專利名稱：網絡數字一體對講系統及其傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種通訊技術，特別是公開一種網絡數字一體對講系統及其傳輸方法，應用于銀行ATM自助行、校園、地鐵站、監獄等需要雙向對講的場合。
背景技術：
目前市場上對講機大致有無線和有線兩種方式，且這兩種方式都存在明顯的缺點即通話距離受到限制。也有部分對講主機采用將模擬語音信號輸入PC機通過PC機網絡實現聲音的傳送，此種方式不僅增加成本而且帶來較大的噪聲干擾。
發明內容
本發明的目的是解決現有技術的缺陷，采用時下應用廣泛的DSP技術，公開一種網絡數字一體對講系統及其傳輸方法，彌補了現有技術產品通話距離短，而且回聲、噪音大的缺點。本發明是這樣實現的一種網絡數字一體對講系統的傳輸方法，其特征在于克服傳播過程中的回聲干擾的抑制和模擬語音信號的數字化；
a、回聲干擾的抑制采用美國富迪科技有限公司生產的FM1182芯片，利用其采用的 SAM技術擁有拾音束形成的能力，提供清晰而沒有噪聲的通訊，拾音束對位于拾音束內的講話者幾乎沒有影響，從而消除拾音束外的環境噪聲，其增強的噪聲抑制能力，在消除穩態噪聲和不穩定噪聲的同時還支持60dB的聲學回聲消除，由麥克風輸入的模擬語音信號經過A/D變換之后和由喇叭播放又被麥克風輸入拾取的聲音一起送入DSP模塊中進行比較， 通過語音處理算法將回聲進行有效的抑制而將正常的說話聲音輸出；
b、模擬語音信號的數字化對輸入端的模擬語音信號首先進行帶限濾波，然后進行抽樣、量化和編碼，將模擬語音信號變換成數字比特流，最后通過網絡接口將數字化后的數字語音信號送入網絡中。所述的抽樣是對模擬語音信號進行周期性的掃描，把時間上連續的模擬語音信號變成時間上離散的模擬語音信號，經過抽樣的離散的模擬語音信號包含源模擬語音信號所有的信息，能無失真地恢復出原模擬語音信號，抽樣速率的下限應符合奈奎斯特抽樣定理一fs ^ 2fH，其中fs為抽樣頻率，fH為模擬語音信號最高頻率；所述的量化是把抽樣值的幅度進行離散化，即指定Q個電平，把抽樣值用最接近的電平表示，稱為量化值；所述的編碼是用二進制碼組表示量化值(即“0”和“1”兩種電平值)，實際過程中量化是在編碼過程中同時完成，輸出的數字語音量化信號是一種多電平數字語音信號，電平數位Q個，一般取Q=256，這種多電平語音數字信號如直接進行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經過編碼將 Q個電平轉換成對應的二進制數字語音信號，用k位二進制碼組來表示Q=2k。一種網絡數字一體對講系統，其特征在于包括RF抗干擾、FM1182芯片的DSP處理、抗混疊濾波、A/D變換、DSP處理、網絡接口、D/A變換、平滑濾波、DSP處理、功率放大和揚聲器輸出；系統的工作過程是由麥克風拾取的模擬語音信號經過差分電路濾除RF信號后，與喇叭播放又被麥克風拾取的模擬語音信號一起送入FM1182芯片內部的DSP，在芯片內部進行運算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；經過干擾和回聲抑制后的音頻信號經抗混疊濾波后送入A/D進行模數變換形成數字語音信號，數字語音信號送入DSP進行一系列的變換處理后將數字語音信號送入網絡接口，最終由網絡傳送至遠程；遠程需要傳輸的模擬語音信號也是同樣，先經數字化后通過網絡接口送入DSP進行D/A數模變換后平滑濾波輸出至DSP，再經處理后送入功率放大器推動揚聲器。本發明的有益效果是綜合考慮成本以及性能的要求，采取 DSP(TMS320C5402)+FM1182的解決方案。本發明除具有制作成本低廉、性能可靠，待機時低功耗運行等優點外，還彌補了同類產品中所具有的回聲、噪音大等缺點。結構上，采取模塊化設計的理念，使數字處理部分和回聲干擾抑制部分成為兩個模塊即獨立又統一，即可根據實際需要來選擇模塊，又可將兩個模塊分割用于其它場合，不僅增加了靈活性，也增加了實用性。
圖1是本發明回聲抑制結構框圖。圖2是本發明模擬語音信號數字化框圖。圖3是本發明網絡數字一體對講系統框圖。
