CN211403645U - 音视频互动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于多媒体设备领域，具体涉及一种音视频互动装置，其包括：控制模块；回声处理模块，其与所述控制模块连接；音视频处理模块，其与所述回声处理模块和所述控制模块连接；通信模块，其与所述音视频处理模块和所述控制模块连接。本实用新型提供的一种音视频互动装置，其解决了音视频使用中过程中的回音和噪声问题、设备接线安装复杂、接口单一的问题。

Description

音视频互动装置

技术领域

本实用新型属于多媒体设备领域，具体涉及一种音视频互动装置。

背景技术

目前，在课堂教学中，音视频传输中对于回声噪音的处理，最常用的方法是改善扬声器的周围环境，尽量减少扬声器播放声音的反射。例如，可以在周围的墙壁上附加一层吸音材料，或增加一层衬垫以增加散射，改善环境可以有效地抑制间接声学回声，但对直接声学回声却无能为力。

对于直接回声，人们常采用减小话筒音量、增加均衡器、压限器等方式，但这无法根本解决啸叫等反馈问题，声学回声必然对系统通话质量造成影响，严重时令用户无法接受，给正常的音视频互动带来干扰。而且在远程会议或课堂教学中，一般的音视频信号首先要经过录播主机，再经音视频线转编码器输出，往往需要多个设备且接线复杂、接口单一，实际的设备安装和配置更需要专业的技术人员操作。

为了实现解决上述问题，本实用新型采用了一种音视频互动装置。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种音视频互动装置，其解决了音视频使用中过程中的回音和噪声问题、设备接线安装复杂、接口单一的问题。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型提供了一种音视频互动装置，包括:

控制模块；

回声处理模块，其与所述控制模块连接；

音视频处理模块，其与所述回声处理模块和所述控制模块连接；

通信模块，其与所述音视频处理模块和所述控制模块连接。

为了克服课堂教学和视频会议中的回音和噪声问题、设备接线安装复杂，接口单一的问题，本实用新型集成封装了多个功能模块，特别地针对语音通话中的回声干扰信号和噪声，有很好的效果。

优选的是，所述回声处理模块包括回声消除器、自适应滤波器及语音检测器，所述回声消除器分别与所述语音检测器和自适应滤波器连接，所述回声消除器、所述自适应滤波器及所述语音检测器分别与所述控制模块连接；

其中，所述自适应滤波器与所述音视频处理模块连接。

所述回声消除器滤除本地产生的回音和远端接受来的回音，所述自适应滤波器可以滤掉背景噪音但不影响发言者的声音，从而可提高信噪比，改善音质。无论对于本地还是远端的声反馈，均可以滤除噪音，抑制啸叫，显著提升视听效果

优选的是，所述回声消除器设置有local in接口、local out接口、Remote in接口、Remote out接口及local in按钮、local out按钮、Remote in按钮、Remote out按钮；

其中，所述local in接口、所述local out接口、所述Remote in接口、所述Remoteout接口均为3.5mm接口。

优选的是，所述音视频处理模块为编码器；

其中，所述编码器与电源模块连接，所述电源模块和所述编码器分别与所述回声处理模块连接；所述电源模块和所述编码器分别与所述控制器连接，所述编码器与所述电源模块分别与所述通信模块连接。

优选的是，所述编码器设置有CVBS接口、VGA接口、HDMI接口及WLAN接口。

优选的是，所述通信模块包括天线和发射器，所述天线与所述发射器连接；

其中，所述发射器与所述控制模块连接，所述发射器与所述音视频模块连接。

优选的是，所述控制模块为ARM处理器。

优选的是，所述回声消除器为自适应回声消除器。

优选的是，所述CVBS接口包括V接口、L接口及R接口，其中所述V接口连接混合视频信号，所述L接口连接左声道声音信号，所述R接口连接右声道声音信号。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型提供的音视频互动装置，其观看流畅、画质清晰、音频质量好，彻底解决讲课、听课过程中产生的回声、杂音，带来更完美的音视频品质。

2、本实用新型提供的音视频互动装置，其安装和操作简单，无需系统调试。

3、本实用新型提供的音视频互动装置，其采用的回声处理模块，能够保证高保真度、高清晰度、高稳定性提供实时的音视频传输。

4、本实用新型提供的音视频互动装置，其集成的多接口可以满足不同的音视频输入源，接口即插即用，方便使用。

附图说明

图1是本实用新型所述的音视频互动装置的内部结构原理图：

图2是本实用新型所述的音视频互动装置的侧视图；

图3是本实用新型所述的音视频互动装置的俯视图；

图4是本实用新型所述的音视频互动装置的主视图；

图5是本实用新型所述的回声消除器的原理示意图；

图6是本实用新型所述的音视频信号传输的流程图；

其中1-local in接口，2-local out接口，3-Remote in接口，4-Remote out接口，5-local in按钮，6-local out按钮，7-Remote in按钮，8-Remote out按钮，9-V接口，10-VGA接口，11-HDMI接口，12-电源接口，13-WLAN接口，14-天线，15-L接口,16-R接口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。

