CN111901718A - 信号处理设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信号处理设备及其方法，该设备包括声音检测器和噪声消除组件。在设备的操作中，声音检测器被配置为接收从麦克风获得的环境声音，并确定环境声音是否具有有意义信号，以产生检测结果；噪声消除组件被配置为根据检测结果执行噪声消除操作，以产生输出信号至扬声器。通过本发明能够消除环境声音中的无意义噪声，即使环境声音持续地处于噪声消除操作之下，用户也可以清楚地听到有意义信号。因此，可以使用户避免可能的危险。

Description

信号处理设备及其方法
技术领域
本发明涉及信号处理，更具体地，涉及能够消除无意义噪声的信号处理设备及其方法。
背景技术
耳机(earphone)或头戴式耳机(headset)通常具有消除噪声(noisecancellation)的组件，以消除环境噪声，使得用户在听音乐时可以避免干扰。但是，在消除环境噪声的过程中，用户可能听不到来自环境的重要声音。例如，喇叭声、救护车警报声、用户姓名或其他重要声音可能被噪声消除组件过滤掉，从而给用户带来危险或不便。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够消除环境声音中的无意义噪声(meaninglessnoise)同时为用户保留有意义信号(meaningful signal)的设备和方法，以解决上述问题。
根据本发明的一个实施例，公开了一种包括声音检测器和噪声消除组件的设备。在设备的操作中，声音检测器被配置为接收从麦克风获得的环境声音，并确定环境声音是否具有有意义信号，以产生检测结果；噪声消除组件被配置为根据检测结果执行噪声消除操作，以产生输出信号至扬声器。
根据本发明的另一实施例，一种信号处理方法包括以下步骤：接收从麦克风获得的环境声音；确定环境声音是否具有有意义信号，以产生检测结果；根据检测结果执行噪声消除操作，以产生输出信号至扬声器。
通过本发明能够消除环境声音中的无意义噪声，即使环境声音持续地处于噪声消除操作之下，用户也可以清楚地听到有意义信号。因此，可以使用户避免可能的危险。
在阅读了在各个附图和附图中示出的优选实施例的以下详细描述之后，本发明的这些和其他目的将对本领域普通技术人员变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的设备的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的设备的示意图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的设备的示意图。
图4是根据本发明一个实施例的信号处理方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域一般技术人员应可理解，电子设备制造商可以会用不同的名词来称呼同一组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包括”是开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置电性连接于第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。
图1是示出根据本发明的一个实施例的设备100的示意图，其中设备100可以被包括在耳机或头戴式耳机中。如图1所示，设备100包括麦克风102、声音检测器110、噪声消除组件120和扬声器104。
在设备100的操作中，麦克风102连续接收周围的声音(环境声音)，声音检测器110从麦克风102接收环境声音。声音检测器110检测环境声音中是否具有有意义信号(meaningful signal)，并生成检测结果。在该实施例中，有意义信号可以在设备100内的表中定义和建立，其中有意义信号可以包括警报音(例如喇叭声和救护车警报声)或者特定的语音(例如用户名)。噪声消除组件120基于检测结果执行噪声消除操作，以生成输出信号至扬声器104，使得用户仅能听到环境声音中的有意义信号，而不会听到环境声音中的无意义噪声。
此外，当用户使用设备100收听音乐时，噪声消除组件120还可以接收音频信号(即，音乐)，噪声消除组件120生成的输出信号也可以包括音频信号，从而用户可以同时听到音乐和有意义信号。在另一实施例中，当检测结果指示环境声音中存在一个或多个有意义信号时，噪声消除组件120可以阻止(block)音频信号(即，音乐播放被中断)，或者降低音频信号的强度/音量，以便用户可以清楚地听到有意义信号。
通过使用上述信号处理机制，由于噪声消除组件120仅被配置为消除环境声音中的无意义噪声，因而即使环境声音持续地处于噪声消除操作下，用户也可以清楚地听到有意义信号。因此，通过使用设备100，用户可以在听音乐时避免可能的危险。
