应用在无线耳机中的通话质量改善装置及方法与流程

1.本发明涉及无线耳机，尤指一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置及方法。


背景技术：

2.无线耳机(wireless earbuds)使用蓝牙技术从来源装置，例如移动电话等，接收载在无线电波上的语音信号。由于环境的干扰因素，从来源装置传送到无线耳机的数据包可能丢失，所以，无线耳机可实施丢包补偿(packet loss concealment，plc)技术，用于掩盖在通信过程中发生的语音数据包丢失的影响。不过，执行plc技术的方式会影响到使用者(也称为“用户”)的听感。plc技术的现有执行方式导致听感不佳。


技术实现要素：

3.有鉴于此，如何减轻或消除上述相关领域的缺陷，实为有待解决的问题。
4.因此，本发明提出一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置及方法，用于解决如上所述的问题。
5.本发明涉及一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置的实施例，包含第一和第二无线耳机。第一无线耳机包含第一扬声器和第一下行语音处理路径，第二无线耳机包含第二扬声器和第二下行语音处理路径。第一和第二下行语音处理路径从移动电话接收单声道语音数据，并且处理单声道语音数据以分别产生第一和第二模拟信号，使得第一和第二扬声器分别播放第一和第二模拟信号。第一下行语音处理路径上设置反相器，用于产生与接收到的语音数据或信号反相的数据或信号，但第二下行语音处理路径上不设置上述反相器。
6.本发明还涉及一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置的实施例，包含丢包补偿处理器和反相器。丢包补偿处理器执行减少遗失数据包的影响的算法。反相器设置在从丢包补偿处理器到数字模拟转换器之间形成的下行语音处理路径上，用于将语音数据反相，并且输出反相后语音数据，使得扬声器播放相应于反相后语音数据的声音。
7.本发明另还涉及一种应用在无线耳机中的通话质量改善方法的实施例，包含：第一无线耳机从移动电话接收单声道语音串流，并将第一无线耳机中的第一下行语音处理路径上的相应于单声道语音串流的第一语音数据或信号进行反相；以及第二无线耳机从移动电话接收单声道语音串流，但不让第二无线耳机中的第二下行语音处理路径上的相应于单声道语音串流的第二语音数据或信号进行反相，使得第一无线耳机中的第一扬声器和第二无线耳机中的第二扬声器持续发出不同的语音信号。
8.上述实施例的优点之一，通过如上所述的反相器设置，让第一和第二扬声器分别持续播放不同的第一和第二模拟信号，避免用户因为丢包补偿算法的执行而感受到不舒服的啪啪啪声响。
9.本发明的其他优点将配合以下的说明和附图进行更详细的解说。
附图说明
10.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
11.图1为依据本发明实施例的无线通信的示意图。
12.图2为依据一些实施方式的无线耳机的框图。
13.图3为依据一些实施方式的语音信号的丢失与补偿的示意图。
14.图4为依据一些实施方式的完美语音信号和补偿后的语音信号的差异示意图。
15.图5为依据一些实施方式的无线耳机的框图。
16.图6至图11为依据本发明实施例的无线耳机的框图。
17.图12显示依据本发明实施例的语音信号的反相的示意图。
18.图13显示依据本发明实施例的完美语音信号和补偿后的语音信号的差异示意图。
19.图14为依据本发明实施例的应用在无线耳机中的通话质量改善的方法流程图。
20.其中，附图中符号的简单说明如下：
21.10：使用者；110：左无线耳机；115：麦克风；120：右无线耳机；130：移动电话；140、150：下行数据包；160：上行数据包；210：plc处理器；220：语音译码器；230：rx语音数据处理器；250、270：扬声器；310、330、410：信号波形；t30：丢失数据包的时间；430：两信号间的差异；240、510、610：接收器；520、620：语音译码器；530、630：plc处理器；540、640：rx语音数据处理器；550、650：数字模拟转换器；560、660：放大器；535、545、555、635、645、655：反相器；710、730：波形；810、830：信号波形；850：两信号间的差异；s1410～s1440：方法步骤。
具体实施方式
22.以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
23.必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。
