具有耐噪聲音頻傳感器的免提單元的製作方法

2023-05-30 20:16:21 2

專利名稱：具有耐噪聲音頻傳感器的免提單元的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種用於移動通信裝置的免提(hands-free)單元，並且更具體地，涉及一種用於在嘈雜環境中使用的包括耐噪聲音頻傳感器的免提單元。
背景技術：
用於移動通信裝置的免提單元在用戶從事電話交談時解放用戶的手來執行任務。現在很多州要求司機在司機操作車輛的同時專注於電話交談時使用免提單元。存在用於移動通信裝置的很多商業上可得的頭戴式耳機和/或耳塞。這些頭戴式耳機和/或耳塞通常包括可以與用戶耳朵相鄰並置的揚聲器和檢測用戶語音的麥克風。在一些頭戴式耳機中，麥克風被安裝到可被定位的懸臂。傳統頭戴式耳機中的常見問題是，麥克風提取環境噪聲並將該環境噪聲與用戶語音一同發送給遠程用戶。各種技術被用於減少噪聲水平。一種方法是包括從發送的信號中檢測並消除環境噪聲的噪聲消除算法。然而，噪聲消除算法傾向於引起聽覺上不合意的人為現象，而且增加成本和複雜性。針對噪聲問題的另一種方法是使用骨傳導麥克風，諸如插入到用戶耳道中的耳部麥克風。傳統的骨傳導麥克風的問題是相比於傳統的外部麥克風，所捕獲的聲音是失真的。這種失真的一個例子是音頻信號中高頻內容的衰減。因此，需要新的技術，以在所生成的音頻信號中以相對低的成本減少噪聲並具有更少的失真。

發明內容
本發明涉及一種免提單元，該免提單元具有多個音頻傳感器，例如耐噪聲音頻傳感器和外部麥克風，以檢測可聽聲音。例如，耐噪聲音頻傳感器可以包括插入到用戶的耳道中並生成第一音頻信號的骨傳導麥克風。外部麥克風被安裝在暴露的位置中，並生成第二音頻信號。控制單元基於第一和第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平，並基於所檢測的噪聲水平來將輸入到通信裝置的語音在耳部麥克風和外部麥克風之間進行切換。在本發明一個示例性實施例中，使用帶寬擴展和濾波來恢復高頻信息和減少第一音頻信號的失真。本發明的一個示例性實施例包括用於移動通信裝置的免提單元。該免提單元包括第一耐噪聲音頻傳感器，用於基於對可聽聲音的檢測來生成第一音頻信號；第二外部音頻傳感器，用於基於對所述可聽聲音的檢測來生成第二音頻信號；控制單元，以及失真減少濾波器。該控制單元基於第一和第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平；並基於所檢測的噪聲水平來選擇第一和第二音頻信號中的一個用於傳送。在傳送到遠程方之前，失真減少濾波器增強該第一音頻信號以生成增強的第一音頻信號。在本發明的一些實施例中，失真減少濾波器包括帶寬擴展器，用於將一個或多個頻率分量添加到所述第一音頻信號。在本發明的一些實施例中，失真減少濾波器進一步包括調諧濾波器，用於在該第一音頻信號的帶寬已經被擴展後將該第一音頻信號進行濾波。在本發明的一些實施例中，失真減少濾波器被配置成將該第一音頻信號劃分成兩個或更多個頻帶，擴展該頻帶中的至少一個頻帶的帶寬，並重組這些頻帶。 在本發明的一些實施例中，該免提單元進一步包括自適應調諧控制器，用於基於增強的第一音頻信號和第二音頻信號之間的比較來使該調諧濾波器的濾波器係數適應。在本發明的一些實施例中，該控制單元被配置成當噪聲水平較低時觸發該自適應調諧控制器來調整該濾波器係數。在本發明的一些實施例中，用於免提單元的控制單元基於沒有帶寬擴展的第一音頻信號與第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平。本發明的其他示例性實施例包括由生成用於傳送的音頻信號的免提單元所實現的方法。