CN104469607B - 音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路及相关方法 - Google Patents

音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路及相关方法 Download PDF

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Abstract

一种音频和超声信号处理电路(412)，包括：音频输入端子(414)，用于接收包括音频输入信号的输入信号；幅度检测器(430)，配置为确定输入信号的幅度并提供幅度电平信号(432)；增益计算器(434)，配置为根据幅度电平信号(432)和目标幅度信号(418)来确定超声放大因子(436)；可变超声放大器(438)，配置为接收超声输入信号并根据超声放大因子(436)来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及输出端子(416)，用于提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。

Description

音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路及相关方法
技术领域
本公开涉及音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路及相关方法。具体地而非必要地，本公开涉及使用超声信号处理来进行手势识别的系统。
背景技术
移动设备(更具体地，移动电话)正在变得越来越精密。触敏显示器目前被广泛使用。出现了新的手势识别技术，其允许新的人机交互形式。作为非限制性示例，已知的手势识别技术包括来自Qualcomm的EPOS、来自Microsoft、Elliptic Labs和Navisense的SoundWave。
发明内容
根据第一方面，提供了一种音频和超声信号处理电路，包括：
音频输入端子，用于接收包括音频输入信号的输入信号；
幅度检测器，配置为确定输入信号的幅度并提供幅度电平信号；
增益计算器，配置为根据幅度电平信号和目标幅度信号来确定超声放大因子；
可变超声放大器，配置为接收超声输入信号并根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及
输出端子，用于提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。
有利地，音频和超声信号处理电路可以使得能够增大超声输入信号的幅度(当这么做不会以音频输入信号为代价时)，使得可以将放大的超声信号与音频输入信号混合，以提供增强输出信号，从而由单个扬声器输出。可以不显著降低音频信号的质量，同时超声输入信号的幅度增大可以改善使用超声信令的应用，如，相关的手势识别系统。
幅度检测器可以包括峰值保持电平检测器。
幅度检测器和/或增益计算器可以配置为按照比音频输入信号的频率高至少一个数量级的速率来更新超声放大因子。
增益计算器可以配置为根据幅度电平信号与目标幅度信号之间的差值来确定超声放大因子。
音频输入端子还可以配置为接收超声输入信号。可变超声放大器可以配置为：接收超声输入信号和音频输入信号；根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及对音频输入信号应用大约为1的增益因子。可变超声放大器的输出可以与所述输出端子相连。
音频和超声信号处理电路还可以包括：超声输入端子，独立于音频输入端子；以及加法器，具有第一加法输入、第二加法输入以及加法输出。音频输入端子可以与第一加法输入相连，可变超声放大器的输出可以与第二加法输入相连。加法器的输出可以与所述输出端子相连。
音频和超声信号处理电路还可以包括：输出放大器，配置为放大所述增强输出信号，以向扬声器提供放大的输出信号。
输出放大器可以配置为提供目标幅度信号。
音频输入信号可以包括频率在20Hz至20,000Hz范围内的分量。超声输入信号可以包括频率大于例如10,000Hz、12,000Hz、16,000Hz、或20,000Hz的分量。
根据另一方面，提供了一种处理音频和超声信号的方法，所述方法包括：
接收包括音频输入信号的输入信号；
确定输入信号的幅度并提供幅度电平信号；
根据幅度电平信号和目标幅度信号来确定超声放大因子；
接收超声输入信号并根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及
