CN114745464A - 智能pstn话机声音通道切换消噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能PSTN话机制造技术领域，具体的说是一种特别适用于搭载智能操作系统的PSTN话机，能够消除多声音通道切换过程中的噪声，进而提高使用体验的智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，其特征在于，还设有声音通道切换单元，所述话筒单元与免提单元分别经声音通道切换单元实现与PSTN线路语音通道的接通，所述声音通道切换单元与PSTN线路语音通道之间还设有静音降噪消回声单元，所述静音降噪消回声单元的控制端与所述中央控制单元相连，与现有技术相比，通过中央控制单元对智能PSTN话机中的多路音频通道的切换控制，在不同的状态下使用不同的控制流程实现消除线路切换噪声，能够降低用户对电子开关切换噪音的感知度。

Description

智能PSTN话机声音通道切换消噪方法

技术领域

本发明涉及智能PSTN话机制造技术领域，具体的说是一种特别适用于搭载智能操作系统的PSTN话机，能够消除多声音通道切换过程中的噪声，进而提高使用体验的智能PSTN话机声音通道切换消噪方法。

背景技术

PSTN是一种以模拟技术为基础的电话交换网络，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。传统的PSTN话机不搭载智能操作系统，因此仅能提供免提通话和话筒通话两种声音输出模式，由于免提与话筒的语音通道采用的是插簧开关切换，在切换的时候不管送话或受话都可以听到咔哒一声开关切换的脉冲声音，影响通话质量。

为了进一步完善设备功能，现有智能PSTN话机可以搭载基于Android或Linux的智能操作系统，搭载有智能操作系统的话机除了能够实现免提、话筒两种模式的声音输出外，还具有媒体声音通道，而现阶段媒体声音通道、免提声音通道、话筒声音通道间的切换均存在因电子开关切换产生的脉冲噪音。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种特别适用于搭载智能操作系统的PSTN话机，能够消除多声音通道切换过程中的噪声，进而提高使用体验的智能PSTN话机声音通道切换消噪方法。

本发明通过以下措施达到：

一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，所述智能PSTN话机中设有具有媒体音频通道的中央控制单元、具有话筒音频通道的话筒单元、具有免提音频通道的免提单元、PSTN线路语音通道，其特征在于，还设有声音通道切换单元，所述话筒单元与免提单元分别经声音通道切换单元实现与PSTN线路语音通道的接通，所述声音通道切换单元与PSTN线路语音通道之间还设有静音降噪消回声单元，所述静音降噪消回声单元的控制端与所述中央控制单元相连，所述智能PSTN话机声音通道切换消噪方法包括以下内容：

当执行话筒通话模式时，话筒单元摘机，中央控制单元控制声音通道切换单元中的电子开关动作，使媒体音频通道与话筒音频通道连接，媒体音频通道通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到，此后中央控制单元控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后就可以开始通话；

当执行免提通话模式时，中央控制单元控制声音通道切换单元中电子开关动作，媒体音频通道与免提音频通道连接，APP通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到，此后中央控制单元控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后中央控制单元控制静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后开始通话；

当执行话筒切免提通话模式时，话筒通话状态下，中央控制单元中的APP通话界面上点击免提通话按钮，并将媒体音频通道中的媒体话筒通道的音量设置成0，静音降噪消回声单元控制外线静音，声音通道切换单元中电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音，声音通道切换单元中的电子开关动作，先使话筒音频通道与免提音频通道断开，然后使免提语音通道经静音降噪消回声单元与PSTN线路语音通道相连，通过中央控制单元使静音降噪消回声单元依次执行关闭外线静音、恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话；

当执行免提切话筒通话模式时，免提通话状态下，话筒单元摘机，静音降噪消回声单元控制外线PSTN线路语音通道静音，声音切换控制单元中的电子开关切换的脉冲噪音不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音：声音通道切换单元中电子开关动作，先断开话筒音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路音频通道，然后接通外线与话筒，并通过中央控制单元控制静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话。

