CN112637438B - 一种基于单线传输的门禁双端对讲方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单线传输的门禁双端对讲方法和系统。该门禁双端对讲方法的上行语音处理步骤为：获取麦克风采集的语音信号；对语音信号进行处理，以去除麦克风采集语音中的本地扬声器播放语音；对语音信号进行降噪处理，以去除语音中的本地噪声；对语音信号进行音效处理；将语音信号送至传输总线；下行语音处理步骤为：获取来自传输总线的语音信号；对语音信号进行处理，以去除本地麦克风的采集信号；对语音信号进行降噪处理，以去除对方的噪声和本地的残留线路回声；对语音信号进行音效处理；根据处理后的语音信号，驱动扬声器进行声重放。本发明在在采用单线传输的情形下支持双端对讲，且具有较好的语音双端对讲性能和质量。

Description

一种基于单线传输的门禁双端对讲方法和系统

技术领域

本发明属于门禁领域，涉及一种基于单线传输的门禁双端对讲方法和系统。

背景技术

目前，屋外的用户和屋内的用户可通过门禁系统进行双端对讲。比如快递员送货，在楼下被挡在门外，通过门禁双端对讲系统和楼上的用户进行简单对话以后，再上楼送货。

目前流行的门禁双端对讲系统为了节省成本，仍是采用的模拟电路，且为了进一步降低成本，传输信号线只使用一根线，由仲裁电路来判断哪一端用户声音占据传输线(一种常用的方式是声能量强的用户端声音占据传输线)，因此本质上仍是单端对讲，无法支持双端同时长时间对讲，同时因为仲裁电路的误差，可能会导致声音有断续，体验效果差。

而目前基于数字电路的双端对讲系统传输线是上行和下行两根线，无法与旧系统进行兼容。如果将屋外和屋内的系统全部进行替换，成本过大，推广有难度。如果只替换屋外的系统，且语音双端对讲性能有提高，用户可以接受替换。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单线传输的门禁双端对讲方法和系统，在采用单线传输的情形下支持双端对讲，且具有较好的语音双端对讲性能和质量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于单线传输的门禁双端对讲方法，包括上行语音处理步骤和下行语音处理步骤，

所述上行语音处理步骤具体包括：

S100、获取麦克风采集的语音信号并转换为数字信号格式；

S101、对步骤S100转化的语音信号进行处理，以去除麦克风采集语音中的本地扬声器播放语音；

S102、对步骤S101处理后的语音信号进行降噪处理，以去除语音中的本地噪声；

S103、对步骤S102处理后的语音信号进行音效处理；及

S104、将步骤S103处理后的语音信号转化为模拟信号，送至传输总线；

所述下行语音处理步骤具体包括：

S200、将来自所述传输总线的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；

S201、对步骤S200转化的语音信号进行处理，以去除本地麦克风的采集信号；

S202、对步骤S201转化的语音信号进行降噪处理，以去除对方的噪声和本地的线路残留回声；

S203、对步骤S202处理后的语音信号进行音效处理；及

S204、根据步骤S203处理后的语音信号，驱动扬声器进行声重放。

在一实施例中，步骤S202中，通过基于深度学习的降噪模型同时去除对方的噪声和本地的线路残留回声。

在一实施例中，步骤S101中通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将扬声器播放的回声去除；和/或，步骤S201中通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将本地麦克风的采集信号去除。

在一实施例中，步骤S103中，对语音信号进行音效处理具体包括：调整所述语音信号的频响以及动态压缩信号范围。

在一实施例中，步骤S203中，对语音信号进行音效处理具体包括：滤除本地残留噪声和回声、调整扬声器的播放频响及动态压缩信号范围。具体地，通过Noise Gate模块滤除本地残留噪声和回声。通过线路AEC、NR和Noise Gate三重保护，可以有效降低啸叫发生概率，如果不做任何处理，即使对方没传声音过来，也会因为由于形成本地环路，产生啸叫。

