CN102413384A

CN102413384A - 一种回声消除双向语音对讲设备

Info

Publication number: CN102413384A
Application number: CN2011103628517A
Authority: CN
Inventors: 孙云云; 叶树明
Original assignee: HANGZHOU ELITE AUDIO TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HANGZHOU ELITE AUDIO TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-04-11

Abstract

一种回声消除双向语音对讲设备，包括音频输入模块、喇叭驱动模块、回声消除模块、降噪静噪模块、语音延时模块和音频输出模块。本发明的回声消除双向语音对讲设备具有下述有益效果：回声消除模块通过回声消除模块，确保最远3米进行双向语音通话，并消除回声、啸叫现象；通过回声消除模块的自动增益控制算法完成输入音频控制，确保1-3米过程中声音不会有明显的起伏，音量相差不大，无畸变等情况；通过降噪静噪模块、时域和频域噪声分析模块，将噪声降低了10dB，去除环境噪声，也进一步减少回声噪声；通过语音延时模块对语音进行延时处理，避免扬声器扩音的声音和麦克风采集的声音重叠，无法准确确认回声信号。

Description

一种回声消除双向语音对讲设备

技术领域

本发明涉及一种回声消除双向语音对讲设备，尤其涉及一种安防语音通信领域的回声消除双向语音对讲设备。

背景技术

现如今，大多数的语音对讲设备，无法作为独立的语音对讲终端设备，和后端的硬盘录像机（DVR），IP网络摄像机，光端机，语音板卡等配合，导致在工程应用中的造价和费用都比较高。并且大多数对讲系统的效果，只能满足1米左右的距离，对讲距离有较大限制。并且语音对讲设备在对讲过程中常出现回声、啸叫等现象导致对讲不能正常进行，回声分量是由于接收信号经由混合电路流入发送信号的路径内而产生的。因此需要解决的问题有如下几个：

1.双向语音通话能力需要变远，根据现有的需求，能够满足1-3米距离的双向语音对讲；

2. 作为独立双向语音对讲终端，需要和后端设备都能匹配；

3. 由于是配合后端的各种硬件设备，不仅仅包括声学回声，更有可能存在线路回声，需要能够解决线路回声的消除功能。

中国专利CN200910261524.5公开了一种即使在回声路径急剧变化、回声信号延迟改变的情况下,也不用特别增大装置规模,可迅速追随并消除回声的回声消除器。回声消除器是具有包含自适应滤波器的模拟回声生成单元的回声消除器,其特征在于,该回声消除器具有:初始延迟估计单元,其作用是形成包含由频率掩蔽效果的特定频率分量作为参照信号并将其输出到回声路径,然后根据送话信号检测来自参照信号的回声分量中的特定频率分量,根据包含特定频率分量的参照信号的形成定时和送话信号中的特定频率分量的回声分量的检测定时，来求出回声路径的初始延迟量;以及延迟赋予单元,并将来自回声路径的初始延迟估计单元的初始延迟量，赋予给受话信号并提供给模拟回声生成单元。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足和缺点，本发明提供了一种回声消除效果消除好、回声处理时间短且传输距离可调节的回声消除双向语音对讲设备。

一种回声消除双向语音对讲设备，包括音频输入模块、喇叭驱动模块、回声消除模块、降噪静噪模块、语音延时模块和音频输出模块。音频输入模块的输出端分别与喇叭驱动模块和回声消除模块的输入端连接，回声消除模块的输出端与降噪静噪模块的输入端连接，降噪静噪模块的输出端与语音延时模块的输入端连接，语音延时模块的输出端与音频输出模块的输入端连接。

优选地，所述的回声消除模块包括自适应滤波器回声消除模块和非线性处理模块。

优选地，所述的降噪静噪模块包括前端语音信号输入模块、时域频域噪声分析模块、噪声抑制模块、音频能量检测模块和语音信号输出控制模块。

优选地，所述的音频输入模块包括语音信号输入模块、音频输入接口模块、静电防护模块和电平信号自动调整模块。

优选地，所述的音频输出模块包括语音信号输出模块、音频输出接口模块、隔离输出模块和跟随输出模块。

优选地，所述的语音延时模块包括数字信号处理器模块、第一存储模块和第二存储模块。

本发明的回声消除双向语音对讲设备具有下述有益效果：

1.回声消除模块通过自适应滤波器回声消除模块，针对回声进行消除，而对于无法完全消除的尖峰信号，采用后一级非线性处理，两者配合。由于有后一级的回声消除，可以将前一级的回声消除动作时间变短，适当的将回声遗漏出来，后一级用更短的时间来进行尖峰信号消除，可以将回声的动作时间变短，两者处理时间小于其它的回声消除软件所动作时间，确保最远3米进行双向语音通话，消除回声、啸叫等现象，有效减少了回声信号消除时间；

