一种净音前端语音处理系统的制作方法

本发明涉及语音处理领域，尤其涉及一种净音前端语音处理系统。

背景技术：

由于语音识别技术的不断发展，已广泛应用于各行各业，特别是在电子设备中的使用。然而在存在较大背景噪声的情况下，其识别率并不是很好。由于自然界任何地方都存在噪声，因此任何人发出的语音都是混有噪声的语音，即使是在绝对安静的环境下。在时域中，背景噪声以横波的形式叠加在语音波形上，在这种情况下，在进行语音端点检测的时候，无疑会将噪声大、语音小的部分波形也当成有用的语音帧，这样提取的语音特征参数是不理想的，甚至是不可用的。

人的听觉系统能够在噪声环境中区分并跟踪自己感兴趣的语音信号，即使多种声音同时存在也能“听取”所需要的内容。听觉场景分析(asa)正是在这一听觉生理现象上提出的理论。casa模拟人耳的神经听觉系统，对语音信号的处理更接近于人对混合声音信号的听觉感知过程。因此可以用来将噪声从语音信号中分离出来，得到比较纯的语音信号，实际上是在语音识别过程中加入一个前端处理，从而达到提高含噪声语音识别的准确率。

同时，一般发出语音后难免会产生回声，回声与人发出的声音相结合，必然会对语音的真实信息产生影响，如果不对回声进行处理，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，严重降低了通话语音质量。

由此可知，对语音信号进行前端处理，对语音信号进行净化处理，最终提高语音识别准确率、通话质量等至关重要。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种净音前端语音处理系统，提高语音信号的真实性，及语音识别的准确性，在不同的应用场景下，实现高效抑制环境噪音并增强有效语音信号的功能，同时，可有效地抑制回声信号，极大地提高了用户的通话质量，及实现语音唤醒功能，让用户操作起来更加的方便。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种净音前端语音处理系统，其特征在于，包括一麦克风模组、一语音处理器与一主控制器，其中，该麦克风模组与语音处理器之间通过一音频输入接口连接，该主控制器与语音处理器的输入端之间通过一通讯接口连接，该语音处理器的输出端与主控制器之间通过一模拟音频输出接口连接；该语音处理器包括一语音处理电路，该语音处理电路包括一xf6000sye芯片、及连接于xf6000sye芯片的一语音处理模块。

作为本发明的进一步改进，所述语音处理模块包括电容c36～c39与电感l3～l6，其中，该语音处理模块的dv33端分别连接至xf6000sye芯片的第20引脚、电感l3、电容c36正极、电容c37一端与电感l5一端，该电容c36负极分别连接至电感l4、电容c37另一端与电感l6一端，该电感l6另一端分别连接至电容c38负极与电容c39一端，该电容c39另一端分别连接至电容c38正极、电感l5另一端与xf6000sye芯片的第2引脚。

作为本发明的进一步改进，所述麦克风模组包括一麦克风输入电路，该麦克风输入电路为硅麦克风输入电路或驻极体麦克风输入电路。

作为本发明的进一步改进，所述硅麦克风输入电路包括一左硅麦克风输入模块与一右硅麦克风输入模块，其中，所述左硅麦克风输入模块包括麦克风mic1、电容c1～c8与二极管d7，该电容c1与电容c2相并联形成一第一并联支路，该麦克风mic1的第1引脚分别连接至第一并联支路一端、电容c3、电容c4、电容c5与二极管d7负极，该二极管d7正极连接至xf6000sye芯片第5引脚；该麦克风mic1的第2引脚分别连接至第一并联支路另一端、麦克风mic1的第3引脚、电容c6一端与电容c8一端，该电容c8另一端连接至xf6000sye芯片第7引脚；该麦克风mic1的第4引脚分别连接至电容c6另一端与电容c7一端，该电容c7另一端连接至xf6000sye芯片第6引脚；所述右硅麦克风输入模块包括麦克风mic2、电容c9～c13与二极管d8，该电容c9与电容c10相并联形成一第二并联支路，该麦克风mic2的第1引脚分别连接至第二并联支路一端与二极管d8负极，该二极管d8正极连接至xf6000sye芯片第5引脚；该麦克风mic2的第2引脚分别连接至第二并联支路另一端、麦克风mic2的第3引脚、电容c11一端与电容c13一端，该电容c13另一端连接至xf6000sye芯片第10引脚；该麦克风mic2的第4引脚分别连接至电容c11另一端与电容c12一端，该电容c12另一端连接至xf6000sye芯片第9引脚。

