专利名称：网络数字一体对讲系统及其传输方法
技术领域：
本发明涉及一种通讯技术，特别是公开一种网络数字一体对讲系统及其传输方法，应用于银行ATM自助行、校园、地铁站、监狱等需要双向对讲的场合。
背景技术：
目前市场上对讲机大致有无线和有线两种方式，且这两种方式都存在明显的缺点即通话距离受到限制。也有部分对讲主机采用将模拟语音信号输入PC机通过PC机网络实现声音的传送，此种方式不仅增加成本而且带来较大的噪声干扰。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，采用时下应用广泛的DSP技术，公开一种网络数字一体对讲系统及其传输方法，弥补了现有技术产品通话距离短，而且回声、噪音大的缺点。本发明是这样实现的一种网络数字一体对讲系统的传输方法，其特征在于克服传播过程中的回声干扰的抑制和模拟语音信号的数字化；
a、回声干扰的抑制采用美国富迪科技有限公司生产的FM1182芯片，利用其采用的 SAM技术拥有拾音束形成的能力，提供清晰而没有噪声的通讯，拾音束对位于拾音束内的讲话者几乎没有影响，从而消除拾音束外的环境噪声，其增强的噪声抑制能力，在消除稳态噪声和不稳定噪声的同时还支持60dB的声学回声消除，由麦克风输入的模拟语音信号经过A/D变换之后和由喇叭播放又被麦克风输入拾取的声音一起送入DSP模块中进行比较， 通过语音处理算法将回声进行有效的抑制而将正常的说话声音输出；
b、模拟语音信号的数字化对输入端的模拟语音信号首先进行带限滤波，然后进行抽样、量化和编码，将模拟语音信号变换成数字比特流，最后通过网络接口将数字化后的数字语音信号送入网络中。所述的抽样是对模拟语音信号进行周期性的扫描，把时间上连续的模拟语音信号变成时间上离散的模拟语音信号，经过抽样的离散的模拟语音信号包含源模拟语音信号所有的信息，能无失真地恢复出原模拟语音信号，抽样速率的下限应符合奈奎斯特抽样定理一fs ^ 2fH，其中fs为抽样频率，fH为模拟语音信号最高频率；所述的量化是把抽样值的幅度进行离散化，即指定Q个电平，把抽样值用最接近的电平表示，称为量化值；所述的编码是用二进制码组表示量化值(即“0”和“1”两种电平值)，实际过程中量化是在编码过程中同时完成，输出的数字语音量化信号是一种多电平数字语音信号，电平数位Q个，一般取Q=256，这种多电平语音数字信号如直接进行传输，抗干扰性能很差，因此要经过编码将 Q个电平转换成对应的二进制数字语音信号，用k位二进制码组来表示Q=2k。一种网络数字一体对讲系统，其特征在于包括RF抗干扰、FM1182芯片的DSP处理、抗混叠滤波、A/D变换、DSP处理、网络接口、D/A变换、平滑滤波、DSP处理、功率放大和扬声器输出；系统的工作过程是由麦克风拾取的模拟语音信号经过差分电路滤除RF信号后，与喇叭播放又被麦克风拾取的模拟语音信号一起送入FM1182芯片内部的DSP，在芯片内部进行运算比较从而滤除干扰和抑制回声后输出；经过干扰和回声抑制后的音频信号经抗混叠滤波后送入A/D进行模数变换形成数字语音信号，数字语音信号送入DSP进行一系列的变换处理后将数字语音信号送入网络接口，最终由网络传送至远程；远程需要传输的模拟语音信号也是同样，先经数字化后通过网络接口送入DSP进行D/A数模变换后平滑滤波输出至DSP，再经处理后送入功率放大器推动扬声器。本发明的有益效果是综合考虑成本以及性能的要求，采取 DSP(TMS320C5402)+FM1182的解决方案。本发明除具有制作成本低廉、性能可靠，待机时低功耗运行等优点外，还弥补了同类产品中所具有的回声、噪音大等缺点。结构上，采取模块化设计的理念，使数字处理部分和回声干扰抑制部分成为两个模块即独立又统一，即可根据实际需要来选择模块，又可将两个模块分割用于其它场合，不仅增加了灵活性，也增加了实用性。
图1是本发明回声抑制结构框图。图2是本发明模拟语音信号数字化框图。图3是本发明网络数字一体对讲系统框图。
