CN107357469A - 电子装置和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子装置和检测方法。电子装置包含音频编解码器，且具有麦克风和扬声器的音响模块。方法包含步骤：利用扬声器以发射由音频编解码器编码的超声信号；利用麦克风以感测以生成与发射的超声信号关联的进来的超声信号；解码进来的超声信号为超声波；以及分析超声波以检测接近对象的接近。通过以上技术手段，可以有效地检测对象的接近。

Description

电子装置和检测方法
【技术领域】
本发明关于触摸检测，且特别地，关于使用超声信号检测吸收和反射接近对象的接近检测方法和相关电子装置。
【背景技术】
技术的进步产生了更小且更强大的个人计算装置。一般而言，现有的移动装置使用红外(IR)传感器检测附近对象的接近。然而，IR传感器有一些限制，例如，有额外的空穴在表面上且对于IR吸收材料敏感。在一些情况中，此导致不能检测对象的接近。可替代地，超声信号可用于检测对象的接近。然而，现有的基于超声的分析仍然不能检测声音吸收对象。
因此，需要一种接近检测方法和相关电子装置以解决前述问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提出一种电子装置和检测方法。
本发明提供一种电子装置，包含处理器、音频编解码器、音响模块。音响模块包含扬声器，用于发射由音频编解码器编码的超声信号；以及麦克风，用于感测以生成与发射的超声信号关联的进来的超声信号；其中音频编解码器解码进来的超声信号为超声波，以及处理器分析超声波以检测接近对象的接近。
本发明还提供一种检测方法，用于检测电子装置的吸收和反射接近对象，其中电子装置包含音频编解码器、就有麦克风和扬声器的音响模块，方法包含利用扬声器以发射由音频编解码器编码的超声信号；利用麦克风以感测以生成与发射的超声信号关联的进来的超声信号；解码进来的超声信号为超声波；以及分析超声波以检测接近对象的接近。
通过以上技术手段，可以有效地检测对象的接近。
【附图说明】
图1是根据本发明的实施例的电子装置的框图。
图2A是根据本发明的实施例的电子装置100的前视图。
图2B是根据本发明的实施例的音响模块的顶视图。
图2C是根据本发明的实施例的音响模块的侧视图。
图3A是根据本发明的实施例图示追踪接近对象的吸收/反射响应的流程的示意图。
图3B是根据本发明另一实施例图示追踪接近对象的吸收/反射响应的流程的示意图。
图4A是图示根据本发明的实施例的超声信号的多带分析的示意图。
图4B是图示根据本发明的实施例的不同时间点中参考层信号的示意图。
图5是根据本发明的实施例的追踪声音吸收/相应接近对象的方法的流程图。
图6是根据本发明的实施例的基于发射超声信号和原始超声信号之间的差值作出决定的步骤的流程图。
图7A～7C是图示根据本发明的实施例的编码音响样式为超声信号的示意图。
图7D～7E是根据本发明另一实施例的以不同频率编码的超声信号的示意图。以及
图7F是根据本发明又一实施例以变化幅度编码的超声信号的示意图。
【具体实施方式】
以下描述是为了说明本发明的一般原理且不应该认为是限制。本发明的范围最好通过参考所附的权利要求来确定。
图1是根据本发明的实施例的电子装置的框图。在一实施例中，电子装置100可以是便携式装置，例如，蜂窝电话、智能电话、平板PC等。在一些实施例中，电子装置可以是可穿戴装置，例如，智能手表、智能手环、智能眼镜等。但本发明不限于此。电子装置100包含音响模块110、处理器120以及音频编解码器130。音响模块110耦合到处理器120和音频编解码器130。音响模块110包含麦克风111和扬声器112，其中麦克风111用于感测音响声音或超声声音以生成对应音响信号或超声信号，以及扬声器112用于发射由处理器120编程的音响信号或超声信号。处理器120可以是中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)或任何其它等效电路。音频编解码器130包含音频编码器131、音频解码器132和数据库133。音频编码器131用于编码特定音响/超声波或样式为由音响模块110的扬声器112发射的音响信号。音频解码器132用于解码由麦克风111生成的音响信号或超声信号为音响波用于分析。数据库133用于记录可由音频编码器131和音频解码器132存取的测试音响或超声信号的各种样式。