提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。
根据另一方面，提供了一种超声信号处理电路，包括：
超声输入端子，配置为从麦克风接收所发送的超声信号；以及
可变超声衰减器，配置为根据超声放大因子来调制所发送的超声信号的幅度，以提供经处理的超声信号。
所发送的超声信号可以代表要传递的信息，或者可以代表手势。
超声信号处理电路还可以包括：超声解码模块，配置为接收和解码所述经处理的超声信号。超声解码模块可以是手势识别模块。
根据另一方面，提供了一种处理超声信号的方法，所述方法包括：
可选地从麦克风接收所发送的超声信号；以及
根据超声放大因子来调制所发送的超声信号的幅度，以提供经处理的超声信号。
可以提供一种手势识别系统、空间定位系统或集成电路，包括本文公开的任何音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路、电路或系统。
可以提供一种计算机程序，所述计算机程序在运行于计算机上时使计算机配置包括本文公开的处理电路、音频和超声信号处理电路、超声信号处理电路、电路、控制器或设备在内的任何装置，或者执行本文公开的任意方法。作为非限制性示例，计算机程序可以是软件实现，计算机可以被看作是任意适当硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及在只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中的实现。软件可以是汇编程序。
计算机程序可以设置在计算机可读介质上，所述计算机可读介质可以是诸如磁盘或存储设备之类的物理计算机可读介质，或者可以体现为瞬态信号。这种瞬态信号可以是网络下载，包括互联网下载。
附图说明
现在将参考附图，通过示例来描述本发明的实施例，附图中：
图1示出了基于超声的手势识别系统的简化框图；
图2示出了用于产生和放大组合的音频信号和超声信号的电路的框图；
图3示出了用于混合音频输入信号和超声输入信号的系统的框图；
图4示出了图3的超声增大器模块的其他细节；
图5a和图5b在时域图示了与图4的电路相关联的信号；
图6在频域图示了与图4的电路相关联的信号；
图7示出了用于混合音频信号和超声信号的另一系统的框图；
图8在时域图示了与图7的电路相关联的信号；
图9在频域图示了与图7的电路相关联的信号；
图10示出了基于超声的手势识别系统的简化框图；
图11示出了图10的超声归一化模块的示例实现方式；
图12示出了处理音频信号和超声信号的方法的流程图；以及
图13示出了处理超声信号的方法的流程图。
具体实施方式
本文公开的一个或多个示例可以使能在音频性能不显著变差的情况下同时回放常规音频信号并且传输超声信号，所述超声信号可以用于例如手势识别。音频信号可以包括频率在20Hz到20,000Hz范围内的分量。超声信号可以包括频率高于10,000Hz、12,000Hz、16,000Hz、20,000Hz、30,000Hz、40,000Hz、50,000Hz或更大的分量。
图1示出了基于超声的手势识别系统100的简化框图。系统100接收音频输入信号102，其中所述音频输入信号102作为输入被提供至超声产生和混合模块104，所述超声产生和混合模块104还接收(或自己产生)超声输入信号(未示出)。超声产生和混合模块104向放大器106提供输出信号，所述输出信号包括与音频输入信号102相对应的频率分量以及与超声输入信号相对应的频率分量。放大器106放大来自超声产生和混合模块104的输出信号，并将放大后的信号提供至扬声器108。扬声器108根据音频输入信号输出可听频率的信号并根据超声输入信号输出超声频率的信号。
如图1中附图标记110示意性示出的，用户手势在超声信号从扬声器108到麦克风112的途中对超声信号产生声音路径干扰。扬声器108和麦克风112可以是相同设备(例如，移动电话)的一部分或者可以不是相同设备的一部分。
麦克风112根据接收到的超声信号向超声检测模块114提供信号。麦克风112可以是单个麦克风或多个麦克风。超声检测模块114然后可以通过确定声音路径干扰来解释手势和相关用户输入，所述确定声音路径干扰可以包括例如(i)处理超声信号的到达时间(TOA)；和/或(ii)执行多普勒或三角测量(triangulation)处理。
基于超声的手势识别系统的质量和鲁棒性可以依赖于所使用的扬声器和麦克风。例如，超声信号的幅度应当足够大以在有背景噪声和干扰的情况下获得鲁棒的检测。可能需要这样，以便提供可接受的信噪比并使能在足够远的距离处操作。
