杂音消除方法、装置、设备及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种杂音消除方法、装置、设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.近年来，音频设备逐渐成为了人们生活中不可缺少的一部分。然而受音频信号和音频设备的扬声器自身结构影响，扬声器在播放音频信号时可能出现杂音，例如，当音频信号的振幅过大时，小型扬声器中振膜的速度或者振动量比较大，即使此时振膜的振幅没有超过扬声器的最大设计振幅，扬声器播放的音频信号也会出现杂音；例如，当扬声器的腔体较小时，扬声器在低频或者大振幅的音频信号的冲击下容易产生失真，导致播放的音频信号出现杂音；例如，当空气流摩擦扬声器的出声孔时，也可能导致出现气流杂音。
3.目前，对于音频信号的杂音消除主要是采用前馈处理的方法，该方法基于扬声器的力系数以及扬声器振膜的刚性等参数，确定滤波器增益并通过滤波器增益对音频信号进行前馈处理，以消除音频信号在播放时的杂音。然而，在采用以上方法进行杂音消除时，可能出现音频信号在播放时产生的杂音无法完全消除的情况，从而导致杂音消除的效果受到影响。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种杂音消除方法、装置、设备及计算机可读存储介质，旨在结合音频信号的音量对音频信号进行杂音消除，以提高杂音消除的效果。
5.提高大音量下扬声器输出音频信号的信号质量。
6.为实现上述目的，本发明提供一种杂音消除方法，所述杂音消除方法包括以下步骤：
7.获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
8.基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
9.基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
10.通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
11.可选地，所述基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益的步骤包括：
12.从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数；
13.通过所述目标杂音消除系数对所述基础增益进行处理得到滤波器增益。
14.可选地，在所述预设杂音消除系数与所述多个信号音量成正相关关系时，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音
消除系数的步骤包括：
15.若所述音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第一杂音消除系数为所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；
16.若所述音频信号音量小于所述第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第二杂音消除系数为多个所述预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数。
17.可选地，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数的步骤之前，还包括：
18.获取所述音频设备的声学参数，其中，所述声学参数包括所述音频设备的结构参数、所述音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值；
19.基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数。
20.可选地，所述基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数的步骤包括：
21.获取所述多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；
22.对于所述多个信号音量中任一信号音量，基于所述声学参数对所述基础杂音消除系数进行调整得到所述信号音量对应的所述预设杂音消除系数。
23.可选地，所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤包括：
24.提取所述输入音频信号的失真特征，并基于所述失真特征对所述输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，所述杂音识别结果用于表征播放所述输入音频信号时的杂音的信号特征；
25.基于所述杂音识别结果确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。
26.可选地，所述确定所述输入音频信号的音频信号音量的步骤之后，还包括：
27.检测所述音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；
28.若所述音频信号音量大于或者等于所述第二预设阈值，则执行所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。
29.为实现上述目的，本发明还提供一种杂音消除装置，所述杂音消除装置包括：
30.获取模块，用于获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
31.确定模块，用于基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
32.调整模块，用于基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
33.杂音消除模块，用于通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
34.为实现上述目的，本发明还提供一种杂音消除设备，所述杂音消除设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的杂音消除程序，所述杂音消除程序被所述处理器执行时实现如上所述的杂音消除方法的步骤。
