CN105429657A - 一种短波接收机及其去噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信领域，公开了一种短波接收机及其去噪方法，通过话音检测技术，判断当前接收到的信号是否为话音信号，在没有话音信号时不会接收到噪声信号，提高了接收人员的舒适度。所述短波接收机的数字信号处理模块包括信号预处理子模块，与所述信号预处理子模块电连接的话音信号检测子模块，以及与所述话音信号检测子模块电连接的去噪功能控制子模块，话音信号检测子模块用于判断经过信号预处理子模块处理后的信号是否为话音信号；去噪功能控制子模块，用于当经过信号预处理子模块处理后的信号不是话音信号时，控制信号输出模块不输出经过信号预处理子模块处理后的信号。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，尤其涉及一种短波接收机及其去噪方法。
背景技术
短波接收机广泛应用于野外军事通信中，接收信号的质量直接影响到军事命令的下达和接收人员的舒适度。众所周知，短波通信主要依靠天波，而电离层反射信道是一种时变色散信道，其特点是路径损耗、时延散布、噪声和干扰等都随频率、地点、季节、昼夜的变化不断变化。因此，短波通信中噪声是接收机中不可避免的一部分，工程师根据短波通信的特点在接收机中进行了很多关于信号降噪处理的研究，但是由于短波信号受干扰的情况复杂，从降噪方面很难有好的办法解决噪声的问题。这样，接收端接收人员长期处于接收状态时，耳机中一直充斥着噪声，对于接收人员的舒适度会产生很大的影响，从而影响整个接收工作状态。
传统的短波接收机，将来自天线的高频信号变换到中频，经过去载波、滤波等多级处理后，获得了数字信号。通常，在数字信号处理模块中将获得的信号通过D/A变换后直接在接收机耳机中输出。目前这种接收机数据输出流程应用非常广泛，但由于这种短波接收机在处于接收状态时即使没有话音信号，耳机中也一直会有噪声输出，对短波接收人员有很大干扰。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种短波接收机及其去噪方法，当短波接收机接收到信号时，通过话音检测技术，判断当前接收到的信号是否为话音信号。如果是话音信号，才将信号输出到耳机供接收人员接收；如果是噪声信号，则不将信号输出到耳机中，这样接收人员在没有话音信号时不会接收到噪声信号，提高了接收人员的舒适度。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种短波接收机，所述短波接收机包括信号接收模块，与所述信号接收模块电连接的功率放大模块，与所述功率放大模块电连接的射频信号处理模块，与所述射频信号处理模块电连接的数字信号处理模块，以及与所述数字信号处理模块电连接的信号输出模块，其中，所述数字信号处理模块包括信号预处理子模块，
所述数字信号处理模块还包含与所述信号预处理子模块电连接的话音信号检测子模块，以及与所述话音信号检测子模块电连接的去噪功能控制子模块；
其中，所述话音信号检测子模块用于判断经过所述信号预处理子模块处理后的信号是否为话音信号；
所述去噪功能控制子模块，用于当经过所述信号预处理子模块处理后的信号是话音信号时，控制所述信号输出模块输出经过信号预处理子模块处理后的信号，否则，丢弃所述经过信号预处理子模块处理后的信号。
技术方案二：
一种短波接收机的去噪方法，所述方法包括如下步骤：
短波接收机接收多帧数据，并对接收到的每帧数据进行预处理，得到预处理后的每帧基带数据；
对所述预处理后的每帧基带数据做傅里叶变换，得到预处理后的每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱；
根据所述每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱，得到每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和；
根据所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和，判定所述每帧基带数据的属性，所述每帧基带数据的属性包括两种，分别为纯噪声数据以及语音噪声混合数据；
若连续N帧基带数据的属性为语音噪声混合数据，且所述连续N帧基带数据的第一累加和大于第一预设门限值，所述连续N帧基带数据的第二累加和大于第二预设门限值，则确定所述连续N帧基带数据为话音信号，其中，N大于或者等于5；
其中，所述连续N帧基带数据的第一累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的最大值与所述预设高频段范围内能量的最大值的比值进行累加的结果，所述连续N帧基带数据的第二累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的总和与所述预设高频段范围内能量的总和的比值进行累加的结果；
