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CN101410900A - 用于可佩戴装置的数据处理 - Google Patents

用于可佩戴装置的数据处理 Download PDF

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CN101410900A
CN101410900A CNA2007800105073A CN200780010507A CN101410900A CN 101410900 A CN101410900 A CN 101410900A CN A2007800105073 A CNA2007800105073 A CN A2007800105073A CN 200780010507 A CN200780010507 A CN 200780010507A CN 101410900 A CN101410900 A CN 101410900A
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CN
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wearing
wearable device
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CNA2007800105073A
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C·P·詹斯
V·P·E·德马尼特
J·L·伯格尔
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

一种处理用于可佩戴装置(100，110)的数据的设备(120)，设备(120)包括输入单元(122)，适于接收输入数据；装置(124，116，117)，用于生成被称为佩戴信息(WI)的信息，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置(100)已被佩戴；和处理单元(121)，适于基于所述佩戴信息(WI)处理输入数据，由此生成输出数据。

Description

用于可佩戴装置的数据处理
发明领域
本发明涉及用于处理用于可佩戴装置的数据的设备。
本发明还涉及一种可佩戴装置。
本发明进一步涉及处理用于可佩戴装置的数据的方法。
此外，本发明涉及一种程序单元和计算机可读介质。
发明背景
音频重放设备正在变得越来越重要。特别地，购买便携式和/或基于硬盘的音频播放器和其它类似的娱乐设备的用户数量不断增加。
GB2360182公开了一种立体声无线电接收器，其可以是蜂窝无线电话的一部分，并包括用于检测是单声道还是立体声输出设备，例如头戴式送受话器(headset)，连接至输出插孔的电路，并据此控制所接收到的信号的解调。如果检测到立体声头戴式送受话器，左和右信号经由左和右放大器被发送至头戴式送受话器各自的扬声器。如果检测到单声道头戴式送受话器，右和左信号仅经由右放大器被发送。
US2005/0063549公开了一种系统和方法，用于将非立体声的头戴式耳机(headphone)切换至立体声头戴式耳机，反之亦然。这样的系统和方法被用于使用非立体声和立体声音频二者的多功能电子设备中实现音频、视频、电话和/或其它功能。
然而，人类用户可以发现这些音频系统是不方便的。
发明目的和概述
本发明的一个目的是提供一种用户友好的设备，通过它能够实现有效的数据处理。
为了实现上面所表明的目的，提供了如在独立权利要求中所定义的一种用于处理用于可佩戴装置的数据的设备、一种可佩戴装置、一种处理用于可佩戴装置的数据的方法、一种程序单元、一种计算机可读介质。
在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于处理用于可佩戴装置的数据的设备，该设备包括适于接收输入数据的输入单元，用于生成被称为佩戴信息的信息的装置，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置已被佩戴，和处理单元，适于基于检测到的佩戴信息处理输入数据，由此生成输出数据。
在本发明的另一个实施方式中，提供了一种可佩戴装置，包括一种具有上述特征的用于处理数据的设备。
在本发明再另一个实施方式中，提供了一种处理用于可佩戴装置的数据的方法，该方法包括步骤：接收输入数据，生成被称为佩戴信息的信息，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置已被佩戴，并基于检测到的佩戴信息处理输入数据，由此生成输出数据。
在本发明进一步的实施方式中，提供了一种程序单元，当由处理器执行时，其适于控制或执行具有上述特征的处理用于可佩戴装置的数据的方法。
在本发明的又一个实施方式中，提供了一种计算机可读介质，其中存储有计算机程序，当由处理器执行时，该计算机程序适于控制或执行具有上述特征的处理用于可佩戴装置的数据的方法。
根据本发明实施方式的数据处理操作能够由计算机程序实现，即通过软件，或通过使用一个或多个专用电子优化电路，即以硬件，或以混合形式，即通过软件和硬件组件。