35.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有杂音消除程序，所述杂音消除程序被处理器执行时实现如上所述的杂音消除方法的步骤。
36.本发明中，通过获取音频设备的输入音频信号，并确定输入音频信号的音频信号音量；基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；基于音频信号音量对基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，滤波器增益与音频信号音量成正相关关系；通过滤波器增益对输入音频信号进行处理，以消除播放输入音频信号时的杂音。
37.由于输入音频信号的信号音量越大时，扬声器中振膜的振动幅度越大，振膜位移越大，扬声器的功率超出扬声器的有效功率，导致扬声器失真程度越大，从而播放输入音频信号时的杂音越大。本发明根据输入音频信号的信号音量对基础增益进行调整，得到最终进行杂音消除的滤波器增益，也即，根据不同的信号音量确定对输入音频信号进行杂音消除的程度，其中，信号音量越大时，滤波器增益越大，从而滤波器输出的音频信号中用于抵消杂音的信号频段越多、幅值越大，对输入音频信号进行杂音消除的程度越大，使得大音量的输入音频信号播放时的杂音频段越少、幅值越低，从而提高杂音消除的效果。
附图说明
38.图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；
39.图2为本发明杂音消除方法第一实施例的流程示意图；
40.图3为本发明杂音消除方法一实施方式的流程示意图；
41.图4为本发明杂音消除装置较佳实施例的功能模块示意图。
42.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
43.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
45.需要说明的是，本发明实施例杂音消除设备，所述杂音消除设备可以是具有音频播放功能的音频设备，例如耳机、智能手机等设备，也可以是与音频设备建立通信连接的智能设备，例如个人计算机、服务器等设备，在此不做具体限制。
46.如图1所示，该杂音消除设备可以包括：处理器1001，例如cpu，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
47.本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对杂音消除设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
48.如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及杂音消除程序。操作系统是管理和控制设备硬件和软件资源的
程序，支持杂音消除程序以及其它软件或程序的运行。在图1所示的设备中，用户接口1003主要用于与客户端进行数据通信；网络接口1004主要用于与服务器建立通信连接；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的杂音消除程序，并执行以下操作：
49.获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
50.基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
51.基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
52.通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
53.进一步地，所述基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益的步骤包括：
54.从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数；
55.通过所述目标杂音消除系数对所述基础增益进行处理得到滤波器增益。
56.进一步地，在所述预设杂音消除系数与所述多个信号音量成正相关关系时，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数的步骤包括：
57.若所述音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第一杂音消除系数为所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；
58.若所述音频信号音量小于所述第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第二杂音消除系数为多个所述预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数。
59.进一步地，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数的步骤之前，还包括：
60.获取所述音频设备的声学参数，其中，所述声学参数包括所述音频设备的结构参数、所述音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值；
61.基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数。
62.进一步地，所述基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数的步骤包括：
63.获取所述多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；
64.对于所述多个信号音量中任一信号音量，基于所述声学参数对所述基础杂音消除系数进行调整得到所述信号音量对应的所述预设杂音消除系数。
65.进一步地，所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤包括：