具体实施例方式本发明系统从组成结构上来说总体分为两大部分，即模拟部分和数字处理部分。 本发明解决了现有技术的两大难点a、回声干扰的抑制；b、模拟语音信号的数字化。根据附图1，为有效遏制回声，本发明采用美国富迪科技有限公司的FM1182芯片， 其采用的SAM技术拥有拾音束形成能力，可以提供清晰而没有噪声的通讯。拾音束对位于拾音束内的讲话者几乎没有影响，而消除拾音束外的环境噪声；其增强的噪声抑制能力，在消除稳态噪声和不稳定噪声的同时还支持60dB的声学回声消除。由麦克风输入1输入的模拟语音信号经过A/D变换之后和由喇叭播放的声音又被麦克风输入1拾取的声音一起送入DSP模块(类似数字信号处理，原理同下面的语音数字化)中比较，通过语音处理算法将回声进行有效的抑制而将正常的说话声音输出。SAM技术即小型阵列麦克风(Small Array Microphone)技术是一种具有独特声学算法的语音处理技术，它可以运行于软件，也可以运行在本款芯片上。在本款芯片中，将 SAM算法固化在了芯片中，具有很高的集成度，不需要任何外围器件，而且在本款语音处理芯片中，采用了类似于DSP的技术，针对语音进行了优化，具有更高的效率。根据附图2，对模拟语音信号进行数字化(DSP处理)。对输入端的模拟语音信号首先进行带限滤波，然后进行抽样、量化和编码，将模拟语音信号变换成数字比特流，最后通过网络接口将数字化后的数字语音信号送入网络中。为实现模拟语音信号的数字化，选择美国TI公司的TMS320C5402芯片，该芯片是一款低功耗、高性能的定点DSP芯片，具有运算速度快、优化的CPU结构等优点。抽样是对模拟语音信号进行周期性的扫描，把时间上连续的模拟语音信号变成时间上离散的模拟语音信号。经过的抽样的离散的模拟语音信号包含源模拟语音信号所有的信息，能无失真地恢复出原模拟语音信号。抽样速率的下限应符合奈奎斯特抽样定理__fs彡2fH (fs为抽样频率，fH为模拟语音信号最高频率)。量化把抽样值的幅度进行离散化，即指定Q个电平，把抽样值用最接近的电平表示(称为量化值)。编码用二进制码组表示量化值，(即“0”和“1”两种电平值)，实际过程中量化是在编码过程中同时完成，输出的数字语音量化信号是一种多电平数字语音信号，电平数位Q 个(一般取Q=256)。这种多电平数字语音信号如直接进行传输，抗干扰性能很差，因此要经过编码将Q个电平转换成对应的二进制数字语音信号，即用k位二进制码组来表示(Q=2k)。网络接口 为了将数字化的数字语音信号传送至网络，选用瑞昱半导体公司的 IOM以太网芯片RTL8109AS，该芯片支持pnp自动检测方式、支持以太网II和IEEE802. 3 10Base5，10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自动检测、支持IOBaseT的自动极性改正等多种功能。根据附图3，本发明网络数字一体对讲系统框图。RF抗干扰采用差分电路设计，利用差分电路原理从而抑制由电路和环境产生的 RF射频信号。
DSP处理主要对模拟语音信号进行数学运算处理，如做卷积、累加、相乘等作用。抗混叠滤波将模拟语音信号转换成数字语音信号需要对模拟语音信号进行抽样，抽样就要满足奈奎斯特定理一 fs>2fH(fs为抽样频率，fH为信号最高频率)，否则就会产生混叠失真，抗混叠就是要消除这种失真。A/D变换将模拟语音信号转换为数字语音信号的过程，过程参见上述的抽样、量化、编码。网络接口 为了将数字化的信号传送至网络，选用瑞昱半导体公司的IOM以太网芯片RTL8109AS，该芯片支持pnp自动检方式、支持以太网II和IEEE802. 3 10Base5, 10Base2，lOBaseT、支持UTP，AUI和BNC自动检测、支持IOBaseT的自动极性改正等多种功能。D/A变换将数字语音信号转换成模拟语音信号，是A/D变换的逆过程，过程参见上述的抽样、量化、编码。平滑滤波将D/A变化后的时间上离散的模拟语音信号，经滤波后变成时间上连续的模拟语音信号。功率放大经平滑滤波处理后的连续模拟语音信号，因信号较弱、功率较小还不足以推动扬声器发声，所以要经过一级功率放大电路将功率较小的模拟语音信号进行放大去推动扬声器。