在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于可由人类用户佩戴的装置的数据处理器，其中佩戴状态以自动的方式可检测，可佩戴装置和/或数据处理器设备的操作模式能够根据检测佩戴状态的结果而被调整。因此，不需要用户手动调整可佩戴装置的操作模式以匹配相应的佩戴状态，这样的系统可以自动适配数据处理方案，以获得可佩戴装置合适的性能，特别是在当前的佩戴状态下。数据处理方案的适配特别地可以包括数据重放模式和/或数据记录模式的适配。
例如，当DJ使用头戴式耳机并从他的头上移除头戴式耳机中的一个时，这能够被检测到并且将被头戴式耳机重放的音频的再现模式能够从立体声模式被修改至单声道模式。
在另一个场景中，当人类用户操作作为可佩戴装置的按摩装置时，系统检测到用户需要使用按摩装置以按摩他的颈部时，相应的颈部按摩操作模式可以被自动地调整。另外，如果用户希望按摩他的头部，另一个头部按摩操作模式可以被据此调整。
术语“可佩戴装置”可以特别地表示适于与人类用户的身体一致地或相关联地操作的任何装置。特别地，一方面是用户身体或他的部分身体与另一方面是可佩戴装置之间的空间关系可以被检测，以调整合适的操作模式。可佩戴装置形状适于人类构造以由人类佩戴。
佩戴状态可以由任何适当的方法被检测到，取决于特定可佩戴装置。例如，为了检测头戴式耳机的耳罩(ear cup)是连接至人类用户的两个耳朵、一个耳朵还是没有连接至耳朵，温度传感器、光障传感器、接触传感器、红外传感器、声学传感器、相关传感器或类似装置可以被实现。还可能电子检测在可佩戴装置和用户身体之间的位置关系，例如，通过提供两个基本对称排列的麦克风和评估麦克风的输出信号。
在进一步的实施方式中，提供了适于佩戴再现设备的情况的信号处理。在这种情形中，可以提供一种听觉增强的方法，例如，在一个头戴式送受话器中，基于检测到佩戴状态。这可以包括佩戴模式(例如，没有、一个还是两个耳朵当前被用于听)的自动检测，并据此切换音频。有可能为了双耳机佩戴模式调整为立体声重放模式，为了单耳机佩戴模式调整为已处理的单声道重放模式，为了无耳机佩戴模式调整为切断重放模式。这个原理还可以被应用于其它身体佩戴致动器(actuator)，和/或具有多于两个信号通道的系统。
在进一步的实施方式中，提供了一种信号处理设备，其包括第一输入级用于接收输入信号，输出级，适于提供自输入信号导出的输出信号至头戴式耳机(或耳机)。第二输入级可以被提供并适于接收代表头戴式耳机的佩戴状态的信息。处理单元可以适于基于该佩戴信息处理输入信号以提供所述输出信号。
适于佩戴再现设备的情况的信号处理由此可以使得可能。本发明的一个实施方式应用于头戴式送受话器或耳机组(earset)(分别是头戴式耳机或耳机)，其装配有佩戴检测系统，其能够告知设备被置于两个耳朵上、只有一个耳朵上还是没有置于耳朵上。本发明的一个实施方式特别地应用于自动混音特性，当设备被只用于一个耳朵时(例如，单声道混合而不是立体声、响度改变、特定均衡曲线等)。本发明的实施方式涉及处理其它信号，例如，触觉类型，和其它设备，例如，身体佩戴致动器。
一些用户使用他们的耳机/耳机组/头戴式耳机/头戴式送受话器以使用一个耳朵代替两个来听立体声音频内容。例如，许多耳机/耳机组用户只使用一个耳朵听立体声音频内容，而使其它耳朵空着以能够例如对话、听他们的移动电话铃声等。
只使用一个耳朵听立体声内容也是DJ头戴式耳机常见的情况，例如，其经常通过转动耳贝(ear-shell)部分(未使用的耳贝的背面在用户的头或耳朵上)提供只使用一个耳朵的可能性。
当只有头戴式送受话器的一个耳朵被用于再现立体声信号时，其中左声道的内容不同于右声道的内容，本发明的实施方式可以解决在传统实施方式中可能发生的部分内容没有被用户听到的问题。在本发明的一个实施方式中，操作模式的这种改变(即当用户移除一个耳罩时)可以被自动地检测到，信号处理可以被调整以避免这个问题。
因此，根据本发明的一个实施方式，可以提供自动立体声/单声道开关，这样用户(DJ)在他只使用一个耳朵时能够设置他的头戴式耳机为单声道。
这样的实施方式与传统的方式(例如，具有手动单声道/立体声开关的AKG DJ头戴式耳机)相比是有利的。与传统的方式相比较，根据本发明的实施方式，用于执行额外动作的这种开关因此能够被免除。因此，佩戴模式的自动检测和装置性能的相应适配可以改善用户友好性。
此外，人类听觉系统对不同频率声音的灵敏度在两个耳朵或只有一个耳朵受到声音刺激时是有所不同的。例如，当只有一个耳朵受到声音刺激时，对低频的灵敏度降低。当用户将操作模式从双耳操作改变至单耳或无耳操作，将被重放的音频的频率分布可以被适配或修改以考虑改变后的操作模式。因此其可以避免当只使用一个耳朵时，音乐再现的保真度受到影响(例如，由于缺少低音)。
在本发明的一个实施方式中，声音可以被处理以在所有收听情况(两个耳朵或只有一个耳朵)中增强声音体验，此外其基于佩戴检测系统的输出自动地完成。
其优势在于，在所有情况中(例如，当使用两个耳朵时的立体声，和当只使用一个耳朵时的单声道下混合)都可以获得最好的或改进的听觉体验。头戴式耳机可以适于用户佩戴风格，以增强听觉体验。此外，由于结合了佩戴检测系统，不需要用户交互作用。声音被自动地调整为适于该设备的佩戴风格(一个耳朵或两个耳朵)。