66.提取所述输入音频信号的失真特征，并基于所述失真特征对所述输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，所述杂音识别结果用于表征播放所述输入音频信号时的杂音的信号特征；
67.基于所述杂音识别结果确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。
68.进一步地，所述确定所述输入音频信号的音频信号音量的步骤之后，处理器1001还可以用于调用存储器1005中存储的杂音消除程序，执行以下操作：
69.检测所述音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；
70.若所述音频信号音量大于或者等于所述第二预设阈值，则执行所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。
71.基于上述的结构，提出杂音消除方法的各个实施例。
72.参照图2，图2为本发明杂音消除方法第一实施例的流程示意图。
73.本发明实施例提供了杂音消除方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。在本实施例中，杂音消除方法的执行主体可以是具有音频播放功能的音频设备，例如耳机、智能手机等设备，也可以是与音频设备建立通信连接的智能设备，例如个人计算机、服务器等设备，在本实施例中并不做限制，以下为便于描述，省略执行主体进行各实施例的阐述。在本实施例中，所述杂音消除方法包括：
74.步骤s10，获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
75.近年来，音频设备逐渐成为了人们生活中不可缺少的一部分。然而受音频信号和音频设备的扬声器自身结构影响，扬声器在播放音频信号时可能出现杂音，例如，当音频信号的振幅过大时，扬声器中振膜的速度或者振动量比较大，即使此时振膜的振幅未超过最大设计振幅，扬声器播放的音频信号出现杂音；例如，当扬声器的腔体较小时，导致扬声器在低频或者大振幅的音频信号的冲击下容易产生失真，导致播放的音频信号出现杂音；例如，当空气流摩擦扬声器的出声孔时，也可能导致出现气流杂音。
76.尤其是对于音频设备中提及较小的便携式音频设备，例如，ar(augmented reality，增强现实)设备、vr(virtual reality，虚拟现实)设备、智能音频眼镜、挂脖式音箱、开放式耳机、手机和平板等便携式音频设备，此类便携式音频设备上通常设置的是小型扬声器，小型扬声器因其振膜和腔体较小，在低频、大振幅的音源的冲击下更容易产生大量失真，导致出现杂音。
77.通常情况下，音频信号中出现杂音的现象与音频信号的音量有关，音量越大杂音越大，容易产生杂音的频段也越多；音量越小，失真较小，杂音越不明显。因此，本实施例中，通过结合输入音频信号的信号音量，根据输入音频信号的信号音量确定对输入音频信号进行杂音消除的程度，使得在信号音量越大时，滤波器增益越大，对输入音频信号进行杂音消除的程度越大，从而提高杂音消除的效果。
78.具体地，本实施例中，获取输入音频设备的输入音频信号，并确定输入音频信号的信号音量(以下称为音频信号音量以示区分)。在一可行实施方式中，可以是基于输入音频信号的音频信号响度确定信号音量，本实施方式中，可以预先设置不同信号响度和信号音量之间的对应关系，从多个信号音量中确定与音频信号响度对应的信号音量为音频信号音量；在另一可行实施方式中，也可以是获取用户对音频设备操作的音量，将该音量作为音频信号音量，具体可以根据实际需求进行设置，在此不做限制。
79.步骤s20，基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
80.本实施例中，基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的增益，以下称为基础增益以示区分，本实施例中，基础增益指的是还没有基于音频信号音量处理处理过的增益。在具体实施方式中，基础增益可以根据常规的杂音消除方法确定，例如，在一可行实施方式中，当采用前馈滤波的方式进行杂音消除时，可以是将基于扬声器的力系数以及扬声器振膜的刚性等参数确定的增益作为基础增益，在此不做赘述。
81.步骤s30，基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
82.本实施例中，在确定音频信号音量和基础增益后，基于音频信号音量对基础增益进行调整，得到最终用于进行杂音消除的滤波器增益，其中，滤波器增益和音频信号音量成正相关关系。
83.在一可行实施方式中，可以是基于音频信号音量确定调整基础增益的系数(以下称为目标杂音消除系数以示区分)，通过该杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益，具体处理过程在此不做限制，处理得到的滤波器增益满足：滤波器增益和音频信号音量成正相关关系。
84.步骤s40，通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
85.确定滤波器增益后，通过滤波器增益对输入音频信号进行处理，得到与播放输入音频信号时的杂音幅值相等、相位相反的杂音消除信号，将杂音消除信号和输入音频信号通过扬声器一同进行播放，以通过杂音消除信号消除输入音频信号播放时产生的杂音。
86.进一步地，在一可行实施方式中，步骤s20，包括：
87.步骤s201，提取所述输入音频信号的失真特征，并基于所述失真特征对所述输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，所述杂音识别结果用于表征播放所述输入音频信号时的杂音的信号特征；
88.本实施方式中，提取输入音频信号的失真特征，并基于失真特征对输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果。其中，失真特征为输入音频信号中区别于非失真声音信号的失真独有特征，包括但不限于短时能量、梅尔倒谱系数等特征。杂音识别结果用于表征播放输入音频信号时的杂音的信号特征，具体可以包括产生杂音的频段及杂音峰值。
89.本实施方式中，对于杂音识别方法具体不做限制，可以包括但不限于门限法、深度学习法和决策树法等方法，在此不做赘述。
