CN101690258A - 使用单个声源的人体声音传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用单声源的人体声音传输系统和方法。所述人体声音传输系统包括：第一发送块，通过人体发送第一高频信号与声音信号的组合信号；第二发送块，通过人体发送具有与第一高频信号相同频率的第二高频信号，从而在用户的耳朵区域中通过相消干涉恢复声音信号。

Description

使用单个声源的人体声音传输系统及方法

技术领域

本发明涉及一种将人体用作传输信道的人体声音传输系统及其方法，更为具体地讲，涉及一种使用单个声源的人体声音传输系统及方法，其可以通过在一个发送设备中发送载有声音信号的第一高频信号，在另一个发送设备中发送具有与第一高频信号相同频率的第二高频信号，并在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复声音信号，来使用户无需单独的接收设备而进行收听，简化声音系统结构并降低声音系统的成本。

本工作受到韩国信息和通信(MIC)部和韩国信息技术发展研究院(IITA)的信息技术(IT)研究和发展项目[2006-S-072-01，“用于人体通信的控制器片上系统(Controller SoC for Human Body Communications)”]的支持。

背景技术

“人体通信”基于电信号流过人体的原理通过将人体用作线缆来消除电子设备的“线”并通过改变信号的电能来发送信号。

要求第10-2004-0103036和第10-2005-0100624号韩国专利申请优先权并于2006年6月29日在第2006/0143004号美国申请中公开的“声音传输系统”提出了一种将人体用作通信信道的高频声音传输系统。在该高频声音传输系统中，两个声音发送设备具有对应的声源。

即，在上述现有的声音传输系统中，每个声音发送设备产生声音信号，组合产生的声音信号和高频信号，并通过人体传输组合的信号。但是，由于每个发送设备包括声源，因此现有的声音传输系统的结构复杂，从而制造成本昂贵。

发明公开

技术问题

本发明的实施例涉及一种使用单个声源的人体声音传输系统及方法，其可以通过在一个发送设备中发送载有声音信号的第一高频信号，在另一个发送设备中发送具有与第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号，并在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉来恢复声音信号，使用户无需单独的接收设备而进行收听，简化了声音系统结构并降低乐声音系统的成本。

可通过下面的描述理解本发明的其他目的和优点，并且参照本发明的示例性实施例本发明的其他目的和优点变得清楚。此外，对本发明所属的技术领域的技术人员明显的是，可通过权利要求及其组合的装置来实现本发明的目的和优点。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种人体声音传输系统，所述系统包括：第一发送块，通过人体发送第一高频信号与声音信号的组合信号；第二发送块，通过人体发送具有与第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号，从而在用户的耳朵区域中通过相消干涉恢复声音信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用单个声源的人体声音传输方法，所述方法包括：通过人体发送载有声音信号的第一高频信号；通过人体发送具有与第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号，从而在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复声音信号。

有益效果

在上述本发明中，由于人体声音传输系统包括单个声源，因此可容易地实现。此外，接触到发送设备的用户可不需要单独的接收设备而收听到发送的声音信号。

另外，人体声音传输系统可仅使进行人体通信的用户接收发送的声音信号。用户可以不需要单独的接收设备而接收声音信号，因此，用户可以自由地活动。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的人体声音传输系统的示图。

图2是示出根据本发明实施例的具有声源的第一发送设备的框图。

图3是示出根据本发明实施例的不具有声源的第二发送设备的框图。

图4至图8是示出从根据本发明实施例的从人体声音传输系统发送的两个信号之间的相消干涉和相长干涉的波形。

具体实施方式

参照下面描述的附图，根据下面对实施例的描述，本发明的优点、特点和各方面将会变得清楚，从而本发明所属领域的技术人员将容易地实施本发明。另外，当考虑到在描述本发明时对现有技术的详细描述将不必要地混淆本发明的优点，因此在此不提供对其的描述。以下，将参照附图描述本发明的特定实施例。

