《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》是歌爾聲學股份有限公司於2011年8月10日申請的專利，該專利的公布號為CN102300140B，申請號為2011102290039，授權公布日為2013年12月18日，發明人是劉崧、李波、趙劍。
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》提供了一種通信耳機的語音增強方法，包括送話端降噪處理和受話端降噪處理兩部分，其中，送話端降噪處理部分包括：通過比較通信耳機的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定耳機的佩戴狀態；如果耳機正常佩戴，則先對聲音信號進行多麥克風降噪，然後通過單通道降噪進一步抑制殘留的穩態噪聲；否則，直接通過單通道降噪抑制聲音信號中的穩態噪聲。該發明有效復用多個麥克風拾取到的信號，同時在通信耳機送、受話端分別採用聲學信號處理和主動噪聲控制方法實現語音增強，保證噪聲環境下，近端和遠端語音的高信噪比，為通信雙方提供高清晰度和可懂度的語音信號。
2018年12月20日，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名： 一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機
- 公告號：CN102300140B
- 授權日：2013年12月18日
- 申請號：2011102290039
- 申請日：2011年8月10日
- 申請人：歌爾聲學股份有限公司
- 地址：山東省濰坊市高新技術產業開發區東方路268號
- 發明人：劉崧、李波、趙劍
- Int.Cl.：G10L21/0208(2013.01)I; H04R1/10(2006.01)I
- 代理機構：北京鴻元智慧財產權代理有限公司
- 代理人：林錦輝
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
社會信息化程度的提高使得人們能隨時隨地的進行通信和交流，各種各樣的通信設備和技術的廣泛套用極大地方便了人們的生活和提高了工作效率。然而社會的發展帶來的一個比較嚴重的問題是噪聲問題，在噪聲環境中進行通信，嚴重影響到通信語音的清晰度和可懂度，當噪聲高到一定程度時，不但通信無法進行，而且會對人的聽力和身心健康產生傷害。
針對在強噪聲背景下進行通信問題，現有的技術解決方案從以下兩個方面來進行降噪處理：一方面是在通信耳機送話端採用聲學信號處理技術提高麥克風拾取的語音信號的信噪比，使得遠端用戶能夠聽清通信耳機使用者的講話。另一方面需要在通信耳機受話端提高受話端語音的信噪比，使得近端耳機佩戴者能夠聽清遠端用戶送過來的語音信號。
截至2011年8月10日，常用的通信耳機送話端的語音增強方法主要是採用單個或多個普通麥克風拾取信號，然後通過聲學信號處理方法來達到語音增強的目的。
單個麥克風語音增強一般稱之為單通道譜減語音增強技術（參見中國發明專利申請公開說明書CN1684143A，CN101477800A），這種技術一般通過對歷史數據的分析來估計當前語音中穩態噪聲的能量，然後通過頻譜相減的方法消除語音中的噪聲來達到語音增強的目的，但是這種方法只能抑制穩態的噪聲（如白噪聲），而且降噪量有限，降噪量過大就會損害語音，對於非穩態噪聲（如周圍的語音噪聲，敲擊噪聲）不能準確估計其能量，因此不能被有效消除。
另一種可以有效的抑制非穩態噪聲的方法是採用兩個或多個麥克風組成的麥克風陣列語音增強技術（參見中國發明專利申請公開說明書CN101466055A，CN1967158A），這種技術通常是用一個麥克風接收到的信號作為參考信號，通過自適應濾波的方法實時估計並抵消另外一個麥克風拾取信號中的噪聲成分，保留語音成分，從而達到語音增強的目的，多麥克風技術可以抑制非穩態噪聲而且降噪量大於單麥克風技術。但是這種方法需要準確檢測語音狀態，否則語音有可能會被當作噪聲被消除。
截至2011年8月10日的一些多麥克風技術是利用指向性麥克風（參見中國發明專利申請公開說明書CN101466055A）或多個麥克風形成指向性（參見中國發明專利申請公開說明書CN101466056A）對來自特定方向的語音進行檢測，這種方法只適用於麥克風陣列形狀固定、且與使用者的相對位置或方向固定的情況。當用戶偏離麥克風陣列的指向範圍，或麥克風陣列形狀位置發生變化導致麥克風陣列的指向偏離用戶時，語音就會被當作噪聲抑制。如圖1所示的麥克風裝配在耳機軟線上的情形。
在圖1所示的通信耳機中，麥克風112設定在耳機軟線上，在具體套用過程中，這種耳機麥克風相對於使用者的嘴是不固定的，並且與設定在耳機上其他部位的麥克風所構成的麥克風陣列的形狀也不固定，通話時使用者會將軟線上的麥克風拿到嘴邊的任意位置，當用戶把麥克風拿到麥克風陣列的指向性範圍外，語音就會被當成噪聲來處理，此時利用麥克風陣列的指向性就不能準確檢測到語音。
