CN104994456B - 一种提高通话音质的耳机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高通话音质的耳机及其方法，耳机包括线控结构、和设置在线控结构上相距预设距离的第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风用于分别采集两路语音信号；所述线控结构用于对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；从而过滤不需要的人声和环境噪音，加强了需要的通话语音，使用户获得更加清晰的通话效果，以及更满意和健康的通话音质。

Description

一种提高通话音质的耳机及其方法

技术领域

本发明涉及数字音频技术领域，尤其涉及的是一种提高通话音质的耳机及其方法。

背景技术

随着手持设备的快速普及，用户对于设备的功能以及智能化的要求越来越高，怎么样使手持设备更加智能化，功能更加专业化，多样化，更加高效的使用于日常生活中，已经成为了当下亟需解决的问题。目前各种各样的的耳机层出不穷，耳机听感的相关研发目前遇到了瓶颈。生产厂家以及方案厂家开始考虑怎样通过现有软件或者硬件方案，使听感或者使用体验上更加智能化。

目前MEMS麦克风越来越多的使用于手持设备，鉴于其更高的电气性能以及更高的音频性能，能大大提升语音质量。目前耳机厂商使用2个全指向性麦克风，通过对其位置进行设计、并利用音频协处理器对进入的环境噪音的计算分析来消除不需要的环境噪音，即可进一步提升录音质量。虽然该方法已经开始普遍使用。但是目前所有耳机通话的语音质量都是通过单麦克的降噪算法来实现的，噪音消除效果较差。对于耳机的线控结构（采用单个麦克风），全指向性麦克风的环境噪音消除方式不适用于线控耳机。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种提高通话音质的耳机及其方法，旨在解决现有耳机线控噪音消除效果较差的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种提高通话音质的耳机，用于与移动终端连接，其包括线控结构、和设置在线控结构上相距预设距离的第一麦克风和第二麦克风；

所述第一麦克风和第二麦克风用于分别采集两路语音信号；所述线控结构用于对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

所述的提高通话音质的耳机中，所述线控结构包括：

音频连接器，用于将模拟的所述两路语音信号转换成数字的音频信号；

音频协处理器，用于根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所述音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

所述的提高通话音质的耳机中，所述音频协处理器中预先加载波束成形算法；设置限制角度和支持角度构建出数字模型。

所述的提高通话音质的耳机中，所述第一麦克风和第二麦克风为MEMS麦克风，麦克风的信噪比要求大于55dB，频率范围为80hz~8Khz，误差等级为±2 dB。

所述的提高通话音质的耳机中，所述第一麦克风和第二麦克风之间的预设距离为10mm~20mm，且第一麦克风和第二麦克风对称设置。

一种采用所述的提高通话音质的耳机的提高通话音质方法，其特征在于，包括：

A、第一麦克风和第二麦克风分别采集两路语音信号；

B、线控结构对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

所述的提高通话音质方法中，在所述步骤A之前，还包括：

A01、设置限制角度和支持角度构建波束成形算法的数字模型。

所述的提高通话音质方法中，所述步骤B具体包括：

B1、音频连接器将模拟的所述两路语音信号转换成数字的音频信号并传输给音频协处理器；

B2、音频协处理器根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所述音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

所述的提高通话音质方法中，所述步骤B2具体包括：

B21、控音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法中的数字模型进行比对；

B22、将支持角度内的音频数据进行保留，限制角度内的音频数据进行反波抑制和过滤删除；

B23、加强相位和幅值以增加支持角度内的声音强度；

B24、将两路音频数据整合生成声音信号。

相较于现有技术，本发明提供的提高通话音质的耳机及其方法，所述耳机包括线控结构、和设置在线控结构上相距预设距离的第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风用于分别采集两路语音信号；所述线控结构用于对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；从而过滤不需要的人声和环境噪音，加强了需要的通话语音，使用户获得更加清晰的通话效果，以及更满意和健康的通话音质。

附图说明

图1是本发明提供的提高通话音质的耳机的示意图。

图2是本发明提供的提高通话音质的耳机的结构框图。

图3是本发明提供的线控结构、第一麦克风和第二麦克风的示意图。

图4是本发明提供的一种数字模型的示意图。

图5是本发明提供的另一种数字模型的示意图。

图6是本发明提供的提高通话音质方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种提高通话音质的耳机及其方法，通过耳机线控上设置两个麦克风，结合波束成形技术来消除环境噪音，并放大通话语音，从而大大提升了耳机通话的语音质量。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1和图2，本发明提供的提高通话音质的耳机与移动终端连接，所述耳机包括线控结构10、和设置在线控结构10上相距预设距离的第一麦克风210和第二麦克风220；所述第一麦克风210和第二麦克风220用于分别采集两路语音信号；所述线控结构10用于对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

