专利名称：语音信号降噪、抗干扰装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种语音信号处理装置，是一种从被噪声、干扰污染的音频信号中过滤分离出有效语音信号并输出的语音信号处理装置，具体地说是一种语音信号降噪、抗干扰装置。
背景技术：
目前，在语音通信、广播、现场监听录音等过程中，耳机或喇叭中的各种背景噪声干扰是令人非常头痛的事，长时间在强烈噪声中辨别微弱的信号令人心烦意乱，倍感疲劳。所以如何降低这些背景噪声及干扰，一直是用户及设计师所关注的问题。这些噪声的产生主要是由于接收、发送等电子设备本身电路产生的各种噪声及信号在从发送设备到接收设备的传输过程中被外界无用信号干扰等等所引起的，在无线通信(如中波、短波通信)及现场监听录音等领域中，这种背景噪声的干扰尤为严重。
为了降低这些干扰，在通信方面目前的办法主要还是在提高收信机的前端电路如射频、中频电路的性能指标方面，如提高接收机的灵敏度、互调、倒易混频、阻塞等指标，这些措施都只能减少收信机本身电路所产生的噪声干扰，对信号在通过有线、无线等信道传输过程中所受到的污染是无能为力的，所以对收信效果都无很明显的提高；在现场监听录音方面则主要采用高灵敏、强方向性、抗噪声的拾音器等措施，具有一定的效果。
关于音频降噪技术，目前主要有动态降噪技术(DNR，代表器件如LM1894等)和杜比降噪技术(代表器件如BA1106等)，它们都是针对宽带(10Hz～20KHz)的音响系统所设计的，对常用的窄带音频带宽(300Hz～6KHz)几乎是无用的，无明显效果，而且它们仅能降低背景噪声中的“沙沙”白噪声，对其它干扰噪声不起作用，杜比降噪还需要事先对原始的音频信号进行预处理，然后才有降噪效果等等，所以它们都不适用于窄带的语音通信、现场监听录音等领域。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种适用于对频率范围在300Hz～6kHz之间的语音信号进行有效降噪、抗干扰能力强、清晰度高的、适用范围广的语音信号降噪、抗干扰装置。
本实用新型的技术方案是一种语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是它主要由数字信号处理器1、模数、数模转换器2、8、存储器3以及降噪控制电路4组成，模数转换器2的输入接外界含噪语音信号源，其输出直接或通过相应的逻辑电路间接与数字信号处理器1相连，数模转换器8的输入与数字信号处理器1的输出端直接相连或通过相应的逻辑电路(如可编程逻辑电路、TTL、COMS电路等)间接相连，其输出接语音输出装置，存储器3以及降噪控制电路4均直接或通过相应逻辑电路间接与数字信号处理器1相连。
所述的模数转换器2、数模转换器8为单一模数/数模集成块9。
所述的单一模数/数模集成块9采用AD1881系列集成块，相应的数字信号处理器1为ADSP218×系列集成块；单一模数/数模集成块9的24脚为含噪音的音频输入端，36脚为降噪后的音频输出端；单一模数/数模集成块9的数字信号输入/输出端5脚、8脚与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端31脚、34脚相对应。
所述的单一模数/数模集成块9采用TLV320AIC23系列集成块，相应的数字信号处理器1为TMS320VC54×系列集成块；TLV320AIC23系列集成块的19、20脚接有噪声的音频输入，9、12、10、13脚接无噪声的音频输出，24接与TMS320VC54×系列集成块的81脚相连，6脚通过或门电路6与TMS320VC54×系列集成块的47脚相连，3脚与TMS320VC54×系列集成块的42脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入4脚与TMS320VC54×系列集成块的输出60脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入7脚与TMS320VC54×系列集成块的输出44脚相连。
所述的数字信号处理器1的数字信号输出端82脚与单一模数/数模集成块9的数字信号输入端24脚之间还连接有分频器5。
所述的存储器3的地址端、数据端、时钟端、片选端等信号端口与数字信号处理器1对应的地址端、数据端、时钟输出端、片选输出端等信号端口直接相连或通过相应的逻辑电路间接相连。
