CN115244950A - 音频流式传输装置 - Google Patents

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CN115244950A CN202180020479.3A CN202180020479A CN115244950A CN 115244950 A CN115244950 A CN 115244950A CN 202180020479 A CN202180020479 A CN 202180020479A CN 115244950 A CN115244950 A CN 115244950A
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Abstract

一种用于将音频信号流式传输到至少一个听力辅助装置(32)的音频流式传输装置。音频流式传输装置包括至少一个输入换能器(21)、适于感测作用在音频流式传输装置(20)上的重力的电子传感器装置(28)和适于将音频从至少一个输入换能器(21)流式传输到至少一个听力辅助装置(32)的发射器(30)。音频流式传输装置(20)还包括震动保护单元(31)，该震动保护单元适于将来自电子传感器装置(28)的输出信号与第一阈值进行比较，并且当来自电子传感器装置(28)的输出信号超过第一阈值时，停止通过发射器(30)从至少一个输入换能器(21)流式传输音频流。

Description

音频流式传输装置
技术领域
本发明涉及一种用于将音频信号流式传输到至少一个听力辅助装置的音频流式传输装置。更具体地，本发明涉及一种用于将音频信号流式传输到至少一个听力辅助装置的音频流式传输装置。音频流式传输装置包括至少一个输入换能器，以及适于将音频从至少一个输入换能器流式传输的发射器。本发明也涉及一种管理音频流式传输装置的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种音频流式传输装置，其用于将音频信号流式传输到听力辅助装置，并保护用户免受因处理音频流式传输装置而引起的烦人音频。
该目的是根据权利要求1的教导实现的。根据本发明的第二方面，提供了一种根据权利要求12所述的管理音频流式传输装置的方法。从属权利要求定义了各种实施例。
附图说明
将参照优选方面和附图进一步详细描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的音频流式传输装置的透视图；
图2说明了相对于地面倾斜的图1所示的音频流式传输装置的侧视图；
图3示意性地说明了根据本发明的一个实施例的音频流式传输装置和一个听力辅助装置的一个实施例；
图4说明用于根据本发明的一个实施例的音频流式传输装置的加速度计的加速度和输出电压之间的关系。
图5说明用于根据本发明的音频流式传输装置中的微处理器的决策过程的流程图；和
图6说明了根据本发明一个实施例的音频流式传输装置的状态图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的音频流式传输装置20的透视图。音频流式传输装置20在所说明的实施例中是盘形的，但在其它实施例中可假定服务于此目的的其它形状。音频流式传输装置20具有多个麦克风23，并且在说明的示例中，数量是三个。在其它示例中，数量可以更高或更低。当音频流式传输装置20执行一种束流形成时，处理依赖于预定的几何形状，其可以如图1所说明。这里将音频流式传输装置20的中心标记为向量22的起点，并且中心点与三个麦克风23等距，因为中心点和三个麦克风23中的每一个之间的距离相等。此外，由穿过中心点和相应麦克风23的线限定的角度α相同，为120°。这些线是等角的，因为所有线都在中心点相交并形成120°角。
然而，音频流式传输装置20可形成为具有对齐的若干麦克风的条、形成为半球体或形成为具有集成的多个(+10)麦克风的球结构。