本发明当执行话筒通话状态下二次拨号时，初始为话筒通话状态下，中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，具体为：中央控制单元中的媒体音频通道将音量设置成0，保证声音通道切换单元中电子开关切换的噪音于本地话筒上听不到，声音通道切换单元中的电子开关动作，使话筒音频通道与媒体音频通道连接，媒体音频通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到，PSTN发号完成后，媒体音频通道将音量设置成0，声音通道切换单元中的电子开关动作，将话筒音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路音频通道相连，媒体音频通道将音量恢复，关闭静音降噪消回声单元的静音状态，可以继续通话。

本发明中当免提通话状态下二次拨号时，初始状态为免提通话状态下，中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，具体为：媒体音频通道将音量设置成0，保证电子开关切换的噪音本地话筒上听不到，声音通道切换单元的电子开关动作，使话免提音通道与媒体语音通道连接，媒体声音通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到，PSTN发号完成后，媒体声音通道将音量设置成0，声音通道切换单元中的电子开关再次动作，使免提音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路语音通道连接，媒体音频通道将音量恢复，关闭静音降噪消回声单元的静音，可以继续通话。

本发明中静音降噪消回声单元中设有用于实现静音处理的音量控制模块、用于实现消回声处理的消回声模块以及用于实现语音通路降噪处理的降噪模块，所述降噪模块采用双门限和双判断降噪方法，对线路上因声音通道切换时产生的“咔哒”噪声的声音频率有加强的降噪作用，具体为：设某段线路信号为s，经过降噪算法计算后的信号为r，s(k)为第k帧的语音信号，k表示第k帧的下标，其短时过零率为z(k)（经过了k帧以后信号经过0点的次数的比例）、短时功率为e(k)（第k帧的音频的信号功率），取帧移为Ts，再设过零率门限为zTol、功率门限为eTol，

令经过噪声抑制后的增强语音为r(k) = s(k)，底噪抑制准则为:

当e(k) < eTol且 z(k) > zTol时，则判断s(k)为噪声信号，将降噪后的信号r(k)置为0，则噪声信号被消除；

当降噪后信号r中连续非零段（k1到k2帧）r(k1:k2)≠0，长度(k2 - k1)Ts<20ms，则令r(k1:k2)=0，进一步消除掉短暂时间的噪声，而线路上切换产生的的“咔哒”噪声有一部分是包含在其中的，是可以通过这里消除掉；

经上述双门限、双判别后，r(k)中将不再含有非语音干扰及瞬态干扰即线路上切换时产生的“咔哒”噪声，eTol通常取s最大值的0.05倍，zTol的通常取帧长的75%，算法中zTol和eTol的取值分别是eTol=0.05，zTol=50%。

本发明与现有技术相比，通过中央控制单元对智能PSTN话机中的多路音频通道的切换控制，在不同的状态下使用不同的控制流程实现消除线路切换噪声，能够降低用户对电子开关切换噪音的感知度。

附图说明：

附图1是本发明的结构框图。

附图2是本发明的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。

实施例1：

如附图1所示，本例提供了一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，其中本例所述的智能PSTN话机设有：

10 中央控制单元，核心CPU所在单元，完成其他各单元的控制；

20 声音通道切换控制单元，包含控制免提通道与PSTN线路语音通道连接，控制手柄通道与PSTN线路语音通道连接，控制断开与PSTN线路语音通道连接只使用媒体声音通道；

30 静音降噪消回声单元，具有控制音量，降低噪声以及消除回声的功能；40 PSTN线路语音通道，连接电话机PSTN线路；

50 话筒单元，包含话筒喇叭和话筒MIC；

60免提单元包含免提喇叭和免提MIC；

本例所述10中央控制单元，即核心CPU所在单元，采用Android或Linux操作系统，其具有显示功能，触摸功能，GPIO控制功能，消回声、通过降噪算法实现降噪功能，通过音量控制IC实现音量控制和静音控制功能，运行APP支持PSTN功能等；