90.步骤s202，基于所述杂音识别结果确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。
91.本实施方式中，基于杂音识别结果确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。确定基础增益的具体方式可以参照步骤s10～s40，在此不做赘述。
92.进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤s10之后，还包括：
93.步骤s50，检测所述音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；
94.由于通常情况下，输入音频信号的杂音现象与音频信号音量有关，音频信号音量越大，杂音越大，容易产生杂音的频段也越多；音频信号音量越小，杂音越小，且越不明显。因此，本实施方式中，在进行杂音消除之前先确定输入音频信号的音频信号音量是否超出预设的第二预设阈值，对于音频信号音量小于第二预设阈值的输入音频信号不进行杂音消
除，以降低信号处理功耗和计算量。
95.步骤s60，若所述音频信号音量大于或者等于所述第二预设阈值，则执行所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。
96.本实施方式中，若音频信号音量大于或者等于第二预设阈值，则对输入音频信号进行杂音消除，也即，执行基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。本实施方式中，在确定音频信号音量大于或者等于第二预设阈值，也即，音频信号音量较大时，对输入音频信号进行杂音消除；在音频信号音量小于第二预设阈值，也即，音频信号音量较小时，不进行杂音消除。相比于在所有信号音量下均对输入音频信号进行杂音消除，本实施方式可以减少信号处理系统的计算量和功耗。
97.进一步地，在一可行实施方式中，可以基于音频设备所处外界环境的环境噪音进行杂音消除，具体地，基于音频设备所处外界环境的环境噪音进行杂音消除的过程可以是：获取音频设备所处外界环境的环境声音信号，并确定环境声音信号的环境噪声等级；获取音频设备的输入音频信号，并基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；基于噪声等级对基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，滤波器增益与噪声等级成负相关关系；通过滤波器增益对音频设备的输入音频信号进行处理，以消除播放输入音频信号时的杂音。
98.本实施方式中，基于噪声等级对基础增益进行调整得到滤波器增益的步骤可以包括：基于环境噪声等级和预设映射关系确定目标杂音消除系数(以下称为基于环境噪声等级得到的目标杂音消除系数)，其中，预设映射关系包括不同信号噪声等级与预设杂音消除系数之间的对应关系；通过基于环境噪声等级得到的目标杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益。
99.进一步地，在一可行实施方式中，还可以在基于信号音量进行杂音消除的同时，基于音频设备所处外界环境的环境噪音进行杂音消除，本实施方式中，可以根据实际需求对基于环境噪声等级得到的目标杂音消除系数，和，基于音频信号音量得到的目标杂音消除系数进行处理后，基于处理后的目标杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益，具体在此不做赘述。
100.本实施例中，通过获取音频设备的输入音频信号，并确定输入音频信号的音频信号音量；基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；基于音频信号音量对基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，滤波器增益与音频信号音量成正相关关系；通过滤波器增益对输入音频信号进行处理，以消除播放输入音频信号时的杂音。
101.本实施例实现了根据不同的信号音量确定对输入音频信号进行杂音消除的程度，其中，信号音量越大时，滤波器增益越大，从而滤波器输出的音频信号中用于抵消杂音的信号频段越多、幅值越大，对输入音频信号进行杂音消除的程度越大，使得大音量的输入音频信号播放时的杂音频段越少、幅值越低，从而提高杂音消除的效果。
102.进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明杂音消除方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤s30包括：
103.步骤s301，从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数；
104.本实施例中，预先设置多个信号音量，预设的信号音量可以是按照音频设备的音
量等级设置的信号音量，也可以是根据实际需求设置的信号音量，在此不做限制，针对每个信号音量分别预先设置预设杂音消除系数。
105.具体地，确定音频信号音量后，从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数。
106.步骤s302，通过所述目标杂音消除系数对所述基础增益进行处理得到滤波器增益。
107.本实施例中，通过目标杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益，目标杂音消除系数对基础增益进行的处理过程在此不做限制，具体可以根据目标杂音消除系数的形式以及基础增益的形式进行设置，处理得到的滤波器增益满足：滤波器增益和音频信号音量成正相关关系。
108.例如，在一可行实施方式中，当目标杂音消除系数大于0，并且随着信号音量的增大而减小，此时，为了使滤波器增益满足滤波器增益和音频信号音量成正相关关系，可以是通过基础增益除以目标杂音消除系数得到滤波器增益；在另一可行实施方式中，当目标杂音消除系数大于0，并且随着信号音量的增大而增大，此时，为了使滤波器增益满足滤波器增益和音频信号音量成正相关关系，可以是通过基础增益乘以目标杂音消除系数得到滤波器增益，也可以是通过基础增益加上目标杂音消除系数得到滤波器增益。在此不做限制。