在一实施例中，步骤S204中，将所述语音信号转化为模拟信号发送至功放，由所述功放驱动扬声器进行声重放。

本发明还采用如下技术方案：

一种基于单线传输的门禁双端对讲系统，包括：

传输总线，其用于传递来自通话双方的语音信号；

麦克风，其用于采集语音信号；

调理电路，其用于对所述语音信号进行处理：

第一ADC模块，其用于将所述调理电路输出的语音信号转化为数字信号格式；

第一AEC模块，其用于去除所述第一ADC模块输出的语音信号中的本地扬声器播放语音；

第一NR模块，其用于去除所述第一AEC模块输出的语音信号中的本地噪声；

第一音效模块，其用于对所述第一NR模块输出的语音信号进行音效处理；

第一DAC模块，其用于将所述第一音效模块输出的语音信号转化为模拟信号后发送至所述传输总线；

第二ADC模块，其用于将来自所述传输总线的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；

第二AEC模块，其用于去除所述第二ADC模块输出的语音信号中的本地麦克风采集信号；

第二NR模块，其用于对所述第二AEC模块输出的语音信号进行降噪处理；

第二音效模块，其用于对所述第二NR模块输出的语音信号进行音效处理；及

扬声器，其用于根据所述第二音效模块处理后的语音信号进行声重放。

在一实施例中，所述第一音效模块包括：

第一EQ模块，其用于调整所述第一NR模块输出的语音信号的频响；及

第一DRC模块，其用于所述第一EQ模块输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

在一实施例中，所述第二音效模块包括：

Noise Gate模块，其用于滤除所述第二NR模块输出的语音信号中的本地残留噪声和回声；

第二EQ模块，其用于调整所述Noise Gate模块输出的语音信号的频响；及

第二DRC模块，其用于所述第二EQ模块输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

通过线路AEC、NR和Noise Gate三重保护，可以有效降低啸叫发生概率，如果不做任何处理，即使对方没传声音过来，也会因为由于形成本地环路，产生啸叫。

在一实施例中，所述门禁双端对讲系统还包括：

第二DAC模块，其用于将所述第二音效模块输出的语音信号转化为模拟信号；及

功放，其用于根据所述第二DAC模块输出的模拟信号驱动所述扬声器发声。

优选地，所述门禁双端对讲系统搭载有如上所述的门禁双端对讲方法。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的门禁双端对讲方法及系统，基于单个传输总线，可以兼容旧的门禁系统硬件，只需做部分替换，替换成本低；支持完全双端对讲，因为避免了仲裁电路的干扰，可以有效提升语音双端对讲性能和质量；有效降低啸叫发声概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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为根据本发明实施例的一种门禁双端对讲系统的结构框图。

图2为图1中的DSP芯片的结构框图。

图3为第一音效模块的结构框图。

图4为第二音效模块的结构框图。

其中：

100、传输总线；200、DSP芯片：

11、麦克风；12、调理电路；13、第一ADC模块；14、第一AEC模块；15、第一NR模块；16、第一音效模块；161、第一EQ模块；162、第一DRC模块；17、第一DAC模块；

21、第二ADC模块；22、第二AEC模块；23、第二NR模块；24、第二音效模块；241、NoiseGate模块；242、第二EQ模块；243、第二DRC模块；25、第二DAC模块；26、功放；27、扬声器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种基于单线传输的门禁双端对讲系统及方法。参照图1所示，该门禁双端对讲系统主要由单个传输总线100、DSP芯片200、麦克风11、调理电路12、功放26、扬声器27及相配合的ADC模块、DAC模块。DSP芯片200的内部构成如图2所示。该单个传输总线100用于传递来自通话双方(本地和对方；例如，楼内用户为本地，则楼外访客为对方；若楼外访客为本体，则楼内用户为对方)的语音信号，传输总线100上会同时存在对方的语音信号和本地麦克风11采集的语音信号。该门禁双端对讲系统具有上行电路和下行电路，上行电路和下行电路在E点处汇集连接到传输总线100。