24.本发明中使用如“第一”、“第二”、“第三”等词是用来修饰权利要求中的组件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个组件先于另一个组件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的组件。
25.必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。用于描述组件之间关系的其他词语也可以类似方式解读，例如“介于”相对于“直接介于”，或者“邻接”相对于“直接邻接”等等。
26.在例如无线耳机与移动电话之间的通信过程中，可能会发生数据包丢失。由于数据包的丢失可能只发生在传送到一对无线耳机中的任一个，丢包补偿技术的实施会在这对无线耳机中分别产生在少部分时间上具有差异的两个语音信号。这些少部分的差异会让人脑发觉，而出现啪啪啪的声响(pop sounds)，让使用者在通话中感到不舒服。因此，本发明提出一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置及方法，用于解决如上所述的问题。
27.参考图1。用户10可通过移动电话130经由无线网络和远程的另一个用户(未显示
在图1)通话。移动电话130具有使用无线通信协议以传送数据到基站(base station，未显示在图1)或从基站接收数据的能力，无线通信协议可以是全球移动通信系统/通用数据包无线服务/gsm增强数据率演进(global system for mobile communications/general packet radio service/enhanced data rates for gsm evolution，gsm/gprs/edge)、宽带码分多址(wideband code division multiple access，wcdma)、cdma2000、全球移动通信系统(universal mobile telecommunications system，umts)、时分-同步码分多址(time division-synchronous code division multiple access，td-scdma)、长期演进技术(long term evolution，lte)、频分长期演进技术(frequency division-long term evolution，fd-lte)、时分长期演进技术(time division-long term evolution，td-lte)、imt-2020、wi-fi等。交换的数据可以是电路交换(circuit-switched，cs)或者是数据包交换(packet-switched，ps)数据，用于携带用户的语音信号。
28.进一步来说，使用者10在本实施例中通过无线耳机来获取移动电话130的数据。无线耳机是一对具有无线通信能力的装置，包含左无线耳机(left wireless earbud)110和右无线耳机(right wireless earbud)120，左无线耳机110与右无线耳机120之间并没有经由物理线互相连接。移动电话130与左无线耳机110之间以及移动电话130与右无线耳机120之间可使用无线通信协议传递携带用户的语音信号的数据包，例如蓝牙(bluetooth)的先进音频分配规格数据包(advanced audio distribution profile，a2dp packets)或低功耗音频(low energy，le audio)的蓝牙低功耗数据包(bluetooth low energy，ble packets)等。在另一些实施例中，移动电话130与左无线耳机110之间以及移动电话130与右无线耳机120之间也可使用wi-fi直连(wi-fi direct)等其他的点对点(peer-to-peer，p2p)无线通信协议，本发明并不因此受限。当移动电话130和远程的通信装置建立通话连接(call connection)时，左无线耳机110和右无线耳机120分别接收从移动电话130传来的下行数据包(downlink packets)140和150并在译码其中携带的语音数据之后进行播放。在理想的状况下，左无线耳机110和右无线耳机120接收到的语音数据是相同的单声道语音数据(mono speech data)。
29.左无线耳机110中可设置麦克风115，用于收集用户10的语音信号。在另一些实施例中，麦克风115可设置在右无线耳机120中，本发明并不因此受限。在通话连接时，左无线耳机110还启动麦克风115来搜集用户10的语音信号，并在编码后打包成上行数据包(uplink packets)160以传送到移动电话130，使得移动电话130接着能传送用户10的语音信号给远程的用户。
