噪声消除电路及交互式智能平板的制作方法

本实用新型涉及声音处理电路领域，尤其涉及一种噪声消除电路及交互式智能平板。

背景技术：

随着智能终端设备的不断完善和不断普及，其应用已深入到人们生活和工作中。而智能平板的出现，更是方便职场人士进行远程会议办公，其优越的实时交流性极大提高了沟通效率。

语音作为人们通过智能平板进行交流沟通的最直接方式，其沟通效果很大程度上取决于语音的质量，而目前已有的降噪手段却对某些常见场合产生的特定噪音没有很好的处理效果，例如：远程视讯会议时主讲人利用智能平板的触摸屏演示ppt，电容笔或手指不断碰触智能平板的玻璃盖板发出敲击噪音。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种噪声消除电路及交互式智能平板，设置于交互面板上的麦克风能更好地采集到用户与交互面板进行交互时产生的噪声信号，由语言处理单元进行滤波降噪处理，得到清晰优质的语音。所述技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种噪声消除电路，包括；

一个或多个麦克风，与语音处理单元连接，设置于交互面板上，用于采集用户与所述交互面板进行交互时产生的噪声信号；

语音处理单元，用于对所述噪声信号进行滤波处理。

在一种可能的实施方式中，所述一个或多个麦克风的金属膜片与所述交互面板紧密贴合，通过栓接、粘连或铆接设置于所述交互面板上。

在一种可能的实施方式中，所述一个或多个麦克风的金属膜片通过弹性材料与所述交互面板紧密贴合。

在一种可能的实施方式中，所述一个或多个麦克风的外壳上覆盖有吸声材料，所述吸声材料用于吸收来自用户的语音。

第二方面，本申请提供一种交互式智能平板，其包括第一方面所述的任意一种噪声消除电路和交互面板。

在一种可能的实施方式中，还包括：

边框，交互面板设置于所述边框内。

在一种可能的实施方式中，还包括：

至少一个设置于所述边框的麦克风，用于采集用户的语音信号，以及将所述语音信号输入至所述语音处理单元。

在一种可能的实施方式中，所述边框的材料与所述交互面板不相同。

在一种可能的实施方式中，所述至少一个设置于所述边框的麦克风通过吸声材料与所述边框贴合，所述吸声材料用于吸收所述交互面板产生的噪声。

在一种可能的实施方式中，所述至少一个设置于所述边框的麦克风呈对称分布在所述边框两侧。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本实用新型实施例提供的噪声消除电路可对用户与交互面板进行交互时产生的噪声进行消除，仅利用设置在交互面板上的一个或多个麦克风，无需配备额外的设备或装置，便于设置有上述电路的智能终端控制其制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种噪声消除电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种麦克风设置于交互面板上的连接示意图；

图3是本申请实施例提供的一种设置于交互面板上的麦克风的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种设置有该噪声消除电路的交互式智能平板结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种麦克风设置于边框上的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“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。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合具体的实施例对本申请进行详细说明。

如图1所示，为本申请实施例中的一种噪声消除电路结构示意图，该噪声消除电路包括：交互面板10，置于交互面板10上的一个或多个麦克风11，语音处理单元12，一个或多个麦克风11的输出端连接语音处理单元12。

交互面板10是指其表面可供用户进行书写、触摸等交互操作的介质，例如：交互面板10可以是触摸屏、手绘板或电子黑板等。用户可以在电容技术触摸屏上输入各类指令。其中，电容技术触摸屏利用人体的电流感应进行工作，一般由一块四层复合玻璃屏构成，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层it0镀膜，涂有镀膜的面为工作面，玻璃屏的外层是作为保护盖板的矽土玻璃层。