图1是示出根据本发明实施例的人体声音传输系统的示图。以下，将不连同另外的流程图来描述根据本发明的使用单个声源的人体声音传输方法。

如图1所示，人体声音传输系统包括直接连接到人体30的第一发送设备10和第二发送设备20。第一发送设备10和第二发送设备20分别接触与每只耳朵间隔相同距离的人体。在此，第一发送设备10具有声源，第二发送设备20没有声源。将参照图2和图3进行详细的描述。

用户可仅基于从每个发送设备10和20发送的信号之间的相消干涉，直接接收声音信号，而不需要用于将通过人体30传输的信号解调为通信信号的数据处理。

第一发送设备10通过组合声音信号和第一高频信号产生组合信号，并通过人体30发送组合信号。此外，第二发送设备20具有与在第一发送设备10中产生的第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号，并通过人体30发送第二高频信号。

在用户的耳朵区域，通过重叠从每个发送设备10和20发送的两个信号发生相消干涉和相长干涉。由于相长干涉产生的信号超出人类的音频带，所以用户无法觉察到该信号。以下，仅描述相消干涉。

图2是示出根据本发明实施例的具有声源的第一发送设备的框图；图3是示出根据本发明实施例的没有声源的第二发送设备的框图。

如图2所示，具有声源的第一发送设备10包括控制单元101、声音产生单元102、高频信号产生单元103、信号组合单元104、移相器105、放大器106、校准单元107、发送单元108和距离测量单元109。在此，第一发送设备10可以是手持类型。

相反，如图3所示，没有声源的第二发送设备20包括控制单元201、高频信号产生单元203、移相器205、放大器206、校准单元207、发送单元208和距离测量单元209。在此，第二发送设备209可以是手持类型。

第一发送设备10通过人体30发送声音信号。

控制单元101和201分别接收耳朵与第一发送设备10和第二发送设备20之间的距离，并调整在声音产生单元102和高频信号产生单元103和203中产生的信号的频率和相位。即，控制单元101通过在耳朵区域的相消干涉消除包括在从第一发送设备10输出的组合信号中的高频信号，仅允许音频带的声音信号被发送到人的耳朵，从而用户可不需要单独的接收设备而收听声音信号。

接触到人体30的第一发送设备10的控制单元101基于从耳朵到发送设备10的距离和耳朵到接触到同一人体30的另一发送设备20的距离，将高频信号的频率设置为与从第二发送设备20输出的高频信号的频率相同。控制单元201与控制单元101被相同地操作。当两个发送设备10和20以与每只耳朵相同的距离对称地接触到人体30时，为了具有相同的频率和相位，控制单元101和201控制通过人体传输的相应的高频信号的频率和相位。

换言之，控制单元101和201分别调整在声音产生单元102和高频信号产生单元103和203中产生的输出信号的频率，以基于在耳朵周围从第一发送设备10和第二发送设备20输出的信号重叠引起高频信号的相消仅恢复音频带的声音信号。在此，两个发送设备10和20的控制单元101和201可通过调整从高频信号产生单元103和203以及发送单元108和109输出的信号的输出速度来控制在人体30中相消干涉的发生部分和发生时间，从而可提供立体声效果。

此外，控制单元101和102可通过分别控制移相器105和205来改变输出信号的相位，并通过考虑人体30与发送设备10和20之间的阻抗匹配来调整输出信号的相位和频率。另外，控制单元101和102分别将预存储的时钟信息和人体30的阻抗匹配信息发送到校准单元107和207，从而时钟信息和阻抗匹配信息被用于校准通过人体30发送的信号。

当时钟信息和人体30的阻抗匹配信息被存储在发送设备10和20的单独的存储器中时，控制单元101和201分别从相应的存储器中提取时钟信息和阻抗匹配信息并将其发送到校准单元107和207，从而时钟信息和阻抗匹配信息可被用于校准通过人体30传输的信号。

具有声源的第一发送设备10的声音产生单元102根据控制单元101的控制信号从存储器提取声音数据，并产生与提取的声音数据相应的音频带的声音信号，以通过人体30发送该声音信号。声音产生单元102基于存储在第一发送设备10的存储器中的声音数据产生声音信号，或通过从外部通信设备接收声音数据来产生声音信号。

