CN110366067A - 一种远场语音模块回声消除电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远场语音模块回声消除电路及装置，所述远场语音模块回声消除电路与电视主板连接，包括接口模块、滤波模块、语音转换模块和语音控制模块，当电视为双功放架构时，所述接口模块输出第一电平信号至语音控制模块，进而语音控制模块输出第一控制信号至语音转换模块，控制接口模块同时接收第一回声参考信号和第二回声参考信号；当电视为单功放架构时，所述接口模块输出第二电平信号至语音控制模块，使得语音控制模块输出第二控制信号至语音转换模块，控制接口模块接收第二回声参考信号；由滤波模块将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理以实现回声消除，进而实现了在兼容单功放架构的同时有效地提升回声消除的效果。

Description

一种远场语音模块回声消除电路及装置

技术领域

本发明涉及智能电视技术领域，特别涉及一种远场语音模块回声消除电路及装置。

背景技术

人工智能电视近几年成爆发点，作为语音入口，远场语音技术在电视内越来越普及。回声消除的英文是Acoustic Echo Cancellation，简称AEC，回声消除即消除自身的音源，在使用电视时，不仅用户发指令时会发出声音，电视本身也会发出声音；但是如果远场语音模块只响应用户说话的声音，而不对自身喇叭发出的声音进行响应，则会进一步优化音效。所以回声消除是在麦克风采集到声音信号后，将电视喇叭发出的声音信号从麦克风采集的声音信号中通过特定的算法消除掉，使得麦克风录制的声音只有用户说话的声音。

目前市面上多数高端旗舰机型都采用双功放架构：中低音功放对中低音频段的声音进行放大，信号传送到中低音喇叭上进行输出；高音功放对高音频段的声音进行放大，信号传送到高音喇叭上进行输出。采用这种双功放架构的声学系统可以实现低音浑厚、中音透亮、高音清亮的效果，让人有身临其境之感。但是目前远场语音模块设计只能取中低音频段的信号进行回声消除，没有将高音频段的信号也进行回声消除，导致回声消除效果不佳，唤醒率低，用户体验不好。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种远场语音模块回声消除电路及装置，能够将电视的中低音、高音都进行回声消除处理；并且能够兼容单功放结构的电视系统，可以有效的提升回声消除效果，提高唤醒率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种远场语音模块回声消除电路，其与电视主板连接，包括接口模块、滤波模块、语音转换模块和语音控制模块，当电视为双功放架构时，所述接口模块输出第一电平信号至语音控制模块，所述语音控制模块根据所述第一电平信号输出第一控制信号至语音转换模块，所述语音转换模块根据所述第一控制信号控制接口模块同时接收电视主板输出的第一回声参考信号和第二回声参考信号；当电视为单功放架构时，所述接口模块输出第二电平信号至语音控制模块，所述语音控制模块根据所述第二电平信号输出第二控制信号至语音转换模块，所述语音转换模块根据所述第二控制信号控制接口模块接收第二回声参考信号；所述滤波模块将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理以实现回声消除。

所述的远场语音模块回声消除电路，还包括语音采集模块，所述语音采集模块用于采集外部的声音信号，并将所述声音信号转换成数字信号输出至语音控制模块，所述语音控制模块将所述数字信号转换成USB信号通过所述接口模块输出至电视主板。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述接口模块包括功放模式检测端口，所述功放模式检测端口用于在电视主板为双功放架构时输出第一电平信号至语音转换模块，或在电视主板为单功放架构时输出第二电平信号至语音转换模块。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述接口模块还包括若干个第一信号接收端口和第二信号接收端口；所述第一信号接口端口用于接收第一回声参考信号，并通过滤波模块将所述第二回声参考信号输出至语音转换模块；所述第二信号接收端口用于接收第二回声参考信号，并将所述第二回声参考信号通过滤波模块输出至语音转换模块。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述接口模块还包括USB信号输出端口，所述USB信号输出端口用于将所述USB信号输出至电视主板。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述滤波模块包括若干个分别与第一信号接收端口和第二信号接收端口对应的滤波单元，所述滤波单元用于将各个信号接口接收的第一回声参考信号或第二回声参考信号进行滤波处理后输出至语音转换模块。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述滤波单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻的一端连接接口模块，所述第一电阻的另一端连接第二电阻的一端和第一电容的一端，所述第二电阻的另一端连接第二电容的一端和第三电阻的一端，所述第一电容的另一端和第二电容的另一端均接地；所述第三电阻的另一端连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端连接语音转换模块。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述语音采集模块包括若干个数字硅麦，所述数字硅麦用于将声音信号转换为数字信号输出至语音控制模块。

