CN103501478B - 一种车内通信音频转接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车内通信音频转接装置及方法，该装置包括信号处理单元、滤波单元和降噪开关；信号处理单元包括FPGA、DSP数字信号处理器、AD转换模块和DA转换模块，通信设备通过同步串口与信号处理单元中的FPGA连接，通过同步串口将通信设备中的信号发送到FPGA中；FPGA通过DSP数字信号处理器分别与DA转换模块和AD转换模块连接；滤波单元包括音频电路模块，所述信号处理单元中的DA转换模块和AD转换模块分别通过音频电路模块与耳机的PHONE端和MIC端连接；降噪开关与DSP数字信号处理器连接。本发明方法具有增强了通信设备发送给耳机的音频对噪声和干扰的抑制作用，具有能够提高音频质量的优点。

Description

一种车内通信音频转接装置及方法

技术领域

本发明属于无线通信的语音信号处理领域，特别涉及一种车内通信音频转接装置及方法。

背景技术

随着通信技术的发展和市场竞争的加剧，市场需求逐渐由单一设备向系统集成发展，为用户提供通信系统解决方案逐渐成为市场拓展的主要方式之一。通信车根据应用领域的不同具备相应的功能，但主要目的是保障特殊情况下的通信能力。应急机动指挥通信车是固定指挥中心的扩展和延伸，能够将事件发生现场的情况迅速反馈到固定指挥中心。可作为突发事件的现场应急指挥通信中心，在事件现场附近构成现场指挥平台，为现场各专业组提供支撑，为各级政府领导应急决策和指挥提供依托，进一步提高各级政府处置突发事件的能力。

应急通信车的装车系统中由多部通信设备组成，且装车内的通信设备要与耳机连接，不同的通信设备发射时天线会辐射出覆盖面很广的功率谱，这种辐射会对通信电缆产生极大的干扰，导致音频背景噪声大、不可识别的现象，严重影响车内其他通信设备的使用效果和用户体验。

传统解决方法是通过加强车内单个通信设备和耳机之间的接口滤波以及这些设备的电源滤波等手段来抑制射频干扰。但由于不同设备的频率和调制方式均有所不同，产生的干扰现象也不相同，难以做到统一标准的处理，而且上述手段并不能完全去除干扰，因此作为接收方的设备仍会受到干扰噪声，从而影响音频的传输质量。现有的音频转接主要通过模拟音频线缆将通信设备接收到的音频信号传给耳机，当车内其它通信设备发射信号时，发出的无线电波会辐射音频线缆，从而干扰耳机收听到的音频信号。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种车内通信音频转接装置。

本发明的另一个目的在于提供一种装置的音频转接方法，该方法能够增强通信设备发送给耳机的音频对噪声和干扰的抑制，使音频信号质量得到明显的提升。

本发明第一个目的通过下述技术方案实现：一种车内通信音频转接装置，包括信号处理单元、滤波单元和降噪开关；

所述信号处理单元包括FPGA、DSP数字信号处理器、AD转换模块和DA转换模块，通信设备通过同步串口与信号处理单元中的FPGA连接，通过同步串口传送FPGA和通信设备之间的信号；所述FPGA通过DSP数字信号处理器分别与DA转换模块和AD转换模块连接；

所述滤波单元包括音频电路模块，所述信号处理单元中的DA转换模块和AD转换模块分别通过音频电路模块与耳机的PHONE端和MIC端连接；

所述降噪开关与DSP数字信号处理器连接，用于控制DSP数字信号处理器输出是否为降噪后的信号。

优选的，所述滤波单元还包括电源滤波模块和电压转换模块，所述电源滤波模块一端连接外部电源，另一端通过电压转换模块与信号处理单元连接，为信号处理单元供电。

更进一步的，所述电源滤波模块连接外部电源为通信设备的电源，通过通信设备为信号处理单元供电。

优选的，所述信号处理单元还包括变压器，所述变压器连接在通信设备和FPGA之间，分别通过同步串口与通信设备及FPGA连接。

本发明第二个目的通过下述技术方案实现：一种音频转接方法，包括转接通信设备发送到耳机的音频信号步骤和耳机发送到通信设备的音频信号步骤；

其中音频转接装置转接通信设备发送到耳机的音频信号的音频转接方法的步骤如下：

（1）通信设备通过同步串口向FPGA发送PCM音频信号；

（2）FPGA对接收到的PCM音频信号的帧格式进行解封装处理，将解封装后的PCM音频数据发送给DSP数字信号处理器；

（3）DSP数字信号处理器接收来自FPGA的PCM音频数据后，首先对PCM音频数据进行解码，得到线性音频信号；然后将线性音频信号分为两路，一路线性音频信号进行降噪处理；最后DSP数字信号处理器通过降噪开关选择将其中一路音频信号输入到DA转换模块；

