CN106303761B - 一种窗口对讲系统及对讲方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窗口对讲系统，包括服务器、数据库、窗口对讲内机和窗口对讲外机，服务器与数据库相连接；窗口对讲内机包括内机单片机、内机拾音器、内机扬声器和内机信号编解传输装置，内机单片机分别与内机拾音器、内机扬声器和内机信号编解传输装置相连接，内机单片机与服务器相通讯；窗口对讲外机包括外机单片机、外机拾音器、外机扬声器、滤波运放器和外机信号编解传输装置，外机单片机分别与外机拾音器、外机扬声器、滤波运放器和外机信号编解传输装置相连接，外机单片机与服务器相通讯；内机信号编解传输装置与外机信号编解传输装置相通讯。本发明内机与外机对讲过程中经回声抵消和抑制处理，实现内机和外机能同时说话，不会混音。

Description

一种窗口对讲系统及对讲方法

技术领域

本发明属于窗口对讲技术领域，特别是涉及一种窗口对讲系统及对讲方法。

背景技术

现有技术方案：车站售票厅、医院、银行等窗口场所，使用一种模拟信号的对讲设备，其原理是窗口外机上安装有咪头和喇叭，室内机上装有话筒杆和喇叭，可实现内外对讲沟通联系；技术条件等级较高的设备，室内机上还有音量调节的旋钮，用以调节室内机咪头和喇叭的音量大小。现有窗口对讲设备有如下模式和相应模式地不足之处：

一、单工模式：窗口对讲设备基于模拟信号传输，近年来部分技术较先进的厂商还推出半数字半模拟的窗口对讲系统，但仍然无法有效解决窗口对讲存在的问题；无法全双工对讲。在单工模式下，因为模拟信号传输受限制，通信状态为单向信号传输；只能够内机一方按键过程中讲话，外机一方听；沟通结束后，外机一方再按键讲话，内机一方听；双方同时讲话只能够听到首先发起方的声音，另一个声音是完全被屏蔽掉的，因为没有多余的信道支撑同时讲话。并且此类模式的通话声音不够清晰、易串音啸叫。

二、半双工模式：该类技术为单工窗口对讲的技术改进，采用半数字化半模拟信号通信。通话过程中不需要在对讲过程中持续按键，且内机具备一定的信号处理能力，可以判定对讲过程的中断秩序，进而加快双方对讲时间差；但仍然无法同时进行讲话，一旦内机与外机同时讲话，则易产生混音、甚至啸叫。

特别现有窗口对讲系统存在的对讲系统中的回声问题，窗口对讲系统在使用过程中，扬声器播放出来的声音被拾音器采集后返回远端，使远端说话者可以听到自己的声音，当这个反复的回声重复循环的时候，便产生混音使双方无法听清讲话内容，当这个回声的增益超过喇叭的频响解析值时，啸叫便由此产生。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种窗口对讲系统及对讲方法，本发明窗口对讲内机与窗口对讲外机之间通信采用全数字信号传输，窗口对讲内机的拾音器与扬声器之间的回声传播是经过回声信号抵消处理的，窗口对讲外机的拾音器与扬声器之间的回声传播也是通过回声信号抵消处理的，并且窗口对讲内机与窗口对讲外机之间的通信也是实时的回声抵消处理，经回声抵消、抑制处理，达到回声消除的效果，从而实现了窗口对讲内机和窗口对讲外机之间同时说话，双方都可以听得见、听得清楚，不会产生混音、甚至啸叫。

为了实现上述目的，本发明提供了一种窗口对讲系统，包括服务器、数据库、窗口对讲内机和窗口对讲外机，所述服务器与所述数据库相连接；所述窗口对讲内机包括内机单片机、内机拾音器、内机扬声器和内机信号编解传输装置，所述内机单片机分别与所述内机拾音器、内机扬声器和内机信号编解传输装置相连接，所述内机单片机与所述服务器相通讯；所述窗口对讲外机包括外机单片机、外机拾音器、外机扬声器、滤波运放器和外机信号编解传输装置，所述外机单片机分别与所述外机拾音器、外机扬声器、滤波运放器和外机信号编解传输装置相连接，所述外机单片机与所述服务器相通讯；所述内机信号编解传输装置与所述外机信号编解传输装置相通讯。

