪声消除***相比，根据本发明的前馈主动噪声消除***100还包括监测传声器122和智能控制装置120。下面对监测传声器122和智能控制装置120进行详细说明。

(1)监测传声器

如图5中所示，所述监测传声器122被设置为在使用时靠近人耳处，用于拾取靠近人耳处的监测信号。所述监测信号是通过自由空间进入人耳的外界噪声信号与馈入单元118的输出信号在人耳处叠加后获得的信号。这里，在所述通信设备的受话端没有语音信号输出时，所述馈入单元118的输出信号是对该外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理后得到的信号。在所述通信设备的受话端具有语音信号输出时，所述馈入单元118的输出信号是对该外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理后得到的信号与通信设备的受话端输出的语音信号叠加后获得的信号。

(2)智能控制装置

下面参照图6来说明图5中的智能控制装置120的细节。如图6所示，所述智能控制装置120包括检测单元124、接收单元125、降噪性能估计单元126和第一调整单元128。

检测单元

检测单元124用于检测通信设备的受话端是否存在语音信号输出。

当受话端扬声器312播放语音信号(比如音乐)时，监测传声器122拾取到的信号中包括外界噪声信号和语音信号，但是由于监测传声器122与扬声器312的出声口非常近，监测传声器122拾取的受话端的语音信号将占主导成分，而参考传声器112距离扬声器312出声口较远，拾取的信号主要是外界噪声信号，此时两个传声器拾取的信号在低频段相关性低，无法通过比较参考传声器112和监测传声器122拾取得的噪声成分能量差异来估计降噪的性能。而当只存在噪声时，参考传声器112和监测传声器122拾取的外界远场噪声信号在低频段具有很好的相关性，能够通过比较参考传声器112和监测传声器122拾取得的噪声成分能量差异来估计降噪的性能。

因此，在本发明中需要对受话端的信号进行检测，只有检测到受话端没有语音信号输出时才进行主动降噪的智能控制，即，调整反噪声生成单元114(如电路H)的参数(即，控制电路参数，例如增益系数和相位调整参数)，使得反噪声信号能够更好地抵消进入人耳的外界噪声信号，从而优化降噪性能；而在受话端有语音信号输出时，电路H的参数维持不变。

在本发明的一个实施例中，在进行检测时，检测单元124可以通过计算两个传声器拾取到的信号的相关性来检测受话端是否存在语音信号输出，从而确定是否进行主动噪声消除的智能控制。在这种情况下，检测单元124还可以进一步包括分帧采样模块、计算模块和相关性确定模块(图中未示出)。其中，分帧采样模块用于分别对参考传声器112和监测传声器122拾取到的信号进行分帧处理；计算模块，用于计算所述分帧处理后的两帧数据的相关性；相关性确定模块用于将计算出的参考传声器112和监测传声器122的两帧数据的相关性与预定阈值进行比较，以确定参考传声器和监测传声器拾取到的信号的相关性。

具体地，作为示例，在对受话端的信号进行检测的过程中，首先对参考传声器112和监测传声器122拾取到的信号进行分帧处理，每帧512个采样点，相邻帧有50％的数据重叠，然后对参考传声器112和监测传声器122的两帧数据进行相关计算，若相关性大于一个上限阈值(本实施方式取0.8)则判断受话端没有信号输出，进行降噪的智能控制；若相关性小于一个下限阈值(本实施方式取0.6)，则判断受话端有信号输出，不进行降噪的智能控制，如果相关性处在上，下限之间，则维持上一次判断结果。

此外，检测单元124也可以采用其他的一些方式来实现，例如，可以通过直接检测受话端的输出信号的能量大小来判断受话端是否存在语音信号输出。由于外界噪声信号的能量大小比较小，通常低于某一阈值，因此，当检测受话端的输出信号的能量大于该阈值时，则认为存在语音信号输出，否则，则认为不存在语音信号输出。在这种情况下，所述检测单元可以包括：能量检测模块(未示出)，用于检测所述受话端的输出信号的能量大小；以及语音信号存在性确定模块(未示出)，用于将所检测到的能量大小与预定阈值进行比较，其中，在所检测到的能量大小大于预定阈值时，所述语音信号存在性确定模块确定所述受话端存在语音信号输出。