所述的远场语音模块回声消除电路中，所述语音转换模块与所述语音控制模块通过I2S总线和I2C总线通信连接。

一种远场语音模块回声消除装置，包括如上所述的远场语音模块回声消除电路。

相较于现有技术，本发明提供的远场语音模块回声消除电路及装置，所述远场语音模块回声消除电路与电视主板连接，包括接口模块、滤波模块、语音转换模块和语音控制模块，当电视为双功放架构时，所述接口模块输出第一电平信号至语音控制模块，进而语音控制模块输出第一控制信号至语音转换模块，控制接口模块同时接收第一回声参考信号和第二回声参考信号；当电视为单功放架构时，所述接口模块输出第二电平信号至语音控制模块，使得语音控制模块输出第二控制信号至语音转换模块，控制接口模块接收第二回声参考信号；由滤波模块将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理完成回声消除，进而实现了在兼容单功放架构的同时有效地提升回声消除的效果。

附图说明

图1为本发明提供的远场语音模块回声消除电路与电视主板的结构框图；

图2为本发明提供的远场语音模块回声消除电路与电视主板的电路原理图；

图3为本发明提供的远场语音模块回声消除电路中滤波模块的电路原理图；

图4为本发明提供的远场语音模块回声消除电路中回声消除的原理示意图。

具体实施方式

本发明提供的远场语音模块回声消除电路及装置，能够将电视的中低音、高音都进行回声消除处理；并且能够兼容单功放结构的电视系统，可以有效的提升回声消除效果，提高唤醒率。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的远场语音模块回声消除电路20与电视主板10连接，所述电视主板10上设置有电视主芯片11、高音功放12、中低音功放13、第一降压电路14、第二降压电路15和主板端接口16，所述高音功放12和中低音功放13均与电视主芯片11连接，且所述高音功放12还连接第一降压电路14，所述中低音功放13还连接第二降压电路15，同时，中低音功放13外接中低音喇叭，且中低音喇叭对中低频的频响性能好；高音功放12外接高音喇叭，且高音喇叭对高频的频响性能好。电视的双功放架构是指，中低音功放13和高音功放12通过同一路I2S总线和I2C总线与电视主芯片11连接；相应的，电视的单功放架构是指不区分中低频和高频，所有频段的声音都通过一个功放进行输出，需要说明地是，电视主芯片11、高音功放12、中低音功放13、第一降压电路14和第二降压电路15均为现有技术，在此不做详述。

进一步地，所述电视主板10通过主板端接口16与所述远场语音模块回声消除电路20连接，由中低音功放13输出的若干个中低音回声参考信号经过降压之后，通过主板端接口16输出至远场语音模块回声消除电路20，同样，所述高音功放12输出的若干个高音回声参考信号经过降压之后，通过主板端接口16输出至远场语音模块回声消除电路20，由于功放输出的电压最大幅度为8V左右，而输入到远场语音模块回声消除电路20的参考信号最大幅度不能超过1V，因此通过降压电路降低回声参考信号的信号强度，之后在通过主板端接口16将对应的回声参考信号输出至远场语音模块回声消除电路20，进而由所述远场语音模块回声消除电路20对中低音回声信号和高音回声信号进行消除处理，提高回声消除的效果。

进一步地，所述远场语音模块回声消除电路20包括接口模块21、滤波模块22、语音转换模块23和语音控制模块24，当电视为双功放架构时，所述接口模块21输出第一电平信号至语音控制模块24，所述语音控制模块24根据所述第一电平信号输出第一控制信号至语音转换模块23，所述语音转换模块23根据所述第一控制信号控制接口模块21同时接收电视主板10输出的第一回声参考信号和第二回声参考信号，所述滤波模块22将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理完成回声消除；具体地，本实施例中所述语音转换模块23为模数转换器，所述语音控制模块24包括控制芯片；优选地，所述模数转换器的型号为NAU85L40，当然在其他实施例中，也可采用其他具有相同功能的模数转换器；所述控制芯片的型号为I94124ADI，当然在其他实施例中，也可采用其他具有相同功能的控制芯片，本发明对此均不作限定。

