CN109889939A - 耳机和回声消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耳机和回声消除方法，耳机包括：耳机壳体，内置在耳机壳体内的采集器和回声消除模块；当耳机佩戴在用户的耳朵上时，耳机壳体用于与耳朵的外耳道共同形成空腔，其中，采集器，与外部设备连接，用于接收外部设备输出的音频，并播放音频，还用于拾取空腔内音频经外耳道反射的反射信号，以对音频和反射信号进行均衡处理；回声消除模块，与采集器连接，用于接收均衡处理后的音频和反射信号，并对音频对应的回声进行回声消除处理，可以实现全双工通话，同时回声消除模块可以对反射信号中所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以有效消除回声。

Description

耳机和回声消除方法

技术领域

本发明涉及音频技术领域，特别是涉及耳机和回声消除方法。

背景技术

耳机(Earphones；Headphones；Head-sets；Earpieces)是一对转换单元，它接受媒体播放器或接收器所发出的电讯号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。

在使用耳机播放音频或通话过程中，音频从扬声器输出，从而存在出现回声现象的问题。

发明内容

基于此，有必要针对回声问题，提供一种耳机和回声消除方法。

一种耳机，包括：耳机壳体，内置在所述耳机壳体内的采集器和回声消除模块；当所述耳机佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔，其中，

所述采集器，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频，还用于拾取所述空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号，以对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；

所述回声消除模块，与所述采集器连接，用于接收均衡处理后的所述音频和所述反射信号，并对所述音频对应的回声进行回声消除处理。

上述耳机，包括：耳机壳体，内置在所述耳机壳体内的采集器和回声消除模块；当所述耳机佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔。采集器可以采集并播放外部设备输出的音频，并采集空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号，以及对所述音频和所述反射信号进行均衡处理，实现全双工通话，同时回声消除模块可以对反射信号中所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以有效消除回声。

在其中一个实施例中，所述采集器包括：

扬声器，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频；

声波感应器，与所述扬声器连接，用于拾取所述耳道内的所述音频经所述耳道反射的反射信号；

电桥单元，分别与所述扬声器、声波感应器连接，用于在所述扬声器播放前采集所述音频，并对所述音频和反射信号进行均衡处理。

在其中一个实施例中，所述电桥单元包括第一电阻和第二电阻，其中，

所述第一电阻的第一端、第二电阻的第一端均连接于所述外部设备；

所述第一电阻的第二端分别与所述扬声器的正向输入端、回声消除模块连接；

所述第二电阻的第二端分别与所述声波感应器的正向输入端、回声消除模块连接，且所述扬声器的负向输入端、所述声波感应器的负向输入端均接地或均与差分信号的负极连接。

在其中一个实施例中，所述第一电阻和所述第二电阻的均为可调电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值与所述声波感应器的电参数相关联。

在其中一个实施例中，所述声波感应器为声电转换组件。

在其中一个实施例中，所述回声消除模块包括：

放大单元，所述放大单元的正向输入端与所述扬声器的正向输入端连接，所述放大单元的负向输入端与所述声波感应器的正向输入端连接，用于接收所述音频和反射信号，并对所述音频和反射信号进行放大处理；

转换单元，与所述放大单元的输出端连接，用于对放大处理后所述音频和反射信号进行模数转换；

回声消除单元，与所述转换单元连接，用于对模数转换后的音频和发射信号进行自适应滤波处理以消除所述回声。

本发明还提供一种回声消除方法，包括：

获取输入至扬声器进行播放的音频，并通过声波感应器拾取空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号；

控制均衡单元对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；

利用自适应滤波器对所述音频对应的回声进行回声消除处理。

上述回声消除方法，能够获取输入至扬声器进行播放的音频，并通过声波感应器拾取空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号；控制均衡单元对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；利用自适应滤波器对所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以实现全双工通话，同时可以对反射信号中所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以有效消除回声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一实施例中耳机的内部结构示意图；

图2为另一实施例中耳机的内部结构示意图；

图3为又一实施例中耳机的内部结构示意图；

图4为一实施例中回声消除方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种耳机，在本发明实施例中，耳机可以为耳塞式、入耳式、头戴式或挂耳式耳机。该耳机可以与终端通过有线或无线的方式进行通信，实现数据的传输。该终端可以为包括手机、平板电脑、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)、POS(Pointof Sales，销售终端)、车载电脑、穿戴式设备等任意终端设备。