麦克风11的类型有多种，包括但不限于动圈式麦克风或电容式麦克风。其中，动圈式麦克风由磁铁、金属膜片和振圈等组成。动圈式麦克风的振圈处在磁铁的磁场中，当声波作用在金属膜片使其产生振动时，金属膜片带动振圈相应振动，使振圈切割磁力线而产生感应电压，从而完成声电转换。动圈式麦克风的频率响应范围一般为200hz～5000hz，其具有坚固耐用、工作稳定等特点。动圈式麦克风一般为单向指向性麦克风，价格低廉，适用于各种场合。电容式麦克风由两块金属极板组成，其中一块表面涂有驻极地材料(多数为聚全氟乙丙烯)并将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极上，栅极与源极之间接有一个二极管。当驻极地膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为q，板极间地电容量为c，则在极头上产生地电压u＝q/c，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两级板间的距离改变，即电容c改变，而电量q不变，就会引起电压的变化，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，进行实现声电转换。

语音处理单元12是一块可对声音信号进行滤波降噪的芯片。

本实施例的噪声消除电路的工作原理为：

当用户与交互面板10进行交互时会产生噪音，例如：交互面板10为触摸屏时，用户在触摸屏上通过手机滑动进行翻页操作生产摩擦噪声，或使用电容笔在触摸屏上批注ppt会产生敲击噪声。上述噪声信号可直接通过交互面板的固体传播被麦克风11收集，同时用户的语音信号通过空气传播被麦克风11收集，根据声波传递的衰减特征可知，麦克风11收集到的敲击噪声幅值会高于采集到的语音信号幅值。声波的衰减特性为：声波在空气中传播时，空气介质发生压缩和膨胀的周期变化，相应的发生温度的升高和降低，温度梯度的出现，将导致热传导方式的热交换，从而使声能转化为热能，衰减后的声波能量减少，幅值会减小。

麦克风11将采集到的高幅值的敲击噪声信号和低幅值的语音信号通过电路，发送至语音处理单元12。语音处理单元12获取麦克风11采集到的信号幅值较低的用户语音信号和信号幅值较高的敲击噪声信号，作为检测语音信号处理成检测时频图；通过特定算法标出检测频率曲线中的幅值异常点或幅值异常段，即为敲击噪音幅值点或幅值段，处理得到敲击噪音频谱模板；利用噪声频谱模板进行下一步滤波降噪处理。

在语音降噪方面，最普遍的方法就是谱减法及其改进算法，除此之外，诸如时频分析、深度神经网络、正交网络分解、小波变换和压缩感知等算法也被利用来语音降噪。所谓谱减法的原理为：在假定加性噪声与短时平稳的语音信号相对独立的条件下，从带噪语音的功率谱中减去噪声功率谱，从而得到较为“纯净”的语音频谱。它的优点是运算量小，容易实时实现，增强效果也较好。但是也存在一定的缺陷，普减法是一种最大似然估计，没有对语音频谱的分布进行假设，而语音频谱分量的幅度对人耳的听觉是最重要的。因此谱减法进行增强处理后，会带来音乐噪声，不仅使听者在听觉效果上产生一定的干扰影响，还影响后续处理，如语音编码等。在谱减法的改进算法中，维纳滤波算法是比较热门的一种算法。维纳滤波器是在最小均方准则下实现对语音信号估计的一种滤波器，对于带噪语音信号，确定滤波器的冲击响应，使得带噪语音信号经过该滤波器后得到最接近于“纯净”的语音信号。采用维纳滤波的好处是平稳条件下时域波形的最小均方误差准则估计。

语音处理单元12对麦克风11采集到的声音信号进行分帧、加窗，并进行fft快速傅里叶变换求得频率信号，根据噪声的概率密度进行分位数噪声估计。然后进行三类特征(似然指、频谱平坦度、频谱差异度)来计算噪声信号的概率，从而获得有效的噪声估计，得到有效的敲击噪声频谱目标。

算法的核心思想是用维纳滤波器抑制估计出来的噪声。假设x(t)和n(t)分别代表语音和噪声，则麦克风采集到的信号可表示为：

y(t)＝x(t) n(t)

