专利名称：一种实时降噪消音音频处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种减少噪音的处理系统，更具体地说，是一种实时降噪消音的音频处理系统。
背景技术：
在室内，声波从声源到达人耳的鼓膜，其中的家具，电器，灯具，窗帘等对声波起了散射和衍射的作用，而这些器具使声波的反射作用大大降低，甚至基本可以忽略不计，从信号处理角度来看，它们就相当于一滤波器，散射和衍射的特性可由滤波器的传输函数来描述。生活中我们经常会遇到这样的情况当自己想安安静静的呆一会或者看书学习时，家人的电视声或者音乐声总是会干扰我们，给我们带来极大的不便和烦恼。为了免除外界的声音干扰，现在的市面上出现了很多降噪消音的耳机，这些耳机主要是依靠采集先前时刻点的环境噪音，来预测估计当前时刻点的环境噪音，并产生与之对应的反相波来达到消音的目的，对于一些非周期的随机信号，由于无法做到实时地精准预测其信号幅度、频率、相位， 因此就不能产生与之相对应的反相波，导致消音作用甚微
发明内容由于现有技术存在的上述问题，本实用新型提出一种实时降噪消音音频处理系统，其可有效地解决上述问题。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案本实用新型提出一种实时降噪消音音频处理系统，包括一上行模块和一下行模块，上行模块包括一模拟信号转换数字信号模块，音频模拟信号经该模拟信号转换数字信号模块处理后传输给一数字信号处理模块，该数字信号处理模块将信号加窗和延迟处理后经数字信号转换模拟信号模块转换，并传输给扬声器，同时加窗后的信号还经过数字信号处理模块中的傅里叶变换处理后，暂存，输送到下行模块的数字信号处理模块中的传输函数和傅里叶反变换；下行模块包括一采集声波信号的耳机内置麦克风，其与模拟信号转换数字信号模块连接，将信号处理后输送到数字信号处理模块中的缓冲模块并经加窗和傅里叶变换后，与上行模块中暂存数据经系统处理后得到传输函数，再通过傅里叶反变换和延迟调整、延迟微调，将信号传输给数字信号转换模拟信号模块后输送到一耳机扬声器。作为本实用新型的进一步特征，下行模块的扬声器上还包括一用户音频接口。由于采用以上技术方案，本实用新型的一种实时降噪消音音频处理系统主要适用于普通家庭的DVD、电视机顶盒、电脑等设备，具有实时性好，精度准确等优点。
图1为本实用新型的一个实施例的结构示意图。图中1，上行模块；2，下行模块；3，模拟信号转换数字信号模块；4，数字信号处理模块；5，加窗；6，延迟模块；7，数字信号转换模拟信号模块；8，扬声器；9，傅里叶变换；10，傅里叶反变换；11，麦克风；12，缓冲模块；13，传输函数；14，延迟调整模块；15，延迟微调模块；16，用户音频接口 ；17，暂存。
具体实施方式
下面根据附图 和具体实施例对本实用新型作进一步说明如图1所示，该图为一种降噪消音音频处理系统的结构示意图，包括一上行模块1 和一下行模块2，上行模块1指的是音源的音频输出到扬声器8的路径，下行模块2指的是耳机的内置麦克风到耳机扬声器8的路径。上行模块1包括一模拟信号转换数字信号模块3，音频模拟信号经该模拟信号转换数字信号模块3处理后传输给一数字信号处理模块4，该数字信号处理模块4对数字音频信号进行采样，将信号分帧加窗5处理后分为两路信号，第一路信号帧进行帧移和帧叠后传输给一延迟模块6经数字信号转换模拟信号模块7转换后传输给扬声器8。第二路信号对加窗5后的各帧经过数字信号处理模块4中傅里叶变换9处理后得到每帧的变换结果并经暂存17输送到下行模块2的数字信号处理模块4中的传输函数13和傅里叶反变换10 中。下行模块2包括一采集声波信号的耳机内置麦克风11，其与一模拟信号转换数字信号模块3连接，将信号处理后输送到一缓冲模块12后经数字信号处理模块4处理后得到一传输函数13，该传输函数13与上行模块1的暂存17的数据的乘积经傅里叶反变换10后连接一延迟调整模块14和延迟微调模块15后将信号经数字信号转换模拟信号模块7处理后输送到一耳机扬声器8。为了保证信号平稳性，一帧信号的时间窗长度选为10毫秒 30毫秒，如按采样速率44. ΙΚΗζ，帧长20毫秒来计算，一帧的点数为882，为满足FFT算法，希望点数符合2的整数次幂，可适当增加帧长而选用1024个点。延迟模块6的目的是为了让下行模块2有足够的时间产生相应的反相波。以 Altera公司的straix III系列的FPGA为例，对含有1024个点的一帧做FFT/IFFT的最短时间不超过10微妙，5毫秒的延迟时间可完全满足要求。