[發明專利]基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法與裝置

有效

• 申請號: 201810315273.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108769868B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李杰;曾偉;馬碧云
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04R1/34
• 分類號: H04R1/34;H04M1/03;G08C23/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，其特征在于將通話信號調制到超聲載波上，并且疊加與超聲載波處在不同頻段的超聲探測信號，利用超聲波的穿透性，透過屏幕模組發射出來，利用參量陣的非線性解調原理實現語音信號的定向傳播，利用超聲探測原理實現人耳位置的感知；

應用該實現方法的裝置，包括：數字信號處理模塊、參量陣發射模塊和探測接收模塊；

所述的數字信號處理模塊，包括發射信號處理子模塊和接收信號處理子模塊；實現通話信號處理和探測信號生成兩部分功能，該數字信號處理模塊的功能由手機處理器實現；

所述參量陣發射模塊包括D/A轉換器、功率放大器和發射換能器，發射換能器為多個陣元組成的陣列；

所述探測接收模塊包括A/D轉換器、功率放大器和接收換能器；

所述發射換能器和接收換能器均與屏幕模組緊貼并良好耦合，使超聲信號能夠透過屏幕模組傳播；

所述參量陣發射模塊的頻段覆蓋已調語音通話與探測信號，所述探測接收模塊的頻段僅覆蓋探測信號；

所述A/D和D/A轉換器實現模擬與數字信號之間的轉換，D/A轉換器將數字信號處理模塊輸出的數字信號轉換成模擬電信號，A/D轉換器將模擬電信號轉換成數字信號發送到數字信號處理模塊；發射換能器由多個超聲發射換能器組成陣列，均勻分布于平面內，并確保陣元間的距離一致；所述發射換能器的頻段為40kHz~55kHz，能夠發射40kHz~45kHz的載波信號以及50kHz~55kHz的探測信號；所述接收換能器接收50kHz~55kHz信號；該方法包括以下步驟：

步驟1、裝置開機，調用初始化程序對軟硬件進行初始化，使裝置工作于既定的軟硬件狀態下;

步驟2、生成超聲載波信號與探測信號；超聲載波信號用于調制通話語音信號；探測信號用于探測人耳的位置與距離；

步驟3、語音信號預失真處理；采取Berktay遠場解決方案，假設有限振幅高強度超聲載波調制信號，依據其理論，參量陣解調信號與包絡信號平方的二次導數成正比，即 ；在此解決方案的基礎上，采用對包絡信號 中的g(t)進行二次積分再進行平方根處理的預處理方法, 得到包絡信號 , 通過采用這種預處理方法能將 400 Hz時的總諧波失真由未經平方根預處理時的 40%下降到 5%；將預失真處理后的語音信號調制到步驟2生成的超聲載波信號上；

步驟4、接收目標回波：探測接收模塊接收目標回波信號，由于探測接收模塊的頻率范圍不包含已調語音信號，因此回波通過探測接收模塊的功放以及換能器后，可完成對探測信號的第一級濾波，然后信號經過A/D轉換，送至數字信號處理模塊中的接收信號處理子模塊；

步驟5、接收數字信號處理子模塊對回波信號進行第二級數字濾波，然后調用探測算法計算出目標回波的方位信息，反饋給步驟6；

步驟6、根據步驟5反饋的目標回波的方位信息，將步驟3的已調通話信號和步驟2生成的探測信號疊加，經過相控處理、D/A轉換以及功率放大后，送至參量陣發射模塊發射出去；

步驟7、重復步驟2~6，直到通話結束。

2.根據權利要求1所述的基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，其特征在于，所述步驟2中，所生成的超聲載波信號與探測信號在不同的頻帶上。

3.根據權利要求1所述的基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，其特征在于，所述步驟3中的預失真處理，目的為抵消已調通話信號在傳播過程中的非線性效應引起的語音失真。

4.根據權利要求1所述的基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，

其特征在于，所述步驟6中，根據步驟5反饋的目標回波的方位信息生成相控信號，使相控處理后的發射信號更好的指向人耳。

5.根據權利要求1所述的基于頻分超聲參量陣的手機屏下聽筒實現方法，其特征在于，步驟4中所述第一級濾波是指由于探測接收模塊的頻段僅包含探測信號頻率，已調通話信號成分被探測接收模塊的硬件濾除；步驟5所述第二級數字濾波是指根據已調信號與探測信號頻段的不同，通過數字信號處理進一步濾除殘余的通話信號分量及其他噪聲，增強探測信號。