为了克服课堂教学和视频会议中的回音和噪声问题、设备接线安装复杂，接口单一的问题，本实用新型集成封装了多个功能模块，特别地针对语音通话中的回声干扰信号和噪声，有很好的效果。

如图1所示，本实用新型提供了一种音视频互动装置，包括:

控制模块；

回声处理模块，其与所述控制模块连接；

音视频处理模块，其与所述回声处理模块和所述控制模块连接；

通信模块，其与所述音视频处理模块和所述控制模块连接。

本实施例集成了回声处理模块、音视频处理模块、通信模块、控制模块，在课堂教学和视频会议中可以可完全消除回声，同时让本地的音视频送出，做到真正全双工。其中的回声处理模块无论对于本地还是远端的声反馈，均可以滤除噪音，抑制啸叫，显著提升视听效果，而且无需系统调试，直接使用。

在上述情况的基础上，再一个实施例，所述回声处理模块包括回声消除器、自适应滤波器及语音检测器，所述回声消除器分别与所述语音检测器和自适应滤波器连接，所述回声消除器、所述自适应滤波器及所述语音检测器分别与所述控制模块连接；

其中，所述自适应滤波器与所述音视频处理模块连接。

所述回声消除器滤除本地产生的回音和远端接受来的回音，回声消除器的自增益的语音信号处理功能使用完全自适应，无需系统调试，独特的动态的所述自适应滤波器可以滤掉背景噪音，但不影响发言者的声音，从而可提高信噪比，改善音质。无论对于本地还是远端的声反馈，均可以滤除噪音，抑制啸叫，显著提升视听效果。语音检测器指在噪声环境中检测语音的存在与否，通常用于语音编码、语音增强等语音处理系统中，起到降低语音编码率、节省通信带宽、减少移动设备能耗、提高识别率等作用。语音检测器、回声消除器、自适应滤波器完成的作用就是检测语音信号，滤除本地和远端的回声，过滤噪音使波形平滑输出。

其中，具体的，所述回声消除器为自适应回声消除器，回声抑制的基本原理为：

在实时音视频互动中，需要进行双方或是多方的实时音视频交流，在要求较高的场合，通常都是采用外置音箱放音，这样必然会产生回音，即一方说话后，通过对方的音箱放音，然后又被对方的Mic采集到回传给自己。如果不对回音进行处理，将会影响通话质量和用户体验，更严重的还会形成震荡，产生啸叫。回声消除的基本原理是以扬声器信号与由它产生的多路径回声的相关性为基础，建立远端信号的语音模型，利用它对回声进行估计，并不断修改滤波器的系数，使得估计值更加逼近真实的回声，然后，将回声估计值从话筒的输入信号中减去，从而达到消除回声的目的。

本文采用的自适应回声抑制技术，该技术的基本思想是首先估计产生回声路径的特征参数，然后得到一个真实回声的估计信号，然后用近端输入的语音信号减去该回声估计信号，将误差信号传送给远端用户，这样就相当于抑制了回声干扰信号。这样由于回声大大减小，扩声增益可大大提高，只要保证整个闭环增益小于1，系统就不会自激啸叫,下图描述了自适应回声抑制技术的基本原理。如图5所示，假设远端信号x(k)经过外界环境干扰形成了回声信号d(k)，近端信号v(k)和回声信号d(k)混和叠加形成了近端输入信号y(k)，则有，y(k)＝d(k)+v(k)，自适应抑制器对回声路径进行估计，根据远端信号x(k)来计算回声信号的估计值y’(k)，用y(k)减去y’(k)，得到误差信号值e(k)，即：e(k)＝d(k)+v(k)-y’(k)，当自适应抑制器根据误差信号的反馈值，实时调整对回声路径的估计，当它很好的模拟回声信号时，d(k)-y’(k)的值很小，从而有e(k)≈v(k)

，此时回声信号得到抑制，可以看作只剩下近端实际的语音信号了，从而达到了回声抑制的目的。

在上述实施例中，具体的，如图3所示，所述回声消除器设置有local in接口、local out接口、Remote in接口、Remote out接口及local in按钮、local out按钮、Remotein按钮、Remote out按钮；