具体实施时，当电视为双功放架构时，电视主板10与所述远场语音模块消除电路有线材进行连接，使得所述接口模块21输出第一电平信号至语音控制模块24，本实施例中所述第一电平信号为低电平信号，进而所述远场语音控制模块24接收到低电平信号之后输出第一控制信号至语音转换模块23，所述语音转换模块23则根据第一控制信号控制接口模块21同时接收第一回声参考信号和第二回声参考信号，所述第一回声参考信号为电视主板10输出的若干个高音回声参考信号，所述第二回声参考信号则为电视主板10输出的若干个中低音回声参考信号，以此实现全频段回声参考信号的采集和处理。

进一步地，当电视为单功放架构时，所述接口模块21输出第二电平信号至语音控制模块24，所述语音控制模块24根据所述第二电平信号输出第二控制信号至语音转换模块23，所述语音转换模块23根据所述第二控制信号控制接口模块21接收第二回声参考信号；具体地，当电视为单功放架构时，电视主板10与所述远场语音模块消除电路中间没有线材连接，此时所述接口模块21输出第二电平信号至语音控制模块24，本实施例中，所述第二电平信号为高电平信号，所述语音控制模块24接收到高电平信号时，则对应输出第二控制信号至语音转换模块23，进而控制接口模块21接收电视主板10输出的第二回声参考信号，也即接收中低音回声参考信号，进而实现了对单功放架构的电视的兼容性，有效的提高回声消除的效果。

进一步地，所述远场语音模块回声消除电路20还包括语音采集模块25，所述语音采集模块25用于采集外部的声音信号，并将所述声音信号转换成数字信号输出至语音控制模块24，所述语音控制模块24将所述数字信号转换成USB信号通过所述接口模块21输出至电视主板10，通过语音采集模块25采集外部用户的声音信号并将其转换成数字信号后传输至语音控制模块24，在消除了中低音回声参考信号高音回声参考信号之后，由语音控制模块24将所述数字信号转换成USB信号，并通过接口模块21将所述USB信号输出至电视主板10中的电视主芯片11，之后由电视对相应的语音指令进行反馈，进而使得所述电视主芯片11只对用户的语音信息进行响应，而不对自身的喇叭发出的声音进行响应，有效地提高了远场语音模块的语音唤醒率。

其中，中低音功放13和高音功放12都是数字功放，数字功放自带均衡器，均衡器可以对低频、中频、高频的信号频响分别进行调节；因此，通过设置均衡器，中低音功放13对中低频段的声音信号有增强的作用，而对高频信号有衰减作用；反过来，高音功放12对高频信号有增强作用，而对低频信号有衰减作用，最后通过中低音喇叭和高音喇叭共同发声，人耳可以听到全频段的声音效果。

进一步地，请参阅图2，所述接口模块21包括功放模式检测端口AEC2，所述功放模式检测端口用于在电视主板10为双功放架构时输出第一电平信号至语音转换模块23，或在电视主板10为单功放架构时输出第二电平信号至语音转换模块23，即所述功放模式检测端口为AEC2端口，与之对应地，所述电视主板10中的主板端接口16设置有AEC1端口，当电视为双功放架构时，主板端接口16中的AEC1端口和接口模块21中的AEC2端口通过线材进行连接，由于所述AEC1端口接地，所述AEC2端口直接接地，此时AEC2端口为低电平；对应地，当电视为单功放架构时，主板端接口16中的AEC1端口和接口模块21中的AEC2端口没有通过线材进行连接，此时AEC2端口通过一电阻与3.3V电源端连接，AEC2端口为高电平，实现了对单功放电视的兼容性，且便于后续实现全频段回声参考信号的采集，并能够实现对高音进行回声消除。

更进一步地，所述接口模块21还包括若干个第一信号接收端口和第二信号接收端口；所述第一信号接收端口用于接收第一回声参考信号，并通过滤波模块22将所述第二回声参考信号输出至语音转换模块23；所述第二信号接收端口用于接收第二回声参考信号，并将所述第二回声参考信号通过滤波模块22输出至语音转换模块23，即第一信号接收端口包括High_R-端口、High_R+端口、High_L-端口和High_L+端口，分别用于接收电视主板10输出的High_R-信号、High_R+信号、High_L-信号和High_L+信号；第二信号接收端口包括L+端口、L-端口、R+端口和R-端口，分别用于电视主板10输出的L+信号、L-信号、R+信号、R-信号；具体实施时，当电视为双功放架构时，所述第一信号接收端口和第二接收端口同时用于接收电视主板10输出的对应的信号，而当电视为单功放架构时，仅有第二信号接收端口用于接收电视主板10输出的对应的信号，由此实现对单功放电视系统的兼容性以及高音进行回声消除，进而优化回声消除的效果。

