CN103038824B - 具有耐噪声音频传感器的免提单元 - Google Patents

Abstract

一种免提单元，包括耐噪声音频传感器，用于基于对可听声音的检测来生成第一音频信号，以及外部音频传感器，用于基于对可听声音的检测来生成第二音频信号。可调谐失真减少滤波器将高频信息添加到第一音频信号并减少失真。控制单元基于第一和第二音频信号的比较来检测噪声水平；并基于所检测的噪声水平来选择第一和第二音频信号中的一个。

Description

具有耐噪声音频传感器的免提单元

技术领域

本发明一般涉及一种用于移动通信装置的免提（hands-free）单元，并且更具体地，涉及一种用于在嘈杂环境中使用的包括耐噪声音频传感器的免提单元。

背景技术

用于移动通信装置的免提单元在用户从事电话交谈时解放用户的手来执行任务。现在很多州要求司机在司机操作车辆的同时专注于电话交谈时使用免提单元。存在用于移动通信装置的很多商业上可得的头戴式耳机和/或耳塞。这些头戴式耳机和/或耳塞通常包括可以与用户耳朵相邻并置的扬声器和检测用户语音的麦克风。在一些头戴式耳机中，麦克风被安装到可被定位的悬臂。传统头戴式耳机中的常见问题是，麦克风提取环境噪声并将该环境噪声与用户语音一同发送给远程用户。

各种技术被用于减少噪声水平。一种方法是包括从发送的信号中检测并消除环境噪声的噪声消除算法。然而，噪声消除算法倾向于引起听觉上不合意的人为现象，而且增加成本和复杂性。

针对噪声问题的另一种方法是使用骨传导麦克风，诸如插入到用户耳道中的耳部麦克风。传统的骨传导麦克风的问题是相比于传统的外部麦克风，所捕获的声音是失真的。这种失真的一个例子是音频信号中高频内容的衰减。

因此，需要新的技术，以在所生成的音频信号中以相对低的成本减少噪声并具有更少的失真。

发明内容

本发明涉及一种免提单元，该免提单元具有多个音频传感器，例如耐噪声音频传感器和外部麦克风，以检测可听声音。例如，耐噪声音频传感器可以包括插入到用户的耳道中并生成第一音频信号的骨传导麦克风。外部麦克风被安装在暴露的位置中，并生成第二音频信号。控制单元基于第一和第二音频信号的比较来检测噪声水平，并基于所检测的噪声水平来将输入到通信装置的语音在耳部麦克风和外部麦克风之间进行切换。在本发明一个示例性实施例中，使用带宽扩展和滤波来恢复高频信息和减少第一音频信号的失真。

本发明的一个示例性实施例包括用于移动通信装置的免提单元。该免提单元包括：第一耐噪声音频传感器，用于基于对可听声音的检测来生成第一音频信号；第二外部音频传感器，用于基于对所述可听声音的检测来生成第二音频信号；控制单元，以及失真减少滤波器。该控制单元基于第一和第二音频信号的比较来检测噪声水平；并基于所检测的噪声水平来选择第一和第二音频信号中的一个用于传送。在传送到远程方之前，失真减少滤波器增强该第一音频信号以生成增强的第一音频信号。

在本发明的一些实施例中，失真减少滤波器包括带宽扩展器，用于将一个或多个频率分量添加到所述第一音频信号。

在本发明的一些实施例中，失真减少滤波器进一步包括调谐滤波器，用于在该第一音频信号的带宽已经被扩展后将该第一音频信号进行滤波。

在本发明的一些实施例中，失真减少滤波器被配置成将该第一音频信号划分成两个或更多个频带，扩展该频带中的至少一个频带的带宽，并重组这些频带。

在本发明的一些实施例中，该免提单元进一步包括自适应调谐控制器，用于基于增强的第一音频信号和第二音频信号之间的比较来使该调谐滤波器的滤波器系数适应。在本发明的一些实施例中，该控制单元被配置成当噪声水平较低时触发该自适应调谐控制器来调整该滤波器系数。

在本发明的一些实施例中，用于免提单元的控制单元基于没有带宽扩展的第一音频信号与第二音频信号的比较来检测噪声水平。

本发明的其他示例性实施例包括由生成用于传送的音频信号的免提单元所实现的方法。一种这样的方法包括：从第一耐噪声音频传感器接收第一音频信号；从第二外部音频传感器接收第二音频信号；通过比较所述第一和第二音频信号来检测噪声水平；以及基于所检测的噪声水平来选择第一和第二音频信号中的一个用于传送。