矢量23标记用于由音频流式传输装置20执行的束流形成的方向。在一些实施例中，音频流式传输装置20旨在拾取源自此方向的音频并且旨在去除由源自其它方向的噪声和混响引入的干扰。束流形成可被认为是空间和时间上的多维滤波，是一种涉及空间分布传感器的信号处理方法。借助于束流形成，音频流式传输装置20旨在将虚拟麦克风放置在各个位置而无需物理移动。这些虚拟麦克风可用于如会议电话的应用，以及用于在会面期间拾取语音并立即将音频信号流式传输到会议室中一个或多个听力受损人员佩戴的一组助听器的伴音麦克风。存在若干用于组合音频数据的束流成形算法，并且这些算法通常依赖于将音频信号穿过数字滤波器。
图2说明了相对于地面倾斜的图1所示的音频流式传输装置20的侧视图。为此目的，音频流式传输装置20具有可在需要时附接或枢转地紧固到音频流式传输装置20的支架24。支架24还可用作用于将音频流式传输装置20安装到衣服的夹子的目的，由此音频流式传输装置20可用作助听器用户的伴音麦克风。支架使音频流式传输装置20相对于基面10倾斜，这影响了束流方向23和由三个麦克风21限定的平面之间的角度。
图3示意性地说明了根据本发明的一个实施例的音频流式传输装置20和一个听力辅助装置32的一个实施例。音频流式传输装置20具有多个(例如3个)麦克风21。拾取的声音由麦克风21转换成电音频信号，该电音频信号通过相应的A/D转换器25被转换成数字信号。A/D转换器25在一些实施例中由Delta-Sigma转换器提供。源自相应麦克风的三个数字音频信号然后被馈送到束流形成数字信号处理器26，该处理器以创建若干声束流的方式处理捕获的音频信号，这些声束流的方向在由三个麦克风21限定的平面之上均匀扩展。麦克风21在一个实施例中是全向麦克风。
在束流形成数字信号处理器26中，通过对麦克风21对的音频信号进行延迟和求和束流形成，通过施加适当的相位差，来产生均匀扩展的束流。
音频流式传输装置20还包括加速度传感器28(例如3轴加速度计)和微处理器27。加速度传感器28输出音频流式传输装置20沿三个正交轴的加速度的测量。图4说明了这种测量的示例，并且可以看出，当测量方向上的加速度在加速度计的动态范围内时，加速度和输出电压之间存在线性关系。这对于所有三个轴的加速度计输出很重要。微处理器27接收所有三个轴的加速度计输出，并且基于此，微处理器27计算作用在音频流式传输装置20上的整体加速度和整体加速度的方向。当音频流式传输装置20停留在例如在桌子，重力将是对加速度的唯一贡献，并且音频流式传输装置20的取向可借助于相对于重力的整体加速度测量来确定，可通过结合沿每个轴测量的加速度的量来确定。这些数据被转发到束流形成数字信号处理器26以用于束流选择。
束流形成数字信号处理器26还包括用于估计存在于可用束流中的语音质量的功能。束流形成数字信号处理器26还包括束流选择功能，用于选择由延迟和求和束流形成产生的均匀扩展束流中的一个，该束流最满足基于语音质量估计和音频源方向的期望束流而设置的标准。一旦已经选择了期望束流，束流形成数字信号处理器26就适于自适应地调整用于束流形成所施加的相位差，以便最大化存在于所选束流中的语音质量。
束流形成数字信号处理器26将处理后的音频信号输出到编码器和分组化(packetizing)单元29，其中根据预定义的流式传输媒体音频编码格式对处理后的音频信号进行压缩和编码，以便用最少的比特数表示音频信号，同时保持质量。这有效地减少了传输音频流所需的带宽。然后将编码的音频信号作为有效载荷放置在传送到无线电装置30的数据包中，调制和放大数据包以供发射。在一个实施例中，根据BluetoothTM核心规范版本5.2发射音频流，其中音频流式传输装置20充当具有相应音频接收装置的一个或多个人的音频源。
微处理器27接收所有三个轴的加速度计输出，并计算作用在音频流式传输装置20上的总加速度。根据这些值，微处理器27确定加速度计测量，该加速度计测量定义其中音频流式传输装置20已经稳定停留在表面上一段时间(例如多于5秒)的状态。然后，微处理器27将检测到的加速度计测量中的至少一个与定义其中音频流式传输装置20静止的状态的加速度计测量进行比较。在比较超过第一预定阈值的情况下，微处理器27假定音频流式传输装置20在表面上移动或从表面掉落。这可能会产生将被流式传输到助听器的噪声。
