CN107734416B - 一种激光面纹识别降噪装置、耳机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光面纹识别降噪装置、耳机及方法，涉及音频设备技术领域，该激光面纹识别降噪装置包括：电性连接的麦克风以及红外激光扫描模块；所述麦克风用于采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音，并将所述声音信息发送给所述红外激光扫描模块；所述红外激光扫描模块用于同步获取用户的面部图像以及相应的生成面纹编码，并与内部存储的面纹编码数据进行比对从而确定用户发出的语音信息。通过扫描用户的面部变化来确定当前用户是否发声，并相应的从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息，即便是在复杂的外部环境下，依然可以达到较高的降噪深度，可以满足恶劣环境下可信度较高的正常通话。

Description

一种激光面纹识别降噪装置、耳机及方法

技术领域

本发明涉及音频设备技术领域，尤其涉及一种激光面纹识别降噪装置、耳机及方法。

背景技术

在音频产品的使用过程中，为了主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术，它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反(相差180°)，就可以将这噪声完全抵消掉。传统的主动降噪耳机一般采用降噪MIC(麦克风)采样环境噪音然后通过电子技术产生与环境噪音频谱一样，相位刚好相反(相差180°)的声波将环境噪音抵消掉，传统的主动降噪耳机只能使噪声降低20dB～30dB左右。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：传统主动降噪耳机在高强噪音环境下(例如复杂的战场)效果不是特别好，用户还是会受噪音干扰，非常痛苦难受，不能很好的保持头脑清醒。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种激光面纹识别降噪装置、耳机及方法，解决现有主动降噪耳机在高强噪音环境下降噪效果差的问题。

本发明提供了一种激光面纹识别降噪装置，包括：麦克风以及红外激光扫描模块，所述麦克风与红外激光扫描模块电性连接；所述麦克风用于采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音，并将所述声音信息发送给所述红外激光扫描模块；所述红外激光扫描模块用于同步获取用户的面部图像以及相应的生成面纹编码，并与内部存储的面纹编码数据进行比对从而确定用户发出的语音信息；

所述红外激光扫描模块包括CCD摄像头、红外激光发射器以及处理电路模块，所述红外激光发射器组合安装在所述CCD摄像头上，所述CCD摄像头与所述处理电路模块电性连接；所述红外激光发射器用于输出均匀的光线照射在人脸上，所述CCD摄像头采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，同时与内部存储的面纹编码数据进行比对将比对结果输出给所述处理电路模块，所述处理电路模块用于根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息。

作为本发明的进一步改进，所述红外激光发射器包括红外激光LED灯、滤光片、匀光膜以及散光镜，所述红外激光LED灯、滤光片、匀光膜以及散光镜同轴设置，所述滤光片用于滤除干扰光线，所述匀光膜以及散光镜则分别用于匀光和散光并配合使光线均匀照射在人脸上；所述红外激光LED灯作为光源输出红外激光，所述红外激光依次经过滤光片、匀光膜以及散光镜后照射在人脸上。

作为本发明的进一步改进，所述处理电路模块包括微处理器、语音识别芯片、FLASH存储芯片和DSP芯片，所述微处理器、FLASH存储芯片以及DSP芯片均与所述语音识别芯片电性连接；所述语音识别芯片用于根据所述面纹编码的对比结果对所述麦克风采集的外部环境的声音信息进行特征提取，同时配合所述并与FLASH存储芯片内部存储的语音特征数据进行比对确定其对应的语音；所述微处理器用于对除用户发出的语音信息以外的环境噪音产生相位相反的声波频谱进行全部抵消或滤除；所述DSP芯片用于通过数字信号处理从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息。

作为本发明的进一步改进，所述处理电路模块还包括AMP芯片，所述AMP芯片与所述DSP芯片电性连接，所述AMP芯片将所述DSP芯片提取的语音信息进行放大处理。

本发明提供了一种激光面纹识别降噪耳机，应用于上述任一项所述的激光面纹识别降噪装置，包括：激光面纹识别降噪装置、第一支架、第二支架以及两个耳罩；所述第一支架为弧形结构，所述两个耳罩对向设置并分别固定在所述第一支架的两个下端，所述激光面纹识别降噪装置通过所述第二支架固定安装在其中一个耳罩上。

