一种耳机质量评估方法及系统与流程

本发明涉及电数字数据处理的，尤其涉及一种耳机质量评估方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着智能手机的高度普及化，耳机作为智能手机的一种重要配件设备，其应用率也逐年增加。其中无线耳机具有便携性高、智能化功能丰富和兼容性广泛的特点，市场份额不断增加。同时，得益于蓝牙技术、音频处理技术和人体工学技术的持续发展创新，无线耳机的总体质量也在不断提高。同时，为了对应日益激烈的市场竞争，无线耳机制造商将原先独属于高端耳机的技术下沉，高抗干扰、无损音质和立体环绕声等技术逐渐成为普通耳机的标配。

2、目前，申请号为cn202211697149.0的中国发明专利公开了一种基于心理声学的耳机质量的评估方法，该申请方案具体包括：s1：首先给定固定频率与幅值的正弦波激励信号输入耳机，得到测试信号；s2：通过将参考(刺激)信号和得到的测试(响应)信号作为输入，输入peaq模型，得到mov变量；s3：通过先将move变量输入两层神经网络进行训练；s4：重复s1、s2步骤，再通过将mov输入训练好的神经网络；s5：最终得到被测试的耳机的pdi值，通过选用步进扫频正弦波信号能够反映更真实的人耳的听力范围，进而使得对耳机的质量评估能够得到更加真实的测量数据，该发明中，对音频信号进行了预处理从而降低了外部因素对耳机质量评估造成的影响，并最终根据pdi数值来评判被测量耳机的质量的好坏。但是该发明采用的神经网络训练集仅由固定频率与幅值的正弦波激励信号组成，没有考虑实际应用场景中耳机接收的音频复杂度高，低频、中频和高频数据均包含在内。在实际使用中，无线耳机受到信号干扰和噪声干扰是影响收听音质的重要原因，该发明未考察耳机接收信号的抗干扰性。同时，该发明未考虑立体声渲染技术导致的耳机左右声道存在区别，缺少对左耳机和右耳机进行差异化评估。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：传统耳机质量评估方法未充分考虑无线耳机在信号干扰与噪声干扰条件下的数据接收质量和音质水平，同时对无线耳机的输出模拟信号进行分析时未按照低频、中频和高频进行频谱划分，而是进行整体频谱分析，缺乏精确性。同时缺少对耳机音质和耳机主动降噪能力的综合考察。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、步骤s1，将耳机与信源端进行配对，通过信源端向耳机传输测试音频信号，将耳机布置于距离信源端的标准距离处，开启信号干扰源，分别获取左耳机和右耳机的第一接收数据包，关闭信号干扰源，分别获取左耳机和右耳机输出的解调音频模拟信号，开启噪声干扰源，分别获取左耳机和右耳机输出的主动降噪模拟信号；

4、将耳机布置于距离信源端的临界距离处，分别获取左耳机和右耳机的第二接收数据包；

5、步骤s2，基于第一接收数据包和第二接收数据包进行计算得到测试误码率与测试丢包率，通过预期误码率和预期丢包率对耳机质量进行一次评估，若一次评估结果为质量不合格，则停止评估，输出最终评估结果为质量不合格；

6、步骤s3，对解调音频模拟信号进行数字化处理，通过频带划分得到频带数据集并计算得到的频带重心偏差与频带通量偏差，对耳机质量进行二次评估，若二次评估结果为质量不合格，则停止评估，输出最终评估结果为质量不合格；

7、步骤s4，通过解调音频模拟信号和高频频带数据计算得到立体声系数，通过主动降噪模拟信号计算得到主动降噪系数，通过指标加权评估模型计算得到耳机质量最终评估结果。

8、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：将耳机与信源端进行配对，通过信源端向耳机传输预设的测试音频信号，开启信号干扰源，通过射频信号发生器输出2.4khz频段的干扰信号，分别获取左耳机和右耳机位于标准距离处的第一接收数据包和临界距离处的第二接收数据包。

9、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：基于耳机信号接收质量进行一次评估，通过左耳机和右耳机的第一接收数据包和第二接收数据包计算得到第一测试丢包率和第一测试误码率、第二测试丢包率和第二测试误码率，通过预期误码率模型计算得到第一预期误码率和第二预期误码率；

10、通过预期误码率和预期丢包率进行阈值筛选得到所述一次评估结果，当且仅当第一测试丢包率小于第一预期丢包率、第二测试丢包率小于第二预期丢包率、第一测试误码率小于第一预期误码率和第二测试误码率小于第二预期误码率时判定一次评估结果为质量合格，否则判定一次评估结果为质量不合格，预期误码率的计算表达式为：

11、；

12、其中，表示预期误码率，表示信噪比，c表示距离系数，e表示自然常数，t表示阶数，t表示最大阶数，表示t阶修正bessel函数，表示0阶修正bessel函数，m表示调制和系数，n表示调制差系数。

13、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：将耳机布置于距离信源端标准距离处，分别获取左耳机和右耳机输出的解调音频模拟信号，对左耳机和右耳机解调音频模拟信号进行数字化处理得到左耳机和右耳机频谱数据；