一种实现足够的性能等级的方式是使用专用于超声应用的压电换能器(声音发射器和接收器)，所述压电换能器可以配置为在超声频率范围内具有最高灵敏度。然而这种专用换能器的使用在以下方面可能是不可接受的：(i)这些专用换能器消耗的功率的量；(ii)附加组件占用的额外空间；以及(iii)提供这些组件的经济成本。这对于消费类移动设备而言尤为贴切。
本文公开的一个或多个实施例重用(reuse)已有的扬声器和/或麦克风，如，移动通信设备中存在的扬声器和/或麦克风，所述移动通信设备按照定义可以不优化为在超声范围内工作。
图2示出了用于产生和放大组合的音频信号和超声信号的电路200的框图。系统200接收音频输入信号202，所述音频输入信号202作为输入被提供至音频信号放大器204。音频信号放大器204对音频输入信号202应用增益(1-G)，以减小/衰减音频输入信号202的幅度。下面更详细地描述“G”。将音频信号放大器204的输出提供至加法器206的第一加法输入。
电路200还接收超声输入信号208，所述超声输入信号作为输入被提供至超声信号放大器210。超声信号放大器210对超声输入信号208应用增益G，以增大/放大超声输入信号208的幅度。将超声信号放大器210的输出提供至加法器206的第二加法输入。因此，加法器206将放大的超声信号和衰减的音频信号组合/混合，使得从加法器输出的信号具有与放大的超声信号相对应的频率分量以及与衰减的音频信号相对应的音频分量。
将加法器206的输出作为输入提供至放大器212。将放大器212的输出作为输入提供至扬声器214。放大器212执行扬声器214正确操作所需的任何放大。
在该示例中，接收到的音频输入信号202的幅度已被最大化以可靠地从扬声器214获得最高可能声压级。这可以意味着音频输入信号202的峰值幅度非常接近放大器212的削波电平。如技术中已知的，如果输入信号的幅度超过削波电平，则放大器212将提供失真的输出信号。
如图2所示，在混合信号被放大器212放大并馈送至扬声器214之前，将超声输入信号208添加到音频输入信号202。如果音频输入信号202的幅度足够高，则超声输入信号208的添加会导致放大器削波，这会引起不可接受的可听失真。如上所述，在接收到的音频输入信号202的幅度已被最大化的示例中，更有可能发生这种情况。如图2所示，减小发生削波的可能性的一种方式是音频信号放大器204应用增益减小，使得最大化的音频和超声信号(加法器206的输出)的幅度电平超过放大器212的削波电平的可能性较小。这可以已知为提供信号净空，在图2中通过应用增益“1-G”的音频信号放大器204来表示，其中“G”是向加法器206的第二输入提供的超声信号的幅度。然而，由于音频信号幅度的减小，这可以引起次优的音频性能。
图3示出了用于混合音频输入信号302和放大后的超声输入信号306并从扬声器322输出增强信号的系统300的框图。
参考图3至图6描述的示例可以基于以下假设：超声信号已存在于音频信号中，使得此后必须进行超声放大/最大化。典型地(但不是必然地)，在应用处理器与智能输出放大器相连时也是如此。应用处理器可以是电路或设备，其提供音频信号并负责超声解码，以产生例如手势输入。在这些情况下，应用处理器可以执行超声信号的产生和混合，而智能放大器可以通过反馈目标电平来对超声放大/最大化做出贡献，其中所述目标电平考虑智能放大器自身的削波电平。本领域已知这种智能放大器可以具有嵌入式处理，所述嵌入式处理允许该智能放大器避免削波和/或保护下游扬声器。
类似于参考图2描述的方式，图3包括由音频信号放大器304衰减的音频输入信号302。音频信号放大器304应用增益因子“1-G”。类似地，超声信号放大器308将超声输入信号306放大，所述超声信号放大器308应用增益因子“G”。加法器310将衰减的音频输入信号和放大的超声信号混合/相加。
加法器310的输出端子向超声增大器模块312的输入端子314提供输入信号。在该示例中，输入端子314既是音频输入端子也是超声输入端子。超声增大器模块312可以称作音频和超声信号处理电路，在一些示例中可以被看作是超声最大化模块。超声增大器模块312具有向输出放大器320的输入提供增强输出信号的输出端子316。输出放大器320的输出被提供至扬声器322。
超声增大器模块312还接收目标幅度信号T 318，所述目标幅度信号T318表示从加法器310接收的信号的超声信号部分的目标电平。在该示例中，从输出放大器320接收目标幅度信号T 318以实时提供反馈回路。这可以是有利的，因为目标幅度信号T 318是可以根据诸如经历的电压电平和环境参数等外部因素来自动设置，使得可以更有效并且高效地使用输出放大器。然而在其他示例中，目标幅度信号T 318可以是预定值或者可以是硬编码的。