其频域表示为：

y(ω)＝x(ω) n(ω)

此时，如果可以有效的估计出噪声信号，那么纯净的语音可通过输入语音信号减去噪声信号的方法获得，即：

x(ω)＝y(ω)-n(ω)

由此可知，噪声的提取是提高降噪算法的关键。

例如，首先对检测频谱图做平坦度计算，频谱平坦度的计算依据是假设语音比噪声有更多的谐波。实际上，语音频谱也常会在其基频和谐波中出现峰值，而噪声频谱则相对平坦。因此，频谱平坦度可以作为一个区分噪声和语音的特征。

其计算公式为：

假设一帧有256个频点，则该帧可分为4个频带(低频，中频带，中高频带，高频)，每个频带有64个频点。对于噪声来说，尤其是经过处理后采集到的敲击噪声，频谱平坦度往往偏大且稳定为常数，而对于语音来说，语音平坦度变化较大，且其值一般比噪声平坦度小。所以，对于语音信号来讲，4个频段的平坦值差异是很大的，而对于噪声是比较小的。因此，如果频谱平坦度接近于1，那信号可认定为噪声；而对于语音来说，其语音的平坦度较小，且越接近于0就越易被认定为语音信号。根据以上算法可以得到一份敲击噪声模板。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个麦克风11的金属膜片与所述交互面板10紧密贴合，通过栓接、粘连或铆接设置于所述交互面板上。

进一步的，所述一个或多个麦克风11的金属膜片通过弹性材料与所述交互面板紧密贴合。

如图2所示，为本实用新型实施例中的一种麦克风11置于交互面板10上的方式示意图：在交互面板10上设置沉头孔，麦克风11通过平头内六角螺钉与交互面板10连接，麦克风11为振圈式麦克风，包括振圈111、外壳112、磁铁113和金属膜片114，金属膜片114与交互面板10之间设置弹性材料20。

弹性材料20为分子结构较为疏松的材料，例如热塑性弹性体和各种特殊饱和橡胶等材料，对声波的干涉吸收较小，且弹性材料的厚度为0-5mm。

本实施例提供的麦克风11与交互面板10的连接方式成本较低，易实现易操作，弹性材料20用于保护麦克风11的金属膜片114，避免与交互面板10的面面接触造成对金属膜片114的磨损失效。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个麦克风11的外壳112上覆盖有吸声材料，所述吸声材料用于吸收来自用户的语音。

如图3所示，麦克风11的金属膜片114与交互面板10通过弹性材料20连接，暴露在外侧且不与交互面板接触的外壳112部分被吸声材料31覆盖。覆盖方式可以是吸声材料31粘贴于外壳112上。

常见的吸声材料包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料，具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性，吸声材料能吸收共振频率附近的入射声能，共振频率范围通常在200hz～1000hz，最大吸声系数约为0.3～0.4。

本实施例提供的结构中，通过空气传播的用户语音声波被麦克风11外壳的吸声材料31吸收，减少麦克风11采集到的用户语音信号的幅值，进一步增强敲击噪声与用户语音信号的幅值差度，便于语音处理单元12处理出敲击噪声幅频模板。

如图4所示，为本申请实施例提供的一种交互式智能平板的结构示意图，本实施例的交互式智能平板可以保护如图1～图3所示的任意一种噪声消除电路和交互面板10。

交互式智能平板以高清液晶屏为显示和操作平台，具备书写、批注、绘画、多媒体娱乐、网络会议等功能，融入了人机交互、平板显示、多媒体信息处理和网络传输等多项技术，是信息化时代中办公、教学、图文互动演示的优选解决方案，且内置高保真立体音响系统，该系统支持本机或外接多媒体信号的扩音以及录音，且支持用户通过语音进行指令输入。