更进一步地，与接口模块21对应的主板端接口16设置有第一信号输出端口和第二信号输出端口，所述第一信号输出端口包括High_R-端口、High_R+端口、High_L-端口和High_L+端口，用于分别输出High_R-信号、High_R+信号、High_L-信号和High_L+信号，第二信号输出端口包括L+端口、L-端口、R+端口和R-端口，用于分别输出L+信号、L-信号、R+信号、R-信号；其中，电视主板10中的中高音功放12输出的高音回声参考信号分别为AMP_High_L+信号、AMP_High_L-信号、AMP_High_R+信号和AMP_High_R-信号，经过降压处理后得到信号High_L+信号、High_L-信号、High_R+信号和High_R-信号；而低音功放输出的中低音回声参考信号分别为AMP_L+信号、AMP_L-信号、AMP_R+信号和AMP_R-信号，经过降压处理后得到L+信号、L-信号、R+信号和R-信号，经降压后的中低音回声参考信号和高音回声参考信号通过主板端接口16对应的端口输出至远场语音模块回声消除电路20中接口模块21对应的端口，降低了中低音回声参考信号和高音回声参考信号的信号强度，进而由远场语音模块回声消除电路20对中低音回声参考信号和高音回声参考信号进行回声消除处理，可优化回声消除的效果。

更进一步地，所述接口模块21还包括USB信号输出端口，所述USB信号输出端口用于将所述USB信号输出至电视主板10，即所述USB信号输出端口包括D-端口和D+端口，同样，所述主板端接口16包括与之对应地USB信号接收端口，所述USB信号接收端口包括D-端口和D+端口，在消除了中低音回声参考信号高音回声参考信号之后，所述语音控制模块24通过所述USB信号输出端口，将USB信号输出至电视主板10中的电视主芯片11，进而保证电视主芯片11对用户的声音信号进行反馈，有效地提高了远场语音模块的语音唤醒率。

更进一步地，请一并参阅图3， 所述滤波模块22包括若干个分别与第一信号接收端口和第二信号接收端口对应的滤波单元221，所述滤波单元221用于将各个信号接口接收的第一回声参考信号或第二回声参考信号进行滤波处理后输出至语音转换模块23，利用各个滤波单元221可分别对每一个中低音回声参考信号和高音回声参考信号单独进行滤波处理，在达到回声消除目的的同时，能够优化回声消除的效果。

优选地，所述滤波单元221的个数为8，通过8个滤波单元221可分别对每一个中低音回声参考信号和高音回声参考信号进行滤波处理，本实施例中以与L+端口对应的滤波单元221为例进行说明。所述滤波单元221均包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述第一电阻R1的一端连接接口模块21，所述第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端，所述第二电阻R2的另一端连接第二电容C2的一端和第三电阻R3的一端，所述第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均接地；所述第三电阻R3的另一端连接第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端连接语音转换模块23，进一步优选地，所述第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均为1KΩ，所述第三电阻R3的阻值为0Ω，所述第一电容C1的容值为4.7nF，所述第二电容C2的容值为10nF，所述第三电容C3的容值为1μF，通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3构成的滤波单元221为一个带通滤波器，使得在20Hz-20kHz频率范围的信号可以通过，对低于20Hz和高于20kHz信号有衰减作用，而人声的频率主要集中在250Hz-5kHz频率范围内，即所述滤波单元221带通滤波器完全可以满足实际使用的要求。

优选地，所述语音采集模块25包括若干个数字硅麦，所述数字硅麦用于将声音信号转换为数字信号输出至语音控制模块24，本实施例中所述数字硅麦的数目为4个，即分别为第一数字硅麦MIC1、第二数字硅麦MIC、第三数字硅麦MIC3和第四数字硅麦MIC4，通过数字硅麦能够有效地采集用户的声音信息，便于远场语音模块的语音唤醒。

进一步优选地，所述电视主板10还用于为所述远场语音模块回声消除电路20提供5V供电电源，且所述远场语音模块回声消除电路20还包括两个稳压器即第一稳压器和第二稳压去分别将5V供电电源转换成3.3V和1.8V分别为所述语音控制模块24和语音转换模块23供电，进而保证所述语音控制模块24和语音转换模块23稳定有效地工作。优选地，所述语音转换模块23与所述语音控制模块24通过I2S总线和I2C总线通信连接，其中I2S传输的是音频数据信号，I2C传输的是控制信号。