其中缓冲模块12的使用是由于上行模块1和下行模块2之间的空间距离问题使得下行模块2的耳机内置麦克风11开始采集声波信号的时刻点不能精准地同步于声波信号到达耳机内置麦克风11的时刻点，因此需要把转换后的数帧信号存入缓冲模块12，依靠后继模块来检测出加窗5截取帧的时刻点，进而通过数字信号处理模块4求出精准的传输函数13。传输函数13是由下行模块2中接收到的当前帧的傅里叶变换9结果和上行模块 1与之对应暂存帧的傅里叶变换9结果计算得出。计算房间的传输函数13可以进行自适应调整，具体方法是对于下行模块2中的内置麦克风11将要接收到的后继各帧数据，通过已得出的传输函数13和其上行模块1中对应的暂存帧，来对其进行预测，将预测值和从下行模块2缓冲模块12中的加窗5截取的实际帧数据进行比较，如果近似相同，则无需再对传输函数13进行调整；如不相同，则调整加窗5截取的时刻点，如此反复进行，直至相同或近似为止。需要说明的是系统初始化后，第一次加窗5截取的时刻点发生在上行数字信号转换模拟信号模块7完成一帧数据转换之后，也就是说系统默认的从上行模块1的扬声器 8传至下行模块1的麦克风11的时间近似为0，在以后的过程中通过加窗5截取时刻点的调整和数据的比对来进行识别，其最终时刻点的偏移量即为音源声波在室内的传播时间。由传输函数和上行模块1中当前帧的傅里叶变换9暂存的结果，可以通过傅里叶反变换10求出上行模块1的扬声器8发出的声波信号经过室内传播后的波形结果，将其相位取反便得到了反相波。延迟调整模块14是为了让反相波信号与收听到的音源波信号能够完全同步，其延迟时间=音源声波在室内的传播时间+上行模块1的延迟时间(5毫秒)。延迟微调模块15针对上述模块中一系列的计算有可能产生的误差，进行延迟时间的微调，此操作是通过用户手动调节的，每次调整的时间间隔等于模拟信号转换数字信号模块3的采样周期，即1 / 44. IKHz= 23微秒。
本实施例中，下行模块2的扬声器8上还包括一用户音频接口 16。这是一个可选的音频设备，用户如需要在进行消音的同时，收听自己音频信号时，只需直接将此连接至外围音频设备，例如，家长在看电视，小孩想进行英语听力练习，则只需开启消音系统，并将此接口连至播放英语的磁带机，MP3等设备，即可在基本无杂音的环境下进行听力练习。但是，上述的具体实施方式
只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
权利要求1.一种实时降噪消音音频处理系统，包括一上行模块和一下行模块，其特征在于所述上行模块包括一模拟信号转换数字信号模块，音频模拟信号经该模拟信号转换数字信号模块处理后传输给一数字信号处理模块，该数字信号处理模块将信号加窗和延迟处理后经数字信号转换模拟信号模块转换，并传输给扬声器，同时加窗后的信号还经过所述数字信号处理模块中的傅里叶变换处理后，暂存，输送到所述下行模块的数字信号处理模块中的传输函数和傅里叶反变换；所述下行模块包括一采集声波信号的耳机内置麦克风，其与所述模拟信号转换数字信号模块连接，将信号处理后输送到所述数字信号处理模块中的缓冲模块并经加窗和傅里叶变换后，与上行模块中暂存数据经系统处理后得到传输函数，再通过所述傅里叶反变换和延迟调整、延迟微调，将信号传输给所述数字信号转换模拟信号模块后输送到一耳机扬声器。
2.根据权利要求1所述的一种实时降噪消音音频处理系统，其特征在于所述下行模块的扬声器上还包括一用户音频接口。
专利摘要本实用新型公开一种实时降噪消音音频处理系统，包括上、下行模块，上行模块包括模拟信号转换数字信号模块，模拟信号经该模块处理后传输给数字信号处理模块，该模块将信号加窗和延迟处理后经数字信号转换模拟信号模块传输给扬声器，同时加窗后的信号还经数字信号处理模块中的傅里叶变换处理后，暂存，输送到下行模块的数字信号处理模块中的传输函数和傅里叶反变换；下行模块包括麦克风，其与模拟信号转换数字信号模块连接，将信号处理后输送到数字信号处理模块中的缓冲模块并经加窗和傅里叶变换后，与上行模块中暂存数据经系统处理后得到传输函数，再通过傅里叶反变换和延迟调整、延迟微调后将信号传输给数字信号转换模拟信号模块并输送到扬声器。
文档编号H04R3/00GK202095078SQ201120220878
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者吕军 申请人:吕军