專利名稱：網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)及其傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通訊技術(shù)，特別是公開(kāi)一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)及其傳輸方法，應(yīng)用于銀行ATM自助行、校園、地鐵站、監(jiān)獄等需要雙向?qū)χv的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上對(duì)講機(jī)大致有無(wú)線和有線兩種方式，且這兩種方式都存在明顯的缺點(diǎn)即通話距離受到限制。也有部分對(duì)講主機(jī)采用將模擬語(yǔ)音信號(hào)輸入PC機(jī)通過(guò)PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)聲音的傳送，此種方式不僅增加成本而且?guī)?lái)較大的噪聲干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，采用時(shí)下應(yīng)用廣泛的DSP技術(shù)，公開(kāi)一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)及其傳輸方法，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品通話距離短，而且回聲、噪音大的缺點(diǎn)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于克服傳播過(guò)程中的回聲干擾的抑制和模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化；
a、回聲干擾的抑制采用美國(guó)富迪科技有限公司生產(chǎn)的FM1182芯片，利用其采用的 SAM技術(shù)擁有拾音束形成的能力，提供清晰而沒(méi)有噪聲的通訊，拾音束對(duì)位于拾音束內(nèi)的講話者幾乎沒(méi)有影響，從而消除拾音束外的環(huán)境噪聲，其增強(qiáng)的噪聲抑制能力，在消除穩(wěn)態(tài)噪聲和不穩(wěn)定噪聲的同時(shí)還支持60dB的聲學(xué)回聲消除，由麥克風(fēng)輸入的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換之后和由喇叭播放又被麥克風(fēng)輸入拾取的聲音一起送入DSP模塊中進(jìn)行比較， 通過(guò)語(yǔ)音處理算法將回聲進(jìn)行有效的抑制而將正常的說(shuō)話聲音輸出；
b、模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化對(duì)輸入端的模擬語(yǔ)音信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波，然后進(jìn)行抽樣、量化和編碼，將模擬語(yǔ)音信號(hào)變換成數(shù)字比特流，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)字化后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入網(wǎng)絡(luò)中。所述的抽樣是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行周期性的掃描，把時(shí)間上連續(xù)的模擬語(yǔ)音信號(hào)變成時(shí)間上離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)抽樣的離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)包含源模擬語(yǔ)音信號(hào)所有的信息，能無(wú)失真地恢復(fù)出原模擬語(yǔ)音信號(hào)，抽樣速率的下限應(yīng)符合奈奎斯特抽樣定理一fs ^ 2fH，其中fs為抽樣頻率，fH為模擬語(yǔ)音信號(hào)最高頻率；所述的量化是把抽樣值的幅度進(jìn)行離散化，即指定Q個(gè)電平，把抽樣值用最接近的電平表示，稱為量化值；所述的編碼是用二進(jìn)制碼組表示量化值(即“0”和“1”兩種電平值)，實(shí)際過(guò)程中量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成，輸出的數(shù)字語(yǔ)音量化信號(hào)是一種多電平數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，電平數(shù)位Q個(gè)，一般取Q=256，這種多電平語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)如直接進(jìn)行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經(jīng)過(guò)編碼將 Q個(gè)電平轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，用k位二進(jìn)制碼組來(lái)表示Q=2k。