存储器3与数字信号处理器1间还连接有或门电路(或者由可编程逻辑电路实现)6、7。
下面对照附图对本实用新型作进一步的说明。
图2是主要以美国ADI公司的器件构成的技术方案，简介如下所述的数模/模数转换器2的数字信号输入/输出端与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端直接相连或通过其它逻辑电路(如可编程逻辑电路、TTL、COMS电路等)间接相连。
所述的存储器3的地址端及数据端与数字信号处理器1对应的地址端及数据端直接相连或通过其它逻辑电路(如可编程逻辑电路、TTL、COMS电路等)间接相连。
图3是主要以美国TI公司的器件构成的技术方案，简介如下数模/模数转换器2，存储器3都采用标准的SPI串行接口与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端直接相连或通过其它逻辑电路(如可编程逻辑电路、TTL、COMS电路等)间接相连。数模/模数转换器2，存储器3的各信号线处于并连状态，由数字信号处理器1的95脚发出的控制信号通过或门(可为74HC832等，也可由可编程逻辑电路构成)控制当前操作是针对数模/模数转换器2还是存储器3。数模/模数转换器2、存储器3的数据输出端通过或门等逻辑电路送到数字信号处理器1，数字信号处理器1的82脚的输出信号经过分频器(可为74HC4040等，也可由可编程逻辑电路构成)处理后送给数模/模数转换器2作为时钟信号。
本实用新型的有益效果1、能有效降低渗杂在语音信号中的“沙沙”背景噪声，即白噪声干扰，该种噪声通常为设备内部电路和外界大气噪声等所引起。
2、能有效降低渗杂在语音信号中“吱吱”、“咕噜”、“呼呼”等各种干扰噪声，这些噪声主要由外界干扰所引起，这些干扰源通常包括闪电、电火花、开关电源、各种电器设备的电磁辐射、活动物体引起的噪音等。
3、能消除渗杂在语音信号中的各种固定频率所引起的啸叫干扰，具有自动搜索寻找到这些干扰频率，自动陷波滤除的功能。这些干扰噪声通常为外界其它电器设备的电磁辐射干扰、收信机本身的组合音干扰、车船汽笛声等所引起的。
4、结构简单，体积小，成本低。
5、运用范围广。可安装在所有希望获得清楚的传输声音的设备或装置中。在家电行业中使用可大幅提高设备的档次。
6、降噪效果明显。按图2电原理图设计的装置可实现选一级降噪功能时降噪效果可达13.2dB；选两级降噪功能时降噪效果可达26.2dB，对固定频率干扰的抑制效果≥50dB。按图3电原理图设计的装置可实现降噪效果在0dB～40dB间通过软件任意设置。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的电原理图之一。
图3是本实用新型的电原理图之二。
图4是本实用新型的典型应用示意图之一。
图5是本实用新型的典型应用示意图之二。
图6是本实用新型内置于通信接收设备内部的应用示意框图。
图7是本实用新型外置于语音信号接收设备外部的应用示意框图。
图8是本实用新型在监听、录音等场合的应用示意框图。
图4、5中的大方框代表本实用新型的语音信号降噪、抗干扰装置，其各连接脚表示所连接的输入输出端口及控制开关。图6、7、8中的黑色方框也代表本实用新型的语音信号降噪、抗干扰装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例一。
如图2所示。
一种语音信号降噪、抗干扰装置， 它主要由数字信号处理器1(型号可为ADSP218×)、单一模数/数模集成块9(型号可为AD1881)、存储器3(型号可为AT29C020)以及降噪控制电路4(可采用开关型电路，如图2、3中所示)及其外围电路组成，单一模数/数模集成块9、存储器3以及降噪控制电路4均与数字信号处理器1相连，单一模数/数模集成块9的24脚为含噪音的音频输入端，它的36脚为降噪后的音频输出端，即24脚为整个装置的输入端，36脚为整个装置的输出端。