在本发明的一些实施例中，增强第一音频信号包括将一个或多个频率分量添加到第一音频信号来扩展该第一音频信号的带宽。

在本发明的一些实施例中，增强所述第一音频信号进一步包括在扩展该第一音频信号的带宽之后，在调谐滤波器中对该第一音频信号进行滤波。

在本发明的一些实施例中，增强第一音频信号包括将第一音频信号划分成两个或更多个频带，扩展该频带中至少一个频带的带宽，并重组这些频带。

在本发明的一些实施例中，该方法进一步包括基于增强的第一音频信号和第二音频信号之间的比较来使该调谐滤波器的滤波器系数适应。

在本发明的一些实施例中，当噪声水平较低时，执行使该调谐滤波器的滤波器系数进行适应。

在本发明的一些实施例中，通过比较所述第一和第二音频信号来检测噪声水平包括将没有带宽扩展的第一音频信号与第二音频信号进行比较。

附图说明

图1说明了根据一个示例性实施例的免提单元。

图2说明了根据一个实施例的用于免提单元的基本单元的主要功能部件。

图3说明了根据一个示例性实施例的用于免提基本单元的失真减少滤波器的主要功能元件。

图4说明了根据另一个示例性实施例的用于免提基本单元的失真减少滤波器的主要功能元件。

图5说明了由用于生成用于传送的音频信号的免提单元所实现的示例性方法。

具体实施方式

现在参照附图，图1说明了根据本发明的一个实施例的示例性免提单元100的主要功能部件。免提单元100包括基本单元102、扬声器104、外部音频传感器106、以及耐噪声音频传感器108。免提单元100的基本单元102与收发器单元150（比如移动电话）通过有线或无线接口进行通信。例如，基本单元102和收发器单元150可以包括蓝牙无线接口或其他短程无线接口。由收发器单元150接收的音频信号被输出到扬声器104。音频传感器106、108检测可听声音并生成音频信号，以便由收发器单元150进行传送。

外部音频传感器106可以包括外部麦克风106，其被置于暴露的区域中来捕获扬声器的语音。例如，外部麦克风106可以被安装在基本单元102的悬臂或其他延伸部分上。音频传感器108包括任意耐噪声音频传感器（例如骨传导麦克风）、插入到用户耳道中的入耳式麦克风、或振动式音频传感器（例如喉部麦克风）。将理解的是，本发明并不限于这些特定的耐噪声音频传感器。基本单元102基于来自音频传感器106、108的音频信号之间的差值来确定噪声水平。当噪声水平较低时，基本单元102从外部麦克风106向收发器单元150输出音频信号。相反地，当噪声水平较高时，基本单元102可以从耐噪声音频传感器108向收发器单元150输出音频信号。由于来自耐噪声音频传感器108的音频信号很可能是失真的且缺少高频分量，所以基本单元102可对来自耐噪声音频传感器108的音频信号进行滤波，以恢复缺少的高频分量并减少音频信号的失真。

图2说明了在对来自音频传感器106、108的音频信号的处理中所涉及的免提基本单元102的示例性部件。音频处理电路包括失真减少滤波器110和控制单元120。失真减少滤波器110扩展来自耐噪声音频传感器的音频信号的带宽并减少其失真，以生成增强或扩展的音频信号。控制单元120分别比较来自外部麦克风106和耐噪声音频传感器108的音频信号中的噪声水平，并确定输出音频信号中的哪个用于传送。在本发明的一些实施例中，噪声抑制器130可被用于抑制或消除来自音频传感器106、108的音频信号中的噪声。优选地，在将来自耐噪声音频传感器108的音频信号输入到失真减少滤波器110之前，对该音频信号施加噪声抑制/消除。

图3说明了根据一个实施例的单频带失真滤波器110。失真减少滤波器110包括带宽扩展器112、调谐滤波器114、音频比较器116和自适应调谐控制器118。带宽扩展器112将高频分量添加到来自耐噪声音频传感器108的音频信号中。调谐滤波器114对增强的音频信号112进行滤波，以产生具有更自然声音的增强音频信号。例如，调谐滤波器114可以包括全带宽有限脉冲响应（FIR）滤波器，用于对增强的音频信号的全带宽进行滤波。音频比较器116将来自外部麦克风106的音频信号与来自耐噪声音频传感器108的增强音频信号进行比较，并将差值输出到自适应调谐控制器118。然后，自适应调谐控制器118可以对带宽扩展器112和/或调谐滤波器114进行调谐调整。在一个示例性实施例中，自适应调谐控制器118使用最小均方算法来调整该调谐滤波器114的滤波器系数，以使得来自外部麦克风106的音频信号和来自耐噪声音频传感器108的增强的音频信号之间的差值最小化。优选地，当噪声水平较低时，执行失真减少滤波器100的适应性调谐。

控制单元120包括噪声比较器122和选择单元124。噪声比较器122将来自外部麦克风106的音频信号与来自耐噪声音频传感器108的由失真减少滤波器110进行增强之前的音频信号进行比较。这两个信号的比较提供了对环境中的噪声水平的指示。基于这两个信号的比较，比较器122输出控制信号给选择单元124。例如，选择单元124可以包括开关或其他电路元件，用于在来自耐噪声音频传感器108的增强的音频信号和来自外部麦克风106的音频信号之间进行选择。