30.由于环境的干扰因素，从移动电话130传送到左无线耳机110或右无线耳机120的数据包可能丢失。所以，左无线耳机110或右无线耳机120可执行丢包补偿(packet loss concealment，plc)的算法，用于掩盖在无线数据传输中发生的数据包丢失的影响。
31.参考如图2所示的一些实施方式的框图，左无线耳机110包含从接收器(receiver，rx)240到扬声器250的下行语音处理路径。下行语音处理路径包含plc处理器210，用于从语音译码器(speech decoder)220接收译码后的语音数据，执行plc算法来补偿译码数据中因数据包丢失所遗失的数据，并且将补偿后的数据传送给rx语音数据处理器230。
32.为了能够清楚理解plc算法带来的效果，举例来说，参考图3，图3绘示了波形310及330，其分别表示plc处理器210补偿前及补偿后的信号。详言之，波形310表示plc处理器210
接收到的语音数据所对应的输出语音信号，其中在时间区间t30发生了数据包丢失的情形，造成在时间区间t30里几乎没有信号。波形330表示plc处理器210执行丢包补偿算法之后所输出的语音信号，其中在时间区间t30包含了补偿后的信号。
33.需注意的是，虽然丢包补偿算法能够对丢失的数据包的数据进行补偿，但受限于算法的效能，补偿后的数据包无法完全相同于丢失的信号。也就是说，波形330在时间区间t30内的补偿后的信号与在时间区间t30内所丢失的数据包的信号不会完全相同，这将导致使用者10的听感不佳，详细说明如下。
34.举例来说，参考图4，假设右无线耳机120并没有发生数据包丢失的情形，但左无线耳机110却发生了数据包丢失。波形410显示右无线耳机120的扬声器输出的语音信号。波形330显示plc处理器210执行丢包补偿算法之后由左无线耳机110的扬声器250输出的语音信号。波形430显示波形410和波形330之间的差值。由于左无线耳机110在时间区间t30补偿的数据通常不同于右无线耳机110在时间区间t30接收到的数据，所以如波形430所示，波形430在特定期间有相对显著的变化。据此，将造成使用者10的大脑发觉到左右耳听到了短暂不一致的声音而感受到啪啪啪的声响，让使用者10在通话时感到不舒服。
35.参考图5，图5的实施方式类似于图2的实施方式，差别在于，图5进一步绘示出右无线耳机120。此外，图5的左无线耳机110类似于图2的左无线耳机110，为了方便说明及标识之用，将图2的左无线耳机110的接收器240、语音译码器220、plc处理器210以及rx语音数据处理器230进行重新编号。
36.参考图5，左无线耳机110可包含下行语音处理路径，在其上依序设置接收器510、语音译码器520、plc处理器530、rx语音数据处理器540、数字模拟转换器(digital-to-analog converter，dac)550和放大器(amplifier，amp)560。接收器510、语音译码器520、plc处理器530、rx语音数据处理器540和数字模拟转换器550可整合在一个或多个集成电路(integrated circuit，ic)中。当移动电话130和远程的通信装置建立通话连接时，接收器510用于从移动电话130接收无线电信号，其中携带远程用户的语音信息的数据包。语音译码器520、plc处理器530和rx语音数据处理器540中的任何一个可使用专用数字电路实现，或者使用通用硬件(如数字信号处理器，digital signal processor，dsp)在加载和执行特定程序代码时实现。
37.语音译码器520可为蓝牙a2dp使用的改良式智能比特率控制(modified smart bitrate control，msbc)译码器，或低功耗音频(le audio)使用的低复杂度通信编译码器(low complexity communication codec，lc3)，用于从数据包中获取单声道串流(mono stream)，其取样频率可高达48khz。
38.plc处理器530可执行任何已知的算法，例如波形替代(waveform substitution)、以模式为基础的方法(model-based method)等，用于在数字通信中降低遗失数据包的实际影响。
39.rx语音数据处理器540可执行任何已知的算法，例如消噪(noise reduction，nr)、动态范围压缩(dynamic range compression，drc)等，用于提升通话质量。
40.数字模拟转换器550可将数字的单声道串流转换成模拟信号。
41.放大器560增加模拟信号的功率，并且驱动扬声器250发出声音，使得使用者10可通过左耳听见远程用户的语音信息。
