一种集成远场拾音及充电的装置的制作方法

本发明涉及音频处理装置技术领域，尤其涉及一种集成远场拾音及充电的装置。

背景技术：

远场语音是一种人与机器间的交互方式，相对与近场语音来说，区别是它的作用距离通常会在1米到10米之间，主要的技术难点在于对于多径反射、混响效应及背景噪音干扰的处理。

车载环境，双手在方向盘上，眼睛在路上，语音操作无疑是一种比较安全的操作方式。辅助语音外设配合手机软件语音助手就是一种语音操作解决方案，它主要利用远场拾音技术，通过前端语音处理模块拾取语音信息，对声音信号进行回声消除、降噪、去混响、语音增强等处理后传输给外接设备，外接设备对语音信息进行识别响应。

技术实现要素：

针对车载环境及远场拾音技术难点，本申请实施例提供了一种集成远场拾音及充电的装置，所述装置包括：语音输入模块、微处理器、主机接口、通信模块以及电源模块；

所述主机接口与所述电源模块连接，以及，与所述微处理器连接；

所述电源模块与所述微处理器连接，以及，与所述语音输入模块连接；

所述微处理器与所述语音输入模块连接；

所述语音输入模块，用于获取远距离的声音信号；

所述通信模块与所述所述微处理器连接；

所述微处理器，用于对所述语音输入模块获取的声音信号进行处理；

所述主机接口，用于将所述微处理器处理后的声音信号传输至与所述装置连接的外部设备；

所述电源模块，用于为所述装置供电，以及，通过所述主机接口为与所述装置连接的外部设备供电。

可选地，所述装置还包括如下的一种或多种：输出模块，输入模块；

所述输出模块与所述微处理器连接；

所述输入模块与所述微处理器连接。

可选地，

所述通信模块包括如下的一种或多种：蓝牙模块，fm模块；

所述蓝牙模块与所述所述微处理器连接；

所述fm模块与所述所述微处理器连接；

所述蓝牙模块，用于将所述微处理器得到的数据输至与所述蓝牙模块连接的外部蓝牙设备；

所述fm模块，用于接收调频广播；

所述蓝牙模块，用于将所述微处理器得到的数据输至与所述蓝牙模块连接的外部蓝牙设备；

所述fm模块，用于接收调频广播；

所述外部蓝牙设备为车载多媒体终端上的蓝牙车载音箱；

所述微处理器，用于通过所述主机接口获取所述外部设备的音频数据，和/或，通过所述fm模块获取调频广播的音频数据；

所述微处理器，用于对所述音频数据进行回声消除处理，提取参考信号，将处理后的音频数据通过所述蓝牙模块发送给车载音箱播放；

所述语音输入模块，用于拾取用户的声音信号，并将所述声音信号传输至所述微处理器；

所述微处理器，用于根据所述参考信号对所述声音信号进行回声消除处理，得到降噪的声音信号，对降噪的声音信号进行识别，确认是否跟预存唤醒词匹配，当匹配到预存唤醒词时，通过所述主机接口向所述外部设备发送唤醒指令，以调起外部设备的语音助手，并通过所述主机接口向所述外部设备发送降噪的声音信号，实现与所述外部设备进行语音交互；当未匹配到预存唤醒词时，不通过所述主机接口向所述外部设备发送数据，以确保用户隐私，降低所述外部设备的处理开销，降低功耗

可选地，所述输出模块为喇叭，所述喇叭与所述所述微处理器连接；所述喇叭用于播放所述微处理器处理后的声音信号；

或者，

所述输出模块为音频功放和喇叭，所述音频功放与所述所述微处理器连接，所述喇叭与所述音频功放连接；所述音频功放用于对所述微处理器处理后的声音信号进行功率放大，所述喇叭用于播放所述音频功放进行功率放大后的声音信号。

