CN106851036A - 一种共线语音会议分散混音系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共线语音会议分散混音系统，包括若干环网设备。各环网设备顺次循环连接。每个环网设备分别与本站的语音收发终端进行语音数据传输。本站的环网设备接收上一站的环网设备的语音混音输出，并消除上一站的环网设备的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端的接收语音。环网设备并且接收本站的语音收发终端本时刻发送的语音，并将本时刻的语音与接收语音进行叠加，得到本站的环网设备的语音混音输出。将每一个与会成员所属的环网设备连接成环网，每个与会成员只占用所属的环网设备的一个时隙资源，可以提高环网设备间传输中继的时隙利用率，支持更多的并发通信。
Description
技术领域
本发明涉及语音会议通信技术领域，尤其涉及一种共线语音会议分散混音系统。
背景技术
人们对通信领域除了点对点通话的基本需求，对电话会议和视频会议的通信需求也日益强烈。目前，电话会议和视频会议的语音混音的实现方式大都是集中混音。集中混音要求所有与会成员将自己的语言发给一个或几个混音服务器(如实现混音功能的电路交换机PBX或其它设备)，混音服务器完成混音后将语音数据分发给每个与会成员。每个与会成员有一个语音输出(来自与会成员的麦克风)和一个语音输入(送至与会成员的听筒)。对混音服务器来说，有多少与会成员就有与会成员相同数量的语音输入(来自与会成员的麦克风)和语音输出(将混音结果送至与会成员的听筒)。对于电路交换机PBX或电路环网设备来说，每一个输入和输出都会独占一个宝贵的时隙资源，同时会独占传输路径上的时隙资源。集中混音的这样方式要求混音服务器的处理能力足够强，并且带宽要够用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种共线语音会议分散混音系统，该系统将每一个与会成员所属的环网设备通过中继连接成环网；在共线会议时，每个与会成员只占用所属的环网设备的一个时隙资源，只占用设备间传输中继的一个时隙，解决了现有的集中混音系统中每个与会成员独占大量的时隙资源以及混音处理对系统配置要求高的问题。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种共线语音会议分散混音系统，包括若干环网设备。各环网设备顺次循环连接。每个环网设备分别与本站的语音收发终端进行语音数据传输。本站的环网设备接收上一站的环网设备的语音混音输出，并消除上一站的环网设备的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端的接收语音。环网设备并且接收本站的语音收发终端本时刻发送的语音，并将本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音与接收语音进行叠加，得到本站的环网设备的语音混音输出；本站的环网设备的语音混音输出发送到下一站的环网设备。
进一步地，环网设备包含回声消除模块、混音模块。回声消除模块的第一输入端接收上一站的环网设备的语音混音输出。回声消除模块第二输入端接收本站的语音收发终端上一时刻发送的语音，本站的语音收发终端上一时刻发送的语音作为本时刻回声消除参考。回声消除模块根据所述本时刻回声消除参考消除上一站的环网设备的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端的接收语音。混音模块的第一输入端接收所述接收语音；混音模块的第二输入端接收本站的语音收发终端本时刻发送的语音。混音模块将所述接收语音与本站的语音收发终端本时刻发送的语音进行叠加，得到本站的环网设备的本时刻的语音混音输出；本站的环网设备的本时刻的语音混音输出发送到下一站的环网设备。
进一步地，环网设备包含回声消除模块、混音模块。回声消除模块的第一输入端与上一站的环网设备相连接。回声消除模块的第二输入端与本站的语音收发终端的语音发送端相连接。回声消除模块的输出端与混音模块的第一输入端相连接。回声消除模块的输出端并且与本站的语音收发终端的语音接收端相连接。混音模块的第二输入端与本站的语音收发终端的语音发送端相连接。混音模块的输出端与下一站的环网设备相连接。