如以下参考图4将描述的，当这种放大不会超过最大幅度电平时，超声增大器模块312的输出是增强输出信号，所述增强输出信号包括(i)与在超声增大器模块312处接收的音频输入信号相关的频率分量；以及(ii)与放大的超声信号相关的频率分量。这种最大幅度电平可以对应于放大器的削波阈值或者扬声器能够处理的最大电平，如目标幅度信号T318表示的。这样，扬声器322发送的超声信号具有最小幅度值(对应于“G”)，在音频输入信号302中存在足够的净空时仍具有增大的幅度。
图4示出了图3的超声增大器模块的其他细节。超声增大器模块412具有用于接收输入信号的音频输入端子414，所述输入信号包括音频输入信号。在该示例中，输入信号还包括与超声信号相对应的频率分量。超声增大器模块412具有用于提供增强输出信号的输出端子416，所述增强输出信号包括与音频信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。
在音频输入端子414处接收的输入信号作为输入被提供至幅度检测器430，在该示例中，幅度检测器430是峰值保持电平检测器。峰值保持电平检测器430配置为确定输入信号的幅度，并提供幅度电平信号L 432作为输出。如本领域已知的，峰值保持电平检测器430可以具有一个或多个时间常数，所述时间常数用于确定特定时间段上的平均幅度电平。在该示例中，峰值保持电平检测器430可以使用极快的时间常数，因为在超声范围内快且大的增益变化不是可听的，因此可以被看作是可接受的。
向增益计算器434提供幅度电平信号L 432和目标幅度信号T 418作为输入。在该示例中，目标幅度信号T 418是在输出没有显著失真的情况下在输出放大器(未示出)的输入处能够提供的最大幅度。增益计算器434根据目标幅度信号T 418和幅度电平信号L 432来确定超声放大因子Gmax 436。
在该示例中，如下确定超声放大因子Gmax 436(所有值是以线性幅度来表示的，而不是以dBFS来表示的)：
其中：
T是目标电平，由目标幅度信号T 418表示；
L是电平检测器的输出，由幅度电平信号L 432表示；
G是超声信号幅度，可以与图1所示的“G”相同。
超声增大器模块412还包括可变超声放大器438，所述可变超声放大器438接收来自音频输入端子414的输入信号。如上所述，来自音频输入端子414的输入信号包括与音频输入信号和超声输入信号相对应的频率分量。可变超声放大器438根据超声放大因子Gmax436调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号。超声放大器配置为仅对超声范围内的输入信号的窄频带应用增益。因此，可变超声放大器438不将输出音频信号的峰值幅度相对于音频输入显著增大。也就是说，可变超声放大器438可以对音频输入信号应用大约为1的增益因子。可变超声放大器438可以实现为高通滤波器，所述高通滤波器将通带内的频率的信号放大并对通带外的频率应用增益1。可变超声放大器438提供增强输出信号作为其输出，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。可变超声放大器438的输出与超声增大器模块412的输出端子416相连。
按照这种方式，当音频输入信号的幅度小于其最大预期值时，可以增大/提高超声信号的幅度。因此，在图4的音频输入端子416处接收的输入信号的幅度的任何净空都可以有效地并且高效地用于提供具有更大超声信号的增强输出信号，而不显著增加放大器使扬声器的输出削波或失真的风险。这使得可以实现更鲁棒的手势识别。
图5a、图5b和图6图示了与图4的电路相关联的信号。这些图示出了对于与-20dBFS的18kHz音混合的归一化为0dBFS的满刻度音频信号的结果。
图5a示出了作为输入信号提供至图4的超声放大器的输入信号。图5b示出了响应于接收到图5a的信号由图4的超声放大器输出的增强音频信号和放大超声信号。图5b的音频信号分量对应于图5a的音频输入信号。图5a和图5b的水平轴表示时间。
图5a示出了输入信号的幅度小于其最大值的时间段，由附图标记502表示。图5b用附图标记504来标识相应的时间段。在该时间段502、504中，可以看出图5b中增强信号的幅度高于输入信号。当在附图标记为502的时间段之后输入信号再次变为高时，图5b的增强信号具有与输入信号相同的峰值幅度。如图6所示，幅度的增大是由于超声频率(超声信号)处信号的放大而引起的。
图6示出了与图4的电路相关联的两个信号602、604的频谱。水平轴表示频率，垂直轴表示功率。
第一信号602表示提供给超声增大器模块的输入信号。第二信号604表示增强音频信号和放大超声信号。可以看出，针对可听频率处的频率(在图6的左侧)，第一信号602的功率级与第二信号604的功率电平相同或大致相同。然而针对超声频率处的频率(在图6的右侧)，由于这些频率处的放大的信号，第二信号604的功率电平高于第一信号602的功率电平。
