專利名稱：語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種降噪方法，特別是一種語(yǔ)音類集成電路中降噪功能的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
語(yǔ)音設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ钪袩o(wú)處不在，隨著科技的發(fā)展，電路的集成化水平越來(lái) 越高，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。請(qǐng)參看附圖1，目前一般的語(yǔ)音類集成電路包括語(yǔ)音信號(hào)采集變 換單元、信號(hào)編碼/解碼單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元以及中央處理器等，麥克風(fēng)或其它音頻信號(hào)源 輸入音頻信號(hào)給信號(hào)采集變換單元，信號(hào)采集變換單元將轉(zhuǎn)換過(guò)的音頻信號(hào)輸入給信號(hào)編 碼/解碼單元，經(jīng)信號(hào)編碼/解碼單元進(jìn)行編解碼操作后輸入給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，在數(shù)模轉(zhuǎn)換 單元中將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后傳輸給揚(yáng)聲器(帶功放)輸出?，F(xiàn)有技術(shù)中的語(yǔ)音類 集成電路中多不帶降噪單元，不帶降噪單元的語(yǔ)音類集成電路處理后的語(yǔ)音信號(hào)，在播放 時(shí)，會(huì)有噪聲干擾，尤其是在小信號(hào)輸出或者信號(hào)間隙時(shí)，噪聲干擾尤為明顯。目前也有些 語(yǔ)音類集成電路中采用帶通濾波器進(jìn)行濾波降噪處理，現(xiàn)有技術(shù)中的帶通濾波器通常有兩 種實(shí)現(xiàn)方法一種是采用模擬有源濾波器，精度差、元件多、難以改變?cè)?件參數(shù)、難集成化； 另一種是采用純數(shù)字信號(hào)的算法濾波，代價(jià)也很高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的語(yǔ)音類集成電路無(wú)降噪功能或者其降噪用濾波器 元件多、精度差、難集成化、代價(jià)高等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的語(yǔ)音類集成電路中降噪功 能的實(shí)現(xiàn)方法，其在數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和揚(yáng)聲器功放之間增設(shè)有一個(gè)降噪單元，降噪單元主通 道采用可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器，降噪單元副通道采用信號(hào)檢測(cè)分析控制單元，主通道和 副通道的輸入端分別連接在數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出端上，主通道的輸出端連接在功放輸入端 上，副通道的輸出端與主通道的控制信號(hào)輸入端連接，對(duì)主通道的帶寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。副通道通 過(guò)高通濾波器對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行高通濾波，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)濾波后的語(yǔ) 音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸入中央處理器，在中央處理器內(nèi)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn) 行取峰值和平均運(yùn)算，利用運(yùn)算結(jié)果控制可控時(shí)鐘源的輸出頻率，可控時(shí)鐘源控制可變帶 通開(kāi)關(guān)電容濾波器的帶寬。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是一種語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，語(yǔ) 音集成電路包括信號(hào)采集變換單元、信號(hào)編碼/解碼單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、中央處理器和存 儲(chǔ)器，麥克風(fēng)或其它音頻信號(hào)源的音頻信號(hào)輸入信號(hào)采集變換單元內(nèi)，經(jīng)信號(hào)采集變換單 元處理后輸出給信號(hào)編碼/解碼單元進(jìn)行編碼/解碼操作，然后經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成 模擬信號(hào)后輸出給揚(yáng)聲器，中央處理器連接在信號(hào)編碼/解碼單元上，存儲(chǔ)器連接在中央 處理器上，該方法包括在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元后增設(shè)有一個(gè)降噪單元，降噪單 元中主通道采用可變帶通濾波器，副通道為信號(hào)檢測(cè)分析控制單元，主通道信號(hào)輸入端連 接在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，主通道信號(hào)輸出端為信號(hào)輸出，連接 