如附图1所示，本例所述声音通道切换控制单元，由4组电子开关组成，每个电子开关为1托2，即一个输入两个输出，由一个GPIO的高/低控制输入信号与哪个输出通道接通，其中201电子开关1控制话筒语音通道的mic与媒体话筒通道的mic和PSTN线路语音通道的mic的通断，202电子开关2控制话筒语音通道的喇叭与媒体话筒通道的喇叭和PSTN线路语音通道的喇叭的通断，即201电子开关1和202电子开关2管理着音频通道3与音频通道1或音频通道4的通断；203电子开关3控制免提语音通道的mic与媒体免提通道的mic和PSTN线路语音通道的mic的通断；204电子开关4控制免提语音通道的喇叭与媒体免提通道的喇叭和PSTN线路语音通道的喇叭的通断。即203电子开关3和204电子开关4 管理着音频通道2 与音频通道0或音频通道4的通断；语音通道切换的时候电子开关动作就会产生脉冲，“咔哒”的噪声就是在这里引入的。

本例所述30静音降噪消回声单元，其具有静音控制，降噪功能，消回声功能。音量控制和静音功能是10中央控制单元通过I2C接口控制302音量控制IC受控制，当控制静音降噪消回声单元静音时就会阻止掉电子开关切换的时候在40 PSTN语音通道单元产生的噪音，但无法消除掉在50话筒单元或60免提单元上听到的“咔哒”噪声。因此还必须通过10中央控制单元运行301降噪算法消除线路噪音再通过消回声IC消除线路回声以及软件方面的各单元独特的控制顺序才能实现消除噪声的方法301降噪算法，降噪算法采用双门限，双判断的方法，对消除线路上切换时产生的“咔哒”噪声的声音频率有加强的降噪作用，降噪算法具体为：

设某段线路信号为s，经过降噪算法计算后的信号为r，s(k)为第k帧的语音信号，k表示第k帧的下标，其短时过零率为z(k)（经过了k帧以后信号经过0点的次数的比例）、短时功率为e(k)（第k帧的音频的信号功率），取帧移为Ts，再设过零率门限为zTol、功率门限为eTol；

令经过噪声抑制后的增强语音为r(k) = s(k)，底噪抑制准则为:

当e(k) < eTol且 z(k) > zTol时，则判断s(k)为噪声信号，将降噪后的信号r(k)置为0，则噪声信号被消除；

当降噪后信号r中连续非零段（k1到k2帧）r(k1:k2)≠0，长度(k2 - k1)Ts<20ms，则令r(k1:k2)=0

进一步消除掉短暂时间的噪声，而线路上切换产生的的“咔哒”噪声有一部分是包含在其中的，是可以通过这里消除掉。

经上述双门限、双判别后，r(k)中将不再含有非语音干扰及瞬态干扰即线路上切换时产生的“咔哒”噪声。eTol通常取s最大值的0.05倍，zTol的通常取帧长的75%。算法中zTol和eTol的值经过长时间的调试验证，我们得到最符合的值，分别是eTol=0.05，zTol=50%。

本例所述40 PSTN语音通道单元，其是音频通道4与PSTN外线连接的部件；50话筒单元，即电话机的听筒，包含MIC和喇叭，以及与音频通道1连接的弹簧线；60免提单元，包括免提MIC和免提喇叭。

如附图2所示，本例具体控制流程如下：

当执行话筒通话模式： 50话筒单元摘机，通过控制电子开关1和电子开关2，媒体音频通道与话筒语音通道连接，即音频通道3连接音频通道1，媒体音频通道可以通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到。控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后就可以开始通话；