14、其中，对模拟信号数字化处理具体包括：预加重，以20ms为帧长、10ms为帧移进行分帧，再通过加汉明窗和快速傅里叶分解处理将解调音频模拟信号从时域信号转化为频谱信号。有利于完整保留音频特征的同时保证了计算速度。

15、基于频率值对左耳机频谱数据按照低频、中频与高频进行划分得到三个频带数据、和；

16、基于频率值对右耳机频谱数据按照低频、中频与高频进行划分得到三个频带数据、和；

17、基于左耳机和右耳机频谱数据划分得到的频带数据集分别计算得到对应的频带重心和频带通量，其计算表达式为：

18、；

19、；

20、其中，i表示左耳机和右耳机序号,j表示频带序号，表示i序号耳机对应的第j个频带的频带重心，表示i序号耳机对应的第j个频带的频带通量，n表示帧长，表示频率索引，n表示帧索引，表示频谱幅值，表示在第n帧中，频率为k的频谱分量。

21、其中，频带重心和频带通量在低频、中频和高频上的偏离标准并不相同，通过频带划分有利于更精确反应频带重心偏差和频带通量偏差的对音质保留度的影响。

22、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：基于耳机音频保真质量进行二次评估，对所述频带重心与基准频带重心进行差分加权平均计算得到左耳机和右耳机的频带重心偏差，对所述频带通量与基准频带通量进行差分加权平均计算得到左耳机和右耳机的频带重心偏差；

23、通过左耳机和右耳机的频带重心偏差与频带通量偏差进行阈值筛选得到所述二次评估结果，当且仅当频带重心偏差属于第一重心偏差阈值区间、频带通量偏差属于第二阈值区间时判定二次评估结果为质量合格，否则判定二次评估结果为质量不合格。

24、其中，耳机在接收所述测试音频信号后经过耳机内部芯片进行解调、渲染和混音等处理后输出所述解调音频模拟信号，所述解调音频模拟信号再经放大器作用得到人耳听见的声波，考虑到经过解调、渲染和混音等处理后测试音频信号的频谱参数会发生合理变化，选取计算频带重心偏差与频带通量偏差作为参考量，有利于充分衡量音质保真度。

25、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：对耳机立体声效果进行质量评估，通过所述左、右耳解调音频模拟信号进行时域谱计算得到耳间响度差，通过左耳机频谱数据划分得到的高频频带数据和右耳机频谱数据划分得到的高频频带数据进行频域乘积计算得到频谱互相关函数，基于互相关函数的最大时延和频谱采样频率计算得到耳间时间差，通过耳间响度差和耳间时间计算得到立体声系数。

26、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：对耳机的主动降噪质量进行评估，对主动降噪模拟信号进行数字化处理得到左耳机和右耳机的主动降噪频谱数据，基于主动降噪频谱数据计算得到谱概率密度函数，通过频谱概率密度函数计算得到短时频谱熵，通过短时频谱熵进行反相噪声提取，将反相噪声与测试环境噪音进行叠加得到消声噪音，通过消声噪音的声场平均能量密度计算得到主动降噪系数。

27、作为本发明所述的一种耳机质量评估方法的一种优选方案，其中：将计算得到的丢包率、误码率、频带重心偏差、频带通量偏差、立体声系数和主动降噪系数输入指标加权评估模型，计算得到耳机质量最终评估结果，其计算表达式为：

28、；

29、其中，q表示最终评估结果，v表示距离索引，表示丢包率权值，表示左耳机与右耳机的平均丢包率，表示预期丢包率，表示误码率权值，表示左耳机与右耳机的平均误码率，表示预期误码率，表示频带重心偏差权值，表示频带重心偏差的绝对值，g表示重心偏差参数，表示频带通量偏差权值，表示频带通量偏差的绝对值，h表示通量偏差参数，表示立体声权值，表示立体声系数，表示主动降噪权值，表示主动降噪系数。

30、一种耳机质量评估系统系统，具体组成包括：干扰模块，测试模块，数据处理模块和终端模块；

31、所述干扰模块用于输出干扰信号和干扰噪音；

32、所述测试模块用于向耳机传输测试音源数据并调节耳机与信源端距离，并获取耳机接收的数据包、耳机输出的解调模拟信号和主动降噪模拟信号；

33、所述数据处理模块用于计算测试误码率与测试丢包率，通过预期误码率模型计算得到预期误码率，实现对耳机输出的解调音频模拟信号的数字化处理和频带划分，完成对频带重心、频带通量、立体声系数和主动降噪系数的计算，并通过指标加权评估模型输出评估结果；

34、所述终端模块用于输入执行命令并实时显示系统状态与反馈。

35、本发明的有益效果：通过信号干扰源有利于充分考察耳机在干扰条件下的信号接收质量，通过频带划分有利于精确考察耳机的音质保真度水平，通过一次质量评估和二次质量评估筛选出质量不合格的耳机并停止进一步评估，有利于降低计算复杂度和评估时间。通过指标加权评估模型将立体声系数和主动降噪系数作为耳机的加分项，充分体现高质量耳机与普通耳机的区别，有利于综合全面地评估耳机质量。