具體實施例方式本發明系統從組成結構上來說總體分為兩大部分，即模擬部分和數字處理部分。 本發明解決了現有技術的兩大難點a、回聲干擾的抑制；b、模擬語音信號的數字化。根據附圖1，為有效遏制回聲，本發明采用美國富迪科技有限公司的FM1182芯片， 其采用的SAM技術擁有拾音束形成能力，可以提供清晰而沒有噪聲的通訊。拾音束對位于拾音束內的講話者幾乎沒有影響，而消除拾音束外的環境噪聲；其增強的噪聲抑制能力，在消除穩態噪聲和不穩定噪聲的同時還支持60dB的聲學回聲消除。由麥克風輸入1輸入的模擬語音信號經過A/D變換之后和由喇叭播放的聲音又被麥克風輸入1拾取的聲音一起送入DSP模塊(類似數字信號處理，原理同下面的語音數字化)中比較，通過語音處理算法將回聲進行有效的抑制而將正常的說話聲音輸出。SAM技術即小型陣列麥克風(Small Array Microphone)技術是一種具有獨特聲學算法的語音處理技術，它可以運行于軟件，也可以運行在本款芯片上。在本款芯片中，將 SAM算法固化在了芯片中，具有很高的集成度，不需要任何外圍器件，而且在本款語音處理芯片中，采用了類似于DSP的技術，針對語音進行了優化，具有更高的效率。根據附圖2，對模擬語音信號進行數字化(DSP處理)。對輸入端的模擬語音信號首先進行帶限濾波，然后進行抽樣、量化和編碼，將模擬語音信號變換成數字比特流，最后通過網絡接口將數字化后的數字語音信號送入網絡中。為實現模擬語音信號的數字化，選擇美國TI公司的TMS320C5402芯片，該芯片是一款低功耗、高性能的定點DSP芯片，具有運算速度快、優化的CPU結構等優點。抽樣是對模擬語音信號進行周期性的掃描，把時間上連續的模擬語音信號變成時間上離散的模擬語音信號。經過的抽樣的離散的模擬語音信號包含源模擬語音信號所有的信息，能無失真地恢復出原模擬語音信號。抽樣速率的下限應符合奈奎斯特抽樣定理__fs彡2fH (fs為抽樣頻率，fH為模擬語音信號最高頻率)。量化把抽樣值的幅度進行離散化，即指定Q個電平，把抽樣值用最接近的電平表示(稱為量化值)。編碼用二進制碼組表示量化值，(即“0”和“1”兩種電平值)，實際過程中量化是在編碼過程中同時完成，輸出的數字語音量化信號是一種多電平數字語音信號，電平數位Q 個(一般取Q=256)。這種多電平數字語音信號如直接進行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經過編碼將Q個電平轉換成對應的二進制數字語音信號，即用k位二進制碼組來表示(Q=2k)。網絡接口 為了將數字化的數字語音信號傳送至網絡，選用瑞昱半導體公司的 IOM以太網芯片RTL8109AS，該芯片支持pnp自動檢測方式、支持以太網II和IEEE802. 3 10Base5，10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自動檢測、支持IOBaseT的自動極性改正等多種功能。根據附圖3，本發明網絡數字一體對講系統框圖。RF抗干擾采用差分電路設計，利用差分電路原理從而抑制由電路和環境產生的 RF射頻信號。
DSP處理主要對模擬語音信號進行數學運算處理，如做卷積、累加、相乘等作用。抗混疊濾波將模擬語音信號轉換成數字語音信號需要對模擬語音信號進行抽樣，抽樣就要滿足奈奎斯特定理一 fs>2fH(fs為抽樣頻率，fH為信號最高頻率)，否則就會產生混疊失真，抗混疊就是要消除這種失真。A/D變換將模擬語音信號轉換為數字語音信號的過程，過程參見上述的抽樣、量化、編碼。網絡接口 為了將數字化的信號傳送至網絡，選用瑞昱半導體公司的IOM以太網芯片RTL8109AS，該芯片支持pnp自動檢方式、支持以太網II和IEEE802. 3 10Base5, 10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自動檢測、支持IOBaseT的自動極性改正等多種功能。D/A變換將數字語音信號轉換成模擬語音信號，是A/D變換的逆過程，過程參見上述的抽樣、量化、編碼。平滑濾波將D/A變化后的時間上離散的模擬語音信號，經濾波后變成時間上連續的模擬語音信號。功率放大經平滑濾波處理后的連續模擬語音信號，因信號較弱、功率較小還不足以推動揚聲器發聲，所以要經過一級功率放大電路將功率較小的模擬語音信號進行放大去推動揚聲器。