（4）DA转换模块将从DSP数字信号处理器中接收到的数字音频信号转换成模拟音频信号，然后传送给音频电路模块；

（5）音频电路模块对其接收到的模拟信号进行放大和滤波处理后发送给耳机。

其中音频转接装置转接耳机发送到通信设备的音频信号的音频转接步骤如下：

（a）耳机通过话筒发送音频信号到音频电路模块中；

（b）音频电路模块对接收到的音频信号经过放大及滤波处理后发送给AD转换模块，AD转换模块将其接收的模拟信号转换成数字信号，然后发送给DSP数字信号处理器；

（c）DSP数字信号处理器接收到AD转换模块发送的数字音频信号后，将该数字音频信号分成两路，一路数字信号做降噪处理；DSP数字信号处理器通过降噪开关选择对其中一路音频信号进行编码处理；得到PCM音频数据，最后将PCM音频数据传送给FPGA；

（d）FPGA从DSP数字信号处理器读入PCM音频数据后，对PCM音频数据进行帧格式封装，然后通过同步串口将封装后的PCM音频数据发送给通信设备。

优选的，步骤（2）和（d）中所述帧格式为：每帧由8个子帧组成：第1个子帧为同步子帧，用于数字音频接口同步；第2个子帧用于传输控制命令；第3和4个子帧为空闲的；最后4个子帧为PCM音频数据。

更进一步的，每帧传输128bit数据，每个子帧传输16bit数据。

优选的，所是步骤（3）中，当打开降噪开关，DSP数字信号处理器则输出经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块；当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器输出未经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块。

优选的，所述步骤（c）中，当打开降噪开关时，DSP数字信号处理器选择将经过降噪处理的那路数字信号进行编码处理，若当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器选择将未经过降噪处理那路数字信号进行编码处理。

优选的，所述步骤（3）和（c）中DSP数字信号处理器在对音频信号进行降噪处理时对音频信号进行静音检测，根据静音检测结果，打开或者关闭音频通路。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明音频转接装置连接在车内的通信设备和耳机之间，用于转接通信设备和耳机之间的语音信号，本发明中通过同步串口传输数字音频信号，彻底摒弃了模拟的音频信号的传输，因此在通信设备和耳机之间传输的是数字音频信号，提高了音频信号的抗干扰能力，并且本发明采用DSP数字信号处理器能够实现对音频信号的降噪处理，提高了音频的质量。

（2）本发明中的音频转接装置的信号处理单元可以通过电压转换模块和电源滤波模块直接与通信设备的电源连接，因此本发明的音频转接装置可以直接通过通信设备进行供电，无需利用额外的电源设备进行供电，具有结构简单的优点。

（3）本发明音频转接装置中对音频信号的降噪处理包括静音检测步骤，根据静音结果，自动打开或者关闭音频通路，以防止噪声的直接输出，降低噪声对听觉的影响。

附图说明

图1是本发明音频转接装置结构图。

图2是本发明音频转接方法的流程图。

图3是本发明音频转接装置中传输的数据帧的帧格式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例公开了一种车内通信音频转接装置，该装置包括信号处理单元、滤波单元和降噪开关。

其中信号处理单元模块包括变压器、FPGA、DSP数字信号处理器、AD转换模块和DA转换模块。

通信设备通过同步串口与变压器连接，变压器通过同步串口与FPGA的连接，利用同步串口从通信设备中读入数字音频信号，然后传送给FPGA，其中变压器主要用于提升串口的驱动能力和带载能力，在本实施例中用于接口电平的转换，将通信设备中输出的5V电平转换成3.3V，或将串口中传输的3.3V数据转换成5V的电平，然后传送给通信设备。FPGA通过SPI接口（serialperipheralinterface，串行外围设备接口）与DSP数字信号处理器连接，DSP数字信号处理器分别与AD转换模块和DA转换模块连接。

