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隨著數(shù)字信號處理(DSP)技術的迅猛發(fā)展，以數(shù)字信號處理器及相關算法為技術的數(shù)字降噪聲技術也不斷出現(xiàn)。本文提到的JK-DP50型數(shù)字降噪聲處理器就是應用數(shù)字信號處理器DSP技術及高速實時處理運算的特性，采用獨特的軟件算法，對高噪聲環(huán)境中的話音和噪音進行處理，完成高噪聲環(huán)境中的語音通信功能，使話音在高噪聲環(huán)境下仍然比較清晰。 JK-DP50的性能指標 ● 工作電壓為+12V±10%；工作電流小于70mA。 ● 具有降噪控制功能(CON) 控制信號(CON)為高電平(+5V)時,降噪聲模塊斷開，信號直接通過；控制信號(CON)為低電平(0V)時,降噪聲模塊接入,進行降噪聲處理。 ● 輸入端參數(shù) 直通時為100～600mV；降噪時為25～200mV；輸入阻抗為10kΩ。 ● 輸出端參數(shù) 直通時為100～600mV；降噪時為25～200mV；輸入阻抗為600Ω。 ● 輸出頻響特性 輸入為100mV時，斷續(xù)比為1:1正弦波信號,在300～3400Hz范圍內，不均勻度小于3dB。 ● 降噪能力 輸入為100mV時，斷續(xù)比為1:1正弦波信號與輸入100mV持續(xù)的白噪聲信號時模塊輸出的比不小于30dB 。 JK-DP50的工作原理 本文中JK-DP50型數(shù)字降噪聲處理器主要完成在高噪聲環(huán)境下話音的高清晰度通信功能。它有降噪和直通兩種工作狀態(tài)，其工作原理如圖1所示。工作狀態(tài)的選擇由控制信號CON的電平來決定，控制特別靈活，可由監(jiān)控單元直接來控制。CON為低電平(0V)時，降噪聲模塊接入，進行降噪處理；CON為高電平(+5V)時,降噪聲模塊斷開，信號直接通過。降噪狀態(tài)時，CON為低電平，晶體管V4截止，繼電器K1處于常閉狀態(tài)，話音信號和環(huán)境噪聲通過話筒輸入，送到數(shù)字信號處理DSP的27、28腳，把話音和環(huán)境噪聲進行放大，增益由R15和R14來決定，放大到DSP芯片內的A/D能識別的幅度，以便A/D能正常轉換信號。模擬信號通過A/D轉換后，變成12位的數(shù)字信號進入DSP的運算單元，DSP在前3秒中測試出周圍環(huán)境噪聲的大小，并建立相關數(shù)學模型，然后按給定的算法處理話音和噪聲，把處理后的結果經過數(shù)據(jù)總線送到D/A，經放大器U2：A，電容C29和電阻R33組成的平滑濾波器，進行平滑濾波后送到放大器U2：B，放大器的作用是為了滿足相連設備的輸入要求。直通狀態(tài)時，CON為高電平，晶體管V4導通，繼電器K1處于吸合狀態(tài)，話音信號和環(huán)境噪聲通過話筒輸入，不經過DSP直接送到平滑濾波器，進行平滑濾波后送到放大器U2：B。 降噪模塊中DSP的選擇 在實現(xiàn)降噪處理時，選擇數(shù)字信號處理芯片DSP是非常重要的一環(huán)。DSP芯片要根據(jù)降噪處理的軟件算法和實際的系統(tǒng)要求來選擇。首先，應該考慮是選用浮點還是定點DSP；其次，根據(jù)軟件算法的復雜程度，考慮DSP的運算速度；此外，還應考慮DSP芯片提供的硬件資源和功耗，如片內RAM、ROM的數(shù)量、外部可擴展的程序和數(shù)據(jù)空間、總線接口、I/O接口、封裝形式等因素。