在功放輸入端上，副通道信號(hào)輸入端連接在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，副通道控制信號(hào)輸出端連接在主通道的控制端上，可變帶通濾波器采用可變帶通開(kāi)關(guān) 電容濾波器；信號(hào)檢測(cè)分析控制單元為高通濾波器的信號(hào)輸入端連接在語(yǔ)音集成電路中的 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行高通濾波，高通濾波器的信號(hào) 輸出端連接有A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/ D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接在中央處理器上，中央處理器上連接有可控時(shí)鐘源，在中央處理器內(nèi) 對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值和平均運(yùn)算，利用運(yùn)算結(jié)果控制可控時(shí)鐘源的輸出頻 率，可控時(shí)鐘源控制可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器的帶寬，通過(guò)可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器對(duì)數(shù) 模轉(zhuǎn)換后的音頻信號(hào)進(jìn)行降噪。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括所述的高通濾波器采用6KHz、斜率為12dB/倍頻程的高通濾波器。所述的中央處理器內(nèi)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值和平均運(yùn)算時(shí)，采用對(duì)一個(gè)短時(shí)內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值并對(duì)峰值進(jìn)行平均運(yùn)算。所述的一個(gè)短時(shí)為一幀。所述的一個(gè)短時(shí)為10 30mS。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用了開(kāi)關(guān)電容積分時(shí)間常數(shù)決定于電路中兩個(gè)電 容之比，(電容的絕對(duì)值變化影響不大)，且與工作時(shí)鐘周期成正比的特性，在實(shí)現(xiàn)降噪系 統(tǒng)的過(guò)程中精度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，成本低，有較好的價(jià)值。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的語(yǔ)音類集成電路方框原理示意圖。圖2為采用本發(fā)明的語(yǔ)音類集成電路方框原理示意圖。圖3為本發(fā)明電路方框原理示意圖。圖4為本發(fā)明詳細(xì)電路方框原理示意圖。圖5為一階開(kāi)關(guān)電容濾波器。圖6為圖5的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近 似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)用本發(fā)明的語(yǔ)音類集成電路的基本結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的相同，請(qǐng)參看附圖1和 附圖2，應(yīng)用本發(fā)明的語(yǔ)音集成電路包括信號(hào)采集變換單元、信號(hào)編碼/解碼單元、數(shù)模轉(zhuǎn) 換單元、中央處理器和存儲(chǔ)器，麥克風(fēng)或其它音頻信號(hào)源的音頻信號(hào)輸入信號(hào)采集變換單 元內(nèi)，經(jīng)信號(hào)采集變換單元處理后輸出給信號(hào)編碼/解碼單元進(jìn)行編碼/解碼操作，然后經(jīng) 過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給揚(yáng)聲器，中央處理器連接在信號(hào)編碼/解碼單元 上，存儲(chǔ)器連接在中央處理器上。本發(fā)明中的語(yǔ)音集成電路中增加了一個(gè)降噪單元，它可以 降低語(yǔ)音信號(hào)源中的噪聲，很好的改善放音的效果。本發(fā)明中的降噪單元是依據(jù)如下的心理聲學(xué)原理進(jìn)行工作的(即本發(fā)明的工作 原理)
1、噪聲的輸出與系統(tǒng)的帶寬成正比(即系統(tǒng)的帶寬越寬，那么輸出的音頻信號(hào)中 所附帶的噪聲就越大)，因此，如果可以設(shè)法使系統(tǒng)的帶寬受控變窄，則可使輸出的音頻信 號(hào)中的噪聲分量相應(yīng)減小。2、人耳具有掩蔽效應(yīng)，即在人耳聆聽(tīng)一個(gè)聲音的感受能力中，聲音中較強(qiáng)的分量 會(huì)掩蓋另一種較弱的分量，使其感受不到。對(duì)于像音樂(lè)和講話這樣的復(fù)合信號(hào)，有較好的掩 蔽效果。一般來(lái)說(shuō)，只要信號(hào)源(即音樂(lè)和講話或其他有用的音頻信號(hào))的幅度比本底噪 聲(即信號(hào)源中包含的噪聲)大29dB，就可以給出足夠的掩蔽效果，使人只能聽(tīng)到信號(hào)源的 聲音，而聽(tīng)不到噪聲。本發(fā)明的基本原理是通過(guò)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和頻率分量的檢測(cè)分析，在小信號(hào)、無(wú)信號(hào) 時(shí)，使系統(tǒng)的帶寬最小，輸出噪聲最低，隨著信號(hào)的增大和變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)的帶寬 (即最大程度上減小噪聲)，同時(shí)利用人耳的掩蔽效應(yīng)，來(lái)達(dá)到降噪的目的。