骨传导耳机及其音频处理方法与流程

1.本发明涉及一种骨传导耳机及其音频处理方法，尤其涉及一种应用于高噪环境中的骨传导耳机及其音频处理方法。


背景技术：

2.随着穿戴设备应用越来越广泛，对耳机的要求越来越高，传统的气传导耳机有其本身的缺陷，周围的噪音环境对其影响比较大，为了使得音频信号在噪音环境中能够正常播放，当前广泛使用带骨传导扬声器的耳机(即骨传导耳机)，以减少噪音对音频播放的干扰。在高噪环境中，比如，战场、火警、采矿等环境中，佩戴者在兼顾周围环境声音的同时，需要接听指挥中心下发的指令，甚至还需要与指挥中心进行通话。传统的骨传导耳机在佩戴者给指挥中心发送音频信号，采取的方式是堵住耳朵大声呼喊，“放大”佩戴者的声音，同时减少周围环境声音的干扰，以达到与指挥中心有效通话的目的。这样可能会给佩戴者带来一定的安全隐患，也使得骨传导耳机使用存在一定的局限性。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种骨传导耳机及其音频处理方法，其使佩戴者既能在接听输入声音的同时感知环境声音，又能在传输佩戴者音频信号的同时感知环境声音。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种骨传导耳机，其包括第一麦克风模块，第二麦克风模块，音频接口，ptt按键模块，骨传导扬声器，以及信号处理模块，其中，该第一麦克风模块、该第二麦克风模块、该音频接口、该ptt按键模块、该骨传导扬声器分别与该信号处理模块电连接，该第一麦克风模块采用骨传导麦克风，用于采集佩戴者的声音，该第二麦克风模块采用气导麦克风，用于采集周围的环境声音，该音频接口用于输入或输出音频信号，该ptt按键模块用于控制音频链路的选择，该骨传导扬声器用于输出音频信号，该信号处理模块用于处理音频信号。
5.该第一麦克风采用喉结麦克风或颅骨麦克风。
6.该第二麦克风采用模拟麦克风或数字麦克风。
7.本发明还提供了一种骨传导耳机的音频处理方法，其包括如下：
8.步骤s100、通过ptt按键模块选择链路，如果选择接听音频链路，则进入步骤s200，如果选择输出音频链路，则进入步骤s300；
9.步骤s200包括：步骤s210、处理环境声音，得到最终数字环境音频信号；步骤s220、对该最终数字环境音频信号与通过音频接口输入的外部音频信号进行混合，形成接收音频信号；步骤s230、通过骨传导扬声器将该接收音频信号传给佩戴者；
10.步骤s300包括：步骤s310、处理佩戴者声音，得到最终佩戴者音频信号；步骤s320、通过该音频接口传输该最终佩戴者音频信号；步骤s330同步骤s210；步骤s340、通过该骨传导扬声器将该最终数字环境音频信号传给佩戴者，其中，步骤s310、步骤s320与步骤s330、
步骤s340同时进行。
11.步骤s210包括：步骤s211、通过第二麦克风模块采集环境音频信号；步骤s212、信号处理模块将该环境音频信号转换为初始数字环境音频信号；步骤s213、对该初始数字环境音频信号进行加权叠加滤波器组，由时域转换为频域，根据处理器硬件滤波器组数量对该频域进行划分频带，分别计算该频带内的能量值；步骤s214、根据该频带内的能量值，对比舒适值，施加声音增益，使得音频能量达到指定舒适阈值范围内，得到该最终数字环境音频信号。
12.步骤s310包括：步骤s311、通过第一麦克风模块采集初始佩戴者音频信号；步骤s312、信号处理模块对该初始佩戴者音频信号进行加权叠加滤波器组，由时域转换为频域，根据处理器硬件滤波器组数量对该频域进行划分频带，分解为不同频段的窄带信号；步骤s313、根据窄带内的能量值，获取音频能量谱，提取音频能量特征值；步骤s314、根据该音频能量特征值，去除能量谱中噪声谱，获得纯净能量谱，获取新的音频能量谱；步骤s315、还原该初始佩戴者音频信号，得到该最终佩戴者音频信号。
13.在步骤s220中，该数字环境音频信号与该外部音频信号的混合比为2:8。
14.在步骤s212中，该数字环境音频信号为48khz的采样频率、24位的采样位数、左右声道。
15.在步骤s214中，该舒适值为50-65db，该频带内的能量值大于该舒适值为负增益，小于为正增益。
16.本发明骨传导耳机及其音频处理方法处于接收音频链路时，对环境声音先处理、再混合的方式让佩戴者既能接听输入声音，又能感知环境声音，处于输出音频链路时，也对环境声音进行处理，使得在传输佩戴者声音的同时佩戴者也能感知环境声音，特别适用于高噪环境中，同时也解决了输出音频中存在高噪音的问题。
17.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
18.图1是骨传导耳机的模块示意图。
19.图2是音频处理方法的流程示意图。
20.图3是步骤s210处理环境声音的流程示意图。
21.图4是步骤s310处理佩戴者声音的流程示意图。
具体实施方式
22.如图1所示，本发明提供了一种骨传导耳机，包括第一麦克风模块1，第二麦克风模块2，音频接口3，ptt按键模块4，骨传导扬声器5，以及信号处理模块6，其中，该第一麦克风模块1、该第二麦克风模块2、该音频接口3、该ptt按键模块4、该骨传导扬声器5分别与该信号处理模块6电连接，该第一麦克风模块1用于采集佩戴者的声音，其采用骨传导麦克风，安置于佩戴者头部，可采用喉结麦克风、颅骨麦克风或头顶麦克风，该第二麦克风模块2用于采集周围的环境声音，采用气传导方式的模拟麦克风(如cmc-4015-25t，cmm-3729ab-38308-tr，mm034202-10)或数字麦克风(如cmm-4030dt-26165-tr、mm032602-1)，安置于佩