42.右无线耳机120可包含下行语音处理路径，在其上依序设置接收器610、语音译码器620、plc处理器630、rx语音数据处理器640、数字模拟转换器650和放大器660，其结构、功能分别类似于组件510至560，为求简明不再赘述。接收器610、语音译码器620、plc处理器630、rx语音数据处理器640和数字模拟转换器650可整合在一个或多个集成电路中。因为右无线耳机120并没有设置麦克风，从放大器到传送器(transmitter，tx)的上行语音处理路径上的组件(参考图5中反斜杠填满的方块)是关闭的(disabled)。
43.然而，图5所示的实施方式将产生如上所述因plc算法运行时所产生的技术问题。为了解决以上所述的问题，本发明实施例提出一种应用在无线耳机中的通话质量改善装置，在一支无线耳机中的下行语音处理路径上加上反相器(inverter，inv)，用于产生与接收到的语音数据或信号完全反相的数据或信号，但在另一支无线耳机中的下行语音处理路径上却没有这样的反相器，使得在建立通话连接时，使用者10的左右耳会持续听到完全不同的语音信号，不会感受到啪啪啪的声响。
44.在一些实施例中，反相器设置在左无线耳机110的下行语音处理路径中的plc处理器530和放大器560之间。在反相器设置在右无线耳机120而非设置在左无线耳机110的实施例中，反相器设置在右无线耳机120的下行语音处理路径中的plc处理器630和放大器660之间。
45.在一些实施例中，参考图6，左无线耳机110可在下行语音处理路径中的rx语音数据处理器540和数字模拟转换器550之间设置反相器(inverter，inv)545，用于从rx语音数据处理器540接收改善后的语音数据(improved speech data)，将改善后的语音数据进行反相，并且输出反相后的数据到数字模拟转换器550，其中改善后的语音数据相关于补偿后的语音数据。但是，右无线耳机120的rx语音数据处理器640和数字模拟转换器650之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
46.在另一些实施例中，参考图7，左无线耳机110可在下行语音处理路径中的plc处理器530和rx语音数据处理器540之间设置反相器535，用于从plc处理器530接收补偿后的语音数据，将补偿后的语音数据进行反相，并且输出反相后的数据到rx语音数据处理器540。但是，右无线耳机120的plc处理器630和rx语音数据处理器640之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
47.在另一些实施例中，参考图8，左无线耳机110可在下行语音处理路径中的数字模拟转换器550和放大器560之间设置反相器555，用于从数字模拟转换器550接收模拟信号，将模拟信号进行反相，并且输出反相后的模拟信号到放大器560，其中模拟信号相关于补偿后的语音数据。但是，右无线耳机120的数字模拟转换器650和放大器660之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
48.在另一些实施例中，参考图9，右无线耳机120可在下行语音处理路径中的rx语音数据处理器640和数字模拟转换器650之间设置反相器645，用于从rx语音数据处理器640接收改善后的语音数据，将改善后的语音数据进行反相，并且输出反相后的数据到数字模拟转换器650。但是，左无线耳机110的rx语音数据处理器540和数字模拟转换器550之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
49.在另一些实施例中，参考图10，右无线耳机120可在下行语音处理路径中的plc处理器630和rx语音数据处理器640之间设置反相器635，用于从plc处理器630接收补偿后的
语音数据，将补偿后的语音数据进行反相，并且输出反相后的数据到rx语音数据处理器640。但是，左无线耳机110的plc处理器530和rx语音数据处理器540之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
50.在另一些实施例中，参考图11，右无线耳机120可在下行语音处理路径中的数字模拟转换器650和放大器660之间设置反相器655，用于从数字模拟转换器650接收模拟信号，将模拟信号进行反相，并且输出反相后的模拟信号到放大器660。但是，左无线耳机110的数字模拟转换器550和放大器560之间并没有任何具有反相功能的类似组件。
51.在一些实施例中，如上所述的反相器555或655可使用模拟电路实现。在另一些实施例中，如上所述的反相器535、545、635、645的功能可在dsp加载和执行特定程序代码时实现。