进一步地，所述环网设备还包含混音滤波模块。本站的混音模块通过混音滤波模块与下一站的环网设备相连接。本站的混音模块将所述接收语音与本站的语音收发终端本时刻发送的语音进行叠加，得到本站的环网设备的语音混音输出；该语音混音输出通过混音滤波模块滤波后，再发送到下一站的环网设备。
进一步地，所述环网设备还包含输入语音去直流模块。语音收发终端的语音发送端通过输入语音去直流模块与本站的混音模块的第二输入端相连接。输入语音去直流模块用于消除本站的语音收发终端本时刻发送的语音中的直流分量。
进一步地，输入语音去直流模块包含输入语音求差单元、输入语音存储单元。语音收发终端的语音发送端分别与输入语音求差单元的输入端、输入语音存储单元的第一输入端相连接。输入语音存储单元的输出端与输入语音求差单元的第二输入端相连接。输入语音存储单元的输出端与混音模块的第二输入端相连接。
输入语音存储单元接收本站语音收发终端发送的本时刻的语音，并对本时刻的语音进行存储，存储的本时刻的语音作为输入语音求差单元下一时刻求差运算时的上一时刻的语音。
输入语音求差单元接收本站语音收发终端发送的本时刻的语音，并从输入语音存储单元中获取本站的上一时刻的语音；并将本时刻的语音减去上一时刻的语音，得到本站本时刻的语音差值；输入语音求差单元将本站本时刻的语音差值发送到混音模块进行混音。
进一步地，语音收发终端包括混音服务器、若干个话机。本站的各话机分别通过混音服务器与本站的环网设备相连接。混音服务器对本站的各话机发送的语音进行逐一叠加，得到集中混音输出，并将集中混音输出发送到本站的环网设备上。
进一步地，所述混音滤波模块为单极性IIR滤波器。
进一步地，所述混音滤波模块的衰减系数为1/64。
进一步地，语音收发终端本时刻发送的语音在发送到输入语音去直流模块之前幅度被衰减。
进一步地，语音收发终端本时刻发送的语音在发送到输入语音去直流模块之前幅度被衰减1/16。
本发明的有益效果：
(1)本发明包括若干个环网设备，将每一个与会成员所属的环网设备通过中继连接成环网。在共线会议时，每个与会成员只占用所属的环网设备的一个时隙资源，只占用设备间传输中继的一个时隙。节约独占的时隙资源可以提高环网设备间传输中继的时隙利用率，使得在同等资源配置下可以支持更多的并发通信。
(2)本发明各站点的回声消除模块根据本时刻回声消除参考消除上一站的环网设备的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端的接收语音，消除了回声干扰。
(3)本发明中混音滤波模块对本站每一帧混音后的语音混音输出进行一次滤波，可以有效的去除混音后的直流分量。
(4)本发明的语音收发终端包含混音服务器、若干个话机。本站的各话机分别通过混音服务器与本站的环网设备相连接。混音服务器对本站的各话机发送的语音进行逐一叠加，得到集中混音输出，并将集中混音输出发送到本站的环网设备上。实现了集中混音和共线会议分散混音的结合，扩大了会议混音系统的容量，并减少了会议混音系统远距离的传输时传输介质的成本。
附图说明
图1为本发明的电路原理方框图。
图2为图1中环网设备1的电路原理方框图。
图3为图2中输入语音去直流模块14的电路原理方框图。
图4为混音系统中回声产生的滤波器模型。
其中，图1至图4的附图标记为：环网设备 1、传输介质 2、语音收发终端 3；回声消除模块 11、混音模块 12、混音滤波模块 13、输入语音去直流模块 14；输入语音求差单元141、输入语音存储单元 142。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种共线语音会议分散混音系统，包括若干环网设备1、以及连接环网设备1的传输介质2。
环网设备1通过传输介质2顺次循环连接，构成环网共线会议(后文简称为环网)。每个环网设备1分别与本站上的语音收发终端3进行语音数据传输。
传输介质2可以是E1传输、光纤或者无线通信介质等。
本站的环网设备1接收上一站的环网设备1的语音混音输出，并消除上一站的环网设备1的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端3上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端3的接收语音，该接收语音发送给本站语音收发终端3。环网设备1并且接收本站的语音收发终端3本时刻发送的语音，并将本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音与接收语音进行叠加，得到本站的环网设备1的语音混音输出；本站的环网设备1的语音混音输出发送到下一站的环网设备1。需要理解的是，本发明中，所说的‘本时刻’减去‘上一时刻’所得的时间差为本站发送的语音在环网上环绕一周的时间。