可选地，所述输入模块为按键、触摸屏、红外感应器，其用于在无法进行本地关键词唤醒的情况下手动触发语音识别指令。

可选地，所述主机接口为以下的一种或多种：usb-type-c接口、micro-usb接口、applelightning接口。

可选地，所述语音输入模块包括至少1个麦克风。

可选地，所述对所述语音输入模块获取的声音信号进行处理，包括：

对所述语音输入模块获取的声音信号进行降噪、去混响、回声消除、语音增强、关键词识别处理。

可选地，所述电源模块包括电源管理芯片、工作指示灯。

可选地，所述微处理器集成audiocodecip核、电源管理模块，立体声音频编解码器ip。

在车载播放音乐环境下，本装置工作流程为：

1)智能主机（如手机）通过主机接口连接到集成远场拾音及充电的装置，音频信号输入到微处理器，微处理器提取回声消除所需参考信号，同时，将音频信号通过蓝牙模块发送给车载多媒体播放器进行播放。语音输入模块拾取用户的声音信号输入到微处理器；

2)微处理器利用参考信号对拾取的声音信号进行回声消除等技术处理，获得干净的语音信号。本地语音识别引擎对语音进行识别，确认是否跟预存指令匹配；

3)当识别到预置唤醒词时，发送唤醒指令到外部设备调起语音助手，并通过usb接口向智能主机发送降噪过的语音信号，实现与智能主机的语音交互；

4)没有识别到唤醒词时，语音信号不通过接口发送给主机，确保用户隐私，同时也降低智能主机的处理开销，间接降低功耗。

在车载收听广播环境下，本装置工作流程为：

1)智能主机通过主机接口连接到集成远场拾音及充电的装置，集成远场拾音及充电的装置通过fm模块接收音频信号并输入到微处理器，微处理器提取回声消除所需参考信号，同时，将音频信号通过蓝牙模块发送给车载多媒体播放器进行播放。语音输入模块拾取用户的声音信号输入到微处理器；

2)微处理器利用参考信号对拾取的声音信号进行回声消除等技术处理，获得干净的语音信号。本地语音识别引擎对语音进行识别，确认是否跟预存指令匹配；

3)当识别到预置唤醒词时，发送唤醒指令到外部设备调起语音助手，并通过usb接口向智能主机发送降噪过的语音信号，实现与智能主机的语音交互；

4)没有识别到唤醒词时，语音输入模块拾取的声音信号不通过接口发送给智能主机，确保用户隐私，同时也降低智能主机的处理开销，间接降低功耗。

有益效果如下：

本申请的装置包括：该装置包括：语音输入模块、微处理器、主机接口，蓝牙模块，fm模块以及电源模块；主机接口与电源模块连接，以及，与微处理器连接；电源模块与微处理器连接，以及，与语音输入模块连接；微处理器与语音输入模块连接；蓝牙模块与微处理器连接；fm模块与微处理器连接；蓝牙模块，用于将微处理器得到的数据输至与蓝牙模块连接的外部蓝牙设备；fm模块，用于接收调频广播；语音输入模块，用于获取远距离的声音信号；微处理器，用于对语音输入模块获取的声音信号进行处理；主机接口，用于将微处理器处理后的声音信号传输至与装置连接的外部设备；电源模块，用于为装置供电，以及，通过主机接口为与装置连接的外部设备供电。本装置结构轻巧，操作方便，远场拾音，抗干扰能力强，同时可用于充电，方便用户与外部设备进行语音交互。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：

图1示出了本申请一实施例提供的一种集成远场拾音及充电的装置的结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的另一种集成远场拾音及充电的装置的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种集成远场拾音及充电的装置与外部设备连接的结构示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的一种微处理器架构示意图；

图5示出了本申请一实施例提供的一种集成远场拾音及充电的装置的播放音乐远场拾音及充电工作流程图；

图6示出了本申请一实施例提供的一种集成远场拾音及充电的装置的接收fm广播远场拾音及充电工作流程图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

车载环境，双手在方向盘上，眼睛在路上，语音操作无疑是一种很安全的选择。车载语音助手就是一种语音操作车载语音助手主要利用远场拾音技术，通过前端语音处理模块拾取语音信息，对声音信号进行降噪、去混响、回声消除、语音增强等处理后传输给外部设备，外部设备对语音信息进行识别响应。

针对车载语音助手应用，本发明提出了一种集成远场拾音及充电的装置，可以作为具有远场拾音功能的车载充电线，其结构轻巧，操作方便，远场拾音，抗干扰能力强，同时可用于充电，方便用户与外部设备进行语音交互。