当所述连续N帧基带数据为话音信号时，所述短波接收机输出所述连续N帧基带数据；当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)根据所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预高频段范围内能量的总和，判定所述每帧基带数据的属性，具体为：
若所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的最大值，且所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的总和，则判定所述每帧基带数据的属性为语音噪声混合数据。
(2)所述预设基础频段范围为0Hz到3KHz，所述预设低频段范围为500Hz到1500Hz，所述预设高频段范围为1500Hz到2500Hz。
(3)所述当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据，具体包括：
当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号，且所述连续N帧基带数据持续时间大于3秒，则所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
(4)所述短波接收机对接收到的多帧数据进行预处理包括：将来自天线的高频信号变换到中频，并对中频信号进行去载波和滤波过程，得到预处理后的数据。
本发明提供的短波接收机及其去噪方法，对接收到的信号进行检测，当判断出是话音信号时才输出话音到耳机，噪声信号时不输出，以此提高短波接收端机接收人员舒适度的一种新思路，其优点在于进行了话音信号和噪声信号的区分，只有在收到有用信号即话音信号时才输出，同时系统中增加了信号输出延时判断，从而保证了正常话音的连续性。该技术应用于短波接收机中，克服了短波噪声大，对接收人员干扰的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的短波接收机的接收示意图一；
图2为本发明实施例提供的短波接收机的接收示意图二；
图3为本发明实施例提供的短波接收机的去噪方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的确定连续N帧信号为话音信号的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的解决话音信号连续输出问题的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为短波接收机的结构示意图，所述短波接收机包括信号接收模块1，与所述信号接收模块1电连接的功率放大模块2，与所述功率放大模块2电连接的射频信号处理模块3，与所述射频信号处理模块3电连接的数字信号处理模块4，以及与所述数字信号处理模块4电连接的信号输出模块5。
如图2所示，在本发明实施例提供的短波接收机中，所述数字信号处理模块4包括信号预处理子模块41，所述数字信号处理模块4还包括与所述信号预处理子模块41电连接的话音信号检测子模块42，以及与所述话音信号检测子模块42电连接的去噪功能控制子模块43。
其中，所述话音信号检测子模块42用于判断经过所述信号预处理子模块41处理后的信号是否为话音信号。
所述去噪功能控制子模块43，用于当经过所述信号预处理子模块41处理后的信号是话音信号时，控制所述信号输出模块5输出经过信号预处理子模块41处理后的信号，否则，丢弃所述经过信号预处理子模块处理后的信号。
如图3所示，本发明实施例还提供一种短波接收机的去噪方法，所述短波接收机的去噪方法应用于如上实施例所述的短波接收机中，所述方法包括如下步骤：
步骤1，短波接收机接收多帧数据，并对接收到的每帧数据进行预处理，得到预处理后的每帧基带数据。
步骤2，对所述预处理后的每帧基带数据做傅里叶变换，得到预处理后的每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱。
所述预设基础频段范围为0Hz到3KHz。
步骤3，根据所述每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱，得到每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和。
其中，所述预设低频段范围为500Hz到1500Hz，所述预设高频段范围为1500Hz到2500Hz。
步骤4，根据所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和，判定所述每帧基带数据的属性。
所述每帧基带数据的属性包括两种，分别为纯噪声数据以及语音噪声混合数据。
判定所述每帧基带数据的属性，具体为：
若所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的最大值，且所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的总和，则判定所述每帧基带数据的属性为语音噪声混合数据。