接收单元

接收单元125与参考传声器112和监测传声器122相连，用于在检测到受话端没有语音信号输出时，接收来自参考传声器112的外界噪声信号以及来自监测传声器122的监测信号。这里，所述接收单元125由所述检测单元124控制，只有在所述检测单元检测到受话端没有语音信号输出时，所述接收单元125才接收来自参考传声器112的外界噪声信号以及来自监测传声器122的反噪声信号。

降噪性能估计单元

降噪性能估计单元126用于对所接收的外界噪声信号以及监测信号进行性能分析，以估计经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线。当检测到受话端没有语音信号输出时，参考传声器112拾取的将是外界噪声，监测传声器122拾取的监测信号为外界噪声信号和对外界噪声信号进行前馈主动消除处理后获得的信号叠加后得到的信号，即经过降噪处理后的信号。因此，在上述情况下，通过比较参考传声器和监测传声器处的低频能量就可以判断监测传声器处的降噪性能。通常，所述降噪性能估计单元126在特定频带内对所接收的外界噪声信号以及监测信号进行性能分析。在该特定频带内，降噪效果更加明显。

具体地，作为示例，在进行降噪性能估计的过程中，首先需要设定一个理想的降噪性能曲线NR_idea。图10为应用本发明实施例的理想与实际降噪性能曲线比较示意图，其中理想的降噪性能曲线NR_idea如图10中实线所示。

为了减小计算量及排除其他一些因素的干扰，本实施例优选只计算主要降噪频带500～1kHz的降噪性能以实现对降噪性能的估计。由图2所示的智能控制原理可知：

$P-\mathrm{HG}=\frac{E_{112}}{E_{114}}---\left(1\right)$

定义降噪性能NR为：

$\mathrm{NR}=20*{\log }_{10}\left(\frac{E_{114}}{E_{112}}\right)=\mathrm{dB}\left(\frac{E_{114}}{E_{112}}\right)---\left(2\right)$

当H逼近理想电路H_idea时，在500～1kHz频带内的降噪性能NR将逼近理想降噪性能曲线NR_idea。在任一时刻通过公式(2)可以计算当前时刻在频带500～1kHz内的降噪性能NR1，通过比较NR_idea和NR1即可以知道当前降噪性能与理想降噪性能在500～1kHz频带内的差别，判定出当前电路H与理想电路H_idea差别主要体现在低频还是高频部分，从而明确电路H参数调整的大概方向，以便进入第一调整单元128进行参数调整，通过调整电路H(反噪声信号生成单元114)的频率响应(包括增益和相位)来使得电路H的频率响应逼近理想电路H_idea的频率响应。其中存在如下推导公式：

$P_1-{\mathrm{HG}}_1=\frac{1}{\mathrm{NR}1}$

$P_1-H_{\mathrm{idea}}{G}_1=\frac{1}{{\mathrm{NR}}_{\mathrm{idea}}}\⇒\mathrm{\ΔNR}\∝\mathrm{\ΔH}---\left(3\right)$

第一调整单元

第一调整单元128用于根据降噪性能估计单元126所估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数(即，反噪声生成单元的电路参数)进行调整，以使得所估计的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。具体地，通过监测传声器122处的降噪性能调整的控制电路参数包括增益系数和相位调整参数。

在本发明的一个优选实施方式中，第一调整单元128进一步包括调整方向确定模块和第二调整模块(图中未示出)。调整方向确定模块用于将所估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线进行比较，以确定所述控制电路参数(即，反噪声生成单元的电路参数)的调整方向。第二调整模块用于根据所确定的调整方向，对所述控制电路参数进行调整。