上行电路中，本地麦克风11采集的语音信号经过调理电路12处理后(主要是实现滤波、增益和阻抗匹配功能，满足ADC模块采样条件)，经由ADC模块转换为数字信号，经过DSP芯片200处理以后，将采集的本地扬声器27播放语音去除后，再由DAC模块转化为模拟信号，送至传输总线100。

下行电路中，ADC模块将传输总线100上的模拟信号(同时包含对方的语音信号和本地麦克风11采集的语音信号)转化为数字信号，经过DSP芯片200处理以后，将本地麦克风11采集的语音信号去除后，再由DAC模块转化为模拟信号，再经过功放26，最后驱动本地扬声器27只播放对方的语音信号。

下面结合图1和图2分别对上行电路和下行电路进行详细阐述。

上行电路具体包括：麦克风11、调理电路12、第一ADC模块13、第一AEC模块14、第一NR模块15、第一音效模块16及第一DAC模块17；在本实施例中，上述各个模块依次电性连接，第一DAC模块17电性连接至传输总线100以向对方发送处理后的本地语音信号。其中，麦克风11用于采集本地的语音信号；调理电路12用于对语音信号进行处理；第一ADC模块13用于将调理电路12输出的语音信号转化为数字信号格式；第一AEC模块14用于去除第一ADC模块13输出的语音信号中的本地扬声器27播放语音；第一NR模块15用于去除第一AEC模块14输出的语音信号中的本地噪声；第一音效模块16用于对第一NR模块15输出的语音信号进行音效处理；第一DAC模块17用于将第一音效模块16输出的语音信号转化为模拟信号后发送至传输总线100。其中，第一音效模块具体参见图3，第一音效模块16包括：第一EQ模块161和第一DRC模块162；第一EQ模块161用于调整第一NR模块15输出的语音信号的频响；第一DRC模块162用于第一EQ模块161输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

下行电路具体包括：第二ADC模块21、第二AEC模块22、第二NR模块23、第二音效模块24、第二DAC模块25、功放26及扬声器27；在本实施例中，上述各个模块依次电性连接，第二ADC模块21电性连接至传输总线100以获取来自对方的语音信号。第二ADC模块21用于将来自传输总线100的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；第二AEC模块22用于去除第二ADC模块21输出的语音信号中的本地麦克风11采集信号；第二NR模块23用于对第二AEC模块22输出的语音信号进行降噪处理；第二音效模块24用于对第二NR模块23输出的语音信号进行音效处理；第二DAC模块25用于将第二音效模块24输出的语音信号转化为模拟信号；功放26用于根据第二DAC模块25输出的模拟信号驱动扬声器27发声；扬声器27用于根据DSP芯片200处理后的语音信号进行声重放。其中，第二音效模块24具体参见图4，第二音效模块24包括：Noise Gate模块241、第二EQ模块242及第二DRC模块243。Noise Gate模块241用于滤除第二NR模块23输出的语音信号中的本地残留噪声和回声；第二EQ模块242用于调整NoiseGate模块241输出的语音信号的频响；第二DRC模块243用于第二EQ模块242输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

上行电路中，由D------>C，其中第一AEC(Acoustic Echo Cancellation)模块主要是去除麦克风11采集语音中的本地扬声器播放语音。本实施例中具体采用MDF(Multi-delay block frequency domain adaptive filter)频域自适应算法，同时基于维纳滤波的非线性后处理算法将扬声器播放的回声去除。

上行电路中，由D------>C，其中第一NR(Noise Reduction)模块是降噪模块，主要去除麦克风11采集语音中的本地噪声，让采集的语音质量和可懂度更高。本实施例中具体采用基于维纳滤波的降噪算法。

上行电路中，由D------>C，其中第一音效模块16主要包含EQ(Equalization)和DRC(Dynamic Range Control)两个模块，其中EQ用于调整麦克风采集语音的频响，DRC用于动态压缩信号范围，在提高音量的同时，尽量压低语音失真度。