作为本发明的进一步改进，所述驻极体麦克风输入电路包括一左驻极体麦克风输入模块与一右驻极体麦克风输入模块，其中，所述左驻极体麦克风输入模块包括麦克风mic3、电容c14、电容c15、电阻r1、电阻r2、二极管d5、瞬态电压抑制二极管d1与瞬态电压抑制二极管d2，该麦克风mic3一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d1、二极管d5负极与电容c14一端，该二极管d5正极连接至电阻r1，该电容c14另一端连接至xf6000sye芯片第6引脚；该麦克风mic3另一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d2、电阻r2与电容c15一端，该电容c15另一端连接至xf6000sye芯片第7引脚；所述所述右驻极体麦克风输入模块包括麦克风mic4、电容c16、电容c17、电阻r3、电阻r4、二极管d6、瞬态电压抑制二极管d3与瞬态电压抑制二极管d4，该麦克风mic4一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d3、二极管d6负极与电容c16一端，该二极管d6正极连接至电阻r3，该电容c16另一端连接至xf6000sye芯片第9引脚；该麦克风mic4另一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d4、电阻r4与电容c17一端，该电容c175另一端连接至xf6000sye芯片第10引脚。

作为本发明的进一步改进，所述语音处理电路还包括一混音电路，该混音电路包括一左声道输入端、一右声道输入端、连接于左声道输入端的一左信号放大模块、连接于右声道输入端的一右信号放大模块、连接于左信号放大模块与右信号放大模块之间的一信号混合模块、及连接至xf6000sye芯片的混音输出端。

作为本发明的进一步改进，所述左信号放大模块包括运算放大器u2a、电阻r5～r7、电容c18～c20，其中，所述运算放大器u2a的第3引脚分别连接至电容c19一端与电阻r7一端，该电容c19另一端分别连接至电阻r5一端与电阻r6一端，该电阻r5另一端连接至电容c18一端，该电容c18另一端连接至左声道输入端；该电阻r7另一端分别连接至电容c20一端与信号混合模块的ap_ref端，该电容c20另一端连接至电阻r6另一端；该运算放大器u2a的第2引脚分别连接至运算放大器u2a的第1引脚，该运算放大器u2a的第8引脚连接至信号混合模块的av5端。

作为本发明的进一步改进，所述右信号放大模块包括运算放大器u2b、电阻r10～r12、电容c22～c24，其中，所述运算放大器u2b的第5引脚分别连接至电容c23一端与电阻r12一端，该电容c23另一端分别连接至电阻r10一端与电阻r11一端，该电阻r10另一端连接至电容c22一端，该电容c22另一端连接至右声道输入端；该电阻r12另一端分别连接至电容c24一端与信号混合模块的ap_ref端，该电容c24另一端连接至电阻r11另一端；该运算放大器u2b的第6引脚分别连接至运算放大器u2b的第7引脚。

作为本发明的进一步改进，所述信号混合模块包括电阻r8、电阻r9、电阻r13～r15、电容c21、电容c25～c32、电感l1与电感l2，其中，所述信号混合模块的av5端分别连接至电感l1、电容c28一端、电容c29、电容c30、电容c31与电阻r14一端，该电容c28另一端连接至电感l2，该电阻r14另一端分别连接至电阻r15、电容c23与信号混合模块的ap_ref端；该电容c21一端连接至运算放大器u2a的第1引脚，另一端连接至电阻r8一端，该电阻r8另一端分别连接至电阻r9、电阻r13一端、电容c26与电容c27一端，该电容c27另一端连接至xf6000sye芯片的第11引脚，该电阻r13另一端连接至电容c25一端，该电容c25另一端连接至运算放大器u2b的第7引脚。

作为本发明的进一步改进，由经过信号混合模块后获得的混合信号与左声道输入端和右声道输入端的输入信号的关系为：

其中，vout为经过信号混合模块后获得的混合信号，vs1为左声道输入端的输入信号，vs2为右声道输入端的输入信号。

本发明的有益效果为：通过对语音信号进行前端处理，达到净化效果，具体为对电路原理进行优化改进，实现对麦克风输入信号、混音信号等进行处理，提高语音信号的真实性，及语音识别的准确性，最终具有高质量录音、语音降噪、通话回声消除和唤醒回声消除的功能，在不同的应用场景下，实现高效抑制环境噪音并增强有效语音信号的功能，同时，可有效地抑制回声信号，极大地提高了用户的通话质量，及实现语音唤醒功能，让用户操作起来更加的方便。