其中，所述local in接口、所述local out接口、所述Remote in接口、所述Remoteout接口均为3.5mm接口。

对于接线操作如下：如图3所示，回声处理模块的主要模块是回声消除器，回声消除器主要包括local in、local out、local in、local out 4个音频接口，本文主要使用3.5mm的音频接口，右下角的小接口，此外还有local in、local out、local in、local out4个调节旋钮，接通电源线，主机音频输出端与local in之间通过3.5mm的音频线连接，编码器的CVBS的音频接口(CVBS共V、L、R三个接口，一个视频信号接口V，两个音频信号接口L和R。这里是用二合一的转接头将L(左声道)、R(右声道)合二为一后与local out相连接)与local out之间通过3.5mm的音频线连接。混音器两根红白线左右声道通过二合一合并后通过3.5mm的音频线接到Remote in主功放与Remote out通过3.5mm的音频线连接。调试过程中根据远端反馈的效果信息，如效果不佳，则可以进行下面的调节，直至获得满意的效果：

调制本地话筒与音响的方位和距离，使所有话筒和音响的距离尽量远，并避免话筒识音头正对着音响。

调节面板旋钮“local in”和“Remote in”，适当减少本地输入和远端输入的音量大小，直至彻底消除远程听到的回声，获得满意的效果。

如果远端反馈获得的声音音质不佳，出现类似失真的现象，可调节面板旋钮“local out”，适当减少本地经处理后输出的音量大小，以免失真。

经过上面的一系列调节获得满意的效果后，如远端反馈声音比较小，可以调节远端使用的的本地处理器面板旋钮“Remote out”，适当增加输出的远端音量大小(针对远端也安装使用本处理器的情况)；或者通过远端装备的其它扩音设备来获得满意的音量大小，如功放、调音台。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述音视频处理模块为编码器；

其中，所述编码器与电源模块连接，所述电源模块上设置有电源接口，所述电源模块和所述编码器分别与所述回声处理模块连接；所述电源模块和所述编码器分别与所述控制器连接，所述编码器与所述电源模块分别与所述通信模块连接。

其中，所述编码器用来对音视频信号编码，编码格式支持H.264/H.265，支持HTTP/RTSP/RTMP/UDP等多种流媒体协议，支持HDMI/VGA视频信号输入，AV接口是音频输入，WLAN是网络端口，如图2所示。

音视频处理实现过程：音频处理器对吊麦送来的声音模拟信号进行采样和编码，将处理后的数字量送给回声消除器进行处理，滤除本地和远端回音后，经编码器将音频和视频信号通过路由器发出，整个处理过程如下图6所示。

在上述实施例中，具体的，所述编码器设置有CVBS接口、VGA接口、HDMI接口及WLAN接口；

丰富的扩展接口，CVBS接口、VGA接口、HDMI接口可满足不同的音视频输入源，接口即插即用。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图4所示，所述通信模块包括天线和发射器，所述天线与所述发射器连接；

其中，所述发射器与所述控制模块连接，所述发射器与所述音视频模块连接。

特别的，为了满足用户对互联网及云平台的使用，内部集成了通信模块，所述通信模块为5G模块，整个设备设计简约，操作方便，便于安装。

其中，所述CVBS接口包括V接口、L接口及R接口，其中所述V接口连接混合视频信号，所述L接口连接左声道声音信号，所述R接口连接右声道声音信号。CVBS接口是音频、视频分离的视频接口，一般由三个独立的RCA插头(又叫梅花接口、RCA接口)组成的，其中的V接口(即接口9)连接混合视频信号，为黄色插口；L接口(即接口15)连接左声道声音信号，为白色插口；R接口(即接口16)连接右声道声音信号，为红色插口。

其中，所述控制模块为ARM处理器，其中的ARM处理器与编码器、通信模块中的发射器、语音检测器、回声消除器、自适应滤波器及电源模块通过AHB/AXI总线相连，ARM处理器对这些功能模块集中控制，可极大的提高设备性能又保持较低的功耗。

在设备正常工作时，吊麦或话筒采集到的语音信号从设备的CVBS接口输入经混音器后到达回声处理模块，具体经语音检测器、回声消除器、自适应滤波器处理掉回声和噪音，这里的回音包括本地产生的回音和远端接收来的回音，都可由回声消除器滤除，回声处理器处理回音和噪声后通过音频接口传到编码器，编码器将模拟语音信号转换为数字信号。

数字化的语音信号和HDMI(或VGA)接口输入的视频信号经5G通信模块的发射器由天线发出，也可以由WLAN网络端口经路由器通过网络发出。所述电源模块分别与音视频处理模块、5G通信模块、回声处理模块连接，对整个设备提供安全稳定的电压。此外回声消除器的增益调节旋钮可对音频信号输入输出进行调节，使视听效果保持在最佳状态。

