用于识别将移动电子设备带到用户耳朵的姿势的系统和移动电子设备的制作方法

本方案涉及一种用于识别将移动电子设备带到用户耳朵的姿势的系统和移动电子设备。

背景技术：

众所周知，用于识别姿势的系统通常在所谓的智能手机(即，最新一代移动电话)或类似的移动电子设备(诸如平板手机或平板电脑)中实现，以便实现一些功能，诸如打开相机或摄像机应用，或在屏幕上显示通知。

具体地，通常实现识别将移动电子设备带到耳朵的姿势(这种姿势在智能手机或具有移动通信能力的类似移动电子设备中使用的最常见情况中被称为“手机到耳朵姿势”)，以便处置来电，具体地，以便自动激活对呼叫的回复和对屏幕的关闭。

一般而言，上述电话到耳朵姿势包括用户在将移动电子设备带到他或她的耳朵时通常执行的任何运动，而不管用户和移动电子设备的初始位置如何。例如，可能出现以下可能情况：

用户坐下并且移动电子设备放在桌子(或类似的搁置表面)上；

用户坐下并且移动电子设备放在用户的口袋(或类似的外壳)中；

用户站立并且移动电子设备放在桌子(或类似的搁置表面)上；

用户站立并且移动电子设备放在用户的口袋(或类似的外壳)中；以及

其他情况(例如，用户行走、用户在电梯中移动、用户躺下等)。

用于识别上述电话到耳朵姿势的系统目前设想使用适当地位于移动电子设备(其携带显示器，通常是触摸屏类型的显示器)的前表面(通常在同一前表面的顶部)的接近传感器。接近传感器检测接近用户耳朵并且生成对应信号，该信号被发送到移动电子设备的操作系统以实现适当的功能(具体地，屏幕的自动响应和关闭)。

比如，接近传感器可以经由通过源生成光辐射射束(例如，激光射束)，以及通过接收器接收由射束撞击在其上的表面(在这种情况下，耳朵)而反射的射束，利用光学技术实现。然后，实现适当的算法，例如，飞行时间算法，以便确定发射源和反射表面之间的距离。

上述接近传感器的使用对处置移动电子设备中的呼叫目前被认为是必需的。

而且，已知的趋势是，在移动电子设备的制造商中，增加屏幕尺寸，同时限制移动电子设备的整体尺寸的增加，该趋势导致包围该屏幕的框架的减少和所谓的无边框设计。

然而，操作移动电子设备所需的一些传感器(其中特别是前述接近传感器，其如先前所提及的，必须定位在设备的前表面的顶部处)的存在，限制了包围屏幕的框架的顶部边框的减少的可能性。

为了至少部分地克服上述问题，一些制造商已经提出引入所谓的凹口，即，在屏幕的顶部上形成的凹槽，以便容纳上述传感器，尤其是接近传感器。

然而，除了具有显著的美学效果之外，该方案在任何情况下还需要可用于显示区域的尺寸的一定的减小。因此，当然感觉到需要尽可能减少上述凹口所占据的面积。

本申请人还认识到，除了需要相当大的占据面积(目前市场上可获得的接近传感器的封装的尺寸例如在5×3×1mm³范围内)之外，接近传感器还需要大量的电能消耗。

一般而言，接近传感器的存在表示制造商的成本，并且不可避免地增加了移动电子设备的印刷电路板(pcb)的复杂性(例如，由于需要将接近传感器布置在给定位置中，所以就电气路径的定义方面和在设计约束方面，增加了复杂性)。

技术实现要素：

本公开的实施例使得能够克服现有技术的上述缺点中的至少一些缺点。

根据一实施例，提供了一种系统，其用于识别将移动电子设备带到用户耳朵的姿势。该系统被配置为集成在移动电子设备中并且包括运动传感器，该运动传感器被配置为提供运动信号，该运动信号指示移动电子设备的运动。压力传感器被配置为提供压力信号，其指示在运动期间作用在移动电子设备上的压力。处理级可操作地耦合到运动传感器和压力传感器，并且被配置为执行运动信号和压力信号的联合处理，以识别将移动电子设备带到用户耳朵的姿势。

