本发明提出了一种智能控制的音频芯片及无线降噪耳机；通过对用户周围环境中的声音和用户耳道中的声音计算得到的功率信息的比较，切换音频输出设备的工作模式为沉浸模式或交流模式，减少环境噪音的误导；在沉浸模式下，进行主动降噪处理，保证音频信号高输出质量；在交流模式下，强化用户周围环境中的声音信号输出，弱化音频信号输出，停止主动降噪处理，用户能够听清周围的声音，消除交流障碍，而且不会带来多余的计算负担和能耗；此外，在交流模式下，基于云计算训练的用户声音特征信息使用户语音识别、提取更容易、准确。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113099338 A (43)申请公布日 2021.07.09 (21)申请号 5.X G10L 17/02 (2013.01) G10L 19/26 (2013.01) (22)申请日 2021.03.08 G10K 11/178 (2006.01) (71)申请人 头领科技（昆山）有限公司 地址 215316 江苏省苏州市昆山市玉山镇 水秀路1339号北幢2楼 (72)发明人 边仿 (74)专利代理机构 北京卓岚智财知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11624 代理人 田野 (51)Int.Cl. H04R 1/10 (2006.01) H04R 3/12 (2006.01) G10L 15/22 (2006.01) G10L 17/00 (2013.01) 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (54)发明名称 一种智能控制的音频芯片及无线)摘要 本发明提出了一种智能控制的音频芯片及 无线降噪耳机；通过对用户周围环境中的声音和 用户耳道中的声音计算得到的功率信息的比较， 切换音频输出设备的工作模式为沉浸模式或交 流模式，减少环境噪音的误导；在沉浸模式下，进 行主动降噪处理，保证音频信号高输出质量；在 交流模式下，强化用户周围环境中的声音信号输 出，弱化音频信号输出，停止主动降噪处理，用户 能够听清周围的声音，消除交流障碍，而且不会 带来多余的计算负担和能耗；此外，在交流模式 下，基于云计算训练的用户声音特征信息使用户 语音识别、提取更容易、准确。 A 8 3 3 9 9 0 3 1 1 N C CN 113099338 A 权利要求书 1/2页 1.一种智能控制的音频芯片，其特征在于，包括： 音频信号采集模块，用于接收第一麦克风采集到表征用户的周围环境中的声音的第一 麦克风输入信号，以及第二麦克风采集到表征用户的耳道中的声音的第二麦克风输入信 号； 语音检测模块，用于接收第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号，并根据所述第 一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号计算得到的功率信息切换音频输出设备的工作 模式，所述工作模式包括沉浸模式和交流模式； 增益更新模块，用于在交流模式下，并根据所述功率信息产生语音增益幅值； 音频处理模块，用于在交流模式下，接收所述语音增益幅值、第一麦克风输入信号，处 理后输出至扬声器； 语音识别模块，用于在交流模式下，接收所述第一麦克风信号，并识别、提取出用户声 音信号； 智能控制模块，用于接收所述用户声音信号，并根据所述用户声音信号产生智能控制 指令； 无线通讯模块，用于接收所述智能控制指令，并将其发送至自身硬件设备或外部智能 硬件设备； 主动降噪模块，用于在沉浸模式下，基于所述第一麦克风输入信号产生反相声波，输出 至音频处理模块。 2.根据权利要求1所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述语音识别模块还用于 通过第一麦克风采集用户的初始声音信号，所述初始声音信号上传至云服务器并将云服务 器训练得到的用户声音特征信息下载并存储。 3.根据权利要求1或2所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述语音识别模块还 用于通过第一麦克风采集用户的录音声音信号，通过智能控制模块、无线通讯模块、音频终 端将所述录音声音信号上传至云服务器并将云服务器更新得到的用户声音特征信息下载 并存储。 4.根据权利要求1所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述语音识别模块还用于 通过将所述第一麦克风更新信号与所述用户声音特征信息比较，识别用户声音信号。 5.根据权利要求1所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述语音检测模块在接收 第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号后，对其分别进行频带限制滤波，并分别计算 所述频带限制滤波后的第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计，基于所述第 一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计切换音频输出设备的工作模式。 6.根据权利要求5所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述频带限制滤波采用加 权快速傅立叶变换方法。 