TWI697891B - 入耳式語音裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種入耳式語音裝置，其用於配戴於配戴者之耳道，入耳式語音裝置包含：一接收模組及一偵測模組，接收模組接收配戴者講話時耳道內所傳遞之一生物特徵；偵測模組用以接收生物特徵，且將生物特徵與一特定特徵模型比對，當生物特徵與特定特徵模型匹配時，偵測模組對應特定特徵模型產生一輸出訊號；藉此，能夠有效接收配戴者講話時之生物特徵，避免被周遭環境之雜音影響；而且能夠透過提取配戴者耳道內專屬生物特徵，以達到專屬匹配效果。

Description

入耳式語音裝置

本發明係關於一種語音裝置，尤指一種入耳式語音裝置。

於使用個人電子產品時，為了讓配戴者在不干擾旁人的狀況下，聆聽電子產品所提供之聲音資訊或進行語音交流，設有麥克風之耳機已成為電子產品的重要配件。

然而，配戴者在使用麥克風進行語音交流時，語音內容會經由空氣傳達至麥克風，造成麥克風容易同時接收到配戴者之語音內容及所處環境下之雜音，導致語音交流之品質受到影響；而於美國專利第20180098159、第20020141602號及第US9036833B2號中，提及利用內耳道麥克風採集聲音，藉以改善語音交流品質。

再者，配戴者能夠透過語音系統與行動終端裝置進行溝通，舉例來說，配戴者只要對上述的行動終端裝置講出某項命令，系統便會依據配戴者的語音信號，採取對應的動作。而目前語音系統皆需要透過網路網路結合雲端伺服器，取得雲端伺服器基本之服務和資訊，其用意在於，將複雜且強大運算能力支援的語音處理過程交由雲端伺服器來執行，以降低行動終端裝置所需配置硬體之成本。

但是對於需要透過通訊錄進行通話、傳簡訊等動作來說，由於需藉由上傳通訊錄至雲端伺服器中，以找尋通話或傳簡訊的對象；因此，對於配戴者之個人隱私安全，仍存在隱憂性。

此外，目前語音系統需於行動終端裝置被啟動使用時，配戴者需要對行動終端裝置說出官方制定之關鍵片語，例如：hey siri或hey google now等，便能啟動語音系統；但是官方制定之關鍵片語，能夠提供任何人使用，也就是說，任何人對行動終端裝置說出制定之關鍵片語，或是配戴者處於環境之周遭有人說出制定之關鍵片語，便能夠喚醒語音系統，如此一來，不具有專屬匹配性之控制方式，容易造成儲存於行動終端裝置內之個人資料被輕易洩露，無法有效保障配戴者之資料隱私及使用安全性。

為解決上述課題，本發明提供一種入耳式語音裝置，能夠由配戴者之耳道有效接收配戴者講話時之生物特徵，避免被周遭環境之雜音影響；再者，藉由提取配戴者耳道內專屬生物特徵與特定特徵模型進行比對，能夠達到專屬匹配效果，進而準確產生輸出訊號。

本發明之一項實施例提供一種入耳式語音裝置，其用於配戴於配戴者之耳道，入耳式語音裝置包含：一接收模組，其用以接收配戴者講話時耳道內所傳遞之一生物特徵；以及一偵測模組，其與接收模組耦接，偵測模組用以接收生物特徵，且將生物特徵與一特定特徵模型比對，當生物特徵與特定特徵模型匹配時，偵測模組對應特定特徵模型產生一輸出訊號。

藉由上述，本發明能夠由配戴者之耳道有效接收配戴者講話時之 生物特徵，以達到高品質接收配戴者講話之內容，藉以改善習知麥克風接收配戴者語音內容時，容易同時接收環境雜音，造成語音交流品質下降之問題。

再者，本發明藉由提取配戴者耳道內專屬生物特徵與特定特徵模型進行比對，能夠達到專屬匹配效果，進而準確產生輸出訊號；藉此，配戴者能透過輸出訊號進行各種訊號運用，藉以改善習知不具有專屬匹配性之控制方式，無法有效保障配戴者之操控使用之安全性。

