一种mems麦克风及其信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及声电处理技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风及其信号处理方法。
【背景技术】
[0002]麦克风是一种声学传感器，可以用以拾取语音及声音，并将其转换成电信号。MEMS麦克风是采用微机电系统(Micro-Eletro-Mechanical System,MEMS)工艺制作的微型麦克风，已普遍运用于移动装置之中。
[0003]而现有的大多数移动装置从待机模式转变为工作模式通常是通过按键输入、触屏触摸唤醒或语音唤醒三种方式。其中按键输入和触屏触摸唤醒方式，由于需要利用双手对移动终端进行操作唤醒，使得用户与移动终端的交互体验并不理想；而现阶段的语音唤醒算法运行在移动终端的APP处理器或CODEC上，而执行语音唤醒算法的应用程序电流大、功耗高、影响用户的使用体验。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，本发明提供了一种MEMS麦克风及其信号处理方法，以解决现有技术在实现语音唤醒过程中所导致的用户与移动终端的交互体验差，以及由于执行语音唤醒算法的应用程序电流大、较费电，影响用户使用体验的问题。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一方面，本发明提供了一种MEMS麦克风，包括MEMS芯片和ASIC芯片，MEMS芯片用于将拾取到的语音信号转换为模拟音频信号，ASIC芯片用于将所述MEMS芯片发送的模拟音频信号转换为数字音频信号；MEMS麦克风还包括数字信号处理DSP集成电路单元，DSP集成电路单元包括语音唤醒模块；
[0007]语音唤醒模块，用于接收MEMS芯片发送的数字音频信号，从接收到的数字音频信号中提取唤醒词，并对提取到的唤醒词与预先设定的唤醒词进行匹配，匹配成功后通过DSP集成电路单元的控制端口输出使能信号，触发后端的处理器进入工作状态。
[0008]优选地，语音唤醒模块，还用于根据接收到的数字音频信号的语言特征，与预先设定的语言特征进行匹配，该语言特征包括声纹。
[0009]优选地，DSP集成电路单元还包括语音命令模块；
[0010]语音命令模块，用于后端的处理器进入工作状态后，继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，并从该继续接收到的数字音频信号中提取语音命令，通过DSP集成电路单元的控制端口将所述语音命令发送给后端的处理器，使后端的处理器执行语音命令。
[0011]优选地，DSP集成电路单元还包括侦测语音环境模块；
[0012]侦测语音环境模块，用于在后端的处理器进入工作状态后，继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，根据该继续接收到的数字音频信号的特征识别外界场景，并根据所识别的外界场景生成相应的控制代码，通过DSP集成电路单元的控制端口将控制代码发送给后端的处理器，使后端的处理器开启相应的智能场景模式。
[0013]优选地，DSP集成电路单元还包括降噪模块；
[0014]降噪模块，用于对ASIC芯片发送的数字音频信号进行降噪处理，抑制外界环境噪声，增强语音信号，从而提高识别的准确率。
[0015]优选地，DSP集成电路单元还包括控制模块；
[0016]控制模块，用于通过控制端口接收外部的控制命令，并根据控制命令对DSP集成电路单元进行性能配置。
[0017]优选地，DSP集成电路单元与ASIC芯片封装在一起。
[0018]另一方面，本发明提供了一种MEMS麦克风的信号处理方法，所述MEMS麦克风为上述技术方案提供的MEMS麦克风，所述方法包括:
[0019]通过MEMS芯片拾取外界的语音，并将拾取到的语音转换为模拟音频信号发送给ASIC芯片；
[0020]通过ASIC芯片将所述模拟音频信号转换为数字音频信号，并发送给数字信号处理DSP集成电路单元；
[0021]DSP集成电路单元的语音唤醒模块从接收到的数字音频信号中提取唤醒词，并对提取到的唤醒词与预先设定的唤醒词进行匹配，匹配成功后通过DSP集成电路单元的控制端口输出使能信号，触发后端的处理器进入工作状态。
[0022]优选地，在触发后端的处理器进入工作状态后，所述方法还包括:
[0023]继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，并从该继续接收到的数字音频信号中提取语音命令，通过DSP集成电路单元的控制端口将所述语音命令发送给后端的处理器，使后端的处理器执行所述语音命令；
[0024]和/或，在触发后端的处理器进入工作状态后，所述方法还包括:
[0025]继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，根据该继续接收到的数字音频信号的特征识别外界场景，并根据所识别的外界场景生成相应的控制代码，通过DSP集成电路单元的控制端口将所述控制代码发送给后端的处理器，使后端的处理器开启相应的智能场景模式。
[0026]优选地，所述方法还包括:
[0027]对ASIC芯片发送的数字音频信号进行降噪处理，将进行降噪处理后的数字音频信号发送给DSP集成电路单元的语音唤醒模块。