本发明提供的集成远场拾音及充电的装置的结构如图1所示，该装置包括：装置包括：语音输入模块、微处理器、主机接口，蓝牙模块，fm模块以及电源模块。

主机接口与电源模块连接，以及，与微处理器连接。

电源模块与微处理器连接，以及，与语音输入模块连接。

微处理器与语音输入模块连接。

蓝牙模块与微处理器连接。

fm模块与微处理器连接。

参见图2，本发明提供的集成远场拾音及充电的装置的结构除包括上述模块之外，还可以包括输出模块，输入模块。

输出模块与微处理器连接。

输入模块与微处理器连接。

其中，

1、蓝牙模块，fm模块

蓝牙模块与微处理器连接，fm模块也与微处理器连接。

蓝牙模块，用于将微处理器得到的数据输至与蓝牙模块连接的外部蓝牙设备。

fm模块，用于接收调频广播。

另外，若装置位于车载环境，蓝牙模块还可以与车载多媒体终端上的蓝牙连接，蓝牙模块通过微处理器获取外部设备上的音频数据后，将音频数据通过与车载多媒体终端上的蓝牙连接的车载音箱播放。

例如，微处理器将外部设备播放的音频信息通过音频接口输送给蓝牙模块。蓝牙模块通过蓝牙连接车载多媒体终端上的蓝牙，并通过车载多媒体终端上的车载音箱播放音频信息。

fm用于接收调频广播。

2、输出模块

输出模块的实现方式可以根据需求，环境等不同而变化。

例如，若环境较安静，语音输入模块获取远距离的声音信号噪音较少，微处理器处理后的声音信号质量较佳，则输出模块可以仅为喇叭，喇叭与微处理器连接。喇叭用于播放微处理器处理后的声音信号。

再例如，若环境较吵杂，语音输入模块获取远距离的声音信号噪音较多，微处理器处理后的声音信号质量不佳，则输出模块可以为音频功放和喇叭，音频功放与微处理器连接，喇叭与音频功放连接。音频功放用于对微处理器处理后的声音信号进行功率放大，喇叭用于播放音频功放进行功率放大后的声音信号。

3、输入模块

输入模块用于在无法进行本地关键词唤醒的情况下手动触发语音识别指令。

输入模块可以为按键，也可以是触摸屏、红外感应器，还可以是语音麦克风等，只要能接收用户的输入信息即可。

4、主机接口

主机接口，用于将微处理器处理后的声音信号传输至与装置连接的外部设备。

主机接口为以下的一种或多种：usb-type-c接口、micro-usb接口、applelightning接口。

除此之外，还可以为其他接口，本实施例不对具体接口进行限定。

主机接口可以用于传输音频数据及对设备进行充电，传输音频时主机接口里的usb总线与外部设备（如智能主机，智能手机，智能平板电脑、智能行车多媒体终端等）进行连接，将处理后的音频数据传输至外部设备，外部设备对微处理器预处理后的声音信号进行语音识别，语义理解，响应用户的声音信号，与用户实现人机交互。

5、电源模块

电源模块，用于为装置供电，以及，通过主机接口为与装置连接的外部设备供电。

例如，电源模块用于给远场拾音装置提供电源，也可以为外部设备充电。

电源模块的电源可以从车载点烟器或车载usb接口取电。

以外部设备为智能主机为例，集成远场拾音及充电的装置（图3中的100）与智能主机（图3中的120）之间的连接关系如图3所示。

电源模块包括电源管理芯片、工作指示灯和开关。

电源模块可以为所述微处理器、语音输入模块供电，所述电源模块能够为所述智能设备终端充电，即用户能够将所述集成远场拾音的装置作为一种充电线，为自己携带的设备终端充电，并且在充电时提供与外部设备的语音交互操作，避免直接操作时发生危险。

6、语音输入模块

语音输入模块，用于远场拾音，获取远距离的声音信号。

语音输入模块包括至少1个麦克风。如语音输入模块采用单麦克或者双麦克，用于远场拾音，获取远距离的声音信号。

麦克风为高灵敏度麦克风，具体实现时，语音输入模块可以为一个高灵敏度麦克风，语音输入模块也可以为两个高灵敏度麦克风组成的阵列，语音输入模块还可以为多个高灵敏度麦克风组成的阵列。

