CN1233125A - 包括一个有声音发生键的键盘的电话设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有一个键盘的电话设备,用键按下和相关电路的任何电连接,并在每个键下面包括一个能够以特定频率振动的机械部件。在转换为电信号后,子组件(25)检测这些频率和定位它们的声音源,确保根据这些信号和特定的被按下的键处理数据。

Description

包括一个有声音发生键的键盘的电话设备

本发明涉及包括多个控制键的电子设备和所述键的识别设备。

本发明还涉及一种检测键按下的方法，用于在多个键中识别被按下的键。

本发明可被用于需要键盘输入接口的任何电子设备，特别是手提电话设备。

1987年3月23日提交的日本专利申请no.62-65750的摘要no.63-233647(A)，描述了一个声音发生器与之相关的键盘。由于一个键被触动而发送的声音，通过扬声器被发送给电话接收机的适当电路，并由传统的电话信道选择路由到一个计算机，由计算机实现键盘检测。

本发明的目的是建议一个包括声音发生器的键盘，和用于检测不同类型的键被触动的设备。更具体地，通过定位通过按键而本地触动的一个声音源来检测键盘。

因此如开头一端所定义的设备，其特征在于所述识别设备包括：

-由所述键控制的多个本地声源，用于产生声音信号和

-子组建，用于在输入端定位接收所述声音信号的所述源，

这种机械地形成非常简单的设备的结构，有益地和用印刷电路板工作的数据通信设备集成在一起，实际上键盘相对于印刷电路板的位置被设置得无差别，因为两者之间没有除声音链路之外的其它链路。键盘甚至可以有一个原始形式，例如被弯曲。

另外，键盘背面和印刷电路板之间没有连接，使得可以制造薄的设备。最终，要注意应当在可听频率范围外选择声音频率。

根据本发明的重要特征，定位子组件包括：

-用于检测所述声音信号的检测设备，

-用于存储所述检测信号的存储设备，

-计算设备，用于估计所述存储的信号之间的相关率，以检测一个检测延迟，

-比较设备，用于比较所述检测延迟和根据每个源设定的延迟，以定位所述源作为比较结果的函数。

检测设备包括一个或不同的声音传感器。通过确定与传感器的位置相关的声音源的位置来识别被触动的键。计算各种被捕获的声音信号之间的相关率，使得能够确定由同一声音源所发送的声音之间的相对检测延迟，以便识别这个声音源相对于传感器的位置。

本发明的另一个目的是提供一种检测键按下的方法，其特征在于，每个键与一个本地声音源相关，用于在至少一个传感器的方向上产生声音信号，方法包括以下步骤：

-根据本地声源，在第一传感器的方向传播第一声音信号，和在第二传感器的方向传播第二声音信号，

-检测和数字化第一和第二信号，

-存储所述数字化的信号，

-计算所述第一和第二存储信号之间的相关积，以确定所述信号之间的检测延迟并获知所述声音源的位置。

通过参考随后描述的实施例，本发明的这些和其它方面将很显然。

在图中：

图1表示根据本发明的实施例的例子(手提电话设备)；

图2表示图1所示的电话设备的侧面图；

图3表示键盘键的实施例的例子；

图4和5表示处于初始位置和相对位置的每个键的实施例的另一个例子；

图6表示根据本发明的实施例的定位设备；

图7表示图6所示的定位设备的实施例的变型；

图8表示根据本发明的检测键按下的方法。

在图1所示的实施例中，手提电话设备1的键盘包括对应于数字0到9和功能键*和#的12个键(10a-10l)，可以被用户机械地按下。在每个键的背面有一个触点，在对被按下的键施加的作用的影响下，通常根据对应于键的数据的发送，或根据和本发明无直接关系的任何其它处理，闭合电信号处理电路。

在根据图2所示的本发明的实施例中(图2表示电话设备的侧面图)，设备包括一个键盘20，其键21a,21b等被事先设置在机壳22的表面，但在其设备内的背面不包括任何电连接。

这些键中每一个，例如21a，简单地与一个单纯的机械设备23相关，用于产生声音或声音波(随后将详细描述图2所示的这个设备23)。

由键21a的操作所产生的声波被传播并由麦克风24接收。这个远离外壳的麦克风与电子声源定位设备相关。图6将详细描述这些设备，并且包括，例如能够存储入射波的处理电路，估计它们的相关率，以获取它们的相对时延并比较这个延迟以设定值，和以这种方式识别被按下的键。