交互面板为电容技术触摸屏，支持用户通过交互面板对交互式智能平板进行指令输入，屏幕表面为钢化ng玻璃，耐磨、抗撞击。该触摸屏手写无“盲区”，在屏幕各边角区域不会出现不能操作或者断笔的问题，触摸有效识别＜0.5cm(任意不透明直径大于5mm的物体)，实时响应的反应速度＜11ms，保证操作书写无延时。

在一个或多个实施例中，还包括：边框，交互面板设置于所述边框内。

交互面板设置与边框内，边框的材质通常为铝合金材质，其经过黑色氧化处理。黑色氧化处理是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。边框内设置有限位槽，用于安置交互面板。如今的手机、平板电脑等智能产品都有向极窄边框甚至无边框靠近的设计趋势，以此来扩大屏幕占比，提高视觉效果和科技美感，

进一步的，还包括：至少一个设置于所述边框的麦克风，用于采集用户的语音信号，以及将所述语音信号输入至所述语音处理单元。

如图4所示，为本申请实施例中一种麦克风置于交互式智能平板边框上的结构示意图，包括：置于交互面板10上的一个或多个麦克风11、语音处理单元12、边框42和设置于边框42上的至少一个麦克风41。至少一个麦克风41可以组成一个麦克风列阵，输出端与语音处理单元12通过电路连接。

麦克风列阵是由一定数目的麦克风组成，对声场的空间特性进行采样并滤波的系统。目前常用的麦克风阵列可以按布局形状分为：线性阵列，平面阵列，以及立体阵列。其几何构型是按设计已知，所有麦克风的频率响应一致，麦克风的采样时钟也是同步的。交互式智能平板一般采用平面麦克风阵列，该阵列能实现平面360度等效拾音，麦克风个数越多，空间划分越精细，语音增强和降噪效果越好。

麦克风41的类型种类很多，包括但不限于传统动圈式麦克风、电容式麦克风等。

设置有该噪声消除电路的交互式智能平板的工作原理为：

设置于边框42的麦克风41用于采集所有语音信号，包括但不限于用户语音、用户与交互面板10进行交互时产生的各种噪声，输入到语音处理单元12中，作为目标语音信号处理成目标时频图；对比敲击噪音幅频模板，标定出目标时频图中的噪音幅值点或幅值段，处理出标定的目标频率图；弱化或消除目标频率图的噪音幅值点或幅值段，以得到去除了噪声的语音信号。

在一个或多个实施例中，所述边框42的材料与所述交互面板10不相同。

边框42与交互面板10的材料不相同，一方面加强用户与交互面板10进行交互时产生的噪声声波通过交互面板传播时的衰减，使设置于边框的麦克风41采集到的噪声信号幅值降低，方便语音处理单元12进行后续处理；另一方面增强边框42对交互面板10的保护效果。

进一步的，所述至少一个设置于所述边框42的麦克风41通过吸声材料与所述边框42贴合，所述吸声材料用于吸收所述交互面板10产生的噪声。

如图5所示，放置于边框42的至少一个麦克风41通过吸声材料51与边框42连接，交互面板10放置于边框42内。用户与交互面板进行交互时产生的噪声通过交互面板传播时，会被吸声材料51吸收掉一部分，麦克风41采集到的该噪声的信号幅值会降低。麦克风41与边框42的连接方式可以是螺栓连接、铆接或镶嵌于边框42内，或在边框上设置带盖式迷你置物架，用于放置麦克风41。

进一步的，所述至少一个设置于所述边框42的麦克风41呈对称分布在所述边框42两侧，用以更好地采集声音。设置于交互面板和边框的两路麦克风可根据交互式智能平板的结构灵活放置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，本实用新型提供的噪声消除电路可对用户与交互面板进行交互时产生的噪声进行消除，减低交互面板产生的噪声对用户正常说话语音的干扰，因此可以输出清晰较高的语音，本申请的电路结构简单，可以利用现有的硬件实现噪声效果的用，无需增加额外的部件，制造成本较低。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的。