用於改善音質的方法及耳機與流程
2023-04-23 01:51:51
本發明揭示用於改善通過耳機(headset)傳遞的語音信號的音質的方法，更具體地涉及在行動裝置連接耳機，並以帶上耳機的狀態通話時，與用戶的實際嗓音類似地處理的音質改善方法及採用該方法的耳機。
背景技術：
以往通常手裡拿著手機通話，但隨著智慧型手機的普及，作為用于欣賞音樂或通話的用途廣泛利用著耳機。
耳機通常具有耳塞的形態或者耳麥的形態，通常具有兩個揚聲器(speaker)和1個擴音器(microphone)。
用戶以帶上耳機的狀態，用智慧型手機播放音樂來聽音樂，一旦來電話，就選擇通話功能，在帶上耳機的狀態下通話。欣賞音樂時，擴音器不進行工作，若選擇通話功能，則智慧型手機停止播放音樂，並使擴音器進行工作來將用戶的語音傳遞給通話對象。同時將通話對象的語音通過耳機的揚聲器播放而給用戶聽。
通常，通過附著於耳機的耳外擴音器(Out-Ear Microphone)捕捉的語音信號中混合有較多的周圍的噪音，由此存在通話質量降低的問題。
為了提供解決噪音問題，並可更加簡便地佩戴的耳機，使用如下的耳內擴音器(In-Ear Microphone)，其原封不動地維持有線或無線耳塞的外形，將擴音器安裝於耳塞的頭部，使得擴音器位於用戶的耳朵的內部。
使用耳內擴音器時，可阻斷周圍噪音，但通過外耳道傳遞的語音幾乎不包括高音成分，而大部分是低音成分，由此存在與實際用戶的語音差距大的問題。
技術實現要素：
技術問題
本發明是為了解決如上所述的現有技術的問題而開發的，其目的在於，提供用於均使用耳內擴音器和耳外擴音器，來改善通過耳機的擴音器傳遞的語音信號的音質的方法及耳機。
技術方案
為了實現這些目的，本發明的一實施例的耳機可包括：至少一個耳內擴音器(In-Ear Microphone)；至少一個耳外擴音器(Out-Ear Microphone)；控制部，包括：耳內信號處理模塊，從通過上述耳內擴音器檢測到的信號提取低音成分；耳外信號處理模塊，從通過上述耳外擴音器檢測到的信號提取高音成分；以及混合模塊，混合被提取的上述低音成分及高音成分來輸出；通信部，用於將從上述控制部的混合模塊輸出的信號向外部設備傳送。
上述至少一個耳外擴音器可包括：第一耳外擴音器，設在上述耳機的第一頭部；第二耳外擴音器，設在第二頭部，上述耳外信號處理模塊包括波束成形(Beam forming)模塊，上述波束成形模塊在從上述第一耳外擴音器及上述第二耳外擴音器輸出的兩個信號中去除有時差的信號，僅檢測用戶發出的語音。
上述耳外信號處理模塊還可包括噪音去除模塊，上述噪音去除模塊在從上述波束成形模塊輸出的信號中去除噪音。
上述耳內信號處理模塊可包括語音活性檢測(VAD，Voice Activity Detection)模塊，上述語音活性檢測模塊，若存在通過上述耳內擴音器檢測到的信號，則判斷為用戶在發出語音，上述噪音去除模塊僅在藉助上述語音活性檢測模塊判斷為用戶在發出語音的情況下進行工作。
上述耳內信號處理模塊包括語音活性檢測模塊，上述語音活性檢測模塊，若存在通過上述耳內擴音器檢測到的信號，則判斷為用戶在發出語音，上述混合模塊僅在藉助上述語音活性檢測模塊判斷為用戶在發出語音的情況下進行工作。
上述耳內信號處理模塊可包括增進模塊，上述增進模塊用於在提取上述低音成分之前，在從上述耳內擴音器輸出的信號中，將高音調高，並將低音調低，以保持均衡。
在本發明的其他實施例中，用於具備至少一個耳內擴音器(In-Ear Microphone)和至少一個耳外擴音器(Out-Ear Microphone)的耳機的音質改善方法，可包括：從通過上述耳內擴音器檢測到的信號提取低音成分的步驟；從通過上述耳外擴音器檢測到的信號提取高音成分的步驟；混合被提取的上述低音成分及高音成分來輸出的步驟。
發明的效果
根據如上所述的本發明，去除通過耳機傳遞的用戶語音信號的噪音，並生成接近於用戶的語音的信號，從而可改善音質。
附圖說明
圖1為用於說明本發明一實施例的耳機的外形的圖。
圖2為用於說明本發明一實施例的耳機的結構的功能框圖。
圖3為用於說明本發明一實施例的耳機的控制部的結構的功能框圖。
圖4為本發明一實施例的耳機的外形的圖。
圖5為本發明一實施例的耳機的結構的功能框圖。