常用的通信耳機受話端的語音增強方法主要採用兩種技術。一種是採用自動音量控制技術（參見中國發明專利申請公開說明書CN1507293A），即外界噪聲高的時候自動提高輸出給揚聲器單元的功率，這是一種被動的方法，受限於揚聲器單元本身的功率及入耳式耳塞饋入人耳聲壓的行業標準，揚聲器單元的音量不可能無限制的提高，另外揚聲器發出的高強度的語音對使用者本身的聽力和身心健康也會產生傷害。另外一種方法是把傳統的主動/被動相結合的噪聲控制技術（參見中國發明專利申請公開說明書CN101432798A）套用於通信耳機，這種耳機分頭戴式和耳塞型兩種，耳塞型耳機一般採用皮套和人耳進行密封性的耦合形式，一方面通過材料的吸聲和隔聲來降低中、高頻噪聲，另一方面通過主動噪聲控制技術有效的降低低頻（主要在300赫茲以下）噪聲，從而實現在全頻帶對外界噪聲較好的控制效果，可以較有效的提升通信耳機受話端語音的信噪比。
但是長期佩戴密封式的耳塞型通信耳機，使用者會有耳道內外氣壓不均衡的感覺，因此，佩戴的舒適性是制約這種結構的主動降噪技術不能廣泛套用於通信耳機的主要原因。
另外，在強噪聲環境下進行通信，需要同時對送、受話端語音進行降噪增強（參見中國發明專利CN101853667A），這種分別在送話端提供自適應濾波加單通道降噪和在受話端提供封閉式反饋主動降噪來實現通信雙方的語音增強技術，除了分別在送、受話端存在前述提到的套用局限性之外，由於其近端自適應濾波的噪聲參考信號取自受話端的封閉式反饋主動噪聲控制系統，也存在無法保證噪聲相關性和因果性的問題。
發明內容
專利目的
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的目的是提供一種復用多個麥克風所採集到的信號來進行語音增強和降噪的技術。
技術方案
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》送話端的語音增強技術根據多個麥克風拾取到的語音信號能量差異來識別耳機的佩戴狀態，從而選擇不同的降噪處理方法，以保證無論耳機如何佩戴，語音都不會受到損傷，而且在耳機正常佩戴時，可以提供很好的降噪效果。而受話端採用非封閉式前饋主動噪聲控制技術，降噪的同時保證了耳機佩戴的舒適性。
根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個方面，提供了一種通信耳機的語音增強方法，該通信耳機包括由至少兩個麥克風構成的送話端和由至少一個麥克風及一個揚聲器構成的受話端，所述方法復用多個麥克風信號在所述通信耳機的送話端和受話端分別提供降噪處理，其中，在所述送話端的降噪處理包括：
通過比較所述通信耳機的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定所述通信耳機的佩戴狀態；如果所述能量差異大於第一預置閾值，確定所述通信耳機正常佩戴，則先對所述聲音信號進行多麥克風降噪，然後通過單通道降噪進一步抑制殘留的穩態噪聲；否則，確定所述通信耳機非正常佩戴，直接通過單通道降噪抑制所述聲音信號中的穩態噪聲。
其中，優選的方案是，在對所述聲音信號進行多麥克風降噪的過程中，具體包括：通過比較所述聲音信號中各頻率成分的能量差異來區分所述聲音信號中的語音信號成分和噪聲信號成分；對所述噪聲信號成分進行衰減處理。
根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的另一方面，提供了一種通信耳機，所述通信耳機包括由至少兩個麥克風構成的送話端和由至少一個麥克風和一個揚聲器構成的受話端，以及送話端降噪處理單元和受話端降噪處理單元，其中，所述送話端降噪處理單元包括：
佩戴狀態確定模組，用於通過比較構成送話端的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定所述通信耳機的佩戴狀態，如果所述能量差異大於第一預置閾值，確定所述通信耳機正常佩戴，否則，確定所述通信耳機非正常佩戴；
多麥克風降噪模組，用於在所述通信耳機正常佩戴時，對所述聲音信號進行多麥克風降噪處理；
單通道降噪模組，用於在所述多麥克風降噪模組對所述聲音信號進行降噪處理後，進一步抑制殘留的穩態噪聲，以及，在所述通信耳機非正常佩戴時，直接對所述聲音信號中的穩態噪聲進行抑制處理。
根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的另一方面，提供了一種語音增強裝置，包括送話端降噪處理單元和受話端降噪處理單元，其中，所述送話端降噪處理單元包括：
送話端降噪模式確定模組，用於通過比較構成所述送話端的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定所述送話端的降噪模式；