在一实施例中，电子装置100能够使用音响模块110检测接近对象。具体地，电子装置100可使用音响信号或超声信号检测接近对象。例如，处理器120可生成特定多音调噪声、带通噪声或任何其它类型噪声，以及音频编码器111可编码由处理器120生成的噪声为输出超声信号。在接近对象不位于依附于音响模块110表面的位置的情况中，当超声信号已经到达接近对象(例如，由声音反射材料组成)时，超声信号将由接近对象反射，且由此麦克风111可接收发射的超声信号。音频解码器132可解码发射的超声信号为声波，以便处理器120可对解码的声波执行长期信号分析和短期信号分析。例如，环境信号层可保持相同或可不改变很多，并因此环境信号层的分析可看作长期信号分析。当检测到环境中有至少一个对象时，使用具有更长的更新周期的长期信号分析(即，以更低频率)，以便环境信号层将不会很快改变或将不由检测的对象的响应影响太多。此外，反射的超声信号的响应可在短周期内改变，并因此反射的超声信号的响应的分析可看作短期信号分析。当检测到环境中没有对象时，使用具有更短周期的短期分析。因此，在一些实施例中，接近对象的检测可以以更高频率保持。
因此，处理器120可基于分析结果确定接近对象的接近度。在一实施例中，当接近对象由声音吸收材料(例如，声音吸收棉)组成时，可能没有或很少来自接近对象的反射超声信号。因此，本发明提供一种声音吸收材料的接近检测方法，细节将在以后描述。
图2A是根据本发明的实施例的电子装置100的前视图。图2B是根据本发明的实施例的音响模块的顶视图。图2C是根据本发明的实施例的音响模块的侧视图。参考图2A，音响模块110位于电子装置100的壳体202的上表面204的特定位置，其中电子装置100的显示屏幕206也可位于上表面204。应该注意到，显示于图2A中的音响模块110的位置仅仅是用于描述的目的。本领域的普通技术人员将意识到，音响模块110可形成任何其它结构且可位于壳体202上的任何其它指定位置。出于描述的目的，麦克风111和扬声器112的使用显示为音响模块的形式。本领域的普通技术人员将意识到，位于现存的移动装置的麦克风和扬声器在应用中可用作本申请的音响模块110，且音响模块110没有特定结构。其结果是，这样的现存的移动装置的音响模块110不要求附加的空穴。在一些实施例中，除了接近检测应用，另一应用或软件还可利用麦克风111和扬声器112。参考图2B，音响模块110中的麦克风111和扬声器112彼此非常接近的放置。然而，麦克风111与扬声器112之间有空隙空间210以避免共振，如图2C所示。此外，音响模块110的表面有一个或多个空穴220(显示于图2B)，以便从扬声器112发射的音响信号或超声信号不被阻挡。例如，音响模块110的表面上的一个或多个空穴可以是空的线或多个空的空穴，但本发明不限于此。
在接近对象位于依附于音响模块110的表面的位置的情况中，发射音响信号或超声信号到电子装置100的外部空间的路径被阻挡。然而，因为麦克风111与扬声器112之间存在空隙空间210，从扬声器112发射的音响信号或超声信号可仍然通过空隙空间经由直接路径被麦克风111感测。
图3A是根据本发明的实施例图示追踪接近对象的吸收/反射响应的流程的示意图。例如，所接收的超声信号发送到滤波器库310用于长期分析和短期分析。参考层信号指示给定环境或背景(例如，办公室、会议室、室外等)的响应。应该注意到，所接收的超声信号表示相邻响应，其包含由参考层信号在滤波前表示的响应。滤波的超声信号发送到决定逻辑320。根据滤波的超声信号，决定逻辑320可确定是否存在靠近电子装置的接近对象，并也可确定接近对象是否由声音吸收材料或声音反射材料组成。统计估计器330可基于由决定逻辑320作出的决定更新参考层信号。应该注意到，环境统计的改变在更新的参考层信号中已经考虑。特别地，决定逻辑320可由处理器120或特定电路实施。