109.进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤s301，包括：
110.步骤s3011，若所述音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第一杂音消除系数为所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；
111.本实施方式中，基于预先设置的第一预设阈值将音频信号音量分为大于或者等于第一预设阈值的大音量，和，小于第一预设阈值的非大音量。对于大音量的输入音频信号，需要提高杂音消除的程度，以提高杂音消除的效果，提高播放输入音频信号时的信号纯度，提升用户体验；对于非大音量的输入音频信号，降低杂音消除程度，以使播放输入音频信号时信号平稳，从而提升用户听感，提升用户体验。
112.具体地，本实施方式中，预设杂音消除系数与多个信号音量成正相关关系，并且，多个预设杂音消除系数包括大于或者等于1的第一杂音消除系数，和，小于1的第二杂音消除系数。可以理解的是，基于以上设置，本实施方式中采用目标杂音消除系数乘以基础增益得到滤波器增益的处理方式。
113.若音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则确定输入音频信号为大音量的信号，此时，从第一杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数，以使得随着音频信号音量的增大，提升杂音消除的程度，提高大音量的输入音频信号在播放时的信号纯度。
114.步骤s3012，若所述音频信号音量小于所述第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第二杂音消除系数为多个所述预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数。
115.若音频信号音量小于第一预设阈值，则确定输入音频信号为小音量的信号，从第二杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数，以避免杂音消除程度过
多，导致输入音频信号在播放时不平稳的情况发生。
116.本实施方式中，若信号音量小于第一预设阈值，则确定此时输入音频信号的信号音量为中等或者较小，此时可以对杂音消除的程度进行一定的一致，也即，从小于1的第二杂音消除系数中确定与信号音量对应的杂音消除系数。本实施方式使得在信号音量中等或者较小时，抑制杂音消除的程度，避免输入音频信号在播放时由于杂音消除导致不稳定，实现了提高用户的听感。
117.进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤s301之前，还包括：
118.步骤s303，获取所述音频设备的声学参数，其中，所述声学参数包括所述音频设备的结构参数、所述音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值；
119.本实施方式中，基于音频设备的结构和音频设备的信号处理参数确定预设杂音消除系数，使得各个预设杂音消除系数更符合扬声器的结构，从而使得基于目标杂音消除系数对输入音频信号进行处理时，可以消除由于音频设备的设备结构或者处理参数引起的杂音，从而进一步提高音频设备的杂音消除程度。
120.具体地，获取音频设备的声学参数，声学参数包括音频设备的结构参数、音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值。具体地，音频设备的结构参数可以包括：扬声器的结构参数和/或者音频设备的壳体结构参数，信号处理参数具体可以是drc(dynamic range control，动态范围控制)模块的模块参数，例如，gain(增益)、ratio(信号的压缩比率)、attack time(增益值从开始生效到最终稳定所需的时间)等参数，具体可以根据实际需求进行设置，在此不做限制。
121.步骤s304，基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数。
122.本实施方式中，基于声学参数确定多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数。在一可行实施方式中，可以是获取多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；在各个基础杂音消除系数的基础上基于声学参数进行调整得到各个信号音量对应的预设杂音消除系数；在另一可行实施方式中，也可以是采用深度学习的方式，基于各个声学参数得到不同信号音量各自的预设杂音消除系数，具体在此不做赘述。
123.进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤s304，包括：
124.步骤s3041，获取所述多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；
125.本实施方式中，获取多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数，基础杂音消除系数可以根据实际需求进行设置。
126.步骤s3042，对于所述多个信号音量中任一信号音量，基于所述声学参数对所述基础杂音消除系数进行调整得到所述信号音量对应的所述预设杂音消除系数。
127.对于多个信号音量中任一信号音量，基于声学参数对基础杂音消除系数进行调整得到信号音量对应的预设杂音消除系数。其中，对基础杂音消除系数的调整方向取决于声学参数的具体声学性质，对于取值越大导致输入音频信号的杂音越大的声学参数，对基础杂音消除系数进行与声学参数同向的调整，也即，随着声学参数的取值增大，增大基础杂音消除系数得到预设消除系数，此时，预设消除系数与该类声学参数成正相关关系；对于取值越大导致输入音频信号越小的声学参数，对基础杂音消除系数进行与声学参数反向的调整，也即，随着声学参数取值的增大，减小基础杂音消除系数得到预设消除系数，此时，预设
消除系数与该类声学参数成负相关关系。在此不限制作为基础杂音消除系数的调整依据的声学参数。