本發(fā)明中的降噪單元由主通道(即降噪通道)和副通道(即控制通道)組成，主 通道和副通道的輸入端均連接在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端上，主通道的輸出端連接在揚(yáng)聲器 上，副通道的輸出端連接在主通道的控制輸入端上。本實(shí)施例中，降噪通道由可變帶通濾 波器、可控時(shí)鐘電路(時(shí)鐘頻率可變)組成，用于改變系統(tǒng)的帶寬；控制通道由轉(zhuǎn)折頻率為 6KHz (也可以再4KHz 6KHz之間選用其它值)，斜率為1 2dB/倍頻程的高通濾波器、A/D轉(zhuǎn) 換器、中央處理器組成，其中中央處理器可用來(lái)檢測(cè)峰值電平和對(duì)峰值進(jìn)行平均運(yùn)算，控制 通道可根據(jù)信號(hào)的狀況來(lái)控制時(shí)鐘電路的頻率。本發(fā)明中的可變帶通濾波器采用可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器，利用了集成電路中開(kāi) 關(guān)電容積分器的時(shí)間常數(shù)決定于兩個(gè)電容之比，且與控制信號(hào)的時(shí)鐘周期成正比的特性， 在CMOS集成電路中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電容濾波，可以做到精度很高，而且可用時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)諧，調(diào)整 濾波器的時(shí)間常數(shù)，也就是調(diào)整其帶寬。實(shí)現(xiàn)可變帶寬的濾波器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的降噪。本發(fā)明的降噪單元工作過(guò)程如下經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的音頻信號(hào)為輸入信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)折頻率為6KHz、斜率 為12dB/倍頻程的高通濾波器濾波后(信號(hào)檢測(cè)分析前先通過(guò)6KHz，12dB斜率的高通濾波 器，是為了保留聲音中的高頻分量)，輸入給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸 入給中央控制器，再經(jīng)過(guò)中央控制器對(duì)其進(jìn)行峰值檢測(cè)和平均運(yùn)算之后產(chǎn)生一個(gè)由輸入信 號(hào)電平和頻響決定的控制信號(hào)，用于控制可控時(shí)鐘源電路的輸出時(shí)鐘頻率，從而控制降噪 通道中的可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器的工作帶寬，達(dá)到降噪的目的。本實(shí)施例中，中央控制器 對(duì)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號(hào)進(jìn)行峰值檢測(cè)和平均運(yùn)算時(shí)，通常是對(duì)短時(shí)內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行 計(jì)算，即是對(duì)一幀信號(hào)(或也可成為10 30Ms的信號(hào))進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明當(dāng)無(wú)信號(hào)輸入(即信號(hào)間隙)或者小信號(hào)輸入時(shí)，開(kāi)關(guān)電容組成的濾波器 工作在最低帶寬狀態(tài)(約600Hz)，此時(shí)高頻背景噪聲被抑制(因?yàn)樾旁氡葲Q定于帶寬)。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，經(jīng)中央處理器對(duì)輸入信號(hào)的峰值檢測(cè)和平均運(yùn)算之后的值升 高，使得可控時(shí)鐘源輸出頻率升高，開(kāi)關(guān)電容濾波器的帶寬展寬(使其帶寬與有用信號(hào)相 適應(yīng))，但因有用信號(hào)的同時(shí)增強(qiáng)，足以用有用信號(hào)掩蔽噪聲，所以感覺(jué)不到噪聲。請(qǐng)參看附圖5和附圖6，本實(shí)施例中給出一種最簡(jiǎn)單的一階低通開(kāi)關(guān)電容為例進(jìn) 行具體說(shuō)明，其中Φ1和Φ2為工作時(shí)鐘(即是由可控時(shí)鐘源電路輸出的時(shí)鐘)。本實(shí)施 例中，以工作在話音頻帶(約300Hz 3. 4KHz)為例，選用的開(kāi)關(guān)電容濾波器的工作時(shí)鐘約50KHz 400KHz，當(dāng)信號(hào)的幅度和頻響變化時(shí)，時(shí)鐘頻率在50KHz 400KHz之間變化，開(kāi)關(guān)電容濾波器的低通轉(zhuǎn)折頻率從600Hz變化到4. 5KHz。 本發(fā)明的方法利用了開(kāi)關(guān)電容積分時(shí)間常數(shù)決定于電路中兩個(gè)電容之比，(電容 的絕對(duì)值變化影響不大)，且與工作時(shí)鐘周期成正比的特性，在實(shí)現(xiàn)降噪系統(tǒng)的過(guò)程中精度 高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，成本低，有較好的價(jià)值。
權(quán)利要求