其中所述运动传感器是具有三个检测轴的加速度计，所述运动传感器被配置为供应具有沿着所述三个检测轴的相应加速度分量的加速度信号作为所述运动信号；并且其中所述压力信号指示所述移动电子设备由于所述运动而产生的垂直位移。

其中所述处理级包括：第一处理分支，可操作地耦合到所述运动传感器，并且被配置为处理所述运动信号，以在输出处供应与所述姿势的识别相关联的运动信息；第二处理分支，可操作地耦合到所述压力传感器，并且被配置为处理所述压力信号，以在输出处供应与所述姿势的识别相关联的垂直位移信息；以及融合块，可操作地耦合到所述第一处理分支和所述第二处理分支，并且被配置为基于由所述第一处理分支供应的所述运动信息和由所述第二处理分支供应的所述垂直位移信息来实现联合分析算法，所述融合块被配置为在输出处供应指示所述姿势的识别的识别信号。

其中所述第一处理分支包括：运动检测级，被配置为处理所述运动信号以识别与所述姿势相关联的运动，并且生成所述对应的运动信息，其中所述运动检测级包括：模式检测块，被配置为分析所述运动信号的变化以验证与所述姿势兼容的模式的存在，并且如果所述模式的所述存在被验证，则提供触发信号；以及最终位置检测块，耦合到所述模式检测块，并且被配置为，响应于接收到所述触发信号，而基于所述运动信号来评估所述移动电子设备的最终位置是否与所述用户耳朵处的所述移动电子设备的方位兼容。

其中所述运动传感器是具有三个检测轴的加速度计，所述加速度计被配置为提供具有沿着所述三个检测轴的相应加速度分量的加速度信号作为所述运动信号；其中所述模式检测块被配置为在当前时刻分析所述运动信号相对于前一时刻的所述变化，并且响应于所述变化高于阈值，生成所述触发信号；并且其中所述最终位置检测块被配置为分析沿着所述三个检测轴的所述加速度分量的值，以确定所述移动电子设备的所述对应的位置是否与靠近所述用户耳朵的位置兼容。

其中所述第一处理分支还包括滤波级，所述滤波级被配置为在输入处接收所述运动信号并且经由滤波对所述运动信号进行预先调理。

其中所述第二处理分支包括：位移确定级，被配置为处理所述压力信号以确定所述移动电子设备由于所述运动而产生的所述垂直位移，所述位移确定级被配置为：确定与压力或所述压力相关联的海拔的当前测量和压力或与所述压力相关联的海拔的先前测量之间的差异，以确定所述垂直位移并且生成所述垂直位移信息。

其中所述第二处理分支包括相应的滤波级，所述滤波级被配置为：在输入处接收所述压力信号，并且经由滤波对所述压力信号进行预先调理，并且在输出处提供滤波后的压力信号；其中所述位移确定级耦合到所述滤波级以接收所述滤波后的压力信号。

其中所述融合块被配置为：响应于与所述垂直位移信息相关联的所述位移与向所述用户耳朵的运动一致，生成所述识别信号，所述识别信号具有指示所述姿势的正确识别的值，并且具有与所述运动信息相关联的高于可选择的阈值的值。

其中所述融合块包括and逻辑块，所述and逻辑块接收所述运动信息和所述垂直位移信息，并且通过所述运动信息和所述垂直位移信息的and逻辑组合生成所述识别信号。

其中所述处理级不利用接近传感器来识别所述姿势。

根据一实施例，一种移动电子设备，包括：识别系统，被配置为检测将移动电子设备带到所述移动电子设备的用户耳朵的姿势，所述识别系统被配置为集成在所述移动电子设备中并且包括：运动传感器，被配置为响应于所述移动电子设备的运动生成运动信号；压力传感器，被配置为响应于作用在所述移动电子设备上的压力生成压力信号；以及处理电路，耦合到所述运动传感器和所述压力传感器，所述处理电路被配置为：处理所述运动信号和所述压力信号，以检测将所述移动电子设备带到所述用户耳朵的所述姿势；以及控制单元，耦合到所述识别系统，并且被配置为响应于检测到所述姿势而激活所述移动电子设备的功能。

