TW202046090A

TW202046090A - 信號處理設備及其方法

Info

Publication number: TW202046090A
Application number: TW109114907A
Authority: TW
Inventors: 陳冠達; 龔能輝; 劉景萌
Original assignee: 聯發科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2020-12-16
Also published as: CN111901718A; US20200357375A1; EP3737111A1

Abstract

本發明提供了一種信號處理設備及其方法，該設備包括聲音檢測器和雜訊消除元件。在設備的操作中，聲音檢測器被配置為接收從麥克風獲得的環境聲音，並確定環境聲音是否具有有意義信號，以產生檢測結果；雜訊消除元件被配置為根據檢測結果執行雜訊消除操作，以產生輸出信號至揚聲器。通過本發明能夠消除環境聲音中的無意義雜訊，即使環境聲音持續地處於雜訊消除操作之下，用戶也可以清楚地聽到有意義信號。因此，可以使用戶避免可能的危險。

Description

信號處理設備及其方法

本發明涉及信號處理，更具體地，涉及能夠消除無意義雜訊的信號處理設備及其方法。

耳機（earphone）或頭戴式耳機(headset)通常具有消除雜訊（noise cancellation）的元件，以消除環境雜訊，使得用戶在聽音樂時可以避免干擾。但是，在消除環境雜訊的過程中，用戶可能聽不到來自環境的重要聲音。例如，喇叭聲、救護車警報聲、用戶姓名或其他重要聲音可能被雜訊消除元件過濾掉，從而給用戶帶來危險或不便。

因此，本發明的目的是提供一種能夠消除環境聲音中的無意義雜訊（meaningless noise）同時為用戶保留有意義信號（meaningful signal）的設備和方法，以解決上述問題。

根據本發明的一個實施例，公開了一種包括聲音檢測器和雜訊消除元件的設備。在設備的操作中，聲音檢測器被配置為接收從麥克風獲得的環境聲音，並確定環境聲音是否具有有意義信號，以產生檢測結果；雜訊消除元件被配置為根據檢測結果執行雜訊消除操作，以產生輸出信號。

根據本發明的另一實施例，一種信號處理方法包括以下步驟：接收從麥克風獲得的環境聲音；確定環境聲音是否具有有意義信號，以產生檢測結果；根據檢測結果執行雜訊消除操作，以產生輸出信號。

通過本發明能夠消除環境聲音中的無意義雜訊，即使環境聲音持續地處於雜訊消除操作之下，用戶也可以清楚地聽到有意義信號。因此，可以使用戶避免可能的危險。

在閱讀了在各個附圖和附圖中示出的優選實施例的以下詳細描述之後，本發明的這些和其他目的將對本領域習知技藝者變得顯而易見。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域習知技藝者應可理解，電子設備製造商可以會用不同的名詞來稱呼同一元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的“包括”是開放式的用語，故應解釋成“包括但不限定於”。此外，“耦接”一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置電性連接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。

第1圖是示出根據本發明的一個實施例的設備100的示意圖，其中設備100可以被包括在耳機或頭戴式耳機中。如第1圖所示，設備100包括麥克風102、聲音檢測器110、雜訊消除元件120和揚聲器104。

在設備100的操作中，麥克風102連續接收周圍的聲音（環境聲音），聲音檢測器110從麥克風102接收環境聲音。聲音檢測器110檢測環境聲音中是否具有有意義信號（meaningful signal），並生成檢測結果。在該實施例中，有意義信號可以在設備100內的表中定義和建立，其中有意義信號可以包括警報音（例如喇叭聲和救護車警報聲）或者特定的語音（例如用戶名）。雜訊消除元件120基於檢測結果執行雜訊消除操作，以生成輸出信號至揚聲器104，使得用戶僅能聽到環境聲音中的有意義信號，而不會聽到環境聲音中的無意義雜訊。

此外，當用戶使用設備100收聽音樂時，雜訊消除元件120還可以接收音訊信號（即，音樂），雜訊消除元件120生成的輸出信號也可以包括音訊信號，從而用戶可以同時聽到音樂和有意義信號。在另一實施例中，當檢測結果指示環境聲音中存在一個或多個有意義信號時，雜訊消除元件120可以阻止（block）音訊信號（即，音樂播放被中斷），或者降低音訊信號的強度/音量，以便用戶可以清楚地聽到有意義信號。

