專利名稱：一種回聲消除雙向語音對講設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種 回聲消除雙向語音對講設備，尤其涉及一種安防語音通信領域的回聲消除雙向語音對講設備。
背景技術：
現如今，大多數的語音對講設備，無法作為獨立的語音對講終端設備，和后端的硬盤錄像機(DVR)，IP網絡攝像機，光端機，語音板卡等配合，導致在工程應用中的造價和費用都比較高。并且大多數對講系統的效果，只能滿足1米左右的距離，對講距離有較大限制。并且語音對講設備在對講過程中常出現回聲、嘯叫等現象導致對講不能正常進行，回聲分量是由于接收信號經由混合電路流入發送信號的路徑內而產生的。因此需要解決的問題有如下幾個
1.雙向語音通話能力需要變遠，根據現有的需求，能夠滿足1-3米距離的雙向語音對
講；
2.作為獨立雙向語音對講終端，需要和后端設備都能匹配；
3.由于是配合后端的各種硬件設備，不僅僅包括聲學回聲，更有可能存在線路回聲， 需要能夠解決線路回聲的消除功能。中國專利CN200910261524. 5公開了一種即使在回聲路徑急劇變化、回聲信號延遲改變的情況下，也不用特別增大裝置規模，可迅速追隨并消除回聲的回聲消除器。回聲消除器是具有包含自適應濾波器的模擬回聲生成單元的回聲消除器，其特征在于，該回聲消除器具有初始延遲估計單元，其作用是形成包含由頻率掩蔽效果的特定頻率分量作為參照信號并將其輸出到回聲路徑，然后根據送話信號檢測來自參照信號的回聲分量中的特定頻率分量，根據包含特定頻率分量的參照信號的形成定時和送話信號中的特定頻率分量的回聲分量的檢測定時，來求出回聲路徑的初始延遲量；以及延遲賦予單元，并將來自回聲路徑的初始延遲估計單元的初始延遲量，賦予給受話信號并提供給模擬回聲生成單兀。

發明內容
為了解決上述現有技術的不足和缺點，本發明提供了一種回聲消除效果消除好、 回聲處理時間短且傳輸距離可調節的回聲消除雙向語音對講設備。一種回聲消除雙向語音對講設備，包括音頻輸入模塊、喇叭驅動模塊、回聲消除模塊、降噪靜噪模塊、語音延時模塊和音頻輸出模塊。音頻輸入模塊的輸出端分別與喇叭驅動模塊和回聲消除模塊的輸入端連接，回聲消除模塊的輸出端與降噪靜噪模塊的輸入端連接，降噪靜噪模塊的輸出端與語音延時模塊的輸入端連接，語音延時模塊的輸出端與音頻輸出模塊的輸入端連接。優選地，所述的回聲消除模塊包括自適應濾波器回聲消除模塊和非線性處理模塊。
優選地，所述的降噪靜噪模塊包括前端語音信號輸入模塊、時域頻域噪聲分析模塊、噪聲抑制模塊、音頻能量檢測模塊和語音信號輸出控制模塊。優選地，所述的音頻輸入模塊包括語音信號輸入模塊、音頻輸入接口模塊、靜電防護模塊和電平信號自動調整模塊。優選地，所述的音頻輸出模塊包括語音信號輸出模塊、音頻輸出接口模塊、隔離輸出模塊和跟隨輸出模塊。優選地，所述的 語音延時模塊包括數字信號處理器模塊、第一存儲模塊和第二存儲模塊。本發明的回聲消除雙向語音對講設備具有下述有益效果
1.回聲消除模塊通過自適應濾波器回聲消除模塊，針對回聲進行消除，而對于無法完全消除的尖峰信號，采用后一級非線性處理，兩者配合。由于有后一級的回聲消除，可以將前一級的回聲消除動作時間變短，適當的將回聲遺漏出來，后一級用更短的時間來進行尖峰信號消除，可以將回聲的動作時間變短，兩者處理時間小于其它的回聲消除軟件所動作時間，確保最遠3米進行雙向語音通話，消除回聲、嘯叫等現象，有效減少了回聲信號消除時間；
2.通過回聲消除模塊的自動增益控制算法完成輸入音頻控制，確保1-3米過程中聲音不會有明顯的起伏，音量相差不大，無畸變等情況；
3.降噪靜噪模塊通過時域和頻域噪聲分析模塊，將噪聲降低10dB，去除環境噪聲，同時進一步減少回聲噪聲；音頻能量檢測模塊在無語音信號時，做到靜噪處理；
4.通過語音延時模塊對語音進行延時處理，避免揚聲器進去的聲音和麥克風采集的聲音重疊，無法準確確認回聲信號；
5.能夠通過輸出、輸入音頻接口模塊，確保與不同的后端音頻采集設備連接使用，包括硬盤錄像機，IP網絡攝像機，錄音采集卡，光端機等。