7、微处理器

微处理器，用于对语音输入模块获取的声音信号进行处理。例如，对语音输入模块获取的声音信号进行降噪、去混响、回声消除、语音增强、关键词识别等处理。

微处理器集成audiocodecip核、电源管理模块，立体声音频编解码器ip。

微处理器采用专用的音频处理芯片，是专用的人机交互/音频处理芯片，芯片集成高性能低功耗的audiocodecip核、电源管理模块，codecip是一个低功耗、灵活和高度集成的立体声音频编解码器ip。ip支持立体声adc与麦克风输入，立体声dac与耳机播放。集成高性能处理内核，可进行基于神经网络的本地语音识别。集成的内部存储器可存储语音识别库。

本实施例中的微处理器在具体实现时，其架构可以如图4所示。其中图4中的m为master（主）缩写，s为slave（从）缩写，codec为audiocodecip核，pmu为电源管理模块。

微处理器还可以实现智能人机交互设备的语音识别、音频传输、空中鼠标、touch、体感等功能。

l触摸：由触摸传感器实现，触摸传感器是利用电容触摸原理形成的具有一定面积的pcb板，其背面是触摸控制芯片及外围电路和一些走线，正面为矩阵式的焊盘，用于感应触摸电容的变化，触摸芯片检测这些焊盘的电容变化来判断触摸的位置，然后将此信息进行模数转换、滤波等处理，输出可靠的坐标值；在触摸板上触摸时，触摸芯片按一定规律扫描纵横两个方向的每个电容感应电极的电容值，并做好相应的记录，根据电容值变化判断手指触摸的具体位置，从而计算位置的具体坐标。根据不同时间间隔的坐标，还可以判断手指移动的方向、速度等。

l体感/手势识别：通过加速度计采集动作数据建立多种动作模型，包括运动、睡眠、翻腕/降腕和敲击等动作；通过加速度计实时采集上述动作数据，并通过平滑滤波器对采集的数据进行平滑处理，去除噪声；分析滤波后的数据，对比目标动作数据模型，进行动作识别。动作识别完成，根据不同动作识别需要，计算后续数据，如卡路里消耗、进行里程数、运动模式、睡眠质量等运动相关信息。

l角度定位：利用两个光电二极管接收红外设备发送的红外线，红外线的强度越强，转换成的电信号强度也越大，对比两个光电二极管输出的电信号强度，根据查表法得出红外设备的角度信息，实现角度定位，算法已申请发明专利。

l多传感器数据融合：对多个传感器获得的信息进行协调、组合、互补以克服单个传感器的局限性，提高系统的有效性能；对温度传感器、加速度传感器、陀螺仪等传感器采集的数据进行数据自适应加权融合估值算法，计算人机交互方案中需要的数据。

l双麦克风降噪：采用两颗麦克风对语音信号进行采集和处理，增强语音信号，抑制平稳噪声（如白噪声，风噪和汽车运行时的环境噪声等）和非平稳噪声（如非期望方向的语音、音乐和电视背景声等噪声等）。

l音频编解码：具有高度可配性，可根据应用需求，调节音质、延时和码流特征参数，实现无线音频的高音质、低延时和低码流。采用多媒体加速指令，有效降低算法复杂度，显著提高算法在处理器运算效率。基于ck804处理器的wn804xx芯片可以运行不同配置的音频编解码算法，满足不同无线音频应用需求。

l无线传输协议栈：支持ble5.0等无线传输协议，可为智能家居、智能遥控器、无线音频系统等提供低成本可编程的完整解决方案。

仍以外部设备为智能主机为例，集成远场拾音及充电的装置中的语音输入模块进行远场拾音，微处理器对语音输入模块采集到的声音信号进行处理，主机接口将微处理器处理后的声音信号传输至智能主机，智能主机实现语音识别及交互。