戴者耳朵两侧，该音频接口3用于输入或输出音频信号，该ptt按键模块4用于控制音频链路的选择，该骨传导扬声器5用于输出音频信号，该信号处理模块6用于处理音频信号。
23.该ptt按键模块4有两种音频链路可供选择：一、接听音频链路：该信号处理模块6将通过该音频接口3输入的外部音频信号与通过该第二麦克风模块2采集的环境声音进行处理混合后，经该骨传导扬声器5传给佩戴者，二、输出音频链路：该信号处理模块6将该第一麦克风模块1采集的佩戴者声音处理后，经该音频接口3传输至指挥中心等外部，同时，通过该第二麦克风模块2采集的环境声音进行处理后，经该骨传导扬声器5传给佩戴者。即，不管选择哪条音频链路，环境声音一直被采集并处理，使得佩戴者能时刻感知环境声音，
24.如图2所示，该骨传导耳机的音频处理方法包括步骤s100链路选择，步骤s200接收音频，步骤s300输出音频。
25.在步骤s100中，佩戴者通过该ptt按键模块4选择链路，如果选择接听音频链路，则进入步骤s200，如果选择输出音频链路，则进入步骤s300。
26.步骤s200包括步骤s210处理环境声音，步骤s220混合音频信号，步骤s230输送音频信号。
27.如图3所示，步骤s210包括步骤s211采集环境声音，步骤s212模数转换，步骤s213计算频带能量，步骤s214施加增益.
28.在步骤s211中，该第二麦克风模块2采集周围的环境声音，形成环境音频信号。
29.在步骤s212中，该信号处理模块6将该环境音频信号转换为初始数字环境音频信号，其中，该初始数字环境音频信号的采样频率可以为16khz、32khz、44khz、48khz、96khz、192khz等，采样位数可以为8位、16位、32位等，声道可以为单声道(如左声道或右声道)、双声道(如左右声道)等，优选地，该数字环境音频信号采用48khz的采样频率、24位的采样位数、左右声道。
30.在步骤s213中，对该初始数字环境音频信号进行加权叠加滤波器组，实现对该初始数字环境音频信号进行快速处理，由时域转换为频域，根据处理器硬件滤波器组数量对该频域进行划分频带，分别计算该频带内的能量值。
31.在步骤s214中，根据该频带内的能量值，对比舒适值，施加声音增益，使得音频能量达到指定舒适阈值范围内，得到最终数字环境音频信号，其中，该舒适值为50-65db，该频带内的能量值大于该舒适值为负增益，小于为正增益。
32.在步骤s220中，对该最终数字环境音频信号与通过该音频接口3输入的外部音频信号进行混合，形成接收音频信号，其中，该最终数字环境音频信号与该外部音频信号的混合比可以为任意比，比如2:8、4:6、5:5等。
33.在步骤s230中，通过该骨传导扬声器5，将该接收音频信号传给佩戴者，这样，佩戴者在接听外部声音的同时还能感知周围的环境声音。
34.步骤s300包括步骤s310处理佩戴者声音，步骤s320传输佩戴者声音，步骤s330处理环境声音，步骤s340输送环境声音，其中，步骤s330同步骤s210，步骤s310、步骤s320与步骤s330、步骤s340同时进行。
35.如图4所示，步骤s310包括步骤s311采集佩戴者声音，步骤s312分解为窄带信号，步骤s313提取音频能量特征值，步骤s314获得纯净能量谱，步骤s315还原音频信号。
36.在步骤s311中，该第一麦克风模块1采集佩戴者的声音，形成初始佩戴者音频信
号，其中，该第一麦克风模块1通过骨传导方式在喉结、颅骨、头顶等处采集佩戴者的声音。
37.在步骤s312中，该信号处理模块6对该初始佩戴者音频信号进行加权叠加滤波器组，实现对音频数据进行快速处理，由时域转换为频域，根据处理器硬件滤波器组数量对该频域划分为一定数量的频带范围，分解为不同频段的窄带信号。
38.不同频段根据硬件平台处理器的滤波器组数量有关，比如8个、10个、12个、14等，优选地，该信号处理模块6的滤波器组数量有10个，根据人耳接收声音频率范围为20hz-20khz，每个频段可以简略按2khz依次划分。
39.在步骤s313中，根据窄带内的能量值，获取音频能量谱，提取音频能量特征值。
40.在步骤s314中，根据该音频能量特征值，去除能量谱中噪声谱，获得纯净能量谱，获取新的音频能量谱。
41.在步骤s315中，利用加权叠加滤波器组的反向操作，还原该初始佩戴者音频信号，得到最终佩戴者音频信号。
42.在步骤s320中，将该最终佩戴者音频信号通过该音频接口3传输至指挥中心等外部。
43.在步骤s340中，通过该骨传导扬声器5，将该最终数字环境音频信号传给佩戴者，这样，佩戴者在输出自己声音的同时还能感知周围的环境声音，即，佩戴者能时刻感知到经过处理的环境声音，降低了高噪环境对佩戴者的影响。
44.在本公开所提供的实施例中，应该理解到，以上所描述的接口在实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的音频接听链路、输出链路的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
45.另外，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
46.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
47.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。此外，术语“第一”、“第二”等
仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.以上所述仅为本公开的可选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。