CN109243498B - 一种基于fft语音信号的端点检测系统及检测方法 - Google Patents

一种基于fft语音信号的端点检测系统及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于FFT语音信号的端点检测系统及检测方法，包括数字信号处理器、输入语音集成电路模块、输出语音集成电路模块、FPGA、无线电台；其中语音信号数据经AIC23采样转换为数字信号后，直接进入FPGA的FFT内核模块，由硬件电路实现FFT，速度快，系统延迟小，其中通过FPGA多了一次语音信号预处理程序，提高语音端点检测的准确率。

Description

一种基于FFT语音信号的端点检测系统及检测方法
技术领域
本专利属于语音信号数据处理技术领域，涉及到无线电台与有线电话转接技术。
背景技术
语音信号的端点检测，应用于电台与有限电话转接。无线电台与有线电话的语音转接器，广泛应用于海港码头语音调度、海岸电台SSB RT业务以及应急指挥通信的语音调度等。电话语音经转接器输入至电台，同时还需要送给电台一个同步的键控PTT信号，这就需要对语音信号的到来与结束的端点进行判断。
对于语音信号的端点检测，现有技术中一般采用短时能量检测法。对于没有噪声的语音信号而言，短时能量检测法检测语音的端点，检测的准确率较高；然而，对于含有大量噪声的语音，短时能量检测法检测语音的端点，就不合适了。调幅制式的短波电台输出的声音含有能量较大的白噪声，噪声的功率谱密度在整个频域内均匀分布，利用短时能量检测法，不可能准确检测出这样语音信号的端点。
故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种基于FFT语音信号的端点检测系统，以提高语音端点检测的准确率。
本发明还提供一种基于FFT语音信号的端点检测方法，同样以提高语音端点检测的准确率。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明可采用以下技术方案：
一种基于FFT语音信号的端点检测系统，包括数字信号处理器、输入语音集成电路模块、输出语音集成电路模块、FPGA、无线电台；
所述输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器；
数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束；
当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。
进一步的，还包括W5300网口集成电路模块，当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。
进一步的，W5300网口集成电路连接有一个IP化电台。
有益效果：本发明的检测系统硬件电路采用了FPGA，经AIC23采样转换为数字信号后，直接进入FPGA的FFT内核模块，由硬件电路实现FFT，速度快，系统延迟小，其中通过FPGA多了一次语音信号预处理程序，提高语音端点检测的准确率。
本发明提供的一种基于FFT语音信号的端点检测方法可采用以下技术方案，包括以下步骤：
(1)、通过一个输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器；
(2)、通过数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入一个FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；
(3)、数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束。
(4)、当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。
当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。
有益效果：本发明的检测方法硬件电路采用了FPGA，经AIC23采样转换为数字信号后，直接进入FPGA的FFT内核模块，由硬件电路实现FFT，速度快，系统延迟小，其中通过FPGA多了一次语音信号预处理程序，提高语音端点检测的准确率。在利用短时能量法判断语音端点时，采用滑动语音帧的算法，判断准确，算法优化。
附图说明
图1为本发明语音信号端点检测硬件原理图。
图2为语音信号端点检测方法的流程图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。
请结合图1所示，本发明提供一种基于FFT语音信号的端点检测系统，包括数字信号处理器、输入语音集成电路模块、输出语音集成电路模块、FPGA、无线电台、W5300网口集成电路模块。其中数字信号处理器选择TI公司数字信号处理器TMS320F28335、FPGA选择Altera公司FPGA、专用语音集成电路选择TI公司AIC23专用语音集成电路。
请结合图2所示，所述输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器。数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束。
当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。W5300网口集成电路连接有一个IP化电台。
请结合图1及图2所示，本发明提供的一种基于FFT语音信号的端点检测方法，包括以下步骤：
(1)、通过一个输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器；
(2)、通过数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入一个FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；
(3)、数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束。为了加快运算速度，减小延迟，在软件处理上，采用滑动窗的方式，窗口的宽度为1024个语音序列，每处理完这1024个数据，滑动到下一窗数据。1024点语音序列划分为32帧，每帧为32个语音数据。每帧的能量为：
Figure BDA0001872422640000041
根据每帧的能量判定语音端点。
(4)、当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。

Claims (5)

1.一种基于FFT语音信号的端点检测系统，其特征在于，包括数字信号处理器、输入语音集成电路模块、输出语音集成电路模块、FPGA、无线电台；
所述输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器；
数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束；
当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。
2.根据权利要求1所述的端点检测系统，其特征在于：还包括W5300网口集成电路模块，当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。
3.根据权利要求2所述的端点检测系统，其特征在于：W5300网口集成电路连接有一个IP化电台。
4.一种基于FFT语音信号的端点检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、通过一个输入语音集成电路模块将输入的语音A/D变换后输入给数字信号处理器；
（2）、通过数字信号处理器读取语音集成电路模块输入的语音数字序列1024个，然后写入一个FPGA的FFT内核，经FFT变换后进行数字语音预处理，抑制噪声；
（3）、数字信号处理器将1024序列划分32帧，每帧包含32个数据，运算出语音帧的能量，当超过设定的能量阈值，判定为语音的到来，当小于设定的能量阈值，判定为语音的结束；
（4）、当语音到来时，数字信号处理器将其中的一个GPIO设置为低电平，连接到无线电台的键控PPT，同时通过输出语音集成电路模块将语音输入至无线电台，启动无线电台发射；当语音结束端点到来时，数字信号处理器将该GPIO设置为高电平，无线电台关闭功率放大器。
5.根据权利要求4所述的基于FFT语音信号的端点检测方法，其特征在于：当语音结束端点到来时，触发W5300网口集成电路模块中断。
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