下行电路中，由A------>B，其中第二AEC模块，因为从A传过来的信号，不仅包含了对方的语音信号，同时也包含了本地麦克风11的采集信号，如果不去除本地麦克风11的采集信号，本地的用户会同时听到对方的声音和本地的声音，这样会破坏双端对讲条件，严重者会发生啸叫，损坏器件。本实施例通过第二AEC模块去除本地麦克风11采集的声音，在这里电路E点的汇合不是简单的线性叠加，使用AEC模块才可去除本地麦克风11采集的声音，本实施例采用MDF频域自适应算法，同时基于维纳滤波的非线性后处理算法去除回声。

下行电路中，由A------>B，其中第二NR模块，考虑到在实际使用中如果只是单端替换产品，对方的机子仍是基于模拟电路的系统，因此对方采集的语音信号并不会做降噪处理，为了本地用户能更清晰听清楚对方的说话，需要做降噪处理，同时由于前述AEC模块仍会有残留的线路回声，这时的残留回声会更接近噪声，如果在一般系统中，不需要对此处理，因为残留回声较低不影响听感，但在此系统中，由于存在环路，可能会引发啸叫，因此本实施例进一步去除此残留回声，通过基于深度学习的降噪模型同时去除对方的噪声和本地的残留线路回声。

下行电路中，由A------>B，其中第二音效模块主要包含EQ(Equalization)、DRC(Dynamic Range Control)和Noise Gate三个模块，其中EQ用于调整扬声器的播放频响，DRC用于动态压缩信号范围，在提高音量的同时，尽量压低扬声器播放失真度，Noise-Gate主要用于滤除少量的残留本底噪声和线路回声，让啸叫发生的概率进一步降低。

该门禁双端对讲系统搭载的门禁双端对讲方法，包括上行语音处理步骤和下行语音处理步骤。

上行语音处理步骤具体包括：

S100、获取麦克风采集的语音信号并转换为数字信号格式；

S101、对步骤S100转化的语音信号进行处理，以去除麦克风采集语音中的本地扬声器播放语音；

S102、对步骤S101处理后的语音信号进行降噪处理，以去除语音中的本地噪声；

S103、对步骤S102处理后的语音信号进行音效处理；及

S104、将步骤S103处理后的语音信号转化为模拟信号，送至传输总线。

步骤S101中，通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将扬声器播放的回声去除。

步骤S103中，对语音信号进行音效处理具体包括：调整语音信号的频响以及动态压缩信号范围。

下行语音处理步骤具体包括：

S200、将来自传输总线的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；

S201、对步骤S200转化的语音信号进行处理，以去除本地麦克风的采集信号；

S202、对步骤S201转化的语音信号进行降噪处理，以去除对方的噪声和本地的线路残留回声；

S203、对步骤S202处理后的语音信号进行音效处理；及

S204、根据步骤S203处理后的语音信号，驱动扬声器进行声重放。

步骤S202中，通过基于深度学习的降噪模型同时去除对方的噪声和本地的线路残留回声。

步骤S201中，通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将本地麦克风的采集信号去除。

步骤S203中，对语音信号进行音效处理具体包括：滤除本地残留噪声和回声、调整扬声器的播放频响及动态压缩信号范围。

步骤S204中，将语音信号转化为模拟信号发送至功放，由功放驱动扬声器进行声重放。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单线传输的门禁双端对讲方法，其特征在于，所述门禁双端对讲方法包括上行语音处理步骤和下行语音处理步骤，其中通过单个传输总线传递楼内用户和楼外访客的语音信号，楼内用户的系统通过所述单个传输总线和楼外访客的系统连接，楼外访客的系统执行所述上行语音处理步骤和所述下行语音处理步骤；