其中降噪开关与DSP数字信号处理器连接，用于控制DSP数字信号处理器是否选择经过降噪处理后的信号进行相关处理。

滤波单元包括电源滤波模块、电压转换模块和音频电路模块，电压转换模块一端通过电源滤波模块与通信设备连接，另一端与信号处理单元连接，通过通信设备为本实施例中的音频转接装置直接供电。本实施例中的电源滤波模块还连接耳机的电源端，将通信设备的电源直接供给耳机。

其中信号处理单元中FPGA所需要的电压为1.2V、2.5V和3.3V，DSP数字信号处理器所需的电压为1.6V和3.3V；AD转换模块所需的电压为3.3V，DA变压器所需电压为5V。这些不同的电压均通过滤波单元的电压转换模块对通信设备的24V进行转换而得到。

电源滤波模块和电压转换模块将通信设备的24V电源转换成相应大小的电平，然后分别供给信号处理单元的各组成模块。

信号处理单元中的DA转换模块和AD转换模块分别通过音频电路模块与耳机的PHONE端和MIC端连接，其中耳机中的MIC端为耳机的话筒信号输出端，PHONE端为耳机的语音信号输入端，本实施例通过MIC端将耳机话筒的信号传送给音频电路模块，通过PHONE端将音频电路模块中的音频信号发送给耳机。

如图2所示，本实施例公开了一种车内通信音频转接方法，包括转接通信设备发送到耳机的音频信号步骤和耳机发送到通信设备的音频信号步骤，

其中本实施例音频转接装置转接通信设备发送到耳机的音频信号步骤如下：

（1）通信设备将要发送的音频信号进行PCM编码，音频转接装置中FPGA通过同步串口从通信设备中读取PCM音频信号，然后通过同步串口协议解析提取PCM音频信号；

（2）通过FPGA对PCM音频信号的帧格式进行解封装处理，将解封装后的PCM音频数据发送给DSP数字信号处理器；

（3）DSP数字信号处理器接收来自FPGA的PCM音频数据后，首先对PCM音频数据进行解码，得到线性音频信号；然后将线性音频信号分为两路，对其中一路线性音频信号进行降噪处理；另一路不做降噪处理；最后通过降噪开关选择输出未经降噪处理的线性音频信号或经过降噪处理后的线性音频信号输出到DA转换模块；当打开降噪开关，DSP数字信号处理器则输出经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块；当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器输出未经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块；

（4）DA转换模块将从DSP数字信号处理器中接收到的数字音频信号转换成模拟音频信号，然后传送给音频电路模块；

（5）音频电路模块对其接收到的模拟信号进行放大和滤波处理后发送给耳机。

其中本实施例音频转接装置转接耳机发送到通信设备的音频信号步骤如下：

（a）音频转接装置中的音频电路模块采集耳机话筒发送的模拟音频信号；

（b）话筒所发送出去的模拟音频信号经过音频电路模块放大及滤波处理后传送到AD转换模块，AD转换模块将其接收的模拟信号转换成数字信号，然后发送给DSP数字信号处理器；

（c）DSP数字信号处理器接收到AD转换模块发送的数字音频信号后，将该数字音频信号分成两路，其中一路AD转换模块发送的数字音频信号做降噪处理，另外一路不做降噪处理；DSP数字信号处理器通过降噪开关选择其中一路音频信号进行编码处理，得到PCM音频数据，最后将PCM音频数据通过SIP接口传送给FPGA；

当打开降噪开关时，DSP数字信号处理器选择将经过降噪处理的一路数字信号进行编码处理，当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器选择将未经过降噪处理的那路数字信号进行编码处理；

（d）FPGA从DSP数字信号处理器读入PCM音频数据后，对PCM音频数据进行帧格式封装，然后通过同步串口将封装后的PCM音频数据发送给通信设备。

其中本实施中同步串口协议规定的帧的帧格式如图3所示为：每帧传输128bit，每帧分成8个子帧，每个子帧16bit，第1个子帧为同步子帧，用于数字音频接口同步，第2个子帧用于传输控制命令，第3和4个子帧为空闲的，最后4个子帧为PCM音频。本实施例中PCM音频编解码采样率为8kHz，每个样点量化为8bit，编码后的速率为64kbps，为了提高信噪比减少量化误差，PCM编码采用非线性多级量化，编码译码算法简单，音频信号的失真小。