上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明xf6000sye芯片的原理图；

图3为本发明语音处理模块的电路图；

图4为本发明硅麦克风输入电路的电路图；

图5为本发明驻极体麦克风输入电路的电路图；

图6为本发明混音电路的主要电路图；

图7为本发明信号混合模块的电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明。

请参照图1与图2，本发明实施例提供一种净音前端语音处理系统，包括一麦克风模组、一语音处理器与一主控制器，其中，该麦克风模组与语音处理器之间通过一音频输入接口连接，该主控制器与语音处理器的输入端之间通过一通讯接口连接，该语音处理器的输出端与主控制器之间通过一模拟音频输出接口连接；该语音处理器包括一语音处理电路，该语音处理电路包括一xf6000sye芯片、及连接于xf6000sye芯片的一语音处理模块。

本发明实施例提供的净音前端语音处理系统，具有高质量录音、语音降噪、通话回声消除和唤醒回声消除的功能。

语音降噪功能主要体现为在不同的应用场景下，实现高效抑制环境噪音并增强有效语音信号的功能，特别是在车载噪声环境下具有极佳的表现效果。

通话回声消除功能主要用于免提通话应用中，在免提通话应用中，远端语音通过近端喇叭播放后被处在相同空间中麦克风拾取，拾取的语音被传输到远端形成回声，可以有效地抑制回声信号，极大地提高了用户的通话质量。

唤醒回声消除功能可以实现将设备从休眠状态中唤醒或者启动，在实际应用场景中，用户可以在播放音乐或者收音机等背景噪音时直接说出唤醒词，实现语音唤醒功能，让用户操作起来更加的方便。实现原理为：语音处理模块同时拿到mic信号和ref信号，并进行回声消除算法处理，处理后的数据为干净的不带音乐信息的信号，此信号送至上位机的唤醒引擎中，实现唤醒功能。

以上功能的实现，需要对具体的电路进行设计。

如图3所示，所述语音处理模块包括电容c36～c39与电感l3～l6，其中，该语音处理模块的dv33端分别连接至xf6000sye芯片的第20引脚、电感l3、电容c36正极、电容c37一端与电感l5一端，该电容c36负极分别连接至电感l4、电容c37另一端与电感l6一端，该电感l6另一端分别连接至电容c38负极与电容c39一端，该电容c39另一端分别连接至电容c38正极、电感l5另一端与xf6000sye芯片的第2引脚。

净音前端语音处理系统支持硅麦克风、驻极体麦克风、有源麦克风等不同类型麦克风输入。在本实施例中，所述麦克风模组包括一麦克风输入电路，该麦克风输入电路可以为硅麦克风输入电路或驻极体麦克风输入电路。

具体的，如图4所示，所述硅麦克风输入电路包括一左硅麦克风输入模块与一右硅麦克风输入模块，其中，所述左硅麦克风输入模块包括麦克风mic1、电容c1～c8与二极管d7，该电容c1与电容c2相并联形成一第一并联支路，该麦克风mic1的第1引脚分别连接至第一并联支路一端、电容c3、电容c4、电容c5与二极管d7负极，该二极管d7正极连接至xf6000sye芯片第5引脚；该麦克风mic1的第2引脚分别连接至第一并联支路另一端、麦克风mic1的第3引脚、电容c6一端与电容c8一端，该电容c8另一端连接至xf6000sye芯片第7引脚；该麦克风mic1的第4引脚分别连接至电容c6另一端与电容c7一端，该电容c7另一端连接至xf6000sye芯片第6引脚；所述右硅麦克风输入模块包括麦克风mic2、电容c9～c13与二极管d8，该电容c9与电容c10相并联形成一第二并联支路，该麦克风mic2的第1引脚分别连接至第二并联支路一端与二极管d8负极，该二极管d8正极连接至xf6000sye芯片第5引脚；该麦克风mic2的第2引脚分别连接至第二并联支路另一端、麦克风mic2的第3引脚、电容c11一端与电容c13一端，该电容c13另一端连接至xf6000sye芯片第10引脚；该麦克风mic2的第4引脚分别连接至电容c11另一端与电容c12一端，该电容c12另一端连接至xf6000sye芯片第9引脚。硅麦克风供电一般为3v，在进行电路设计时，可直接从xf6000sye芯片的第5脚处取麦克风偏置电源即可。