圖6為本發明其他實施例的耳機的控制部的結構的功能框圖。
圖7為用於說明本發明一實施例的用於耳機的音質改善方法的流程圖。
附圖標記：
200、500：耳機
210：外部設備
220、520：控制部
230、530：通信部
110、240、410、540：第一頭部
120、250、420、550：第二頭部
111、241、411、541：耳內擴音器
242、252、542、552：揚聲器單元
121、251、412、422、543、551：耳外擴音器
310、610：耳內信號處理模塊
320、620：耳外信號處理模塊
330、630：混合模塊
611：增進模塊
612：低頻信號提取模塊
613：VAD(語音活性檢測)模塊
621：波束成形模塊
622：NS(噪音去除)模塊
623：高頻信號提取模塊
具體實施方式
簡略地說明本說明書中使用的術語，並具體說明本發明。
本發明中使用的術語考慮本發明中的功能的同時選擇了儘可能在目前廣泛使用的一般的術語，但這會根據本領域的技術人員的意圖或判例、新技術的出現等而不同。並且，特定的情況下，還可以有申請人任意選定的術語，這時候，在相關的發明說明部分裡會詳細記載其意義。因此，本發明中使用的術語不是單純的術語的名稱，而是應當基於其術語帶有的意義和本發明的整體內容而定義。
說明書全文中，當有些部分「包括」有些結構要素時，只要其沒有特別反對的記載內容，就意味著不是除外其他結構要素，而是還可包括其他結構要素。並且，說明書中記載的「…機構」、「…部」、「模塊」等術語意味著處理至少一個功能或動作的單元，這可體現為硬體或軟體，或者體現為硬體和軟體的結合。
下面，參照附圖，詳細說明本發明的實施例，使得本發明所屬技術領域的普通技術人員可容易實施。但是，本發明能夠以多種不同形態體現，並不局限於在此說明的實施例。而且，附圖中為了明確地說明本發明，省略了與說明無關的部分，在說明書全文中，對於類似的部分採用了類似的附圖標記。
圖1為用於說明本發明一實施例的耳機的外形的圖。
參照圖1，本發明的耳機包括佩戴於用戶的耳朵的第一頭部110及第二頭部120，在兩個頭部110、120分別具有揚聲器單元(未圖示)，在兩個頭部中之一的第一頭部110配置有耳內擴音器111，在第二頭部120配置有耳外擴音器121。根據實施例，耳內擴音器111和耳外擴音器121還可安裝於相同的頭部。
人的嗓音會發出到嘴外，但還可通過耳內的鼓膜傳遞。堵住耳朵說話時，能聽到自己的嗓音，這種情況相當於以上內容。因此，在耳機的頭部110設置耳內擴音器111，佩戴耳機時，使擴音器位於耳內，從而可阻斷外部噪音的同時僅傳遞向耳內傳遞的嗓音。
如上所述，耳內擴音器111是當用戶佩戴於耳朵時，位於用戶的外耳道內的擴音器。對於耳內擴音器111而言，當佩戴時，可與用戶的外耳道相緊貼地配置，或者能夠以朝向用戶的外耳道內部的方式進行配置。當耳內擴音器111不與用戶的外耳道相緊貼，而是以朝向外耳道內部的方式配置時，可更有效地捕捉向耳內傳遞的嗓音。
在通過耳內擴音器111接收的信號中，人的語音當中的高音成分幾乎被消失，僅剩了低音，聽起來與實際人說話的語音不同。因此，本發明中，耳內擴音器111用作捕捉語音信號中的低音的用途。並且，進入耳內擴音器111的信號僅僅是人的說話聲，而外部噪音被阻斷，因此利用耳內擴音器111可判斷人是否在說話。
另一方面，通過耳外擴音器121接收的信號中，不僅有人的語音還會混合有外部的噪音。因此，本發明中，在進入耳外擴音器121的信號中僅剪切用戶的說話聲，並提取高音部分來使用。
本發明中，混合如上所述地利用耳內擴音器111來提取的低音成分和通過耳外擴音器121接收的信號的處理過程中提取的高音成分，從而重現接近於實際用戶的語音的信號，並可獲得去除噪音的高質量的音響信號。
圖2為用於說明本發明一實施例的耳機的結構的功能框圖。
參照圖2，耳機200與智慧型手機、手機等外部設備210相連接。外部設備210是向耳機200傳送控制信號及音響信號並可通過耳機200的擴音器241、251接收音響信號的計算(computing)裝置，可以是一種具有音響信息的播放、通話功能和/或語音識別功能的裝置。