一種這樣的方法包括從第一耐噪聲音頻傳感器接收第一音頻信號；從第二外部音頻傳感器接收第二音頻信號；通過比較所述第一和第二音頻信號來檢測噪聲水平；以及基於所檢測的噪聲水平來選擇第一和第二音頻信號中的一個用於傳送。在本發明的一些實施例中，增強第一音頻信號包括將一個或多個頻率分量添加到第一音頻信號來擴展該第一音頻信號的帶寬。在本發明的一些實施例中，增強所述第一音頻信號進一步包括在擴展該第一音頻信號的帶寬之後，在調諧濾波器中對該第一音頻信號進行濾波。在本發明的一些實施例中，增強第一音頻信號包括將第一音頻信號劃分成兩個或更多個頻帶，擴展該頻帶中至少一個頻帶的帶寬，並重組這些頻帶。在本發明的一些實施例中，該方法進一步包括基於增強的第一音頻信號和第二音頻信號之間的比較來使該調諧濾波器的濾波器係數適應。在本發明的一些實施例中，當噪聲水平較低時，執行使該調諧濾波器的濾波器係數進行適應。在本發明的一些實施例中，通過比較所述第一和第二音頻信號來檢測噪聲水平包括將沒有帶寬擴展的第一音頻信號與第二音頻信號進行比較。


圖1說明了根據一個示例性實施例的免提單元。圖2說明了根據一個實施例的用於免提單元的基本單元的主要功能部件。圖3說明了根據一個示例性實施例的用於免提基本單元的失真減少濾波器的主要功能元件。圖4說明了根據另一個示例性實施例的用於免提基本單元的失真減少濾波器的主要功能元件。圖5說明了由用於生成用於傳送的音頻信號的免提單元所實現的示例性方法。
具體實施例方式現在參照附圖，圖1說明了根據本發明的一個實施例的示例性免提單元100的主要功能部件。免提單元100包括基本單元102、揚聲器104、外部音頻傳感器106、以及耐噪聲音頻傳感器108。免提單元100的基本單元102與收發器單元150 (比如行動電話)通過有線或無線接口進行通信。例如，基本單元102和收發器單元150可以包括藍牙無線接口或其他短程無線接口。由收發器單元150接收的音頻信號被輸出到揚聲器104。音頻傳感器106、108檢測可聽聲音並生成音頻信號，以便由收發器單元150進行傳送。外部音頻傳感器106可以包括外部麥克風106,其被置於暴露的區域中來捕獲揚聲器的語音。例如，外部麥克風106可以被安裝在基本單元102的懸臂或其他延伸部分上。音頻傳感器108包括任意耐噪聲音頻傳感器(例如骨傳導麥克風)、插入到用戶耳道中的入耳式麥克風、或振動式音頻傳感器(例如喉部麥克風)。將理解的是，本發明並不限於這些特定的耐噪聲音頻傳感器。基本單元102基於來自音頻傳感器106、108的音頻信號之間的差值來確定噪聲水平。當噪聲水平較低時，基本單元102從外部麥克風106向收發器單元150輸出音頻信號。相反地，當噪聲水平較高時，基本單元102可以從耐噪聲音頻傳感器108向收發器單元150輸出音頻信號。由於來自耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號很可能是失真的且缺少高頻分量，所以基本單元102可對來自耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號進行濾波，以恢復缺少的高頻分量並減少音頻信號的失真。圖2說明了在對來自音頻傳感器106、108的音頻信號的處理中所涉及的免提基本單元102的示例性部件。音頻處理電路包括失真減少濾波器110和控制單元120。失真減少濾波器110擴展來自耐噪聲音頻傳感器的音頻信號的帶寬並減少其失真，以生成增強或擴展的音頻信號。控制單元120分別比較來自外部麥克風106和耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號中的噪聲水平，並確定輸出音頻信號中的哪個用於傳送。在本發明的一些實施例中，噪聲抑制器130可被用於抑制或消除來自音頻傳感器106、108的音頻信號中的噪聲。