7.根据权利要求6所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，时间t处麦克风信号功率 估计P(t)为时间t处的麦克风输入信号的快速傅立叶变换结果与频率加权向量之积。 8.根据权利要求7所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述语音检测模块分别计 算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计的第一加权平均值为：F(t)＝a ·F (t‑1)+(a‑1)·P(t)，其中，a是第一时间加权系数； 分别计算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计的第二加权平均值为： 2 2 CN 113099338 A 权利要求书 2/2页 S(t)＝b·S(t‑1)+(b‑1)·P(t)，其中，b是第二时间加权系数，其中ab，a比b基于更短时间 区间内的时间加权系数； 计算比较系数为：D(t)＝abs(F2(t)/F1(t)‑S2(t)/S1(t))，其中，F1(t)是第一麦克风 信号功率估计的第一加权平均值，F2(t)是第二麦克风信号功率估计的第一加权平均值，S1 (t)是第一麦克风信号功率估计的第二加权平均值，S2(t)是第二麦克风信号功率估计的第 二加权平均值； 将D(t)与阈值进行比较，若D(t)值大于等于阈值，则切换工作模式为交流模式，若D(t) 值小于阈值，则切换工作模式为沉浸模式。 9.根据权利要求5所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述频带限制滤波在大约 200Hz和2.5kHz之间。 10.根据权利要求8所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述阈值是预设固定值。 11.根据权利要求8所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述阈值被设置为等于D (t)的时间平均值，与所述第二加权平均值基于相同或更长的时间区间。 12.根据权利要求1所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述无线通讯模块，还用 于接收音频终端输入的音频信号，并发送至音频处理模块，所述音频处理模块在沉浸模式 下，接收所述反相声波、第一麦克风输入信号和所述音频信号，合成处理后输出至扬声器。 13.根据权利要求1所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述音频处理模块，还用 于在交流模式下，适当减小所述音频信号的输出音量。 14.根据权利要求1或13所述的智能控制的音频芯片，其特征在于，所述音频处理模块， 还用于在交流模式下，适当减少所述音频信号的输出通道数量。 15.一种无线降噪耳机，其特征在于，其具有权利要求1‑14任一项所述的智能控制的音 频芯片。 3 3 CN 113099338 A 说明书 1/5页 一种智能控制的音频芯片及无线降噪耳机 技术领域 [0001] 本发明涉及音频输出设备领域，尤其涉及一种智能控制的音频芯片及无线降噪耳 机。 背景技术 [0002] 人们利用耳机可以很方便地打电话、听歌或追剧，佩戴耳机既可以保护自己的隐 私，也不会影响他人。越来越多人有长时间佩戴耳机的习惯，很多人因不想听到环境噪音而 选择使用降噪效果较好的耳机，例如主动降噪耳机。但现有的主动降噪耳机在降噪时没有 选择性和针对性，包括人说话的声音在内的所有环境声音都被耳机隔离，佩戴耳机的用户 听不清甚至完全听不到旁边的人和自己说话，导致交流障碍；而且过度的主动降噪控制会 带来不必要的计算负担和能耗。 [0003] 此外，随着科技的不断发展，能够搭载更多功能的智能无线耳机已经出现。通过对 用户命令的提取、分析，智能无线耳机能够与用户进行信息交互，进而实现对自身硬件设备 的控制，以及对外部智能硬件设备 (例如手机、汽车、智能家电等)的控制。但是，在嘈杂的 声音环境中进行稳健的用户语音检测是一个非常困难的问题，仅依靠使用固定阈值的智能 无线耳机经常遭受环境噪音的误导。 发明内容 [0004] 针对现有技术中的上述缺点，本发明提供一种智能控制的音频芯片，包括：音频信 号采集模块，用于接收第一麦克风采集到表征用户的周围环境中的声音的第一麦克风输入 信号，以及第二麦克风采集到表征用户的耳道中的声音的第二麦克风输入信号；语音检测 模块，用于接收第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号，并根据所述第一麦克风输入 信号和第二麦克风输入信号计算得到的功率信息切换音频输出设备的工作模式，所述工作 模式包括沉浸模式和交流模式；增益更新模块，用于在交流模pg电子控股有限公司式下，并根据所述功率信息产 生语音增益幅值；音频处理模块，用于在交流模式下，接收所述语音增益幅值、第一麦克风 输入信号，处理后输出至扬声器；语音识别模块，用于在交流模式下，接收所述第一麦克风 信号，并识别、提取出用户声音信号；智能控制模块，用于接收所述用户声音信号，并根据所 述用户声音信号产生智能控制指令；无线通讯模块，用于接收所述智能控制指令，并将其发 送至自身硬件设备或外部智能硬件设备；主动降噪模块，用于在沉浸模式下，基于所述第一 麦克风输入信号产生反相声波，输出至音频处理模块。 [0005] 优选地，所述语音识别模块还用于通过第一麦克风采集用户的初始声音信号，通 过智能控制模块、无线通讯模块、音频终端将所述初始声音信号上传至云服务器并将云服 务器训练得到的用户声音特征信息下载并存储。 [0006] 优选地，所述语音识别模块还用于通过第一麦克风采集用户的录音声音信号，通 过智能控制模块、无线通讯模块、音频终端将所述录音声音信号上传至云服务器并将云服 务器更新得到的用户声音特征信息下载并存储。 4 4 CN 113099338 A 说明书 2/5页 [0007] 优选地，所述语音识别模块还用于通过将所述第一麦克风更新信号与所述用户声 音特征信息比较，识别用户声音信号。 [0008] 优选地，所述语音检测模块在接收第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号 后，对其分别进行频带限制滤波，并分别计算所述频带限制滤波后的第一麦克风信号功率 估计和第二麦克风信号功率估计，基于所述第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功 率估计切换音频输出设备的工作模式。 [0009] 优选地，所述频带限制滤波采用加权快速傅立叶变换方法。 [0010] 优选地，时间t处麦克风信号功率估计P(t)为时间t处的麦克风输入信号的快速傅 立叶变换结果与频率加权向量之积。 [0011] 优选地，所述语音检测模块分别计算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号 功率估计的第一加权平均值为：F(t)＝a ·F(t‑1)+(a‑ 1)·P(t)，其中，a是第一时间加权 系数；分别计算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计的第二加权平均值 为：S(t)＝b·S(t‑ 1)+(b‑1)·P(t)，其中，b是第二时间加权系数，其中ab，a比b基于更短 时间区间内的时间加权系数；计算比较系数为： [0012] D(t)＝abs(F2(t)/F1(t)‑S2(t)/S1(t))，其中，F1(t)是第一麦克风信号功率估计 的第一加权平均值，F2(t)是第二麦克风信号功率估计的第一加权平均值，S1(t)是第一麦 克风信号功率估计的第二加权平均值，S2(t) 是第二麦克风信号功率估计的第二加权平均 值；将D(t)与阈值进行比较，若D(t)值大于等于阈值，则切换工作模式为交流模式，若D(t) 值小于阈值，则切换工作模式为沉浸模式。 [0013] 优选地，所述频带限制滤波在大约200Hz和2.5kHz之间。 [0014] 优选地，所述阈值是预设固定值。 [0015] 优选地，所述阈值被设置为等于D(t)的时间平均值，与所述第二加权平均值基于 相同或更长的时间区间。 [0016] 优选地，所述无线通讯模块，还用于接收音频终端输入的音频信号，并发送至音频 处理模块，所述音频处理模块在沉浸模式下，接收所述反相声波、第一麦克风输入信号和所 述音频信号，合成处理后输出至扬声器。 [0017] 优选地，所述音频处理模块，还用于在交流模式下，适当减小所述音频信号的输出 音量。 [0018] 优选地，所述音频处理模块，还用于在交流模式下，适当减少所述音频信号的输出 通道数量。 [0019] 本发明还提供一种无线降噪耳机，其具有上述任一种的智能控制的音频芯片。 [0020] 本发明提出了一种智能控制的音频芯片及无线降噪耳机；通过对用户周围环境中 的声音和用户耳道中的声音计算得到的功率信息的比较，切换音频输出设备的工作模式为 沉浸模式或交流模式，减少环境噪音的误导；在沉浸模式下，进行主动降噪处理，保证音频 信号高输出质量；在交流模式下，强化用户周围环境中的声音信号输出，弱化音频信号输 出，停止主动降噪处理，用户能够听清周围的声音，消除交流障碍，而且不会带来多余的计 算负担和能耗；此外，在交流模式下，基于云计算训练的用户声音特征信息使用户语音识 别、提取更容易、准确。 5 5 CN 113099338 A 说明书 3/5页 附图说明 [0021] 图1为本发明实施例一种智能控制的音频芯片的模块方框图。 [0022] 图2为本发明实施例一种无线降噪耳机的模块方框图。 [0023] 其中，智能控制的音频芯片‑100、无线、音频处理模块‑4、语音识别模块‑5、智能控制模块‑6、无线L、右第一麦克风‑9R、第二麦克 风‑10、左第二麦克风‑10L、右第二麦克风‑10R、云服务器‑11、自身硬件设备或外部智能硬 件设备‑12、扬声器‑13、左扬声器‑13L、右扬声器‑13R、音频终端‑14。 