外部設備210利用移動通信系統，可利用語音通話、簡訊(SMS：Short Message Service)、數據收發服務等，可體現為通過內置照相機，根據用戶的需求來拍攝被拍攝體，或者通過內置MP3播放器，可根據用戶的需要來播放音樂的智慧型手機等可攜式手機。
為了外部設備210與耳機200之間的通信，可利用有線或無線通信方式，作為其例子，可利用藍牙(Bluetooth)、紅外線(Infrared)、紫蜂(Zigbee)等通信方式，但並不局限於任一種方法。
參照圖2，本發明的一實施例的耳機200可包括：第一頭部240，具有耳內擴音器241及第一揚聲器單元242，第二頭部250，具有耳外擴音器251及第二揚聲器單元252，通信部230，用於與外部設備210進行通信，控制部220，將通信部230所接收的音響信號通過第一揚聲器單元242和/或第二揚聲器單元252輸出，並對通過擴音器241、251輸入的音響信號進行音質改善處理，由此體現為執行通過通信部230發送至外部設備210等音頻處理的電路。
圖3為用於說明本發明一實施例的耳機的控制部220的結構的功能框圖。
參照圖3，控制部220可包括：耳內信號處理模塊310，在通過耳內擴音器241檢測到的信號中提取低音成分，耳外信號處理模塊320，在通過耳外擴音器251檢測到的信號中提取高音成分，以及混合模塊330，混合上述提取的低音成分及高音成分來輸出。
由耳內信號處理模塊310提取的低音成分包括作為預定的頻率的第一頻率以下的低頻信號，並可通過對超過上述第一頻率的高頻信號進行濾波的方法來獲得。
由耳外信號處理模塊320提取的高音成分包括作為預定的頻率的第二頻率以上的高頻信號，並可通過對小於上述第二頻率的低頻信號進行濾波的方法來獲得。
並且，從控制部220的混合模塊330輸出的信號會通過通信部230向外部設備傳送。
另一方面，本發明還可適用於具有多個耳內擴音器和/或耳外擴音器的耳機。
當耳內擴音器為多個時，由於增益(gain)好，音量會增加，因此可更加提高通話的質量。這種情況下，對多個耳內擴音器可混合使用被提取的低音信號。被混合的低音信號會與從通過耳外擴音器捕捉的語音信號中提取的高音部分混合而輸出。
並且，當耳外擴音器為多個時，例如為2個時，可按照如圖4至圖6所示的實施例進行處理。
圖4為本發明一實施例的耳機的外形的圖。
參照圖4，耳機包括佩戴於用戶的耳朵的第一頭部410及第二頭部420，在兩個頭部410、420分別具有揚聲器單元(未圖示)，在兩個頭部中之一的第一頭部410配置有耳內擴音器411及耳外擴音器412，在第二頭部420配置有耳外擴音器422。即，耳外擴音器412、422均安裝在兩個頭部410、420。
圖5為本發明一實施例的耳機的結構的功能框圖。
參照圖5，耳機500與智慧型手機、手機等外部設備210相連接。為了外部設備210與耳機500之間的通信，可利用有線或無線通信方式，作為其例子，可利用藍牙(Bluetooth)、紅外線(Infrared)、紫蜂(Zigbee)等通信方式，但並不局限於任一種方法。
參照圖5，本發明的一實施例的耳機500可包括：第一頭部540，具有耳內擴音器541、第一揚聲器單元542及耳外擴音器543；第二頭部550，具有耳外擴音器551及第二揚聲器單元552；通信部530，用於與外部設備210進行通信；控制部520，將通信部530所接收的音響信號通過第一揚聲器單元542和/或第二揚聲器單元552輸出，並對通過擴音器541、543、551輸入的音響信號進行音質改善處理，由此體現為執行通過通信部530發送至外部設備210等音頻處理的電路。
圖6為用於說明本發明的其他實施例的耳機的控制部520的結構的功能框圖。
參照圖6，控制部520可包括：耳內信號處理模塊610，從通過耳內擴音器541檢測到的信號提取低音成分；耳外信號處理模塊620，從通過耳外擴音器543、551檢測到的信號提取高音成分；以及混合模塊630，混合上述提取的低音成分及高音成分來輸出。
耳內信號處理模塊610可包括增進(Enhancing)模塊611，上述增進模塊611用於在提取低音成分之前，在從耳內擴音器541輸出的信號中，將高音調高，並將低音調低，來使其保持均衡。由於人的語音比高音包含更多的低音成分，因此為了實際上讓對方聽得更清楚，將高音調高，將低音調低，來使其保持均衡。
