语音类集成电路的实现方法

摘要

本发明公开一种语音类集成电路的实现方法，其在数模转换单元和扬声器功放之间增设有一个降噪单元，降噪单元主通道采用可变带通开关电容滤波器，降噪单元副通道采用信号检测分析控制单元，主通道和副通道的输入端分别连接在数模转换单元的输出端上，主通道的输出端连接在扬声器功放上，副通道的输出端与主通道的控制信号输入端连接，对主通道的带宽进行调节。副通道通过高通滤波器对数模转换后的语音信号进行高通滤波，然后通过A/D转换器对滤波后的语音信号进行模数转换，然后输入中央处理器，在中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算，利用运算结果控制可控时钟源的输出频率，可控时钟源控制可变带通开关电容滤波器的带宽。

权利要求

1.一种语音类集成电路的实现方法，所述的语音集成电路包括信号采集变换单元、信号编码/解码单元、数模转换单元、中央处理器和存储器，麦克风或其它音频信号源的音频信号输入信号采集变换单元内，经信号采集变换单元处理后输出给信号编码/解码单元进行编码/解码操作，然后经过数模转换单元转换成模拟信号后输出给扬声器，中央处理器连接在信号编码/解码单元上，存储器连接在中央处理器上，其特征是：所述的方法包括在语音集成电路中的数模转换单元后增设有一个降噪单元，降噪单元中主通道采用可变带通滤波器，副通道为信号检测分析控制单元，主通道信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，主通道信号输出端为信号输出，连接在扬声器的功放输入端上，副通道信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，副通道控制信号输出端连接在主通道的控制端上，所述的可变带通滤波器采用可变带通开关电容滤波器；

所述的信号检测分析控制单元由高通滤波器、A/D转换器和中央处理器组成，其中高通滤波器的信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，对数模转换后的语音信号进行高通滤波，高通滤波器的信号输出端连接有A/D转换器的输入端，通过A/D转换器对滤波后的语音信号进行模数转换，A/D转换器的输出端连接在中央处理器上，中央处理器上连接有可控时钟源，在中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算，利用运算结果控制可控时钟源的输出频率，可控时钟源控制可变带通开关电容滤波器的带宽，通过可变带通开关电容滤波器对数模转换后的音频信号进行降噪。

2.根据权利要求1所述的语音类集成电路的实现方法，其特征是：所述的高通滤波器采用6KHZ、斜率为12dB/倍频程的高通滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的语音类集成电路的实现方法，其特征是：所述的中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算时，采用对一个短时内的语音信号进行取峰值并对峰值进行平均运算。

4.根据权利要求3所述的语音类集成电路的实现方法，其特征是：所述的一个短时为一帧。

5.根据权利要求3所述的语音类集成电路的实现方法，其特征是：所述的一个短时为

10～30mS。

说明书

语音类集成电路的实现方法

技术领域

[0001] 本发明公开一种降噪方法，特别是一种语音类集成电路中降噪功能的实现方法。

背景技术

[0002] 语音设备在人们日常生活中无处不在，随着科技的发展，电路的集成化水平越来越高，功能也越来越强大。请参看附图1，目前一般的语音类集成电路包括语音信号采集变换单元、信号编码/解码单元、数模转换单元以及中央处理器等，麦克风或其它音频信号源输入音频信号给信号采集变换单元，信号采集变换单元将转换过的音频信号输入给信号编码/解码单元，经信号编码/解码单元进行编解码操作后输入给数模转换单元，在数模转换单元中将数字信号转换成模拟信号后传输给扬声器(带功放)输出。现有技术中的语音类集成电路中多不带降噪单元，不带降噪单元的语音类集成电路处理后的语音信号，在播放时，会有噪声干扰，尤其是在小信号输出或者信号间隙时，噪声干扰尤为明显。目前也有些语音类集成电路中采用带通滤波器进行滤波降噪处理，现有技术中的带通滤波器通常有两种实现方法：一种是采用模拟有源滤波器，精度差、元件多、难以改变元件参数、难集成化；另一种是采用纯数字信号的算法滤波，代价也很高。