多麥克風降噪模組，用於在所述能量差異大於第一預置閾值時，對所述聲音信號進行多麥克風降噪處理；
單通道降噪模組，用於在所述多麥克風降噪模組對所述聲音信號進行降噪處理後，進一步抑制殘留的穩態噪聲，以及，在所述能量差異小於等於所述第一預置閾值，直接對所述聲音信號中的穩態噪聲進行抑制處理。
另外，在受話端，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的耳塞設計為非封閉式的入耳結構，以保證長期佩戴的舒適性，同時在非封閉式耳機上實現前饋主動噪聲控制技術，在語音頻帶上實現降噪，保證受話端語音的高信噪比。
在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個優選實施方式中，還增加了嘯叫檢測單元以通過對送話端所拾取的聲音信號的變化及時調整受話端的降噪處理方式，從而增加系統的魯棒性。
利用上述根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的通信耳機的語音增強方法、通信耳機以及語音增強裝置，可以有效復用多個麥克風拾取到的信號，同時在通信耳機送、受話端採用聲學信號處理方法實現語音增強，保證噪聲環境下，近端和遠端語音的高信噪比，為通信雙方提供高清晰度和可懂度的語音信號。
為了實現上述以及相關目的，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個或多個方面包括後面將詳細說明並在權利要求中特別指出的特徵。下面的說明以及附圖詳細說明了《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的原理的各種方式中的一些方式。此外，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。
附圖說明
通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容，並且隨著對《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的更全面理解，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的其它目的及結果將更加明白及易於理解。在附圖中：
圖1為截至2011年8月10日技術中麥克風在通信耳機上的裝配結構示意圖；
圖2為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的通信耳機的結構示意圖；
圖3為《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的通信耳機的系統結構示意圖；
圖4為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的通信耳機的語音增強方法中送話端降噪處理部分的流程圖；
圖5為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的送話端降噪處理單元的邏輯結構示意圖；
圖6為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的通信耳機的語音增強方法中受話端降噪處理部分的流程圖；
圖7為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的受話端降噪處理單元的邏輯結構示意圖；
圖8為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的耳機正常佩戴狀態示意圖；
圖9為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的耳機非正常佩戴狀態示意圖。
在所有附圖中相同的標號指示相似或相應的特徵或功能。
技術領域
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》涉及語音增強降噪技術領域，更為具體地，涉及一種通過復用多個麥克風所拾取的聲音信號在通信耳機的送、受話端提供降噪的語音增強方法和裝置，以及一種降噪通信耳機。
權利要求
1.一種通信耳機的語音增強方法，所述通信耳機包括由至少兩個麥克風構成的送話端和由至少一個麥克風及一個揚聲器構成的受話端，所述方法復用多個麥克風信號在所述通信耳機的送話端和受話端分別提供降噪處理，其特徵在於，在所述送話端的降噪處理包括：通過比較構成送話端的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定所述通信耳機的佩戴狀態；如果所述能量差異大於第一預置閾值，確定所述通信耳機正常佩戴，則先對所述聲音信號進行多麥克風降噪，然後通過單通道降噪進一步抑制殘留的穩態噪聲；否則，確定所述通信耳機非正常佩戴，直接通過單通道降噪抑制所述聲音信號中的穩態噪聲；其中，所述通信耳機的入耳部分採用非封閉式耳塞結構，正常佩戴狀態下所述通信耳機的揚聲器與人耳耳道之間的耦合位置相對固定；並且，在所述受話端降噪處理包括：利用構成所述受話端的麥克風拾取噪聲信號；根據所述噪聲信號確定反噪聲信號；將所述反噪聲信號與所述受話端接收的語音信號混合後通過構成受話端的揚聲器饋入人耳。