並且，耳內信號處理模塊610可包括低頻信號提取模塊612，上述低頻信號提取模塊612從藉助增進模塊611保持均衡的信號中提取低音成分。被提取的低音成分包括作為預定的頻率的第一頻率以下的低頻信號，並可通過對超過上述第一頻率的高頻信號進行濾波的方法來獲得。
另一方面，耳內擴音器541安裝於用戶的耳朵內部，僅捕捉人的嗓音而沒有外部噪音，因此若通過耳內擴音器541接收信號，則可判斷為用戶在說話中。耳內信號處理模塊541可包括VAD(Voice Activity Detection：語音活性檢測)模塊613，上述VAD模塊613若存在通過耳內擴音器541檢測到的信號，則判斷為用戶在發出語音。VAD模塊613輸出語音檢測信號作為上述判斷的結果，將輸出的語音檢測信號施加於混合模塊630和/或噪音去除模塊622，並控制成僅在用戶發出語音期間混合低音成分和高音成分並去除噪音。
耳外信號處理模塊620包括如下的結構，從而在被耳外擴音器543、551捕捉的音響信號中僅剪切用戶的說話聲，其中僅提取高音成分。
耳外信號處理模塊620可包括波束成形(Beam forming)模塊621，上述波束成形模塊621在從第一耳外擴音器543及第二耳外擴音器551輸出的兩個信號中去除有時差的信號，僅用於檢測用戶發出的語音。波束成形為僅挑出特定方向的聲音的技術，若利用其技術，可從兩個擴音器信號僅捕捉從用戶的正面即嘴裡發出的聲音。兩個耳外擴音器543、551安裝於兩側頭部的對應的位置，這種情況下，從用戶的嘴朝向相反方向位於相同的距離。分析從作為聲音的發生地點的用戶的嘴到兩側擴音器543、551為止的延遲情況，並均去除有時差的信號的是波束成形，最終僅保留從用戶的嘴裡發出的聲音，並可去除從周圍傳來的大部分噪音。
從波束成形模塊621輸出的信號可被NS(Noise Suppression：噪音去除)模塊622去除噪聲。此時，僅在藉助VAD模塊613判斷出用戶在說話的期間，使NS模塊622進行工作，由此可節約使用電力。
耳外信號處理模塊620還可包括高頻信號提取模塊623，上述高頻信號提取模塊623在從NS模塊622輸出的噪聲被去除的信號中僅提取高音成分，此時，被提取的高音成分包括作為預定的頻率的第二頻率以上的高頻信號，並可通過對小於上述第二頻率的低頻信號進行濾波的方法來獲得。
控制部520包括混合從低頻信號提取模塊612輸出的低音成分和從高頻信號提取模塊623輸出的高音成分的混合模塊630，從混合模塊630輸出的信號會通過通信部540向外部設備傳送。從混合模塊630輸出的信號會成為接近於實際用戶的嗓音的信號。並且，僅在藉助VAD模塊613判斷出用戶在說話的期間，使混合模塊630進行工作，由此可節約使用電力。
圖7為用於說明本發明一實施例的用於耳機的音質改善方法的流程圖。
參照圖7，從通過耳內擴音器檢測到的信號提取低音成分(步驟S702)，並從通過耳外擴音器檢測到的信號提取高音成分(步驟S704)。接著，混合被提取的低音成分及高音成分來輸出(步驟S706)。在各步驟中執行的詳細的處理過程如參照圖1至圖6說明的內容。
本發明的一實施例的方法體現為可通過多種計算機手段執行的程序命令形態，並可記錄於計算機可讀介質。上述計算機可讀介質可單獨或組合包括程序命令、數據文件、數據結構等。記錄於上述介質的程序命令可以是為了本發明而特別設計且構成的命令，或者可以是本領域技術人員公知的可使用的命令。作為計算機可讀記錄介質的例子，包括硬碟、軟盤及磁碟之類的磁介質(magnetic media)、CD-ROM、DVD之類的光介質(optical media)、光碟(floptical disk)之類的磁光介質(magneto-optical media)及只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、快閃記憶體之類的存儲程序命令且可執行地特別構成的硬體裝置。作為程序命令的例子，不僅包括由編譯器製作的機器語言代碼，而且還包括使用解釋器等可藉助計算機運行的高級語言代碼。
以上，詳細說明了本發明的實施例，但本發明的權利範圍並不局限於此，利用所附的發明要求保護範圍中定義的本發明的基本概念的本領域技術人員的多種變形及改善形態也屬於本發明的權利範圍。