所述线控结构10包括音频连接器110和音频协处理器120。所述音频连接器110连接第一麦克风210、第二麦克风220、音频协处理器120和耳机扬声器；所述音频协处理器120连接移动终端。音频连接器110还外接耳机扬声器，耳机扬声器为现有技术，其与音频连接器的工作原理也为现有技术，此处不作详述。

所述第一麦克风210和第二麦克风220采集语音信号。音频连接器110将模拟的所述两路语音信号转换成数字的音频信号并传输给音频协处理器120。所述音频协处理器120根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所述音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

本实施例中，所述第一麦克风210和第二麦克风220采用MEMS麦克风（全指向性），第一麦克风210和第二麦克风220对称设置且之间相距较佳为20mm。如图3所示（黑点为麦克风）。这样带上耳机通话时，线控结构距离嘴巴越近，采样声音的效果会更好。图3中虚线框为期望采集的语音信号范围，两个黑色图形为噪音。在具体实施时，为了达到更好的采集效果，所述麦克风的信噪比要求>55dB，频率范围为80hz~8Khz，误差等级为±2 dB，两个麦克风之间的距离要求为10mm~20mm，且模数转换的精度>98 dB。

通话时，所述第一麦克风210主要用于采集用户的语音信号，第二麦克风220用于采集环境噪声信号。环境噪声信号包括回声、混响及需要过滤的低频噪音。由于两者距离较近，实际上采集到的信号比较相似，本实施例统称为语音信号（里面包含了环境噪声信号）。

接着需通过音频连接器110对两路语音信号进行模数转换，获得音频信号后，对两路音频信号进行单独采样并分别输入至音频协处理器中。

所述音频协处理器中预先加载了波束成形算法。单独调节多麦克风阵列中每个单元所接收信号的相位与波幅，使联合输出上可以获得某个方向上的最大信噪比，类似于采用带通滤波的方式，在频域中提取所需信号。但对麦克风阵列的波束成形，工作是在发生在空间域中的，通常是可以配置成各个方向。由于每个人对不同距离和方向所接收声音左耳和右耳脉冲相应静态测量值的傅里叶变化，双耳声级差和双耳时间差都有差异，从而会导致人在辨识光束形成的区域的范围以及方位的区分会有差异。所述波束成形算法即是通过对这些差异性数据进行采集和分类，建立一个新的数字模型；即可避免了头部运动或者人头形态以及器官位置的差异造成的影响。

如图4和图5所示，图4为一种数字模型的示意图，图5为另一种数字模型的示意图。在图4中，用户A为需要录取的声音，可为一个或者多个；位置为0°。用户B为干扰者的声音，不想被采集的对象，位置为50°。图中的花瓣形状即为一数字模型，其表示了可以支持的需强化语音的角度以及实时声音的升压强度。凸出部分需放大，凹进部分需滤除，具体为：-30°到30°， 60°到120°，-150°到150°以及-60°到-120°；这些角度范围内的对象声音会进行放大，除此之外的角度范围内的声音会进行过滤删除；从而实现某个或者多个方向的特定区域的选择性录音。

图5中，用户C为需要录取的声音，位置为0°。用户D为干扰者的声音，位置为90°。图5中的花瓣形状为另一种数字模型，其表示：支持强化录音的角度范围为-60°到60°以及-120°到120°，这个角度范围内的声音会通过对相位和幅值的处理从而放大录音。其它区域需要过滤或者屏蔽掉干扰音。从该花瓣形状可以看出，支持的角度范围得到了有效的放大。其它的角度声压值被滤除。

本实施例中，对所述波束成形算法的设置要求如下表1所示。

声音带宽	16Khz
		可调节角度	是的
角度支持	±45°
		响应时间	100ms
AEC类型	单通道
		双通	连续
AEC降噪等级	最高到65dB
		非稳态噪音消除	15 dB（可调）
Diffuse noise suppression（传播噪声抑制）	15 dB（可调）
		可控增益	是的
语音动态识别	是的
		实时处理	是的
自然语音	是的

表1

上述表1中，还可设置最大消除65dB的回声，消除25dB的噪声。由于每个音频信号都有时间域和空间域。通过上述表1中算法设置，音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法中的数字模型进行比对，即可辨别出声音的大致方向，位置，响度，背景，品质，远近，音调等大部分的混合特性的数据。例如，人的声音在一定频段内，将两路语音信号综合比较即可找出人的声音，结合数字模型可分辨出大致方向（哪个角度）。

波束成形算法运行之前会预先设置一个角度来作为限制，相当于设置如图4、图5中花瓣的形状，需要限制的角度内凹成尖角，需要支持放大的角度外凸。通过设置限制角度和支持角度即可构建出数字模型。限制角度即是预设范围外，支持角度即是预设范围内。

将比对后的音频信号进行数据筛选，即是将支持角度内的音频数据进行保留，限制角度内的音频数据进行反波抑制和过滤删除。再通过动态加强相位和幅值来增加支持角度内的声音强度。

