一种多麦克风信号融合的主动降噪方法及装置与流程

本发明属于空间主动降噪，具体涉及一种多麦克风信号融合的主动降噪方法及装置。

背景技术：

1、主动降噪技术有别于使用吸声材料等阻隔手段的被动降噪技术，是一种主动产生与噪声相反相位的声波，以此叠加消除噪声的技术。主动降噪技术已经广泛应用于耳机降噪、车内降噪、室内空间降噪等领域，在不少被动降噪无法发挥的场景中起到不可替代的作用。

2、主动降噪技术一般工作原理是通过参考麦克风采集环境中的噪声信号，通过计算单元分析计算出反相信号，再由对应扬声器播出该降噪声波，令原噪声声波和降噪声波在空间中抵消。计算反相信号的算法有代表性的是fxlms及其各类变种算法。

3、在现有技术条件下，常会因为所需降噪空间范围较大、存在高阶模态声波、噪声来源模糊等原因，需要用到多个麦克风传感器、多个扬声器协同完成降噪目标。期望降噪效果还受到计算实时性、因果性等影响，更多的传感器也会带来更大的计算量，而这又受到硬件计算单元的限制，在有限成本的硬件条件下满足以上要求是一大挑战。

4、多麦克风多扬声器的空间降噪技术中，每个扬声器的输出与所有参考麦收到的噪声信号有关，元件之间两两相连，如图1所示。比如使用1个参考麦1个扬声器时，所需控制滤波器数量为1，2个参考麦2个扬声器时，所需控制器数量为4，即滤波器数量呈指数级增长，计算负担过大。因此麦克风和扬声器数量增加时，计算量大幅增加超出硬件承受上限的问题亟待解决。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种多麦克风信号融合的主动降噪方法，融合参考麦克风的信号，实现在降低计算量的同时也可以达到理想的降噪效果。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种多麦克风信号融合的主动降噪方法，所述多麦克风信号融合的主动降噪方法，包括：

4、获取所有参考麦克风的信号；

5、对所有参考麦克风的信号进行加权融合，得到融合参考信号；

6、使用单个fir滤波器处理所述融合参考信号，得到扬声器的输出信号。

7、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

8、作为优选，所述扬声器的输出信号如下：

9、

10、式中，lj为第j个扬声器的输出信号，n为参考麦克风的数量，αij为第j个扬声器对应的第i个参考麦克风的加权系数，xi为第i个参考麦克风的信号，wj为第j个扬声器对应的fir滤波器，为融合参考信号。

11、作为优选，加权融合时各扬声器对应的每个参考麦克风的加权系数基于贝叶斯优化算法得到。

12、作为优选，基于贝叶斯优化算法得到加权系数的过程如下：

13、(1)采集n个参考麦克风的信号和n个误差麦克风的信号；

14、(2)对于第j个扬声器，通过均匀分布采样初始化目标系数空间中的观测点，将每个观测点代入fxlms算法得到第j个扬声器对应的fir滤波器wj，根据n个参考麦克风的信号、n个误差麦克风的信号、观测点和fir滤波器wj计算每个观测点对应的目标函数值，整合观测点和对应的目标函数值存于已观测集合中；

15、(3)根据已观测集合生成目标系数空间中新的填充点；

16、(4)根据已观测集合和填充点，通过高斯过程回归建立目标系数空间的概率代理模型；

17、(5)通过概率代理模型和采集函数评估填充点的价值，并选取价值最大的填充点作为新的观测点；

18、(6)将新的观测点代入fxlms算法得到第j个扬声器对应的fir滤波器wj，根据n个参考麦克风的信号、n个误差麦克风的信号、新的观测点和fir滤波器wj计算新的观测点对应的目标函数值，整合观测点和对应的目标函数值存于已观测集合中；

19、(7)返回步骤(3)继续执行直至达到结束条件，将已观测集合中目标函数值最大的观测点作为第j个扬声器对应的每个参考麦克风的加权系数；

20、(8)返回步骤(2)继续执行直至得到所有扬声器对应的每个参考麦克风的加权系数。

21、作为优选，设置目标函数如下：

22、

23、

24、式中，j为目标函数值，func(.)表示将信号的声音大小转为用分贝计算，dk表示第k个误差麦克风的信号，lj为第j个扬声器的输出信号，sjk表示第j个扬声器与第k个误差麦克风的次级通道，αij为第j个扬声器对应的第i个参考麦克风的加权系数，xi为第i个参考麦克风的信号，wj为第j个扬声器对应的fir滤波器。

25、作为优选，所述根据已观测集合生成目标系数空间中新的填充点，包括：

26、在已观测集合中，根据其中每个元素的目标函数值从大到小排序，取前n个元素作为积极样本，使用截断高斯混合分布对积极样本进行核密度估计，其中每个点的子分布的标准差设为该点与最近邻点的距离，在核密度估计之后通过mcmc采样，在核密度估计分布中采得新的r个点作为填充点，存于目标系数空间的填充点集合。

27、本发明提供的一种多麦克风信号融合的主动降噪方法，本方法在信号进入滤波前先进行融合，之后每个扬声器只需要一个滤波器来处理融合后的信号(以n个参考麦克风和n个扬声器为例，原来每个扬声器需要n个滤波器处理n个参考麦克风送来的信号，一共需要n2个滤波器，融合方案后每个扬声器只需要1个滤波器处理1个融合信号，一共需要n个滤波器)，大大减少了所需计算量。

28、本发明的目的之二在于提供一种多麦克风信号融合的主动降噪装置，包括处理器以及存储有若干计算机指令的存储器，所述计算机指令被处理器执行时实现所述多麦克风信号融合的主动降噪方法的步骤。

技术特征：

1.一种多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，所述多麦克风信号融合的主动降噪方法，包括：

2.根据权利要求1所述的多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，所述扬声器的输出信号如下：

3.根据权利要求1所述的多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，加权融合时各扬声器对应的每个参考麦克风的加权系数基于贝叶斯优化算法得到。

4.根据权利要求3所述的多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，基于贝叶斯优化算法得到加权系数的过程如下：

5.根据权利要求4所述的多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，设置目标函数如下：

6.根据权利要求4所述的多麦克风信号融合的主动降噪方法，其特征在于，所述根据已观测集合生成目标系数空间中新的填充点，包括：

7.一种多麦克风信号融合的主动降噪装置，包括处理器以及存储有若干计算机指令的存储器，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至权利要求6中任意一项所述多麦克风信号融合的主动降噪方法的步骤。

技术总结本发明属于空间主动降噪技术领域，公开了一种多麦克风信号融合的主动降噪方法及装置，包括获取所有参考麦克风的信号；对所有参考麦克风的信号进行加权融合，得到融合参考信号；使用单个FIR滤波器处理所述融合参考信号，得到扬声器的输出信号。本方法在信号进入滤波前先进行融合，之后每个扬声器只需要一个滤波器来处理融合后的信号，以n个参考麦克风和n个扬声器为例，原来每个扬声器需要n个滤波器处理n个参考麦克风送来的信号，一共需要n<supgt;2</supgt;个滤波器，融合方案后每个扬声器只需要1个滤波器处理1个融合信号，一共需要n个滤波器，大大减少了所需计算量。技术研发人员：袁征,冯帆,曾鸣,李琳,原洋,徐永康受保护的技术使用者：中电海康集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17