[發明專利]包括集成語音分析的麥克風單元

有效

• 申請號: 201580076624.4
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN107251573B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: J·P·萊索;J·L·梅蘭森
• 申請（專利權）人: 思睿邏輯國際半導體有限公司
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00;H04R19/04
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;關麗麗

一種麥克風單元，具有：一個換能器，用于從所接收的聲學信號生成電氣音頻信號；一個語音編碼器，用于從所述音頻信號獲得壓縮語音數據；以及，一個數字輸出，用于供應表示所述壓縮語音數據的數字信號。所述語音編碼器可以是有損語音編碼器，且可以包含一個濾波器組，所述濾波器組具有非均勻間隔的中心頻率(例如，梅爾頻率)。

技術領域

本公開內容涉及降低數字麥克風的接口上的數據比特率，例如以使永遠開啟(Always-On)話音模式下的功率消耗最小化，但是仍然傳遞足夠的信息以允許下游的關鍵字檢測或語音識別功能。

背景技術

音頻功能在便攜式設備中正變得越來越普遍。這樣的功能不僅存在于諸如依賴音頻技術的電話的設備中，而且存在于可以由話音控制的其他可穿戴裝備或設備(例如，話音響應玩具，諸如聽-說泰迪熊)中。這樣的設備，包括電話，將幾乎不占用它們實際傳輸語音的時間，但是一個或可能地多個麥克風可能被持久地啟用，以接聽某個話音命令。甚至一個可穿戴附件可以是連續開啟的，等待話音命令，并且將具有很小的用于電池的空間，或可能依賴于一些太陽能采集或機械能采集，因此在連續待機模式下以及在低占空比操作模式下具有苛刻的功率消耗要求。

麥克風換能器和放大器技術已經改進，但是通常麥克風封裝件需要將其輸出信號驅動一些距離。數字傳輸提供了包括噪聲抗擾的優點，但是用于從麥克風傳輸數字數據的常規格式在一些方面不是特別有效率，所述一些方面為信號線路活動和隨之而來的在每一邏輯電平轉變時通過供電電壓對寄生電容充電時所消耗的功率。

在包含一個或多個數字麥克風的便攜式設備(諸如，電話或平板電腦)中，數字麥克風信號沿著帶狀線纜或電線(flex)或甚至橫跨密集填入的印刷電路板、從麥克風到集中化智能編解碼器芯片等具有一些距離。更糟糕的這樣的應用是，其中麥克風可以在頭戴式受話器或耳塞內或在用戶的衣服上某個聲學期望的位置中，遠離分布式設備的手持設備或主模塊。

然而，即使當原本在很大程度上不活動時，也可能存在復雜的信號處理要被執行，例如在話音觸發的喚醒期間的說話人識別，所以諸如極大地降低其中的ADC的分辨率這樣的解決方案可能導致不可接受的下游處理結果。

因此，要求降低橫跨有線數字傳輸鏈路來發送數字麥克風數據時所消耗的功率，同時仍然在所傳輸的信號中傳達足夠的有用信息，以允許下游的功能(諸如，語音識別)。

圖1例示了與主機設備20(例如，電話)中的智能編解碼器22通信的常規數字麥克風10，且圖2例示了常規數字麥克風接口中的操作波形。主機設備20通常以諸如3MHz的頻率將時鐘CLK傳輸到麥克風10，該麥克風10使用此時鐘對ADC 12計時，且從數字緩沖器接口Dout 14時鐘輸出1-比特過采樣Δ-Σ流DAT，所述1-比特過采樣Δ-Σ流DAT表示麥克風換能器16的聲學信號輸入Px，提供ADC輸入。在該系統中，主機20傳輸此時鐘信號CLK消耗功率，特別是麥克風以平均1.5MHz的轉變速率發送數據流DAT消耗功率。

可以通過以較低的時鐘速率(例如，768kHz)操作來降低功率，但是這大大增加了帶內量化噪聲，且相反地限制了特定噪聲水平的可用帶寬。即使這樣，僅僅將功率降低到了1/4，所以功率消耗仍然是顯著的，特別是在較大形狀因素(form factor)設備中或長線纜走線時。

相比于傳輸串行多比特脈碼調制流，傳輸Δ-Σ流在數據比特率和轉變速率方面顯著更低效，但是串行多比特脈碼調制流通常要求一個附加的時鐘線來傳輸時鐘，以標記每個多比特字的開始。

其次，我們注意到，降低Δ-Σ采樣時鐘速率的令人遺憾的副作用會是將可用帶寬在背景量化噪聲方面限制到例如8kHz而非例如20kHz。這會增加用于話音關鍵字檢測(VKD)的字差錯率(WER)。這轉而會導致誤報(false positive)的發生率較高，并且系統可能在其喚醒模式下花費更多的時間，從而顯著影響了平均完整系統功率消耗。