CN107343242A - 一种数字耳机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数字耳机，包括音频输入模块、微处理器、数字信号处理器及音频输出模块；音频输入模块包括主麦克和从麦克；主麦克，用于接收第一声音信号，包括第一语音信号和第一环境噪声信号；从麦克，用于获取第二声音信号，包括第二环境噪声信号；微处理器，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令以控制数字信号处理器中的降噪单元对第二环境噪声信号进行分析处理得到与第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，将降噪信号与第一环境噪声信号进行抵消得到降噪后的第一声音信号并通过音频输出模块进行输出。该数字耳机使用过程中确保了第一语音信号的保真性，提高了输出信号的音质。

Description

一种数字耳机

技术领域

本发明实施例涉及数字耳机技术领域，特别是涉及一种数字耳机。

背景技术

数字耳机就是采用数字接口设计的耳机，例如采用iPHone的Lightning接口或安卓手机的Micro USB接口等设计的耳机，数字耳机自带DAC和放大器，可以播放超高码率的无损音乐，而手机只是用于做数字信号输出和供电。

现有技术中的数字耳机只有一个麦克风，噪声信号和用户的声音信号均从一个麦克风输入，在对噪声进行降噪处理的过程中也使用户的声音信号质量受损。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的数字耳机成为本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种数字耳机，使用过程中确保了第一声音信号中用户的第一语音信号的保真性，在避免用户的第一语音信号受损的情况下提高了输出信号的音质。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种数字耳机，包括音频输入模块、微处理器、数字信号处理器及音频输出模块；所述音频输入模块包括主麦克和从麦克，所述数字信号处理器包括降噪单元；

所述主麦克，用于接收第一声音信号,所述第一声音信号包括用户的第一语音信号和第一环境噪声信号；

所述从麦克，用于获取第二声音信号，所述第二声音信号包括第二环境噪声信号；

所述微处理器，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令；

所述降噪单元，用于接收所述降噪控制指令后，对所述第二环境噪声信号进行分析处理得到与所述第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，并将所述降噪信号与所述第一环境噪声信号进行抵消，得到降噪后的第一声音信号；

所述音频输出模块，用于将所述降噪后的第一声音信号进行输出。

可选的，所述第一语言信号为歌声信号；所述数字信号处理器还包括混响单元和混合单元，所述音频输入模块还包括音频获取单元；

所述微处理器，还用于依据用户输入的卡拉OK开启命令生成混响指令和混合指令；

所述混响单元，用于依据所述混响指令对降噪后的歌声信号进行卡拉OK混响，得到混响声音信号；

所述音频获取单元，用于获取终端设备输出的音乐信号；

所述混合单元，用于依据所述混合指令将所述混响声音信号与所述音乐信号进行混合得到人声伴奏混合声音信号；

所述音频输出模块，还用于将所述人声伴奏混合声音信号进行输出。

可选的，还包括：

采集率获取模块，用于依据所述终端设备输出的音乐数字信号获取相应的采样率；

调整模块，用于依据所述USB Audio协议及所述采样率生成频率调整指令；

所述微处理器，还用于依据所述频率调整指令对自身的工作频率进行相应的调整。

可选的，所述USB Audio协议为USB Audio Class 1.0协议、USB Audio Class 2.0或USB Audio Class 3.0协议。

可选的，如上述所述的数字耳机，所述主麦克为多个，多个所述主麦克组成麦克阵列。

可选的，所述从麦克为多个，多个所述从麦克分散分布。

本发明实施例提供了一种数字耳机，包括音频输入模块、微处理器、数字信号处理器及音频输出模块；音频输入模块包括主麦克和从麦克，数字信号处理器包括降噪单元；主麦克，用于接收第一声音信号，第一声音信号包括用户的第一语音信号和第一环境噪声信号；从麦克，用于获取第二声音信号，第二声音信号包括第二环境噪声信号；微处理器，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令；降噪单元，用于接收降噪控制指令后，对第二环境噪声信号进行分析处理得到与第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，并将降噪信号与第一环境噪声信号进行抵消，得到降噪后的第一声音信号；音频输出模块，用于将降噪后的第一声音信号进行输出。

本发明实施例中的数字耳机采用主、从两组麦克，微处理器当接收到用户输入的降噪命令后则控制数据信号处理器中的降噪单元依据从麦克获取的第二声音信号中的第二环境噪声信号生成相应的降噪信号，并通过降噪信号对主麦克所获取的声音信号中的第一环境噪声信号进行抵消，以对第一声音信号进行降噪处理，确保了第一声音信号中用户的第一语音信号的保真性，在避免用户的第一语音信号受损的情况下提高了输出信号的音质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数字耳机的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种数字耳机的原理示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种数字耳机，在使用过程中确保了第一声音信号中用户的第一语音信号的保真性，在避免用户的第一语音信号受损的情况下提高了输出信号的音质。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种数字耳机的原理示意图。