[0028]本发明实施例的有益效果是:本发明利用麦克风工作电流小、功耗低的特点，在传统MEMS麦克风中添加集成有语音唤醒模块的DSP集成电路单元，利用集成在MEMS麦克风中的语音唤醒模块来唤醒后端处理器的方案，不但能够解放双手，还能够节省电能，延长后端的待机时间。
[0029]在本发明的优选方案中，集成在DSP集成电路单元中的语音唤醒模块还能够根据音频信号包括声纹特征在内的语音特征对讲话人的身份进行验证，提高唤醒的安全度；且本发明的DSP集成电路单元中还可以根据使用需求集成诸如语音命令模块、侦测语音环境模块等功能模块，进一步解放双手，提高用户使用体验。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例一提供的MEMS麦克风结构示意图；
[0031]图2为本发明实施例二提供的MEMS麦克风结构示意图；
[0032]图3为本发明实施例三提供的MEMS麦克风电路结构示意；
[0033]图4为本发明实施例四提供的MEMS麦克风的信号处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0035]实施例一:
[0036]图1为本实施例提供的MEMS麦克风结构示意图，如图1所示，图1中的MEMS麦克风，包括MEMS芯片和ASIC芯片，MEMS芯片用于将拾取到的语音信号转换为模拟音频信号，ASIC芯片用于将MEMS芯片发送的模拟音频信号转换为数字音频信号。
[0037]如图1所示，所述MEMS麦克风还包括数字信号处理DSP集成电路单元，所述DSP集成电路单元包括语音唤醒模块。
[0038]语音唤醒模块，用于接收MEMS芯片发送的数字音频信号，从接收到的数字音频信号中提取唤醒词，并对提取到的唤醒词与预先设定的唤醒词进行匹配，匹配成功后通过所述DSP集成电路单元的控制端口输出使能信号，触发后端的处理器进入工作状态。如在语音唤醒模块中设定唤醒词“Hi，小G”，当从音频信号中提取到“Hi，小G”时，语音唤醒模块向后端的处理器输出使能信号，控制该后端的处理器从待机模式进入工作模式。
[0039]在语音唤醒模块唤醒后端的处理器后，本实施例的DSP集成电路单元用于将MEMS麦克风后续拾取到的音频信号通过其音频输出端口发送给后端的处理器。
[0040]在实际应用中，本实施例的语音唤醒模块还能够识别讲话人的身份，提高唤醒的安全度。具体的，语音唤醒模块还用于根据接收到的数字音频信号的语言特征，与预先设定的语言特征进行匹配，匹配成功后再从数字音频信号提取唤醒词。本实施例中的语音特征包括但不局限于声纹特征。
[0041]本实施例的DSP集成电路单元还包括用于对ASIC芯片发送的数字音频信号进行降噪处理的降噪模块，通过该降噪模块来抑制外界环境噪声，增强语音信号，以便于语音唤醒模块更好地进行语音识别。
[0042]本实施例利用MEMS麦克风工作电流小、功耗低的特点，在MEMS麦克风内部添加具有唤醒功能的DSP集成电路单元，使该DSP集成电路单元根据MEMS麦克风拾取的音频信号控制后端处理器的工作模式，从而达到解放双手、降低功耗、节省电能的目的。
[0043]实施例二:
[0044]本实施例在实施例一提供的MEMS麦克风的基础上，令DSP集成电路单元进一步集成语音命令、侦测语音环境等功能模块，增加DSP集成电路单元可实现的功能。
[0045]图2为本实施例提供的MEMS麦克风结构示意图，如图2所示，图2中的DSP集成电路单元还包括语音命令模块；
[0046]语音命令模块，用于在后端的处理器进入工作状态后，继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，并从该继续接收到的数字音频信号中提取语音命令，通过DSP集成电路单元的控制端口将该语音命令发送给后端的处理器，使后端的处理器执行所述语音命令。
[0047]本实施例的语音命令模块可以实现拨打电话、检测邮件、播放音视频等功能。
[0048]参考图2，图2中的DSP集成电路单元还包括侦测语音环境模块；
[0049]侦测语音环境模块，用于在后端的处理器进入工作状态后，继续接收ASIC芯片发送的数字音频信号，根据该继续接收到的数字音频信号的特征识别外界场景，并根据所识别的外界场景生成相应的控制代码，通过DSP集成电路单元的控制端口将该控制代码发送给后端的处理器，使后端的处理器开启相应的智能场景模式。
[0050]其中，侦测语音环境模块的一种实现方案为:在侦测语音环境模块中预先存储N种语境特征，例如存储三种语境特征，第一种语境特征对应于会议等安静环境，第二语境特征对应于开车环境，第三语境特征对应于超市卖场等嘈杂环境，当继续接收到的音频信号处于第一种语境特征时，侦测语音环境模块生成的控制信号可以是静音指令或震动指令，使得后端的处理器控制后端进入静音模式或震动模式；而当继续接收到的音频信号的频率处于第三种语境特征时，侦测语音环境模块生成的控制代码可以是声音调大指令，使得后端的处理器能够相应的调大音量输出，提高用户使用体验。
[0051]需要指出的是，本实施例仅仅示例性示出上述语音命令模块和侦测语音环境模块，可以根据实际需要在本实施例中的DSP集成电路单元中集成相应功能的功能模块。
[0052]在本实施例的一个具体实现方案中，DSP集成电路单元还包括控制模块，用于通过控制端口接收外部的控制命令，并根据控