噪声比较器122还可以向自适应调谐单元118输出控制信号，以指示噪声水平何时对自适应调谐118是足够低的。噪声比较器122可以使用与第一噪声水平相对应的第一阈值来控制选择单元124，并使用与第二噪声水平相对应的第二阈值来控制自适应调谐。在一个实施例中，第二噪声水平可以低于第一噪声水平。在其他实施例中，相同的噪声阈值可以被用于信号选择和自适应调谐两者。

图4说明了根据本发明的第二实施例的多频带失真减少滤波器110。多频带失真减少滤波器110包括一系列的带通滤波器111，用于将来自耐噪声音频传感器108的音频信号分离成两个或更多个频带。然后，如前面所述的，由带宽扩展器112和调谐滤波器114单独处理每个频带。从调谐滤波器114输出的信号接着在组合器115中被组合，以生成增强的音频信号。增强的音频信号被输出到选择电路124。然后，音频比较器116将来自外部麦克风106的音频信号与来自耐噪声音频传感器108的增强的音频信号进行比较，并将差值输出到自适应调谐控制器118。然后，如前所述，自适应调谐控制器118可以对带宽扩展器112和/或调谐滤波器114进行调谐调整。可针对每个频带单独地进行调谐调整。

图5说明了由生成用于传送的音频信号的免提单元100所实现的示例性方法。该方法由免提单元100的控制单元120实现。控制单元120从诸如置于用户内耳道中的传感器的耐噪声音频传感器108接收第一音频信号（方框202），以及从外部麦克风106接收第二音频信号（方框204）。控制单元120通过比较第一和第二音频信号来检测噪声水平（方框206），以及基于所检测的噪声水平来选择第一和第二音频信号两者之一以便输出到收发器单元150。在一个示例性实施例中，免提单元100可对第一音频信号施加音频增强，以生成用于传送的增强的音频信号。

例如，在不脱离本发明的范围和本质特点的情况下，本发明可以按照不同于本文所阐述的那些方式的其他具体方式来执行。因此本实施例在所有方面中均被认为是说明性的而非限制性的，并且来自所附权利要求的含义和等效范围内的所有改变均意在被包含在其中。

Claims (12)

1.一种用于移动通信装置的免提单元，包括：

第一耐噪声音频传感器，用于基于对可听声音的检测来生成第一音频信号；

第二外部音频传感器，用于基于对所述可听声音的检测来生成第二音频信号；

控制单元，其被配置成：

基于第一和第二音频信号的比较来检测噪声水平；以及

基于所述检测的噪声水平来选择用于输出的所述第一和第二音频信号中的一个，以便传送到远程方；

失真减少滤波器，用于在传送到远程方之前增强所述第一音频信号；

其中所述失真减少滤波器包括带宽扩展器，用于将一个或多个频率分量添加到所述第一音频信号。

2.根据权利要求1所述的免提单元，其中所述失真减少滤波器进一步包括调谐滤波器，用于在所述第一音频信号的带宽已经被扩展之后对所述第一音频信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的免提单元，进一步包括自适应调谐控制器，用于基于所述增强的第一音频信号和所述第二音频信号之间的比较来使所述调谐滤波器的滤波器系数适应。

4.根据权利要求3所述的免提单元，其中所述控制单元被配置成当噪声水平较低时触发自适应调谐控制器来调整滤波器系数。

5.根据权利要求1所述的免提单元，其中所述失真减少滤波器被配置成：

将所述第一音频信号划分成两个或更多个频带；

扩展所述频带中的至少一个频带的带宽；以及

重组所述频带。

6.根据权利要求1所述的免提单元，其中所述控制单元基于由失真减少滤波器进行滤波之前的第一音频信号与所述第二音频信号的比较来检测噪声水平。

7.一种由生成用于传送的音频信号的免提单元所实现方法，所述方法包括：

从第一耐噪声音频传感器接收第一音频信号；

从第二外部音频传感器接收第二音频信号；

通过比较所述第一和第二音频信号来检测噪声水平；

基于所述检测的噪声水平来选择用于输出的所述第一和第二音频信号中的一个，以便传送到远程方；以及

通过将一个或多个频率分量添加到所述第一音频信号以扩展所述第一音频信号的带宽来在传送到远程方之前增强所述第一音频信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中增强所述第一音频信号进一步包括在所述第一音频信号的带宽被扩展后，在调谐滤波器中对所述第一音频信号进行滤波。

9.根据权利要求7所述的方法，其中增强所述第一音频信号包括将所述第一音频信号划分成两个或更多个频带，扩展所述频带中的至少一个频带的带宽，以及重组所述频带。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括基于增强的第一音频信号与所述第二音频信号之间的比较来使所述调谐滤波器的滤波器系数适应。

11.根据权利要求10所述的方法，其中当噪声水平较低时，执行使所述调谐滤波器的滤波器系数进行适应。

12.根据权利要求7所述的方法，其中通过比较所述第一和第二音频信号来检测噪声水平包括将没有带宽扩展的第一音频信号与所述第二音频信号进行比较。