无线耳机、手机和声波测距方法与流程

本申请涉及无线耳机，尤其涉及一种应用于无线耳机和手机之间的声波测距方法。

背景技术

目前无线耳机越来越小型化，经常会找不到，因此需要对耳机进行定位。目前常用方法为利用耳机喇叭发声，人听到后查找。这种方法指示不清晰，经常还是不容易找到。

同时目前立体声技术发展，需要获取头部姿态，这样根据头部姿态来进行左右耳机声音强度调节，以达到立体声效果。目前常用方法是通过3轴陀螺仪检测姿态，这种方法需要额外芯片，需要成本和功耗都比较高，而且需要额外空间。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种无线耳机，手机，以及应用于所述无线耳机和所述手机上的无线测距方法。

在本申请的无线耳机的实施例中，所述无线耳机包括收音模块，微处理器，以及扬声模块。收音模块用于接收外界声音。微处理器连接所述收音模块，可处理所述外界声音，并生成输出数字信号。扬声模块连接所述微处理器，受所述微处理器的控制，根据所述输出数字信号而播放声音。

在本申请的手机的实施例中，包括收音模块，处理器，扬声模块，以及内存。收音模块可接收外界声音。处理器连接所述收音模块，可处理所述外界声音，并生成输出数字信号。扬声模块连接所述处理器，受所述处理器的控制，根据所述输出数字信号而播放声音。所述内存储存时延修正参数，所述时延修正参数包含所述时延修正参数包含所述手机和所述无线耳机处理所述第一声波序列和所述第二声波序列的总处理时间。当所述手机对所述无线耳机进行声波反应测试时，由所述处理器于第一时间点生成第一声波序列，并通过所述扬声模块播放。所述收音模块接收外界声音并生成输入数字信号给所述处理器。当所述处理器辨识出所述输入数字信号中包括所述无线耳机传送的第二声波序列，所述处理器根据当下距离所述第一时间点的反应时间长度和所述时延修正参数判断所述无线耳机与所述手机的距离。

在进一步的实施例中，本申请提出一种声波测距方法，适用于手机与无线耳机。首先由所述手机对所述无线耳机进行声波反应测试，包括：所述手机于第一时间点生成第一声波序列并播放，所述无线耳机辨识出所述第一声波序列后，生成第二声波序列并播放。当所述手机辨识出所述第二声波序列时，所述手机根据当下时间和所述第一时间点的时间差估计反应时间长度。当所述手机获取所述反应时间长度，根据时延修正参数和所述反应时间长度判断所述无线耳机与所述手机的距离。

在进一步的实施例中，所述无线耳机和所述手机进行校准程序而获得所述时延修正参数。所述校准程序的步骤包含：首先将所述无线耳机与所述手机配置为相隔第一距离，由所述手机对断无线耳机进行声波反应测试，获得第一反应时间。接着将所述无线耳机与所述手机配置为相隔第二距离，由所述手机对断无线耳机进行所述声波反应测试，获得第二反应时间。最后根据所述第一距离和所述第二距离的差异，以及所述第一反应时间与所述第二反应时间的差异，推测出所述时延修正参数。

在更具体的实施例中，所述手机生成所述第一声波序列后，先将所述第一声波序列转换为模拟型式，再通过所述手机的扬声模块放大并播放。

在更具体的实施例中，所述手机对所述无线耳机进行所述声波反应测试时，可先以无线信号通知所述无线耳机开启收音功能。当所述无线耳机开启收音功能后，开始接收外界声音，对所述外界声音进行滤波，消除杂音，消除回音，及数字化后，生成数字信号。借此，所述无线耳机辨识所述数字信号中是否包含所述第一声波序列。当所述无线耳机辨识出所述数字信号中包含所述第一声波序列后，即生成所述第二声波序列，并控制所述无线耳机中的扬声模块放大并播放所述第二声波序列。

在更进一步的实施例中，所述手机可定期对所述无线耳机进行所述声波反应测试以追踪所述距离的变化，并根据所述距离变化的特征运行对应的功能。举例来说，手机可控制无线耳机进行音场效果控制，音量控制，向前跳转，向后跳转，开始播放，或停止播放。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一实施例的手机和无线耳机连接状况图。

图2是本申请实施例的手机和无线耳机架构示意图。

图3是本申请实施例的无线测距方法流程图。

图4是本申请实施例的校准程序流程图。

图5是本申请实施例的声波反应测试流程图。

图6是本申请实施例的持续测距流程图。

图7是本申请实施例的无线耳机自我测试流程图。

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，都属于本申请保护的范围。

图1是本申请一实施例的手机和无线耳机连接状况图。真无线耳机(True Wireless Stereo；TWS)已是时下常见的配件。图1显示两个无线耳机200(左耳与右耳)与手机100配对为一个封闭式的区域无线系统。其中每个无线耳机200与手机100的距离分别表示为DL和DR。而两个无线耳机200之间也可能相隔一个距离DI。