麦克风24和相关的电子设备被包括在形成电子信号处理模块的子组件25中。模块26组合以之安装电话设备的电源设备。

声音信号发生器23的形式是，例如图3的形式。在每个键下面，按针32靠着一个可变形部件31，在通过键的按押针的影响下，能够以一个给定频率围绕初始位置振动。

根据设备23的另一个实施例(图4的初始位置)，可以包括一个例如金属膜或薄膜。当这个处于初始位置的薄膜被按下时(图4，箭头41)，它变形并且占据一个相反的位置，在这个位置是凹形。这种状态的变化是可逆的：一旦压力消失曲线(图5，箭头43)重获其初始凸形位置。这个快速双动触发曲线或其一部分的一个简单振动，并产生一个声音和声音波。

当然，无论怎样考虑本发明，可以在可听频率范围内选择波频率，或者相反在这个范围之外选择。

图6和7表示根据本发明的定位设备，其中详细表示了形成子组建25的部件。

在任何一个参考图3,4,5描述的声波发生设备的实施例中，子组件25定位经过麦克风61,62的声源。接着对应于与按下的键相关的数据发送将被处理的电信号。

在随后的描述中考虑，每个键与一个本地声源相关联，以在两个传感器的方向上产生声音信号(或入射波)。假设从相同声源到达那里的入射波已经能够覆盖不同的传播路径(显著地是通过壁的反射)并且检测时能被识别，提供一个传感器就足够了。

在图6和7所示的实施例中，三个键10a,10b,10c可能触动三个声源，并产生标号为a1,a2,a3和b2,c1,c2的声波。两个麦克风61和62设置在机壳内，以便能够接收来自每个声源的入射波(机壳内的壁没有反射)。每个麦克风61,62是一个根据每个入射波检测模拟信号的声音传感器。接着这个信号由带通滤波器63,64滤波，并由放大器65,66放大，之后由计算部件进行数字化和处理。

现在将参考图6描述定位设备25的操作。经滤波和放大的模拟信号被模/数转换器CAN 67,68采样和数字化，接着被存储在RAM存储器中，然后被部件69处理。这个部件，例如一个数字信号处理器DSP也包括只读存储器ROM，其中存储了设定值。接着两个麦克风61和62捕获通过按键10a产生的两个声波a1,a2，之后被数字化，接着被存储在DSP的RAM存储器中。

接着验证被捕获的声音是否来自由每个键盘下面的声音发生器所产生的脉冲。为此目的，DSP计算每个入射波a1,a2的能量并比较它们，以在ROM存储器中设定一个能量阈值。如果计算的能量高于设定的阈值，DSP进行到下一步。如果不是，检测误差被通知而没有键被识别。

为了增强检测可靠性，进行可选择的附加计算，验证被接收的声音的形式是否和所期待的声音一样。因此被声音发生器发送的信号模型也被存储在ROM中，以和由转换器CAN发送给DSP的信号的形状进行比较。参考模型由Xref(n)表示的L个采样形成，其中n是一个从0到L-1的数字化系数。由DSP从麦克风61接收的信号由采样X1(0)到X1(L-1)形成。为了检测接收的采样和参考采样之间的相似性，DSP将计算它们的相关比率： $\frac{{\[\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Xref}\left(n\right)\mathrm{Xl}\left(n\right)]}^2}{\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{[\mathrm{Xref}\left(n\right)]}^2.\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{[\mathrm{Xl}\left(n\right)]}^2}$

接着将结果和0.5和1之间的阈值进行比较。典型地，取这个值等于0.9。如果结果高于这个阈值，认为检测了适当的信号且继续处理。否则认为检测到的错误。

这个可选择的步骤为用于识别由传感器接收的声音的空间始处的方法提供了确定性。

如果每个接收的信号的形状足够接近参考模型，在传感器级别接收的两个信号之间的相对延迟，通过计算被接收的采样之间的相关率而确定。由DSP根据在采样周期Te从转换器67和68接收的L个采样，计算延迟。

令X1为由麦克风61所捕获的信号，而X2为由麦克风62所捕获的信号。Rmin和Rmax被定义为Rmin。假设Te等于两个麦克风之间和Rmax的最小检测偏移。假设Te等于两个麦克风之间的最大检测偏移。接着计算： $R=\max \left(\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}X1(n)X2(n+r)\right)$