通過使用上述信號處理機制，由於雜訊消除元件120僅被配置為消除環境聲音中的無意義雜訊，因而即使環境聲音持續地處於雜訊消除操作下，用戶也可以清楚地聽到有意義信號。因此，通過使用設備100，用戶可以在聽音樂時避免可能的危險。

第2圖是示出根據本發明的一個實施例的設備200的示意圖，其中設備200可以被包括在耳機或頭戴式耳機中。如第2圖所示，設備200包括麥克風202、聲音檢測器210、雜訊消除元件（在該實施例中，雜訊消除元件是有源（active）雜訊消除電路220）和揚聲器204，其中，聲音檢測器210包括放大器212和反相電路（inversion circuit）214。

在設備200的操作中，麥克風202連續地接收周圍的聲音（環境聲音），並且聲音檢測器210從麥克風202接收環境聲音。聲音檢測器210檢測環境聲音是否具有有意義信號，並且生成包括有意義信號（如果有的話）和抗雜訊信號（anti-noise signal）的檢測結果至有源雜訊消除電路220。在該實施例中，可以通過使用任何聲音識別技術，從環境聲音中提取有意義信號，並通過使用放大器212對有意義信號進行放大；無意義雜訊（例如，環境聲音中的除有意義信號以外的部分）由反相電路214處理，以生成抗雜訊信號，其中抗雜訊信號與無意義雜訊可以具有相似的強度（intensity）和相反的相位。在該實施例中，有意義信號可以在設備200內的表中被預先定義和建立，其中有意義信號可以包括警報音（例如喇叭聲和救護車警報聲）或特定的語音（例如用戶名）。有源雜訊消除電路220基於檢測結果執行雜訊消除操作（例如，基於聲音檢測器210輸入的抗雜訊信號，將該抗雜訊信號與環境聲音中的無意義雜訊進行抵消），以生成輸出信號至揚聲器204，其中，輸出信號可以包括有意義信號和經抵消後的雜訊信號（在理想情況下，該抗雜訊信號與環境聲音中的無意義雜訊完全抵消，輸出信號中可以僅包括有意義信號；在實際情況下，只要與抗雜訊信號抵消後的無意義雜訊的強度不影響有意義信號即可）。因此，由於檢測結果包括的抗雜訊信號其相位與環境聲音中無意義雜訊相反，因此用戶只能聽到環境聲音中有意義信號，而不會聽到環境聲音中無意義雜訊（因為無意義雜訊和抗雜訊信號進行了抵消）。

另外，當用戶使用設備200收聽音樂時，有源雜訊消除電路220還可以接收音訊信號（即，音樂），有源雜訊消除電路220可以通過組合音訊信號、有意義信號和經抵消後的雜訊信號，來生成輸出信號，以便用戶可以同時聽到音樂和有意義信號。在另一實施例中，當檢測結果指示環境聲音中存在一個或多個有意義信號時，有源雜訊消除電路220可以阻止音訊信號（即，音樂播放被中斷），或者減小音訊信號的強度/音量，以便用戶可以清楚地聽到有意義信號。

在第2圖所示的實施例中，由聲音檢測器生成的檢測結果包括有意義信號，但是，這不是本發明的限制。在另一個實施例中，檢測結果可以僅包括抗雜訊信號，並且用戶還可以聽到通過耳機或頭戴式耳機的殼體而來的環境聲音中有意義信號。

通過使用上述信號處理機制，因為聲音檢測器210通過僅使用環境聲音中的無意義的信號（即，有意義信號未經反相電路214處理）來生成抗雜訊信號，因而即使環境聲音持續地處於雜訊消除操作下，用戶也可以清楚地聽到有意義信號。因此，通過使用設備200，用戶在聽音樂時可以避免可能的危險。