图7示出了用于混合音频信号702和超声信号706并从扬声器722输出增强信号的另一系统700的框图。
参考图7至图9描述的示例可以覆盖组合了超声信号产生、最大化和混合的情况。在这种情况下，可以相较于应用处理器的可能采样速率以更高的采样速率在智能放大器中执行所有操作，其中所述应用处理器的可能采样速率可以指的是主机(host)采样速率。相较于参考图3至图6描述的示例，这可以允许更高超声频率(例如，50kHz)的产生、最大化和混合。
以附图标记712来标识系统700的音频和超声信号处理电路。音频和超声信号处理电路712的输出端子716与输出放大器720的输入相连。输出放大器720的输出与扬声器722的输入相连。
音频和超声信号处理电路712具有用于接收输入信号的音频输入端子714，所述输入信号包括音频输入信号702。在该示例中，提供给音频输入端子714的输入信号不包括超声输入信号706；取而代之地，音频和超声信号处理电路712具有独立于音频输入端子714的单独超声输入端子。可以在音频和超声信号处理电路712内部产生超声输入信号。音频和超声信号处理电路712具有用于提供增强输出信号的输出端子716，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号744相对应的频率分量。
幅度检测器730接收音频输入信号702并确定音频输入信号的幅度，以提供幅度电平信号L 732。按照与以上参考图4描述的方式相同的方式，幅度检测器可以是峰值保持电平检测器730。
将幅度电平信号L 732和目标幅度信号T 718作为输入提供至增益计算器734。如图3的示例一样，目标幅度信号T 718是在不引起显著失真的情况下在输入处能够提供给输出放大器720的最大幅度。增益计算器734根据目标幅度信号T 718和幅度电平信号L 732确定超声放大因子Gmax736。
将超声放大因子Gmax 736作为控制输入提供给可变超声放大器742；根据超声放大因子Gmax 736来设置可变超声放大器742的增益。将超声输入信号706作为输入提供给可变超声放大器742。可变超声放大器742的输出是超声输入信号乘以根据超声放大因子Gmax736而设置的增益因子。这样，超声放大器742根据超声放大因子736调制超声输入信号706的幅度以提供放大的超声信号744。
在该示例中，将可变超声放大器742的增益“G”设置为Gmax，可以使用以下等式来计算Gmax：
Gmax＝T-L
音频和超声信号处理电路712还包括加法器710，加法器710在第一加法输入处接收音频输入信号702，在第二加法输入处接收放大的超声信号744。加法器710的加法输出与音频和超声信号处理电路712的输出端子716相连，所述音频和超声信号处理电路712的输出端子716提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号702相对应的频率分量以及与放大的超声信号744相对应的频率分量。
图7的系统700使得音频输入信号702的幅度小于预期最大值的任意时间段也能够被用来从扬声器722发送超声信号。峰值保持电平检测器730和/或增益计算器734可以配置为以期望的速率更新超声放大因子Gmax 736。这可以包括相应地设置一个或多个时间常数。根据如何设置峰值保持电平检测器730的时间常数，可以按照特定速率更新超声放大因子Gmax 736，使得当音频输入信号702的峰值幅度小于最大值时，将超声信号与音频输入信号702混合。备选地或附加地，如以下参考图8和图9描述的，可以充分快速地动态设置超声放大因子Gmax 736，使得在音频输入信号702的峰值之间将超声信号与音频输入信号702混合。无论音频输入信号802的峰值是否处于最大期望值，这都可以适用。
图8和图9图示了与图7的电路相关联的信号。图8和图9示出了对于50kHz音作为超声输入信号并且满刻度1kHz音作为音频输入信号而言的结果。
图8示出了具有最大期望幅度的正弦波1kHz音频输入信号802。图8中水平轴表示时间。图8还示出了增强输出信号804(包括音频输入信号802和放大的超声信号)。可以看出，在正弦波形的音频输入信号的峰值之间，放大的超声信号与音频输入信号混合。换言之，超声信号的幅度随着音频信号瞬时值的增大而减小。为了实现这种功能，可以按照比音频输入信号的频率高至少一个数量级的速率来更新超声放大因子。例如，可以大10倍、20倍或50倍。
图9示出了与图7的电路相关联的两个信号902、904的频谱。水平轴表示频率，垂直轴表示功率。