2.通过回声消除模块的自动增益控制算法完成输入音频控制，确保1-3米过程中声音不会有明显的起伏，音量相差不大，无畸变等情况；

3.降噪静噪模块：通过时域和频域噪声分析模块，将噪声降低10dB，去除环境噪声，同时进一步减少回声噪声；音频能量检测模块：在无语音信号时，做到静噪处理；

4.通过语音延时模块对语音进行延时处理，避免扬声器进去的声音和麦克风采集的声音重叠，无法准确确认回声信号；

5.能够通过输出、输入音频接口模块，确保与不同的后端音频采集设备连接使用，包括硬盘录像机，IP网络摄像机，录音采集卡，光端机等。

附图说明

图1为本发明的产品结构示意图；

图2为本发明回声消除模块的结构原理图；

图3为本发明降噪静噪模块的结构原理图；

图4为本发明语音延时模块的结构原理图；

图2中标识如下：

x(n) 远端参考信号输入；

k(n) 麦克风拾取的回声信号；

s(n) 麦克风拾取的人声噪声；

y(n) 麦克风拾取语音语音信号 y(n)=s(n)+k(n)；

e(n) 自适应滤波回声消除后语音语音信号 e(n)=y(n)-w(n)；

e’(n) 回声消除后语音语音信号 e’(n)=e(n)-w’(n)；

e’(n)无限接近于s(n)，也就达到回声消除的功能。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1、2、3所示，一种回声消除双向语音对讲设备，包括音频输入模块、喇叭驱动模块、回声消除模块、降噪静噪模块、语音延时模块和音频输出模块，音频输入模块的输出端分别与喇叭驱动模块和回声消除模块的输入端连接，回声消除模块的输出端与降噪静噪模块的输入端连接，降噪静噪模块的输出端与语音延时模块的输入端连接，语音延时模块的输出端与音频输出模块的输入端连接。音频输入模块包括语音信号输入模块、音频输入接口模块、静电防护模块和电平信号自动调整模块。回声消除模块包括自适应滤波器回声消除模块和非线性处理模块。降噪静噪模块包括前端语音信号输入模块、时域频域噪声分析模块、噪声抑制模块、音频能量检测模块和语音信号输出控制模块。语音延时模块包括数字信号处理器模块、第一存储模块和第二存储模块。音频输出模块包括语音信号输出模块、音频输出接口模块、隔离输出模块和跟随输出模块。

实施例2

如图1、2、3所示，回声消除双向语音对讲设备需要外部有两路语音信号进行交互，一路是上行的声音，一路是下行的声音，由于可能和不同的音频设备进行连接，所以这里都加入了特别的输入，输出接口模块，主要内部进行一个电路的防护，包括静电防护，信号反接防护等，也包括阻抗匹配电路，能够和外部不同的输入输出阻抗进行匹配，能够调节音频增益及音频音量大小，以保证设备正常运行。下行的声音经过音频输入模块之后，一路给喇叭驱动模块，驱动喇叭播放声音，一路做为音频参考信号输入给回声消除模块，作为回声消除功能正常运行的保证。回声消除模块根据麦克风采集的信号和参考反馈过来的信号，进行自动增益控制，自适应滤波算法控制，降噪处理算法控制等软件的工作，确保回声消除功能正常进行，然后输出的音频基本上为环境中实际的语音信号，而不是喇叭中输出的语音信号。为了能够得到更好的音质及其能够有更低的噪声，通过降噪处理，将多余的一些低噪回声消除干净，并且有静噪处理电路，当检测到实际语音信号很低时，直接关闭音频输出，只有等到环境中人声再次出现时，才出现语音信号输出。最后传递给音频输出模块进行音频匹配，输出给后端的设备。