第3圖是示出根據本發明的一個實施例的設備300的示意圖，其中設備300可以被包括在耳機或頭戴式耳機中。如第3圖所示，設備300包括麥克風302、聲音檢測器310、雜訊消除元件（在該實施例中，雜訊消除元件是諸如耳罩（earmuff）的無源（passive）雜訊消除元件320）和揚聲器304。在一個實施例中，聲音檢測器310例如可以位於無源雜訊消除元件320外部。

在設備300的操作中，麥克風302連續地接收周圍的聲音（環境聲音），並且聲音檢測器310從麥克風302接收環境聲音。聲音檢測器310檢測環境聲音是否具有有意義信號，並且生成包括有意義信號（如果有的話）的檢測結果至無源雜訊消除元件320。在該實施例中，可以通過使用任何聲音識別技術從環境聲音中提取有意義信號（即，聲音檢測器310的檢測結果不包括無意義雜訊）。

在該實施例中，有意義信號可以在設備300內的表中預定義和建立，其中有意義信號可以包括警報音（例如喇叭聲和救護車警報聲）或特定的聲音（例如用戶名）。無源雜訊消除元件320基於檢測結果執行雜訊消除操作，以生成輸出信號至揚聲器304，其中，輸出信號包括有意義信號，其中無意義雜訊（例如，環境聲音中除了有意義信號之外的部分）可以被無源雜訊消除元件屏蔽。因此，用戶僅能聽到環境聲音中的有意義信號，將不會聽到環境聲音的無意義雜訊。

另外，當用戶使用設備300收聽音樂時，無源雜訊消除元件320還可以接收音訊信號（即，音樂），並且無源雜訊消除元件320可以通過組合音訊信號和有意義信號來生成輸出信號，以便用戶可以同時聽到音樂和有意義信號。在另一實施例中，當檢測結果指示環境聲音中存在一個或多個有意義信號時，無源雜訊消除元件320可以阻止音訊信號（即，音樂播放被中斷），或者減小音訊信號的強度/音量，使得用戶可以清楚地聽到有意義信號。

通過使用上述信號處理機制，由於無源雜訊消除元件320生成的輸出信號具有有意義信號而不含無意義雜訊，因此即使環境聲音持續地處於雜訊消除操作之下，用戶也可以清楚地聽到有意義信號。因此，通過使用設備300，用戶可以在聽音樂時避免可能的危險。

另外，以上實施例也可以用於助聽器中，並且有意義信號可以包括一些特定的聲音（例如人類聲音），以使用戶僅聽到他們需要的聲音，而不會聽到無意義雜訊。

第4圖是根據本發明一個實施例的信號處理方法的流程圖。參考上述實施例，流程描述如下。

步驟400：流程開始。

步驟402：接收從麥克風獲得的環境聲音。

步驟404：確定環境聲音是否具有有意義信號，以生成檢測結果。

步驟406：根據檢測結果執行雜訊消除操作，以生成輸出信號至揚聲器，使得用戶聽到環境聲音中的有意義信號，但是不會聽到環境聲音中的無意義信號。

本領域習知技藝者將容易理解，在保持本發明的教導的同時，可以對裝置和方法進行多種修改和變更。因此，上述公開內容應被解釋為僅受所附申請專利範圍的範圍和界限的限制。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100,200,300:設備 102,202,302:麥克風 110,210,310:聲音檢測器 120:雜訊消除元件 104,204,304:揚聲器 220:有源雜訊消除電路 212:放大器 214:反相電路 320:無源雜訊消除元件 400~406:步驟

通過閱讀附圖的詳細描述和示例，可以更全面地理解本申請，其中：第1圖是示出根據本發明的一個實施例的設備的示意圖。第2圖是示出根據本發明的一個實施例的設備的示意圖。第3圖是示出根據本發明的一個實施例的設備的示意圖。第4圖是根據本發明一個實施例的信號處理方法的流程圖。