具体实施时，单一模数/数模集成块9的数字信号输入/输出端与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端可直接物理相连，也可在二端之间接有可编程逻辑电路(型号可为EPM7064)和其它如TTL、COMS等数字电路(可采用教科书常见的电路)，实现间接相连，但他们对应的管脚上的信号特征不变，具体可为单一模数/数模集成块9的数字信号输入/输出端5脚、8脚与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端31脚、34脚相对应。也就是说在单一模数/数模集成块9的数字信号输入/输出端5脚与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端3 1脚之间以及单一模数/数模集成块9的数字信号输入/输出端8脚与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端34脚之间可增设可编程逻辑电路、TTL、COMS等电路，以进一提高电路的保密、安全性以及信号流通的顺畅性。
具体实施时所述的单一模数/数模集成块9也可采用二个独立的数模转换集成块8和模数转换集成块2来等效代替。
降噪控制电路4的输出端与数字信号处理器1的29脚相连，降噪控制电路4可采用图2中所示的开关型电路。
存储器3的地址端及数据端与数字信号处理器1对应的地址端及数据端可直接相连也可通过在相对应的输入/输出端之间增设像缓冲电路(可采用教科书常见的电路)、可编程逻辑电路之类的间接电路实现对应端的相连，其目的也是增加数据传输的稳定性以及增加电路的保密性。
具体连接时存储器3的地址端A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12与数字信号处理器1地址端A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12相对应，存储器3的数据端D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7与数字信号处理器1的数据端65、68、69、70、72、73、74、75脚相对应，如图2所示。
实施例二。
如图3所示。
一种带双路输入输出的语音信号降噪、抗干扰装置， 它主要由数字信号处理器1(型号可为TMS320VC54×)、单一模数/数模集成块9(型号可为TLV320AIC23)、存储器3(型号可为AT25C128)以及降噪控制电路4及其外围电路组成，单一模数/数模集成块9的数字信号输出脚通过或门电路6(型号可为74HC832或用可编程逻辑电路构成)与数字信号处理器1相连，存储器3通过所述的或门电路6以及或门电路7(型号可为74HC832或用可编程逻辑电路构成)与数字信号处理器1的信号输入/输出脚相连，降噪控制电路4的输出与数字信号处理器1的45脚相连。此外，在数字信号处理器1的输出脚82脚与单一模数/数模集成块9的25脚之间还连接有分频器5(型号可为74HC4040或用可编程逻辑电路构成)。TLV320AIC23系列集成块的19、20脚接有噪声的音频输入，9、12、10、13脚接无噪声的音频输出，24脚与TMS320VC54×系列集成块的81脚相连，6脚通过或门电路6与TMS320VC54×系列集成块的47脚相连，3脚与TMS320VC54×系列集成块的42脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入4脚与TMS320VC54×系列集成块的输出60脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入7脚与TMS320VC54×系列集成块的输出44脚相连。
具体实施时，在单一模数/数模集成块9、存储器3的数字信号输入/输出端与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端之间还可加接可编程逻辑等电路以增加电路的保密性(型号可为EPM7064)。
具体实施时所述的单一模数/数模集成块9也可采用二个独立的数模转换集成块8和模数转换集成块2来等效代替。
本实施例的具体连接关系可参见图3所示，单一模数/数模集成块9的二路含噪声的语音信号输入脚及四路降噪后的语音信号输出脚也见图3所示，具体实施时图3中各连接脚的脚号也可根据编程程序的要求进行调整。
本实用新型的工作原理为首先混有噪声干扰的模拟语音信号被“模/数转换”(A/D)为数字音频信号，数字音频信号然后被传入数字信号处理器(DSP)1中，通过运行相应的软件算法处理，如自相关性运算，数字自适应滤波等，将有用的语音信息从噪声、干扰中分离出来，然后将经过处理的数字音频信号送到数/模(D/A)转换后，还原为清晰干净的模拟音频信号，实现了数字化的语音降噪、抗干扰功能。如图1所示。
图4、5是本实用新型的典型应用电路图。
图6是本实用新型的装置内置于各种语音通信接收设备内部，使设备升级为具有降噪、抗干扰功能的接收设备的结构示意框图。