於其中一項實施例中，接收模組具有一第一接收單元，第一接收單元為麥克風，生物特徵為第一接收單元接收配戴者講話時經由耳咽管所傳遞之聲音。

於其中一項實施例中，接收模組具有一第一接收單元，第一接收單元為加速規，生物特徵為第一接收單元接收配戴者講話時耳骨所產生之振動。

於其中一項實施例中，接收模組具有一第二接收單元，第二接收單元為麥克風，第二接收單元接收配戴者講話時經由嘴巴所傳遞之聲音。

藉由上述，本發明能夠藉由第一接收單元及第二接收單元相互搭配，以提升偵測模組進行比對時之準確度，且有效達到專屬匹配效果。

於其中一項實施例中，本發明更具有一連結模組，其與偵測模組及一電子裝置耦接；當生物特徵模型與特定特徵模型匹配時，比對單元產生輸出訊號，連結模組將輸出訊號傳送至電子裝置，電子裝置根據輸出訊號進行一操控動作；藉此，配戴者透過專屬匹配所產生之輸出訊號，達到專屬控制電子裝置之效果。

於其中一項實施例中，本發明更具有一切換模組，其與偵測模組 耦接，切換模組具有一第一模式及一第二模式，於第一模式時，偵測模組將生物特徵與特定特徵模型進行比對；於第二模式時，偵測模組將生物特徵建立為特定特徵模型並儲存至儲存單元；藉此，提供配戴者透過切換模組以自我訓練學習方式，建立專屬個人化之特定特徵模型，以有效提升專屬匹配度，進而保障配戴者之資料隱私及使用安全性。

於其中一項實施例中，特定特徵模型係將複數生物特徵對於同一特定詞彙經過訊號處理取得各生物特徵之一特徵值，並將各特徵值經過平均取樣後，取得共同所述特徵值作為特定特徵模型；藉此，能夠有效提升特定特徵模型被生物特徵觸發之機率，進而有效產生輸出訊號。

於其中一項實施例中，本發明更具有一功能模組，其與偵測模組耦接，功能模組用以獲取配戴者之一生理資訊，偵測模組用以將生理資訊與一生理特徵模型比對，以識別配戴者之身分；藉此，本發明具有身分辨識功能，能夠有效保障配戴者之資料隱私及使用安全性。

1:耳道

2:電子裝置

3:應用程式

4:建立單元

100:入耳式語音裝置

10:本體

11:容置空間

13:裝設端

12:外部端

14:聲管

15:耳塞

20:接收模組

21:第一接收單元

22:第二接收單元

221:降噪電路

23:揚聲單元

30:功能模組

40:偵測模組

41:儲存單元

42:比對單元

50:切換模組

60:連結模組

70:處理模組

圖1係本發明第一實施例結構剖面示意圖。

圖2係本發明第一實施例配戴於耳道示意圖。

圖3係本發明第一實施例架構示意圖。

圖4係本發明特定特徵模型圖。

圖5係本發明第二實施例結構剖面示意圖。

圖6係本發明第二實施例連結示意圖(一)，表示電子裝置為非智慧型行動裝置。

圖7係本發明第二實施例連結示意圖(二)，表示電子裝置為智慧型行動裝置。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。

請參閱圖1至圖4所示，於本發明第一實施例提供一種入耳式語音裝置100，其用於配戴於配戴者之耳道1；本發明入耳式語音裝置100包含： 一本體10，其內部設有一容置空間11。本體10具有相反設置一外部端12及一裝設端13，裝設端13具有一聲管14，聲管14連通容置空間11，外部端12朝向耳道1之外側，聲管14之外周緣供一耳塞15套接，耳塞15用於塞入於配戴者之耳道1。

一接收模組20，其設於容置空間11，接收模組20用以接收配戴者講話時耳道1內所傳遞之一生物特徵，其中，接收模組20能夠係麥克風及/或加速規(accelerometer)，接收模組20具有一第一接收單元21及一第二接收單元22。

於本發明其中一實施例中，第一接收單元21為內部麥克風，第一接收單元21能夠設置靠近於裝設端13，如設置於容置空間11或是設於聲管14，且第一接收單元21可以採用如骨導式、氣導式或光學式麥克風其中一種，而所述之生物特徵為第一接收單元21接收配戴者講話時經由耳咽管所傳遞之聲音；於本發明另一實施例中，第一接收單元21為加速規，生物特徵為加速規接收配戴者講話時耳骨所產生之振動。

再者，第二接收單元22為外部麥克風並設置於靠近外部端12，第 二接收單元22用以接收配戴者講話時經由嘴巴所傳遞之聲音，或是接收配戴者之周遭聲音；另外，本發明更包括耦接於第二接收單元22之一揚聲單元23，而第二接收單元22耦接一降噪電路221，降噪電路221具有對訊號濾波、反向及放大處理之功能，其中，揚聲單元23用以播放聲音訊號，例如：音樂或語音等。