圖1為本發明的產品結構示意圖2為本發明回聲消除模塊的結構原理圖； 圖3為本發明降噪靜噪模塊的結構原理圖； 圖4為本發明語音延時模塊的結構原理圖； 圖2中標識如下 χ (η) 遠端參考信號輸入； k(n) 麥克風拾取的回聲信號； s (η) 麥克風拾取的人聲噪聲；
y (η) 麥克風拾取語音語音信號y (n) =s (η) +k (η)；
e(n) 自適應濾波回聲消除后語音語音信號 e(n)=y(n)-W(n)； e’ (η) 回聲消除后語音語音信號e’ (n)=e(n)-w' (η)；
e’ (η)無限接近于s (η)，也就達到回聲消除的功能。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但并不是對本發明保護范圍的限制。實施例 1
如圖1、2、3所示，一種回聲消除雙向語音對講設備，包括音頻輸入模塊、喇叭驅動模塊、回聲消除模塊、降噪靜噪模塊、語音延時模塊和音頻輸出模塊，音頻輸入模塊的輸出端分別與喇叭驅動模塊和回聲消除模塊的輸入端連接，回聲消除模塊的輸出端與降噪靜噪模塊的輸入端連接，降噪靜噪模塊的輸出端與語音延時模塊的輸入端連接，語音延時模塊的輸出端與音頻輸出模塊的輸入端連接。音頻輸入模塊包括語音信號輸入模塊、音頻輸入接口模塊、靜電防護模塊和電平信號自動調整模塊。回聲消除模塊包括自適應濾波器回聲消除模塊和非線性處理模塊。降噪靜噪模塊包括前端語音信號輸入模塊、時域頻域噪聲分析模塊、噪聲抑制模塊、音頻能量檢測模塊和語音信號輸出控制模塊。語音延時模塊包括數字信號處理器模塊、第一存儲模塊和第二存儲模塊。音頻輸出模塊包括語音信號輸出模塊、音頻輸出接口模塊、隔離輸出模塊和跟隨輸出模塊。實施例2
如圖1、2、3所示，回聲消除雙向語音對講設備需要外部有兩路語音信號進行交互，一路是上行的聲音，一路是下行的聲音，由于可能和不同的音頻設備進行連接，所以這里都加入了特別的輸入，輸出接口模塊，主要內部進行一個電路的防護，包括靜電防護，信號反接防護等，也包括阻抗匹配電路，能夠和外部不同的輸入輸出阻抗進行匹配，能夠調節音頻增益及音頻音量大小，以保證設備正常運行。下行的聲音經過音頻輸入模塊之后，一路給喇叭驅動模塊，驅動喇叭播放聲音，一路做為音頻參考信號輸入給回聲消除模塊，作為回聲消除功能正常運行的保證。回聲消除模塊根據麥克風采集的信號和參考反饋過來的信號，進行自動增益控制，自適應濾波算法控制，降噪處理算法控制等軟件的工作，確保回聲消除功能正常進行，然后輸出的音頻基本上為環境中實際的語音信號，而不是喇叭中輸出的語音信號。為了能夠得到更好的音質及其能夠有更低的噪聲，通過降噪處理，將多余的一些低噪回聲消除干凈，并且有靜噪處理電路，當檢測到實際語音信號很低時，直接關閉音頻輸出，只有等到環境中人聲再次出現時，才出現語音信號輸出。最后傳遞給音頻輸出模塊進行音頻匹配，輸出給后端的設備。實施例3
如圖1、2、3所示，一種回聲消除雙向語音對講設備，語音信號通過音頻輸入模塊，傳輸至喇叭驅動模塊和回聲消除模塊。回聲消除模塊包括自適應濾波器回聲消除模塊和非線性處理模塊。自適應濾波器回聲消除模塊首先進行回聲消除，而尖峰信號往往無法完全消除，后一級非線性處理主要針對前一級未消除完全的回聲進行回聲消除，主要消除回聲的尖峰信號，也就是能量所在點。這兩者配合，由于有后一級的回聲消除，所以可以將前一級的回聲消除動作時間變短， 可以適當的將回聲遺漏出來，用后一級更短的時間來進行尖峰信號消除。這樣回聲的動作時間變短，增加了雙向通話能力。兩者處理時間小于其它的回聲消除軟件的動作時間。語音信號進行回聲消除處理后，傳輸至降噪靜噪模塊。降噪靜噪模塊包括前端語音信號輸入模塊、時域頻域噪聲分析模塊、噪聲抑制模塊、音頻能量檢測模塊和語音信號輸出控制模塊。降噪靜噪模塊完成對回聲消除之后的語音信號處理。對語音信號內包含夾雜著的語音信號、環境噪聲信號和回聲信號，通過時域和頻域噪聲分析模塊進行分析，處理后將噪聲降低10dB，去除其中的環境噪聲，也進一步減少回聲噪聲。通過內置的語音信號計算能量值，當其值小于某個設定數值時，關閉音頻輸出， 達到靜噪作用，也就是在環境較安靜，無人講話時，不會有任何信號輸出，達到無噪聲效果。 