在本发明进一步的实施方式中，音频信号可以根据可佩戴装置的佩戴状态而被调整。然而，还可能适合其它信号类型，例如，触觉(接触)信号，例如用于配置有振动设备的头戴式耳机。还可能将本发明的实施方式与无论是对于信号还是设备的一个、两个或多于两个信号通道(例如，音频通道)一起使用。例如，音频环绕系统可以根据用户佩戴状态而被调整。本发明的实施方式还可以被实现在头戴式耳机之外的设备和类似设备中(例如，带有多个致动器用于按摩的设备)。
例如，本发明实施方式的应用领域是声音附件(例如，以无源或有源实现的，或以模拟或数字实现的头戴式耳机、耳机、头戴式送受话器、耳机组)。
此外，声音播放设备，诸如移动电话、音乐和A/V播放器等可以被配置该实施方式。
还可能在身体相关设备的环境中实现本发明的实施方式，诸如按摩、健康或游戏设备。
在本发明的另一个实施方式中，提供了与耳罩移除检测相通信的立体声头戴式送受话器。在这样的配置中，例如，在使用两个麦克风的立体声头戴式耳机中，可以执行自适应的波束成形(beam-forming)。这种方法可以包括耳罩移除的检测，通过检测关于通道间延迟时间的冲激响应峰值的位置。此外，如果两个麦克风都在适当的位置，有可能通过波束成形器切换来自麦克风的音频，或者如果一个耳罩被从耳朵上移除，旁路波束成形器，以进行单通道处理。
音频处理设备的一个实施方式包括第一输入信号，用于接收第一(例如，左)麦克风信号，其包括第一期望信号和第一噪声信号。可以提供第二信号输入端用于接收第二(例如，右)麦克风信号，其包括第二期望信号和第二噪声信号。可以提供检测单元，该检测单元适于基于第一和第二麦克风信号相对于彼此的改变和基于在第一和第二麦克风信号之间相似性的总量来提供检测信息。
检测单元的实施方式可以适配为自适应滤波器，其适于基于冲激响应分析而提供检测信息。
在本发明的另一个实施方式中，音频处理设备可以包括波束成形单元，适于基于第一和第二麦克风信号而提供波束成形信号。进一步的信号处理可以基于由检测单元提供的检测信息。
音频处理设备可以适配为语音通信设备，附加地包括第一麦克风用于提供第一麦克风信号和第二麦克风用于提供第二麦克风信号。
应用于语音通信的立体声头戴式耳机的一个耳罩的移除可以被检测到，一种算法可以自动地切换至单通道语音增强。
这样的处理系统的实施方式可以被用在用于语音通信的立体声头戴式耳机应用。
因此，根据一个实施方式，提供了一种立体声头戴式送受话器，用于与耳罩移除的检测相通信。在这个环境中，可以提供波束成形器，用于在每个耳罩上配置有麦克风的立体声的头戴式送受话器，更特定地，其处理当其中一个耳罩从耳朵上被移除时出现的问题。如果没有采取预防，期望的语音将被认为是不需要的干扰并将被抑制。在根据本实施方式的解决方案中，耳罩的移除可以被检测到并且算法可以自动地切换至单通道语音增强。
本发明和用于处理用于可佩戴装置的数据的设备的进一步的实施方式，在下文中将通过例子而被解释。然而，这些实施方式还适用于可佩戴装置、处理用于可佩戴装置的数据的方法、程序单元和计算机可读介质。
输入单元可以适于接收一组数据中的至少一种数据作为输入数据，该组包括音频数据、声学数据、视频数据、图像数据、触觉数据、触知数据和振动数据。换句话说，将根据本发明的实施方式被处理的输入数据可以是音频数据，诸如音乐数据或语音数据。这些可以被存储在诸如CD、DVD或硬盘的存储介质中，或者由麦克风捕获，例如，当必须处理语音信号时。其它来源的数据也可以根据本发明的实施方式被处理，与装置的佩戴状态相一致。例如，两个耳朵耦合在头戴式耳机上与只有一个耳朵耦合在头戴式耳机上的情况相比较，当来电时振动的移动电话的头戴式送受话器可以被适配为以不同的方式操作。例如，当头戴式耳机只覆盖一个耳朵时，信号的强度可以增加，而且没有在用户另一个耳朵上的头戴式耳机可以防止振动。按摩装置是其中使用触觉或触知数据的例子。
设备可以包括输出单元，适于提供生成的输出数据。通过根据检测到的佩戴信息而处理输入数据以获取输出数据可以是经由头戴式送受话器的扬声器输出的音频数据。该输出数据还可以是诱导振动信号或触觉特征。还可以输出嗅觉数据。
输出单元可以被适配为再现单元，用于再现生成的输出数据。在音频数据要被处理的情况中，再现单元可以是扬声器或者其它音频再现元件。
检测单元可以适于检测一组佩戴信息中的至少一种分量，该组包括：人类用户将几个耳朵用于可佩戴设备，人类用户的哪个或哪些身体部分使用可佩戴设备，和一个耳罩是否从用户头上移除。例如，当用户(像DJ)从他的耳朵上摘下头戴式耳机时，这种佩戴状态的改变可以通过温度、压力、红外线或信号相关传感器而被检测到，并且重放模式据此而改变。当设备是按摩装置时，按摩操作模式可以被调整以相应于人类用户耦合至按摩装置的身体部分。在人类用户和按摩装置之间的这种耦合可以被看作装置被用户“佩戴”。
检测单元可以适于自动地检测信息，该信息指示可佩戴装置的佩戴状态。因此，检测可以无需任何用户交互地被执行，这样用户能够专注于其它活动并且不必使用开关以手动地输入佩戴信息。然而，自动检测之外，用户还可以手动地提炼佩戴信息。
当检测到人类用户使用两个耳朵带有可佩戴设备时，处理单元可以适于生成作为立体声数据的输出数据。附加地或可替换地，当检测到人类用户使用一个耳朵带有可佩戴设备时，处理单元可以适于生成作为单声道数据的输出数据。附加地或可替换地，当检测到人类用户没有耳朵带有可佩戴设备时，处理单元可以适于完全不生成输出数据。