图2是本申请实施例的手机100和无线耳机200架构示意图。由于左耳和右耳所使用的无线耳机200是独立存在的，本实施例仅以其中一耳的无线耳机200为例进行说明。因此，可以理解的是图2中显示的无线耳机200不限定是用于左耳或右耳。

在图2的无线耳机200的实施例中，所述无线耳机200包括收音模块204，微处理器210，扬声模块202，无线收发器208，以及内存206。收音模块204可包含一或多个麦克风形成的麦克风阵列，用于接收外界声音。收音模块204中也包含基本的信号处理模块，例如模数转换器，滤波器，噪声消除电路等。微处理器210连接所述收音模块204，可处理所述外界声音，并生成输出数字信号。扬声模块202连接所述微处理器210，受所述微处理器210的控制，根据所述输出数字信号而播放声音。由于本申请专注于不使用额外电路元件的距离测量方法，上述收音模块204，微处理器210，扬声模块202，内存206，及无线收发器208中的详细电路设计可以现有技术实现，不再详加介绍。

在图2的手机100中，至少包括收音模块104，处理器110，扬声模块102，无线收发器108，以及内存106。收音模块104可接收外界声音。处理器110连接所述收音模块104，可处理所述外界声音，并生成输出数字信号。

扬声模块102可以是一种喇叭，具有声音扩大功能。在更具体的实施例中，所述扬声模块102中可包含数模转换器(未图示)，将手机生成的声波序列转换为模拟型式，再通过放大器播放。换句话说，所述扬声模块102连接所述处理器110，受所述处理器110的控制，根据所述输出数字信号而播放声音。

所述内存106储存一个时延修正参数。所述无线收发器108可支援多种无线协议，例如蓝牙(Bluetooth)，无线区域网络(Wi-Fi)，或近端通信(NFC)。同样地，由于本申请专注于不使用额外电路元件的距离测量方法，上述收音模块104，处理器110，扬声模块102，内存106，及无线收发器108中的详细电路设计可以现有技术实现，不再详加介绍。

本申请的特征之一在于提供了所述时延修正参数。所述时延修正参数是所述手机100和所述200通过一个校准程序计算而得，用于记录除了除了声波传递以外的信号处理时间，包含了手机100和无线耳机200在进行无线测距的过程中，进行内部信号处理所花的时间。

当所述手机100对所述无线耳机200进行声波反应测试时，由所述处理器110于第一时间点生成第一声波序列，并通过所述扬声模块102播放出去。接着，所述收音模块104接收外界声音并生成输入数字信号给所述处理器110。当无线耳机200收到所述第一声波序列并回应一个第二声波序列时，所述处理器110可从所述输入数字信号中辨识出所述无线耳机200传送的第二声波序列。所述微处理器110根据当下时间与所述第一时间点的时间差，估计反应时间长度。接着根据内存106中的时延修正参数修正所述反应时间长度，再根据声音在空气中传递的公式，估计所述无线耳机200与所述手机的距离。

在更具体的实施例中，所述手机对所述无线耳机200进行所述声波反应测试时，可先以无线信号通知所述无线耳机200开启收音功能。当所述无线耳机200开启收音功能后，开始接收外界声音，对所述外界声音进行滤波，消除杂音，消除回音，及数字化后，生成数字信号。借此，所述无线耳机200辨识所述数字信号中是否包含所述第一声波序列。当所述无线耳机200辨识出所述数字信号中包含所述第一声波序列后，即生成所述第二声波序列，并控制所述无线耳机200中的扬声模块放大并播放所述第二声波序列。

考虑到测试时对人耳的影响，传送的声波频率可以选择在20赫兹以下，或20000赫兹以上，或是上述范围的多种频率的结合。

图3是本申请实施例的无线测距方法流程图。本申请提出一种声波测距方法，适用于手机100与无线耳机200。首先，在步骤301中，预先进行校准程序，估计出手机100和无线耳机200的内部信号处理时延，作为时延修正参数TOFFSET。接着在步骤303中，由所述手机100对所述无线耳机200进行声波反应测试，以估计无线耳机200对手机100的反应时间。在步骤305中，当所述手机100获取所述反应时间的长度，根据时延修正参数和所述反应时间长度判断所述无线耳机200与所述手机100的距离。更具体地说，就是将声波反应时间减去所述内部信号处理时延，得到实际声波往返时间，进而推测出手机和耳机之间的实际距离。