该数字耳机包括音频输入模块1、微处理器2、数字信号处理器3及音频输出模块4；音频输入模块1包括主麦克11和从麦克12，数字信号处理器3包括降噪单元31；

主麦克11，用于接收第一声音信号，第一声音信号包括用户的第一语音信号和第一环境噪声信号；

从麦克12，用于获取第二声音信号，第二声音信号包括用第二环境噪声信号；

微处理器2，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令；

降噪单元31，用于接收降噪控制指令后，对第二环境噪声信号进行分析处理得到与第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，并将降噪信号与第一环境噪声信号进行抵消，得到降噪后的第一声音信号；

音频输出模块4，用于将降噪后的第一声音信号进行输出。

需要说明的是，本申请提供的数字耳机中的主麦克11设置在离用户嘴部较近的位置，以便于在用户使用时获取的清晰的用户语音信号，在使用过程中主麦克11所获取的第一声音信号中以用户的第一声音信号为主，当然也包括一定的第一环境噪声信号；从麦克12设置在数字耳机的其他位置(离用户嘴部较远的位置)，在使用时所获取的第二声音信号中主要包括第二环境噪声信号，当然也可能包括一定的用户第二语言信号，其中，第一声音信号和第二声音信号为主麦克11和从麦克12在同一时刻获取的，由于主麦克11设置在离用户嘴部较近的位置，从麦克12设置在耳机的其他位置，所以在同一时刻主麦克11所获取的第一语言信号的强度应该大于从麦克12所获取的第二语言信号。

当接收到用户下达的降噪命令后，微处理器2(即MCU(Micro Controller Unit，微控制单元))生成降噪控制指令控制数字信号处理器3(即DSP(Digital SignalProcessing))中的降噪单元31通过主动降噪的方式对主麦克11和从麦克12所获取的声音信号进行分析处理后，通过生成与从麦克12所获取的第二环境噪声信号的幅值相同、相位相反的降噪信号，并且采用该降噪信号将主麦克11所获取的第一环境噪声信号进行抵消，从而降低或消除主麦克11所获取的第一声音信号中的第一环境噪声信号对用户的第一语音信号的影响，使用户在通话或者唱歌时的声音更加清晰，其中，由于从麦克12所获取的第二声音信号中以环境噪声信号为主，所以可以将第二环境噪声信号作为依据对主麦克11中的第一环境噪声信号进行降噪处理，从而可以避免使主麦克11获取的第一语言信号受损。

需要说明的是，用户可以通过耳机的线控器上的降噪开关下达降噪命令，即将降噪开关打开，微处理器2就可以接受到用户输入的降噪命令，或者通过语言输入的方式下达降噪命令。

具体的，本发明实施例所提供的数字耳机中可以通过数字接口与终端设备(例如手机、平板电脑等)连接，数字接口可以为Lighting接口、USB Micro接口或USB Trpe C接口，具体采用什么接口可以根据具体的终端设备而定，例如可以通过Lighting接口与iPhone手机连接等。

另外，数字耳机中的微处理器2通过USB Audio协议与终端设备进行通信，其中，USB Audio协议可以为USB Audio Class 1.0协议、USB Audio Class 2.0或USB AudioClass 3.0协议，并且USB Audio Class 2.0或USB Audio Class 3.0协议可以在很大程度上改善数字耳机与终端设备之间的兼容性。当然，在实际应用中具体采用哪种协议可以根据实际情况而定，本发明实施例对此不做特殊的限定。

在实际应用中，本发明实施例中的微处理器2可以采用ARM架构、超低功耗的MCU，主要是因为ARM架构、超低功耗的MCU的处理能力较强，并且可以支持高达24bit/192Khz采样率的高品质/无损音乐的播放。本发明实施例中的数字信号处理器3则可以采用32位浮点低功耗的数字信号处理器3。当然，具体采用哪种MCU和数字信号处理器3本发明实施例对此不作特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

还需要说明的是，本发明实施例所提供的数字耳机中的主麦克11和从麦克12的数量均可以为1个或多个，具体数量可以根据实际情况而定，在确保能获取高品质声音信号的同时使用较少的主麦克11和从麦克12，以进一步降低微处理器2的功耗。