各站点上的语音收发终端3发送的语音依次经过各环网设备1循环混音一圈后，站点间传输的语音就包含了环上所有站点语音收发终端3的语音。本站的语音收发终端3的接收语音包含了除自己外环上所有站点与会成员的语音。
该环网共线会议采用的分散的多处混音的实现方式，目的是占用较少的时隙资源。该环网共线会议是在2M环网中，所有设备共同使用一个时隙(A律语音)或者两个时隙(线性语音)传输语音。每个环网设备1为一个站点，每一个站点都需要做混音，从而实现会议功能。由于混音算法简单易于实现，每个与会成员的终端并没有增加太多的任务量。
如图2所示，具体地，环网设备1包含回声消除模块11、混音模块12。回声消除模块11的第一输入端与上一站的环网设备1相连接；回声消除模块11的第二输入端与本站的语音收发终端3的语音发送端相连接；回声消除模块11的输出端与混音模块12的第一输入端相连接；回声消除模块11的输出端并且与本站的语音收发终端3的语音接收端相连接；混音模块12的第二输入端与本站的语音收发终端3的语音发送端相连接；混音模块12的输出端与下一站的环网设备1相连接。
回声消除模块11的第一输入端接收上一站的环网设备1的语音混音输出PORT(M-1)；回声消除模块11第二输入端接收本站的语音收发终端3上一时刻发送的语音MemberFrame，本站的语音收发终端3上一时刻发送的语音MemberFrame作为本时刻回声消除参考。具体地，回声消除模块11第二输入端接收本站的语音收发终端3发送的语音MemberFrame；回声消除模块11包含一语音缓存RAM；语音缓存RAM可以缓存回声消除模块11第二输入端接收的最新的256帧语音MemberFrame；回声消除模块11根据环网的延时在语音缓存RAM中取得对应的语音收发终端3上一时刻发送的语音MemberFrame作为本时刻回声消除参考。回声消除模块11根据所述本时刻回声消除参考消除上一站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum(M-1)中含有的本站的语音收发终端3上一时刻发送的语音MemberFrame，得到本站的语音收发终端3的接收语音PORT(M)；混音模块12的第一输入端接收所述接收语音PORT(M)；混音模块12的第二输入端接收本站的语音收发终端3本时刻发送的语音MemberFrame；混音模块12将所述接收语音PORT(M)与本站的语音收发终端3本时刻发送的语音MemberFrame进行叠加，得到本站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum(M)；本站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum(M)发送到下一站的环网设备1进行混音处理。其中，M<＝L，L表示本会议环网中站点的个数，M表示第M个站点。
每一个站点加入混音结果的语音经过在环网上一圈的传输之后会再次来到本站点。如果这个语音，即上一时刻的语音，不被清除，会在环网上兜圈会导致混音结果只有“嗡嗡”声。所以需要在每一个站点增加回声消除功能，删除“来自环上上一站”语音中本地的语音要素，其结果作为本站语音收发终端3接收的语音。“来自环上上一站”语音经过回声消除模块11之后只保留其它站点的语音。如果回声消除效果做的好，可以使共线会议达到本地普通会议集中混音的语音效果。
与会成员在发言时，相应地，语音收发终端3发送语音MemberFrame至本站的环网设备1上，由于声音是一个变化的交流信号，我们不希望其中含有直流分量。
因此，如图2所示，环网设备1还包括输入语音去直流模块14。语音收发终端3的语音发送端通过输入语音去直流模块14与本站的混音模块12的第二输入端相连接。语音收发终端3发送的语音MemberFrame至本站的混音模块12上前，首先经过输入语音去直流模块14消除本时刻发送的语音MemberFrame中的直流分量。
设本站语音收发终端3本时刻发送的语音MemberFrame为第N帧，语音MemberFrame在环上走一圈回到本站的延迟了x帧，则通过输入语音去直流模块14获取x帧前本站加入环网的语音差值DIFF为：