其中所述移动电子设备包括移动通信能力，并且其中所述控制单元被配置为响应于检测到所述姿势而处置来电呼叫。

其中所述运动传感器包括加速度计，所述加速度计具有检测轴x、检测轴y和检测轴z，所述检测轴x、所述检测轴y和所述检测轴z分别根据东北天惯例进行布置。

本公开的实施例可以减小电路的整体尺寸并且简化信号的路由，降低了制造成本，进一步降低传感器的占据面积和功耗。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在，参考附图仅通过非限制性示例对其优选实施例进行描述，其中

图1示意性地表示接近移动设备的用户耳朵的姿势，其中实现了根据本公开的实施例的识别系统；

图2是根据本公开的实施例的识别系统的总体框图；

图3是根据本公开的实施例的识别系统的可能实施例的更详细框图；

图4a至图4b描绘了在本文中所描述的本公开的实施例中相对于移动电子设备固定的参考系统的布置；以及

图5a至图5b、图6a至图6b和图7a至图7b是在图2至图4的识别系统的实施例中生成的信号或数量的图。

具体实施方式

如将详细阐明的，本方案提供了一种使用接近传感器用于识别将移动电子设备带到用户耳朵的姿势(在下文中，为了简单起见，被称为“电话到耳朵姿势”)的备选方案，因此实现了在没有接近传感器的情况下检测这种姿势的实现方式。

为此，本方案的一个方面设想利用通常存在于移动电子设备中并且已经用于其他功能的传感器，并且，具体地，设想使用以下各项与所谓的传感器融合算法联合使用：运动传感器，具体地是，具有三个检测轴的加速计传感器，其通常用于移动电子设备中以用于几种功能，其中包括计步器、屏幕旋转、定向等功能；以及压力传感器，其也通常存在并且用于诸如气压计/测高仪功能之类的功能或与计步器组合用于供应附加指示，例如，就更准确的卡路里计数方面或针对所谓的楼层检测/计数功能。

首先，参考图1，现在对识别系统1进行描述，其可以在移动电子设备2内实现，用于识别将移动电子设备2带到用户耳朵3的姿势，具体地，用于处置来电(通过图中的电话图标示意性地表示)。

移动电子设备2设有控制单元2a，该控制单元2a实现适当的操作系统并且耦合到识别系统1，以便在识别接近姿势时激活适当的功能，例如，用于处置上述呼叫。

如图2中示意性所示，识别系统1包括运动传感器4，具体地，是具有三个检测轴x，y和z的加速度计，其提供运动信号，具体地，是具有沿着三个检测轴x，y和z的加速度分量accx，accy和accz的加速度信号acc，它们形成一组相互正交的笛卡尔轴。运动信号指示运动，具体地，指示作用在移动电子设备2上的加速。压力传感器5提供压力信号pr，其指示在移动电子设备2的相同运动期间作用在移动电子设备2上的压力。

有利地，运动传感器4和压力传感器5可以使用mems(微机电系统)半导体技术集成，以便减少占据面积并且降低功耗。

识别系统1还包括：

第一处理分支1a，其可操作地耦合到运动传感器4，并且被配置为适当地处理(如下文所详细描述的)加速度信号acc，以在输出处提供与电话到耳朵姿势的识别相关联的运动信息p；

第二处理分支1b，其可操作地耦合到压力传感器5，并且被配置为适当地处理(如下文所详细描述的)压力信号pr，以在输出处提供由于上述运动而产生的垂直位移(即，高度变化)信息d，该垂直位移信息d也与电话到耳朵姿势的识别相关联；以及

融合块1c，其可操作地耦合到第一和第二处理分支1a，1b，并且被配置为基于由前述第一处理分支1a提供的运动信息p和由前述第二处理分支1b提供的垂直位移信息d来实现联合分析算法(使用传感器融合技术)，以便在输出处供应指示识别电话到耳朵姿势的识别的信号pte。