第一信号902表示音频输入信号。第二信号904表示包括音频信号和放大的超声信号的增强输出信号。可以看出，针对可听频率处的频率(在图6的左侧)，第一信号902的功率电平与第二信号904的功率电平相同或大致相同。然而针对超声频率处的频率(在图6的右侧)，由于添加了超声信令，第二信号904的功率电平高于第一信号902的功率电平。
图8和图9示出了即使音频输入信号幅度处于满刻度，仍然可以使用扬声器发送大量的超声信令。
图10示出了基于超声的手势识别系统1000的简化框图，所述基于超声的手势识别系统1000可以在发射器(扬声器1022)与传感器(麦克风1050)之间使用超声信号来传送信息。
系统1000接收音频输入信号1002，所述音频输入信号作为输入被提供至超声产生、混合和最大化模块1012，如以上参考图3至图9描述的模块。超声产生、混合和最大化模块1012还接收或自己产生超声输入信号(未示出)。超声产生、混合和最大化模块1012向输出放大器1020提供增强输出信号，所述增强输出信号是音频输入信号1002与放大的超声信号的组合。当提供增强输出信号时，超声产生、混合和最大化模块1012还产生超声放大因子Gmax1036，按照与上述相同的方式，所述超声放大因子Gmax1036表示增强输出信号中超声分量的幅度。
输出放大器1020放大增强信号并向扬声器1022提供放大信号。扬声器1022输出包括可听分量和超声分量的信号。
可以由一个或多个麦克风1050来接收扬声器1022输出的信号。如图1所示，可以在扬声器1022与麦克风1050之间的信号路径上执行干扰所发送信号的手势。
麦克风1050向超声归一化模块1052的超声输入端子提供输出信号1060，所述输出信号1060包括与发送的超声信号相对应的频率分量。在该示例中，发送的超声信号代表手势。超声归一化模块1052是超声信号处理电路的示例。超声归一化模块1052还从超声产生、混合和最大化模块1012接收超声放大因子Gmax 1036。超声归一化模块1052然后可以根据超声放大因子Gmax 1036的值归一化接收到的超声信号，所述超声放大因子Gmax 1036用于在发送超声输入信号之前放大超声输入信号。超声归一化模块1052向手势识别模块1054输出信号1058，信号1058包括与经处理的超声信号相对应的频率分量。手势识别模块1054可以将经处理的超声信号解码，以确定在扬声器1022与麦克风1050之间的信号路径上执行的手势。
图11示出了图10的超声归一化模块的示例实现方式。超声归一化模块1152包括可变超声衰减器，所述可变超声衰减器根据用于放大超声输入信号的超声放大因子Gmax 1136来调制所发送的超声信号的幅度，以提供经处理的超声信号。在该示例中，经处理的超声信号用于手势识别。
该示例的超声归一化模块1152向位于超声范围内的窄频带应用增益值，以衰减相关信号，所述增益值是Gmax的倒数(1/Gmax)。超声归一化模块1152可以对所述窄频带外的频率应用增益1，所述窄频带外的频率包括与音频信号相对应的频率。这样，可以确定由超声产生、混合和最大化模块与音频输入信号混合的超声输入信号的幅度，而不影响与音频信号相对应的任何频率分量。因此，可以减小或消除在扬声器发送之前引起的超声电平变化的影响，这可以在超声范围内获得改善的信噪比。此外，可以使用幅度调制技术作为手势识别处理的一部分，即使可以在发送之前动态地调节超声信号的幅度。
可以将图11的整个回路看作是能够在超声范围内改善或最大化信噪比的预加重(pre-emphasis)(超声最大化)/去加重(de-emphasis)(超声归一化)系统。
将认识到，本文中描述的增强输出信号可以用于除手势识别以外的其他应用。作为非限制性示例，这样的应用包括基于位置的广告宣传、通过超声的(安全)数据传递以及存在性检测。
图12示出了处理音频信号和超声信号的方法的流程图。方法起始于步骤1202，接收包括音频输入信号的输入信号，所述输入信号可选地还可以包括超声信号。方法继续到步骤1024，确定输入信号的幅度并提供幅度电平信号。
在步骤1026，方法包括根据幅度电平信号和目标幅度信号来确定超声放大因子。这可以包括从目标幅度信号中减去幅度电平信号。方法继续到步骤1028，接收超声输入信号并根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号。在步骤1210，方法包括提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。
图13示出了处理超声信号的方法的流程图。方法包括，在步骤1302，接收可选地从麦克风发送的超声信号。发送的超声信号可以代表手势。在步骤1034，方法包括根据超声放大因子调制所发送的超声信号的幅度，这可以便于提供经处理的超声信号以用于手势识别。