发明内容

[0003] 针对上述提到的现有技术中的语音类集成电路无降噪功能或者其降噪用滤波器元件多、精度差、难集成化、代价高等缺点，本发明提供一种新的语音类集成电路中降噪功能的实现方法，其在数模转换单元和扬声器功放之间增设有一个降噪单元，降噪单元主通道采用可变带通开关电容滤波器，降噪单元副通道采用信号检测分析控制单元，主通道和副通道的输入端分别连接在数模转换单元的输出端上，主通道的输出端连接在功放输入端上，副通道的输出端与主通道的控制信号输入端连接，对主通道的带宽进行调节。副通道通过高通滤波器对数模转换后的语音信号进行高通滤波，然后通过A/D转换器对滤波后的语音信号进行模数转换，然后输入中央处理器，在中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算，利用运算结果控制可控时钟源的输出频率，可控时钟源控制可变带通开关电容滤波器的带宽。

[0004] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种语音类集成电路的实现方法，语音集成电路包括信号采集变换单元、信号编码/解码单元、数模转换单元、中央处理器和存储器，麦克风或其它音频信号源的音频信号输入信号采集变换单元内，经信号采集变换单元处理后输出给信号编码/解码单元进行编码/解码操作，然后经过数模转换单元转换成模拟信号后输出给扬声器，中央处理器连接在信号编码/解码单元上，存储器连接在中央处理器上，该方法包括在语音集成电路中的数模转换单元后增设有一个降噪单元，降噪单元中主通道采用可变带通滤波器，副通道为信号检测分析控制单元，主通道信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，主通道信号输出端为信号输出，连接在扬声器的功放输入端上，副通道信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，副通道控制信号输出端连接在主通道的控制端上，可变带通滤波器采用可变带通开关电容滤波器；信号检测分析控制单元由高通滤波器、A/D转换器和中央处理器组成，其中高通滤波器的信号输入端连接在语音集成电路中的数模转换单元信号输出端上，对数模转换后的语音信号进行高通滤波，高通滤波器的信号输出端连接有A/D转换器的输入端，通过A/D转换器对滤波后的语音信号进行模数转换，A/D转换器的输出端连接在中央处理器上，中央处理器上连接有可控时钟源，在中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算，利用运算结果控制可控时钟源的输出频率，可控时钟源控制可变带通开关电容滤波器的带宽，通过可变带通开关电容滤波器对数模转换后的音频信号进行降噪。

[0005] 本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

[0006] 所述的高通滤波器采用6KHz、斜率为12dB/倍频程的高通滤波器。

[0007] 所述的中央处理器内对模数转换后的语音信号进行取峰值和平均运算时，采用对一个短时内的语音信号进行取峰值并对峰值进行平均运算。

[0008] 所述的一个短时为一帧。

[0009] 所述的一个短时为10～30mS。

[0010] 本发明的有益效果是：本发明利用了开关电容积分时间常数决定于电路中两个电容之比，(电容的绝对值变化影响不大)，且与工作时钟周期成正比的特性，在实现降噪系统的过程中精度高，实现简单方便，成本低，有较好的价值。

[0011] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

[0012] 图1为现有技术中的语音类集成电路方框原理示意图。

[0013] 图2为采用本发明的语音类集成电路方框原理示意图。

[0014] 图3为本发明电路方框原理示意图。

[0015] 图4为本发明详细电路方框原理示意图。

[0016] 图5为一阶开关电容滤波器。

[0017] 图6为图5的等效电路图。

具体实施方式

[0018] 本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

[0019] 应用本发明的语音类集成电路的基本结构与现有技术中的相同，请参看附图1和附图2，应用本发明的语音集成电路包括信号采集变换单元、信号编码/解码单元、数模转换单元、中央处理器和存储器，麦克风或其它音频信号源的音频信号输入信号采集变换单元内，经信号采集变换单元处理后输出给信号编码/解码单元进行编码/解码操作，然后经过数模转换单元转换成模拟信号后输出给扬声器，中央处理器连接在信号编码/解码单元上，存储器连接在中央处理器上。本发明中的语音集成电路中增加了一个降噪单元，它可以降低语音信号源中的噪声，很好的改善放音的效果。

[0020] 本发明中的降噪单元是依据如下的心理声学原理进行工作的(即本发明的工作原理)：

[0021] 1、噪声的输出与系统的带宽成正比(即系统的带宽越宽，那么输出的音频信号中所附带的噪声就越大)，因此，如果可以设法使系统的带宽受控变窄，则可使输出的音频信号中的噪声分量相应减小。