在默认模式中，设备可以输出立体声，并只有在检测到只有单个耳朵被使用时，可以发生到单声道重放的切换。可替换地，默认模式可以是单声道重放模式，只有当检测到两个耳朵都被使用时，可以发生到立体声的切换。通过采取这些测量，可以保证在一个耳朵的模式中，没有可知觉信号由于立体模式而丢失。类似地，在两个耳朵的模式中，可以保证完整的立体声信息被提供给人类听众。
当检测到人类用户使用至少预定数量的耳朵带有可佩戴设备时，处理单元可以适于生成作为多通道数据的输出数据，该多通道数据包括至少三个通道。例如，除了音频通道，该多通道系统可以使用图像或光信息，或嗅觉信息。同样，音频环绕系统(例如，其可以使用六个通道)可以通过多于两个通道来实现。
处理单元可以适于生成作为输入数据的音频混合的输出数据，基于检测到的用户带有可佩戴设备的耳朵的数量。这可以改善音频性能。
该设备可以包括一个或多个，特别是两个麦克风，适于接收音频信号，特别是佩戴该设备的用户的语音信号，作为输入数据。在音频信号之间的相关可以用作为佩戴信息的基础。
更特别地，该设备可以包括两个相对于音频源基本对称排列的麦克风(例如，位于头戴式耳机的两个耳罩内或上面，因此对于人类用户的嘴部是对称的，人类用户的口作为“发出”语音的声音源)。这两个麦克风可以适于接收音频信号作为由音频源发出的输入数据，其中在音频信号之间的相关可以作为佩戴信息的基础。在这样的场景中，两个麦克风可以检测例如人类用户的语音，人类用户的口与两个麦克风距离相等。这个语音可以被检测为输入音频数据。此外，这些音频数据相对于彼此的相关可以被检测到并用作关于两个耳朵或者只有一个耳朵被使用的信息。
检测单元可以包括自适应滤波器单元，适于基于对两个麦克风所接收到的音频数据的冲激响应分析而检测佩戴信息。该检测机制可以允许高精度地检测佩戴状态。
处理单元可以包括波束成形单元，适于基于两个麦克风所接收到的音频数据而提供波束成形数据。换句话说，接收到的语音可以根据自同样数据导出的佩戴信息而被使用和处理，因此允许考虑检测到的语音和佩戴情况二者来整形输出波束。
现在将解释可佩戴装置进一步的实施方式。然而，这些实施方式也应用于处理用于可佩戴装置的数据的设备、处理用于可佩戴装置的数据的方法、计算机可读介质和程序单元。
可佩戴装置可以实现为便携式设备，更特别地作为身体佩戴设备。因此，该装置可以根据人类用户身体位置或安排而被使用。
可佩戴装置可以实现为GSM设备、头戴式耳机、DJ头戴式耳机、耳机、头戴式送受话器、耳塞(earpiece)、耳机组、身体佩戴致动器、游戏设备、膝上型电脑、便携式音频播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、互联网无线电设备、公共娱乐设备、MP3播放器、高保真系统、车载娱乐设备、汽车娱乐设备、便携式视频播放器、移动电话、医学通信系统、身体佩戴设备、健康设备、按摩设备、语音通信设备和听觉辅助设备。“汽车娱乐设备”可以是用于汽车的高保真系统。
然而，虽然根据本发明实施方式的系统主要意图改善语音、声音或音频数据的重放或记录，但是它还可能应用系统于音频和视频数据的组合。例如，本发明的实施方式可以视听应用的形式而实现，诸如其中使用扬声器的视频播放器或家庭影院系统。
设备可以包括音频再现单元，诸如扬声器、耳塞或头戴式送受话器。在音频设备的音频处理组件和这种再现单元之间的通信可以有线方式(例如，使用线缆)或无线方式(例如，经由WLAN、红外线通信或蓝牙)而执行。
本发明的这些和其它方面从下面描述的实施方式中变得明显，并且将参照下面描述的实施方式而被阐明。
附图简述
在图中，
图1示出了根据本发明的可佩戴装置的实施方式。
图2示出了根据本发明的数据处理设备的实施方式。
图3是两个麦克风的噪声抑制系统的框图。
图4示出了单个自适应滤波器，以根据本发明的实施方式检测耳罩移除。
图5示出了带有两个自适应滤波器的配置，用于根据本发明的实施方式检测耳罩移除。
图6示出了带有单个自适应滤波器的噪声抑制器，用于根据本发明的实施方式的耳罩移除检测。
图7示出了带有两个自适应滤波器的噪声抑制器，用于根据本发明的实施方式的耳罩移除检测。
具体实施方式详述
在图中的图示是示意性的。在不同的图中，类似或相同的部件由相同的参考数字所表示。
现在将参照图1描述根据本发明的可佩戴装置100的实施方式。
在这个情形中，可佩戴装置100适配为头戴式耳机，包括支撑架111、左耳塞112和右耳塞113。左耳塞112包括左扬声器114和佩戴状态检测器116；右耳塞113包括右扬声器115和佩戴状态检测器117。可佩戴装置100进一步包括根据本发明的数据处理设备120。
数据处理设备120包括中央处理单元121(CPU)作为控制单元，硬盘122，其中存储有多个音频项目(例如，音乐歌曲)，输入/输出单元123，其还可以被表示为供用户操作设备的用户接口单元，和检测接口124，适于接收传感器信息以生成指示可佩戴装置100被佩戴的状态(在下文中被称为佩戴状态)的信息。
CPU 121耦合至扬声器114、115、检测接口124、硬盘122和用户接口123，以协调这些组件的功能。此外，检测接口124耦合至佩戴状态检测器116、117。
用户接口123包括诸如液晶显示器之类的显示设和输入部件，诸如键盘、操纵杆、轨迹球、触摸屏或语音识别系统的麦克风。
硬盘122作为输入单元或源，用于接收或提供输入音频数据，也就是将由头戴式耳机的扬声器114、115所再现的数据。从硬盘122传输音频数据至CPU 121以进一步处理，这是在CPU 121的控制下和/或基于用户经由用户接口123输入的命令而实现的。