若装置位于车载环境，外部蓝牙设备为车载多媒体终端上的蓝牙车载音箱。

微处理器，用于通过主机接口获取外部设备的音频数据，和/或，通过fm模块获取调频广播的音频数据。

微处理器，用于对音频数据进行回声消除处理，提取参考信号，将处理后的音频数据通过蓝牙模块发送给车载音箱播放。

语音输入模块，用于拾取用户的声音信号，并将声音信号传输至微处理器。

微处理器，用于根据参考信号对声音信号进行回声消除处理，得到降噪的声音信号，对降噪的声音信号进行识别，确认是否跟预存唤醒词匹配，当匹配到预存唤醒词时，通过主机接口向外部设备发送唤醒指令，以调起外部设备的语音助手，并通过主机接口向外部设备发送降噪的声音信号，实现与外部设备进行语音交互。当未匹配到预存唤醒词时，不通过主机接口向外部设备发送数据，以确保用户隐私，降低外部设备的处理开销，降低功耗。

具体的，如图5所示，当用户在播放音乐时，

1)智能主机（如手机）通过主机接口连接到集成远场拾音及充电的装置，音频信号输入到微处理器，微处理器提取回声消除所需参考信号，同时，将音频信号通过蓝牙模块发送给车载多媒体播放器进行播放。语音输入模块拾取用户的声音信号输入到微处理器；

2)微处理器利用参考信号对拾取的声音信号进行回声消除等技术处理，获得干净的语音信号。本地语音识别引擎对语音进行识别，确认是否跟预存指令匹配；

3)当识别到预置唤醒词时，发送唤醒指令到外部设备调起语音助手，并通过usb接口向智能主机发送降噪过的语音信号，实现与智能主机的语音交互；

4)没有识别到唤醒词时，语音信号不通过接口发送给主机，确保用户隐私，同时也降低智能主机的处理开销，间接降低功耗。

如图6所示，当用户在收听广播时：

1)智能主机通过主机接口连接到集成远场拾音及充电的装置，集成远场拾音及充电的装置通过fm模块接收音频信号并输入到微处理器，微处理器提取回声消除所需参考信号，同时，将音频信号通过蓝牙模块发送给车载多媒体播放器进行播放。语音输入模块拾取用户的声音信号输入到微处理器；

2)微处理器利用参考信号对拾取的声音信号进行回声消除等技术处理，获得干净的语音信号。本地语音识别引擎对语音进行识别，确认是否跟预存指令匹配；

3)当识别到预置唤醒词时，发送唤醒指令到外部设备调起语音助手，并通过usb接口向智能主机发送降噪过的语音信号，实现与智能主机的语音交互；

4)没有识别到唤醒词时，语音输入模块拾取的声音信号不通过接口发送给智能主机，确保用户隐私，同时也降低智能主机的处理开销，间接降低功耗。

本发明的另一有益效果在于：所述电源模块包括电源管理芯片、工作指示灯和开关，所述电源模块为所述微处理器、语音输入模块供电，所述电源模块能够为所述智能设备终端充电，即用户能够将所述集成远场拾音的装置作为一种充电线，为自己携带的设备终端充电，并且在充电时提供与终端设备的语音交互操作，确保长时间行车时设备有足够电量。

本发明提供的集成远场拾音及充电的装置针对车载环境语音操作技术难点，集成远场拾音、本地语音识别、蓝牙音频播放、fm音频播放及充电，结构轻巧，操作方便，远场拾音，环境噪声适应力强，本地语音识别加关键词唤醒确保隐私，同时又可用于充电，确保外部设备在长时间车载场景下能持续使用。

有益效果：

装置包括：该装置包括：语音输入模块、微处理器、主机接口以及电源模块；主机接口与电源模块连接，以及，与微处理器连接；电源模块与微处理器连接，以及，与语音输入模块连接；微处理器与语音输入模块连接；语音输入模块，用于获取远距离的声音信号；微处理器，用于对语音输入模块获取的声音信号进行处理；主机接口，用于将微处理器处理后的声音信号传输至与装置连接的外部设备；电源模块，用于为装置供电，以及，通过主机接口为与装置连接的外部设备供电。本装置结构轻巧，操作方便，远场拾音，抗干扰能力强，同时可用于充电，方便用户与外部设备进行语音交互。