本发明实施例提供了一种数字耳机，包括音频输入模块、微处理器、数字信号处理器及音频输出模块；音频输入模块包括主麦克和从麦克，数字信号处理器包括降噪单元；主麦克，用于接收第一声音信号，第一声音信号包括用户的第一语音信号和第一环境噪声信号；从麦克，用于获取第二声音信号，第二声音信号包括第二环境噪声信号；微处理器，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令；降噪单元，用于接收降噪控制指令后，对第二环境噪声信号进行分析处理得到与第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，并将降噪信号与第一环境噪声信号进行抵消，得到降噪后的第一声音信号；音频输出模块，用于将降噪后的第一声音信号进行输出。

本发明实施例中的数字耳机采用主、从两组麦克，微处理器当接收到用户输入的降噪命令后则控制数据信号处理器中的降噪单元依据从麦克获取的第二声音信号中的第二环境噪声信号生成相应的降噪信号，并通过降噪信号对主麦克所获取的声音信号中的第一环境噪声信号进行抵消，以对第一声音信号进行降噪处理，确保了第一声音信号中用户的第一语音信号的保真性，在避免用户的第一语音信号受损的情况下提高了输出信号的音质。

本发明实施例公开了一种数字耳机，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体请参照图2，图2为本发明实施例提供的另一种数字耳机的原理示意图。

需要说明的是，用户除了采用数字耳机进行通话之外，还可能需要采用数字耳机听音乐或者唱卡拉OK，为了更好的满足用户需求，进一步的，上述第一语言信号为歌声信号；数字信号处理器3还包括混响单元32和混合单元33，音频输入模块1还包括音频获取单元13；微处理器2，还用于依据用户输入的卡拉OK开启命令生成混响指令和混合指令；混响单元32，用于依据混响指令对降噪后的歌声信号进行卡拉OK混响，得到混响声音信号；音频获取单元13，用于获取终端设备输出的音乐信号；混合单元33，用于依据混合指令将混响声音信号与音乐信号进行混合得到人声伴奏混合声音信号；音频输出模块4，还用于将人声伴奏混合声音信号进行输出。

具体的，数字耳机可以通过数字接口与终端设备连接，当用户想要唱卡拉OK时，可以通过线控器或者软件手动(或语音)输入卡拉OK开启命令，并且通过音频输入模块1中的音频获取单元13获取终端设备(如手机)输出的音乐信号(具体为伴奏音频信号)，通过数字信号处理器3中的混响单元32将降噪处理后的歌声信号与卡拉OK进行混响，再通过混合单元33将混响后的歌声信号(即混响声音信号)与所获取的伴奏音频信号进行混合，即可得到较为优质的、带有卡拉OK及伴奏音乐的歌声信号，通过音频输出模块4将该声音信号进行输出即可使用户听到自己的歌声(即为带有卡拉OK及伴奏音乐的歌声)，并且

需要说明的是，本发明中的混合单元33具体可以采用人声伴奏混音功放电路实现，并且在具体实施时，用户的歌声可以通过耳机上的拾音器拾音后转换为数字信号，并通过混响单元32将该数字信号和相应的卡拉OK信号进行混响，再通过相应的混合单元33将混响后的数字信号与伴奏音频信号(相应的数字信号)进行混合后，用户便可以从耳机中听到自己的歌唱和伴奏的混合效果，当然，还可以将歌唱和伴奏混合后的数字信号传输到相应的终端设备，并通过该终端设备进行保存或上传的操作。

作为一个具体的实施例，该数字耳机还包括：

采集率获取模块，用于依据终端设备输出的音乐数字信号获取相应的采样率；

调整模块，用于依据USB Audio协议及采样率生成频率调整指令；

微处理器2，还用于依据频率调整指令对自身的工作频率进行相应的调整。

可以理解的是，当用户采用耳机听音乐时，对不同采样率的音乐，微处理器2所需要的工作频率可以不同，但是现有技术中的数字耳机中所采用的微处理器2的工作频率是一定的，不能根据音乐的采用率进行调整，所以现有技术中的微处理器2的功耗较高。本发明实施例中可以通过对终端设备输出的音乐数字信号进行采样，并依据终端设备输出的音乐数字信号获取相应的采样率，且可以根据USB Audio协议及采样率生成频率调整指令，从而使微处理器2按照该频率调整指令对自身的工作频率进行相应的调整。

因本发明实施例中的数字耳机与手机之间具体可以通过USB Audio Class 1.0、2.0或3.0的协议进行通讯，所以可以基于USB Audio协议生成相应的频率调整指令，进一步来决定MCU的工作状态/频率。通常，MCU的工作频率可以以12MHz为单位逐级进行改变。

例如，当终端设备(以手机为例)未开始播放音乐，但是需要使用耳机的APP已在工作时，数字耳机中MCU可以按照相应的频率调整指令将工作频率调整至最低的工作频率(比如是12MHz，耗电约1.2毫安)；当手机播放的音乐是采用16比特/48KHz的采样率，则可以根据USB Audio协议得到的生成相应的频率调整指令，将MCU的工作频率设置于24MHz，此时MCU的耗电约2.4毫安；当手机播放的音乐是24比特/96KHz的采样率时，则可以根据相应的的采样率将MCU的工作频率调整成48MHz，此时MCU功耗相应升至4.8毫安；当手机播放的是24比特/192KHz的无损音乐时，那么可以将MCU的工作频率再升到96MHz，此时MCU功耗达到了9.6毫安。

具体的，USB Audio协议为USB Audio Class 1.0、USB Audio Class 2.0协议或USB Audio Class3.0协议。

需要说明的是，USB Audio Class 2.0或USB Audio Class 3.0协议可以在很大程度上改善数字耳机与终端设备之间的兼容性。当然，在实际应用中具体采用哪种协议可以根据实际情况而定，本发明实施例对此不做特殊的限定。

更具体的，如上述的数字耳机，主麦克11为多个，多个主麦克11组成麦克阵列。

可选的，从麦克12为多个，多个从麦克12分散分布。

需要说明的是，本申请中的数字耳机可以设置多个主麦克11和多个从麦克12，并且多个主麦克11组成麦克阵列，通过设计相应的算法提高用户语音信号的辨识度，从而获取更为清晰的用户语音信号，多个从麦克12分别设置在不同的位置，以便使获取的第二声音信号中的环境噪声信号更加全面，进一步可以通过设置数字信号处理器3中的具体算法对各个从麦克12和各个主麦克11获取的声音信号进行分析处理，以便更好的消除环境噪声信号(例如中低频的声音信号)，从而得到更为优质的用户语音信号。

例如，可以具体实施时可以设置4个主麦克11和4个从麦克12，当然，不仅限于设置4个主麦克11和4个从麦克12，并且主麦克11的数量和从麦克12的数量不一定相同，对于具体采用几个主麦克11和从麦克12可以根据实际情况而定，本申请在此不做特殊的限定。

还需要说明的是，本发明实施例所提供的数字耳机中的主麦克11可以与线控器分离设置，也可以不分离设置，具体的可以根据实际情况而定。

另外，本发明实施例中的数字耳机可以从其所连接的终端设备上取电，依据USBAudio协议，直接供电给MCU和DSP，无需外接电池，以避免使用复杂昂贵的充放电电路，从而降低了耳机成本，也提高了整个数字耳机系统的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种数字耳机，其特征在于，包括音频输入模块、微处理器、数字信号处理器及音频输出模块；所述音频输入模块包括主麦克和从麦克，所述数字信号处理器包括降噪单元；

所述主麦克，用于接收第一声音信号，所述第一声音信号包括用户的第一语音信号和第一环境噪声信号；

所述从麦克，用于获取第二声音信号，所述第二声音信号包括第二环境噪声信号；

所述微处理器，用于通过USB Audio协议与终端设备进行通信，并依据用户输入的降噪命令生成降噪控制指令；

所述降噪单元，用于接收所述降噪控制指令后，对所述第二环境噪声信号进行分析处理得到与所述第二环境噪声信号幅值相同、相位相反的降噪信号，并将所述降噪信号与所述第一环境噪声信号进行抵消，得到降噪后的第一声音信号；

所述音频输出模块，用于将所述降噪后的第一声音信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的数字耳机，其特征在于，所述第一语言信号为歌声信号；所述数字信号处理器还包括混响单元和混合单元，所述音频输入模块还包括音频获取单元；

所述微处理器，还用于依据用户输入的卡拉OK开启命令生成混响指令和混合指令；

所述混响单元，用于依据所述混响指令对降噪后的歌声信号进行卡拉OK混响，得到混响声音信号；

所述音频获取单元，用于获取终端设备输出的音乐信号；

所述混合单元，用于依据所述混合指令将所述混响声音信号与所述音乐信号进行混合得到人声伴奏混合声音信号；

所述音频输出模块，还用于将所述人声伴奏混合声音信号进行输出。

3.根据权利要求2所述的数字耳机，其特征在于，还包括：

采集率获取模块，用于依据所述终端设备输出的音乐数字信号获取相应的采样率；

调整模块，用于依据所述USB Audio协议及所述采样率生成频率调整指令；

所述微处理器，还用于依据所述频率调整指令对自身的工作频率进行相应的调整。

4.根据权利要求3所述的数字耳机，其特征在于，所述USB Audio协议为USB AudioClass 1.0协议、USB Audio Class 2.0或USB Audio Class 3.0协议中的一种。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的数字耳机，其特征在于，所述主麦克为多个，多个所述主麦克组成麦克阵列。

6.根据权利要求5所述的数字耳机，其特征在于，所述从麦克为多个，多个所述从麦克分散分布。