[0022] 2、人耳具有掩蔽效应，即在人耳聆听一个声音的感受能力中，声音中较强的分量会掩盖另一种较弱的分量，使其感受不到。对于像音乐和讲话这样的复合信号，有较好的掩蔽效果。一般来说，只要信号源(即音乐和讲话或其他有用的音频信号)的幅度比本底噪声(即信号源中包含的噪声)大29dB，就可以给出足够的掩蔽效果，使人只能听到信号源的声音，而听不到噪声。

[0023] 本发明的基本原理是通过对信号强度和频率分量的检测分析，在小信号、无信号时，使系统的带宽最小，输出噪声最低，随着信号的增大和变化，动态地调整系统的带宽(即最大程度上减小噪声)，同时利用人耳的掩蔽效应，来达到降噪的目的。

[0024] 本发明中的降噪单元由主通道(即降噪通道)和副通道(即控制通道)组成，主通道和副通道的输入端均连接在数模转换器的输出端上，主通道的输出端连接在扬声器上，副通道的输出端连接在主通道的控制输入端上。本实施例中，降噪通道由可变带通滤波器、可控时钟电路(时钟频率可变)组成，用于改变系统的带宽；控制通道由转折频率为6KHz(也可以再4KHz～6KHz之间选用其它值)，斜率为12dB/倍频程的高通滤波器、A/D转换器、中央处理器组成，其中中央处理器可用来检测峰值电平和对峰值进行平均运算，控制通道可根据信号的状况来控制时钟电路的频率。

[0025] 本发明中的可变带通滤波器采用可变带通开关电容滤波器，利用了集成电路中开关电容积分器的时间常数决定于两个电容之比，且与控制信号的时钟周期成正比的特性，在CMOS集成电路中实现开关电容滤波，可以做到精度很高，而且可用时钟进行调谐，调整滤波器的时间常数，也就是调整其带宽。实现可变带宽的滤波器，进而实现系统的降噪。

[0026] 本发明的降噪单元工作过程如下：

[0027] 经数模转换器转换后的音频信号为输入信号，输入信号经转折频率为6KHz、斜率为12dB/倍频程的高通滤波器滤波后(信号检测分析前先通过6KHz，12dB斜率的高通滤波器，是为了保留声音中的高频分量)，输入给A/D转换器，经A/D转换器转换成数字信号后输入给中央控制器，再经过中央控制器对其进行峰值检测和平均运算之后产生一个由输入信号电平和频响决定的控制信号，用于控制可控时钟源电路的输出时钟频率，从而控制降噪通道中的可变带通开关电容滤波器的工作带宽，达到降噪的目的。本实施例中，中央控制器对经A/D转换器转换后数字信号进行峰值检测和平均运算时，通常是对短时内的信号进行计算，即是对一帧信号(或也可成为10～30Ms的信号)进行计算。

[0028] 本发明当无信号输入(即信号间隙)或者小信号输入时，开关电容组成的滤波器工作在最低带宽状态(约600Hz)，此时高频背景噪声被抑制(因为信噪比决定于带宽)。

[0029] 当有信号输入时，经中央处理器对输入信号的峰值检测和平均运算之后的值升高，使得可控时钟源输出频率升高，开关电容滤波器的带宽展宽(使其带宽与有用信号相适应)，但因有用信号的同时增强，足以用有用信号掩蔽噪声，所以感觉不到噪声。

[0030] 请参看附图5和附图6，本实施例中给出一种最简单的一阶低通开关电容为例进行具体说明，其中Φ1和Φ2为工作时钟(即是由可控时钟源电路输出的时钟)。本实施例中，以工作在话音频带(约300Hz～3.4KHz)为例，选用的开关电容滤波器的工作时钟约50KHz～400KHz，当信号的幅度和频响变化时，时钟频率在50KHz～400KHz之间变化，开关电容滤波器的低通转折频率从600Hz变化到4.5KHz。

[0031] 本发明的方法利用了开关电容积分时间常数决定于电路中两个电容之比，(电容的绝对值变化影响不大)，且与工作时钟周期成正比的特性，在实现降噪系统的过程中精度高，实现简单方便，成本低，有较好的价值。