優選地，在將來自耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號輸入到失真減少濾波器110之前，對該音頻信號施加噪聲抑制/消除。圖3說明了根據一個實施例的單頻帶失真濾波器110。失真減少濾波器110包括帶寬擴展器112、調諧濾波器114、音頻比較器116和自適應調諧控制器118。帶寬擴展器112將高頻分量添加到來自耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號中。調諧濾波器114對增強的音頻信號112進行濾波，以產生具有更自然聲音的增強音頻信號。例如，調諧濾波器114可以包括全帶寬有限脈衝響應(FIR)濾波器，用於對增強的音頻信號的全帶寬進行濾波。音頻比較器116將來自外部麥克風106的音頻信號與來自耐噪聲音頻傳感器108的增強音頻信號進行比較，並將差值輸出到自適應調諧控制器118。然後，自適應調諧控制器118可以對帶寬擴展器112和/或調諧濾波器114進行調諧調整。在一個示例性實施例中，自適應調諧控制器118使用最小均方算法來調整該調諧濾波器114的濾波器係數，以使得來自外部麥克風106的音頻信號和來自耐噪聲音頻傳感器108的增強的音頻信號之間的差值最小化。優選地，當噪聲水平較低時，執行失真減少濾波器100的適應性調諧。控制單元120包括噪聲比較器122和選擇單元124。噪聲比較器122將來自外部麥克風106的音頻信號與來自耐噪聲音頻傳感器108的由失真減少濾波器110進行增強之前的音頻信號進行比較。這兩個信號的比較提供了對環境中的噪聲水平的指示。基於這兩個信號的比較，比較器122輸出控制信號給選擇單元124。例如，選擇單元124可以包括開關或其他電路元件，用於在來自耐噪聲音頻傳感器108的增強的音頻信號和來自外部麥克風106的音頻信號之間進行選擇。噪聲比較器122還可以向自適應調諧單元118輸出控制信號，以指示噪聲水平何時對自適應調諧118是足夠低的。噪聲比較器122可以使用與第一噪聲水平相對應的第一閾值來控制選擇單元124，並使用與第二噪聲水平相對應的第二閾值來控制自適應調諧。在一個實施例中，第二噪聲水平可以低於第一噪聲水平。在其他實施例中，相同的噪聲閾值可以被用於信號選擇和自適應調諧兩者。圖4說明了根據本發明的第二實施例的多頻帶失真減少濾波器110。多頻帶失真減少濾波器110包括一系列的帶通濾波器111，用於將來自耐噪聲音頻傳感器108的音頻信號分離成兩個或更多個頻帶。然後，如前面所述的，由帶寬擴展器112和調諧濾波器114單獨處理每個頻帶。從調諧濾波器114輸出的信號接著在組合器115中被組合，以生成增強的音頻信號。增強的音頻信號被輸出到選擇電路124。然後，音頻比較器116將來自外部麥克風106的音頻信號與來自耐噪聲音頻傳感器108的增強的音頻信號進行比較，並將差值輸出到自適應調諧控制器118。然後，如前所述，自適應調諧控制器118可以對帶寬擴展器112和/或調諧濾波器114進行調諧調整。可針對每個頻帶單獨地進行調諧調整。圖5說明了由生成用於傳送的音頻信號的免提單元100所實現的示例性方法。該方法由免提單元100的控制單元120實現。控制單元120從諸如置於用戶內耳道中的傳感器的耐噪聲音頻傳感器108接收第一音頻信號(方框202),以及從外部麥克風106接收第二音頻信號(方框204)。控制單元120通過比較第一和第二音頻信號來檢測噪聲水平(方框206)，以及基於所檢測的噪聲水平來選擇第一和第二音頻信號兩者之一以便輸出到收發器單元150。在一個示例性實施例中，免提單元100可對第一音頻信號施加音頻增強，以生成用於傳送的增強的音頻信號。例如，在不脫離本發明的範圍和本質特點的情況下，本發明可以按照不同於本文所闡述的那些方式的其他具體方式來執行。因此本實施例在所有方面中均被認為是說明性的而非限制性的，並且來自所附權利要求的含義和等效範圍內的所有改變均意在被包含在其中。