本实施例中，当耳机使用者通过音频转接装置接收通信设备中的音频信号时，耳机使用者根据其所接听到的音频信号的质量，打开或者关闭降噪开关。当耳机使用者通过耳机麦克风发送其音频信号时，耳机使用者根据其所身处环境来确定是否要打开降噪开关，当其身处环境比较吵杂时，可以考虑打开降噪开关。

本实施例中DSP在进行降噪处理过程中对音频信号进行静音检测处理，静音检测可以判断出接收的音频信号中的纯噪声区和带噪声的语音区，DSP根据静音检测结果，自动打开或者关闭音频通路，当检测到音频信号没有语音区即音频信号中只有纯噪声时，直接关闭音频通道，防止噪声的直接输出，降低噪声对听觉的影响。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车内通信音频转接装置实现的音频转接方法，车内通信音频转接装置包括信号处理单元、滤波单元和降噪开关；所述信号处理单元包括FPGA、DSP数字信号处理器、AD转换模块和DA转换模块，通信设备通过同步串口与信号处理单元中的FPGA连接，通过同步串口传送FPGA和通信设备之间的信号；所述FPGA通过DSP数字信号处理器分别与DA转换模块和AD转换模块连接；所述滤波单元包括音频电路模块，所述信号处理单元中的DA转换模块和AD转换模块分别通过音频电路模块与耳机的PHONE端和MIC端连接；所述降噪开关与DSP数字信号处理器连接；

其特征在于，音频转接方法包括转接通信设备发送到耳机的音频信号步骤和耳机发送到通信设备的音频信号步骤；

其中音频转接装置转接通信设备发送到耳机的音频信号的音频转接方法的步骤如下：

(1)通信设备通过同步串口向FPGA发送PCM音频信号；

(2)FPGA对接收到的PCM音频信号的帧格式进行解封装处理，将解封装后的PCM音频数据发送给DSP数字信号处理器；

(3)DSP数字信号处理器接收来自FPGA的PCM音频数据后，首先对PCM音频数据进行解码，得到线性音频信号；然后将线性音频信号分为两路，一路线性音频信号进行降噪处理；最后DSP数字信号处理器选择将其中一路音频信号输入到DA转换模块；

(4)DA转换模块将从DSP数字信号处理器中接收到的数字音频信号转换成模拟音频信号，然后传送给音频电路模块；

(5)音频电路模块对其接收到的模拟信号进行放大和滤波处理后发送给耳机；

其中音频转接装置转接耳机发送到通信设备的音频信号的音频转接步骤如下：

(a)耳机通过话筒发送音频信号到音频电路模块中；

(b)音频电路模块对接收到的音频信号经过放大及滤波处理后发送给AD转换模块，AD转换模块将其接收的模拟信号转换成数字信号，然后发送给DSP数字信号处理器；

(c)DSP数字信号处理器接收到AD转换模块发送的数字音频信号后，将该数字音频信号分成两路，一路数字信号做降噪处理；DSP数字信号处理器选择对其中一路音频信号进行编码处理；得到PCM音频数据，最后将PCM音频数据传送给FPGA；

(d)FPGA从DSP数字信号处理器读入PCM音频数据后，对PCM音频数据进行帧格式封装，然后通过同步串口将封装后的PCM音频数据发送给通信设备。

2.根据权利要求1所述的音频转接方法，其特征在于，步骤(2)和(d)中所述帧格式为：每帧由8个子帧组成：第1个子帧为同步子帧，用于数字音频接口同步；第2个子帧用于传输控制命令；第3和4个子帧为空闲的；最后4个子帧为PCM音频数据。

3.根据权利要求2所述的音频转接方法，其特征在于，每帧传输128bit数据，每个子帧传输16bit数据。

4.根据权利要求1所述的音频转接方法，其特征在于，所是步骤(3)中，当打开降噪开关，DSP数字信号处理器则输出经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块；当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器输出未经过降噪处理的那路线性音频信号到DA转换模块。

5.根据权利要求1所述的音频转接方法，其特征在于，所述步骤(c)中，当打开降噪开关时，DSP数字信号处理器选择将经过降噪处理的那路数字信号进行编码处理，当关闭降噪开关，DSP数字信号处理器选择将未经过降噪处理那路数字信号进行编码处理。

6.根据权利要求1所述的音频转接方法，其特征在于，所述步骤(3)和(c)中DSP数字信号处理器在对音频信号进行降噪处理时对音频信号进行静音检测，根据静音检测结果，打开或者关闭音频通路。