当执行免提通话模式：通过控制电子开关3和电子开关4，媒体音频通道与免提语音通道连接，音频通道2连接音频通道0，60免提单元音频通道与媒体音频通道连接，APP可以通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到。控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后控制30静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后就可以开始通话；

当执行话筒切免提通话模式，初始状态为话筒通话状态下，10中央控制单元APP通话界面上点击免提通话按钮，媒体话筒通道将音量设置成0，30静音降噪消回声单元控制外线静音，电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音了，控制电子开关1和电子开关2，音频通道3与音频通道2断开，控制电子开关3和电子开关4，音频通道2与音频通道4连接，然后控制30静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话；

当执行免提切话筒通话模式，初始为免提通话状态下，50话筒单元摘机，30静音降噪消回声单元控制外线静音，电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音了。控制电子开关3和电子开关4断开音频通道2和音频通道4，然后控制电子开关1和电子开关2连接音频通道1与音频通道4，接通外线与话筒，然后控制30静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话；

当执行话筒通话状态下二次拨号，初始为话筒通话状态下，10中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，30静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上。媒体声音通道将音量设置成0，保证电子开关切换的噪音本地话筒上听不到。控制电子开关1和电子开关2，使话筒语音通道与媒体语音通道连接，即音频通道3与音频通道1连接，媒体声音通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到，PSTN发号完成后，媒体声音通道将音量设置成0，控制电子开关1和电子开关2，音频通道3与音频通道4连接，媒体声音通道将音量恢复，关闭30静音降噪消回声单元静音，可以继续通话；

当执行免提通话状态下二次拨号，初始为免提通话状态下，10中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，30静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上。媒体声音通道将音量设置成0，保证电子开关切换的噪音本地话筒上听不到。控制电子开关3和电子开关4，使话免提音通道与媒体语音通道连接，即音频通道2与音频通道0连接，媒体声音通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到，PSTN发号完成后，媒体声音通道将音量设置成0，控制电子开关3和电子开关4，音频通道2与音频通道4连接，媒体声音通道将音量恢复，关闭30静音降噪消回声单元静音，可以继续通话。

本发明与现有技术相比，通过中央控制单元对智能PSTN话机中的多路音频通道的切换控制，在不同的状态下使用不同的控制流程实现消除线路切换噪声，能够降低用户对电子开关切换噪音的感知度。

Claims (4)

1.一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，所述智能PSTN话机中设有具有媒体音频通道的中央控制单元、具有话筒音频通道的话筒单元、具有免提音频通道的免提单元、PSTN线路语音通道，其特征在于，还设有声音通道切换单元，所述话筒单元与免提单元分别经声音通道切换单元实现与PSTN线路语音通道的接通，所述声音通道切换单元与PSTN线路语音通道之间还设有静音降噪消回声单元，所述静音降噪消回声单元的控制端与所述中央控制单元相连，所述智能PSTN话机声音通道切换消噪方法包括以下内容：

当执行话筒通话模式时，话筒单元摘机，中央控制单元控制声音通道切换单元中的电子开关动作，使媒体音频通道与话筒音频通道连接，媒体音频通道通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到，此后中央控制单元控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后就可以开始通话；

当执行免提通话模式时，中央控制单元控制声音通道切换单元中电子开关动作，媒体音频通道与免提音频通道连接，APP通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到，此后中央控制单元控制静音降噪消回声单元对外线静音，开始向PSTN外线发DTMF号码，然后中央控制单元控制静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，等待外线接通后开始通话；

当执行话筒切免提通话模式时，话筒通话状态下，中央控制单元中的APP通话界面上点击免提通话按钮，并将媒体音频通道中的媒体话筒通道的音量设置成0，静音降噪消回声单元控制外线静音，声音通道切换单元中电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音，声音通道切换单元中的电子开关动作，先使话筒音频通道与免提音频通道断开，然后使免提语音通道经静音降噪消回声单元与PSTN线路语音通道相连，通过中央控制单元使静音降噪消回声单元依次执行关闭外线静音、恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话；