如图5所示，所述驻极体麦克风输入电路包括一左驻极体麦克风输入模块与一右驻极体麦克风输入模块，其中，所述左驻极体麦克风输入模块包括麦克风mic3、电容c14、电容c15、电阻r1、电阻r2、二极管d5、瞬态电压抑制二极管d1与瞬态电压抑制二极管d2，该麦克风mic3一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d1、二极管d5负极与电容c14一端，该二极管d5正极连接至电阻r1，该电容c14另一端连接至xf6000sye芯片第6引脚；该麦克风mic3另一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d2、电阻r2与电容c15一端，该电容c15另一端连接至xf6000sye芯片第7引脚；所述所述右驻极体麦克风输入模块包括麦克风mic4、电容c16、电容c17、电阻r3、电阻r4、二极管d6、瞬态电压抑制二极管d3与瞬态电压抑制二极管d4，该麦克风mic4一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d3、二极管d6负极与电容c16一端，该二极管d6正极连接至电阻r3，该电容c16另一端连接至xf6000sye芯片第9引脚；该麦克风mic4另一端分别连接至瞬态电压抑制二极管d4、电阻r4与电容c17一端，该电容c175另一端连接至xf6000sye芯片第10引脚。驻极体麦克风供电一般为3v，在进行电路设计时，可直接从xf6000sye芯片的第5脚处取麦克风偏置电源，且双路麦克风供电部分需要进行隔离处理。

本实施例提供的麦克风输入电路，电路简单，实现成本低，可对输入的语音信号降噪增强处理，消除噪声对有效语音信号的影响，实现声源定位及双麦语音降噪功能。在不同的应用场景下，实现高效抑制环境噪音并增强有效语音信号的功能，特别是在车载噪声环境下具有极佳的表现效果。

在本实施例中，所述语音处理电路还包括一混音电路，混音电路是专门配合语音唤醒和回声消除功能而设计的。具体的，如图6与图7所示，该混音电路包括一左声道输入端、一右声道输入端、连接于左声道输入端的一左信号放大模块、连接于右声道输入端的一右信号放大模块、连接于左信号放大模块与右信号放大模块之间的一信号混合模块、及连接至xf6000sye芯片的混音输出端。

如图6所示，所述左信号放大模块包括运算放大器u2a、电阻r5～r7、电容c18～c20，其中，所述运算放大器u2a的第3引脚分别连接至电容c19一端与电阻r7一端，该电容c19另一端分别连接至电阻r5一端与电阻r6一端，该电阻r5另一端连接至电容c18一端，该电容c18另一端连接至左声道输入端；该电阻r7另一端分别连接至电容c20一端与信号混合模块的ap_ref端，该电容c20另一端连接至电阻r6另一端；该运算放大器u2a的第2引脚分别连接至运算放大器u2a的第1引脚，该运算放大器u2a的第8引脚连接至信号混合模块的av5端。

如图6所示，所述右信号放大模块包括运算放大器u2b、电阻r10～r12、电容c22～c24，其中，所述运算放大器u2b的第5引脚分别连接至电容c23一端与电阻r12一端，该电容c23另一端分别连接至电阻r10一端与电阻r11一端，该电阻r10另一端连接至电容c22一端，该电容c22另一端连接至右声道输入端；该电阻r12另一端分别连接至电容c24一端与信号混合模块的ap_ref端，该电容c24另一端连接至电阻r11另一端；该运算放大器u2b的第6引脚分别连接至运算放大器u2b的第7引脚。

如图7所示，所述信号混合模块包括电阻r8、电阻r9、电阻r13～r15、电容c21、电容c25～c32、电感l1与电感l2，其中，所述信号混合模块的av5端分别连接至电感l1、电容c28一端、电容c29、电容c30、电容c31与电阻r14一端，该电容c28另一端连接至电感l2，该电阻r14另一端分别连接至电阻r15、电容c23与信号混合模块的ap_ref端；该电容c21一端连接至运算放大器u2a的第1引脚，另一端连接至电阻r8一端，该电阻r8另一端分别连接至电阻r9、电阻r13一端、电容c26与电容c27一端，该电容c27另一端连接至xf6000sye芯片的第11引脚，该电阻r13另一端连接至电容c25一端，该电容c25另一端连接至运算放大器u2b的第7引脚。

在本实施例中，混音电路需要主控制器提供左声道输入端与右声道输入端的信号vs1和vs2，由经过信号混合模块后获得的混合信号与左声道输入端和右声道输入端的输入信号的关系为：

其中，vout为经过信号混合模块后获得的混合信号，vs1为左声道输入端的输入信号，vs2为右声道输入端的输入信号。

本实施例提供的混音电路，是专门配合语音唤醒和回声消除功能而设计。

首先由左声道输入端与右声道输入端输入语音信号，其中包含mic信号与ref信号，并分别由左信号放大模块与右信号放大模块进行语音信号进行放大处理，接着，对放大的信号进行混合、噪声消除及回声消除，最后输出净化后的混合信号。

由上述对语音信号的处理，具有高效抑制环境噪音并增强有效语音信号的功能，且可有效地抑制回声信号，极大地提高了用户的通话质量，及实现语音唤醒功能，让用户操作起来更加的方便。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本发明的保护范围之内。