本发明还相应提供了远场语音模块回声消除装置，包括如上所述的远场语音模块回声消除电路，由于上文已对远场语音模块回声消除电路进行了详细描述，此处不再赘述。

为了更好的理解本发明，以下结合图4对本发明的远场语音模块回声消除电路的回声消除原理进行进一步说明：

若用户发指令时发出的第一声音信号为x(n)，电视主芯片输出的第二声音信号为z(n)，第二声音信号z(n)经过中低音功放和/或高音功放进行处理之后，转变为第三声音信号y(n)，进而驱动电视喇叭发出的第四声音信号r(n)，所述第三声音信号y(n)经过滤波模块进行滤波处理之后变为第五声音信号r1(n)，最终传送出去的第六声音信号u(n)=x(n)+r(n)-r1(n)，理想的情况下，所述第四声音信号r(n)等于第五声音信号r1(n)，即r(n)-r1(n)=0，进而实现回声消除的目的。

综上所述，本发明提供的远场语音模块回声消除电路及装置，所述远场语音模块回声消除电路与电视主板连接，包括接口模块、滤波模块、语音转换模块和语音控制模块，当电视为双功放架构时，所述接口模块输出第一电平信号至语音控制模块，进而语音控制模块输出第一控制信号至语音转换模块，控制接口模块同时接收第一回声参考信号和第二回声参考信号；当电视为单功放架构时，所述接口模块输出第二电平信号至语音控制模块，使得语音控制模块输出第二控制信号至语音转换模块，控制接口模块接收第二回声参考信号；由滤波模块将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理完成回声消除，进而实现了在兼容单功放架构的同时有效地提升回声消除的效果。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种远场语音模块回声消除电路，其与电视主板连接，其特征在于，包括接口模块、滤波模块、语音转换模块和语音控制模块，当电视为双功放架构时，所述接口模块输出第一电平信号至语音控制模块，所述语音控制模块根据所述第一电平信号输出第一控制信号至语音转换模块，所述语音转换模块根据所述第一控制信号控制接口模块同时接收电视主板输出的第一回声参考信号和第二回声参考信号；当电视为单功放架构时，所述接口模块输出第二电平信号至语音控制模块，所述语音控制模块根据所述第二电平信号输出第二控制信号至语音转换模块，所述语音转换模块根据所述第二控制信号控制接口模块接收第二回声参考信号；所述滤波模块将所述第一回声参考信号和第二回声参考信号进行滤波处理以实现回声消除。

2.根据权利要求1所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，还包括语音采集模块，所述语音采集模块用于采集外部的声音信号，并将所述声音信号转换成数字信号输出至语音控制模块，所述语音控制模块将所述数字信号转换成USB信号通过所述接口模块输出至电视主板。

3.根据权利要求2所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述接口模块包括功放模式检测端口，所述功放模式检测端口用于在电视主板为双功放架构时输出第一电平信号至语音转换模块，或在电视主板为单功放架构时输出第二电平信号至语音转换模块。

4.根据权利要求3所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述接口模块还包括若干个第一信号接收端口和第二信号接收端口；所述第一信号接口端口用于接收第一回声参考信号，并通过滤波模块将所述第二回声参考信号输出至语音转换模块；所述第二信号接收端口用于接收第二回声参考信号，并将所述第二回声参考信号通过滤波模块输出至语音转换模块。

5.根据权利要求4所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述接口模块还包括USB信号输出端口，所述USB信号输出端口用于将所述USB信号输出至电视主板。

6.根据权利要求4所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述滤波模块包括若干个分别与第一信号接收端口和第二信号接收端口对应的滤波单元，所述滤波单元用于将各个信号接口接收的第一回声参考信号或第二回声参考信号进行滤波处理后输出至语音转换模块。

7.根据权利要求6所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述滤波单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻的一端连接接口模块，所述第一电阻的另一端连接第二电阻的一端和第一电容的一端，所述第二电阻的另一端连接第二电容的一端和第三电阻的一端，所述第一电容的另一端和第二电容的另一端均接地；所述第三电阻的另一端连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端连接语音转换模块。

8.根据权利要求2所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述语音采集模块包括若干个数字硅麦，所述数字硅麦用于将声音信号转换为数字信号输出至语音控制模块。

9.根据权利要求2所述的远场语音模块回声消除电路，其特征在于，所述语音转换模块与所述语音控制模块通过I2S总线和I2C总线通信连接。

10.一种远场语音模块回声消除装置，其特征在于，包括如权利要求1~9任意一项所述的远场语音模块回声消除电路。