进一步地，所述内机拾音器包括内机人声信号拾音器和内机环境噪声拾音器。

进一步地，所述外机拾音器包括外机人声信号拾音器和外机环境噪声拾音器。

本发明提供的一种所述窗口对讲系统的对讲方法，包括如下步骤：

(1)窗口对讲外机与窗口对讲内机对讲时，外机拾音器采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，外机拾音器将采集的声音信号传输给外机单片机；在滤波运放器的作用下，滤除掉大部分声音信号中的环境声音信号，经滤波运放器消噪处理后得到的外机信号通过外机信号编解传输装置处理后传输给内机信号编解传输装置，内机信号编解传输装置将外机信号传输给内机单片机，内机单片机接收外机信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机，内机单片机将外机信号与调用的音频信号进行比对处理，以进一步滤除外机信号中的少部分环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，将人声信号运算放大处理后通过内机扬声器播放出来；

(2)窗口对讲内机向窗口对讲外机对讲时，内机拾音器采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，内机拾音器将采集的声音信号传输给内机单片机；内机单片机接收声音信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机，内机单片机将声音信号与调用的音频信号进行比对处理，以滤除声音信号中的环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，通过内机信号编解传输装置将人声信号处理后传输给外机信号编解传输装置，外机信号编解传输装置将人声信号传输给外机单片机，外机单片机接收人声信号后通过外机扬声器播放出来。

进一步地，所述内机拾音器包括的内机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，内机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

进一步地，所述外机拾音器包括的外机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，外机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

进一步地，窗口对讲外机向窗口对讲内机对讲时，如果通过内机扬声器播放出来时人声音还存在杂波干扰音时，内机拾音器采集播放出来的人声信号继续传输给内机单片机，内机单片机将不断调用数据库当中的噪声库以对人声信号中存留的环境噪声信号进行滤波消除，将人声信号中存留的环境噪声信号降低至人耳无法感知的效果，再通过内机扬声器播放出来。

进一步地，外机拾音器采集声音信号传输给外机单片机；在滤波运放器的作用下，滤除掉声音信号中的环境声音信号得到人声信号，如果直接将人声信号通过外机扬声器播放出来，其播放出来的声音听起来会很干涩，此时外机信号编解传输装置将人声信号处理后传输给内机信号编解传输装置，内机信号编解传输装置将人声信号传输给内机单片机，内机单片机接收人声信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的人声信号给内机单片机，内机单片机将调用的人声信号填补到接收的人声信号中并进行滤波后得到平稳、流畅的人声信号后回传至窗口对讲外机中，通过外机扬声器播放出来。

进一步地，外机拾音器采集到的声音信号，在滤波运放器的作用下，分析声音信号是否处于设定值范围之间，当声音信号增益过高则自动降低，声音信号过低则自动提升，同时滤波运放器同步抑制大于设定值的环境噪声信号，以将采集的声音信号处理成稳定的声音信号，此时外机单片机同步运算外机拾音器与外机扬声器之间的动态回声信号，并与服务器建立通讯，调用数据库当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对外机拾音器和外机扬声器之间的动态回声信号进行抑制消除。

进一步地，内机单片机同步运算内机拾音器与内机扬声器之间的动态回声信号，并与服务器建立通讯，调用数据库当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对内机拾音器和内机扬声器之间的动态回声信号进行抑制消除。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明窗口对讲内机与窗口对讲外机之间通信采用全数字信号传输，窗口对讲内机的拾音器与扬声器之间的回声传播是经过回声信号抵消处理的，窗口对讲外机的拾音器与扬声器之间的回声传播也是通过回声信号抵消处理的，并且窗口对讲内机与窗口对讲外机之间的通信也是实时的回声抵消处理，经回声抵消、抑制处理，达到回声消除的效果，从而实现了窗口对讲内机和窗口对讲外机之间同时说话，双方都可以听得见、听得清楚，不会产生混音、甚至啸叫。

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为本发明实施例的框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供的一种窗口对讲系统，包括服务器2、数据库1、窗口对讲内机和窗口对讲外机，所述服务器2与所述数据库1相连接；所述窗口对讲内机包括内机单片机4、内机拾音器3、内机扬声器5和内机信号编解传输装置6，所述内机单片机4分别与所述内机拾音器3、内机扬声器和内机信号编解传输装置6相连接，所述内机单片机4与所述服务器2相通讯；所述窗口对讲外机包括外机单片机8、外机拾音器9、外机扬声器10、滤波运放器11和外机信号编解传输装置7，所述外机单片机8分别与所述外机拾音器9、外机扬声器10、滤波运放器11和外机信号编解传输装置7相连接，所述外机单片机8与所述服务器2相通讯；所述内机信号编解传输装置6与所述外机信号编解传输装置7相通讯。