在本发明的一个示例中，所述第二调整模块可以包括增益系数调节单元和/或相位调整量调节单元(图中未示出)。其中，增益系数调节单元调整对外界噪声信号进行放大的放大器的增益系数；相位调整量调节单元用于调整对外界噪声信号进行相位调整的相位调整单元的相位调整量。在这种情况下，对应地，所述反噪声信号生成单元包括放大器和相位调整单元。此外，在本发明的另一示例中，所述增益系数调节单元和相位调整量调节单元也可以合并在第二调整模块中，由第二调整模块来执行上述增益系数调整和相位调整量调整。

此外，前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数的调整过程采用反馈控制，每调整一次参数后都重新比较所估计出的降噪性能曲线是否更加接近所述预设的降噪性能曲线；如果更接近则维持该调整方向，如果不是则反向该调整方向，直到所估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差异在预设范围内。

具体地，作为示例，当判断需要进行参数调整时，通过比较NR1和NR_idea可以知道电路H需要调整的是高频部分还是低频部分。但还需要制定一些调整的准则，从式(3)可知，ΔH与ΔNR直接相关，所以可以基于反馈控制理论来对电路H进行调整，调整过程分为增益调节和相位调节。

增益和相位调节都分别有两个调整方向，分别为正向调节提高，负向调节减小，如果当前降噪性能曲线与理想降噪性能曲线(即，本文中的预设降噪曲线)比较主要差异体现在降噪幅度不够，则开始阶段先需要对电路增益进行调整，如果当前降噪性能曲线与理想降噪性能曲线比较主要差异体现在降噪频带不一致，则开始阶段先需要对电路相位进行调整。作为示例，在调整的初始阶段，可以尝试着往增益减小和相位趋近180度方向调节，然后在新的控制电路参数H的情况下估计降噪性能曲线NR_new，如果判断新电路参数下，降噪性能曲线NR_new比未调整前的降噪性能曲线NR1更接近理想降噪性能曲线NR_idea，则判断参数调整方向正确，继续往该方向调整电路参数。如果判断新电路参数下，降噪性能曲线NR_new比NR1更差，则判断初始调整方向错误，改为往相反方向调整控制电路参数。找到正确的调整方向后，可以持续地在此方向上进行参数调节，每次调整后都会对新的电路参数下的降噪性能曲线NR_new进行估计，直到新的降噪性能曲线NR_new与NR_idea的差在预定阈值范围内，则停止上述调整。

停止参数调整后，继续对降噪性能NR进行实时检测，如果重新发现降噪性能达不到预期的效果，则可再次启动参数调整功能。另外，在极个别情况下，也可能出现降噪性能NR_new始终不能到达最优NR_idea的情况，此时可以把***稳定在调整过程中找到的降噪性能最好的参数上。

在具体的硬件实施方面，可以在反噪声生成单元(即，电路H)的主要滤波器件电阻和电容部分采用数控电容和数控电阻，DSP模块通过12C或GPIO等方式对电路H的电阻和电容进行调节来达到理想的频率响应。

图7示出了具有根据本发明的非封闭式前馈主动噪声消除***100的通信设备10的方框示意图。图7中的噪声消除***100可以包括图5中示出的噪声消除***100的各种变型。

如上参照图2到图7描述根据本发明的智能控制装置120、噪声消除***110以及通信设备10的结构，下面将参考图8和图9描述根据发明的非封闭式前馈主动噪声消除过程及其智能控制过程。

图8示出了根据本发明实施例的用于非封闭式前馈主动噪声消除的噪声消除方法的流程图。

如图8中所示，首先，在步骤S810，拾取远离人耳处的外界噪声信号。也就是说，通过参考传声器拾取外界噪声信号。

然后，在步骤S820，检测通信设备的受话端是否存在语音信号输出。如果存在语音信号输出，则转到步骤S840。否则，转到步骤S830，在步骤S830中，对用于非封闭式前馈主动噪声消除处理的控制电路参数进行智能控制。关于对所述前馈主动噪声消除处理的控制电路参数的智能控制过程将在后面参照图9进行说明。

在步骤S840中，利用当前的控制电路参数，对所拾取的外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成用于抵消外界噪声信号的反噪声信号。

随后，在步骤S850中，将所生成的反噪声信号与通信设备的受话端所接收的语音信号混合。

在完成上述混合后，在步骤S860中，通过馈入单元将混合后的信号馈入人耳中，以抵消通过自由空间进入人耳的外界噪声信号。至此，完成根据本发明的非封闭式前馈主动噪声消除过程。

图9为根据本发明实施例的用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法的流程图。

如图9所示，在检测到通信设备的受话端没有语音信号输出时，首先在步骤S831中，接收来自参考传声器的外界噪声信号以及来自监测传声器的监测噪声信号，这里，所述监控信号是所述反噪声信号生成单元利用当前的控制电路参数对所拾取的外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理而生成的信号与通过自由空间进入人耳的外界噪声信号在靠近人耳处叠加后获得的信号。。然后，在接收到上述信号后，在步骤S832中，对所接收的所述外界噪声信号和所述监测噪声信号进行性能分析，以估计经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线。

在估计出经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线后，根据所述估计出的降噪性能曲线和预设的降噪性能曲线，对前馈主动噪声消除处理的控制电路参数进行调整，以使得所述估计的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。具体地，在步骤S833，将所述估计出的降噪性能曲线与预设降噪性能曲线进行比较，判断所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差是否在预设范围内。如果所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线之间的差不在预设范围内，则进行到步骤S834，对反噪声生成单元的用于前馈主动噪声消除处理的控制电路参数进行调整。然后返回到步骤S831，如上继续进行调整，直到所估计的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。这里，返回到S831时所接收的监测信号是反噪声信号生成单元利用调整后的控制电路参数生成的信号与通过自由空间进入人耳的外界噪声信号在人耳处叠加后获得的信号。如果所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线之间的差在预设范围内，则流程结束。

图11为应用本发明提供的智能控制后不同使用者的降噪效果比较示意图。如图11所示，经过本发明所提供的智能反馈控制后，不同用户降噪性能相差不大，与图4所示的应用传统的前馈主动噪声控制技术时不同使用者采用相同电路H所能达到降噪效果图相比，可以明显看出，将本发明所提供的智能反馈控制应用到传统的前馈主动噪声控制技术中，能够使降噪性能保持很好的一致性。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法和装置，用于非封闭式前馈主动噪声消除的噪声消除方法及非封闭式前馈主动噪声消除***，以及具有上述非封闭式前馈主动噪声消除***的通信设备。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法和装置，用于非封闭式前馈主动噪声消除的噪声消除方法及非封闭式前馈主动噪声消除***，以及具有上述非封闭式前馈主动噪声消除***的通信设备，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (12)

1.一种用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制方法，包括：

在检测到通信设备的受话端没有语音信号输出时，接收来自远离人耳处的参考传声器的外界噪声信号以及来自靠近人耳处的监测传声器的监测信号；

对所接收的所述外界噪声信号和所述监测信号进行性能分析，以估计出经过所述前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线；以及

根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整，以使得所述估计的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。

2.如权利要求1所述的智能控制方法，其中，根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整包括：

将所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线进行比较，以确定所述控制电路参数的调整方向；以及

根据所确定的调整方向，对所述控制电路参数进行调整，其中，

所述控制电路参数的调整过程采用反馈控制，每调整一次后都重新比较所述估计出的降噪性能曲线是否更加接近所述预设的降噪性能曲线；如果更接近则维持所述调整方向，如果不是则反向所述调整方向，直到所述估计出的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在所述预设范围内。

3.如权利要求1所述的智能控制方法，其中，所述控制电路参数包括增益系数和相位调整参数。

4.如权利要求1所述的智能控制方法，其中，检测通信设备的受话端是否存在语音信号输出包括：通过计算所述外界噪声信号和所述监测信号之间的相关性或者通过检测所述受话端的输出信号能量大小来确定。