图7是本实用新型的装置外置于各种语音通信接收设备的外部，从设备的耳机或喇叭线路中获得输入信号，通过在本实用新型的装置的上连接喇叭或耳机从而实现具有降噪功能的降噪喇叭(音箱)或降噪耳机适配器的结构示意框图。
图8是本实用新型的装置用在嘈杂现场进行抗噪声干扰的监听、录音等的结构示意框图。
权利要求1.一种语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是它主要由数字信号处理器(1)、模数、数模转换器(2)、(8)、存储器(3)以及降噪控制电路(4)组成，模数转换器(2)的输入接外界含噪语音信号源，其输出直接或通过相应的逻辑电路间接与数字信号处理器(1)相连，数模转换器(8)的输入与数字信号处理器(1)的输出端直接相连或通过相应的逻辑电路间接相连，其输出接语音输出装置，存储器(3)以及降噪控制电路(4)均直接或通过相应逻辑电路间接与数字信号处理器(1)相连。
2.根据权利要求1所述的语音信号降噪、抗干扰置，其特征是所述的模数转换器(2)、数模转换器(8)为单一模数/数模集成块(9)。
3.根据权利要求2所述的语音信号降噪、抗干扰置，其特征是所述的单一模数/数模集成块(9)采用AD1881系列集成块，相应的数字信号处理器(1)为ADSP218×系列集成块；单一模数/数模集成块(9)的24脚为含噪音的音频输入端，36脚为降噪后的音频输出端；单一模数/数模集成块(9)的数字信号输入/输出端5脚、8脚与数字信号处理器1对应的信号输入/输出端31脚、34脚相对应。
4.根据权利要求2所述的语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是所述的单一模数/数模集成块(9)采用TLV320AIC23系列集成块，相应的数字信号处理器(1)为TMS320VC54×系列集成块；TLV320AIC23系列集成块的19、20脚接有噪声的音频输入，9、12、10、13脚接无噪声的音频输出，24脚与TMS320VC54×系列集成块的8 1脚相连，6脚通过或门电路6与TMS320VC54×系列集成块的47脚相连，3脚与TMS320VC54×系列集成块的42脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入4脚与TMS320VC54×系列集成块的输出60脚相连，TLV320AIC23系列集成块的输入7脚与TMS320VC54×系列集成块的输出44脚相连。
5.根据权利要求4所述的语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是所述的数字信号处理器(1)的数字信号输出端82脚与单一模数/数模集成块(9)的数字信号输入端24脚之间还连接有分频器(5)。
6.根据权利要求1所述的语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是所述的存储器(3)的地址端、数据端、时钟端、片选端等信号端口与数字信号处理器(1)对应的地址端、数据端、时钟输出端、片选输出端等信号端口直接相连或通过相应的逻辑电路间接相连。
7.根据权利要求1所述的语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是存储器(3)与数字信号处理器(1)间还连接有或门电路(6)、(7)。
专利摘要本实用新型针对在语音通信、广播、现场监听录音等领域中背景噪音干扰大，而目前的降噪设备降噪效果差的问题，设计了一种语音信号降噪、抗干扰装置，其特征是它主要由数字信号处理器(1)、模数、数模转换器(2)、(8)、存储器(3)以及降噪控制电路(4)组成，模数转换器(2)的输入接外界含噪语音信号源，其输出直接或通过相应的逻辑电路间接与数字信号处理器(1)相连，数模转换器(8)的输入与数字信号处理器(1)的输出端直接相连或通过相应的逻辑电路间接相连，其输出接语音输出装置，存储器(3)以及降噪控制电路(4)均直接或通过相应逻辑电路间接与数字信号处理器(1)相连。具有降噪效果好，结构简单，应用范围广，成本低，体积小等优点。
文档编号G10L21/02GK2833787SQ20052007714
公开日2006年11月1日 申请日期2005年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者郑硕钧 申请人:郑硕钧