然后，第一发送设备10的高频信号产生单元103产生将与从声音产生单元102输出的声音信号组合并被发送的第一高频信号。

第二发送设备20的高频信号产生单元203产生具有与从第一发送设备10发送的第一高频信号的相位相同的相位的第二高频信号。当从发送设备10和20输出的两个高频信号的相位彼此相同时，两个高频信号(即，一个是单纯的高频信号，另一个是载有声音信号的高频信号)的相位在耳朵区域变得反相，从而两个高频信号相消。

在高频信号产生单元103和203中产生的高频信号的频率可根据声音信号的频率和人体30的阻抗变化。

为了通过在人体30的耳朵区域中的相消干涉进行相消，在两个发送设备10和20中产生的高频信号被控制为具有相同的相位。从高频信号产生单元103和203输出的信号可以是具有比音频带的频率(即，20Hz至20000Hz)高的频率的超声波信号。

在第一发送设备10的声音产生单元102中产生的声音信号与在高频信号产生单元103中产生的高频信号在信号组合单元104中被组合，并且组合的信号通过人体发送。信号组合单元104组合声音信号和高频信号，以最小化在声音信号通过人体30发送期间由于人体的阻抗特性引起声波的衰减。

第一发送设备10的移相器105根据控制单元101的控制信号改变从信号组合单元104输出的组合信号的输出相位。此外，第二发送设备20的移相器205根据控制单元201的控制信号改变从高频信号产生单元203输出的第二高频信号的相位。

移相器105调整从第一发送设备10输出的信号的相位。此外，移相器205调整从第二发送设备20输出的信号的相位。因此，当两个高频信号重叠时，这两个高频信号相消。当接触到人体右侧的第一发送设备10与右耳之间的距离与接触到人体左侧的第二发送设备20与左耳之间的距离有很大不同时，为了使两个信号在人体30的头部重叠并发生干涉，移相器105和205通过延迟两个信号中的一个来调整这两个信号的相位。

此外，移相器105通过控制延迟来改变从第一发送设备10输出的信号的相位，从而控制人体30的干涉发生部位。相似地，移相器205通过控制延迟来改变从第二发送设备20输出的信号的相位，从而控制人体30的干涉发生部位。

移相器105和205可基于通常的移相方法(例如，电方法或机械方法，如通过线路开关的移相方法的)来改变信号的相位。

为了防止在通过人体30传输期间增加的噪声引起的信号衰减，放大器106和206放大两个发送设备的移相的信号的输出电平。

由于控制单元101控制放大器106的放大比率并且控制单元201控制放大器206的放大比率，所以可实现由于通信信道环境根据用户的皮肤状态和健康状态变化导致的灵活处理。

在发送声音信号与高频信号的组合信号的第一发送设备10中，校准单元107解决信号失真引起的音质问题，即控制音质的难题。信号失真是由人体30的阻抗特性引起的。由于人体的阻抗特性根据发送设备10和20的接触部分的改变以及健康状况的变化而变化，所以应该执行考虑阻抗特性的校准。

在发送设备10和20中，发送单元108和208直接接触到人体30，并分别输出声音信号与高频信号的组合信号或高频信号。发送单元108和208执行发送设备10和20与人体30之间的声学耦合。即，每个发送单元108和208是一种变换器，并将信号变换为可在人体中传输和恢复的振动信号或电信号并输出变换的信号。

如图2所示，校准单元107在第一发送设备10中位于放大器106之后，并通过校正从信号组合单元104输出的组合信号来改善频率特性和输入/输出特性。然而，在另一实施例中，校准单元107可位于信号组合单元104之前，可在输入信号被组合之前组合校正输入信号。

另外，根据本发明的发送设备10和20可另外包括距离测量单元109和209，距离测量单元109和209基于感测功能测量与每个发送设备10或20相应的接触部分与右耳或左耳之间的距离。然后，控制单元101和201基于在测量单元109和209中测量的距离控制移相器105和205以在用户的耳朵区域通过相消干涉仅恢复声音信号。

