在通讯进程中语音信号不可避免地遭到来自周围环境、传输前言等引进的噪声影响。在语音信号处理中， 背景噪声下降语音质量的现象是十分遍及的。因而， 设法从噪声污染的语音信号中滤除噪声， 进步语音信号的信噪比就成为语音消噪研讨中的一个重要方向。现在很多技能被用于按捺信道中的噪声搅扰， 以进步通讯的质量。背景噪声的混入不光使通话质量显着下降， 还会添加移动设备的电耗。该体系主要是用于对信源部分的背景噪声进行处理。选用了美国富迪公司的FM1182 为中心芯片， 以MAXIM 公司MAX9812L 芯片为辅佐芯片。电路选用双麦克风作为输入， 别离用于拾取纯噪声和混有背景噪声的语音信号。两路信号终究在FM1182 内部的DSP 芯片处进行处理， 得到消噪之后的信号。DSP 芯片具有稳定性好，精度高的特色， 16 位处理器能够到达10- 5 的精度。
此体系的供电电压在3 V 左右， 功耗低， 能够选用一对7 号电池进行供电， 充分地表现了便携性的特色。
1 消噪计划的挑选
关于消噪麦克风体系的规划， 曾考虑过3 种计划。
计划1: 选用麦克风阵列技能。选用延时累加波束法， 通过延时操控补偿从声源到每个麦克风的延时，对每个麦克风接纳到的信号进行校对。此办法分为3 个部分， 即时间延迟估量、时间延迟补偿及累加部分。但实践运用中信噪比的添加与麦克风的关系为10log10 M( M 为麦克风数量)， 需求较多的麦克风以取得较高的消噪功用， 在便携性以及能耗、本钱等方面均不契合本规划的要求。
计划2: 选用双麦克风反向消噪原理。用麦克风别离拾取带有背景噪声的语音信号和纯噪声信号， 2 个麦克风相距1 m 以内， 以保证噪声的高相干性。先对信号别离进行300~ 3 400 Hz 的前置滤波， 然后通过减法器电路， 做相消处理得到降噪信号。该体系选用 ±5 V稳压电源。但在测验中发现， 由于较低的集成度， 过多的器材与走线， 导致内部自激噪声， 线路串扰噪声等彼此叠加， 终究使信号的质量变得很差。 ±5 V 的供电使体系能耗较大， 并下降了灵活性。
计划3: 该计划由计划2 的改善而来。为了进步电路的集成度， 选用较少的元件完成消噪功用。通过比照功用以及价格、体积、能耗的归纳目标， 终究挑选了FM1182 作为电路的中心芯片。一起在前置扩大电路中， 选用了高信噪比、低能耗的MAX9812L 芯片。元件集成度的进步， 以及整体数量的减少， 大大进步了电路的可靠性， 减小了电路的体积， 添加了便携性。一起选用低能耗的芯片， 使电路可选用3 V 左右的小电源低电流驱动， 运用时间更长， 灵活性大大进步。故终究挑选了计划3。
2 硬件体系规划
FM1182 是美国富迪科技公司最新推出的低功耗高功用的芯片。FM1182 为语音接口商场供给了一个最优化的计划。运用包含车载具有典型运用时30~35 mW的极低功耗。通过两条途径到达低功耗： 首要，集成硬件加速器协助主数字信号处理器卸载高强度处理， 答应芯片作业在最佳的速度; 其次， FM1182 选用富迪科技的专利AMBIN 语音处理算法， 保证最高的功率。关于功率有限的便携设备， FM1182 供给一个适宜的有回声消除和噪声按捺的计划， 它具有高度集成度单芯片， 极低功耗( 30~ 35 mW) , 强壮的AEC ( 声学回声消除) ( 60 dB) , 超卓的全双工功用， 差分输入/ 输出减少射频( RF) 搅扰， 进步抗扰才能， 动态规模操控( DRC) 进步声响的可懂度， 侧音消除25~ 35 dB, 消除声学回声尾长度掩盖： 64~ 100 ms, 小尺度的特色。因而十分契合本电路便携、低耗、高功用、贱价的规划初衷。
一般数字消噪进程分为： 拾音、扩大、抗混叠滤波、模/ 数转化， DSP 处理。此规划选用FM1182 为中心处理芯片， MAX9812L 作为辅佐芯片。整个作业进程：
首要， 含有背景噪声的语音信号由Mic0 拾取，通过由MAX9812L 芯片构成的高信噪比低功耗扩大电路之后， 通过Line_In 接口被输送给FM1182 芯片。而纯噪声信号由Mic1 汲取， 通过Mic_In 接口进入FM1182 芯片， 两路信号通过模/ 数转化之后进入DSP 芯片。消噪算法的代码存储在内部存储器中， DSP 芯片由存储器中的消噪算法代码操控进行运算。通过硬件加速器的助推后， 能够在较小能耗的价值下使DSP 芯片运算速度大起伏进步。通过DSP 芯片处理后的信号为终究信号， 通过数/ 模转化芯片输出， 以供后续运用， 可用于有线或许用于无线通讯。便携消噪麦克风体系结构图如图1 所示。
图1 便携消噪麦克风体系结构图
2. 1 前置麦克风扩大电路