x帧前本站的语音差值DIFF(M)＝MemberFrame(N-x)-MemberFrame(N-x-1)；
语音差值DIFF中只含有表达语音变化的交流信号，有效的过滤了输入信号中的直流分量。
各站的混音模块12对语音差值DIFF进行混音，上一站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum(M-1)含有x帧前本站的语音差值DIFF(M)。
具体地，如图3所示，输入语音去直流模块14包含输入语音求差单元141、输入语音存储单元142。
语音收发终端3的语音发送端分别与输入语音求差单元141的输入端、输入语音存储单元142的第一输入端相连接；输入语音存储单元142的输出端与输入语音求差单元141的第二输入端相连接；输入语音存储单元142的输出端与混音模块12的第二输入端相连接。
输入语音存储单元142接收本站语音收发终端3发送的本时刻的语音MemberFrame(N)，并对本时刻的语音MemberFrame(N)进行存储，存储的本时刻的语音MemberFrame(N)作为输入语音求差单元141下一时刻求差运算时的上一时刻的语音MemberFrame(N-1)。
输入语音求差单元141接收本站语音收发终端3发送的本时刻的语音MemberFrame(N)，并从输入语音存储单元142中获取本站的上一时刻的语音MemberFrame(N-1)；并将本时刻的语音MemberFrame(N)减去上一时刻的语音MemberFrame(N-1)，得到本站本时刻的语音差值DIFF(M)；输入语音求差单元141并将本站本时刻的语音差值DIFF(M)发送到混音模块12进行混音。
本站的回声消除模块11将上一站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum(M-1)减去x帧前的语音MemberFrame(N-x)，消除回声，即得到了本站的语音收发终端3的接收语音：
PORT(M)＝Conf_Sum(M-1)-MemberFrame(N-x)。
此时，本站的语音收发终端3的接收语音PORT(M)语音包含了除自己外环网上所有站点与会成员的语音；PORT(M)并且作为本站混音模块12当前帧混音的原始数据。
当前帧本站的语音差值DIFF(M)＝MemberFrame(N)-MemberFrame(N-1)。
因此，经过混音模块12混音后，当前帧本站最新的语音混音输出为Conf_Sum(M)＝PORT(M)+DIFF(M)。
本会议中，每个站点的语音差值DIFF分为四种状态：未参与会议、新加入会议、已经在会议中和退出会议。
未参与会议时，DIFF＝0；
新加入会议时，DIFF＝MemberFrame(N)-0；
已经在会议中时，DIFF＝MemberFrame(N)-MemberFrame(N-1)；
退出会议时，DIFF＝0-MemberFrame(N-1)。
较佳地，在语音收发终端3发送语音MemberFrame至本站的输入语音去直流模块14上之前，首先做适当的衰减，降低幅度，可以防止混音后溢出导致失真。优选地，衰减系数h为1/16。
常见的回声其实质就是原始语音的多径延时并衰减后的累加和，因此可以把回声看成是原始语音经过一个滤波器后产生的。该滤波器模型如图4所示，回声f(n)＝sum(h(n)*X(n))。
h(n)表示各原始语音X(n)延时后对应的衰减系数。
回声消除的关键就是通过自适应算法得出各个时延的衰减系数，从而重构出的语音信号就是回声，两者相减即可完成回声消除。
由于环网的特殊场景，决定了以下两点：(1)、单路径延时，只有一个128us整数倍延迟的回声，不存在多径延时；(2)、衰减只与环网站点数相关。因此，环网回声可简化为f＝h*X。
设当前为第N帧，语音在环网上走一圈回到本站的延时了x帧，如前所述，x帧前本站点加入会议的语音为：
x帧前本端口语音差值DIFF(M)＝MemberFrame(N-x)-MemberFrame(N-x-1)；
该语音差值DIFF(M)经过x帧后再次来到本站点，上一站的环网设备1的语音混音输出为Conf_Sum(M-1)；
环网回声简化为f(N)＝Coff*MemberFrame(N-x)；Coff即为x帧延时后的语音MemberFrame(N-x)的衰减系数h。