将认识到，本文公开的任何音频信号包括代表音频信号的信号，也就是说，这些超声信号可以是如下信息信号，所述信息信号一旦被扬声器输出，就处于对人耳通常可听的频率。类似地，本文公开的任何超声信号包括代表超声信号的信号，也就是说，可以是如下信息信号，所述信息信号一旦被扬声器输出，就处于对人耳通常不可听的频率。
本文公开的一个或多个示例可以基于即时音频信号电平来增大或最大化超声信号幅度，使得峰值音频信号幅度保持不变。
本文公开的电路和系统中的至少一些可以设置在任一用户控制的电子设备中，所述用户控制的电子设备配备有扬声器和麦克风之一或两者。例如，电子设备可以是移动计算设备或移动通信设备，如，移动电话、平板电脑、笔记本电脑、膝上型计算机等。
将认识到，本文公开为耦合或连接的任何组件可以是直接耦合或连接的。也就是说，一个或多个组件可以位于上述耦合或连接的两个组件之间，同时仍使能实现所需的功能。

Claims (12)

1.一种音频和超声信号处理电路，包括：
音频输入端子，用于接收包括音频输入信号和对应于路径干扰的超声输入信号的第一输入信号；
幅度检测器，配置为确定第一输入信号的幅度并提供幅度电平信号；
增益计算器，配置为根据幅度电平信号和目标幅度信号来确定超声放大因子；
可变超声放大器，配置为接收超声输入信号并根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号，其中所述放大的超声信号与受到手势干扰的路径有关；
输出端子，用于提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量；以及
识别模块，对放大的超声信号相对应的频率分量进行解码，以确定路径上执行的手势。
2.根据权利要求1所述的音频和超声信号处理电路，其中，幅度检测器和/或增益计算器配置为按照比音频输入信号的频率高至少一个数量级的速率来更新超声放大因子。
3.根据权利要求1或2所述的音频和超声信号处理电路，其中，增益计算器配置为根据幅度电平信号与目标幅度信号之间的差值来确定超声放大因子。
4.根据权利要求1或2所述的音频和超声信号处理电路，其中，
音频输入端子还配置为接收超声输入信号，
可变超声放大器配置为：
接收超声输入信号和第一输入信号；
根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及
对音频输入信号应用为1的增益因子；并且
可变超声放大器的输出与所述输出端子相连。
5.根据权利要求1或2所述的音频和超声信号处理电路，还包括：
超声输入端子，独立于音频输入端子；以及
加法器，具有第一加法输入、第二加法输入以及加法输出；
其中，音频输入端子与第一加法输入相连，可变超声放大器的输出与第二加法输入相连，加法器的输出与所述输出端子相连。
6.根据权利要求1或2所述的音频和超声信号处理电路，还包括：输出放大器，配置为放大所述增强输出信号，以向扬声器提供放大的输出信号。
7.根据权利要求6所述的音频和超声信号处理电路，其中，输出放大器配置为提供目标幅度信号。
8.根据权利要求1或2所述的音频和超声信号处理电路，其中，第一输入信号包括频率在20Hz至20,000Hz范围内的分量，超声输入信号包括频率大于20,000Hz的分量。
9.一种处理音频和超声信号的方法，所述方法包括：
接收包括音频输入信号和对应于路径干扰的超声输入信号的第一输入信号；
确定第一输入信号的幅度并提供幅度电平信号；
根据幅度电平信号和目标幅度信号来确定超声放大因子；
接收超声输入信号并根据超声放大因子来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号，其中所述放大的超声信号与受到手势干扰的路径有关；提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量；以及
对放大的超声信号相对应的频率分量进行解码，以确定路径上执行的手势。
10.一种手势识别系统，包括：根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的音频和超声信号处理电路。
11.一种空间定位系统，包括：根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的音频和超声信号处理电路。
12.一种集成电路，包括：根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的音频和超声信号处理电路。
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