本文設計的數(shù)字降噪聲處理器選用TI公司的TMS320C5XX系列DSP芯片中的一款作為處理芯片，該定點DSP的運算速度為40MIPS，集成高速A/D、D/A轉換器及16KB的flash存儲器，共有64引出管腳，大大減小了PCB板的面積，選用19.2MHz的晶體作時鐘。 降噪模塊中DSP的選擇 數(shù)字降噪聲處理器是采用回波對消的原理。回波對消采用了自適應噪聲對消的技術，自適應噪聲對消系統(tǒng)的方框圖見圖2。 自適應噪聲對消系統(tǒng)的輸入分兩路，A路是有用信號s混有噪聲n0，即y=s+n0；B路為消噪系統(tǒng)中自適應濾波器的參考輸入n1，即x=n1。 設s與n0或n1互不相關，n0與n1相關，且它們都是零均值平穩(wěn)隨機過程，則系統(tǒng)的輸出等于誤差信號，其中是噪聲n1通過自適應濾波器的估計值。為了使均方誤差最小，在理想的情況下，希望系統(tǒng)的輸出通過自適應算法使噪聲全部被抵消，只剩下有用信號，即： 顯然，當均方誤差信號最小時，=n0，故輸出為有用信號，噪聲n0被消除，達到降噪的效果。 系統(tǒng)中的自適應濾波器具有跟蹤信號和噪聲變化的能力，使濾波器的特性也隨信號和噪聲的變化而變化，以達到最佳的降噪處理效果。 自適應濾波器特性變化是由自適應算法通過調整濾波器權系數(shù)來實現(xiàn)的。一般情況，自適應濾波器由兩部分組成，一是濾波器結構，二是調整濾波器權系數(shù)的自適應算法。自適應濾波器的結構采用橫向型FIR結構。對帶內白噪聲的處理用經典的最小均方LMS算法還不能達到最佳的降噪效果，還要利用噪聲的自相關特性和功率譜密度特性，在LMS算法的基礎上作適當?shù)男拚拍苓_到最佳的降噪效果。 自適應濾波器主要完成對輸入信號中的噪聲進行估計，并把估計值與輸入信號相減，但不是一般的代數(shù)相減，而是有一套相應的軟件算法，如相關功率的功率譜密度分析等。 自適應濾波器采用橫向型結構。 一個自適應濾波器實現(xiàn)的復雜性通常是由它所需要的乘法次數(shù)和階數(shù)來衡量。 JK-DP50型數(shù)字降噪聲處理器采用了120階自適應濾波器。根據(jù)噪聲的自相關特性和功率譜密度性，軟件上除了采用傳統(tǒng)對稱橫向結構的FIR濾波器中的LMS算法外，還對噪聲和信號的功率譜密度進行估計，即對采樣編碼的16個值進行平方累加，求出其平均功率值進行比較，比較后的誤差信號與設定的噪聲門限值進行相除，結果若大于1，則調整濾波器的權系數(shù)，使權系數(shù)變小，信號的輸出幅度變大；結果若小于1，則調整濾波器的權系數(shù)，使權系數(shù)變大，信號的輸出幅度變小。在數(shù)字信號傳輸過程中，為了避免回波的影響，必須采取回波抵消技術。 結束語 JK-DP50數(shù)字降噪模塊易于加密；軟件采用自適應濾波算法，數(shù)字降噪聲處理器對噪聲的抑制量一般在30dB以上，而且輸出話音平穩(wěn)，無漏字和噪聲拖尾現(xiàn)象；在整個話音頻段300～3400Hz內，降噪量均衡；可通過改變軟件算法，來滿足不同的降噪聲的要求，便于產品升級換代。在研制的超短波抗干擾產品與遙控臺的通話系統(tǒng)中，安裝了兩塊JK-DP50數(shù)字降噪聲處理器來減小回波對話音的影響，通話質量明顯提高，得到用戶的一致好評。 |