此时，上一站的环网设备1的语音混音输出为Conf_Sum(M-1)含有DIFF(M-x)；
上一站的环网设备1的语音混音输出经过本站经过回声消除模块11消除回声后，即得到本站的语音收发终端3的接收语音为：
PORT(M)＝Conf_Sum(M-1)-Coff*MemberFrame(N-x)。
如图2所示，较佳地，环网设备1还包括混音滤波模块13，本站的混音模块12通过混音滤波模块13与下一站的环网设备1相连接。混音滤波模块13用于滤除混音模块12的语音混音输出Conf_Sum内的直流分量。本站的混音模块12将所述接收语音PORT(M)与本站的语音收发终端3当前帧发送的语音进行叠加，得到本站的环网设备1的语音混音输出Conf_Sum；该语音混音输出Conf_Sum通过混音滤波模块13滤除直流分量后，再发送到下一站的环网设备1进行混音处理。
混音滤波模块13使用单极性IIR滤波器，采用递归型结构，即结构上带有反馈环路，每个站点当前帧得到的语音混音输出Conf_Sum在本站仅执行一次滤波。
较佳地，混音滤波模块13的衰减系数h为1/64。假设环网支持的站点有三十二个。本站当前帧发送的语音MemberFrame(N)在本站混音前首先经过前述1/16衰减，在本站混音后进过本站混音滤波模块13的1/64衰减；之后经过后面的第二站到第三十一站依次混音后，共衰减三十次1/64衰减；语音MemberFrame(N)到达第三十二站(环网的最后一站)，不被衰减，直接被接听；语音MemberFrame(N)返回到本站之后，直接被回声消除模块11清除，不会在环网上产生回声。
语音收发终端3为话机，话机包括麦克风、听筒。麦克风接收与会成员的原始语音，为语音收发终端3的语音发送端；听筒为语音收发终端3的语音接收端。
环网上的两个环网设备1可能距离较远，在另一个实施例中，可以使用集中混音和共线会议分散混音结合的方式实现扩容。语音收发终端3包括混音服务器、若干个话机。本站的各话机分别通过混音服务器与本站的环网设备1相连接。混音服务器将本站上的多个话机的各语音逐一叠加混音后，得到集中混音输出，并将集中混音输出发送到本站的环网设备1上。此时，依然将混音服务器及其相连的各话机看做“一路话机”的角色。
本发明支持多个独立的共线会议，每个共线会议有一个唯一的会议号，每一个会议号有一个Conf_Sum，所以有多少个独立的共线会议就有多少个Conf_Sum。每个与会成员都是根据会议号加入对应的会议。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
包括若干环网设备(1)；
各环网设备(1)顺次循环连接；
每个环网设备(1)分别与本站的语音收发终端(3)进行语音数据传输；
本站的环网设备(1)接收上一站的环网设备(1)的语音混音输出，并消除上一站的环网设备(1)的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端(3)上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端(3)的接收语音；
环网设备(1)并且接收本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音，并将本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音与所述接收语音进行叠加，得到本站的环网设备(1)的语音混音输出；本站的环网设备(1)的语音混音输出发送到下一站的环网设备(1)。
2.根据权利要求1所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述环网设备(1)包含回声消除模块(11)、混音模块(12)；
回声消除模块(11)的第一输入端接收上一站的环网设备(1)的语音混音输出；
回声消除模块(11)第二输入端接收本站的语音收发终端(3)上一时刻发送的语音，本站的语音收发终端(3)上一时刻发送的语音作为本时刻回声消除参考；
回声消除模块(11)根据所述本时刻回声消除参考消除上一站的环网设备(1)的语音混音输出中含有的本站的语音收发终端(3)上一时刻发送的语音，得到本站的语音收发终端(3)的接收语音；
混音模块(12)的第一输入端接收所述接收语音；混音模块(12)的第二输入端接收本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音；