如图1所示，耳机包括：耳机壳体10，内置在所述耳机壳体10内的采集器110和回声消除模块120。

耳机壳体10可以理解为用于佩戴在用户耳朵上的耳塞部，其中，该耳机壳体10可以为耳塞式、入耳式、头戴式或挂耳式耳机。当所述耳机壳体10佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体10用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔。采集器110，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频，还用于拾取所述空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号，以对所述音频和所述反射信号进行均衡处理。

采集器110能够采集从外部设备提供的音频或语音信号，并对继续播放音频或语音信号。当用户佩戴耳机，并播放该音频时，采集器110还可以拾取所述空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号。同时，当采集器110采集该音频和反射信号后，可以对该音频和反射信号做均衡处理，以使采集的音频和反射信号的电压处于预设范围内。其中，预设范围可以理解为音频和反射信号的电压的差值小于预设值，例如，该差值为零或接近于零的数值。

需要说明的是，外部设备可以为具有音频输出功能的设备，例如手机、播放器、终端等设备。在本发明实施例中，对外部设备不做进一步的限定。

所述回声消除模块120，与所述采集器110连接，用于接收均衡处理后的所述音频和所述反射信号，并对所述音频对应的回声进行回声消除处理。

具体的，回声消除模块120可以基于自适应滤波器技术，分别计算采集器110采集的音频(外部设备输出的音频，远端信号、参考信号)的输出频谱和输出功率，以及该音频在空腔内发射后的反射信号的输入频谱和输入功率。自适应滤波器能以音频和反射信号的统计特性的估计为依据，采取特定算法(如最小均方误差算法或递归最小平方算法等)自动地计算滤波器系数，通过滤波器系数估计音频对应的回声，并从所述反射信号中消除所述回声。

上述耳机，包括：耳机壳体10，内置在所述耳机壳体10内的采集器110和回声消除模块120；当所述耳机壳体10佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体10用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔。采集器110可以采集并播放外部设备输出的音频，并采集空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号，以及对所述音频和所述反射信号进行均衡处理，实现全双工通话，同时回声消除模块120可以对反射信号中所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以有效消除回声。

如图2所示，在一实施例中，所述采集器110包括扬声器Y、声波感应器M和电桥单元112。其中，

扬声器Y，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频。扬声器Y也可称之为电声换能器，是把能够把声能转换成电能的器件。其中，各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统。在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配。声波感应器M，与所述扬声器Y连接，用于拾取所述耳道内的所述音频经所述耳道反射的反射信号。同时，该声波感应器M还可以采集因骨传导至耳道内的语音信号。

在一实施例中，所述声波感应器M为声电转换组件。声电转换组件能够把声能转换成电能的器件。例如，声电转换组件可以为麦克风。该麦克风可以为指向性麦克风，也可以为全向性麦克风其中，磁性、陶瓷和驻极体式麦克风都是全向性麦克风，即等量接受各方向的声音。指向性麦克风主要是提高信噪比，主要收集指定方向声音，对其它方向的声音少收集，可以起到降噪、提高指定方向的言语清晰度作用。例如，指向性麦克风可包括心形指向、超心形指向、过心形指向、8字形指向等。

需要说明的是，在本发明实施例中，对麦克风的类型不做进一步的限定。

在一实施例中，耳机壳体内还填充有阻尼材料，当耳机佩戴在用户的耳朵上时可以有效密封耳道，隔绝环境噪声进而用户耳道，进而达到降噪拾音或降噪通话的效果。

电桥单元112，分别与所述扬声器Y、声波感应器M连接，用于在所述扬声器Y播放前采集所述音频，并对所述音频和反射信号进行均衡处理。

在一实施例中，电桥单元112可以为单臂电桥、双臂电桥、全臂电桥，其电桥单元112可以由电阻、电容、电感等元件组成。可以通过调节电桥单元112中各个桥臂上某些元件的参数值，进而可以使采集器110中采集的音频和发射信号之间达到平衡。