图4至图8是示出从根据本发明的人体声音传输系统发送的两个信号之间的相消干涉和相长干涉的波形。以下，将参照图4至图8描述人体声音传输系统中声音信号的传输。

图5和图6显示从发送设备10和20发送的两个信号的波形；图7显示示出两个信号之间的相消干涉的波形；图8显示示出两个信号之间的相长干涉的波形。

图4示出在接触到人体30的第一发送设备10中产生的声音信号301和第一高频信号302的波形；图5示出表示在信号组合单元104中通过组合声音信号301和第一高频信号302产生的信号303的波形。此外，图6示出在接触到相同人体30的第二发送设备20中产生的第二高频信号304的波形。

图6中示出的第二高频信号304超前图4中示出的第一高频新信号302半周期。即第一高频信号302和第二高频信号是异相。

图7示出通过两个信号303和304之间的相消干涉产生的波形305，其中，所述两个信号303和304从第一发送设备10和第二发送设备20输出并具有相互不同的相位；图8示出通过两个信号303和304之间的相长干涉产生的波形306。

当如图7所示发生相消干涉时，高频信号相消并且声音信号被发送到耳朵区域。另一方面，当如图8所示发生相长干涉时，由于仍存在比人类的音频带高的高频信号，所以用户无法觉察由相长干涉产生的信号。即，仅由通过相消干涉产生的信号通过人体被发送，并可由用户觉察。

当从两个发送设备10和20输出的信号通过人体的介质被连续发送时，部分相长干涉变化为相消干涉，部分相消干涉变化为相长干涉。因此，可在覆盖两个高频信号的所有区域中检测到声音信号。

如上所述，本发明包括通过调整高频信号的相位在耳朵区域引起相消干涉。但是，控制单元101通过控制从声音产生单元102输出的声音信号的频率和从高频信号产生单元103输出的高频信号的频率，仅使声音信号到达人体的耳朵区域。

例如，在将被发送的声音信号具有f₀频率的情况下，控制单元101控制声音产生单元102产生具有f₀频率的声音信号并控制高频产生单元103产生具有f₁频率的高频信号。此外，控制单元201控制高频产生单元203产生具有f₁频率的高频信号。最后，第一发送设备10输出具有f₀+f₁频率的信号，第二发送设备20输出具有f₁频率的信号。

输出信号在耳朵区域被组合为具有f₀频率的信号，并且该信号通过人体发送。如上所述，如果可通过组合从接触到人体30的两个发送设备10和20输出的信号来获得具有预定频率的声音信号，则可使用所有频率的任意组合。

根据本发明的如上所述的方法可实施为程序并存储在计算机可读记录介质上。计算机可读记录介质是可存储可被计算机系统读取的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、软盘、硬盘和光磁盘。

本申请包含于2007年5月2日提交到韩国知识产权局的第2007-0042677号韩国专利申请的主题，其全部内容包含于此，以资参考。

虽然针对特定优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行各种改变和修改。

Claims (20)

1、一种人体声音传输系统，所述人体声音传输系统包括：

第一发送装置，通过人体发送第一高频信号和声音信号的组合信号；

第二发送装置，通过人体发送具有与第一高频信号的频率相同的频率的第二高频信号，从而在用户的耳朵区域中通过相消干涉恢复所述声音信号。

2、如权利要求1所述的人体声音传输系统，其中，第一发送装置包括：

声音产生单元，基于声音数据产生所述声音信号；

第一高频信号产生单元，产生携载所述声音信号的第一高频信号；

信号组合单元，组合所述声音信号与第一高频信号并输出组合信号；

第一移相器，对组合信号进行移相，从而在耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复所述声音信号；