一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)，其特征在于包括RF抗干擾、FM1182芯片的DSP處理、抗混疊濾波、A/D變換、DSP處理、網(wǎng)絡(luò)接口、D/A變換、平滑濾波、DSP處理、功率放大和揚(yáng)聲器輸出；系統(tǒng)的工作過(guò)程是由麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)差分電路濾除RF信號(hào)后，與喇叭播放又被麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)一起送入FM1182芯片內(nèi)部的DSP，在芯片內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；經(jīng)過(guò)干擾和回聲抑制后的音頻信號(hào)經(jīng)抗混疊濾波后送入A/D進(jìn)行模數(shù)變換形成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入DSP進(jìn)行一系列的變換處理后將數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入網(wǎng)絡(luò)接口，最終由網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程；遠(yuǎn)程需要傳輸?shù)哪M語(yǔ)音信號(hào)也是同樣，先經(jīng)數(shù)字化后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口送入DSP進(jìn)行D/A數(shù)模變換后平滑濾波輸出至DSP，再經(jīng)處理后送入功率放大器推動(dòng)揚(yáng)聲器。本發(fā)明的有益效果是綜合考慮成本以及性能的要求，采取 DSP(TMS320C5402)+FM1182的解決方案。本發(fā)明除具有制作成本低廉、性能可靠，待機(jī)時(shí)低功耗運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)外，還彌補(bǔ)了同類產(chǎn)品中所具有的回聲、噪音大等缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)上，采取模塊化設(shè)計(jì)的理念，使數(shù)字處理部分和回聲干擾抑制部分成為兩個(gè)模塊即獨(dú)立又統(tǒng)一，即可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇模塊，又可將兩個(gè)模塊分割用于其它場(chǎng)合，不僅增加了靈活性，也增加了實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明回聲抑制結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明模擬語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化框圖。圖3是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明系統(tǒng)從組成結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)總體分為兩大部分，即模擬部分和數(shù)字處理部分。 本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的兩大難點(diǎn)a、回聲干擾的抑制；b、模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化。根據(jù)附圖1，為有效遏制回聲，本發(fā)明采用美國(guó)富迪科技有限公司的FM1182芯片， 其采用的SAM技術(shù)擁有拾音束形成能力，可以提供清晰而沒(méi)有噪聲的通訊。拾音束對(duì)位于拾音束內(nèi)的講話者幾乎沒(méi)有影響，而消除拾音束外的環(huán)境噪聲；其增強(qiáng)的噪聲抑制能力，在消除穩(wěn)態(tài)噪聲和不穩(wěn)定噪聲的同時(shí)還支持60dB的聲學(xué)回聲消除。由麥克風(fēng)輸入1輸入的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換之后和由喇叭播放的聲音又被麥克風(fēng)輸入1拾取的聲音一起送入DSP模塊(類似數(shù)字信號(hào)處理，原理同下面的語(yǔ)音數(shù)字化)中比較，通過(guò)語(yǔ)音處理算法將回聲進(jìn)行有效的抑制而將正常的說(shuō)話聲音輸出。SAM技術(shù)即小型陣列麥克風(fēng)(Small Array Microphone)技術(shù)是一種具有獨(dú)特聲學(xué)算法的語(yǔ)音處理技術(shù)，它可以運(yùn)行于軟件，也可以運(yùn)行在本款芯片上。在本款芯片中，將 SAM算法固化在了芯片中，具有很高的集成度，不需要任何外圍器件，而且在本款語(yǔ)音處理芯片中，采用了類似于DSP的技術(shù)，針對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行了優(yōu)化，具有更高的效率。根據(jù)附圖2，對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化(DSP處理)。對(duì)輸入端的模擬語(yǔ)音信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波，然后進(jìn)行抽樣、量化和編碼，將模擬語(yǔ)音信號(hào)變換成數(shù)字比特流，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)字化后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入網(wǎng)絡(luò)中。為實(shí)現(xiàn)模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化，選擇美國(guó)TI公司的TMS320C5402芯片，該芯片是一款低功耗、高性能的定點(diǎn)DSP芯片，具有運(yùn)算速度快、優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。抽樣是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行周期性的掃描，把時(shí)間上連續(xù)的模擬語(yǔ)音信號(hào)變成時(shí)間上離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)。經(jīng)過(guò)的抽樣的離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)包含源模擬語(yǔ)音信號(hào)所有的信息，能無(wú)失真地恢復(fù)出原模擬語(yǔ)音信號(hào)。