步骤5，若连续N帧基带数据的属性为语音噪声混合数据，且所述连续N帧基带数据的第一累加和大于第一预设门限值，所述连续N帧基带数据的第二累加和大于第二预设门限值，则确定所述连续N帧基带数据为话音信号。其中，N大于或者等于5
其中，所述连续N帧基带数据的第一累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的最大值与所述预设高频段范围内能量的最大值的比值进行累加的结果，所述连续N帧基带数据的第二累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的总和与所述预设高频段范围内能量的总和的比值进行累加的结果。
步骤6，当所述连续N帧基带数据为话音信号时，所述短波接收机输出所述连续N帧基带数据；当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
具体的，所述当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据，具体包括：当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号，且所述连续N帧基带数据持续时间大于3秒，则所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
进一步的，所述短波接收机对接收到的多帧数据进行预处理包括：将来自天线的高频信号变换到中频，并对中频信号进行去载波和滤波过程，得到预处理后的数据。
示例性的，在实际工程应用中采用如下具体方案进行短波接收机的去噪操作。
本发明中所采用的话音信号检测算法如下：
根据话音信号处理原理可以知道，话音信号和噪声信号在频域的频谱分布有非常明显的区别，噪声信号是在整个频谱范围内均匀分布，如果是标准的白噪声，其频域能量谱图非常均匀，所以短波接收机在处于接收噪声状态时，其信号的频域能量谱图相对比较均匀。然而话音信号的频谱不是均匀分布，因为人类话音的能量主要集中在低频段范围内，所以话音信号的频谱能量图主要集中在低频段，高频段相对较少。本发明主要采用话音信号和噪声信号在频域能量谱图的区别来进行话音信号和噪声信号的区分，从而达到检测话音信号的目的。
由于短波接收机接收到的是时域信号，经过预处理后的信号先要将其变到频域，本实施例中采用8点的FFT(快速傅里叶)变换，对短波接收机接收到的一帧数据从时域变换到频域，实现信号的时频转换；然后利用快速傅里叶变换的结果对频域内0到3KHz范围的信号进行能量计算；接着对获得的频域能量谱图进行分段，500Hz～1500Hz为低频段，1500Hz～2500Hz为高频段；从存储的能量分布图中找出低频段和高频段中能量的最大值，分别记为Plowmax和Phighmax，同时统计出低频段和高频段整个频段内的能量总和，分别记为Plowband和Phighband，然后判断Plowmax和Phighmax的大小，同时判断Plowband和Phighband的大小，当低频段最大值Plowmax大于高频段最大值Phighmax，同时低频段能量和Plowband大于高频段能量和Phighband，则该帧数据为话音数据。
本实施例中为了防止偶尔一帧特殊干扰信号使对话音信号发生误判，本实施例采用多层多门限判断。如图4所示，设计两个门限值Tmax和Tband，只有当连续N帧信号满足判断条件，同时低频段最大值与高频段最大值比值累加和大于门限值Tmax，且低频段能量与高频段能量比值累加和大于门限值Tband时，才能最终确定此时连续N帧信号为话音信号。
上面主要描述了本发明是如何将话音信号和噪声信号区分开来，即话音信号检测，下面主要描述去噪功能控制。短波接收机接收到话音信号时，不可能一直是连续的话音信号，因为人在讲话的过程中会有停顿，这段时间接收端机接收到的将是噪声信号，虽然中间停顿的时间比较短，但对于DSP模块几十毫秒处理一帧数据的速度，话音信号中间的停顿时间足以被检测出是噪声信号，因此本发明采用话音输出时间控制流程来解决话音信号的连续性输出问题，具体处理流程如图5所示。
当检测出话音信号时，话音输出的状态标志Tvoiceout置为1，然后设置计时器Timer为3s，每次检测到话音即Tvoiceout为1时，都重置Timer为3s，只有当检测到非话音信号即噪声信号，并且一直连续是噪声信号，计时器Timer的值从3s变为0时，此时才将输出标志Tvoiceout置为0，关闭信号输出。因为人在说话时中间的停顿时间一般不会超过3s，所以本发明这样的设计避免了话音停顿时话音信号的误判，只有当连续3s以上的信号是噪声信号时才不会有信号输出。