佩戴状态检测器116、117生成检测信息，其指示用户是否在他头上带有头戴式耳机，和是一个还是两个耳朵对准耳塞112、113。检测器单元116、117可以基于温度传感器检测这种状态，因为在用户带上或没有带上头戴式耳机时耳塞112、113温度有所不同。可替换地，检测信号可以是从语音或从环境获取的声学检测信号，这样在这些信号之间的相关可以由CPU 121评估以导出佩戴状态。
CPU 121根据检测到的佩戴状态处理将被再现的音频数据，以生成可再现的音频信号，其将由扬声器114、115根据现在的佩戴状态再现。
例如，当用户只有一个耳朵使用头戴式耳机时，单声道再现模式可以被调整。当两个耳朵都被使用时，立体声再现模式可以被调整。
现在将参照图2描述根据本发明的数据处理设备200的实施方式。
数据处理设备200可以与可佩戴装置(类似于图1所示出的那一个)相连接地使用。
如能够从图2的一般系统框图所看出的，音频信号源122输出左耳信号201和右耳信号202，并将这些信号提供给处理块121。头戴式耳机110的佩戴检测机制116、117提供左耳佩戴检测信号203和右耳佩戴检测信号204给CPU 121。CPU 121根据左耳佩戴检测信号203和右耳佩戴检测信号204处理音频信号源122发出的音频信号201、202，以生成左耳再现信号205和右耳再现信号206。该再现信号205、206被提供给头戴式耳机110(或者耳机或头戴式送受话器或耳机组)用于可听到的再现。
因此，图2的音频数据处理设备200使用来自检测机制116、117的佩戴信息作为输入，以能够区别没有、一个或两个耳朵用于收听。此外，作为另一个输入信号，音频信号201、202预定将被直接发送至头戴式耳机110。向头戴式耳机110输出的信号被提供(带有或不带有可选的输出放大器级)以提供可再现的音频信号205、206。
下文中将参照图2所示的一般结构描述两个实施方式。
第一实施方式涉及移动电话或便携式音乐播放器。有源的数字信号处理被包括在播放设备中。处理块在下面的表1中被描述。
表1
根据上表的“已处理单声道”信号例如是：
-左信号和右信号相加(总和)
-与立体声收听电平相比较的10dB电平(以自动地调整为用户想要保持注意并能够与其他人通信的情形)
-与立体声收听情况相比较的低音增强(以补偿在只有一个耳朵接收声音时对低音的灵敏度缺乏)。
未佩戴耳机的声音被切断，以减少对相邻人员的噪声烦恼。
第二实施方式涉及DJ头戴式耳机。
可以被包括在头戴式耳机中的模拟电路(线上所附控制盒，或者包括在耳贝中的电子设备)只有在两个耳朵都被用于收听时将声音切换至立体声：
细节可以从下面的表2中得到：
表2
以这种方式，一直有单声道声音从两个耳贝中输出(一直准备收听正在播放的，即使只是拿起一个耳贝和松散地把它放在耳朵上一秒)。这些头戴式耳机只在佩戴情况符合时切换至立体声。
现在将参照图3至7描述进一步的实施方式，其涉及与耳罩移除的检测相通信的立体声头戴式送受话器。
无线蓝牙头戴式送受话器变得越来越小并且越来越多地经由配置有蓝牙连接的便携电话而用于语音通信。麦克风吊杆几乎一直被用于第一种可得到的产品中，带有靠近嘴部的麦克风，以获得好的信噪比(SNR)。因为容易使用，可以设想麦克风吊杆变得越来越小。因为在麦克风和用户嘴部之间更大的距离，SNR降低并且数字信号处理被用于降低噪声并去除回声。进一步的步骤是使用两个麦克风并做进一步的处理。作为Life VibesTM语音公文包的一部分，菲利普(Philips)使用噪声避免算法，其使用两个麦克风并提供使用波束成形的(非)固定噪声抑制。该噪声避免算法在下文中将被用作自适应波束成形器的例子，但是本发明的实施方式能够使用任何其它的波束成形器，固定的或者自适应的。
基于噪声避免算法的系统的框图在图3中被描述，并将针对带有设置在耳塞上的吊杆上的两个麦克风的头戴式送受话器场景进行说明。
图3示出了设备300，其包括自适应波束成形器301a和后处理器302。主麦克风303(最靠近用户嘴部的那个)适于提供第一麦克风信号u1给自适应波束成形器301a，第二麦克风304适于提供第二麦克风通道u2给自适应波束成形器301a。信号z和x1由自适应波束成形器301a生成并被提供给后处理器302的输入，以基于输入信号z和x1生成输出信号y。波束成形器301a基于自适应滤波器并对于每个麦克风输入u1、u2都具有一个自适应滤波器。使用的自适应波束成形算法在EP0,954,850中被描述。自适应波束成形器以这样的方式被设计：在初始收敛后，它提供输出信号z，该信号包括由麦克风303、304拾取的期望语音和不需要的噪声，还提供输出信号x1，其中存在由麦克风拾取的固定和非固定的背景噪声，并且其中期望的近端语音被阻碍。然后信号x1用作为在后处理器302中用于谱噪声抑制的噪声参考。
只当所谓的“在束(in-beam)检测”结果适用时，自适应波束成形器系数被更新。这意味着近端扬声器是起作用的并且束内对话，该波束是由麦克风303、304和自适应波束成形器301a的组合系统而做出。好的在束检测如下给出：当下面的两个条件满足时，它的输出适用：
Pu1＞α*Pu2
Pz＞β*C*Px1