當第二接收單元22接收到外界噪音時，第二接收單元22提供對應外界噪音之環境訊號至降噪電路221，經由濾波處理後再將訊號反向及放大處理，並輸出消噪訊號至揚聲單元23，而由於消噪訊號依據環境訊號反向濾波放大而產生，可與揚聲單元23本身輸出聲音訊號進行疊加混合後，消噪訊號即可抵消外界之環境噪音，進而提供無雜音之聲音訊號或語音給配戴者。

一功能模組30，其用以獲取配戴者之一生理資訊，其中，生物資訊能夠是配戴者之血管體積變化，但不以此為限。當生理資訊為血管體積變化時，則係利用光體積變化描記圖法(Photoplethysmography，PPG)取得配戴者耳朵因心臟的搏動，而造成耳朵內血管之管徑變化。

一偵測模組40，其設於容置空間11且與接收模組20及功能模組30耦接。接收模組20將所接收之生物特徵傳送至偵測模組40，而偵測模組40將生物特徵與一特定特徵模型比對，當生物特徵與特定特徵模型匹配時，偵測模組40對應特定特徵模型產生一輸出訊號，其中，輸出訊號為攜帶資訊物理量之類比或數位訊號，而資訊內容能夠是傳遞現象行為或屬性之狀態、音訊、圖像或語音等，本發明不以此為限。

偵測模組40具有一儲存單元41及一比對單元42，儲存單元41設有特定特徵模型，其中，特定特徵模型為特定詞彙所形成之訊號模型；比對單元42具有一訊號處理電路，比對單元42用以接收且透過訊號處理電路將生物特徵 進行訊號過濾處理，並採集特定帶寬以產生一生物特徵模型，比對單元42將生物特徵模型與特定特徵模型進行匹配，當生物特徵模型與特定特徵模型匹配時，偵測模組40對應特定特徵模型產生輸出訊號。

再者，特定特徵模型係將複數個生物特徵對於同一特定詞彙經過訊號處理取得各生物特徵之一特徵值，並將各特徵值經過平均取樣後，取得共同所述特徵值作為特定特徵模型，如圖4所示，於本發明實施例中，特定特徵模型為倒頻譜(cepstrum)對應時間之座標圖。其中，複數個生物特徵能夠是由同一個配戴者講複數次特定詞彙，或是不同配戴者講特定詞彙；進一步說明：比對單元42將接收模組20所接收之所述生物特徵經過傅立葉轉換成為時間頻率訊號，透過過濾去除不要之頻率範圍，針對過濾後之訊號進行採樣分析，再根據演算法針對採樣分析之訊號進行特徵分析，而所分析之特徵可以轉換成神經網路的特定特徵模型；其中，生物特徵模型同樣是由比對單元42經過前述之傅立葉轉換、過濾、採樣、特徵分析及轉換成神經網路所產生。

因此，本發明透過接收模組20精準接收配戴者講話時之生物特徵，並透過偵測模組40比對處理，產生專屬匹配之輸出訊號，以進行後續各種訊號運用。此外，當配戴者透過第一接收單元21收取生物特徵，第二接收單元22同時亦可接收由嘴巴講出之特定詞彙，所以偵測模組40除了能夠將第一接收單元21之生物特徵進行比對，亦可將第二接收單元22所接收之特定詞彙進行比對，藉以達到雙重比對，有效提升匹配精準度。

於本發明另一實施例中，偵測模組40之儲存單元41設有一生理特徵模型，其中，生理特徵模型為專屬於配戴者之生物特徵，例如：指紋或血管體積變化；比對單元42用以將生理資訊與生理特徵模型比對，當生理資訊與生 理特徵模型相匹配時，則確認配戴者之身分。

一切換模組50，其設於本體10且與偵測模組40耦接，切換模組50具有一第一模式及一第二模式，於第一模式時，偵測模組40將生物特徵與特定特徵模型進行比對；於第二模式時，偵測模組40將生物特徵建立為特定特徵模型並儲存至儲存單元41；於本發明實施例中，切換模組50為開關按鈕，配戴者能夠透過不同之按壓方式操控切換第一模式或第二模式，例如：短按切換模組50為第一模式，長按切換模組50為第二模式。

進一步說明：當配戴者以第一模式之控制方式操控切換模組50時，配戴者能夠於使用入耳式語音裝置100期間，操控切換模組50進入第二模式，而配戴者能夠於儲存單元41建立個人專屬之特定特徵模型，而此特定特徵模型對應既有之操控動作。

因此，配戴者能透過切換模組50以自我訓練學習方式，建立專屬個人化之特定特徵模型，藉以有效提升專屬匹配度，進而保障配戴者之資料隱私及使用安全性。

請參閱圖5至圖7所示，係本發明第二實施例，與前述實施例不同在於，入耳式語音裝置100更具有：一連結模組60，其與偵測模組40及一電子裝置2耦接，其中，連結模組60能夠係有線或無線與電子裝置2連接，當連結模組60與電子裝置2為無線連接時，連結模組60為藍芽模組；電子裝置2能夠是智慧型行動裝置或是非智慧型行動裝置(例如：加工機台、家電產品、消費電子產品、汽機車等等能夠接收訊號之電子產品)。

當生物特徵模型與特定特徵模型匹配時，比對單元42會產生輸出 訊號，並透過連結模組60將輸出訊號傳送至電子裝置2，電子裝置2根據輸出訊號進行一操控動作；其中，特定特徵模型所對應之輸出訊號能夠設有配合之操控動作，也就是說，當儲存單元41設有複數個特定特徵模型時，就表示有複數個特定詞彙，而儲存單元41會儲存每個特定詞彙所配合之操控動作，而同樣之特定詞彙能夠根據對應不同電子裝置2，而有不同操控動作；藉此，配戴者能夠透過專屬匹配所產生之輸出訊號，達到專屬控制電子裝置2之效果。

請參閱圖6所示，舉例1：特定特徵模型所對應之特定詞彙為「開機」，電子裝置2為加工機台，而對應特定特徵模型之操控動作為啟動加工機台之電源，因此，當配戴者所說出特定詞彙「開機」之生物特徵經由比對單元42判斷為匹配時，便由連結模組60將所產生之輸出訊號傳送至電子裝置2，並啟動加工機台之電源。

請參閱圖7所示，舉例2：特定特徵模型所對應之特定詞彙為「開機」，電子裝置2為智慧型行動裝置，而對應特定特徵模型之操控動作為開啟智慧型行動裝置內之語音助理應用程式，因此，當配戴者所說出特定詞彙「開機」之生物特徵經由比對單元42判斷為匹配時，便由連結模組60將所產生之輸出訊號傳送至電子裝置2，並啟動語音助理應用程式。

一處理模組70，其與接收模組20及連結模組60耦接，處理模組70用以將接收模組20接收之生物特徵進行雜訊過濾處理，並將處理過之生物特徵透過連結模組60傳送至電子裝置2，以配合操控動作；其中，生物特徵具有一第一生物特徵及一第二生物特徵，第一生物特徵係用以與特定特徵模型進行比對，第二生物模型用以配合操控動作。

進一步說明：當配戴者透過第一生物特徵與特定特徵模型匹配 後，便能夠透過輸出訊號與電子裝置2進行溝通，接著，當配戴者持續講話所產生之第二生物特徵，能夠透過連結模組60將第二生物特徵傳送至電子裝置2，以配合操控動作；舉例：當第一生物特徵與特定特徵模型匹配後，電子裝置2根據輸出訊號配合操控動作啟動語音助理應用程式；於喚醒語音助理應用程式後，配戴者持續講話所產生之第二生物特徵，經過處理模組70之雜訊處理，而能夠完整且清楚之傳送至語音助理應用程式。

再者，當電子裝置2為智慧型行動裝置時，電子裝置2設有一應用程式3，應用程式3具有一建立單元4，建立單元4與切換模組50訊號連接，建立單元4將接收模組20接收到之生物特徵指定為符合操控動作之特定特徵模型，偵測模組40將特定特徵模型建立於儲存單元41。進一步說明：當配戴者開啟應用程式3之建立單元4時，建立單元4會與切換模組50連接，並且將切換模組50操控為第二模式，配戴者能夠於儲存單元41建立個人專屬之特定特徵模型，並且能夠於應用程式3之建立單元4指定此特定特徵模型所對應之操控動作。

綜合上述，本發明能夠達成之功效如下：

一、當配戴者將入耳式語音裝置100配戴於耳道1，並且開始講話時，由接收模組20接收耳道1內之生物特徵；藉以能夠不受外界環境影響，由接收模組20清楚且完整接收配戴者講話內容；而且當配戴者透過入耳式語音裝置100講出特定詞彙時，接收模組20能夠提取配戴者耳道1內專屬生物特徵，透過偵測模組40將專屬之生物特徵模型與特定特徵模型進行比對，以達到專屬匹配效果；藉此，能有效保障配戴者之資料隱私及使用安全性之問題。