为了避免将恼人的音频发射到一个或多个助听器，微处理器27连接到震动保护单元31，用于在合理时干扰音频束流发射。在图3所说明的实施例中，编码器和分组化单元29也将传送到无线电装置30的数据包的副本提供给震动保护单元31。当微处理器27基于加速度传感器28的输出识别出音频束流可能含有应防止到达助听器用户的声学震动的风险增加时，震动保护单元31可指示无线电装置30丢弃来自编码器和分组化单元29的下一个数据包，并改为使用来自震动保护单元31的替换数据包。
在一个实施例中，来自震动保护单元31的替换数据包可为在震动保护单元31中已被缓冲的传送到无线电30装置的先前数据包的副本。在一个实施例中，震动保护单元31具有对音频样本进行分类的音频分类器，并传送与从编码器和分组化单元29传送的先前数据包的音频分类相匹配的预存储音频样本。在两个实施例中，震动保护单元31借助于在发射器侧(在音频流式传输装置20中)的包损失隐藏(PLC)来补偿丢失的音频包。
在又一个实施例中，震动保护单元31简单地禁用无线电装置30，直到发送声震动的风险结束。然后由控制器39借助于接收器侧(助听器32中)的包损失隐藏(PLC)来补偿丢失的音频包。
助听器32具有拾取音频信号的至少一个输入换能器或麦克风33。音频信号在A/D转换器34(例如Delta-Sigma转换器)中被数字化，并馈送到数字信号处理器35，该数字信号处理器35适于放大和调节旨在呈现给助听器用户的音频信号。根据存储在助听器32中的预定设置执行放大和调节，以通过放大在用户遭受听力缺陷的可听频率范围的那些部分中的频率处的声音来减轻听力损失。经由接收器或扬声器36为用户再现放大和调节的音频信号。至少一个麦克风33、A/D转换器34、数字信号处理器35和扬声器36提供具有听力损失减轻的音频信号路径。
此外，助听器32包括适于接收和解调作为数据包接收的音频束流的无线电37装置。无线电装置37可用于耳间通信，或用于与诸如智能电话的另一远程装置的通信。来自无线电装置37的音频束流通过解码器和解分组化单元38，其中压缩的数据束流变成未打包的并再次解码。接收的音频此后被加载到数字信号处理器35中。
控制器39控制数据包的接收并且除其它之外还负责包损失隐藏(PLC)，这是一种在经IP通信的音频中屏蔽包损失的影响的技术。由于多径传播，单个数据包可能会受到较差的信噪比(SNR)的影响，因此会被接收器破坏。包损失隐藏包括一种通过将损失的包替换为与最近接收的音频包对应的音频内容，再次播放最近接收的包或基于音频包合成音频束流段来核算和补偿语音包丢失的方法。控制器39还控制接收的音频束流和助听器32的音频信号路径中存在的音频的混合。
图4说明了来自惯性传感器系统或惯性测量单元(IMU)中的一个通道的输出，如加速度传感器28(例如3轴加速度计)。惯性测量单元是一种电子传感器装置，它提供输出，可由所述输出计算电子传感器装置的取向、速度和重力。通过测量重力引起的加速度的量，加速度计可算出它相对于水平面的倾斜角度。一些加速度计在晶体结构中使用压电效应，这些结构会受到加速力的压力，从而在结构上产生电压。替代地，加速度计可通过感测电容的变化来操作。对于用作倾斜传感器和用于检测音频流式传输装置20的下降，±1.5g的动态范围是足够的。
当音频流式传输装置20位于稳定的表面上时，音频流式传输装置20和因此加速度传感器28将不会观察到任何加速度，并且加速度传感器28将输出对应于加速度等于0的电压V2。可以看出，如果观察到的加速度的数值低于例如2g(重力的两倍)，那么观察到的加速度和加速度传感器28的输出电压之间存在线性关系。输出电压将在V1和V3之间变化。
从图4可以看出，合成加速度的小偏差等于0将导致与电压V2的相应小偏差。根据本发明，小的加速度，例如由小的振动和人在房间里走动引起的，不会影响音频束流。然而，当观察到更大的加速度时，例如由于音频流式传输装置20沿其所停留的表面滑动而引起，微处理器27将分析来自加速度传感器28的输出电压。当输出电压与电压V2相差多于ΔVTH时，对应于加速度等于0，加速度被认为可能会引起恼人的声音，发射器30的流式传输将被微处理器27停止。
在一个实施例中，第一阈值对应于0.05*g的加速度，其中g是重力。在一些实施例中，第一阈值对应于0.1*g的加速度，并且在其它实施例中，第一阈值对应于0.2*g或0.4*g的加速度。为了防止含有由于刮擦等的噪声的音频流的发射，重要的是应用第一阈值低于对应于1*g的值，因为这将表示自由落体。