128.示例性地，在一可行实施方式中，声学参数包括扬声器的结构参数且具体包括扬声器振膜的最大设计位移时，最大设计位移越小，瞬时音源冲击越容易导致的位移过大振膜触底出现杂音增多，此时，为减少杂音，可以设置最大设计位移越小，预设杂音消除系数越大，使得滤波器增益越大。
129.在另一可行实施方式中，声学参数包括扬声器的结构参数且具体包括扬声器腔体的尺寸时，腔体较小，在低频或大振幅的音源的冲击下容易擦碰产生杂音，此时，为减少杂音，可以设置腔体尺寸越小，预设杂音消除系数越大，使得滤波器增益越大，从而提高杂音消除的程度。
130.在另一可行实施方式中，声学参数包括扬声器的结构参数且具体包括bl(单体力系数)时，bl系数越大，在低频或大振幅的音源的冲击下振膜的位移越大，容易发生位移过大振膜触底杂音增多的情况，此时，为减少杂音，可以设置bl系数越大，预设杂音消除系数越大，使得滤波器增益越大，从而提高杂音消除的程度。
131.在另一可行实施方式中，声学参数包括音频设备的壳体结构参数且具体包括音频设备出声孔的尺寸时，出声孔越小，声波进出时越容易摩擦产生气流杂音，此时，为减少杂音，可以设置出声孔尺寸越小，预设杂音消除系数越大，从而使得滤波器增益越大。
132.在另一可行实施方式中，声学参数包括信号处理参数且具体包括drc模块中的gain和/或者ratio时，drc模块参数越小，在有瞬时大信号的冲击时越容易产生杂音，此时，为减少杂音，可以设置drc模块参数越小，预设杂音消除系数越大，使得滤波器增益越大，从而提高杂音消除的程度。
133.在另一可行实施方式中，声学参数包括信号处理参数且具体包括drc模块中的attack time时，attack time设置得越大，滤波器增益的生效到稳定的时间越长，也即，杂音消除的时间越长，此时，为了提高杂音消除的效果，可以设置attack time越大，预设杂音消除系数越大，使得滤波器增益越大，从而提高杂音消除的程度。
134.在另一可行实施方式中，声学参数包括相邻两个信号音量之间的响度差值时，响度差值越大，每一级音量之间的输出差距越大，随着信号音量的增大越容易出现杂音，此时，为减少杂音，需要相邻两个信号音量之间的响度差值越大，对应相邻的预设杂音消除系数差值越大，滤波器增益适应于使得音频信号音量，提高杂音消除的效果。
135.进一步地，在一可行实施方式中，可以是以多个声学参数作为调整依据对基础杂音消除系数进行调整，本实施方式中，由于每个声学参数对输入音频信号的杂音影响程度可能不同，因此基于每个声学参数对基础杂音消除系数的调整程度可以不同。
136.本实施例中，通过从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数；通过目标杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益。本实施例实现了根据不同的信号音量确定对输入音频信号进行杂音消除的程度，其中，信号音量越大时，滤波器增益越大，从而滤波器输出的音频信号中用于抵消杂音的信号频段越多、幅值越大，对输入音频信号进行杂音消除的程度越大，使得大音量的输入音频信号播放时的杂音频段越少、幅值越低，从而提高杂音消除的效果。
137.示例性地，在一可行实施方式中，参照图3，杂音消除的具体流程可以是：
138.获取用户选择的系统音量作为音频信号音量(也即获取音频设备的输入音频信号，并确定输入音频信号的音频信号音量)。
139.设置启用算法的门限值m(也即第二预设阈值)。判断用户选择的系统音量等级是否大于设定的m，若用户选择的系统音量等级小于m，则不进行杂音消除，关闭杂音消除算法模块直接输出声信号，以节省系统计算量和功耗。
140.若用户选择的系统音量等级大于或等于m，则开启杂音消除算法模块进行杂音消除(也即，检测音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；若音频信号音量大于或者等于第二预设阈值，则执行基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤)。
141.在杂音消除模块中，首先对输入音频信号进行失真特征提取，得出输入音频信号中区别于正常声音信号的失真特征，包括但不限于短时能量、梅尔倒谱系数等。基于提取的失真特征，对输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，杂音识别结果包括但不限于产生杂音的频段及杂音峰值，基于杂音识别结果确定音频设别的杂音消除滤波器的增益。其中，杂音识别的方法包括但不限于门限法、深度学习法、决策树法等方法(也即，提取输入音频信号的失真特征，并基于失真特征对输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，杂音识别结果用于表征播放输入音频信号时的杂音的信号特征；基于杂音识别结果确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益)。
142.根据音频信号音量确定杂音消除滤波器的增益的系数α，使用α乘以杂音消除滤波器的增益计算得到最终进行杂音消除的增益，并通过该增益对输入音频信号进行处理(也即，多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数；通过目标杂音消除系数对基础增益进行处理得到滤波器增益；通过滤波器增益对输入音频信号进行处理，以消除播放输入音频信号时的杂音)。
143.其中，每个信号音量下都设置一个系数α，α的取值大于0，并且随着信号音量的增大，α逐渐增大。具体可以如下表1所示：
144.表1信号音量与增益的系数α对应关系表
145.信号音量增益的系数α0-m算法不开启mα1m+1α2m+2α3＝1m+3α4m+4α5
……
满级αn
146.如上表1所示，当信号音量大于m，设置α》1，以增大默认增益，保证在大音量时杂音压制效果，提高输入音频信号播放时的纯净度；当信号音量小于m，设置0《α《1，以降低默认增益，保证在压制杂音的同时输入音频信号播放时的平稳度(也即，在预设杂音消除系数与多个信号音量成正相关关系时，若音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，第一杂音消除系数为