2.如權利要求1所述的通信耳機的語音增強方法，其中，在對所述聲音信號進行多麥克風降噪的過程中，具體包括：通過比較所述聲音信號中各頻率成分的能量差異來區分所述聲音信號中的語音信號成分和噪聲信號成分；對所述噪聲信號成分進行衰減處理。
3.如權利要求2所述的通信耳機的語音增強方法，其中，在通過比較所述聲音信號中各頻率成分的能量差異來區分所述聲音信號中的語音信號成分和噪聲信號成分的過程中，如果所述聲音信號中某頻率成分的能量差異大於第二預置閾值，則將能量差異大於所述第二預置閾值的該頻率成分作為語音信號成分；如果所述聲音信號中某頻率成分的能量差異小於等於所述第二預置閾值，則將能量差異小於等於所述第二預置閾值的該頻率成分作為噪聲信號成分。
4.如權利要求1所述的通信耳機的語音增強方法，其中，在通過單通道降噪抑制穩態噪聲的過程中，具體包括：利用平滑平均的方法統計出所述聲音信號中各頻率的噪聲能量；在所述聲音信號中去除所述噪聲能量。
5.如權利要求1所述的通信耳機的語音增強方法，其中，在根據所述噪聲信號確定反噪聲信號的過程中，首先利用反相器對所述噪聲信號進行反相處理，確定初級反噪聲信號；然後利用相位補償器在音頻範圍內對所述初級反噪聲信號的相位進行修正和調整，確定與所述噪聲信號的相位完全反相的反噪聲信號，其中所述相位補償器包括採用雙T型網路實現的有源濾波器，用來補償低頻部分由於非封閉式結構導致的低頻相位損失。
6.如權利要求1所述的通信耳機的語音增強方法，其中，所述方法還包括檢測並抑制嘯叫的處理，具體包括：如果在所述通信耳機的麥克風拾取的聲音信號的頻譜中某一頻率點的能量比其他頻帶的能量高出預設值，並且所述頻率點的能量不斷增加，則自主調整對所述受話端的降噪處理。
7.一種通信耳機，所述通信耳機包括由至少兩個麥克風構成的送話端和由至少一個麥克風和一個揚聲器構成的受話端，以及送話端降噪處理單元和受話端降噪處理單元，其特徵在於，所述送話端降噪處理單元包括：佩戴狀態確定模組，用於通過比較構成所述送話端的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定所述通信耳機的佩戴狀態，如果所述能量差異大於第一預置閾值，確定所述通信耳機正常佩戴，否則，確定所述通信耳機非正常佩戴；多麥克風降噪模組，用於在所述通信耳機正常佩戴時，對所述聲音信號進行多麥克風降噪處理；單通道降噪模組，用於在所述多麥克風降噪模組對所述聲音信號進行降噪處理後，進一步抑制殘留的穩態噪聲，以及，在所述通信耳機非正常佩戴時，直接對所述聲音信號中的穩態噪聲進行抑制處理；其中，所述通信耳機的入耳部分採用非封閉式耳塞結構，正常佩戴狀態下所述通信耳機的揚聲器與人耳耳道之間的耦合位置相對固定；並且，所述受話端降噪處理單元包括：噪聲信號拾取模組，用於利用構成所述受話端的麥克風拾取噪聲信號；反噪聲信號確定模組，用於根據所述噪聲信號確定反噪聲信號；輸出信號混合模組，用於將所述反噪聲信號與所述受話端接收的語音信號混合後通過構成受話端的揚聲器饋入人耳。
8.如權利要求7所述的通信耳機，其中，所述多麥克風降噪模組進一步包括：聲音信號成分區分模組，用於通過比較所述聲音信號中各頻率成分的能量差異來區分所述聲音信號中的語音信號成分和噪聲信號成分；噪聲信號衰減模組，用於對所述噪聲信號成分進行衰減處理。
9.如權利要求7所述的通信耳機，其中，所述單通道降噪模組進一步包括：噪聲能量統計模組，用於利用平滑平均的方法統計出所述聲音信號中各頻率的噪聲能量；噪聲能量去除模組，用於在所述聲音信號中去除所述噪聲能量。
10.如權利要求7所述的通信耳機，其中，所述反噪聲信號確定模組進一步包括：反相器，用於對所述噪聲信號進行反相處理，確定初級反噪聲信號；相位補償器，用於在音頻範圍內對所述初級反噪聲信號的相位進行修正和調整，確定與所述噪聲信號的相位完全反相的反噪聲信號，並且採用包括雙T型網路實現的有源濾波器，用來補償低頻部分由於非封閉式結構導致的低頻相位損失。
11.如權利要求7所述的通信耳機，所述通信耳機進一步包括：嘯叫檢測單元，用於在所述通信耳機的麥克風所拾取的聲音信號的頻譜中某一頻率點的能量相比於其他頻帶的能量高出預設值、並且所述頻率點的能量不斷增加時，通過控制信號自主調整對所述受話端的降噪處理。
實施方式
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》所提供的通信耳機的語音增強方法的關鍵在於有效復用麥克風陣列所採集到的聲音信號，在通信耳機送、受話端分別採用多麥克風語音增強技術和非封閉式前饋主動噪聲控制技術用來提高噪聲環境下通信耳機送、受話端語音的信噪比，保證通信語音的清晰度和可懂度。