所述上行语音处理步骤具体包括：

S100、获取麦克风采集的语音信号并转换为数字信号格式；

S101、对步骤S100转化的语音信号进行处理，以去除麦克风采集语音中的本地扬声器播放语音；

S102、对步骤S101处理后的语音信号进行降噪处理，以去除语音中的本地噪声；

S103、对步骤S102处理后的语音信号进行音效处理；及

S104、将步骤S103处理后的语音信号转化为模拟信号，送至传输总线；

所述下行语音处理步骤具体包括：

S200、将来自所述传输总线的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；

S201、对步骤S200转化的语音信号进行处理，以去除本地麦克风的采集信号；

S202、对步骤S201转化的语音信号进行降噪处理，以去除对方的噪声和本地的线路残留回声；

S203、对步骤S202处理后的语音信号进行音效处理；及

S204、根据步骤S203处理后的语音信号，驱动扬声器进行声重放。

2.根据权利要求1所述的门禁双端对讲方法，其特征在于，步骤S202中，通过基于深度学习的降噪模型同时去除对方的噪声和本地的线路残留回声。

3.根据权利要求1所述的门禁双端对讲方法，其特征在于，步骤S101中通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将扬声器播放的回声去除；和/或，步骤S201中通过MDF频域自适应算法及基于维纳滤波的非线性后处理算法将本地麦克风的采集信号去除。

4.根据权利要求1所述的门禁双端对讲方法，其特征在于，步骤S103中，对语音信号进行音效处理具体包括：调整所述语音信号的频响以及动态压缩信号范围。

5.根据权利要求1所述的门禁双端对讲方法，其特征在于，步骤S203中，对语音信号进行音效处理具体包括：滤除本地残留噪声和回声、调整扬声器的播放频响及动态压缩信号范围。

6.根据权利要求1所述的门禁双端对讲方法，其特征在于，步骤S204中，将所述语音信号转化为模拟信号发送至功放，由所述功放驱动扬声器进行声重放。

7.一种基于单线传输的门禁双端对讲系统，其特征在于，包括：

传输总线；

麦克风，其用于采集语音信号；

调理电路，其用于对所述语音信号进行处理：

第一ADC模块，其用于将所述调理电路输出的语音信号转化为数字信号格式；

第一AEC模块，其用于去除所述第一ADC模块输出的语音信号中的本地扬声器播放语音；

第一NR模块，其用于去除所述第一AEC模块输出的语音信号中的本地噪声；

第一音效模块，其用于对所述第一NR模块输出的语音信号进行音效处理；

第一DAC模块，其用于将所述第一音效模块输出的语音信号转化为模拟信号后发送至所述传输总线；

第二ADC模块，其用于将来自所述传输总线的模拟信号转化为数字信号格式的语音信号；

第二AEC模块，其用于去除所述第二ADC模块输出的语音信号中的本地麦克风采集信号；

第二NR模块，其用于对所述第二AEC模块输出的语音信号进行降噪处理；

第二音效模块，其用于对所述第二NR模块输出的语音信号进行音效处理；及

扬声器，其用于根据所述第二音效模块处理后的语音信号进行声重放；

其中，所述门禁双端对讲系统具有楼内用户的系统和楼外访客的系统，其中通过单个所述传输总线传递楼内用户和楼外访客的语音信号，楼内用户的系统通过单个所述传输总线和楼外访客的系统连接，所述楼外访客的系统具有所述麦克风、所述调理电路、所述第一ADC模块、所述第一AEC模块、所述第一NR模块、所述第一音效模块、所述第一DAC模块、所述第二ADC模块、所述第二NR模块、所述第二音效模块及所述扬声器。

8.根据权利要求7所述的门禁双端对讲系统，其特征在于，所述第一音效模块包括：

第一EQ模块，其用于调整所述第一NR模块输出的语音信号的频响；及

第一DRC模块，其用于所述第一EQ模块输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

9.根据权利要求7所述的门禁双端对讲系统，其特征在于，所述第二音效模块包括：

Noise Gate模块，其用于滤除所述第二NR模块输出的语音信号中的本地残留噪声和回声；

第二EQ模块，其用于调整所述Noise Gate模块输出的语音信号的频响；及

第二DRC模块，其用于所述第二EQ模块输出的语音信号进行动态压缩信号范围处理。

10.根据权利要求7所述的门禁双端对讲系统，其特征在于，所述门禁双端对讲系统还包括：

第二DAC模块，其用于将所述第二音效模块输出的语音信号转化为模拟信号；及

功放，其用于根据所述第二DAC模块输出的模拟信号驱动所述扬声器发声。

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