專利名稱：一種音頻回聲消除系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及語音實時傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種音頻回聲消除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和計算機的普及，無論是現(xiàn)代數(shù)字會議室，還是個人多媒 體通信，越來越多地利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的溝通與傳輸。而在目前進(jìn)行語音的實時傳輸存 在著一個主要制約因素就是語音質(zhì)量較差，影響語音質(zhì)量的因素是多方面的，最關(guān)鍵的因 素之一是就是音頻回聲的影響。音頻回聲的定義是，當(dāng)遠(yuǎn)端語音由近端的揚聲器放出來時， 在室內(nèi)的聲波可直接傳到麥克風(fēng)或是經(jīng)由一連串的反射再傳到麥克風(fēng)。當(dāng)音頻回聲由麥克 風(fēng)傳回遠(yuǎn)端時，遠(yuǎn)端就會聽到不久之前自己發(fā)出的聲音，這樣會明顯降低話音質(zhì)量，造成不 舒適感。為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高通信的質(zhì)量，必須設(shè)置回聲抵消器來盡量降低回聲的 影響。 目前應(yīng)用的消除音頻回聲方法主要包括環(huán)境處理、回聲抑制器及聲學(xué)回聲消除器 等。對環(huán)境的處理如在會議室中采用指向性窄、拾音距離短的鵝頸麥克風(fēng)，或在房間內(nèi)壁使 用吸音材料，但只對終端環(huán)境的改良不能徹底消除噪聲影響?；芈曇种破魇抢冒腚p工非 線性消聲原理控制話筒與音頻信號，而其非線性的特點則會引起語音質(zhì)量較差。聲學(xué)回聲 消除器的效率主要由其模塊組成與算法決定，較好的消除器可以實現(xiàn)在音頻傳輸路徑中對 回聲進(jìn)行有效消除，能最大程度上除去回聲在多媒體通信中的負(fù)面效應(yīng)，因此這也是如今 音頻回聲消除系統(tǒng)的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種音頻回聲消除系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種明音頻回聲消除系統(tǒng)，包括 核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、 聲音輸出設(shè)備、計算機和電源。核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與 復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸出設(shè)備、計算機分別與電源連接。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模 塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、計算機分別與核心處理模塊相連。聲音輸入設(shè)備 和聲音輸出設(shè)備均與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊相連。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明音頻回聲消除系統(tǒng)適用于視頻會議系統(tǒng)或電話會議 系統(tǒng)，有效提高音頻回聲消除系統(tǒng)的穩(wěn)定性與高效率，消除在多媒體通信和多媒體會議室 中的回聲，改善聲音效果。


圖1為音頻回聲消除系統(tǒng)總體模塊圖； 圖2為音頻回聲消除系統(tǒng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊電路圖； 圖3為音頻回聲消除系統(tǒng)擴展存儲模塊模塊電路 圖4為音頻回聲消除系統(tǒng)時鐘電路圖； 圖5為音頻回聲消除系統(tǒng)復(fù)位電路圖； 圖6為TPS767D301電源電路圖； 圖7為音頻回聲消除系統(tǒng)軟件流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一個適用于視頻會議系統(tǒng)或電話會議系統(tǒng)中的音頻回聲消除系統(tǒng)，可以 有效消除在多媒體通信和多媒體會議室應(yīng)用中的回聲，改善聲音效果。 如圖l所示，本發(fā)明音頻回聲消除系統(tǒng)包括核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、 擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸出設(shè)備、計算機和電源。核心處 理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸 出設(shè)備、計算機分別與電源連接。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模