第一和第二处理分支1a，1b和融合块1c可以借助于与控制单元2a(本文中未图示)不同的数字类型的处理单元(例如，微处理器或微控制器)实现，其中实现或可以全部或部分地在移动电子设备2的同一控制单元2a内实现移动电子设备2的操作系统。

而且，第一和第二处理分支1a，1b和融合块1c可以借助于合适的可编程逻辑全部或部分地以硬件实现。

更详细地并且如图3所示，在可能的实施例中，第一处理分支1a包括：

滤波级10，其被配置为在其输入处接收加速度信号acc，并且通过滤波(例如，用于移除例如与用户的步态相关联的给定频带中的假频的带阻类型的滤波或者用于移除例如与噪声相关联的高频分量的低通类型的滤波)实现对相同加速度信号acc的预先调理，并且在其输出处提供滤波后的加速度信号acc'；以及

运动检测级11，其耦合到滤波级10以接收滤波后的加速度信号acc'，并且被配置为实现对相同滤波后的加速度信号acc'的处理，以识别与电话到耳朵姿势相关联的运动并且生成对应的运动信息p。

上述运动检测级11还可以根据可用的计算能力使用不同的技术实现，其中包括：

简单的信号分析，例如，使用适当的加速度阈值和相关联的时间间隔，其中信号保持高于/低于相同的加速度阈值；

更复杂的自动学习技术(所谓的机器学习)，例如，包括支持向量机(svm)、决策树或神经网络，并且使用信号特征(例如，最大值和最小值、方差、平均值、能量、峰值到峰值等)的适当组合；或者

上述信号分析和自动学习技术的适当组合。

在前述图3中所示的可能实施例中，运动检测级11包括：

运动(或模式)检测块12，其接收滤波后的加速度信号acc'并且对滤波后的加速度信号acc'的变化执行适当分析，以验证与电话到耳朵姿势兼容的模式的存在，如果该模式是兼容的，则提供触发信号trig；以及

最终位置检测块13，其耦合到模式检测块12的输出，并且被配置为在接收到触发信号trig时，基于滤波后的加速度信号acc'来评估移动电子设备2(假设与前述模式检测相关联的运动之后)的最终位置是否与移动电子设备2靠近或靠在用户耳朵3(图1)上的可能方位兼容。

基本上，最终位置检测块13被配置为确认由模式检测块12检测的模式并且提供运动信息p，该运动信息p在这种情况下表示识别电话到耳朵姿势的可靠性(或概率)的指标。在更简单的实施例中，根据运动信息p是否表示对电话到耳朵姿势的识别，运动信息p可以具有布尔值“真”或“假”(“1”或“0”)。

应当指出，上述第一处理分支1a可以根据具体应用和要求以多种方式进行修改，例如，

是否设想过滤级10的存在(例如，如果运动传感器1本身具有滤波能力，并且因此供应内部预处理的加速度信号acc，则不能提供滤波级10)；

实现简单的模式检测块12和更精确的最终位置检测块13；

实现更精确的模式检测块12和简单的最终位置检测块13；或者

实现精确的模式检测块12和精确的最终位置检测块13二者。

在可能的实施例中，模式检测块12可以被配置为，在当前时刻分析加速度信号acc(可能是滤波后的加速度信号acc')相对于前一时刻的变化，以验证是否存在信号变化很大。具体地，为此，模式检测块12可以评估加速度信号acc的方差(例如，指数方差)。在变化显著，例如，高于特定阈值(可能在预设时间间隔内)的情况下，模式检测块12可以生成用于最终位置检测块13的触发信号trig。

在可能的实施例中，上述最终位置检测块13可以被配置为分析加速度信号acc(可能是滤波后的加速度信号acc')沿着三个检测轴x，y和z的加速度分量accx，accy和accz的值，以便确定移动电子设备2的对应的位置是否与在用户耳朵3附近假设的位置兼容。