本发明的所述内机拾音器3包括内机人声信号拾音器和内机环境噪声拾音器。

本发明的所述外机拾音器9包括外机人声信号拾音器和外机环境噪声拾音器。

本发明提供的一种所述窗口对讲系统的对讲方法，包括如下步骤：

(1)窗口对讲外机与窗口对讲内机对讲时，外机拾音器9采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，外机拾音器9将采集的声音信号传输给外机单片机8；在滤波运放器11的作用下，滤除掉大部分声音信号中的环境声音信号，经滤波运放器11消噪处理后得到的外机信号通过外机信号编解传输装置7处理后传输给内机信号编解传输装置6，内机信号编解传输装置6将外机信号传输给内机单片机4，内机单片机4接收外机信号后与服务器2建立通讯，服务器2随即调用数据库1当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机4，内机单片机4将外机信号与调用的音频信号进行比对处理，以进一步滤除外机信号中的少部分环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，将人声信号运算放大处理后通过内机扬声器5播放出来。

(2)窗口对讲内机向窗口对讲外机对讲时，内机拾音器3采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，内机拾音器3将采集的声音信号传输给内机单片机4；内机单片机4接收声音信号后与服务器2建立通讯，服务器2随即调用数据库1当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机4，内机单片机4将声音信号与调用的音频信号进行比对处理，以滤除声音信号中的环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，通过内机信号编解传输装置6将人声信号处理后传输给外机信号编解传输装置7，外机信号编解传输装置7将人声信号传输给外机单片机8，外机单片机8接收人声信号后通过外机扬声器9播放出来。

所述内机拾音器3包括的内机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，内机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

所述外机拾音器9包括的外机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，外机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

窗口对讲外机和窗口对讲内机的拾音器都采用阵列布置方式，同一个部位排列两个以上拾音器，方向角度少有差异，一个拾音器装配有2个以上的拾音咪头，用于音频信号的采集和背景噪音的消除。其中人声信号拾音器和环境噪声拾音器同步工作。

窗口对讲外机向窗口对讲内机对讲时，如果通过内机扬声器5播放出来时人声音还存在杂波干扰音时，内机拾音器3采集播放出来的人声信号继续传输给内机单片机4，内机单片机4将不断调用数据库1当中的噪声库以对人声信号中存留的环境噪声信号进行滤波消除，将人声信号中存留的环境噪声信号降低至人耳无法感知的效果，再通过内机扬声器5播放出来。

外机拾音器9采集声音信号传输给外机单片机8；在滤波运放器11的作用下，滤除掉声音信号中的环境声音信号得到人声信号，如果直接将人声信号通过外机扬声器10播放出来，其播放出来的声音听起来会很干涩，此时外机信号编解传输装置7将人声信号处理后传输给内机信号编解传输装置6，内机信号编解传输装置6将人声信号传输给内机单片机4，内机单片机4接收人声信号后与服务器2建立通讯，服务器2随即调用数据库1当中的回声抵消匹配库中的人声信号给内机单片机4，内机单片机4将调用的人声信号填补到接收的人声信号中并进行滤波后得到平稳、流畅的人声信号后回传至窗口对讲外机中，通过外机扬声器10播放出来。

外机拾音器9采集到的声音信号，在滤波运放器11的作用下，分析声音信号是否处于设定值范围之间，当声音信号增益过高则自动降低，声音信号过低则自动提升，同时滤波运放器11同步抑制大于设定值的环境噪声信号，以将采集的声音信号处理成稳定的声音信号，此时外机单片机8同步运算外机拾音器9与外机扬声器10之间的动态回声信号，并与服务器2建立通讯，调用数据库1当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对外机拾音器9和外机扬声器10之间的动态回声信号进行抑制消除。

内机单片机4同步运算内机拾音器3与内机扬声器5之间的动态回声信号，并与服务器2建立通讯，调用数据库1当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对内机拾音器3和内机扬声器5之间的动态回声信号进行抑制消除。

本发明的数据库1还实时存储窗口对讲内机和窗口对讲外机对讲过程中的录音文件，以便数据的统一管理和查询。

本发明的窗口对讲内机和窗口对讲外机的环境噪声拾音器采集到的环境噪声信号，通过嵌入式程序对信号进行简单的运算处理，建立起滤波器，对高于80dB的信号进行抑制，低于30dB的信号进行信号增益；其过程中，对信号来源中频率单一、不平滑、且调动幅度较大的信号进行滤波消除；再与人声信号拾音器采集到的信号进行叠加合并后送入单片机进一步处理。

当内机拾音器3采集的音量很大声时，内机单片机4能够从数据库1中回声抵消匹配库中的大音量信号量与之比对，以自动滤波调整增益，并且对当前信号进行无损压缩，从而避免破音及失真；当拾音器采集到较小声音时，能够控制在背景噪音信号不增大的情况下，有效识别并抓取人声，并维持其清晰度。

