【技术分享】TWS Plus技术及声控耳机大揭秘

日期:2019-04-22 作者:润欣科技创研社 返回列表

前言:


2018年,对中国耳机行业来说无疑是一个井喷之年,尤其是以Airpods为代表的TWS真无线耳机品类,在智能化的前提下兼备了便携性、长时间续航以及多用途的特点。开始受到越来越多的消费者的关注。润欣科技也借这个机会,和大家一同探讨TWS Plus技术,以及分享由润欣科技研发的超低功耗音控无线耳机设计方案。该方案包括:高通CSR的高音质蓝牙耳机芯片,全球领先的spot超低功耗MCU,高精度亚马逊语音接入算法等。


从定义上看,TWS是英文“TrueWirelessStereo”的缩写,即“真·无线立体声”的意思。TWS蓝牙耳机不需要线材的连接,就是简单的两个耳机主体。不会出现耳机线缠绕的问题。使得它们的电池和控制电路也必须内置在耳机腔体里,而腔体体积的增大,带来更多丰富的功能。在许多TWS耳机内部,都集成了语音助手、手势控制、主动降噪等。由于TWS耳机左右单元无物理连接,耳机的体积都较小,因此一般情况下蓝牙耳机都不是通过USB接口充电。通常情况下都会配备一个兼具充电以及收纳为一体的充电盒,充电盒里集成了移动电源功能。没电的时候只要把耳机放入盒内,自动断开连接,开始充电,十分方便惬意。


从市场角度来看,2017 年的 12 个月中,TWS 耳机行业保持了大于60% 的增长率。从行业源头芯片供应商的数据分析得知,2018 年全球 TWS 耳机出货量将达到 6500 万台,2019 年则预计 是 1 亿台,2020 年则预计将有 1.5 亿台。这其中60% 为具有品牌附加值的高端耳机。与此同时,TWS 耳机也将不断蚕食传统的有线耳机市场,整个行业仍有千亿美元的成长空间。


TWS耳机能够实现快速的增长的因素有以下几点:


1、苹果在Iphone7后取消3.5mm耳机口后,Android手机厂商相继在手机上取消耳机口,手机上移除耳机口趋势已成,无线耳机便携度以及智能化优势大,成为消费者的重要选择。


2、蓝牙5.0,NFC等无线技术升级,高保真、低功耗无线耳机得以实现。蓝牙5.0的传输速度上限为24Mbps,传输级别更是达到无了损级别。同时蓝牙芯片厂商进一步降低了芯片功耗,CSR目前最新的QCC30XX系列进一步降低功耗到60%,使得无线耳机的待机以及使用时间进一步延长。


3、谷歌在Android8.0系统系统上还极大程度上强化了蓝牙音频的表现,其中编码/传输格式增加aptX/aptX HD、LDAC。解决了传统蓝牙耳机听音乐音质不高的短板。


4、以Airpods、Gear Icon为代表的苹果、三星以及众多的初创公司等标示性产品引领无线立体声耳机消费趋势。  


5、智能手机拥有率高,消费者通过手机欣赏视频以及音乐的需求提示,无线耳机迎合了在公共场合降噪,防干扰和维护隐私的消费需求。无线耳机用途增加,无线耳机目前越来越将成为用户和人工智能交互的重要界面。


凡是皆有利弊,这也是肯定的。真无线耳机的缺点,当然也不能说没有。


1、TWS耳机目前价格都偏贵,苹果AirPods价格1000+、索尼降噪豆也不菲,TWS耳机价格贵也和小体积、高集成度带来的成本上升有关。当然,随着市场的变化,TWS耳机成本也将不断的下探,比如目前OPPO退出的O-Free就定价699,小米也推出了399的AIR。


2、续航能力一般,由于TWS耳机一般都体积很小,放置的电池一般只有几十毫安。所以续航时间一般只有4~8个小时不等。


3、信号的稳定性以及实际的降噪效果,语音识别率上不如传统蓝牙耳机或者有线耳机


但是整个行业都在上下齐心搞技术突破,随着行业的发展和技术的升级,这些显著的缺点也将逐渐减小,指导没有或者成为小概率事件。


润欣科技研发的声控TWS Plus耳机


硬件框架如图1,主要由低功耗MCU+高音质蓝牙芯片+Sensor传感器构成,低功耗MCU负责声音检测以及关键词检测等功能,蓝牙芯片负责高品质音频播放以及蓝牙通话功能,传感器则检测耳机的状态,如耳机在充电盒中或者佩戴在人耳上等。


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图1 声控TWS Plus耳机框图

声控TWS Plus耳机具有以下核心特点:


1、解放双手,超长待机:

内嵌Ambiq Micro超低功耗ARM4F MCU,工作电流小于10 μA/MHz。集成高精度中英文KWD关键词检测算法,闲态平均0.6mW,忙时平均3.06mW。高通新一代蓝牙芯片方案,支持TWS和TWSplus,支持aptX技术可提供CD级音质。配合DSP算法,可以支持CVC、ANC等降噪技术,在通话时具有更清晰的效果。低功耗蓝牙模式,在SBC编码情况下最低4.3mA,支持更长的音频工作时间。与高通手机平台有很好的适配性,在aptx-ll模式下时延低至50~80ms。出色的声学结构和双PCB设计,提供高质量的音乐体验和小巧的外观。


2、低功耗精准声控,永远在线:

支持4~8条多国语言命令词本地坚持。10dB SNR环境下高达98%的检测。0dB SNR环境下高达80%的检测率。


3、高音质蓝牙芯片:

采用高通最新的QCC302X蓝牙芯片,支持单声道aptX Audio,具有高射频性能 ,支持Broadcast Audio,支持TWS/TWS+。芯片集成了24‑bit的I2S接口,ADC最高支持到96kHz,DAC最高支持到192kHz。同时芯片内置充电功能,最大充电电流200mA。


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