具体实施方式 [0024] 为了应对现有的耳机系统的音频芯片降噪无针对性且缺少稳健的用户语音检测 的问题，本发明所提供的智能控制的音频芯片及无线降噪耳机是通过以下技术方案实现 的： [0025] 实施例1： [0026] 本实施例提供一种智能控制的音频芯片100，请参阅图1，包括： [0027] 音频信号采集模块1，用于接收第一麦克风9采集到表征用户的周围环境中的声音 的第一麦克风输入信号，以及第二麦克风10采集到表征用户的耳道中的声音的第二麦克风 输入信号； [0028] 语音检测模块2，用于接收第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号，并根据所 述第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号计算得到的功率信息切换音频输出设备的 工作模式，所述工作模式包括沉浸模式和交流模式； [0029] 增益更新模块3，用于在交流模式下，并根据所述功率信息产生语音增益幅值； [0030] 音频处理模块4，用于在交流模式下，接收所述语音增益幅值、第一麦克风输入信 号，处理后输出至扬声器13； [0031] 语音识别模块5，用于在交流模式下，接收所述第一麦克风信号，并识别、提取出用 户声音信号； [0032] 智能控制模块6，用于接收所述用户声音信号，并根据所述用户声音信号产生智能 控制指令； [0033] 无线，用于接收所述智能控制指令，并将其发送至自身硬件设备或外部 智能硬件设备12； [0034] 主动降噪模块8，用于在沉浸模式下，基于所述第一麦克风输入信号产生反相声 波，输出至音频处理模块4。 [0035] 具体地，所述语音识别模块5还用于通过第一麦克风9采集用户的初始声音信号， 通过智能控制模块6、无线将所述初始声音信号上传至云服务器11 并将云服务器11训练得到的用户声音特征信息下载并存储。 [0036] 具体地，所述语音识别模块5还用于通过第一麦克风采集用户的录音声音信号，通 过智能控制模块6、无线将所述录音声音信号上传至云服务器11并 将云服务器11更新得到的用户声音特征信息下载并存储。 [0037] 具体地，所述语音识别模块5还用于通过将所述第一麦克风更新信号与所述用户 6 6 CN 113099338 A 说明书 4/5页 声音特征信息比较，识别用户声音信号。 [0038] 具体地，所述语音检测模块5在接收第一麦克风输入信号和第二麦克风输入信号 后，对其分别进行频带限制滤波，并分别计算所述频带限制滤波后的第一麦克风信号功率 估计和第二麦克风信号功率估计，基于所述第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功 率估计切换音频输出设备的工作模式。 [0039] 具体地，所述频带限制滤波采用加权快速傅立叶变换方法。 [0040] 具体地，时间t处麦克风信号功率估计P(t)为时间t处的麦克风输入信号的快速傅 立叶变换结果与频率加权向量之积。 [0041] 具体地，所述语音检测模块分别计算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号 功率估计的第一加权平均值为：F(t)＝a ·F(t‑1)+(a‑ 1)·P(t)，其中，a是第一时间加权 系数； [0042] 分别计算第一麦克风信号功率估计和第二麦克风信号功率估计的第二加权平均 值为：S(t)＝b·S(t‑1)+(b‑1)·P(t)，其中，b是第二时间加权系数，其中ab，a比b基于更 短时间区间内的时间加权系数； [0043] 计算比较系数为：D(t)＝abs(F2(t)/F1(t)‑S2(t)/S1(t))，其中，F1(t) 是第一麦 克风信号功率估计的第一加权平均值，F2(t)是第二麦克风信号功率估计的第一加权平均 值，S1(t)是第一麦克风信号功率估计的第二加权平均值，S2(t)是第二麦克风信号功率估 计的第二加权平均值； [0044] 将D(t)与阈值进行比较，若D(t)值大于等于阈值，则切换工作模式为交流模式，若 D(t)值小于阈值，则切换工作模式为沉浸模式。 [0045] 具体地，所述频带限制滤波在大约200Hz和2.5kHz之间。 [0046] 具体地，所述阈值是预设固定值。 [0047] 具体地，所述阈值被设置为等于D(t)的时间平均值，与所述第二加权平均值基于 相同或更长的时间区间。 [0048] 具体地，所述无线输入的音频信号，并发送至 音频处理模块4，所述音频处理模块4在沉浸模式下，接收所述反相声波、第一麦克风输入信 号和所述音频信号，合成处理后输出至扬声器13。 [0049] 具体地，所述音频处理模块4，还用于在交流模式下，适当减小所述音频信号的输 出音量。 [0050] 具体地，所述音频处理模块4，还用于在交流模式下，适当减少所述音频信号的输 出通道数量。 [0051] 通过对用户周围环境中的声音和用户耳道中的声音计算得到的功率信息的比较， 切换音频输出设备的工作模式为沉浸模式或交流模式，减少环境噪音的误导；在沉浸模式 下，进行主动降噪处理，保证音频信号高输出质量；在交流模式下，强化用户周围环境中的 声音信号输出，弱化音频信号输出，停止主动降噪处理，用户能够听清周围的声音，消除交 流障碍，而且不会带来多余的计算负担和能耗；此外，在交流模式下，基于云计算训练的用 户声音特征信息使用户语音识别、提取更容易、准确。 [0052] 实施例2： [0053] 本实施例提供本发明还提供一种无线 A 说明书 5/5页 种的智能控制的音频芯片100，以及左第一麦克风9L、右第一麦克风9R、左第二麦克风10L、 右第二麦克风10R、左扬声器13L、右扬声器13R等硬件机构，具备相同的性能，不再赘述。 [0054] 需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可 以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范 围内。 8 8 CN 113099338 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 9 9
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