第一控制单元，调整所述声音信号和第一高频信号的频率并控制在信号组合单元中的信号组合和在第一移相器中的移相；

第一发送单元，将移相的组合信号输出到人体。

3、如权利要求2所述的人体声音传输系统，其中，第一发送装置还包括：

第一放大器，放大组合信号以防止由于在人体传输中产生的噪声引起的信号衰减。

4、如权利要求2所述的人体声音传输系统，其中，第一发送装置还包括：

第一校准单元，根据人体阻抗特性的变化补偿组合信号的失真。

5、如权利要求2所述的人体声音传输系统，其中，声音产生单元基于存储在内部存储器中的声音数据或从外部通信设备接收的声音数据，产生所述声音信号。

6、如权利要求1所述的人体声音传输系统，其中，第二发送装置包括：

第二高频信号产生单元，产生具有与第一高频信号相同的频率的第二高频信号；

第二移相器，对第二高频信号进行相移以在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复所述声音信号；

第二控制单元，调整第二高频信号的频率并控制在第二移相器中的移相；

第二发送单元，将移相的第二高频信号输出到人体。

7、如权利要求6所述的人体声音传输系统，其中，第二发送装置还包括：

第二放大器，放大第二高频信号以防止由于在人体传输中产生的噪声引起的信号衰减。

8、如权利要求6所述的人体声音传输系统，其中，第二发送装置还包括：

第二校准单元，根据人体阻抗特性的变化补偿第二高频信号的失真。

9、如权利要求6所述的人体声音传输系统，其中，所述声音信号是能够通过人体传输的音频带信号，第一高频信号和第二高频信号是具有比音频带的频率高的频率的高频信号。

10、如权利要求9所述的人体声音传输系统，其中，第一高频信号和第二高频信号是具有比音频带的频率高的频率的高频信号。

11、如权利要求6所述的人体声音传输系统，其中，第一发送装置和第二发送装置与用户的身体接触，并分别与用户的右耳和左耳相距相同距离。

12、如权利要求11所述的人体声音传输系统，其中，第一控制单元和第二控制单元以这种方式控制第一移相器和第二移相器，即，从第一发送装置输出的组合信号的相位与从第二发送装置输出的第二高频信号的相位相同。

13、如权利要求6所述的人体声音传输系统，其中，第一发送装置和第二发送装置中的每一个还包括：

距离测量单元，测量右耳/左耳与相应的发送装置的人体接触部分之间的距离；

其中，第一控制单元和第二控制单元基于测量的距离分别控制第一移相器和第二移相器，以在用户的耳朵区域中通过相消干涉恢复所述声音信号。

14、一种使用单个声源的人体声音传输方法，所述方法包括：

通过人体发送载有声音信号的第一高频信号；

通过人体发送具有与第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号，从而在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复所述声音信号。

15、如权利要求14所述的人体声音传输方法，其中，发送第一高频信号的步骤包括：

基于声音数据产生所述声音信号；

产生第一高频信号以载有所述声音信号；

通过组合所述声音信号和第一高频信号产生组合信号；

对组合信号进行相移，以在用户的耳朵区域中通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复所述声音信号；和

通过人体发送移相的组合的信号。

16、如权利要求14所述的人体声音传输方法，其中，发送第一高频信号的步骤还包括：

放大组合信号以防止由于在人体传输中产生的噪声引起的信号衰减。

17、如权利要求14所述的人体声音传输方法，其中，发送所述声音信号的步骤还包括：

根据人体阻抗特性的变化补偿组合信号的失真。

18、如权利要求14所述的人体声音传输方法，其中，发送第二高频信号的步骤包括：

产生具有与第一高频信号的频率相同频率的第二高频信号；

对第二高频信号进行移相以在用户的耳朵区域通过第一高频信号与第二高频信号之间的相消干涉恢复声音信号；

通过人体发送移相的第二高频信号。

19、如权利要求18所述的人体声音传输方法，其中，发送第二高频信号的步骤还包括：

放大第二高频信号以防止由于在人体传输中发生的噪声引起的信号衰减。

20、如权利要求18所述的人体声音传输方法，其中，发送第二高频信号的步骤还包括：

根据人体阻抗特性的变化补偿第二高频信号的失真。

Images