其中，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》在送話端提出結合用戶佩戴狀態識別的多麥克降噪技術，此技術不需要利用麥克風指向性來檢測語音，而是通過檢測麥克風所拾取的聲音信號中主信號和參考信號的能量差異來識別不同的用戶佩戴狀態來相對應採用不同的降噪方法，從而保證在麥克風位置或形狀不固定時降噪處理不會損傷語音。在受話端，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》採用非封閉式前饋主動噪聲控制技術，保證佩戴舒適性的同時有效降低語音頻帶內的噪聲信號。
以下將結合附圖對《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的具體實施例進行詳細描述。
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》所提供的通信耳機的語音增強方法從送話端和受話端兩方面進行降噪處理，由於《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》是在復用麥克風所採集到的聲音信號的基礎上進行降噪處理，所以《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》所套用的通信耳機中包括由至少兩個麥克風構成的送話端、由至少一個麥克風和一個揚聲器構成的受話端以及對聲音信號進行降噪處理的主機。圖2為套用《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個通信耳機實施例的結構示意圖。
如圖2所示，該實施例所套用的通信耳機的入耳部分採用傳統的非封閉入耳式耳塞結構，能夠與耳朵較好耦合，提供佩戴的牢固性，又不會完全密封住耳道，保證長期佩戴的舒適性。通信耳機包括送話端、受話端、耳機線和主機230，其中，送話端利用三個麥克風所採集到的信號，麥克風212設定在耳機線上，麥克風214和216分別設定在耳機支桿的背部，開孔朝外。受話端包括兩個麥克風214和216及兩個揚聲器224和226。
在這種通信耳機中，在耳機正常佩戴通話時使用者會把安裝在耳機線上的麥克風拿到嘴邊（如圖8所示），由於此麥克風212與嘴部距離較近，能夠拾取信噪比比較高的聲音信號，因此將該麥克風212視為主麥克風。而麥克風214和216由於設定在耳機支桿的背部，開孔朝外，在通信耳機的正常使用過程中距離使用者的嘴部距離較遠，便於拾取較好的噪聲參考信號，因此將這兩個麥克風視為參考麥克風。
在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個具體實施方式中，採用三麥克風通信耳機300的系統方框圖示於圖3，其中主機端包括DSP單元200和模擬電路構成的受話端語音降噪處理單元700，DSP部分的送話端降噪處理單元400完成送話端語音的增強，同時嘯叫檢測單元500為受話端語音增強模組提供嘯叫檢測控制信號；受話端語音降噪處理單元700完成受話端的語音降噪。其中主機端可以採用DSP加一些模擬電路來單獨實現，也可以作為一些音頻設備或手機的一部分來實現。
需要說明的是，圖3所示的實施例中所採用的麥克風的個數為3，但在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的具體套用中也可以採用其他數量的麥克風，如僅採用均設定在耳機支桿背部的兩個麥克風（如214和216），此時送話端不存在主麥克風和參考麥克風之分，只使用單通道降噪模式即可；如果採用分設在耳機線和耳機支桿背部的兩個麥克風（如212和214），則可以根據使用者的佩戴情況選擇多麥克風降噪模式和/或單通道降噪模式；或者根據具體通信產品的需要採用更多的麥克風以達到更好的拾取有用語音信號和噪聲信號的目的，此時可以根據麥克風所具體拾取到的聲音信號判斷是否有主、從麥克風的區分，從而採用相應的降噪模式。
下面將分別從送話端和受話端兩大部分對《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的語音增強方法和裝置進行闡述。
圖4為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的通信耳機的語音增強方法中送話端降噪處理部分的流程圖。
如圖4所示，送話端降噪處理部分的降噪處理流程包括：
S410：通過比較通信耳機受話端的麥克風拾取的聲音信號的能量確定麥克風拾取信號能量差異，其中的聲音信號包括語音信號和噪聲信號；
S420：判斷所確定的能量差異是否大於第一預置閾值來識別耳機佩戴狀態，如果該能量差異大於第一預置閾值耳機正常佩戴（如圖8所示），則進入步驟S430，否則，耳機非正常佩戴（如圖9所示），進入步驟S440；