抽樣速率的下限應(yīng)符合奈奎斯特抽樣定理__fs彡2fH (fs為抽樣頻率，fH為模擬語(yǔ)音信號(hào)最高頻率)。量化把抽樣值的幅度進(jìn)行離散化，即指定Q個(gè)電平，把抽樣值用最接近的電平表示(稱為量化值)。編碼用二進(jìn)制碼組表示量化值，(即“0”和“1”兩種電平值)，實(shí)際過(guò)程中量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成，輸出的數(shù)字語(yǔ)音量化信號(hào)是一種多電平數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，電平數(shù)位Q 個(gè)(一般取Q=256)。這種多電平數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)如直接進(jìn)行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經(jīng)過(guò)編碼將Q個(gè)電平轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，即用k位二進(jìn)制碼組來(lái)表示(Q=2k)。網(wǎng)絡(luò)接口 為了將數(shù)字化的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)傳送至網(wǎng)絡(luò)，選用瑞昱半導(dǎo)體公司的 IOM以太網(wǎng)芯片RTL8109AS，該芯片支持pnp自動(dòng)檢測(cè)方式、支持以太網(wǎng)II和IEEE802. 3 10Base5，10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自動(dòng)檢測(cè)、支持IOBaseT的自動(dòng)極性改正等多種功能。根據(jù)附圖3，本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)框圖。RF抗干擾采用差分電路設(shè)計(jì)，利用差分電路原理從而抑制由電路和環(huán)境產(chǎn)生的 RF射頻信號(hào)。
DSP處理主要對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理，如做卷積、累加、相乘等作用。抗混疊濾波將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)需要對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行抽樣，抽樣就要滿足奈奎斯特定理一 fs>2fH(fs為抽樣頻率，fH為信號(hào)最高頻率)，否則就會(huì)產(chǎn)生混疊失真，抗混疊就是要消除這種失真。A/D變換將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的過(guò)程，過(guò)程參見(jiàn)上述的抽樣、量化、編碼。網(wǎng)絡(luò)接口 為了將數(shù)字化的信號(hào)傳送至網(wǎng)絡(luò)，選用瑞昱半導(dǎo)體公司的IOM以太網(wǎng)芯片RTL8109AS，該芯片支持pnp自動(dòng)檢方式、支持以太網(wǎng)II和IEEE802. 3 10Base5, 10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自動(dòng)檢測(cè)、支持IOBaseT的自動(dòng)極性改正等多種功能。D/A變換將數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬語(yǔ)音信號(hào)，是A/D變換的逆過(guò)程，過(guò)程參見(jiàn)上述的抽樣、量化、編碼。平滑濾波將D/A變化后的時(shí)間上離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)濾波后變成時(shí)間上連續(xù)的模擬語(yǔ)音信號(hào)。功率放大經(jīng)平滑濾波處理后的連續(xù)模擬語(yǔ)音信號(hào)，因信號(hào)較弱、功率較小還不足以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，所以要經(jīng)過(guò)一級(jí)功率放大電路將功率較小的模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大去推動(dòng)揚(yáng)聲器。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于克服傳播過(guò)程中的回聲干擾的抑制和模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化；a、回聲干擾的抑制采用FM1182芯片，利用其采用的SAM技術(shù)擁有拾音束形成的能力， 提供清晰的通訊，拾音束對(duì)位于拾音束內(nèi)的講話者幾乎沒(méi)有影響，從而消除拾音束外的環(huán)境噪聲，其增強(qiáng)的噪聲抑制能力，在消除穩(wěn)態(tài)噪聲和不穩(wěn)定噪聲的同時(shí)還支持60dB的聲學(xué)回聲消除，由麥克風(fēng)輸入的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換之后和由喇叭播放的聲音又被麥克風(fēng)輸入拾取的聲音一起送入DSP模塊中進(jìn)行比較，通過(guò)語(yǔ)音處理算法將回聲進(jìn)行有效的抑制而將正常的說(shuō)話聲音輸出；b、模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化對(duì)輸入端的模擬語(yǔ)音信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波，然后進(jìn)行抽樣、量化和編碼，將模擬語(yǔ)音信號(hào)變換成數(shù)字比特流，