图3B是根据本发明另一实施例图示追踪接近对象的吸收/反射响应的流程的示意图。显示于图3B中的流程不同于显示于图3A中的流程。所接收的超声信号直接发送到滤波器库310。根据由滤波器库310滤波的超声信号以及来自统计估计器330的参考层信号，决定逻辑320可确定接近对象是否靠近电子装置，且也可确定接近对象是否由声音吸收材料或声音反射材料组成。统计估计器330可基于由决定逻辑320作出的决定更新参考层信号。应该注意到，环境统计的改变在更新的参考层信号中已经考虑。特别地，决定逻辑320可由处理器120或特定电路实施。
图4A是图示根据本发明的实施例的超声信号的多带分析的示意图。图4B是图示根据本发明的实施例的不同时间点中参考层信号的示意图。应该注意到，大多数材料具有明显的声音反射样式。例如，当使用不同材料或处于不同环境时，与原始超声信号相比幅度和相位可以在反射的超声信号上改变。当接近对象由特定声音反射材料组成时，处理器120可在反射超声信号波上执行多带分析，以检测接近对象的接近度。例如，处理器120可分析超声信号波在特定环境中不同频带412、414、416、418、420以及422的响应，如图4A所示。类似地，不同频带的响应也可在其它环境中分析(例如，以生成分析，如图4A所示)，并由此给定环境中的参考层信号可以被估计或获得，例如，显示于图4B中的曲线402～408中的一个。参考图4B，x轴指代参考层信号的频率，以及y轴指代参考层信号的幅度。例如，假设曲线402是初始确定的参考层信号，以及曲线402指代具有给定超声信号的特定声音吸收材料的响应的参考。在接近对象的确定过程中，可以确定接近对象是否可能存在于与电子装置100关联的环境中。处理器120的决定逻辑可确定是否接近存在，并根据确定更新参考层信号，如图3A和图3B所示。因此，更新的参考层信号可以是曲线404～408的一个。然后，处理器120还根据来自决定逻辑的确定保持更新参考层信号，并由此不同时间点中的不同参考层信号可以获得，例如，显示于图4B中的曲线402～408。
图5是根据本发明的实施例的追踪声音吸收/相应接近对象的方法的流程图。在步骤S510中，接收进来的超声信号。在步骤S520中，对进来的超声信号执行用于多带分析的信号滤波。在步骤S530中，滤波的超声信号与参考层信号比较。
在步骤S540中，确定接近对象是否存在于与电子装置100关联的环境中。应该注意到，步骤530和540在显示于图3A或图3B中的决定逻辑320中执行，检测接近对象的细节在图6的实施例中进一步描述。在步骤S550中，参考层信号根据确定来更新，以及流程回到步骤S510。应该注意到，步骤S550由显示于图3A或图3B中的统计估计器330执行。例如，统计估计器330根据确定更新环境的统计(例如，当确定接近对象存在时使用较低频率，以及当确定接近对象不存在时使用更高频率)，并然后基于环境更新的统计更新参考层信号。在一些其它实施例中，统计估计器330根据确定(例如，当确定接近对象存在时使用较低频率，以及当确定接近对象不存在时使用更高频率)更新参考层信号，其表示环境的统计。因此，环境的统计的改变在更新的参考层信号中已经考虑。此外，对于超声吸收材料，缓慢改变的环境背景层信号(即，使用较低频率的长期分析)可用于检测信号吸收。
图6是根据本发明的实施例的基于发射超声信号和原始超声信号之间的差值作出决定的步骤的流程图。应该注意到，当接近对象是有声音吸收材料组成时，反射样式改变微小。在一实施例中，具有特定频率(例如，40KHz)、大幅度的测试超声信号从扬声器112发射，其中特定频率看作“主bin”，以及其它频率看作“围绕bin”。在步骤S610中，处理器120可确定反射的测试超声信号的反射样式的“主bin”是否有显著显著改变。如果反射样式(即响应)上有显著改变，则处理器120可确定有接近对象靠近音响模块110(即步骤S630)。如果反射的测试超声信号的反射样式没有显著改变，则处理器120还可确定围绕bin的反射样式的幅度的改变(即，其可为正或负)是否在预定范围(例如，0.5db)(步骤S620)。如果围绕bin的反射样式的幅度的改变不在预定范围内，则处理器120还可确定没有检测接近对象(步骤S640)。如果围绕bin的反射样式的幅度的改变在预定范围，则处理器120可确定有接近对象靠近音响模块110或在与电子装置100关联的环境中(步骤S630)。