在一实施例中，所述电桥单元112包括第一电阻R1和第二电阻R2，其中，所述第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端均连接于所述外部设备；所述第一电阻R1的第二端分别与所述扬声器Y的正向输入端、回声消除模块120连接；所述第二电阻R2的第二端分别与所述声波感应器M的正向输入端、回声消除模块120连接，且所述扬声器Y的负向输入端、所述声波感应器M的负向输入端均与差分信号的负极连接。其中，差分信号可以理解为外部设备输出的音频。

如图3所示，在一实施例中，所述电桥单元112包括第一电阻R1和第二电阻R2，其中，所述第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端均连接于所述外部设备；所述第一电阻R1的第二端分别与所述扬声器Y的正向输入端、回声消除模块120连接；所述第二电阻R2的第二端分别与所述声波感应器M的正向输入端、回声消除模块120连接，且所述扬声器Y的负向输入端、所述声波感应器M的负向输入端均接地。

具体的，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的均为可调电阻，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值与所述声波感应器M的电参数相关联。

本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、扬声器Y和声波感应器M可以构成全臂电桥，基于声波感应器M的电参数，调节第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值，进而使第一电阻R1、第二电阻R2、扬声器Y和声波感应器M构成的全臂电桥达到平衡。

需要说明的是，电桥单元112中的第一电阻R1和第二电阻R2也又可以由电容、电感的器件替代，在此，对电桥单元112的具体形式不做进一步的限定。

如图2所示，在一实施例中，所述回声消除模块120包括放大单元U、转换单元122和回声消除单元124。其中，

放大单元U，所述放大单元U的正向输入端与所述扬声器Y的正向输入端连接，所述放大单元U的负向输入端与所述声波感应器M的正向输入端连接，用于接收均衡处理后的所述音频和反射信号，并对所述音频和反射信号进行放大处理。具体的，该放大单元U可以为运算放大器，该运算放大器包括放大电路，能够对交流信号的音频、反射信号按照差分信号处理，进而实现放大。

转换单元122，与所述放大单元U的输出端连接，用于对放大处理后所述音频和反射信号进行模数转换。具体的，该转换单元122可以为模/数转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)，能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，其数字信号更容易储存、处理等。

回声消除单元124，与所述转换单元122连接，用于对模数转换后的音频和发射信号进行自适应滤波处理以消除所述回声。具体的，该回声消除单元124可以基于自适应滤波器，并以音频和反射吸纳后的统计特性的估计为依据，采取最小均方误差算法或递归最小平方算法等算法实时求解自适应滤波器系数自动地调整滤波器系数，通过滤波器系数估计音频对应的回声，并从所述反射信号中消除所述回声。例如，以最小均方误差算法为例，该算法利用最陡下降法，由均方误差的梯度估计现时刻滤波器系数向量迭代计算下一个时刻的系数向量。

如图4所示，本发明还提供一种回声消除方法。该回声消除方法可适用于耳机。耳机包括：耳机壳体，内置在所述耳机壳体内的采集器和回声消除模块。

耳机壳体可以理解为用于佩戴在用户耳朵上的耳塞部，其中，该耳机壳体可以为耳塞式、入耳式、头戴式或挂耳式耳机。当所述耳机佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔。

回声消除方法包括步骤402-步骤406，其中：

步骤402，获取输入至扬声器进行播放的音频，并通过声波感应器拾取空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号。

扬声器与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频。当用户佩戴耳机，并播放该音频时，声波感应器可以拾取所述空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号。

在一实施例中，所述声波感应器M为声电转换组件。声电转换组件能够把声能转换成电能的器件。例如，声电转换组件可以为麦克风。该麦克风可以为指向性麦克风，也可以为全向性麦克风其中，磁性、陶瓷和驻极体式麦克风都是全向性麦克风，即等量接受各方向的声音。指向性麦克风主要是提高信噪比，主要收集指定方向声音，对其它方向的声音少收集，可以起到降噪、提高指定方向的言语清晰度作用。例如，指向性麦克风可包括心形指向、超心形指向、过心形指向、8字形指向等。