S430：對所拾取的聲音信號進行多麥克風降噪；
S440：通過單通道降噪抑制聲音信號中的穩態噪聲。
圖5為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的在通信耳機送話端採用聲信號處理方法進行語音增強的送話端降噪處理單元的邏輯結構示意圖。
如圖5所示，送話端降噪處理單元400包括佩戴狀態確定模組420、多麥克風降噪模組440以及單通道降噪模組460。
其中，佩戴狀態確定單元420用於通過比較構成送話端的麥克風拾取的聲音信號的能量差異確定通信耳機的佩戴狀態，如果能量差異大於第一預置閾值，確定所述通信耳機正常佩戴，否則，確定所述通信耳機非正常佩戴。其中，所拾取的聲音信號包括語音信號和噪聲信號；
多麥克風降噪模組440用於在上述能量差異大於第一預置閾值、通信耳機正常佩戴時，對麥克風所拾取的聲音信號進行多麥克風降噪處理；
單通道降噪模組460用於在多麥克風降噪模組440對聲音信號進行降噪處理後，進一步抑制殘留的穩態噪聲，以及，在上述能量差異小於等於第一預置閾值、通信耳機處於非正常佩戴狀態時，直接對聲音信號中的穩態噪聲進行抑制處理。
下面結合圖3、圖4和圖5對《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》在送話端的降噪處理方法以及降噪處理模組做更為細緻的說明。
當通信耳機的耳塞處於佩戴狀態時，麥克風214、216相對於人嘴的距離和位置都基本上是確定的，在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》中被視為參考麥克風，它們所拾取的聲音信號被視為參考信號。在正常套用狀態中，麥克風212被拿到相對於人嘴的距離很近的位置，在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》中被視為主麥克風，所拾取的聲音信號被視為主信號。
但是麥克風212的位置在實際使用過程中卻存在很大的不確定性。它可能與人嘴的距離比較近，也可能與麥克風214、216到人嘴的距離相當。通常定義麥克風212與人嘴距離較近時為正常佩戴模式，此時麥克風212拾取的主信號比麥克風214、216拾取的參考信號高，在通常的通信環境下處在送話狀態時，一般主信號會比參考信號高6分貝以上；而當麥克風212偏離人嘴過遠時則為非正常佩戴模式，此時麥克風212拾取到的主信號能量與麥克風214、216拾取的參考信號能量接近。通過這一特點，即可以在區分了主麥克風和參考麥克風的基礎上，通過比較通信耳機的主、參考麥克風分別拾取的聲音信號的能量差異來判斷出耳機是否處於正常佩戴狀態。
具體地，作為示例，在確定能量差異的過程中，首先把主麥克風212和參考麥克風214採集到的信號分別分為每N（N＝512）個採樣點的一幀數據，求這兩幀數據的能量和P_112，P_114；然後求能量和的比值Rp＝P_112/P_114。當Rp大於閾值Rth（如：Rth＞6分貝）時，為正常佩戴模式，此時利用多麥克風降噪單元460對聲音信號進行多麥克降噪處理，然後再進行單通道降噪。當Rp小於閾值Rth，這時為非正常佩戴模式，不能很好區分語音與噪聲，如果也同樣採用多麥克降噪處理語音可能會被當成噪聲抑制，因此只採用單通道降噪單元480作降噪處理，以避免語音損傷。
其中，多麥克風降噪模組440包括聲音信號成分區分模組442和噪聲信號衰減模組444。聲音信號成分區分模組442用於通過比較聲音信號中各頻率成分的能量差異來區分聲音信號中的語音信號成分和噪聲信號成分；噪聲信號衰減模組444用於對聲音信號成分區分模組442所區分出的噪聲信號成分進行衰減處理。
具體地，作為示例，當用戶正常佩戴時，麥克風212拾取到的近場的語音信號成分要比麥克風214和216大6分貝以上，而麥克風214、216和212拾取到的噪聲成分能量相當。因此多麥克風降噪單元460利用麥克風212和麥克風214（也就是主麥克風和參考麥克風）拾取到的信號中各個頻率成分的能量差異來區分語音成分和噪聲成分，並對噪聲成分進行降噪處理。
首先，利用聲音信號成分區分模組442區分出語音信號和噪聲信號。具體的處理過程包括：
把麥克風112和214的一幀數據分別進行快速傅立葉變換，把時域數據變換成各個頻率成分Fi_112，Fi_114（i表示第i個頻率成分）；
計算每個頻率的能量Pi_112，Pi_114；對每個頻率成分的能量進行比較得到能量比值Ri＝Pi_112/Pi_114；
當Ri大於閾值Rthi（Rthi＞6分貝），則第i個頻率成分是語音；當Ri小於閾值Rthi（Rthi＞6分貝），則第i個頻率成分是噪聲。
然後，保持語音成分，利用噪聲信號衰減模組444衰減噪聲成分。也就是說，當Ri大於閾值Rthi（Rthi＞6分貝）時，對於Fi_112不做處理；當Ri小於閾值Rthi（Rthi＞6分貝），對Fi_112乘上一個增益Gi（0＜Gi＜1），從而達到降噪的效果。