图7A～7C是图示根据本发明的实施例的编码音响样式为超声信号的示意图。应该注意到，音频编解码器还可包含测试超声信号的数据库133，且音频编码器131和音频解码器132可存取数据库133。例如，给定电子装置100应该是唯一的测试超声信号，以防止来自其它电子装置的干扰。在一实施例中，给出具有周期Tb的示范性超声信号710，如图7A所示。然后，从数据库133选择一个超声编码信号720，如图7B所示。音频编码器131可对超声信号710和超声编码信号720执行卷积，以获得由扬声器112发射的编码的超声信号730，如图7C所示。超声编码信号720是用于说明性的目的，以及本领域的普通技术人员将意识到，许多唯一的编码信号可以预先设计并储存在数据库133。具体地，多音调样式基于用户特定代码由扬声器112发送，以及音调样式基于用户特定代码循环设置。因此，图7A～7C图示编码测试超声信号的时域方法。
图7D～7E是根据本发明另一实施例的以不同频率编码的超声信号的示意图。在备选实施例中，如图7D所示的测试超声信号的特定频率可以不同于显示于图7E中的预先设计的样式。例如，特定频率基于伪随机数序列偏移，并因此每个电子装置可具有其自己唯一的特定频率，由此防止来自其它电子装置的干扰。因此，图7D～7E图示编码测试超声信号的频域方法。
图7F是根据本发明又一实施例以变化幅度编码的超声信号的示意图。在备选实施例中，测试超声信号的幅度不同于预先设计的样式。例如，测试超声信号的幅度可以随时间改变。即，发送的超声信号的包络的形状随时间改变，其中包络的形状740可以从多个以前设计的包络形状中选择，以便每个电子装置可具有唯一的包络用于其测试超声信号。因此，图7F图示编码测试超声信号的功率域方法。
需注意如图7A～7F的实施例描述的时域、频域以及功率域中的技术可以结合或集成，由此改进防止来自其它电子装置的可信度。
在一些实施例中，音响模块110安装于电子装置100的显示器(未示出)或一个侧面的相同表面，用于检测吸收或反射接近对象的接近。在一些其它实施例中，音响模块110可以安装于电子装置100的显示器的相反侧，用于检测吸收或反射接近对象的接近。因此，当用户正在走路且观看显示器时，接近检测方法可检测靠近用户的围绕危险。例如，当电子装置100是可穿戴装置(例如，一双鞋)，用户可在靠近悬崖、桌腿、空地等前被警告。当电子装置100是可穿戴装置(例如，一副眼镜)，用户可在靠近玻璃窗前被警告。
尽管本发明以示例的方式以及依据优选实施例来描述，要理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，其旨在覆盖本领域技术人员清楚的各种修改和类似布置。因此，所附的权利要求的范围应该符合最广解释，以便包含所有这样的修改和类似布置。

Claims (22)

1.一种电子装置，包含：
处理器；
音频编解码器；以及
音响模块，包含：
扬声器，用于发射由所述音频编解码器编码的超声信号；以及
麦克风，用于感测以生成与发射的超声信号关联的进来的超声信号；
其中所述音频编解码器解码所述进来的超声信号为超声波，以及所述处理器分析所述超声波以检测接近对象的接近。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述处理器对所述超声波执行多带分析，以获得响应信号，并将所述响应信号与参考层信号比较。
3.如权利要求2所述的电子装置，其特征在于，所述音频编解码器使用特定频率编码所述超声信号。
4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，当位于所述特定频率的所述超声波的幅度大于第一阈值时，所述处理器确定所述接近对象由声音反射材料组成并靠近所述电子装置。
5.如权利要求4所述的电子装置，其特征在于，当所述响应信号与所述参考层信号之间的位于所述特定频率的围绕频率的差值大于第二阈值，所述处理器确定所述接近对象由声音吸收材料组成并靠近所述电子装置。
6.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述音频编解码器使用伪随机数序列偏移所述特定频率。
7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述处理器包含决定逻辑，所述决定逻辑用于确定所述接近对象是否在与所述电子装置关联的环境中，以及根据确定来更新参考层信号。