塊、計算機分別與核心處理模塊相連。聲音輸入設(shè)備和聲音輸出設(shè)備均與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 模塊轉(zhuǎn)換模塊相連。 本發(fā)明中，核心處理模塊可以使用美國德州儀器公司(Texas Instruments)生產(chǎn) 的TMS320C6000系列型號產(chǎn)品；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊可以使用美國德州儀器公司(Texas Instruments)生產(chǎn)的TLC320AC02型號產(chǎn)品；擴展存儲模塊中，擴展數(shù)據(jù)芯片可以使用美國 賽普拉斯半導(dǎo)體有限公司(Cypress Semiconductor)生產(chǎn)的CY7C1021V33型號產(chǎn)品，擴展 程序芯片可以使用美國冠捷半導(dǎo)體有限公司(SST)生產(chǎn)的SST39VF1601型號產(chǎn)品。時鐘與 復(fù)位電路模塊中，時鐘電路可以使用日本愛普生公司(EPSON)的SG-615型號晶體振蕩器產(chǎn) 品，復(fù)位電路可以采用美國美信公司(MAXM)的MAX706型號產(chǎn)品來設(shè)計。電源可以使用美 國德州儀器公司(Texas Instruments)生產(chǎn)的TPS767D301產(chǎn)品。 核心處理模塊可以使用美國德州儀器公司(Texas Instruments,簡稱TI)生產(chǎn)的
TMS320C6000系列型號產(chǎn)品。TMS320C6000是TI公司推出的最新系列DSP，采用TI專利技
術(shù)VeloiTI的超長指令字VLIW(Very Long Instruction Word)結(jié)構(gòu)，8個功能單元并發(fā)工
作，不同字段的操作碼分送不同的功能單元，每個周期可執(zhí)行8條32位的指令，具有極高的
性能。TMS320C6000目前包括TMS320C62x、 TMS320C67x、 TMS320C64x三個系列以及數(shù)字媒
體處理器TMS320DM64x。其中，C62x是定點DSP，C67x為浮點DSP，C64x為2000年以后推出
的目前性能最高的定點DSP。 DM64x則是建立在C64x CPU核基礎(chǔ)上專用于數(shù)字視頻處理的
芯片。C6000自推出以來，在各個系列上不斷有新品種出現(xiàn)，性能不斷提高，功能愈加強大。 TMS320C6000系列DSP芯片不僅可以提高系統(tǒng)性價比，減少開發(fā)時間，同時增加了
可靠性，得到十分廣泛的應(yīng)用。TMS320C6000系列DSP芯片主要特性有 (1)定點/浮點系列兼容DSP，主頻100至600M Hz ; (2)具有VelociTiTM先進(jìn)VLIW結(jié)構(gòu)內(nèi)核； (3)具有類似RISC的指令集； (4)片內(nèi)集成大容量SRAM，可達(dá)8Mbit ; (5)高效率協(xié)處理器(C64X);片內(nèi)提供多種集成外設(shè)； (6)內(nèi)置靈活PLL鎖相時鐘電路； (7)支持IEEE-1149. 1 (JTAG)邊界掃描接口 ；
(8)內(nèi)核采用1.0/1. 2/1. 5/1. 8V供電，周邊I/O采用3.3V供電；
(9) 0. 12至0. 18 ii m CMOS工藝，5/6層金屬處理；BGA球柵陣列封裝。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊可以使用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TLC320AC02型號產(chǎn)品。 TLC320AC02是模擬接口電路音頻處理器，它提供數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口系統(tǒng)。在一塊單片 CMOS芯片上，該器件含有帶通抗混疊輸入濾波器， 一個14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 一個14位的數(shù) 模轉(zhuǎn)換器，一個低通輸出重構(gòu)濾波器，一個串行數(shù)據(jù)端口和控制傳輸器。內(nèi)部電路配置和功 能參數(shù)由將控制信息讀入8個數(shù)據(jù)寄存器來決定.該器件的工作模式和應(yīng)用由這些寄存器 的數(shù)據(jù)決定。 在本系統(tǒng)中，核心處理模塊TMS320C6000系列芯片與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊主從 TLC320AC02芯片之間的連接框圖如圖2所示。 TLC320AC02芯片的主要特點有通用信號處理模擬前端；單5V電壓電源；功耗典 型lOOmw ;信號畸變率典型值70dB ;濾波器帶寬可編程(可達(dá)10. 