最後，把經過處理的Fi_112進行反傅立葉變換，就得到了經過降噪處理後的純淨語音信號。
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》中的單通道降噪模組460的降噪原理是根據噪聲平穩的特性統計出輸入信號各個頻帶中的平穩噪聲的能量進而消除。在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個實施方式中，單通道降噪模組460包括噪聲能量統計模組462和噪聲能量去除模組464，其中，噪聲能量統計模組462用於利用平滑平均的方法統計出聲音信號中各頻率的噪聲能量；噪聲能量去除模組464用於在聲音信號中去除噪聲能量統計模組462所統計出的噪聲能量，從而進一步降低了噪聲成分並保留了語音成分，以達到提高語音信號信噪比的效果。
《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》在受話端採用前饋主動噪聲控制方法進行降噪處理。通信耳機的入耳部分採用非封閉式的耳塞結構，主要是保證佩戴上耳機後耳道內氣壓是一致的，保證長期佩戴的舒適性。而前饋主動噪聲控制麥克風一般置於通信耳機的外表面，儘可能多的拾取外界噪聲的信息。因此套用在通信耳機上的這種前饋主動噪聲控制的結構一般能滿足系統對因果性的要求，從麥克風正面傳過來的聲音肯定是先到達麥克風處，然後再到達人耳處，從其他方向傳過來的噪聲因為要經過人頭部的繞射所以基本也是先被麥克風拾取到。
圖6為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的通信耳機的語音增強方法中受話端降噪處理部分的流程圖。
如圖6所示，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》在受話端採用前饋主動噪聲控制方法降低所接收的語音頻帶內的噪聲信號的過程具體包括：
S610：利用通信耳機受話端的麥克風拾取噪聲信號；
S620：根據所拾取的噪聲信號確定反噪聲信號；
S630：將所確定的反噪聲信號與受話端接收的語音信號混合後通過構成受話端的揚聲器饋入人耳，所述反噪聲和入耳的原始噪聲相互抵消而語音信號不變，從而降低所接收的語音頻帶內的噪聲信號。
進而，在步驟S620根據噪聲信號確定反噪聲信號的過程中，首先利用反相器對噪聲信號進行反相處理，確定初級反噪聲信號；然後利用相位補償器在音頻範圍內對初級反噪聲信號的相位進行修正和調整，確定於所述噪聲信號的相位完全反相的反噪聲信號，並且採用包括雙T型網路實現的有源濾波器，用來補償低頻部分由於非封閉式結構導致的低頻相位損失。
圖7為根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》實施例的受話端降噪處理單元的邏輯結構示意圖。
如圖7所示，受話端降噪處理單元700包括噪聲信號確定模組720、反噪聲信號確定模組740和輸出信號混合模組760，其中，反噪聲信號確定模組740可以包括反相器743和相位補償器744。
噪聲信號拾取模組720用於利用通信耳機受話端的麥克風拾取噪聲信號，由於受話端在接收遠端語音信號時，麥克風所拾取的聲音信號一般全部視為噪聲信號，因此，設定在耳機支桿的背部的麥克風214和216也就相當於此處的噪聲信號拾取模組720。反噪聲信號確定模組740用於根據噪聲信號確定模組720所確定的噪聲信號確定反噪聲信號；輸出信號混合模組760用於將反噪聲信號確定模組740所確定的反噪聲信號與所述受話端接收的語音信號混合後通過構成受話端的揚聲器224饋入人耳，該反噪聲和入耳的原始噪聲（由自然的聲學通道傳遞）相互抵消而語音信號不變，從而降低所接收的語音頻帶內的噪聲信號。
反相器742用於對所述噪聲信號進行反相處理，確定初級反噪聲信號；
相位補償器744用於在音頻範圍內對初級反噪聲信號的相位進行修正和調整，確定與噪聲信號的相位完全反相的反噪聲信號，並且採用包括雙T型網路實現的有源濾波器，用來補償低頻部分由於非封閉式結構導致的低頻相位損失。
另外，受話端降噪處理單元700還可以包括第一放大器730和第二放大器750，第一放大器730用以對噪聲信號拾取模組720所拾取的噪聲信號進行放大，第二放大器750用於對混有反噪聲信號和語音信號的混合信號進行放大。
具體地，作為示例，麥克風214拾取到的噪聲信號經過前置第一放大器730放大，然後經過一個反相器742和相位補償器744，來產生與原始噪聲幅度相同相位相反的反噪聲信號。
相位補償器744主要是為了解決前饋主動噪聲控制技術套用於非封閉式通信耳機所存在的時延問題，從電路上在音頻範圍內對反噪聲信號的相位進行相應的修正和調整，以期達到反噪聲和原始噪聲相位剛好反相的目的。其一般的實現方式是採用無源或有源的雙T型網路來實現。