多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；若音频信号音量小于第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，第二杂音消除系数为多个预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数)。
147.进一步地，在一可行实施方式中，还可以基于环境噪声等级进行杂音消除，具体过程可以是：在环境噪声检测模块中利用麦克风检测环境噪声大小l；设置启用杂音消除模块的环境噪声门限值m1；判断环境噪声与门限值的大小，若l≥m1，则不启用杂音消除，因为此时播放音乐时设备中出现的杂音往往会掩盖在大的背景噪声中而不可闻，因此可不开启杂音消除，以达到节省系统计算量和功耗的目的；若l《m1，则启用杂音消除。
148.进一步地，在一可行实施方式中，还可以是结合音频信号音量和环境噪声等级对输入音频信号进行处理，通过根据实际需求设置m、m1的具体取值，从而确定开启基于音频信号音量进行杂音消除、和/或者，基于环境噪声等级进行杂音消除的具体场景，具体可以根据实际需求进行设置，在此不做限制，例如，在一实施方式中，可以设置m为3，m1为5，此时，若环境噪声等级大于5并且音频信号音量小于3，则可以不开启杂音消除；若环境噪声等级大于5并且音频信号音量大于3，此时，可以开启基于音频信号音量进行杂音消除的模式，关闭基于环境噪声等级进行杂音消除的模式。
149.此外，本发明实施例还提出一种杂音消除装置，参照图4，所述杂音消除装置包括：
150.获取模块10，用于获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
151.确定模块20，用于基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
152.调整模块30，用于基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
153.杂音消除模块40，用于通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
154.进一步地，所述调整模块30还用于：
155.获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；
156.基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；
157.基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；
158.通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。
159.进一步地，所述调整模块30还用于：
160.从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数；
161.通过所述目标杂音消除系数对所述基础增益进行处理得到滤波器增益。
162.进一步地，在所述预设杂音消除系数与所述多个信号音量成正相关关系时，所述调整模块30还用于：
163.若所述音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定
与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第一杂音消除系数为所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；
164.若所述音频信号音量小于所述第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第二杂音消除系数为多个所述预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数。
165.进一步地，所述调整模块30还用于：
166.获取所述音频设备的声学参数，其中，所述声学参数包括所述音频设备的结构参数、所述音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值；
167.基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数。
168.进一步地，所述调整模块30还用于：
169.获取所述多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；
170.对于所述多个信号音量中任一信号音量，基于所述声学参数对所述基础杂音消除系数进行调整得到所述信号音量对应的所述预设杂音消除系数。
171.进一步地，所述确定模块20还用于：
172.提取所述输入音频信号的失真特征，并基于所述失真特征对所述输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，所述杂音识别结果用于表征播放所述输入音频信号时的杂音的信号特征；
173.基于所述杂音识别结果确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。
174.进一步地，所述杂音消除装置还包括检测模块，用于：
175.检测所述音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；
176.若所述音频信号音量大于或者等于所述第二预设阈值，则执行所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。
177.本发明杂音消除装置各实施例，均可参照本发明杂音消除方法各个实施例，此处不再赘述。
178.此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有杂音消除程序，所述杂音消除程序被处理器执行时实现如下所述的杂音消除方法的步骤。
179.本发明杂音消除设备和计算机可读存储介质各实施例，均可参照本发明杂音消除方法各个实施例，此处不再赘述。
180.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