此处，Pu1和Pu2是两个麦克风信号各自的短期能量，α是正数常量(典型地为1.6)，β是另一个小的正数常量(典型地为2.0)，Pz和Px1分别是信号u1和u2的短期能量，CPx1是估计的在z中(非)固定噪声的短期能量，带有C作为相干项。这个相干项通过在z中固定噪声分量的短期能量被在x1中固定噪声分量的短期能量除而估计出。上面两个条件中的第一个反映在两个麦克风303、304之间的语音电平差，其能够从两个麦克风303、304和用户嘴部之间的距离差异而预料。上面两个条件中的第二个需要关于x的语音超过背景噪声足够的程度。
在图3中描述的后处理器302可以基于谱相减技术，如在1979年4月，IEEETrans.Acoustics，Speech and Signal Processing(语音和信号处理)，第27卷，第113至120页，S.F.Boll的“Suppression of Acoustic Noise in Speechusing Spectral Subtraction(在语音中使用频谱相减的音响噪音抑制)”中和1984年12月，IEEE Trans.Acoustics，Speech and Signal Processing(语音和信号处理)，第32卷，第1109至1121页，Y.Ephraim和D.Malah的“Speechenhancement using a minimum mean-square error short-time spectralamplitude estimator(使用最小均方误差短时频谱放大估计器的语音增强)”中所解释的。这些技术可以使用如在US6,546,099中描述的外部噪声参考输入而扩展。
采取参考信号作为用于(非)固定背景噪声x1和信号z的输入，信号z包括所需要的语音以及加性的不需要的(非)固定背景噪声。输入信号采样在帧基础上加汉宁窗(Hanning-windowed)，并接下来通过FFT(快速傅立叶变换)被变换至频域。两个获取的(复值)频谱被表示为Z(f)和X1(f)，它们的频谱幅度被表示为|Z(f)|和|X1(f)|。此处，f是FFT结果的频率索引。在内部，后处理器302通过频谱最小量搜索(其在1994年9月，Signal Processing VII，Proc.EUSIPCO，Edinburgh(Scotland，UK)，第1182至1185页，R.Martin的“Spectralsubtraction based on minimum statistics(基于最小量统计的频谱相减)”中被解释)从|Z(f)|计算背景噪声频谱的固定部分，其被表示为|N(f)|。使用|Y(f)|作为它的输出的幅度频谱，后处理器302应用下面的频谱相减规则至z1：
|Y(f)|＝|Z(f)|-γ2χ(f)|X1(f)|-γ1|N(f)|
γ是所谓的过减参数(over-subtraction parameters)(典型地使用1和3之间的值)，γ1是用于固定噪声的过减参数，γ2是非固定噪声的过减参数。项χ(f)是频率相关的修正项，其只选择|X1(f)|的非固定部分，这样固定噪声只被减去一次(即只有|N(f)|)。为了计算χ(f)，对于|X1(f)|产生它的固定部分|N(f)|，需要附加的频谱最小量检索，从而χ(f)通过下式被给出：
χ ( f ) = | X 1 ( f ) | - | N 1 ( f ) | | X 1 ( f ) |
可替换地，为了简化的原因，有可能设置γ1为0(能够避免|N(f)|的计算)，并且χ(f)为1。以这种方式，也可以抑制固定和非固定的噪声分量。遵循用于计算|Y(f)|的等式的原因是为了对于固定噪声部分和非固定噪声部分具有不同的过减参数。
简单地，z的未改变相位被采用为输出频谱的相位。最终，具有改善的SNR的时域输出信号y从它的复数频谱中被构造，使用公知的交迭重构算法(诸如，例如在上面提到的S.F.Boll的文档中)。
然而，当麦克风303、304被非常近地放置在一起时，波束成形器301a的健壮性开始降低。首先，在麦克风能量Pu1和Pu2之间的语音电平差变得微不足道并且不再可能使用上面的公式Pu1＞α*Pu2。公式Pz＞β*C*Px1也变得不可靠，因为相干函数C对于较低的中频变得更大。如果波束成形器301a没有很好地收敛，在噪声参考信号中的语音泄露引起条件为假，将不再更新自适应波束成形器301a。
解决这些问题的一个方式是将麦克风置于每个耳罩上。在麦克风303、304之间的距离将是大的(典型地为17cm)并且相干函数C在大的频率范围内将是小的(近似为1)。从而公式Pz＞βCPx1能够被用作可靠的在束检测器。
试验已经显示，这个麦克风定位和在图3中示出的波束成形器301a产生好的和健壮的结果，如果两个耳罩都保持位于耳朵上的话。当耳罩中的一个被移除(这是当期望的说话者想要听另一个人，例如在相同房间内的人时可能发生的一个情况)，期望的说话者的语音将被抑制。原因是波束成形器301a不适于语音，在波束成形器301a的参考信号中的语音泄露引起更新停止(在束检测的条件2为假)，这将导致后处理器302抑制语音(参见上面用于计算|Y(f)|的等式)。为了解决这个，检测耳罩移除，在那种情况中旁路波束成形器并以一个通道模式继续可以是有优势的。
上面描述的检测耳罩移除的任务的解决方案将在下文中提出。
这个检测是基于下面的认识。近端扬声器相对接近于麦克风303、304，它们位于相对于所需要的扬声器对称的位置。这意味着麦克风信号对于语音将具有大的相干性，并且将近似相等。对于噪声，在两个麦克风信号之间的相干性将小得多。