具体地，假设移动电子设备2在用户耳朵3附近基本静止，运动传感器4基本上仅检测重力加速度g，并且移动电子设备2的方位确定重力加速度g如何沿着三个检测轴x，y和z(属于相对于移动电子设备2固定的参考系统)分布。因此，对加速度分量accx，accy和accz的幅度的评估允许获得对移动电子设备2的空间方位的估计，并且基于该估计，最终位置检测块13能够确定该空间方位是否与面向用户耳朵3的设备的位置一致。这样，最终位置检测块13可以生成运动信息p，即，电话到耳朵姿势的识别的可靠性的指标。

图4a至图4b示出了，根据所谓的enu(东北天)惯例，相对于移动电子设备2(考虑屏幕朝上，即，朝向观察者)固定的参考系统xyz和运动传感器4的三个检测轴x，y，z的可能布置。具体地，根据enu惯例，检测轴x指向东方，检测轴y指向北方，而检测轴z指向上方。

使用enu惯例，还参考图4b，可以验证当移动电子设备2面向用户耳朵3布置时，加速度分量accy通常是正的，其绝对值取决于移动电子设备2的倾斜角度(当设备相对于重力方向几乎垂直时最大，当设备相对于重力方向几乎平行时最小)。加速度分量accz具有低值，该低值接近于零并且在任何情况下都低于预设阈值；并且加速度分量accx具有正值或负值(根据移动电子设备2是在用户的右手中还是在左手中携带)，其也取决于移动电子设备2的倾斜角度(在绝对值中，当设备相对于重力方向几乎平行时最大；当设备相对于重力方向几乎垂直时最小)。

因此，在所描述的实施例中，最终位置检测块13可以分析加速度分量accy的带符号的值和加速度分量accx和accz相对于各个加速度阈值的绝对值，以便评估移动电子设备2的最终位置。

在图3中再次图示的可能实施例中，如先前所指示的，第二处理分支1b被配置为在移动电子设备2的运动期间提供垂直位移信息d，包括：

相应的滤波级20，其被配置为在其输入处接收压力信号pr并且经由滤波(例如，用于移除例如与噪声相关联的高频分量的低通类型的滤波)来执行对压力信号pr的预先调理，以在其输出处提供滤波后的压力信号pr'；以及

位移确定级21，其耦合到滤波级20以接收滤波后的压力信号pr'，并且被配置为执行对滤波后的压力信号pr'的处理以确定移动电子设备2在运动之后经历的垂直位移。

具体地，位移确定级21被配置为计算当前或实际压力测量(或者海拔，假设按已知方式海拔值经由公式与压力值相关联)和先前压力(或海拔)测量之间的差异，以确定上述垂直位移。有利地，可以改变当前测量和先前测量之间经过的时间间隔(例如，在1s的范围内)，该间隔对应于用于识别电话到耳朵姿势的等待时间。这样，位移确定级21确定在融合块1c的输入处供应的垂直位移信息d。

在前述图3中所示的可能实施例中，位移确定级21包括：

转换块22，其被配置为接收滤波后的压力信号pr'并且通过应用已知的公式(本文中未详细描述的)执行压力值和海拔值之间的转换；以及

差异计算块23，其可操作地耦合到转换块22，用于计算当前海拔值与先前海拔值之间的差异，以便计算对应的高度差异，其在这种情况下表示垂直位移信息d。

在更简单的实现方式中，上述垂直位移信息d可以以布尔形式，例如，以下列方式表示：如果未超过用于识别姿势的给定垂直位移阈值，则为“0”；如果超过用于识别姿势的垂直位移阈值，则为“1”。

如先前所指示的，融合块1c联合处理由第一处理分支1a提供的运动信息p和由第二处理分支1b提供的垂直位移信息d，以便确定对手机到耳朵姿势的识别。

具体地，如果与垂直位移信息d相关联的高度的变化与接近用户耳朵的可能运动一致，而且与运动信息p相关联的可靠性指标高于(优选地，可选择的)阈值，则融合块1c产生肯定结果并且生成对应的识别信号pte，其指示对将移动电子设备2带到用户耳朵3的姿势的正确识别。

在图3中再次图示的可能实施例中，融合块1c可以借助于简单的and逻辑块30来实现，该逻辑块30在其输入处接收运动信息p和垂直位移信息d，并且借助于上述运动信息p和垂直位移信息d的and逻辑组合在其输出处生成识别信号pte。