图5说明用于根据本发明的音频流式传输装置20中的微处理器的决策过程的流程图。当音频流式传输装置20稳定地放置到表面10时，如步骤51所示，它通过借助于麦克风21从环境中拾取音频信号而开始。与此并行的是，在步骤52，加速度传感器28(例如3轴加速度计)拾取惯性传感器数据，并且在步骤53，微处理器27将传感器数据与第一阈值进行比较。传感器数据可如上所讨论由三个轴中的每一个的传感器数据和根据三个轴的传感器数据计算的总加速度组成。可用的传感器数据的任何组合可与用于检测音频流式传输装置20的刮擦、移动和掉落的适当阈值进行比较。在步骤53中，在微处理器27检测到传感器数据超过了第一阈值的比较的情况下，在步骤54中，微处理器27禁用拾取的音频的发射。如果四个参数中只有一个参数超过相关的预定阈值，情况也是如此。
在步骤55，微处理器27将传感器数据与第二阈值进行比较。这种比较是为了确保音频流式传输装置20不移动。在音频流式传输装置20以不可预测的方式移动的情况下，适应移动期间的音频流式传输装置20中提供的束流形成是没有意义的，这就是为何微处理器27在步骤56中禁用自适应束流形成。然后在步骤58，基于在检测到移动之前所确定的参数，由麦克风21拾取并由束流形成数字信号处理器26处理的音频将被编码和发射。一旦音频流式传输装置20停止移动并且微处理器27识别出传感器数据低于第二阈值，则在步骤57，微处理器27指示束流形成数字信号处理器26再次应用自适应束流形成。此后在步骤58，音频信号将被编码和发射。
一旦在步骤53微处理器27检测到传感器数据低于第一阈值，音频流式传输装置20继续拾取音频并监测惯性传感器数据并开始使用音频数据进行流式传输。
图6说明了根据本发明一个实施例的音频流式传输装置20的状态图。音频流式传输装置20具有稳定状态60，其中它充当远程麦克风，例如放置在桌子上(水平且一段时间内没有移动)。当加速度传感器28检测到对应于触摸音频流式传输装置20的移动，并且微处理器27观察到传感器数据超过第一阈值时，音频流式传输装置20进入未知状态62，其中借助于麦克风21拾取的信号的音频流式传输被中断。微处理器27在短时间内使麦克风21静音和/或滤除低频。在一些实施例中，音频流式传输装置20在发射器侧应用包损失隐藏技术来屏蔽中断的音频信号。包损失隐藏技术包括零插入、波形替代(通过重复已发射的音频信号的一部分来重建丢失的间隙)或基于模型的方法(算法应用语音模型来内插和外推语音间隙)。
在一些实施例中，当音频流式传输装置20处于未知状态62时，音频流的发射中断。然后直到由助听器32中的无线电装置37在接收器侧应用包损失隐藏技术。
当使用无线技术标准，诸如BluetoothTM来交换数据时，由于所应用的编解码器，发射的麦克风音频将具有大于10ms的等待时间。通过进入未知状态62，音频流的发射中断例如10ms-20ms，在接收器或发射器留下包损失隐藏以清除间隙。
在一个实施例中，微处理器27中的定时器用于设置预定时间段。如果加速度计28检测到的事件在该预定义时段到期时结束，那么音频流式传输装置20复归到稳定状态60。
一旦检测到事件并且进入未知状态62，则启动由麦克风21拾取的音频信号的高通滤波，并且一旦高通滤波的音频到达处理阶段，例如在0-20ms后，则音频流的发射恢复。麦克风音频的滤波将继续进行，直到加速度计移动或事件的总持续时间达到超时。重置用于桌面检测的定时器以消除重复事件。
图6还说明音频流式传输装置20在其充当远程麦克风的稳定状态60时应用自适应束流形成，因为束流形成数字信号处理器26适于自适应地调整用于束流形成的所施加的相位差以便最大化存在于所选束流中的语音质量。
当加速度传感器28检测到对应于触摸或转动音频流式传输装置20的移动，并且微处理器27观察到传感器数据超过第二阈值时，音频流式传输装置20进入半稳定状态61，其中自适应束流形成中断。维持该半稳定状态61直到微处理器27基于传感器数据认为音频流式传输装置20再次稳定停留在桌子上，音频流式传输装置20复归到稳定状态60。然而，如果检测到进一步的移动，并且也超过第一阈值，音频流式传输装置20进入未知状态62，其中借助于麦克风21拾取的信号的音频流式传输中断。在一些实施例中，第一阈值和第二阈值是相同的。