实施例3

如图1、2、3所示，一种回声消除双向语音对讲设备，语音信号通过音频输入模块，传输至喇叭驱动模块和回声消除模块。

回声消除模块包括自适应滤波器回声消除模块和非线性处理模块。自适应滤波器回声消除模块首先进行回声消除，而尖峰信号往往无法完全消除，后一级非线性处理主要针对前一级未消除完全的回声进行回声消除，主要消除回声的尖峰信号，也就是能量所在点。这两者配合，由于有后一级的回声消除，所以可以将前一级的回声消除动作时间变短，可以适当的将回声遗漏出来，用后一级更短的时间来进行尖峰信号消除。这样回声的动作时间变短，增加了双向通话能力。两者处理时间小于其它的回声消除软件的动作时间。语音信号进行回声消除处理后，传输至降噪静噪模块。

降噪静噪模块包括前端语音信号输入模块、时域频域噪声分析模块、噪声抑制模块、音频能量检测模块和语音信号输出控制模块。降噪静噪模块完成对回声消除之后的语音信号处理。对语音信号内包含夹杂着的语音信号、环境噪声信号和回声信号，通过时域和频域噪声分析模块进行分析，处理后将噪声降低10dB，去除其中的环境噪声，也进一步减少回声噪声。通过内置的语音信号计算能量值，当其值小于某个设定数值时，关闭音频输出，达到静噪作用，也就是在环境较安静，无人讲话时，不会有任何信号输出，达到无噪声效果。没有语音信号时做到静噪处理，主要好处是远方的扬声器，不会因为噪声而磁磁作响，噪声抑制模块，无环境噪声，对于远端的噪声抑制算法来讲，处理信号较为简单。核心技术在于静噪电路何时关闭音频输出，何时开启音频输出。语音信号进行降噪静噪处理后，传输至语音延时模块。

语音延时模块包括数字信号处理器模块、第一存储模块和第二存储模块。由于后端的语音通话设备存在着差异，很多设备在本身的模拟音频到数字音频交换过程中，存在着线路回声的情况，该情况会导致回声消除后的语音信号直接就输出到喇叭上，无任何延迟，这样人讲话时，扬声器就出现人声，如果前端回声消除处理时间较短，导致扬声器进去的声音和麦克风采集的声音重叠，无法十分准确确认回声信号，所以需要有语音延时，语音信号，最快也需要延时后才能从扬声器输出，这样回声消除模块的前期处理都完毕，能够区分直达语音和扬声器语音。其工作和前面的降噪静噪模块一起集成在数字信号处理器中，其工作原理如下：语音信号处理后，先存储到第一存储模块中，等待一段时间的延迟，将第一存储模块的输出搬到第二存储模块中，然后根据第二存储模块中的语音信号输出，这样就有一个延时传输过程，达到语音延迟效果。经过语音延时模块的延时处理后，将语音信号传至音频输出模块。

音频输出模块包括语音信号输出模块、音频输出接口模块、隔离输出模块和跟随输出模块。输出模块，将输出阻抗调的尽可能小，并且使用隔离输出模块和跟随输出模块，增加输出的驱动能力；且根据不同的距离，对输出增益进行调节。最后输出处理完毕的语音信号。

Claims

1.一种回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：包括音频输入模块、喇叭驱动模块、回声消除模块、降噪静噪模块、语音延时模块和音频输出模块，音频输入模块的输出端分别与喇叭驱动模块和回声消除模块的输入端连接，回声消除模块的输出端与降噪静噪模块的输入端连接，降噪静噪模块的输出端与语音延时模块的输入端连接，语音延时模块的输出端与音频输出模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：所述的音频输入模块包括音频信号输入模块、音频输入接口模块、静电防护模块和电平信号自动调整模块。

3.根据权利要求1所述的回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：所述的回声消除模块包括自适应滤波器回声消除模块和非线性处理模块。

4.根据权利要求1所述的回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：所述的降噪静噪模块包括前端语音信号输入模块、时域频域噪声分析模块、噪声抑制模块、音频能量检测模块和音频信号输出控制模块。

5.根据权利要求1所述的回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：所述的语音延时模块包括数字信号处理器模块、第一存储模块和第二存储模块。

6.根据权利要求1所述的回声消除双向语音对讲设备，其特征在于：所述的音频输出模块包括音频信号输出模块、音频输出接口模块、隔离输出模块和跟随输出模块。