混音模块(12)将所述接收语音与本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音进行叠加，得到本站的环网设备(1)的本时刻的语音混音输出；本站的环网设备(1)的本时刻的语音混音输出发送到下一站的环网设备(1)。
3.根据权利要求1所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述环网设备(1)包含回声消除模块(11)、混音模块(12)；
回声消除模块(11)的第一输入端与上一站的环网设备(1)相连接；
回声消除模块(11)的第二输入端与本站的语音收发终端(3)的语音发送端相连接；
回声消除模块(11)的输出端与混音模块(12)的第一输入端相连接；
回声消除模块(11)的输出端并且与本站的语音收发终端(3)的语音接收端相连接；
混音模块(12)的第二输入端与本站的语音收发终端(3)的语音发送端相连接；
混音模块(12)的输出端与下一站的环网设备(1)相连接。
4.根据权利要求2或3所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述环网设备(1)还包含混音滤波模块(13)；
本站的混音模块(12)通过混音滤波模块(13)与下一站的环网设备(1)相连接；
本站的混音模块(12)将所述接收语音与本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音进行叠加，得到本站的环网设备(1)的语音混音输出；该语音混音输出通过混音滤波模块(13)滤波后，再发送到下一站的环网设备(1)。
5.根据权利要求2或3所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述环网设备还包含输入语音去直流模块(14)；
语音收发终端(3)的语音发送端通过输入语音去直流模块(14)与本站的混音模块(12)的第二输入端相连接；
输入语音去直流模块(14)用于消除本站的语音收发终端(3)本时刻发送的语音中的直流分量。
6.根据权利要求5所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述输入语音去直流模块(14)包含输入语音求差单元(141)、输入语音存储单元(142)；
所述语音收发终端(3)的语音发送端分别与输入语音求差单元(141)的输入端、输入语音存储单元(142)的第一输入端相连接；
输入语音存储单元(142)的输出端与输入语音求差单元(141)的第二输入端相连接；
输入语音存储单元(142)的输出端与混音模块(12)的第二输入端相连接；
输入语音存储单元(142)接收本站语音收发终端(3)发送的本时刻的语音，并对本时刻的语音进行存储，存储的本时刻的语音作为输入语音求差单元(141)下一时刻求差运算时的上一时刻的语音；
输入语音求差单元(141)接收本站语音收发终端3发送的本时刻的语音，并从输入语音存储单元(142)中获取本站的上一时刻的语音；并将本时刻的语音减去上一时刻的语音，得到本站本时刻的语音差值；输入语音求差单元(141)将本站本时刻的语音差值发送到混音模块(12)进行混音。
7.根据权利要求1所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述语音收发终端(3)包括混音服务器、若干个话机；
本站的各话机分别通过混音服务器与本站的环网设备(1)相连接；
混音服务器对本站的各话机发送的语音进行逐一叠加，得到集中混音输出，并将集中混音输出发送到本站的环网设备(1)上。
8.根据权利要求4所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述混音滤波模块(13)为单极性IIR滤波器。
9.根据权利要求4所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述混音滤波模块(13)的衰减系数为1/64。
10.根据权利要求5所述的共线语音会议分散混音系统，其特征在于：
所述语音收发终端(3)本时刻发送的语音在发送到输入语音去直流模块(14)前幅度被衰减。
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