8KHz) ;14位動態(tài)范圍的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和DAC同步采樣；串行接口。 TLC320AC02芯片的主要功能有將聲音信號經(jīng)過 模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式；為芯片的串行輸入輸出端口和數(shù)字信號處理器或單片機 之間的數(shù)據(jù)傳輸提供接口和控制邏輯；通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道將其接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成 語音信號。TLC320AC02具有兩個信號處理通道(模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道和數(shù)模轉(zhuǎn)換器通道)和相 關(guān)的數(shù)字控制。兩個通道是同步運行的；模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道的數(shù)據(jù)接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù) 發(fā)送是在相同時間間隔內(nèi)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)發(fā)送器處于2s補償格式。 TLC320AC02芯片具有三種基本的操作模式單獨應(yīng)用模式、線性可編譯碼模式、 主從模式。在單獨標(biāo)準(zhǔn)模式時，只有唯一模擬接口電路在使用，芯片為數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生移位時 鐘信號和幀同步信號。在線性代碼模式時，移位時鐘和幀同步信號是由外部設(shè)備產(chǎn)生，定時 可為任何標(biāo)準(zhǔn)可編程定時模式。主從模式時，有一片芯片作為主片產(chǎn)生移位時鐘信號和幀 同步信號，其余模擬接口電路作為這些信號的從片。 擴展存儲模塊包括三部分?jǐn)U展數(shù)據(jù)，擴展程序，以及擴展數(shù)據(jù)與擴展程序之間 的邏輯連接。其中，擴展數(shù)據(jù)芯片可以使用CY7C1021V33芯片，擴展程序芯片可以使用 SST39VF1601芯片，邏輯連接可以使用74HC138來實現(xiàn)，電路圖連接如圖3所示。
擴展數(shù)據(jù)芯片在系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)區(qū)使用，保存程序代碼；擴展數(shù)據(jù)芯片的掉點保 護(hù)作用，保證系統(tǒng)代碼的完整性和安全性，同時擴展數(shù)據(jù)芯片還可以在線進(jìn)行擦除和寫入 操作。擴展程序芯片具有快速讀取功能，可以作為程序空間使用；在程序啟動階段，擴展數(shù) 據(jù)芯片內(nèi)部的程序源代碼和固定數(shù)據(jù)，被系統(tǒng)啟動程序搬移到外部程序區(qū)擴展程序芯片內(nèi) 高速運行。擴展數(shù)據(jù)芯片與擴展程序芯片的邏輯連接所選用的可編程邏輯器件可以在線或 離線更改控制邏輯，便于系統(tǒng)的升級。 如圖4所示，系統(tǒng)的時鐘電路可以使用日本愛普生公司(EPSON)的SG-615型號晶 體振蕩器產(chǎn)品。SG-615型號晶體振蕩器電路可以為核心處理模塊提供系統(tǒng)所用時鐘，其內(nèi) 部已經(jīng)封裝好晶體、電容與相應(yīng)的電路，只需要加上電源，在其輸出端就可以得到所需的時 鐘。用于核心處理模塊系統(tǒng)時，從引腳X2輸出時鐘信號，引腳X1懸空即可。該設(shè)計所采用 的時鐘為10MHz。 如圖5所示，復(fù)位電路可以采用美國美信公司(MAXM)的MAX706型號產(chǎn)品來設(shè) 計。為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證復(fù)位信號最低至少持續(xù)5個周期。但是在接通電源后，系統(tǒng)的晶振往往需要幾百毫秒的穩(wěn)定時間，所以RS為低的時間主要由系統(tǒng)的穩(wěn)定時間 確定，一般為100至200ms。由于核心處理模塊的時鐘頻率比較高，在運行時難免發(fā)生干擾 和被干擾的現(xiàn)象。為克服這種情況，在硬件上最有效的保護(hù)措施就是采用復(fù)位電路。系統(tǒng) 可以采用MAX706芯片來完成復(fù)位電路設(shè)計，其中MR是手動復(fù)位輸入，SI的設(shè)置可以實現(xiàn) 手動復(fù)位功能。在電路上電、掉電及異常時RESET可以產(chǎn)生一個200ms的復(fù)位信號。