本发明窗口对讲内机与窗口对讲外机之间通信采用全数字信号传输，窗口对讲内机的拾音器与扬声器之间的回声传播是经过回声信号抵消处理的，窗口对讲外机的拾音器与扬声器之间的回声传播也是通过回声信号抵消处理的，并且窗口对讲内机与窗口对讲外机之间的通信也是实时的回声抵消处理，经回声抵消、抑制处理，达到回声消除的效果，从而实现了窗口对讲内机和窗口对讲外机之间同时说话，双方都可以听得见、听得清楚，不会产生混音、甚至啸叫。

本发明实现了多通道语音处理技术：窗口对讲进行全双工通话时，窗口内机本地回声、窗口外机本地回声、近距离扩声回声(内外机之间回声)、环境噪声等多方面同步实时动态拾音，自适应动态抑制降噪处理，可有效提高语音通话的清晰度并自动调整音量大小。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)窗口对讲外机与窗口对讲内机对讲时，外机拾音器采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，外机拾音器将采集的声音信号传输给外机单片机；在滤波运放器的作用下，滤除掉大部分声音信号中的环境声音信号，经滤波运放器消噪处理后得到的外机信号通过外机信号编解传输装置处理后传输给内机信号编解传输装置，内机信号编解传输装置将外机信号传输给内机单片机，内机单片机接收外机信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机，内机单片机将外机信号与调用的音频信号进行比对处理，以进一步滤除外机信号中的少部分环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，将人声信号运算放大处理后通过内机扬声器播放出来；

(2)窗口对讲内机向窗口对讲外机对讲时，内机拾音器采集声音信号，其中声音信号中含有平滑、连续且频率不单一的人声信号，以及不平滑、调动幅度较大且频率单一的环境声音信号，内机拾音器将采集的声音信号传输给内机单片机；内机单片机接收声音信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的音频信号给内机单片机，内机单片机将声音信号与调用的音频信号进行比对处理，以滤除声音信号中的环境噪声信号，得到平滑、连续且频率不单一的人声信号，通过内机信号编解传输装置将人声信号处理后传输给外机信号编解传输装置，外机信号编解传输装置将人声信号传输给外机单片机，外机单片机接收人声信号后通过外机扬声器播放出来；

内机单片机同步运算内机拾音器与内机扬声器之间的动态回声信号，并与服务器建立通讯，调用数据库当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对内机拾音器和内机扬声器之间的动态回声信号进行抑制消除。

2.根据权利要求1所述的窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，所述内机拾音器包括的内机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，内机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

3.根据权利要求1所述的窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，所述外机拾音器包括的外机人声信号拾音器采集300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以内的声音信号，外机环境噪声拾音器采集对讲过程中300Hz-3.4kHz之间的人体声带基频范围以外的环境噪声信号。

4.根据权利要求1所述的窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，窗口对讲外机向窗口对讲内机对讲时，如果通过内机扬声器播放出来时人声音还存在杂波干扰音时，内机拾音器采集播放出来的人声信号继续传输给内机单片机，内机单片机将不断调用数据库当中的噪声库以对人声信号中存留的环境噪声信号进行滤波消除，将人声信号中存留的环境噪声信号降低至人耳无法感知的效果，再通过内机扬声器播放出来。

5.根据权利要求1所述的窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，外机拾音器采集声音信号传输给外机单片机；在滤波运放器的作用下，滤除掉声音信号中的环境声音信号得到人声信号，如果直接将人声信号通过外机扬声器播放出来，其播放出来的声音听起来会很干涩，此时外机信号编解传输装置将人声信号处理后传输给内机信号编解传输装置，内机信号编解传输装置将人声信号传输给内机单片机，内机单片机接收人声信号后与服务器建立通讯，服务器随即调用数据库当中的回声抵消匹配库中的人声信号给内机单片机，内机单片机将调用的人声信号填补到接收的人声信号中并进行滤波后得到平稳、流畅的人声信号后回传至窗口对讲外机中，通过外机扬声器播放出来。

6.根据权利要求1所述的窗口对讲系统的对讲方法，其特征在于，外机拾音器采集到的声音信号，在滤波运放器的作用下，分析声音信号是否处于设定值范围之间，当声音信号增益过高则自动降低，声音信号过低则自动提升，同时滤波运放器同步抑制大于设定值的环境噪声信号，以将采集的声音信号处理成稳定的声音信号，此时外机单片机同步运算外机拾音器与外机扬声器之间的动态回声信号，并与服务器建立通讯，调用数据库当中的回声抵消匹配库中的预设回声抑制比对信号，对外机拾音器和外机扬声器之间的动态回声信号进行抑制消除。