作为本发明的进一步改进，所述激光面纹识别降噪装置上分别开设有CCD窗口、红外窗口以及麦克窗口，所述CCD窗口、红外窗口以及麦克窗口内分别对应安装有所述CCD摄像头、红外激光发射器以及麦克风，其中，所述CCD窗口用于所述CCD摄像头获取图像，所述红外窗口用于所述红外激光发射器输出均匀的光线，所述麦克窗口用于所述麦克风采集用户发出的语音信息。

作为本发明的进一步改进，所述耳罩包括耳机壳、喇叭、塑胶层、棉纱层、第一海绵层；所述耳机壳的出声口对应位置的内部，由内向外依次设置有所述喇叭、塑胶层、棉纱层以及第一海绵层。

作为本发明的进一步改进，所述塑胶层为双层塑胶用于隔音，且所述塑胶层靠近所述喇叭的内层处边缘加工有气孔。

作为本发明的进一步改进，所述耳罩还包括第二海绵层，所述第二海绵层为皮套隔音海绵，所述第二海绵层包覆在所述耳机壳的出声口外围。

本发明提供了一种激光面纹识别降噪方法，应用于上述任一项所述的激光面纹识别降噪装置，包括：采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音；输出均匀的光线照射在人脸上，采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，与内部存储的面纹编码数据进行比对；根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

在本发明实施例中，所述的激光面纹识别降噪装置、耳机及方法通过扫描用户的面部变化来确定当前用户是否发声，并相应的从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息，即便是在复杂的外部环境下，依然可以达到较高的降噪深度，可以满足恶劣环境下可信度较高的正常通话。

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为本发明所述激光面纹识别降噪装置的结构示意图；

图2为本发明所述激光面纹识别降噪耳机的结构示意图；

图3为本发明所述激光面纹识别降噪方法的流程示意图。

附图标记说明：1-麦克风；2-红外激光扫描模块；21-CCD摄像头；22-红外激光发射器；221-红外激光LED灯；222-滤光片；223-匀光膜；224-散光镜；23-处理电路模块；231-微处理器；232-FLASH存储芯片；233-语音识别芯片；234-DSP芯片；235-AMP芯片；100-激光面纹识别降噪装置；101-CCD窗口；102-红外窗口；103-麦克窗口；200-第一支架；300-第二支架；400-耳罩；401-耳机壳；402-喇叭；403-塑胶层；404-棉纱层；405-第一海绵层；406-第二海绵层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，所述激光面纹识别降噪装置100包括电性连接的麦克风1以及红外激光扫描模块2；所述麦克风1用于采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音，并将所述声音信息发送给所述红外激光扫描模块2；所述红外激光扫描模块2用于同步获取用户的面部图像以及相应的生成面纹编码，并与内部存储的面纹编码数据进行比对从而确定用户发出的语音信息，所述的面纹编码是用于表示人脸面部信息特征的集合。

所述红外激光扫描模块2包括CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)摄像头21、红外激光发射器22以及处理电路模块23，所述红外激光发射器22组合安装在所述CCD摄像头21上，所述CCD摄像头21与所述处理电路模块23电性连接。

所述红外激光发射器22用于输出均匀的光线照射在人脸上，包括红外激光LED灯221、滤光片222、匀光膜223以及散光镜224，所述红外激光LED灯221、滤光片222、匀光膜223以及散光镜224同轴设置，所述滤光片222用于滤除干扰光线，所述匀光膜223以及散光镜224则分别用于匀光和散光并配合使光线均匀照射在人脸上；所述红外激光LED灯221作为光源输出红外激光，所述红外激光依次经过滤光片222、匀光膜223以及散光镜224后照射在人脸上，所述CCD摄像头21采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，同时与内部存储的面纹编码数据进行比对将比对结果输出给所述处理电路模块23，所述的人脸内部特征变化属性是指人脸表面的反射属性(如反射系数等，通常简称纹理Texture)、人脸3D形状(表面法向量方向)、人脸表情、胡须等属性的变化；人体生物特征识别阈目前主要用到人体口唇、颌骨、咽喉以及面肌部位等的震动关联性生物解析技术，通过解析人体声音的基频以及对应的各种谐波与泛音，可以很好识别声音的识别特征，由于人体的生理特征具有人体所固有的不可复制的唯一性和稳定性，因此不可能复制、失窃或被遗忘。所以利用人体的这些独特的生理特征能准确地传输目标声音，把无用的声音给过滤掉，最大限度提高通话的可信度与鲁棒性，本发明实施例所述CCD摄像头21通过所述人脸内部特征变化属性确定所述面纹编码。

通过所述红外激光扫描模块2检测对应的人体面部震动即可确定当前用户是否进行发声，并根据识别到的面纹编码以及比对结果确定用户发出的语音信息；所述红外激光扫描模块2检测人体面部震动可以包括如下几种方式中的至少一种：

1、首先设计一个或数个标准人脸肌肉群的模板，然后计算测试采集的样品与标准模板之间的匹配程度，并通过阈值来判断是否存在发音行为；

2、由于人脸肌肉群具有一定的结构分布特征，通过提取这些特征生成相应的规则以判断测试样品是否包含人体发生行为后的肌肉变动；

3、采用模式识别中人工神经网络的方法，即通过对面像样品集和非面像样品集的学习产生分类器；

4、将所有肌肉群面像集合视为一个面像子空间，并基于检测样品与其在子孔间的投影之间的距离判断是否存在肌肉群震动之面像；

5、肌肉群面貌跟踪或肤色模型跟踪，基于模型的方法或基于运动与模型相结合的方法对被检测到的面貌进行动态目标跟踪；

6、对被检测到的面貌像进行身份确认或在面像库中进行目标搜索，这实际上就是说，将采样到的面像与库存的面像依次进行比对，并找出最佳的匹配对象。目前主要采用特征向量与面纹模板两种描述方式：

特征向量是先确定嘴唇，咽喉，唇纹肌，颌骨肌肉群、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性，然后再计算出它们的几何特征量，而这些特征量形成一描述该面像的特征向量；

面纹模板是在库中存贮若干标准面部肌肉群面像模板或面像器官模板，在进行比对时，将采样面像所有象素与库中所有模板采用归一化相关量度量进行匹配。

此外，还有采用模式识别的自相关网络或特征与模板相结合的方式，本发明实施例在此不再赘述。

在本发明实施例中，所述内部存储的面纹编码数据可以是预先存储的样本数据，也可以是所述CCD摄像头21即时获取后处理并存储的数据。

所述处理电路模块23用于根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息；所述处理电路模块23包括微处理器231、语音识别芯片233、FLASH存储芯片232、DSP(数字信号处理)芯片234和AMP(功放)芯片235，所述微处理器231以及FLASH存储芯片232均与所述语音识别芯片233电性连接，所述DSP芯片234分别与所述语音识别芯片233和AMP芯片235电性连接；所述语音识别芯片233用于根据所述面纹编码的对比结果对所述麦克风1采集的外部环境的声音信息进行特征提取，同时配合所述并与FLASH存储芯片232内部存储的语音特征数据进行比对确定其对应的语音；所述微处理器231用于对凡是与用户无关的和不相符的声音(即除用户发出的语音信息以外的环境噪音)频谱产生相位相反(相位相差180°)的声波频谱进行全部抵消或滤除；所述DSP芯片234用于通过数字信号处理从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息；所述AMP芯片235将所述DSP芯片234提取的语音信息进行放大处理并输入到扬声器以及通讯设备等音频设备进行内部播放或音频通讯传输。

在本发明实施例中，所述的激光面纹识别降噪装置100通过红外激光扫描模块2扫描用户的面部变化来确定当前用户是否发声，并相应的从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息，即便是在复杂的外部环境下，依然可以达到80dB的降噪深度，可以满足恶劣环境下可信度较高的正常通话。

在上述实施例的基础上，参阅图2所示，为应用了上述实施例所述的激光面纹识别降噪装置100的激光面纹识别降噪耳机的结构示意图。

本发明实施例所述的激光面纹识别降噪耳机为头戴式耳机，包括激光面纹识别降噪装置100、第一支架200、第二支架300以及两个耳罩400；所述第一支架200为弧形结构，与人的头部形状匹配，所述两个耳罩400对向设置并分别固定在所述第一支架200的两个下端，所述两个耳罩400分别位于人的两耳处；所述激光面纹识别降噪装置100通过所述第二支架300固定安装在其中一个耳罩400上，所述激光面纹识别降噪装置100位于人的嘴部正前方约10cm～20cm处。

所述激光面纹识别降噪装置100上分别开设有CCD窗口101、红外窗口102以及麦克窗口103，所述CCD窗口101、红外窗口102以及麦克窗口103内分别对应安装有所述CCD摄像头21、红外激光发射器22以及麦克风1，其中，所述CCD窗口101用于所述CCD摄像头21获取图像，所述红外窗口102用于所述红外激光发射器22输出均匀的光线，所述麦克窗口103用于所述麦克风1采集用户发出的语音信息。

所述耳罩400包括耳机壳401、喇叭402、塑胶层403、棉纱层404、第一海绵层405、第二海绵层406；所述耳机壳401的出声口外围包覆有所述第二海绵层406，所述第二海绵层406为皮套隔音海绵，且通过EVA胶或其他粘结剂固定在所述耳机壳401的内侧；所述耳机壳401的出声口对应位置的内部，由内向外依次设置有所述喇叭402、塑胶层403、棉纱层404以及第一海绵层405；所述喇叭402用于接收所述激光面纹识别降噪装置100输出的语音信息并发声，所述塑胶层403为双层塑胶用于隔音，且所述塑胶层403靠近所述喇叭402的内层处边缘加工有气孔，主要是防止热胀冷缩鼓起和鼓音；所述棉纱层404以及第一海绵层405的厚度均较薄，用于防尘同时减小所占的空间。

本发明实施例所述的激光面纹识别降噪耳机应用了上述实施例所提供的激光面纹识别降噪装置，所述激光面纹识别降噪耳机具备上述实施例所述激光面纹识别降噪装置相应的功能部件以及有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见上述激光面纹识别降噪装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，所述激光面纹识别降噪耳机也可以是入耳式耳机，所述耳罩400替换为耳塞即可实现相应的功能。

在上述实施例的基础上，参阅图3所示，为本发明实施例所述激光面纹识别降噪方法的流程示意图，包括如下步骤：

S301：采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音；

S302：输出均匀的光线照射在人脸上，采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，与内部存储的面纹编码数据进行比对；

S303：根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息。

本发明实施例所述的激光面纹识别降噪方法应用于上述实施例所提供的激光面纹识别降噪装置，所述激光面纹识别降噪方法具备上述实施例所述激光面纹识别降噪装置相应的功能部件以及有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见上述激光面纹识别降噪装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光面纹识别降噪装置，其特征在于，包括：麦克风以及红外激光扫描模块，所述麦克风与红外激光扫描模块电性连接；所述麦克风用于采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音，并将所述声音信息发送给所述红外激光扫描模块；所述红外激光扫描模块用于同步获取用户的面部图像以及相应的生成面纹编码，并与内部存储的面纹编码数据进行比对从而确定用户发出的语音信息；

所述红外激光扫描模块包括CCD摄像头、红外激光发射器以及处理电路模块，所述红外激光发射器组合安装在所述CCD摄像头上，所述CCD摄像头与所述处理电路模块电性连接；所述红外激光发射器用于输出均匀的光线照射在人脸上，所述CCD摄像头采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，同时与内部存储的面纹编码数据进行比对将比对结果输出给所述处理电路模块，所述处理电路模块用于根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息；

所述处理电路模块包括微处理器、语音识别芯片、FLASH存储芯片和DSP芯片，所述微处理器、FLASH存储芯片以及DSP芯片均与所述语音识别芯片电性连接；所述语音识别芯片用于根据所述面纹编码的对比结果对所述麦克风采集的外部环境的声音信息进行特征提取，同时配合所述DSP芯片并与FLASH存储芯片内部存储的语音特征数据进行比对确定其对应的语音；所述微处理器用于对除用户发出的语音信息以外的环境噪音产生相位相反的声波频谱进行全部抵消或滤除；所述DSP芯片用于通过数字信号处理从所述外部环境的声音信息中提取并分离出用户发出的语音信息；

所述处理电路模块还包括AMP芯片，所述AMP芯片与所述DSP芯片电性连接，所述AMP芯片将所述DSP芯片提取的语音信息进行放大处理。

2.根据权利要求1所述的激光面纹识别降噪装置，其特征在于：所述红外激光发射器包括红外激光LED灯、滤光片、匀光膜以及散光镜，所述红外激光LED灯、滤光片、匀光膜以及散光镜同轴设置，所述滤光片用于滤除干扰光线，所述匀光膜以及散光镜则分别用于匀光和散光并配合使光线均匀照射在人脸上；所述红外激光LED灯作为光源输出红外激光，所述红外激光依次经过滤光片、匀光膜以及散光镜后照射在人脸上。

3.一种激光面纹识别降噪耳机，应用于上述权利要求1-2任一项所述的激光面纹识别降噪装置，其特征在于，包括：激光面纹识别降噪装置、第一支架、第二支架以及两个耳罩；所述第一支架为弧形结构，所述两个耳罩对向设置并分别固定在所述第一支架的两个下端，所述激光面纹识别降噪装置通过所述第二支架固定安装在其中一个耳罩上。

4.根据权利要求3所述的激光面纹识别降噪耳机，其特征在于：所述激光面纹识别降噪装置上分别开设有CCD窗口、红外窗口以及麦克窗口，所述CCD窗口、红外窗口以及麦克窗口内分别对应安装有所述CCD摄像头、红外激光发射器以及麦克风，其中，所述CCD窗口用于所述CCD摄像头获取图像，所述红外窗口用于所述红外激光发射器输出均匀的光线，所述麦克窗口用于所述麦克风采集用户发出的语音信息。

5.根据权利要求3所述的激光面纹识别降噪耳机，其特征在于：所述耳罩包括耳机壳、喇叭、塑胶层、棉纱层、第一海绵层；所述耳机壳的出声口对应位置的内部，由内向外依次设置有所述喇叭、塑胶层、棉纱层以及第一海绵层。

6.根据权利要求5所述的激光面纹识别降噪耳机，其特征在于：所述塑胶层为双层塑胶用于隔音，且所述塑胶层靠近所述喇叭的内层处边缘加工有气孔。

7.根据权利要求4所述的激光面纹识别降噪耳机，其特征在于：所述耳罩还包括第二海绵层，所述第二海绵层为皮套隔音海绵，所述第二海绵层包覆在耳机壳的出声口外围。

8.一种激光面纹识别降噪方法，应用于上述权利要求1-2任一项所述的激光面纹识别降噪装置，其特征在于，包括：

采集外部环境的声音信息，包括用户发出的语音信息以及环境噪音；

输出均匀的光线照射在人脸上，采集人脸反射回来的光线，并根据所述光线的强度变化识别人脸内部特征变化属性从而确定其对应的面纹编码，与内部存储的面纹编码数据进行比对；

根据所述面纹编码的对比结果对所述声音信息中的有效语音进行提取和分离，所述有效语音是指用户发出的语音信息。