52.当数字语音数据经过如图6或图7中所示的反相器545或535处理后，或者当模拟语音信号经过如图8中所示的反相器555处理后，放大器560输出反相后的语音信号。当数字语音数据经过如图9或图10中所示的反相器645或635处理后，或者当模拟语音信号经过如图11中所示的反相器655处理后，放大器660输出反相后的语音信号。
53.举例来说，参考图12，在反相器只设置在左无线耳机110的实施例中，波形710显示右无线耳机120的放大器660所输出的没有经过反相的模拟信号，而波形730显示左无线耳机110的放大器560所输出的经过反相的模拟信号。又，在反相器只设置在右无线耳机120的实施例中，波形710显示左无线耳机110的放大器560所输出的没有经过反相的模拟信号，而波形730显示右无线耳机120的放大器660所输出的经过反相的模拟信号。
54.举例来说，参考图13，假设一支无线耳机(例如，左无线耳机110或右无线耳机120)并没有发生数据包丢失的情形，但其他无线耳机却发生了数据包丢失。波形810显示输出的原始语音信号。波形830显示执行丢包补偿算法之后所输出的语音信号。波形850显示波形810及830之间的差值。在波形810及830两者的振幅均显著变化的期间，波形850的振幅也显著变化，与图4的波形430不同。参回至图4，在波形410及330两者的振幅均显著变化的期间，波形430的对应振幅实质上持续地保持不变，并且只有在输出补偿数据包的期间(例如时间区间t30)有显著变化。再参回图8，相较于波形430，波形850所显示的波形810和波形830之间的信号差异一直是存在的。在这样的情况下，使用者10的两耳持续听到有差异的语音信号，并据此不会感受到啪啪啪的声响。此外，不管反相器是设置在发生数据包丢失的下行语音处理路径上还是设置在没有发生数据包丢失的下行语音处理路径上，用户都不会感受到啪啪啪的声响。
55.为了解决以上所述的问题，本发明实施例提出一种应用在无线耳机中的通话质量改善方法。参考图14，通话质量改善方法包括步骤s1410、s1420、s1430及s1440，其个别详细说明如下：
56.步骤s1410：移动电话130与远程通信装置建立通话连接。在移动电话130成功建立通话连接后，可发出信息给左无线耳机110和右无线耳机120，让左无线耳机110和右无线耳机120进入通话模式。一旦进入通话模式，左无线耳机110和右无线耳机120可配置其中的组件，让从移动电话130接收到的无线电信号中的数据进入下行语音处理路径以进行进一步的处理。
57.步骤s1420：左无线耳机110和右无线耳机120中的一支(也可称为第一无线耳机)
从移动电话130接收单声道语音串流，将第一无线耳机中的下行语音处理路径(也可称为第一下行语音处理路径)上的相应于单声道语音串流的语音数据或信号(也可称为第一语音数据或信号)进行反相。反相的技术细节可参考图5至图11的相关内容，为求简明不再赘述。
58.步骤s1430：其他无线耳机(也可称为第二无线耳机)从移动电话130接收相同的单声道语音串流，但不让第二无线耳机中的下行语音处理路径(也可称为第二下行语音处理路径)上的相应于单声道语音串流的语音数据或信号(也可称为第二语音数据或信号)进行反相。不反相的技术细节可参考图5至图11的相关内容，为求简明不再赘述。
59.如上所述的单声道语音串流携带在a2dp数据包或ble数据包中。
60.步骤s1440：移动电话130与远程通信装置解除通话连接。在移动电话130成功解除通话连接后，可发出信息给左无线耳机110和右无线耳机120，让左无线耳机110和右无线耳机120离开通话模式。
61.通过步骤s1420和s1430的执行可让扬声器250和270持续发出不同的语音信号，避免用户10因为plc算法的执行而感受到不舒服的啪啪啪声响。
62.本发明所述的方法中的全部或部分步骤可以由计算机程序实现，例如dsp程序代码。此外，也可实现于如上所示的其他类型程序。所属技术领域中的技术人员可将本发明实施例的方法撰写成程序代码，为求简明不再加以描述。依据本发明实施例方法实施的计算机程序可存储于适当的计算机可读取存储介质，例如dvd、cd-rom、u盘、硬盘，也可置于可通过网络(例如，互联网，或其他适当介质)存取的网络服务器。
63.虽然图6至图11中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加组件，以达成更佳的技术效果。此外，虽然图14的流程图采用指定的顺序来执行，但是在不违反发明精神的情况下，所属技术领域的技术人员可以在达到相同效果的前提下，修改这些步骤之间的顺序，所以，本发明并不局限于仅使用如上所述的顺序。此外，所属技术领域的技术人员也可以将若干步骤整合为一个步骤，或者是除了这些步骤外，循序或并行地执行更多步骤，本发明也不应因此而局限。
64.以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本技术的权利要求书所界定的范围为准。