反噪聲信號和輸入的語音信號經過一個由加法器構成的輸出信號混合模組760在電路上混合，作為後端第二放大器750的輸入，第二放大器750把混有反噪聲和語音信號的混合信號放大後直接去推動揚聲器224。
同樣，麥克風216拾取到的噪聲信號經過前置第一放大器730放大、反相器742反相、相位補償器744補償以及加法器的混合、第二放大器750的放大後，直接去推動揚聲器226。
麥克風前置第一放大器730、反相器742、相位補償器744、加法器、揚聲器功率第二放大器750等部分可以採用單獨的器件實現也可以由同一器件來實現一個或者幾個模組的功能。
混有反噪聲和語音的混合信號經過揚聲器，變成聲信號饋入人耳，從揚聲器發出的反噪聲信號和從聲學通道傳播到人耳處的原始噪聲信號幅度相同相位相反，所以會在人耳處發生相互疊加抵消，從而達到同時消除原始噪聲和反噪聲的目的，噪聲得到了降低，而語音能量不變，有效提高了語音信號的信噪比，傳播到人耳處的將是清晰可懂較純淨的語音信號。
對於傳統的採用封閉式的前饋主動噪聲控制耳機，外界噪聲從參考麥克風傳播到人耳處需要經過被動隔聲材料，會增加聲學通道的延遲，從而為電子通道提供更多的處理時間，保證了系統的因果性。為了解決前饋主動噪聲控制技術套用於非封閉式結構通信耳機的時延問題，需要從二個方面對系統進行很好的選擇和設計，首先需要對揚聲器單體的前、後腔進行較好設計和處理，調整前後腔的大小和開孔以改善由揚聲器到人耳之間在音頻範圍內的相位回響，其次需要在電路上對反相器進行相位補償，從電路本身對時延進行修正和補償，以期在整個音頻範圍內都有較好的降噪效果。
從麥克風和人耳處的距離設計來看，一方面希望越近越好，麥克風與人耳靠得越近，兩點的噪聲相關性就越好，噪聲消除就能做的越好；但另一方面要求麥克風和人耳有一定的距離，以保證當噪聲從麥克風處傳播到人耳這段時間內，電子層面上有較多的處理時間。另外，麥克風與揚聲器之間也需要保持一定的空間距離並較好的進行聲學隔離，避免由揚聲器發出的信號被麥克風拾取到，從而避免麥克風拾取的噪聲信號裡面包括有用的語音信號和導致整個系統形成反饋嘯叫的反饋迴路，如果存在反饋迴路，系統增益過高的話就有可能出現嘯叫現象。
另外，對於非封閉式前饋主動降噪耳機，揚聲器和拾取外界噪聲的參考麥克風之間存在固有的泄露通道。在耳機正常佩戴時，從揚聲器到參考麥克風之間的聲學傳遞函式幅度非常小，所以正常使用時，非封閉式前饋主動噪聲控制技術不會對語音信號造成損傷，系統也不會存在不穩定的嘯叫現象。但當把耳機放在一個密閉或者半密閉空間內時，揚聲器到參考麥克風之間的聲學傳遞函式的幅度將急劇增大，特別是高頻部分。
這種較大幅度的聲學傳遞函式，與具有高增益的控制電路，就構成了一個閉環反饋系統，當閉環反饋系統的幅度和相位滿足一定條件時，系統將發生自激嘯叫，存在魯棒性問題。
因此，在《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的一個優選實施方式中，DSP單元還包括嘯叫檢測模單元，用於為受話端語音增強模組提供嘯叫檢測控制信號，具體而言，就是在通信耳機的麥克風所拾取的聲音信號的頻譜中某一頻率點的能量相比於其他頻帶的能量高出預設值、並且該頻率點的能量不斷增加時，通過控制信號自主調整對受話端的降噪處理。
通常，如果判斷出在某個頻率點的能量比旁邊其他頻帶的能量高10分貝以上並在此頻率能量不斷增加，將判斷系統處在不正常狀態，嘯叫檢測單元將輸出控制信號，調整主動噪聲控制電路。控制方式可以採用減小第一放大器的增益或者直接切斷主動噪聲控制電路電源來實現。
對於送話端、受話端的語音信號，可以採用有線的方式和其他設備連線，也可以採用藍牙等無線連線方式和其他設備連線。
以上結合附圖和多個具體實施方式對《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》的用於提高噪聲環境中通信耳機送、受話端語音信噪比的技術和裝置。顯然，該領域的普通技術人員在不偏離《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》概念的條件下，不需要付出創造性的勞動，就可以對在此公開的特定裝置和技術進行許多套用和修改並且可以與在此所公開的特定裝置和技術有所不同。因此，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》應該被理解成包括此處所公開的裝置和技術所提出或擁有的每一個新穎特徵和新穎的特徵組合，但凡該領域普通技術人員根據《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》所揭示的內容所作的等效修飾和變化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種通信耳機的語音增強方法及降噪通信耳機》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