图2是示出根据本发明的一个实施例的设备200的示意图，其中设备200可以被包括在耳机或头戴式耳机中。如图2所示，设备200包括麦克风202、声音检测器210、噪声消除组件(在该实施例中，噪声消除组件是有源(active)噪声消除电路220)和扬声器204，其中，声音检测器210包括放大器212和反相电路(inversion circuit)214。
在设备200的操作中，麦克风202连续地接收周围的声音(环境声音)，并且声音检测器210从麦克风202接收环境声音。声音检测器210检测环境声音是否具有有意义信号，并且生成包括有意义信号(如果有的话)和抗噪声信号(anti-noise signal)的检测结果至有源噪声消除电路220。在该实施例中，可以通过使用任何声音识别技术，从环境声音中提取有意义信号，并通过使用放大器212对有意义信号进行放大；无意义噪声(例如，环境声音中的除有意义信号以外的部分)由反相电路214处理，以生成抗噪声信号，其中抗噪声信号与无意义噪声可以具有相似的强度(intensity)和相反的相位。在该实施例中，有意义信号可以在设备200内的表中被预先定义和建立，其中有意义信号可以包括警报音(例如喇叭声和救护车警报声)或特定的语音(例如用户名)。有源噪声消除电路220基于检测结果执行噪声消除操作(例如，基于声音检测器210输入的抗噪声信号，将该抗噪声信号与环境声音中的无意义噪声进行抵消)，以生成输出信号至扬声器204，其中，输出信号可以包括有意义信号和经抵消后的噪声信号(在理想情况下，该抗噪声信号与环境声音中的无意义噪声完全抵消，输出信号中可以仅包括有意义信号；在实际情况下，只要与抗噪声信号抵消后的无意义噪声的强度不影响有意义信号即可)。因此，由于检测结果包括的抗噪声信号其相位与环境声音中无意义噪声相反，因此用户只能听到环境声音中有意义信号，而不会听到环境声音中无意义噪声(因为无意义噪声和抗噪声信号进行了抵消)。
另外，当用户使用设备200收听音乐时，有源噪声消除电路220还可以接收音频信号(即，音乐)，有源噪声消除电路220可以通过组合音频信号、有意义信号和经抵消后的噪声信号，来生成输出信号，以便用户可以同时听到音乐和有意义信号。在另一实施例中，当检测结果指示环境声音中存在一个或多个有意义信号时，有源噪声消除电路220可以阻止音频信号(即，音乐播放被中断)，或者减小音频信号的强度/音量，以便用户可以清楚地听到有意义信号。
在图2所示的实施例中，由声音检测器生成的检测结果包括有意义信号，但是，这不是本发明的限制。在另一个实施例中，检测结果可以仅包括抗噪声信号，并且用户还可以听到通过耳机或头戴式耳机的壳体而来的环境声音中有意义信号。
通过使用上述信号处理机制，因为声音检测器210通过仅使用环境声音中的无意义的信号(即，有意义信号未经反相电路214处理)来生成抗噪声信号，因而即使环境声音持续地处于噪声消除操作下，用户也可以清楚地听到有意义信号。因此，通过使用设备200，用户在听音乐时可以避免可能的危险。
图3是示出根据本发明的一个实施例的设备300的示意图，其中设备300可以被包括在耳机或头戴式耳机中。如图3所示，设备300包括麦克风302、声音检测器310、噪声消除组件(在该实施例中，噪声消除组件是诸如耳罩(earmuff)的无源(passive)噪声消除组件320)和扬声器304。在一个实施例中，声音检测器310例如可以位于无源噪声消除组件320外部。
在设备300的操作中，麦克风302连续地接收周围的声音(环境声音)，并且声音检测器310从麦克风302接收环境声音。声音检测器310检测环境声音是否具有有意义信号，并且生成包括有意义信号(如果有的话)的检测结果至无源噪声消除组件320。在该实施例中，可以通过使用任何声音识别技术从环境声音中提取有意义信号(即，声音检测器310的检测结果不包括无意义噪声)。
在该实施例中，有意义信号可以在设备300内的表中定义和建立，其中有意义信号可以包括警报音(例如喇叭声和救护车警报声)或特定的声音(例如用户名)。无源噪声消除组件320基于检测结果执行噪声消除操作，以生成输出信号至扬声器304，其中，输出信号包括有意义信号，其中无意义噪声(例如，环境声音中除了有意义信号之外的部分)可以被无源噪声消除组件屏蔽。因此，用户仅能听到环境声音中的有意义信号，将不会听到环境声音的无意义噪声。
另外，当用户使用设备300收听音乐时，无源噪声消除组件320还可以接收音频信号(即，音乐)，并且无源噪声消除组件320可以通过组合音频信号和有意义信号来生成输出信号，以便用户可以同时听到音乐和有意义信号。在另一实施例中，当检测结果指示环境声音中存在一个或多个有意义信号时，无源噪声消除组件320可以阻止音频信号(即，音乐播放被中断)，或者减小音频信号的强度/音量，使得用户可以清楚地听到有意义信号。
通过使用上述信号处理机制，由于无源噪声消除组件320生成的输出信号具有有意义信号而不含无意义噪声，因此即使环境声音持续地处于噪声消除操作之下，用户也可以清楚地听到有意义信号。因此，通过使用设备300，用户可以在听音乐时避免可能的危险。