5.如权利要求4所述的智能控制方法，其中，通过计算所述外界噪声信号和所述监测信号之间的相关性来检测所述通信设备的受话端是否存在语音信号输出包括：

分别对所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号进行分帧处理；

计算所述分帧处理后的两帧数据的相关性；以及

将所计算出的相关性与预定阈值比较，以确定所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号的相关性。

6.一种非封闭式前馈主动噪声消除方法，包括：

拾取远离人耳处的外界噪声信号；

对所拾取的外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成用于抵消所述外界噪声信号的反噪声信号；

将所生成的反噪声信号与通信设备的受话端所接收的语音信号混合；以及

将混合后的信号馈入人耳中，以抵消通过自由空间进入人耳的外界噪声信号，

其中，在所述通信设备的受话端没有语音信号输出时所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数是按照如权利要求1到5中任一项所述的智能控制方法调整。

7.一种用于非封闭式前馈主动噪声消除中的智能控制装置，包括：

检测单元，用于检测通信设备的受话端是否存在语音信号输出；

接收单元，用于在检测到所述受话端没有语音信号输出时，接收来自远离人耳处的参考传声器的外界噪声信号以及来自靠近人耳处的监测传声器的监测信号；

降噪性能估计单元，用于对所接收的所述外界噪声信号和所述监测信号进行性能分析，以估计出经过前馈主动噪声消除处理后的降噪性能曲线；以及

第一调整单元，用于根据所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线，对所述前馈主动噪声消除处理中的控制电路参数进行调整，以使得所述估计的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在预设范围内。

8.如权利要求7所述的智能控制装置，其中，所述第一调整单元包括：

调整方向确定模块，用于将所述估计出的降噪性能曲线与预设的降噪性能曲线进行比较，以确定所述控制电路参数的调整方向；以及

第二调整模块，用于根据所确定的调整方向，对所述控制电路参数进行调整；

其中，所述控制电路参数的调整过程采用反馈控制，每调整一次后都重新比较所述估计出的降噪性能曲线是否更加接近所述预设的降噪性能曲线；如果更接近则维持所述调整方向，如果不是则反向所述调整方向，直到所述估计出的降噪性能曲线与所述预设的降噪性能曲线的差在所述预设范围内。

9.如权利要求7所述的智能控制装置，其中，所述检测单元通过计算所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号的相关性或者通过检测所述受话端的输出信号能量大小来确定所述受话端是否存在语音信号输出。

10.如权利要求9所述的智能控制装置，其中，在所述检测单元通过计算所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号的相关性来确定所述受话端是否存在语音信号输出时，所述检测单元进一步包括：

分帧采样模块，用于分别对所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号进行分帧处理；

计算模块，用于计算分帧处理后的两帧数据的相关性；以及

相关性确定模块，用于将所计算出的相关性与预定阈值进行比较，以确定所述参考传声器和所述监测传声器拾取到的信号的相关性。

11.一种非封闭式前馈主动噪声消除***，包括：

参考传声器，用于拾取远离人耳处的外界噪声信号；

反噪声信号生成单元，用于对所述外界噪声信号进行前馈主动噪声消除处理，以生成用于抵消所述外界噪声信号的反噪声信号；

信号混合单元，用于将所述反噪声信号与通信设备的受话端所接收的语音信号混合；

馈入单元，用于将所混合的信号馈入到人耳中；

监测传声器，用于拾取靠近人耳处的监测信号，所述监测信号是通过自由空间进入人耳的外界噪声信号与所述馈入单元的输出信号在人耳处叠加后获得的信号；以及

如权利要求7～10中任一项所述的智能控制装置，用于在所述受话端没有语音信号输出时，对所述反噪声信号生成单元的前馈主动噪声消除处理的控制电路参数进行调整。

12.一种通信设备，包括如权利要求11所述的非封闭式前馈主动噪声消除***。

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