麦克风前置扩大电路选用MAX9812L 芯片制造，内置单个20 dB 固定增益扩大器， 尺度小， 具有业界尖端水平的100 dB 电源按捺比， 极低的THD + N( 0. 015% ) , 230μ A 作业电流。处于封闭方式时， 可将电源电流及偏置电流总和下降至100 nA，而且能够在2. 7~ 3. 6 V的电压规模下作业， 为本产品供给了高信噪比、低能耗、便携的解决计划。IN 引脚是信号输入引脚， 声响通过迷你麦克风转变成弱小的电流， 芯片通过IN 引脚接纳。BIAS 引脚为电压补偿引脚， 能保证在多种供电电压下正常驱动麦克风作业， 并下降电压的动摇对信号处理的影响。
引脚用来操控操控电路的运转状况， 当将
引脚与VCC 衔接时， 电路正常作业; 当将
与GND 衔接时， 电路处于封闭状况。此处， 将
接到电源置高电平。OUT 为输出引脚， 通过MAX9812L 扩大的信号， 由此接口输出， 供下一级电路处理。此处衔接到FM1182 芯片。麦克风前置扩大电路如图2 所示。
图2 麦克风前置扩大电路
2. 2 消噪运算电路
2. 2. 1 FM1182
芯片电路作为中心电路部分， 运算电路选用美国富迪公司的FM1182 芯片， 该芯片具有低功耗、高功率的特色， 合适本电路的便携型规划的要求。该芯片一共有48 个引脚， 其间真实效果的引脚为44 个。SPK_OU T _N, SPK_OUT _P: 作为扬声器输出接口。EP/ SCL: 接到3. 3 V 的电源处置高电平。XTAL _ IN, XTAL _OU T: 在相同数量的ALU 的条件下， 为了取得更高的功用， 高速DSP 是要害。所以电路选用13 MHz 的晶振。VOL+ : V OL – : 用于调理输出的音量， 这儿运用默许值， 故通过1 k Ω的电阻接地。RESET : 用于电路的复位。芯片答应运用内置SAM 微型麦克风阵列技能以进步拾音的方向性。但此电路为了使取得的噪声具有更高的相干性， 且背景噪声等弥散噪声频率起伏改变缓慢， 选用单麦克风输入。故将MIC0_P, MIC0_N 接麦克风。MIC1_P, M%&&&&&%1_N 接地。LINE_IN: 接纳前置麦克风扩大电路的信号输入。LINE _OUT : 输出模仿信号。FM1182 芯片电路原理图如图3 所示。
图3 FM1182 芯片电路原理图
2. 2. 2 E2 PROM 芯片24LC02B
电路中运用了24LC02B 芯片来同步时钟信号。当时钟线SCL 为高电平时， 数据线SDA 由高电平跳变为低电平界说为“开端”信号; 当SCL 线为低电平时， SDA线产生低电平到高电平的跳变为“完毕”信号。别离接FM1182 的SCL 和SDA 引脚。由于不需求外部片选，所以A0, A1, A 2 三个引脚接地。
2. 3 供电电源
该体系选用3 V 的电压供电， 运用一对7 号的干电池。经测验运用一对南孚聚能环7 号电池， 在默许状况下能够续航20 h 之久。
3 试验数据
在测验进程中， 用播映录制的轿车噪音来模仿轿车噪声现场。选用了一个对照组和一个试验组。对照组只运用MA X9812L 芯片电路， 试验组运用MAX9812L芯片电路和FM1182 电路， 别离将两路信号输入到核算机中， 用WaveCN2. 0. 0. 5 软件将信号捕捉录制下来，以图形的方式展现出来。图4 为无噪声下语音信号。
默许音量下， 对捕捉到的3 条曲线， 别离取一起段的1 s, 近似处理后， 核算曲线面积来别离作为信号功率S1= 11. 2 mW, S2= 20. 4 mW, S 3= 12. 1 W, 图5 中噪声功率N 1 = S 2 – S1 = 9. 2 mW, 图6 中噪声功率为N2 = S3 – S 2= 0. 9 mW。所以未处理前性信噪SN R=10lg ( S1 / N1 ) = 0. 85 dB, 处理之后输出信噪比为SNR= 10lg( S1 / N 2 ) = 10. 9 dB。通过对录制的音频以及波形信号核算剖析发现， 当无消噪电路时， 语音信号淹没在轿车噪音之中， 叠加的成果致使接纳者只能牵强辨认其间一小部分的信息。当运用了消噪体系今后， 大部分的轿车噪声已被减少。语音信号能够容易被接纳者辨认。
图4 无噪声下的语音信号
图5 轿车背景噪声下拾取到的语音信号
图6 通过消噪电路或取得的语音信号
4 结 语
该电路完成了高效， 便携， 低耗能的特色。能够广泛的运用于车载免提功用( 例如前装车载免提， 后装商场车载免提) , 手持移动设备( 例如： 智能电话， 个人数字助理) , 个人核算机/ VoIP。该降噪体系亦可用于无线通讯的收发端。在对噪声要求越来越高的今日， 贱价便携高效的降噪设备将具有越来越大的商场。