Claims (15)

1.一种音频流式传输装置，其用于将音频信号流式传输到至少一个听力辅助装置(32)，并且包括
-至少一个输入换能器(21)，
-电子传感器装置(28)，其适于感测作用在所述音频流式传输装置(20)上的重力，和
-发射器(30)，其适于将音频从所述至少一个输入换能器(21)流式传输到所述至少一个听力辅助装置(32)，
其中所述音频流式传输装置(20)还包括微处理器(27)，所述微处理器(27)适于：
-将来自所述电子传感器装置(28)的输出信号与第一阈值进行比较，和
-当来自所述电子传感器装置(28)的输出信号超过所述第一阈值时，停止通过所述发射器(30)从所述至少一个输入换能器(21)流式传输所述音频流。
2.根据权利要求1所述的音频流式传输装置，其中所述音频流式传输装置(20)还包括数字信号处理器(26)，所述数字信号处理器(26)适于基于所述至少一个输入换能器(21)提供束流形成，其中所述微处理器(27)还适于：
-将来自所述电子传感器装置(28)的所述输出信号与第二阈值进行比较，和
-当来自所述电子传感器装置(28)的所述输出信号超过所述第二阈值时，停止所述束流形成数字信号处理器(26)以改变当前设置的束流形成参数。
3.根据权利要求2所述的音频流式传输装置，其中所述数字信号处理器(26)适于通过在延迟和求和束流形成过程中对来自所述至少一个输入换能器(21)的音频信号施加适当的相位差来生成多个均匀扩展的束流。
4.根据权利要求2所述的音频流式传输装置，其中所述数字信号处理器(26)适于选择所述多个均匀扩展的束流中的一个，选择的束流是最满足基于语音质量估计和音源的方向而设置的标准的所述束流。
5.根据权利要求4所述的音频流式传输装置，其中所述数字信号处理器(26)适于自适应地调整针对所述选择的束流施加的相位差，以便最大化所述选择的束流中存在的语音质量。
6.根据权利要求1所述的音频流式传输装置，其中所述电子传感器装置(28)适于为沿三个正交轴的加速度提供运动测量。
7.根据权利要求6所述的音频流式传输装置，其中所述电子传感器装置(28)包括3轴加速度计，其中所述微处理器(27)适于计算整体加速度的测量，并且其中震动保护单元(31)适于将至少一个运动测量与第一阈值进行比较，所述至少一个运动测量包括对所述整体加速度的测量或对沿所述三个正交轴中的每一个的所述加速度的测量。
8.根据权利要求1所述的音频流式传输装置，其中所述发射器(30)适于将音频作为数据包进行流式传输，并且其中震动保护单元(31)适于指示所述发射器(30)丢弃下一个数据包并改为使用来自所述震动保护单元(31)的替换数据包。
9.根据权利要求8所述的音频流式传输装置，其中来自所述震动保护单元(31)的所述替换数据包为先前发射的数据包的副本。
10.根据权利要求8所述的音频流式传输装置，其中来自所述震动保护单元(31)的所述替换数据包为由所述震动保护单元(31)从多个预存数据包中选择的预存数据包，此时所述预存数据包与无线电装置(30)发射的先前数据包的音频分类最匹配。
11.根据权利要求1所述的音频流式传输装置，其中所述发射器(30)适于将音频作为数据包进行流式传输，并且其中震动保护单元(31)适于指示所述发射器(30)暂停数据包的发射。
12.根据权利要求1所述的音频流式传输装置，其中所述第一阈值表示小于自由落体的加速度。
13.根据权利要求12所述的音频流式传输装置，其中所述第一阈值表示0.4*g的合成加速度，其中g是重力。
14.一种管理音频流式传输装置的方法，所述音频流式传输装置包括至少一个输入换能器、电子传感器装置和发射器，其中所述方法包括：
-将音频流从所述至少一个输入换能器发射到所述至少一个听力辅助装置，
-感测作用在所述音频流式传输装置上的重力，
-将感测到的重力与第一阈值进行比较，和
-当所述感测到的重力超过所述第一阈值时，停止所述音频流的所述发射。
15.根据权利要求14所述的方法，其包括为沿三个正交轴的所述加速度提供运动测量。
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