这能够通过在两个麦克风303、304之间放置自适应滤波器而利用，如在图4的设备400中所描述的。
图4示出了用于检测耳罩移除的单个自适应滤波器401。
麦克风304信号u2被延迟Δ个采样，Δ典型地是自适应滤波器401的系数数目的一半，其中冲激响应hu1u2(n)范围从0至N-1。延迟单元被表示为参考数字402；组合单元被表示为参考数字403。当所需要的扬声器是起作用时，hu1u2(Δ)将是大的。甚至在噪声环境中它典型地将大于0.3。当所需要的扬声器没有起作用时(较长的时间)，hu1u2(Δ)将变得小于0.3。更一般地，对于噪声信号(除了源自非常近的噪声源的那些)，对于在范围0，...，N-1中的所有n，hu1u2(n)将小于0.3。
当耳罩中的一个被移除时，并且当假设移除的耳罩仍然相当接近时，有可能在冲激响应hu1u2(n)中看到大于0.3的峰值，但是现在位于不同于Δ的位置。对于噪声信号它仍然保持对于所有系数都没有大于0.3的峰值，再次除了源自非常近的噪声源的那些。因此用于检测耳罩移除的算法包括下面的步骤(使用典型地为0.3的峰值检测)：
如果(峰值＞峰值检测)并且(峰值位置＝Δ)，则两个耳罩都在耳朵上。
如果(峰值＞峰值检测)并且(峰值位置≠Δ±1)，则耳罩中的一个已经被移除。
如果没有峰值大于峰值检测，则所需要的扬声器不起作用并且不需要改变检测状态。
如果检测到耳罩中的一个已经被移除并且假设从所需要的说话者的嘴部到移除的耳罩之间的距离大于保持在耳朵上的耳罩的距离，方便地从峰值的位置决定左或者右耳罩已经被移除。
参照图4，当左耳罩被移除时，冲激响应hu1u2(n)中的峰值将被检测到在n＝Δ的左边，当右耳罩被移除时，峰值将在n＝Δ的右边，因为自适应滤波器401试图补偿由耳罩移除所引入的(额外)延时。
在这个设置中，当左耳罩被移除时与右耳罩被移除的情况相比，峰值的大小通常是不同的。例如，在图4中如果假设左耳罩已经被移除并且麦克风的语音电平低于剩下的耳罩的语音电平，则峰值将会是大的，因为自适应滤波器401的输入与所需要的信号相比是低的。在相反的情况中，右耳罩已经被移除并且假设右耳罩的语音电平(自适应滤波器所需要的信号)与左耳罩(自适应滤波器401的输入信号)相比是低的，则峰值将会是小的。这种不对称可以通过使用带有不同相减点的相同长度的两个自适应滤波器而被很好地解决，如在图5中所示的。
图5示出了具有第一自适应滤波器401和第二自适应滤波器501的设备500。
在这个设置中，当左耳罩被移除时与右耳罩被移除的情况相比，峰值的大小通常是不同的。例如，在图4中如果假设左耳罩已经被移除并且麦克风的语音电平低于剩下的耳罩的语音电平，则峰值将会是大的，因为自适应滤波器401的输入与所需要的信号相比是低的。在相反的情况中，右耳罩已经被移除并且假设右耳罩的语音电平(自适应滤波器401所需要的信号)与左耳罩(自适应滤波器的输入信号)相比是低的，则峰值将会是小的。
如在图5中所示的使用带有不同相减点的相同长度的两个自适应滤波器401、501能够解决这种不对称。
一个组合的冲激响应源自各自的冲激响应hu1u2(n)和hu2u1(n)：
h(n)＝hu1u2(n)+hu2u1(N-n)
在这个方程式中，N是奇数，n范围从0至N-1。耳罩移除的检测和左还是右耳罩已经被移除的检测类似于单个自适应滤波器情况，但是对于左和右耳罩移除的情形现在是相同的。
现在将参照图6描述根据本发明的处理设备600的实施方式。
除了上面已经被描述的特征之外，提供了检测单元601a。此外，数字“1”、“2”和“3”被使用，它们涉及不同的耳罩状态。数字“1”可以表示两个耳罩都在上面，数字“2”可以表示左耳罩被移除，数字“3”可以表示右耳罩被移除。
因此数据处理设备600是使用单个自适应滤波器401的算法的例子。
图7的数据处理设备700示出了其中实现两个自适应滤波器401、501的实施方式。
在两种情况中，即在图6和图7中，滤波器系数被发送至检测单元601a，其指示是否两个耳罩都在耳朵上(模式1)，或者是左耳罩已经被移除(模式2)还是右耳罩已经被移除(模式3)。在这种情况中，波束成形取决于佩戴信息(WI)。如果没有耳罩被移除，开关S1、S2、S3和S4在位置1，波束成形器301a将是完全地可操作。如果检测到左或右耳罩已经被移除，另一个耳罩的信号被直接馈入至后处理器302，并在那种情况中只有固定噪声抑制将发生(就是说，在上面用于计算|Y(f)|的等式中，项γ2χ(f)|X1(f)|将为0)。如果用户偶然地交换左和右耳罩，性能不会改变。
图6和7的实施方式应用的领域例如是用于语音通信的立体声头戴式耳机应用。
应当注意到词语“包括”和它的变型的使用不排除其它组件或特征，冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。与不同实施方式关联描述的组件也可以被组合。
还应当注意在权利要求中的参考符号不应当被解释成对权利要求范围的限制。

Claims (22)

1.一种用于处理用于可佩戴装置(100，110)的数据的设备(120)，该设备(120)包括：
输入单元(122)，适于接收输入数据；
用于生成被称为佩戴信息(WI)的信息的装置(124)，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置(100)被佩戴；和
处理单元(121)，适于基于所述佩戴信息(WI)处理输入数据，由此生成输出数据。