由于两路音频信号是分开比对的，需要将两者整合在一起才能形成最终的声音信号，以避免两路音频输出产生混音影响听效。整合即是将经过上述筛选加强后的音频数据重新建立数字模型，建立虚拟的数字空间域和时间域，然后通过音频协处理器120中的数字转模拟控制器输出给移动终端。移动终端再发送给通话对方。

从听者（通话对方）来说、能够更容易辨识支持角度内的声音，过滤了限制角度内的人声和环境噪音，还对支持角度声音加强，这样通话对方即可听到基本无噪音、且更清晰的声音。即使在较远距离，若声音处于支持角度内也能进行声音加强。根据实际测试得出，采用上述耳机最多可对3米之内的声音进行超级采样，通过耳机通话输出去的声音更加清楚，效果更好。

基于上述的提高通话音质的耳机，本发明还提供一种提高通话音质方法，请参阅图6，所述提高通话音质方法包括：

S100、第一麦克风和第二麦克风分别采集两路语音信号；

S200、线控结构对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

在所述步骤S100之前，还包括：设置限制角度和支持角度构建波束成形算法的数字模型。

所述步骤S200具体包括：

步骤201、音频连接器将模拟的所述两路语音信号转换成数字的音频信号并传输给音频协处理器；

步骤202、音频协处理器根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所述音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端。

其中，步骤202具体包括：

步骤2021、控音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法中的数字模型进行比对；

步骤2022、将支持角度内的音频数据进行保留，限制角度内的音频数据进行反波抑制和过滤删除；

步骤2023、加强相位和幅值以增加支持角度内的声音强度；

步骤2024、将两路音频数据整合生成声音信号。

综上所述，本发明的改进点在于，在现有的耳机线控中增加一个麦克风，采用波束成形算法对两个麦克风采集的两路语音信号进行处理，将支持角度内的音频数据进行保留并增加声音强度，将限制角度内的音频数据进行反波抑制和过滤删除；从而过滤不需要的人声和环境噪音，加强了需要的通话语音，使用户获得更加清晰的通话效果，以及更满意和健康的通话音质。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高通话音质的耳机，用于与移动终端连接，其特征在于，包括线控结构和设置在线控结构上相距预设距离的第一麦克风和第二麦克风；

所述第一麦克风和第二麦克风用于对应采集两路语音信号；所述线控结构用于对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；

所述线控结构包括：

音频连接器，用于将模拟的所述语音信号转换成数字的音频信号；

音频协处理器，用于根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；

音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法的数字模型分开比对；将比对后的音频信号进行数据筛选，再通过动态加强相位和幅值来增加支持角度内的声音强度；

整合是用经过上述筛选加强后的音频数据重新建立数字模型，建立虚拟的数字空间域和时间域，然后通过音频协处理器中的数字转模拟控制器输出给移动终端；

所述音频协处理器中预先加载波束成形算法，设置限制角度和支持角度构建波束成形算法的数字模型。

2.根据权利要求1所述的提高通话音质的耳机，其特征在于，所述第一麦克风和第二麦克风为MEMS麦克风，麦克风的信噪比要求大于55dB，频率范围为80Hz~8KHz，误差等级为±2dB。

3.根据权利要求1所述的提高通话音质的耳机，其特征在于，所述第一麦克风和第二麦克风之间的预设距离为10mm~20mm，且第一麦克风和第二麦克风对称设置。

4.一种采用权利要求1所述的提高通话音质的耳机的提高通话音质方法，其特征在于，包括：

A、通过第一麦克风和第二麦克风对应采集两路语音信号；

B、通过线控结构对所述两路语音信号进行处理，以滤除预设范围外的音频数据，保留并增强预设范围内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；

在所述步骤A之前，还包括：

A01、预先加载波束成形算法，设置限制角度和支持角度构建波束成形算法的数字模型；

所述步骤B具体包括：

B1、通过音频连接器将模拟的所述语音信号转换成数字的音频信号并传输给音频协处理器；

B2、音频协处理器根据波束成形算法对音频信号进行处理，滤除限制角度内的音频数据，保留并增强支持角度内的音频数据，将所有音频数据整合后生成声音信号并输出至移动终端；

通过音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法的数字模型分开比对；将比对后的音频信号进行数据筛选，再通过动态加强相位和幅值来增加支持角度内的声音强度；

整合是用经过上述筛选加强后的音频数据重新建立数字模型，建立虚拟的数字空间域和时间域，然后通过音频协处理器中的数字转模拟控制器输出给移动终端。

5.根据权利要求4所述的提高通话音质方法，其特征在于，所述步骤B2具体包括：

B21、通过音频协处理器将两路音频信号与波束成形算法的数字模型进行分开比对；

B22、将支持角度内的音频数据进行保留，将限制角度内的音频数据进行反波抑制和过滤删除；

B23、加强相位和幅值以增加支持角度内的声音强度；

B24、将所有音频数据整合生成声音信号。