8.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，当所述确定指示所述接近对象存在于与所述电子装置关联的环境中时，第一频率用于更新所述参考层信号，且当所述确定指示没有接近对象存在于与所述电子装置关联的环境中时，第二频率用于更新所述参考层信号，其中所述第二频率高于所述第一频率。
9.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述音频编解码器在具有特定多音调样式的特定编码信号与原始超声波之间执行卷积以生成所述超声信号。
10.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述音频编解码器以特定包络形状编码原始超声波以生成所述超声信号。
11.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述音响模块安装于所述电子装置的显示器的相同侧或相反侧。
12.一种检测方法，用于检测电子装置的吸收和反射接近对象，其中所述电子装置包含音频编解码器、就有麦克风和扬声器的音响模块，所述方法包含：
利用所述扬声器以发射由所述音频编解码器编码的超声信号；
利用所述麦克风以感测以生成与发射的超声信号关联的进来的超声信号；
解码所述进来的超声信号为超声波；以及
分析所述超声波以检测接近对象的接近。
13.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，还包括：
在所述超声波上执行多带分析以获得响应信号；以及
将所述响应信号与参考层信号比较。
14.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，还包括：
利用所述音频编解码器使用特定频率以编码所述超声信号。
15.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，还包括：
当位于所述特定频率的所述超声波的幅度大于第一阈值时，确定所述接近对象由声音反射材料组成并靠近所述电子装置。
16.如权利要求15所述的检测方法，其特征在于，还包括：
当所述响应信号与所述参考层信号之间的位于所述特定频率的围绕频率的差值大于第二阈值，确定所述接近对象由声音吸收材料组成并靠近所述电子装置。
17.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述音频编解码器使用伪随机数序列偏移所述特定频率。
18.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，还包括：
确定所述接近对象是否在与所述电子装置关联的环境中；以及
根据确定来更新参考层信号。
19.如权利要求17所述的检测方法，其特征在于，还包括：
当所述确定指示所述接近对象存在于与所述电子装置关联的环境中时，使用第一频率以更新所述参考层信号；以及
当所述确定指示没有接近对象存在于与所述电子装置关联的环境中时，使用第二频率以更新所述参考层信号，其中所述第二频率高于所述第一频率。
20.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，还包括：
利用所述音频编解码器在具有特定多音调样式的特定编码信号与原始超声波之间执行卷积以生成所述超声信号。
21.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，还包括：
利用所述音频编解码器以特定包络形状编码原始超声波以生成所述超声信号。
22.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，所述音响模块安装于所述电子装置的显示器的相同侧或相反侧。
CN201610436664.1A 2016-05-10 2016-06-17 电子装置和检测方法 Withdrawn CN107357469A (zh)

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