2.根据权利要求1的设备(120)，
其中输入单元(122)适于接收一组数据中的至少一个作为输入数据，该组数据包括音频数据、声学数据、语音数据、音乐数据、视频数据、图像数据、触觉数据、触知数据和振动数据。
3.根据权利要求1的设备(120)，
包括输出单元，适于提供生成的输出数据。
4.根据权利要求3的设备(120)，
其中，输出单元适于作为再现单元(114，115)，用于再现生成的输出数据。
5.根据权利要求1的设备(120)，
其中，用于生成佩戴信息的装置(124)适于生成一组佩戴信息中的至少一个分量，该组包括：人类用户的几个耳朵使用可佩戴装置(100，110)，人类用户的哪个或哪些身体部分使用可佩戴装置(100)，可佩戴装置(100)的耳罩(112，113)是否从用户头上移除。
6.根据权利要求1的设备(120)，
其中，用于生成佩戴信息的装置(124)适于从检测单元(116，117)接收传感器信息，该检测单元适于自动地检测可佩戴装置(100)的佩戴状态。
7.根据权利要求1的设备(120)，
其中，用于生成佩戴信息的装置(124)适于从检测单元(116，117)接收传感器信息，该检测单元适于检测佩戴信息，其指示可佩戴装置(100，110)的用户控制的佩戴状态。
8.根据权利要求1的设备(120)，
其中，处理单元(121)适于，当检测到人类用户使用两个耳朵带有可佩戴设备(100，110)时，生成作为立体声数据的输出数据，当检测到人类用户只使用一个耳朵带有可佩戴设备(100，110)时，生成作为单声道数据的输出数据，当检测到人类用户没有使用耳朵带有可佩戴设备(100，110)时，不生成输出数据。
9.根据权利要求1的设备(120)，
其中，当检测到人类用户使用至少预定数量的耳朵带有可佩戴设备(100，110)时，处理单元(121)适于生成作为多通道数据的输出数据，该多通道数据包括至少三个通道。
10.根据权利要求1的设备(120)，
其中，处理单元(121)适于基于检测到的用户带有可佩戴设备(100)的耳朵的数量而生成作为输入数据的音频混合的输出数据。
11.根据权利要求1的设备(120)
其中，输入单元(301)适于接收音频信号(u1，u2)，特别地是语音信号，其中在音频信号(u1，u2)之间的相关用作为生成佩戴信息(WI)的基础。
12.根据权利要求11的设备(120)，
包括相对于音频源对称排列的两个或多个麦克风(303，304)，该麦克风适于提供由音频源发出的音频信号(u1，u2)。
13.根据权利要求11或12的设备(600，700)，
其中，用于生成佩戴信息的装置(601)适于基于对所接收的音频信号(u1，u2)的冲激响应分析而生成佩戴信息(WI)。
14.根据权利要求13的设备(600，700)，
其中，对所接收的音频信号(u1，u2)的冲激响应分析基于应用于音频信号(u1，u2)的至少一个自适应滤波器单元(401)的输出信号。
15.根据权利要求11至14中任意一个的设备(600，700)，
其中，处理单元(301)包括波束成形单元(301a)，适于基于所接收的音频信号(u1，u2)而提供波束成形数据。
16.根据权利要求15的设备(600，700)，
其中，波束成形数据提供取决于佩戴信息(WI)。
17.一种可佩戴装置(100)，
包括根据权利要求1用于处理数据的设备(120)。
18.根据权利要求17的可佩戴装置(100)，
实现为便携式设备。
19.根据权利要求17的可佩戴装置(100)，
实现为一组设备中的至少一种，该组包括GSM设备、头戴式耳机、DJ头戴式耳机、耳机、头戴式送受话器、耳塞、耳机组、身体佩戴致动器、游戏设备、便携式音频播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、互联网无线电设备、公共娱乐设备、MP3播放器、高保真系统、车载娱乐设备、汽车娱乐设备、便携式视频播放器、移动电话、医学通信系统、身体佩戴设备、健康设备、按摩设备、语音通信设备和听觉辅助设备。
20.一种处理用于可佩戴装置(100)的数据的方法，该方法包括步骤：
接收输入数据，
生成被称为佩戴信息(WI)的信息，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置(100，110)已被佩戴；以及
基于所述佩戴信息(WI)处理输入数据，由此生成输出数据。
21.一种程序单元，当由处理器(121)执行时，其适于控制或执行处理用于可佩戴装置(100)的数据的方法，该方法包括步骤：
接收输入数据，
生成被称为佩戴信息(WI)的信息，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置(100，110)已被佩戴；以及
基于所述佩戴信息(WI)处理输入数据，由此生成输出数据。
22.一种计算机可读介质，其中存储有计算机程序，当由处理器(121)执行时，其适于控制或执行处理用于可佩戴装置(100)的数据的方法，该方法包括步骤：
接收输入数据，
生成被称为佩戴信息(WI)的信息，该信息基于传感器信息并指示称为佩戴状态的状态，其中可佩戴装置(100，110)已被佩戴；以及
基于所述佩戴信息(WI)处理输入数据，由此生成输出数据。
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