二、本發明更進一步搭配第二接收單元22，作為輔助第一接收單元21之匹配效果，能有效提升專屬匹配之精準度。

三、當配戴者於使用入耳式語音裝置100前，能夠透過功能模組30進行身分辨識功能，而在身份辨識成功後，便能夠透過入耳式語音裝置100進行語音交流或訊號控制等作業，藉以有效保障配戴者之資料隱私及使用安全性之問題。

四、本發明之切換模組50，能夠提供配戴者建立專屬個人化之特定特徵模型，藉以達到專屬匹配及控制效果，以有效保障配戴者之資料隱私及使用安全性之問題。

五、本發明之特定特徵模型是由複數生物特徵進行統計分析所形成，所以能夠以高匹配度之特定特徵模型與生物特徵模型進行比對，進而提升觸發機率，以快速且有效產生輸出訊號。

以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。

Claims (11)

1. 一種入耳式語音裝置，其用於配戴於配戴者之耳道，該入耳式語音裝置包含：一接收模組，其用以接收配戴者講話時耳道內所傳遞之一生物特徵；以及一偵測模組，其與該接收模組耦接，該偵測模組具有一儲存單元及一比對單元，該儲存單元設有一特定特徵模型，該特定特徵模型為特定詞彙所形成之訊號模型，其中，該特定特徵模型係將所述生物特徵對於同一特定詞彙經過訊號處理取得各該生物特徵之一特徵值，並將各該特徵值經過平均取樣後，取得共同所述特徵值作為該特定特徵模型；該比對單元具有一訊號處理電路，該比對單元用以接收且透過該訊號處理電路將該生物特徵進行訊號處理，以產生一生物特徵模型，該比對單元將該生物特徵模型與該特定特徵模型進行匹配；當該生物特徵模型與該特定特徵模型匹配時，該偵測模組對應該特定特徵模型產生一輸出訊號。
2. 如請求項1所述之入耳式語音裝置，其中，該接收模組具有一第一接收單元，該第一接收單元為麥克風，該生物特徵為該第一接收單元接收配戴者講話時經由耳咽管所傳遞之聲音。
3. 如請求項1所述之入耳式語音裝置，其中，該接收模組具有一第一接收單元，該第一接收單元為加速規，該生物特徵為該第一接收單元接收配戴者講話時耳骨所產生之振動。
4. 如請求項2或3所述之入耳式語音裝置，其中，該接收模組具有一第二接收單元，該第二接收單元為麥克風，該第二接收單元接收配戴者講話時經由嘴巴所傳遞之聲音。
5. 如請求項4所述之入耳式語音裝置，其中，該接收模組具有一揚聲單元，該揚聲單元耦接一降噪電路。
6. 如請求項1所述之入耳式語音裝置，更具有一連結模組，其與該偵測模組及一電子裝置耦接；當該生物特徵模型與該特定特徵模型匹配時，該比對單元產生該輸出訊號，該連結模組將該輸出訊號傳送至該電子裝置，該電子裝置根據該輸出訊號進行一操控動作。
7. 如請求項6所述之入耳式語音裝置，其中，該生物特徵具有一第一生物特徵及一第二生物特徵，該偵測模組將該第一生物特徵形成該生物特徵模型，以與該特定特徵模型比對；該連結模組將該第二生物特徵傳送至該電子裝置，該第二生物特徵配合該操控動作。
8. 如請求項7所述之入耳式語音裝置，更具有一處理模組，其與該接收模組及該連結模組耦接，該處理模組用以將該接收模組接收之該第二生物特徵進行雜訊過濾處理，並將處理過之該第二生物特徵透過該連結模組傳送至該電子裝置，以配合該操控動作。
9. 如請求項1所述之入耳式語音裝置，更具有一切換模組，其與該偵測模組耦接，該切換模組具有一第一模式及一第二模式，於該第一模式時，該偵測模組將該生物特徵與該特定特徵模型進行比對；於該第二模式時，該偵測模組將該生物特徵建立為該特定特徵模型並儲存至該儲存單元。
10. 如請求項6所述之入耳式語音裝置，更具有一切換模組，其與該偵測模組耦接，該切換模組具有一第一模式及一第二模式；該電子裝置設有一應用程式，該應用程式具有一建立單元；於該第一模式時，該偵測模組將該生物特徵處理為該生物特徵模型，以與該特定特徵模型進行比對；該建立單元啟 動該第二模式時，該偵測模組將該生物特徵建立為該特定特徵模型並儲存至該儲存單元。
11. 如請求項1所述之入耳式語音裝置，更具有一功能模組，其與該偵測模組耦接，該功能模組用以獲取配戴者之一生理資訊，該偵測模組用以將該生理資訊與一生理特徵模型比對，以識別配戴者之身分。

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