以下搭配图2说明声波反应时间的算法。假设无线耳机200与手机100之间距离为TR，声波在空气中传输的时延为TTR。在手机100中，由于内部信号处理的过程可能包括多种步骤，例如数模转换，滤波，去杂讯，去回音，特征辨识等，因此会产生内部信号处理时延。举例来说，处理器110生成第一声波序列并通过扬声模块102发送的所需时延为TMT，而收音模块104从接收外界声音到微处理器110辨识出第二声波序列所需的时延为TMR。无线耳机200中，微处理器210生成第二声波序列并通过扬声模块202发送所需的时延为TET，而收音模块204从接收外界声音到微处理器210辨识出第一声波序列所需的时延为TER。

无线耳机200到手机100的内部信号处理时延TETMR＝TET TMR

手机100到无线耳机200的内部信号处理时延TMTER＝TMT TER

时延修正参数TOFFSET＝TMTER TETMR

两者之间内部处理时延差值为T△TR＝TMTER-TETMR

即TMTER＝T△TR TETMR

由此，无线耳机200到手机100的完整时延为tME，公式为

tME＝TTR TET TMR＝TTR TETMR

手机100到无线耳机200的完整时延为tEM，公式为

tEM＝TTR TMT TER＝TTR TMTER＝TTR T△TR TETMR

由此从手机100到无线耳机200的往返时间tMEM＝2*TTR T△TR 2*TETMR

当手机100启动声波反应测试时，记录当前时间戳T0，并生成第一声波序列，通过扬声模块102发送出去。所述第一声波序列可以特定频率发送，其中可通过编码而包含特定序列的脉冲信号。无线耳机200通过收音模块204收到声音后，由微处理器210解码辨识所述第一声波序列。当所述微处理器210确认收到所述第一声波序列后，生成第二声波序列，并通过扬声模块202发送。所述第二声波序列也可以通过特定频率发送，并包成特定序列的脉冲信号。手机100通过收音模块104收到的声音，由处理器110解码辨识。当处理器110确认收到第二声波序列后，记录当前时间戳T1。由此可得声音从手机100到无线耳机200往返时间TMEM＝T1–T0

换句话说，手机100从发送第一声波序列到确认第二声波序列的时间为

2*TTR1 T△TR 2*TETMR1＝TMEM

上述声波反应时间，扣掉手机100和无线耳机200的内部信号处理时间，就是手机100到无线耳机200之间的实际声音传递时间：

TA＝TTR1＝(TMEM1-(T△TR 2*TETMR1))/2

已知音速公式为：

v＝331 0.6T(T为摄氏温度)

根据音速公式得到音速C，乘上实际声音传递时间TA，就能估计所述手机100和无线耳机200之间的距离。

LA＝v*TA

根据这个公式可以获得无线耳机200对应手机100的距离LA。由于左右耳的无线耳机200是独立存在，因此上述测距方法可分别运行。另外，由于音速公式有考虑到当时的气温，因此本申请实施例的手机100也可以透过传感器或线上气象查询功能估计当时的温度，以提高距离测量的准确度。

图4是本申请实施例的校准程序流程图。在上述的无线测距方法中，由于无线耳机200到手机100的内部处理时延TETMR和手机100到无线耳机200的内部处理时延TMTER是固定值，因此可以经过事先的校准程序来获得，并储存在内存106中。具体步骤如下。

首先在步骤401中，进行校准程序。校准程序可以是在出厂时进行，也可以提供软体应用(APP)供使用者自行校准。在步骤403中，将所述无线耳机200与所述手机100配置为相隔第一距离。在步骤405中，由所述手机100对断无线耳机200进行声波反应测试，获得第一反应时间长度。

例如，将手机100和无线耳机200距离固定为L1，进行声波反应测试，获得第一反应时间长度T1

TMEML1＝2*TTRL1 T△TR 2*TETMR

接着在步骤407中，将所述无线耳机200与所述手机100配置为相隔第二距离。在步骤409中，由所述手机100对断无线耳机200进行所述声波反应测试，获得第二反应时间长度。