权利要求
1.一种网络数字一体对讲系统的传输方法，其特征在于克服传播过程中的回声干扰的抑制和模拟语音信号的数字化；a、回声干扰的抑制采用FM1182芯片，利用其采用的SAM技术拥有拾音束形成的能力， 提供清晰的通讯，拾音束对位于拾音束内的讲话者几乎没有影响，从而消除拾音束外的环境噪声，其增强的噪声抑制能力，在消除稳态噪声和不稳定噪声的同时还支持60dB的声学回声消除，由麦克风输入的模拟语音信号经过A/D变换之后和由喇叭播放的声音又被麦克风输入拾取的声音一起送入DSP模块中进行比较，通过语音处理算法将回声进行有效的抑制而将正常的说话声音输出；b、模拟语音信号的数字化对输入端的模拟语音信号首先进行带限滤波，然后进行抽样、量化和编码，将模拟语音信号变换成数字比特流，最后通过网络接口将数字化后的数字语音信号送入网络中。
2.根据权利要求1所述的网络数字一体对讲系统的传输方法，其特征在于所述的抽样是对模拟语音信号进行周期性的扫描，把时间上连续的模拟语音信号变成时间上离散的模拟语音信号，经过抽样的离散的模拟语音信号包含源模拟语音信号所有的信息，能无失真地恢复出原模拟语音信号，抽样速率的下限应符合奈奎斯特抽样定理一fs ^ 2fH，其中 fs为抽样频率，fH为模拟语音信号最高频率；所述的量化是把抽样值的幅度进行离散化，指定Q个电平，把抽样值用最接近的电平表示，称为量化值；所述的编码是用二进制码组表示量化值，用“0”和“ 1，，表示电平值，实际过程中量化是在编码过程中同时完成，输出的数字语音量化信号是一种多电平数字语音信号，电平数位Q个，一般取Q=256，这种多电平数字语音信号如直接进行传输，抗干扰性能很差，因此要经过编码将Q个电平转换成对应的二进制数字语音信号，用k位二进制码组来表示Q=2k。
3.—种由权利要求1所述的传输方法生成的网络数字一体对讲系统，其特征在于 包括RF抗干扰、FMl 182芯片的DSP处理、抗混叠滤波、A/D变换、DSP处理、网络接口、D/A 变换、平滑滤波、DSP处理、功率放大和扬声器输出；系统的工作过程是由麦克风拾取的模拟语音信号经过差分电路滤除RF信号后送入FMl 182芯片内部的DSP，与由喇叭播放又被麦克风拾取的模拟语音信号在芯片内部进行运算比较从而滤除干扰和抑制回声后输出；经过干扰和回声抑制后的音频信号经抗混叠滤波后送入A/D进行模数变换形成数字语音信号， 数字语音信号送入DSP进行一系列的变换处理后将数字语音信号送入网络接口，最终由网络传送至远程；远程需要传输的模拟语音信号也是同样，先经数字化后通过网络接口送入 DSP进行D/A数模变换后平滑滤波输出至DSP，再经处理后送入功率放大器推动扬声器。
全文摘要
本发明为一种网络数字一体对讲系统及其传输方法，其特征在于克服传播过程中的回声干扰的抑制和模拟语音信号的数字化；其工作过程是由麦克风拾取的模拟语音信号经过差分电路滤除RF信号后，与喇叭播放又被麦克风拾取的模拟语音信号一起送入FM1182芯片内部的DSP，在芯片内部进行运算比较从而滤除干扰和抑制回声后输出；再经抗混叠滤波后送入A/D进行模数变换，形成的数字语音信号送入DSP进行变换处理后送入网络接口，由网络传送至远程；远程的模拟语音信号也是经数字化后，通过网络接口送入DSP进行D/A数模变换后平滑滤波输出至DSP，经处理后送入功率放大器推动扬声器。本发明提供了清晰的通讯，成本低廉、性能可靠。
文档编号H04M9/08GK102307271SQ20111011453
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者傅福林, 罗辉 申请人:上海博超科技有限公司