權利要求
1.ー種用於移動通信裝置的免提單元，包括 第一耐噪聲音頻傳感器，用於基於對可聽聲音的檢測來生成第一音頻信號； 第二外部音頻傳感器，用於基於對所述可聽聲音的檢測來生成第二音頻信號； 控制單元，其被配置成 基於第一和第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平；以及 基於所述檢測的噪聲水平來選擇用於輸出的所述第一和第二音頻信號中的ー個，以便傳送到遠程方； 失真減少濾波器，用於在傳送到遠程方之前增強所述第一音頻信號。
2.根據權利要求1所述的免提單元，其中所述失真減少濾波器包括帶寬擴展器，用於將ー個或多個頻率分量添加到所述第一音頻信號。
3.根據權利要求2所述的免提單元，其中所述失真減少濾波器進ー步包括調諧濾波器，用於在所述第一音頻信號的帶寬已經被擴展之後對所述第一音頻信號進行濾波。
4.根據權利要求3所述的免提單元，進ー步包括自適應調諧控制器，用於基於所述增強的第一音頻信號和所述第二音頻信號之間的比較來使所述調諧濾波器的濾波器係數適應。
5.根據權利要求4所述的免提單元，其中所述控制単元被配置成當噪聲水平較低時觸發自適應調諧控制器來調整濾波器係數。
6.根據權利要求2所述的免提單元，其中所述失真減少濾波器被配置成 將所述第一音頻信號劃分成兩個或更多個頻帶； 擴展所述頻帶中的至少ー個頻帶的帶寬；以及 重組所述頻帶。
7.根據權利要求1所述的免提單元，其中所述控制単元基於由失真減少濾波器進行濾波之前的第一音頻信號與所述第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平。
8.—種由生成用於傳送的音頻信號的免提單元所實現方法，所述方法包括 從第一耐噪聲音頻傳感器接收第一音頻信號； 從第二外部音頻傳感器接收第二音頻信號； 通過比較所述第一和第二音頻信號來檢測噪聲水平； 基於所述檢測的噪聲水平來選擇用於輸出的所述第一和第二音頻信號中的ー個，以便傳送到遠程方；以及 在傳送到遠程方之前增強所述第一音頻信號。
9.根據權利要求8所述的方法，其中增強所述第一音頻信號包括將ー個或多個頻率分量添加到所述第一音頻信號以擴展所述第一音頻信號的帶寬。
10.根據權利要求9所述的方法，其中增強所述第一音頻信號進ー步包括在所述第一音頻信號的帶寬被擴展後，在調諧濾波器中對所述第一音頻信號進行濾波。
11.根據權利要求9所述的方法，其中增強所述第一音頻信號包括將所述第一音頻信號劃分成兩個或更多個頻帶，擴展所述頻帶中的至少ー個頻帶的帶寬，以及重組所述頻帶。
12.根據權利要求10所述的方法，進ー步包括基於增強的第一音頻信號與所述第二音頻信號之間的比較來使所述調諧濾波器的濾波器係數適應。
13.根據權利要求12所述的方法，其中當噪聲水平較低時，執行使所述調諧濾波器的濾波器係數進行適應。
14.根據權利要求8所述的方法，其中通過比較所述第一和第二音頻信號來檢測噪聲水平包括將沒有帶寬擴展的第一音頻信號與所述第二音頻信號進行比較。
全文摘要
一種免提單元，包括耐噪聲音頻傳感器，用於基於對可聽聲音的檢測來生成第一音頻信號，以及外部音頻傳感器，用於基於對可聽聲音的檢測來生成第二音頻信號。可調諧失真減少濾波器將高頻信息添加到第一音頻信號並減少失真。控制單元基於第一和第二音頻信號的比較來檢測噪聲水平；並基於所檢測的噪聲水平來選擇第一和第二音頻信號中的一個。
文檔編號H04R3/00GK103038824SQ201180036485
公開日2013年4月10日 申請日期2011年3月30日 優先權日2010年5月27日
發明者M.奈斯特倫, S.斯梅拉吉奇, M.埃吉維克 申請人:索尼移動通信公司