另外，以上实施例也可以用于助听器中，并且有意义信号可以包括一些特定的声音(例如人类声音)，以使用户仅听到他们需要的声音，而不会听到无意义噪声。
图4是根据本发明一个实施例的信号处理方法的流程图。参考上述实施例，流程描述如下。
步骤400：流程开始。
步骤402：接收从麦克风获得的环境声音。
步骤404：确定环境声音是否具有有意义信号，以生成检测结果。
步骤406：根据检测结果执行噪声消除操作，以生成输出信号至扬声器，使得用户听到环境声音中的有意义信号，但是不会听到环境声音中的无意义信号。
本领域技术人员将容易理解，在保持本发明的教导的同时，可以对装置和方法进行多种修改和变更。因此，上述公开内容应被解释为仅受所附权利要求的范围和界限的限制。

Claims (17)

1.一种信号处理设备，包括：
声音检测器，被配置为接收环境声音，并确定所述环境声音是否具有有意义信号以生成检测结果；以及
噪声消除组件，耦接到所述声音检测器，被配置为基于所述检测结果执行噪声消除操作，以生成输出信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，其特征在于，所述环境声音是从麦克风获得的且具有所述有意义信号和无意义噪声，所述噪声消除组件是有源噪声消除电路。
3.根据权利要求2所述的信号处理设备，其特征在于，所述声音检测器包括反相电路，用于改变无意义噪声的相位，以生成包括在所述检测结果中的抗噪声信号，并且所述反相电路不将所述有意义信号处理为所述无意义噪声。
4.根据权利要求3所述的信号处理设备，其特征在于，所述噪声消除组件生成的所述输出信号包括与所述抗噪声信号抵消后的无意义噪声以及所述环境声音的所述有意义信号。
5.根据权利要求3所述的信号处理设备，其特征在于，所述噪声消除组件还接收音频信号，并且所述噪声消除组件组合所述音频信号、所述有意义信号和与所述抗噪声信号抵消后的无意义噪声，以生成所述输出信号至扬声器。
6.根据权利要求3所述的信号处理设备，其特征在于，所述噪声消除组件还接收音频信号，并且所述噪声消除组件阻止所述音频信号或减小所述音频信号的音量；并且所述噪声消除组件生成的所述输出信号包括所述有意义信号而不含所述音频信号，或者所述输出信号包括所述有意义信号以及音量降低的音频信号。
7.根据权利要求1所述的信号处理设备，其特征在于，所述环境声音具有所述有意义信号和无意义噪声，所述噪声消除组件是无源噪声消除组件，并且所述声音检测器生成包括所述有意义信号的所述检测结果至所述噪声消除组件。
8.根据权利要求7所述的信号处理设备，所述声音检测器滤除所述无意义噪声，使得所述声音检测器生成仅包括所述有意义信号的所述检测结果。
9.根据权利要求7所述的信号处理设备，其特征在于，所述噪声消除组件还接收音频信号，并且所述噪声消除组件组合所述音频信号和所述有意义信号，以生成所述输出信号。
10.根据权利要求7所述的信号处理设备，其特征在于，所述噪声消除组件还接收音频信号，并且所述噪声消除组件阻止所述音频信号或减小所述音频信号的音量；以及所述噪声消除组件生成的所述输出信号仅包括所述有意义信号，或者所述输出信号包括所述有意义信号和音量降低的音频信号。
11.根据权利要求1所述的信号处理设备，其特征在于，所述有意义信号包括警报音或者由所述设备的用户定义的特定语音。
12.根据权利要求1所述的信号处理设备，其特征在于，所述有意义信号在所述设备内的表中被预先定义和建立。
13.一种信号处理方法，包括：
接收环境声音；
确定所述环境声音是否具有有意义信号，以生成检测结果；以及
根据所述检测结果执行噪声消除操作，以生成输出信号。
14.根据权利要求13所述的信号处理方法，其特征在于，所述环境声音是从麦克风获得的且具有所述有意义信号和无意义噪声，并且根据所述检测结果执行噪声消除操作以生成输出信号至扬声器的步骤包括：
执行所述噪声消除操作，以生成包括与所述抗噪声信号抵消后的所述无意义噪声的所述输出信号至扬声器。
15.根据权利要求14所述的信号处理方法，其特征在于，执行所述噪声消除操作以生成包括与所述抗噪声信号抵消后的所述无意义噪声的所述输出信号的步骤包括：
执行所述噪声消除操作以生成包括与所述抗噪声信号抵消后的所述无意义噪声以及所述环境声音的所述有意义信号的所述输出信号。
16.根据权利要求13所述的信号处理方法，其特征在于，所述环境声音具有所述有意义信号和无意义噪声，并且基于所述检测结果执行所述噪声消除操作以生成所述输出信号至所述扬声器的步骤包括：
执行所述噪声消除操作，以生成仅包括所述有意义信号而不包括所述无意义噪声的所述输出信号。
17.根据权利要求13所述的信号处理方法，其特征在于，所述有意义信号包括警报音或者由用户定义的特定语音。
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