为了克服课堂教学和视频会议中的回音和噪声问题、设备接线安装复杂，接口单一的问题，本文采用模块化的思想集成了回声消除器、编码器、5G通信模块及HDMI、VGA、CVBS、WLAN等多种接口，封装了多个功能模块，扩展了物理端口，特对的针对语音通话中的回声干扰信号和噪声，有很好的效果，本文提出的多接口的音视频互动装置集成编码器、回声消除器、5G通信模块于一体，内置自适应动态噪声滤波器，可滤掉现场环境的背景噪声但不影响语音信号，高质量的传送可以获得到清晰、持续的、无明显波动的语音信号，可完全消除啸叫和回声，同时让现场音视频精准清晰实时送出，内置AGC的双向控制，具有区分加强信号和轻柔信号的能力，保持对话声调的连贯和让话音易于听清楚，维持听感上的舒适性，极大的提高了用户体验，本设备编码格式支持H.264/H.265，支持HTTP/RTSP/RTMP/UDP等多种流媒体协议，内部封装了各种接线，只保留有用的对外接口，减少了用户的操作量，简单易用，调试方便。内部的5G模块和外置天线可在不使用以太网口的情况下与其它设备和移动网络实现信息交互，满足更多的用户体验。

综上所述，本实用新型提供的一种音视频互动装置，该多种接口的音视频互动装置，由回声消除器、编码器、5G通信模块和电源管理模块和外置天线、多接口集成而来，一体化的音视频处理设备，将编码器、回声消除器和5G通信模块进行了最优化的组合。将音视频处理和应用集于一身，采用自动反馈抑制、自适应声场环境、智能混音、噪声消除、网络回声消除、自动增益控制等算法，高保真度、高清晰度、高稳定性提供实时的音视频传输。

本系统适用于课程教学，老师和学生实时视频互动，课堂疑问实时解答，一体化的设计，操作简单，接口丰富。观看流畅，画质清晰，音频质量好，彻底解决讲课、听课过程中产生的回声、杂音，带来更完美的教学体验。还集成了CBVS、HDMI、VGA、WLAN、4G/5G模块、编码器模块多功能于一体，根据需要师生可随时组织讲课、培训，可通过云平台实现讲课教室与听课教室师生实时音视频信息交互，非常适合课堂互动，在线视频会议。

本设备中的编码器可采用同类设备代替，外置天线可用其他类型天线替换，电源可用市场上其他电源。

本设备有多种接口：支持音频接口；支持视频设备接口，支持人机交互接口，支持以太网口，具备高速的数据传输能力，支持通用的GPIO，扩展能力强，能够与其它设备协调运行。

本设备编码格式支持H.264/H.265，支持HTTP/RTSP/RTMP/UDP等多种流媒体协议，支持HDMI/VGA视频信号及Line in、Mic立体声输入。

本实用新型可与其它网络多媒体设备组合使用，安装和操作简单，无需系统调试。

显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本实用新型的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种音视频互动装置，其特征在于，包括：

控制模块；

回声处理模块，其与所述控制模块连接；

音视频处理模块，其与所述回声处理模块和所述控制模块连接；所述音视频处理模块为编码器；其中，所述编码器与电源模块连接，所述电源模块和所述编码器分别与所述回声处理模块连接；所述电源模块和所述编码器分别与所述控制模块连接，所述编码器与所述电源模块分别与所述通信模块连接；

通信模块，其与所述音视频处理模块和所述控制模块连接。

2.如权利要求1所述的音视频互动装置，其特征在于，所述回声处理模块包括回声消除器、自适应滤波器及语音检测器，所述回声消除器分别与所述语音检测器和自适应滤波器连接，所述回声消除器、所述自适应滤波器及所述语音检测器分别与所述控制模块连接；

其中，所述自适应滤波器与所述音视频处理模块连接。

3.如权利要求2所述的音视频互动装置，其特征在于，所述回声消除器设置有local in接口、local out接口、Remote in接口、Remote out接口及local in按钮、local out按钮、Remote in按钮、Remote out按钮；

其中，所述local in接口、所述local out接口、所述Remote in接口、所述Remote out接口均为3.5mm接口。

4.如权利要求1所述的音视频互动装置，其特征在于，所述编码器设置有CVBS接口、VGA接口、HDMI接口及WLAN接口。

5.如权利要求1所述的音视频互动装置，其特征在于，所述通信模块包括天线和发射器，所述天线与所述发射器连接；

其中，所述发射器与所述控制模块连接，所述发射器与所述音视频模块连接。

6.如权利要求1所述的音视频互动装置，其特征在于，所述控制模块为ARM处理器。

7.如权利要求2或3中任意一项所述的音视频互动装置，其特征在于，所述回声消除器为自适应回声消除器。

8.如权利要求4所述的音视频互动装置，其特征在于，所述CVBS接口包括V接口、L接口及R接口，其中所述V接口连接混合视频信号，所述L接口连接左声道声音信号，所述R接口连接右声道声音信号。

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