100:設備

102:麥克風

110:聲音檢測器

120:雜訊消除元件

104:揚聲器

Claims

一種信號處理設備，包括：聲音檢測器，被配置為接收環境聲音，並確定所述環境聲音是否具有有意義信號以生成檢測結果；以及雜訊消除元件，耦接到所述聲音檢測器，被配置為基於所述檢測結果執行雜訊消除操作，以生成輸出信號。
如申請專利範圍第1項所述的信號處理設備，其中，所述環境聲音是從麥克風獲得的且具有所述有意義信號和無意義雜訊，所述雜訊消除元件是有源雜訊消除電路。
如申請專利範圍第2項所述的信號處理設備，其中，所述聲音檢測器包括反相電路，用於改變無意義雜訊的相位，以生成包括在所述檢測結果中的抗雜訊信號，並且所述反相電路不將所述有意義信號處理為所述無意義雜訊。
如申請專利範圍第3項所述的信號處理設備，其中，所述雜訊消除元件生成的所述輸出信號包括與所述抗雜訊信號抵消後的無意義雜訊以及所述環境聲音的所述有意義信號。
如申請專利範圍第3項所述的信號處理設備，其中，所述雜訊消除元件還接收音訊信號，並且所述雜訊消除元件組合所述音訊信號、所述有意義信號和與所述抗雜訊信號抵消後的無意義雜訊，以生成所述輸出信號至揚聲器。
如申請專利範圍第3項所述的信號處理設備，其中，所述雜訊消除元件還接收音訊信號，並且所述雜訊消除元件阻止所述音訊信號或減小所述音訊信號的音量；並且所述雜訊消除元件生成的所述輸出信號包括所述有意義信號而不含所述音訊信號，或者所述輸出信號包括所述有意義信號以及音量降低的音訊信號。
如申請專利範圍第1項所述的信號處理設備，其中，所述環境聲音具有所述有意義信號和無意義雜訊，所述雜訊消除元件是無源雜訊消除元件，並且所述聲音檢測器生成包括所述有意義信號的所述檢測結果至所述雜訊消除元件。
如申請專利範圍第7項所述的信號處理設備，所述聲音檢測器濾除所述無意義雜訊，使得所述聲音檢測器生成僅包括所述有意義信號的所述檢測結果。
如申請專利範圍第7項所述的信號處理設備，其中，所述雜訊消除元件還接收音訊信號，並且所述雜訊消除元件組合所述音訊信號和所述有意義信號，以生成所述輸出信號。
如申請專利範圍第7項所述的信號處理設備，其中，所述雜訊消除元件還接收音訊信號，並且所述雜訊消除元件阻止所述音訊信號或減小所述音訊信號的音量；以及所述雜訊消除元件生成的所述輸出信號僅包括所述有意義信號，或者所述輸出信號包括所述有意義信號和音量降低的音訊信號。
如申請專利範圍第1項所述的信號處理設備，其中，所述有意義信號包括警報音或者由所述設備的用戶定義的特定語音。
如申請專利範圍第1項所述的信號處理設備，其中，所述有意義信號在所述設備內的表中被預先定義和建立。
一種信號處理方法，包括：接收環境聲音；確定所述環境聲音是否具有有意義信號，以生成檢測結果；以及根據所述檢測結果執行雜訊消除操作，以生成輸出信號。
如申請專利範圍第13項所述的信號處理方法，其中，所述環境聲音是從麥克風獲得的且具有所述有意義信號和無意義雜訊，並且根據所述檢測結果執行雜訊消除操作以生成輸出信號的步驟包括：執行所述雜訊消除操作，以生成包括與所述抗雜訊信號抵消後的所述無意義雜訊的所述輸出信號至揚聲器。
如申請專利範圍第14項所述的信號處理方法，其中，執行所述雜訊消除操作以生成包括與所述抗雜訊信號抵消後的所述無意義雜訊的所述輸出信號的步驟包括：執行所述雜訊消除操作以生成包括與所述抗雜訊信號抵消後的所述無意義雜訊以及所述環境聲音的所述有意義信號的所述輸出信號。
如申請專利範圍第13項所述的信號處理方法，其中，所述環境聲音具有所述有意義信號和無意義雜訊，並且基於所述檢測結果執行所述雜訊消除操作以生成所述輸出信號的步驟包括：執行所述雜訊消除操作，以生成僅包括所述有意義信號而不包括所述無意義雜訊的所述輸出信號。
如申請專利範圍第13項所述的信號處理方法，其中，所述有意義信號包括警報音或者由用戶定義的特定語音。