例如，将手机100和无线耳机200距离固定为L2，进行声波反应测试，获得第一反应时间长度T2

TMEML2＝2*TTRL2 T△TR 2*TETMR

最后在步骤411中，根据所述第一距离和所述第二距离的差异，以及所述第一反应时间与所述第二反应时间的差异，推测出所述时延修正参数TOFFSET。

已知距离L2＝2*L1，可推知传递时间TTRL2＝2*TTRL1，因此可通过下式推算时延修正参数TOFFSET：

2*TTRL1＝TMEML2-TMEML1即

TTRL1＝(TMEML2-TMEML1)/2

TOFFSET＝T△TR 2*TETMR＝TMEML1-2*TTRL1

综上所述，时延修正参数TOFFSET就是所述手机100和所述无线耳机200处理所述第一声波序列和所述第二声波序列的总处理时间。

图5是本申请实施例的声波反应测试流程图。前述的声波反应测试，概略来说，就是由所述手机100于第一时间点生成第一声波序列并播放，所述无线耳机200辨识出所述第一声波序列后，生成第二声波序列并播放。当所述手机100辨识出所述第二声波序列时，所述手机100根据当下时间和所述第一时间点的时间差估计反应时间长度。流程详细介绍如下：

在步骤501中，手机100开始对无线耳机200进行声波反应测试。在步骤503中，手机100记录当下时间为第一时间戳，同时生成第一声波信号，通过手机的扬声模块102发送出去。在步骤505中，无线耳机200中的微处理器210解码接收到的声音。在步骤507中，如果无线耳机200的微处理器210辩识出第一声波信号，则进行步骤509，由生成第二声波信号，并通过扬声模块202播放。如果步骤507没有辩识到第一声波信号，则持续步骤505。在步骤511中，手机100在发出第一声波信号后，收音模块104也持续接收回应。处理器110解码接收到的声音。在步骤513中，如果手机100辩识出无线耳机200回传的第二声波信号，则进行步骤515，将当下时间记录为第二时间戳。所述第二时间戳与所述第一时间戳相减，就得到声波反应时间，完成声波反应测试。

通常无线耳机200和手机100是以蓝牙连线，有效距离不超过100公尺。因此声音传递的时间不会超过半秒钟。本实施例的声波反应测试可以设定一个时限，超过时限没有收到回应，就判断测试失败。举例来说，如果步骤513没有辨识到回应的第二声波序列，则在步骤517中，判断接收时间是否超过一个时限。如果还没超过时限，则重复步骤511。如果超过时间，则在步骤519中，判断声波反应测试失败。由于本申请是以声波传递为主要的测试方式，考虑到声音衰减的问题，通常低频声音的有效距离比较远，适合用来测试。

图6是本申请实施例的持续测距流程图。在更进一步的实施例中，所述手机100可定期对所述无线耳机200进行所述声波反应测试以追踪所述距离的变化，并根据所述距离变化的特征运行对应的功能。

在步骤601中，手机100可定期持续对无线耳机200进行如图3所示的声波测距程序。在步骤603中，记录无线耳机200对手机100的距离变化历程。在步骤605中，根据无线耳机200的对手机100的距离变化历程，运行对应的功能。举例来说，手机100可控制无线耳机200进行音场效果控制，音量控制，向前跳转，向后跳转，开始播放，或停止播放。本申请的实施例也可以用来寻找丢失的无线耳机200。举例来说，在持续追踪距离的过程中，适当移动手机100，获得手机100与耳机距离变化信息，由此可以判装无线耳机200之间相对位置。

图7是本申请实施例的无线耳机200自我测试流程图。由于无线耳机200通常是两两成对，因此彼此的距离也可以用来判断配戴情形或丢失情形。在进一步的实施例中，两个无线耳机200之间也可以执行如图3的测距方法，图4的校准程序，以及图5的声波反应测试。

在步骤701中，左耳机和右耳机定期对彼此进行如图3所示的声波测距程序。在步骤703中，左耳机与右耳机的距离变化历程，分别记录在左耳机和右耳机中，或是由手机100主控记录。在步骤705中，手机可根据左耳机与右耳机的距离变化历程，判断使用者的配戴情形。举例来说，在配载状况下，左耳机与右耳机的距离DI是保持在一个固定范围不变的。两个无线耳机200与手机100形成三角形。透过交互测距，可以实时估算出人耳相对于手机100的距离变化，并由此感知到头部姿态。

在进一步的实施例中，本方法可以在无线耳机200中搭配三轴陀螺仪，使头部姿态检测精度更高。

在进一步的实施例中，在校准程序中测得的时间长度与距离的对应关系，可以储存在表中。借此，后续测距程序估计出声波传递时间后，可以直接通过查表而估计出距离，而不用再通过音速公式计算。此外，校准时，为减少手机100姿态对于距离检测的影响，可以采用手机100多种姿态进行测量，并对测量结果进行滤波，以减少测量误差。

在进一步的实施例中，测距步骤可连续进行多次，并经过滤波后才确定距离，以减少测量误差和抖动。

综上所述，本申请所提供的声波测距方法，可在不增加新硬体的情况下，使手机100确认无线耳机200的距离或姿态，并据以运行多种应用。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。