系統(tǒng)電源可以使用美國德州儀器公司(Texas Instruments)生產(chǎn)的TPS767D301 型號產(chǎn)品。TPS767D301是專為DSP芯片應(yīng)用設(shè)計的雙電壓低泄露電壓調(diào)節(jié)器。器件可以 被應(yīng)用于任何需要輸出混合電壓的應(yīng)用場合，每個調(diào)節(jié)器都可以支持最大輸出電流750mA。 輸出電流能在兩個調(diào)節(jié)器之間按需求分配，所以可以被用于現(xiàn)在的許多DSP器件供電。其 特性包括3. 3V/可調(diào)輸出，3. 3V/1. 8V， 3. 3V/2. 5V ;在Io = 100mA (3. 3V)時Dropout電壓最 大小于80mV ;兩個低使能的復(fù)位信號，復(fù)位信號脈寬為200ms ;每個調(diào)節(jié)器的輸出電流范圍 都在OmA-750mA之間可調(diào)；28_PIN的TSSOP封裝。TPS767D301電源電路圖如圖6所示。
聲音輸入設(shè)備可以使用麥克風(fēng)接入，聲音輸出設(shè)備可以使用擴音器輸出。計算機 可以使用個人計算機。計算機連接核心處理模塊，通過軟件部分的指示執(zhí)行命令并進(jìn)而完 成音頻回聲消除系統(tǒng)的功能。 TMS320C6000平臺上存在3種C6x代碼C代碼、線性匯編代碼和匯編代碼。C6x CPU內(nèi)部有8個獨立的功能單元程序獲取單元、指令調(diào)度單元、指令譯碼單元、32個32位 寄存器、2個數(shù)據(jù)通道(每個包含4個功能單元)、控制存儲器、控制邏輯、測試，所以在一個 時鐘周期內(nèi)最多能并行執(zhí)行8條指令。 如圖7所示，音頻回聲消除系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)初始化程序部分與音頻回聲消除程 序部分兩個主要方面。在系統(tǒng)初始化部分中，首先對核心處理模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴 展存儲模塊等模塊與各模塊之間的串口進(jìn)行初始化；之后用一組測試數(shù)據(jù)對模塊與相應(yīng)的 串口連接進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)讀取正常則進(jìn)入音頻回聲消除階段。在音頻回聲消除程序部分，對 輸入音頻進(jìn)行連續(xù)檢測，當(dāng)根據(jù)采用的自適應(yīng)濾波算法檢測到音頻回聲后則對回聲進(jìn)行消 除；在全部音頻傳輸完畢后系統(tǒng)音頻檢測結(jié)束。 本音頻回聲消除系統(tǒng)的自適應(yīng)算法部分主要由四個基本功能模塊組成NLMS自 適應(yīng)濾波器、語音檢測器、殘留回波的非線性處理器和舒適噪聲產(chǎn)生器。其中，自適應(yīng)濾波 器利用NLMS算法產(chǎn)生一個與真實回波相類似的模擬回波，它是自適應(yīng)回波抵消器的核心； 語音監(jiān)測器分為近段講話檢測器、遠(yuǎn)端講話監(jiān)測器和雙端講話檢測器。語音監(jiān)測結(jié)果傳送 給NLMS控制器，由它來控制音頻回聲消除的權(quán)值更新和濾波；殘留回波的非線性處理器，
在實際中由于種種原因不能將回波完全消除，既存在殘留回波，為提高回波抵消器性能，在 殘留回波功率小到一定程度后，對其進(jìn)行某種非線性處理，可以進(jìn)一步減少殘留回波的功
率；舒適噪聲產(chǎn)生器能給遠(yuǎn)端提供一個與近端背景噪聲點評相適應(yīng)的噪聲，成為舒適噪聲。 從而通過以上四個模塊，實現(xiàn)了自適應(yīng)濾波算法消除回聲。
權(quán)利要求
一種音頻回聲消除系統(tǒng)，其特征在于，它包括核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸出設(shè)備、計算機和電源。所述核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸出設(shè)備、計算機分別與電源連接。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、計算機分別與核心處理模塊相連。聲音輸入設(shè)備和聲音輸出設(shè)備均與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種音頻回聲消除系統(tǒng)，包括核心處理模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、時鐘與復(fù)位電路模塊、聲音輸入設(shè)備、聲音輸出設(shè)備、計算機和電源。本發(fā)明適用于視頻會議系統(tǒng)或電話會議系統(tǒng)，可以有效提高音頻回聲消除系統(tǒng)的穩(wěn)定性與高效率，消除在多媒體通信和多媒體會議室中的回聲，改善聲音效果。
文檔編號H04M3/56GK101710930SQ20091015499
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者劉奇, 趙問道 申請人:浙江大學(xué)