沒有語音信號時做到靜噪處理，主要好處是遠方的揚聲器，不會因為噪聲而磁磁作響，噪聲抑制模塊，無環境噪聲，對于遠端的噪聲抑制算法來講，處理信號較為簡單。核心技術在于靜噪電路何時關閉音頻輸出，何時開啟音頻輸出。語音信號進行降噪靜噪處理后，傳輸至語音延時模塊。 語音延時模塊包括數字信號處理器模塊、第一存儲模塊和第二存儲模塊。由于后端的語音通話設備存在著差異，很多設備在本身的模擬音頻到數字音頻交換過程中，存在著線路回聲的情況，該情況會導致回聲消除后的語音信號直接就輸出到喇叭上，無任何延遲，這樣人講話時，揚聲器就出現人聲，如果前端回聲消除處理時間較短，導致揚聲器進去的聲音和麥克風采集的聲音重疊，無法十分準確確認回聲信號，所以需要有語音延時，語音信號，最快也需要延時后才能從揚聲器輸出，這樣回聲消除模塊的前期處理都完畢，能夠區分直達語音和揚聲器語音。其工作和前面的降噪靜噪模塊一起集成在數字信號處理器中， 其工作原理如下語音信號處理后，先存儲到第一存儲模塊中，等待一段時間的延遲，將第一存儲模塊的輸出搬到第二存儲模塊中，然后根據第二存儲模塊中的語音信號輸出，這樣就有一個延時傳輸過程，達到語音延遲效果。經過語音延時模塊的延時處理后，將語音信號傳至音頻輸出模塊。音頻輸出模塊包括語音信號輸出模塊、音頻輸出接口模塊、隔離輸出模塊和跟隨輸出模塊。輸出模塊，將輸出阻抗調的盡可能小，并且使用隔離輸出模塊和跟隨輸出模塊， 增加輸出的驅動能力；且根據不同的距離，對輸出增益進行調節。最后輸出處理完畢的語音信號。
權利要求
1.一種回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于包括音頻輸入模塊、喇叭驅動模塊、 回聲消除模塊、降噪靜噪模塊、語音延時模塊和音頻輸出模塊，音頻輸入模塊的輸出端分別與喇叭驅動模塊和回聲消除模塊的輸入端連接，回聲消除模塊的輸出端與降噪靜噪模塊的輸入端連接，降噪靜噪模塊的輸出端與語音延時模塊的輸入端連接，語音延時模塊的輸出端與音頻輸出模塊的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于所述的音頻輸入模塊包括音頻信號輸入模塊、音頻輸入接口模塊、靜電防護模塊和電平信號自動調整模塊。
3.根據權利要求1所述的回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于所述的回聲消除模塊包括自適應濾波器回聲消除模塊和非線性處理模塊。
4.根據權利要求1所述的回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于所述的降噪靜噪模塊包括前端語音信號輸入模塊、時域頻域噪聲分析模塊、噪聲抑制模塊、音頻能量檢測模塊和音頻信號輸出控制模塊。
5.根據權利要求1所述的回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于所述的語音延時模塊包括數字信號處理器模塊、第一存儲模塊和第二存儲模塊。
6.根據權利要求1所述的回聲消除雙向語音對講設備，其特征在于所述的音頻輸出模塊包括音頻信號輸出模塊、音頻輸出接口模塊、隔離輸出模塊和跟隨輸出模塊。
全文摘要
一種回聲消除雙向語音對講設備，包括音頻輸入模塊、喇叭驅動模塊、回聲消除模塊、降噪靜噪模塊、語音延時模塊和音頻輸出模塊。本發明的回聲消除雙向語音對講設備具有下述有益效果回聲消除模塊通過回聲消除模塊，確保最遠3米進行雙向語音通話，并消除回聲、嘯叫現象；通過回聲消除模塊的自動增益控制算法完成輸入音頻控制，確保1-3米過程中聲音不會有明顯的起伏，音量相差不大，無畸變等情況；通過降噪靜噪模塊、時域和頻域噪聲分析模塊，將噪聲降低了10dB，去除環境噪聲，也進一步減少回聲噪聲；通過語音延時模塊對語音進行延時處理，避免揚聲器擴音的聲音和麥克風采集的聲音重疊，無法準確確認回聲信號。
文檔編號H04M9/08GK102413384SQ20111036285
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者葉樹明, 孫云云 申請人:杭州艾力特音頻技術有限公司