如果第一处理分支1a检测与将设备带到用户耳朵一致的移动模式(可选地，评估移动设备2的最终位置是否一致)，并且第二处理分支1b检测到高于前述可选择的阈值的一致垂直位移，and逻辑块30确定电话到耳朵姿势的存在，并因此生成识别信号pte。

在具有更高计算复杂度的备选实现方式中，融合块1c基于运动信息p来将不同且适当的权重(例如，就选择适当的自适应阈值方面)归因于垂直位移信息d。

比如，在与运动信息p相关联的可靠性指标高的情况下，融合块1c可以将较低权重归因于垂直位移信息d。相反，在运动信息p具有低可靠性指标的情况下，融合块1c可以将较高权重归因于垂直位移信息d，以用于对电话到耳朵姿势的识别的最终验证。

本申请人已经借助于测试和模拟验证了识别系统1的可靠性，因为可能使用情形不同。

在这方面，图5a和图5b是指在用户处于直立位置的情况下正确识别接近姿势。具体地，图5a示出了加速度信号acc(或滤波后的加速度信号acc')的分量accx，accy，accz的模式，并且图5b示出了压力信号pr(在该示例中，转换为海拔信号)和滤波后的压力信号pr'(其也被转换为海拔信号)的模式。如识别信号pte(图5a中可见)所示，以脉冲方式，其呈现为高值，仅当识别出运动模式时(即，当上述加速度分量accx，accy，accz发生适当变化，而且移动设备2的最终位置与其面向用户耳朵3的位置一致时)，接近姿势才会被正确识别，而且垂直位移d(图5b中所示)超过某个可选择的阈值。应当指出，在这种使用条件下，垂直位移d相当高，例如，大约60cm。

以完全类似的方式，图6a和图6b示出了在用户坐下的使用条件下的电话到耳朵姿势的识别。具体地，图示了三个不同的识别事件(其中识别信号pte因此呈现高值)，其对应于面向用户耳朵3的移动电子设备2的不同倾斜度(对应于加速度分量accx，accy的不同值)。在这种情况下，垂直位移小于先前情况，例如，大约为25cm。

而且，图7a和图7b示出了在首先放在桌子(或类似的搁置表面)上的移动电子设备2的使用情况下对电话到耳朵姿势的识别。再次，示出了各种示例，其中姿势被正确识别(识别信号pte呈现高值)。在这种情况下，通过起始位置始终相同(移动电子设备2静止在桌子上或类似的搁置表面上)的事实来促进对运动模式的识别。

本方案的优点从前面的描述中明显显现。

在任何情况下，应当强调的是，上述方案实现了：

假设没有接近传感器位于移动电子设备2的上表面的顶部，在移动电子设备2的布局中，减小了整体尺寸并且简化信号的路由；

假设没有接近传感器并且使用已经存在并且用于移动电子设备2中的其他功能的传感器(运动传感器4和压力传感器5)，降低了制造成本；以及

假设运动传感器4和压力传感器5的组合消耗远低于(例如，仅十分之一)与接近传感器相关联的消耗，降低功耗。

而且，所描述的方案非常简单，并且可以借助于计算能力降低(例如，使用8位)的微控制器(或类似的数字处理单元)来实现，或者例如使用用于信号处理操作的可编程逻辑电路直接在硅上实现(从而进一步降低占据面积和功耗)。

最后，清楚的是，可以对本文中所描述和说明的内容进行修改和变化，而不脱离如所附权利要求中限定的本公开的范围。

具体地，再次强调，由识别系统1有效实现的算法可以在应用、要求和可用处理能力的基础上进行调整，如另一方面先前已经指出的。

而且，第一处理分支1a可以设想使用来自其他运动传感器的检测信号(以未图示的方式)，以便使在输出处供应的运动信息p再现的更加准确，但代价是功耗较高和占据面积较大。

可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。根据上文的具体实施方式，可以对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求局限于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求享有所有权的等同物的全部范围。因而，权利要求不受本公开的限制。