当执行免提切话筒通话模式时，免提通话状态下，话筒单元摘机，静音降噪消回声单元控制外线PSTN线路语音通道静音，声音切换控制单元中的电子开关切换的脉冲噪音不会传到PSTN外线上，通话的对端就不会听到切换的噪音：声音通道切换单元中电子开关动作，先断开话筒音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路音频通道，然后接通外线与话筒，并通过中央控制单元控制静音降噪消回声单元关闭外线静音恢复外线语音，媒体话筒通道将音量恢复继续通话。

2.根据权利要求1所述的一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，其特征在于，当执行话筒通话状态下二次拨号时，初始为话筒通话状态下，中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，具体为：中央控制单元中的媒体音频通道将音量设置成0，保证声音通道切换单元中电子开关切换的噪音于本地话筒上听不到，声音通道切换单元中的电子开关动作，使话筒音频通道与媒体音频通道连接，媒体音频通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过话筒喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在话筒上听到，PSTN发号完成后，媒体音频通道将音量设置成0，声音通道切换单元中的电子开关动作，将话筒音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路音频通道相连，媒体音频通道将音量恢复，关闭静音降噪消回声单元的静音状态，可以继续通话。

3.根据权利要求1所述的一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，其特征在于，当免提通话状态下二次拨号时，初始状态为免提通话状态下，中央控制单元APP通话界面上点击数字键盘发DTMF号码，静音降噪消回声单元控制外线静音，保证电子开关切换的脉冲噪音就不会传到PSTN外线上，具体为：媒体音频通道将音量设置成0，保证电子开关切换的噪音本地话筒上听不到，声音通道切换单元的电子开关动作，使话免提音通道与媒体语音通道连接，媒体声音通道将音量恢复，媒体音频通道可以通过免提喇叭播放声音，APP拨号发出模拟按键音，用户可以在免提喇叭上听到，PSTN发号完成后，媒体声音通道将音量设置成0，声音通道切换单元中的电子开关再次动作，使免提音频通道与经静音降噪消回声单元相连的PSTN线路语音通道连接，媒体音频通道将音量恢复，关闭静音降噪消回声单元的静音，可以继续通话。

4.根据权利要求1所述的一种智能PSTN话机声音通道切换消噪方法，其特征在于，静音降噪消回声单元中设有用于实现静音处理的音量控制模块、用于实现消回声处理的消回声模块以及用于实现语音通路降噪处理的降噪模块，所述降噪模块采用双门限和双判断降噪方法，对线路上因声音通道切换时产生的“咔哒”噪声的声音频率有加强的降噪作用，具体为：设某段线路信号为s，经过降噪算法计算后的信号为r，s(k)为第k帧的语音信号，k表示第k帧的下标，其短时过零率为z(k)（经过了k帧以后信号经过0点的次数的比例）、短时功率为e(k)（第k帧的音频的信号功率），取帧移为Ts，再设过零率门限为zTol、功率门限为eTol，

令经过噪声抑制后的增强语音为r(k) = s(k)，底噪抑制准则为:

当e(k) < eTol且 z(k) > zTol时，则判断s(k)为噪声信号，将降噪后的信号r(k)置为0，则噪声信号被消除；

当降噪后信号r中连续非零段（k1到k2帧）r(k1:k2)≠0，长度(k2 - k1)Ts<20ms，则令r(k1:k2)=0，进一步消除掉短暂时间的噪声，而线路上切换产生的的“咔哒”噪声有一部分是包含在其中的，是可以通过这里消除掉；

经上述双门限、双判别后，r(k)中将不再含有非语音干扰及瞬态干扰即线路上切换时产生的“咔哒”噪声，eTol通常取s最大值的0.05倍，zTol的通常取帧长的75%，算法中zTol和eTol的取值分别是eTol=0.05，zTol=50%。

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