權利要求
1.一種網絡數字一體對講系統的傳輸方法，其特征在于克服傳播過程中的回聲干擾的抑制和模擬語音信號的數字化；a、回聲干擾的抑制采用FM1182芯片，利用其采用的SAM技術擁有拾音束形成的能力， 提供清晰的通訊，拾音束對位于拾音束內的講話者幾乎沒有影響，從而消除拾音束外的環境噪聲，其增強的噪聲抑制能力，在消除穩態噪聲和不穩定噪聲的同時還支持60dB的聲學回聲消除，由麥克風輸入的模擬語音信號經過A/D變換之后和由喇叭播放的聲音又被麥克風輸入拾取的聲音一起送入DSP模塊中進行比較，通過語音處理算法將回聲進行有效的抑制而將正常的說話聲音輸出；b、模擬語音信號的數字化對輸入端的模擬語音信號首先進行帶限濾波，然后進行抽樣、量化和編碼，將模擬語音信號變換成數字比特流，最后通過網絡接口將數字化后的數字語音信號送入網絡中。
2.根據權利要求1所述的網絡數字一體對講系統的傳輸方法，其特征在于所述的抽樣是對模擬語音信號進行周期性的掃描，把時間上連續的模擬語音信號變成時間上離散的模擬語音信號，經過抽樣的離散的模擬語音信號包含源模擬語音信號所有的信息，能無失真地恢復出原模擬語音信號，抽樣速率的下限應符合奈奎斯特抽樣定理一fs ^ 2fH，其中 fs為抽樣頻率，fH為模擬語音信號最高頻率；所述的量化是把抽樣值的幅度進行離散化，指定Q個電平，把抽樣值用最接近的電平表示，稱為量化值；所述的編碼是用二進制碼組表示量化值，用“0”和“ 1，，表示電平值，實際過程中量化是在編碼過程中同時完成，輸出的數字語音量化信號是一種多電平數字語音信號，電平數位Q個，一般取Q=256，這種多電平數字語音信號如直接進行傳輸，抗干擾性能很差，因此要經過編碼將Q個電平轉換成對應的二進制數字語音信號，用k位二進制碼組來表示Q=2k。
3.—種由權利要求1所述的傳輸方法生成的網絡數字一體對講系統，其特征在于 包括RF抗干擾、FMl 182芯片的DSP處理、抗混疊濾波、A/D變換、DSP處理、網絡接口、D/A 變換、平滑濾波、DSP處理、功率放大和揚聲器輸出；系統的工作過程是由麥克風拾取的模擬語音信號經過差分電路濾除RF信號后送入FMl 182芯片內部的DSP，與由喇叭播放又被麥克風拾取的模擬語音信號在芯片內部進行運算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；經過干擾和回聲抑制后的音頻信號經抗混疊濾波后送入A/D進行模數變換形成數字語音信號， 數字語音信號送入DSP進行一系列的變換處理后將數字語音信號送入網絡接口，最終由網絡傳送至遠程；遠程需要傳輸的模擬語音信號也是同樣，先經數字化后通過網絡接口送入 DSP進行D/A數模變換后平滑濾波輸出至DSP，再經處理后送入功率放大器推動揚聲器。
全文摘要
本發明為一種網絡數字一體對講系統及其傳輸方法，其特征在于克服傳播過程中的回聲干擾的抑制和模擬語音信號的數字化；其工作過程是由麥克風拾取的模擬語音信號經過差分電路濾除RF信號后，與喇叭播放又被麥克風拾取的模擬語音信號一起送入FM1182芯片內部的DSP，在芯片內部進行運算比較從而濾除干擾和抑制回聲后輸出；再經抗混疊濾波后送入A/D進行模數變換，形成的數字語音信號送入DSP進行變換處理后送入網絡接口，由網絡傳送至遠程；遠程的模擬語音信號也是經數字化后，通過網絡接口送入DSP進行D/A數模變換后平滑濾波輸出至DSP，經處理后送入功率放大器推動揚聲器。本發明提供了清晰的通訊，成本低廉、性能可靠。
文檔編號H04M9/08GK102307271SQ20111011453
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月5日 優先權日2011年5月5日
發明者傅福林, 羅輝 申請人:上海博超科技有限公司