181.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
182.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上述实施例方法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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服
务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
183.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种杂音消除方法，其特征在于，所述杂音消除方法包括以下步骤：获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。2.如权利要求1所述的杂音消除方法，其特征在于，所述基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益的步骤包括：从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数；通过所述目标杂音消除系数对所述基础增益进行处理得到滤波器增益。3.如权利要求2所述的杂音消除方法，其特征在于，在所述预设杂音消除系数与所述多个信号音量成正相关关系时，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数的步骤包括：若所述音频信号音量大于或者等于第一预设阈值，则从第一杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第一杂音消除系数为所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数中大于或者等于1的预设杂音消除系数；若所述音频信号音量小于所述第一预设阈值，则从第二杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数，其中，所述第二杂音消除系数为多个所述预设杂音消除系数中小于1的预设杂音消除系数。4.如权利要求2所述的杂音消除方法，其特征在于，所述从多个信号音量各自对应的预设杂音消除系数中确定与所述音频信号音量对应的目标杂音消除系数的步骤之前，还包括：获取所述音频设备的声学参数，其中，所述声学参数包括所述音频设备的结构参数、所述音频设备的信号处理参数和/或者相邻两个信号音量之间的响度差值；基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数。5.如权利要求4所述的杂音消除方法，其特征在于，所述基于所述声学参数确定所述多个信号音量各自对应的所述预设杂音消除系数的步骤包括：获取所述多个信号音量各自对应预设的基础杂音消除系数；对于所述多个信号音量中任一信号音量，基于所述声学参数对所述基础杂音消除系数进行调整得到所述信号音量对应的所述预设杂音消除系数。6.如权利要求1所述的杂音消除方法，其特征在于，所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤包括：提取所述输入音频信号的失真特征，并基于所述失真特征对所述输入音频信号进行杂音识别得到杂音识别结果，其中，所述杂音识别结果用于表征播放所述输入音频信号时的杂音的信号特征；基于所述杂音识别结果确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益。7.如权利要求1至6中任一项所述的杂音消除方法，其特征在于，所述确定所述输入音
频信号的音频信号音量的步骤之后，还包括：检测所述音频信号音量是否大于或者等于第二预设阈值；若所述音频信号音量大于或者等于所述第二预设阈值，则执行所述基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益的步骤。8.一种杂音消除装置，其特征在于，所述杂音消除装置包括：获取模块，用于获取音频设备的输入音频信号，并确定所述输入音频信号的音频信号音量；确定模块，用于基于所述输入音频信号确定所述音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；调整模块，用于基于所述音频信号音量对所述基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，所述滤波器增益与所述音频信号音量成正相关关系；杂音消除模块，用于通过所述滤波器增益对所述输入音频信号进行处理，以消除播放所述输入音频信号时的杂音。9.一种杂音消除设备，其特征在于，所述杂音消除设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的杂音消除程序，所述杂音消除程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的杂音消除方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有杂音消除程序，所述杂音消除程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的杂音消除方法的步骤。

技术总结
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种杂音消除方法、装置、设备及计算机可读存储介质，方法包括：获取音频设备的输入音频信号，并确定输入音频信号的音频信号音量；基于输入音频信号确定音频设备的杂音消除滤波器的基础增益；基于音频信号音量对基础增益进行调整得到滤波器增益，其中，滤波器增益与音频信号音量成正相关关系；通过滤波器增益对输入音频信号进行处理，以消除播放输入音频信号时的杂音。本发明实现了结合音频信号的音量对音频信号进行杂音消除，提高了杂音消除效果。提高了杂音消除效果。提高了杂音消除效果。


技术研发人员：赵玉萍 刘广升 吴劼 安康 黄若舟 尹建朋 朱宗霞 谢荣良 周宇
受保护的技术使用者：歌尔科技有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/15