需要说明的是，在本发明实施例中，对麦克风的类型不做进一步的限定。

在耳机壳体内，内置了扬声器和麦克风，可以同时播放外部设备输出的音频，以及采集该音频经耳道反射后的反射信号，以实现全双工通话。

需要说明的是，外部设备可以为具有音频输出功能的设备，例如手机、播放器、终端等设备。在本发明实施例中，对外部设备不做进一步的限定。

步骤404，控制均衡模块对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；

在一实施例中，所述电桥单元包括第一电阻和第二电阻，其中，所述第一电阻的第一端、第二电阻的第一端均连接于所述外部设备；所述第一电阻的第二端分别与所述扬声器的正向输入端、回声消除模块连接；所述第二电阻的第二端分别与所述声波感应器的正向输入端、回声消除模块连接，且所述扬声器的负向输入端、所述声波感应器的负向输入端均接地。

具体的，所述第一电阻和所述第二电阻的均为可调电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值与所述声波感应器的电参数相关联。

本实施例中，第一电阻、第二电阻、扬声器和声波感应器可以构成全臂电桥，基于声波感应器的电参数，调节第一电阻、第二电阻的电阻值，进而使第一电阻、第二电阻、扬声器和声波感应器构成的全臂电桥达到平衡。

步骤406，利用自适应滤波器对所述音频对应的回声进行回声消除处理。

具体的，回声消除模块可以基于自适应滤波器技术，分别计算采集器采集的音频(外部设备输出的音频，远端信号、参考信号)的输出频谱和输出功率，以及该音频在空腔内发射后的反射信号的输入频谱和输入功率。自适应滤波器能以音频和反射信号的统计特性的估计为依据，采取特定算法(如最小均方误差算法或递归最小平方算法等)自动地计算滤波器系数，通过滤波器系数估计音频对应的回声，并从所述反射信号中消除所述回声。

上述回声消除方法，能够获取输入至扬声器进行播放的音频，并通过声波感应器拾取空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号；控制均衡单元对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；利用自适应滤波器对所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以实现全双工通话，同时可以对反射信号中所述音频对应的回声进行回声消除处理，可以有效消除回声。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是，本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等，旨在对本申请进行举例说明，而不是用于限制本申请。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种耳机，其特征在于，包括：耳机壳体，内置在所述耳机壳体内的采集器和回声消除模块；当所述耳机佩戴在用户的耳朵上时，所述耳机壳体用于与所述耳朵的外耳道共同形成空腔，其中，

所述采集器，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频，还用于拾取所述空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号，以对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；

所述回声消除模块，与所述采集器连接，用于接收均衡处理后的所述音频和所述反射信号，并对所述音频对应的回声进行回声消除处理。

2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述采集器包括：

扬声器，与外部设备连接，用于接收所述外部设备输出的音频，并播放所述音频；

声波感应器，与所述扬声器连接，用于拾取所述耳道内的所述音频经所述耳道反射的反射信号；

电桥单元，分别与所述扬声器、声波感应器连接，用于在所述扬声器播放前采集所述音频，并对所述音频和反射信号进行均衡处理。

3.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述电桥单元包括第一电阻和第二电阻，其中，

所述第一电阻的第一端、第二电阻的第一端均连接于所述外部设备；

所述第一电阻的第二端分别与所述扬声器的正向输入端、回声消除模块连接；

所述第二电阻的第二端分别与所述声波感应器的正向输入端、回声消除模块连接，且所述扬声器的负向输入端、所述声波感应器的负向输入端均接地或均与差分信号的负极连接。

4.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻的均为可调电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值与所述声波感应器的电参数相关联。

5.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述声波感应器为声电转换组件。

6.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述回声消除模块包括：

放大单元，所述放大单元的正向输入端与所述扬声器的正向输入端连接，所述放大单元的负向输入端与所述声波感应器的正向输入端连接，用于接收所述音频和反射信号，并对所述音频进行放大处理；

转换单元，与所述放大单元的输出端连接，用于对放大处理后的所述音频模数转换；

回声消除单元，与所述转换单元连接，用于对模数转换后的所述音频进行自适应滤波处理以消除所述回声。

7.一种回声消除方法，其特征在于，包括：

获取输入至扬声器进行播放的音频，并通过声波感应器拾取空腔内所述音频经所述外耳道反射的反射信号；

控制均衡单元对所述音频和所述反射信号进行均衡处理；

利用自适应滤波器对所述音频对应的回声进行回声消除处理。