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)字化后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入網(wǎng)絡(luò)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于所述的抽樣是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行周期性的掃描，把時(shí)間上連續(xù)的模擬語(yǔ)音信號(hào)變成時(shí)間上離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)抽樣的離散的模擬語(yǔ)音信號(hào)包含源模擬語(yǔ)音信號(hào)所有的信息，能無(wú)失真地恢復(fù)出原模擬語(yǔ)音信號(hào)，抽樣速率的下限應(yīng)符合奈奎斯特抽樣定理一fs ^ 2fH，其中 fs為抽樣頻率，fH為模擬語(yǔ)音信號(hào)最高頻率；所述的量化是把抽樣值的幅度進(jìn)行離散化，指定Q個(gè)電平，把抽樣值用最接近的電平表示，稱為量化值；所述的編碼是用二進(jìn)制碼組表示量化值，用“0”和“ 1，，表示電平值，實(shí)際過(guò)程中量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成，輸出的數(shù)字語(yǔ)音量化信號(hào)是一種多電平數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，電平數(shù)位Q個(gè)，一般取Q=256，這種多電平數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)如直接進(jìn)行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經(jīng)過(guò)編碼將Q個(gè)電平轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，用k位二進(jìn)制碼組來(lái)表示Q=2k。
3.—種由權(quán)利要求1所述的傳輸方法生成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)，其特征在于 包括RF抗干擾、FMl 182芯片的DSP處理、抗混疊濾波、A/D變換、DSP處理、網(wǎng)絡(luò)接口、D/A 變換、平滑濾波、DSP處理、功率放大和揚(yáng)聲器輸出；系統(tǒng)的工作過(guò)程是由麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)差分電路濾除RF信號(hào)后送入FMl 182芯片內(nèi)部的DSP，與由喇叭播放又被麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)在芯片內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；經(jīng)過(guò)干擾和回聲抑制后的音頻信號(hào)經(jīng)抗混疊濾波后送入A/D進(jìn)行模數(shù)變換形成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)， 數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入DSP進(jìn)行一系列的變換處理后將數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入網(wǎng)絡(luò)接口，最終由網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程；遠(yuǎn)程需要傳輸?shù)哪M語(yǔ)音信號(hào)也是同樣，先經(jīng)數(shù)字化后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口送入 DSP進(jìn)行D/A數(shù)模變換后平滑濾波輸出至DSP，再經(jīng)處理后送入功率放大器推動(dòng)揚(yáng)聲器。
全文摘要
本發(fā)明為一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字一體對(duì)講系統(tǒng)及其傳輸方法，其特征在于克服傳播過(guò)程中的回聲干擾的抑制和模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化；其工作過(guò)程是由麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)差分電路濾除RF信號(hào)后，與喇叭播放又被麥克風(fēng)拾取的模擬語(yǔ)音信號(hào)一起送入FM1182芯片內(nèi)部的DSP，在芯片內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；再經(jīng)抗混疊濾波后送入A/D進(jìn)行模數(shù)變換，形成的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送入DSP進(jìn)行變換處理后送入網(wǎng)絡(luò)接口，由網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程；遠(yuǎn)程的模擬語(yǔ)音信號(hào)也是經(jīng)數(shù)字化后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口送入DSP進(jìn)行D/A數(shù)模變換后平滑濾波輸出至DSP，經(jīng)處理后送入功率放大器推動(dòng)揚(yáng)聲器。本發(fā)明提供了清晰的通訊，成本低廉、性能可靠。
文檔編號(hào)H04M9/08GK102307271SQ20111011453
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者傅福林, 羅輝 申請(qǐng)人:上海博超科技有限公司