一種語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，所述的語(yǔ)音集成電路包括信號(hào)采集變換單元、信號(hào)編碼/解碼單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、中央處理器和存儲(chǔ)器，麥克風(fēng)或其它音頻信號(hào)源的音頻信號(hào)輸入信號(hào)采集變換單元內(nèi)，經(jīng)信號(hào)采集變換單元處理后輸出給信號(hào)編碼/解碼單元進(jìn)行編碼/解碼操作，然后經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給揚(yáng)聲器，中央處理器連接在信號(hào)編碼/解碼單元上，存儲(chǔ)器連接在中央處理器上，其特征是所述的方法包括在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元后增設(shè)有一個(gè)降噪單元，降噪單元中主通道采用可變帶通濾波器，副通道為信號(hào)檢測(cè)分析控制單元，主通道信號(hào)輸入端連接在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，主通道信號(hào)輸出端為信號(hào)輸出，連接在功放輸入端上，副通道信號(hào)輸入端連接在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，副通道控制信號(hào)輸出端連接在主通道的控制端上，所述的可變帶通濾波器采用可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器；所述的信號(hào)檢測(cè)分析控制單元為高通濾波器的信號(hào)輸入端連接在語(yǔ)音集成電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元信號(hào)輸出端上，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行高通濾波，高通濾波器的信號(hào)輸出端連接有A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接在中央處理器上，中央處理器上連接有可控時(shí)鐘源，在中央處理器內(nèi)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值和平均運(yùn)算，利用運(yùn)算結(jié)果控制可控時(shí)鐘源的輸出頻率，可控時(shí)鐘源控制可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器的帶寬，通過(guò)可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的音頻信號(hào)進(jìn)行降噪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的高通濾波器 采用6KHz、斜率為12dB/倍頻程的高通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的中央處 理器內(nèi)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值和平均運(yùn)算時(shí)，采用對(duì)一個(gè)短時(shí)內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào) 進(jìn)行取峰值并對(duì)峰值進(jìn)行平均運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的一個(gè)短時(shí)為 一幀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的一個(gè)短時(shí)為 10 30mS。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種語(yǔ)音類集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，其在數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和揚(yáng)聲器功放之間增設(shè)有一個(gè)降噪單元，降噪單元主通道采用可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器，降噪單元副通道采用信號(hào)檢測(cè)分析控制單元，主通道和副通道的輸入端分別連接在數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出端上，主通道的輸出端連接在揚(yáng)聲器功放上，副通道的輸出端與主通道的控制信號(hào)輸入端連接，對(duì)主通道的帶寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。副通道通過(guò)高通濾波器對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行高通濾波，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸入中央處理器，在中央處理器內(nèi)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行取峰值和平均運(yùn)算，利用運(yùn)算結(jié)果控制可控時(shí)鐘源的輸出頻率，可控時(shí)鐘源控制可變帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器的帶寬。
文檔編號(hào)G05B15/02GK101866651SQ20091010665
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者陳偉江 申請(qǐng)人:陳偉江