γε[Rmin,Rmax]其中R表示检测之间的时间偏移，而r是位于Rmin和Rmax之间的一个整数。如果R为正，则61超前62。相反情况是62超前61。如果R接近0，两个信号几乎同时被检测到。在存储在ROM的相应表中，接着验证这些结果对应于那些键。

事实上，按下键盘上的键对应于两个传感器之间的检测延迟。对应于每个键的延迟在ROM中这样表示，使DSP能够识别哪个键被按下。在上面的例子中，61超前62对应于检测键10a,62超前61对应于检测键10c，同时检测61和62对应于检测键10b。

图7表示本发明实施例的变型。只表示了位于图6的设备25的右侧的分枝的一部分。显然，为了设备的操作对右分支做同样的修改。这个变型包括增加一个阈值检测设备70，以抑制入射波能量计算步骤。这个已知的设备可能是，例如一个二极管检测器，它的一个输入端连接放大器65或66的输出端，而其输出端被连接到DSP69的激活端口。这一方法的目的是，通过只在处理已经选择的信号时激活DSP，来最小化其能量消耗。

根据图7所表示的发明的按键检测方法被表示在图8中。方法包括以下步骤K1到K10。

-K1：通过按一个键触发一个本地声源，第一声音信号X1沿第一传感器的方向传播，而第二声源X2沿第二传感器的方向传播；

-K2：由一个传感器检测每个信号；

-K3：电平检测每个信号并和阈值比较；

-K4：由模数转换器CAN数字化每个信号，可以并行执行步骤K3和K4；

-K5：根据K3如果两个信号的电平高于阈值，每个数字化的信号X1(n)和X2(n)被存储在存储器中，否则方法指示一个检测误差(K6)；

-K7：为每个信号计算其相关率到一个参考模型。如果两个信号的形状和参考模型足够相似，进行到步骤K8，否则指示一个检测误差(K6)；

-K8：计算信号X1(n)和X2(n)之间的相关积，以确定这两个信号之间的检测延迟R；

-K9：这个延迟被比较，以根据每个声音源设置值，用于确定被触发的声源；

-K10：识别被按下的键并且方法结束。

已经描述了根据本发明的按键检测设备并表示了将其应用到电话设备上。显然，本发明能容易地被包括在其它包括控制键的电子设备中，特另是任何通信设备中。

Claims (9)

1．包括多个控制键的电子设备和所述键的识别设备，其特征在于，所述识别设备包括：

-由所述键控制的多个本地声源，用于产生声音信号和

-子组建，用于在输入端定位接收所述声音信号的所述源。

2．如权利要求1的设备，其特征在于定位子组件包括：

-用于检测所述声音信号的检测设备，

-用于存储所述检测信号的存储设备，

-计算设备，用于估计所述存储的信号之间的相关率，以检测一个检测延迟，

-比较设备，用于比较所述检测延迟和根据每个源设定的延迟，以定位所述源作为比较结果的函数。

3．如权利要求1的设备，其特征在于所述声音源包括，在每个键下面包括一机械频率发生器，机械频率发生器包括在位于键下面的针的影响下，能够以一个特定频率在初始位置附近振动的可变形部分。

4．如权利要求3的设备，其特征在于，与每个键相关的机械部件是在使其处于凹位置的变形的影响下，通过以特定频率振动能够返回到其初始的凸位置的凸形薄膜。

5．如权利要求1-4之一的设备，其特征在于，它将输入控制信号提供给一个数据通信设备，包括信号处理阶段，用于根据所述数据将所述输入控制信号转换为电信号。

6．如权利要求5的设备，其特征在于所述数据通信设备和电话设备集成一体。

7．检测键按下，以在多个键中识别被按下的键的方法，其特征在于，每个键与一个本地声音源相关，用于在至少一个传感器的方向产生声音信号，方法包括以下步骤：

-根据本地声音，在第一传感器的方向传播第一声音信号，和在第二传感器的方向传播第二声音信号，

-检测和数字化第一和第二信号，

-存储所述数字化的信号，

-计算所述第一和第二存储信号的相关积，以确定所述信号之间的检测延迟从而获得所述声音源的位置。

8．如权利要求7的方法，其特征在于检测和数字化步骤包括检查子步骤，包括为其余的方法选择有高于第一阈值的电平的信号。

9．如权利要求7的方法，其特征在于计算步骤包括，一个估算每个存储的信号之间的相关率的初始选择步骤和一个存储在存储器中的相关模型，用于只保留所述比率高于第二设定值的信号。

Images