本发明实施例提供的短波接收机，相比原有的短波接收机，考虑到接收人员听觉感受，在话音信号时输出信号，在噪声信号时不输出任何信号，从而提高了接收端的接收质量，并且很大程度上提高了接收人员的舒适度；在DSP模块中增加话音信号检测功能，在不增加硬件的情况下，只对接收端机程序进行修改，就可以实现检测功能，成本小，同时开发周期短，而且不影响其他功能；采用话音输出时间控制消噪功能，在消噪功能实现的前提下，减少了输出状态的误判，很好的保证了话音信号输出的连续性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种短波接收机，其特征在于，所述短波接收机包括信号接收模块，与所述信号接收模块电连接的功率放大模块，与所述功率放大模块电连接的射频信号处理模块，与所述射频信号处理模块电连接的数字信号处理模块，以及与所述数字信号处理模块电连接的信号输出模块，其中，所述数字信号处理模块包含信号预处理子模块；
所述数字信号处理模块还包含与所述信号预处理子模块电连接的话音信号检测子模块，以及与所述话音信号检测子模块电连接的去噪功能控制子模块；
其中，所述话音信号检测子模块用于判断经过所述信号预处理子模块处理后的信号是否为话音信号；
所述去噪功能控制子模块，用于当经过所述信号预处理子模块处理后的信号是话音信号时，控制所述信号输出模块输出经过信号预处理子模块处理后的信号；否则，丢弃所述经过信号预处理子模块处理后的信号。
2.一种短波接收机的去噪方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
短波接收机接收多帧数据，并对接收到的每帧数据进行预处理，得到预处理后的每帧基带数据；
对所述预处理后的每帧基带数据做傅里叶变换，得到预处理后的每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱；
根据所述每帧基带数据在预设基础频段范围内的频谱，得到每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和；
根据所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预设高频段范围内能量的总和，判定所述每帧基带数据的属性，所述每帧基带数据的属性包括两种，分别为纯噪声数据以及语音噪声混合数据；
若连续N帧基带数据的属性为语音噪声混合数据，且所述连续N帧基带数据的第一累加和大于第一预设门限值，所述连续N帧基带数据的第二累加和大于第二预设门限值，则确定所述连续N帧基带数据为话音信号，其中，N大于或者等于5；
其中，所述连续N帧基带数据的第一累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的最大值与所述预设高频段范围内能量的最大值的比值进行累加的结果，所述连续N帧基带数据的第二累加和为所述连续N帧基带数据中的每帧基带数据对应的预设低频段范围内能量的总和与所述预设高频段范围内能量的总和的比值进行累加的结果；
当所述连续N帧基带数据为话音信号时，所述短波接收机输出所述连续N帧基带数据；当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
3.根据权利要求2所述的一种短波接收机的去噪方法，其特征在于，根据所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值、预设高频段范围内能量的最大值，以及所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和、所述预高频段范围内能量的总和，判定所述每帧基带数据的属性，具体为：
若所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的最大值大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的最大值，且所述每帧基带数据在预设低频段范围内能量的总和大于所述每帧基带数据在预设高频段范围内能量的总和，则判定所述每帧基带数据的属性为语音噪声混合数据。
4.根据权利要求3所述的一种短波接收机的去噪方法，其特征在于，所述预设基础频段范围为0Hz到3KHz，所述预设低频段范围为500Hz到1500Hz，所述预设高频段范围为1500Hz到2500Hz。
5.根据权利要求4所述的一种短波接收机的去噪方法，其特征在于，所述当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号时，所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据，具体包括：
当所述连续N帧基带数据为纯噪声信号，且所述连续N帧基带数据持续时间大于3秒，则所述短波接收机丢弃所述连续N帧基带数据。
6.根据权利要求5所述的一种短波接收机的去噪方法，其特征在于，所述短波接收机对接收到的多帧数据进行预处理，包括：将来自天线的高频信号变换到中频，并对中频信号进行去载波和滤波过程，得到预处理后的数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |