引言
隨著(zhù)數字信號處理(DSP)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以數字信號處理器及相關(guān)算法為技術(shù)的數字降噪聲技術(shù)也不斷出現。本文提到的JK-DP50型數字降噪聲處理器就是應用數字信號處理器DSP技術(shù)及高速實(shí)時(shí)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(huà)音和噪音進(jìn)行處理，完成高噪聲環(huán)境中的語(yǔ)音通信功能，使話(huà)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(shí),降噪聲模塊斷開(kāi)，信號直接通過(guò)；控制信號(CON)為低電平(0V)時(shí),降噪聲模塊接入,進(jìn)行降噪聲處理。
● 輸入端參數 直通時(shí)為100～600mV；降噪時(shí)為25～200mV；輸入阻抗為10kΩ。
● 輸出端參數 直通時(shí)為100～600mV；降噪時(shí)為25～200mV；輸入阻抗為600Ω。
● 輸出頻響特性 輸入為100mV時(shí)，斷續比為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(shí)，斷續比為1:1正弦波信號與輸入100mV持續的白噪聲信號時(shí)模塊輸出的比不小于30DB 。
JK-DP50的工作原理
本文中JK-DP50型數字降噪聲處理器主要完成在高噪聲環(huán)境下話(huà)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(lái)決定，控制特別靈活，可由監控單元直接來(lái)控制。CON為低電平(0V)時(shí)，降噪聲模塊接入，進(jìn)行降噪處理；CON為高電平(+5V)時(shí),降噪聲模塊斷開(kāi)，信號直接通過(guò)。降噪狀態(tài)時(shí)，CON為低電平，晶體管V4截止，繼電器K1處于常閉狀態(tài)，話(huà)音信號和環(huán)境噪聲通過(guò)話(huà)筒輸入，送到數字信號處理DSP的27、28腳，把話(huà)音和環(huán)境噪聲進(jìn)行放大，增益由R15和R14來(lái)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(guò)A/D轉換后，變成12位的數字信號進(jìn)入DSP的運算單元，DSP在前3秒中測試出周?chē)h(huán)境噪聲的大小，并建立相關(guān)數學(xué)模型，然后按給定的算法處理話(huà)音和噪聲，把處理后的結果經(jīng)過(guò)數據總線(xiàn)送到D/A，經(jīng)放大器U2：A，電容C29和電阻R33組成的平滑濾波器，進(jìn)行平滑濾波后送到放大器U2：B，放大器的作用是為了滿(mǎn)足相連設備的輸入要求。直通狀態(tài)時(shí)，CON為高電平，晶體管V4導通，繼電器K1處于吸合狀態(tài)，話(huà)音信號和環(huán)境噪聲通過(guò)話(huà)筒輸入，不經(jīng)過(guò)DSP直接送到平滑濾波器，進(jìn)行平滑濾波后送到放大器U2：B。
降噪模塊中DSP的選擇
在實(shí)現降噪處理時(shí)，選擇數字信號處理芯片DSP是非常重要的一環(huán)。DSP芯片要根據降噪處理的軟件算法和實(shí)際的系統要求來(lái)選擇。首先，應該考慮是選用浮點(diǎn)還是定點(diǎn)DSP；其次，根據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的數量、外部可擴展的程序和數據空間、總線(xiàn)接口、I/O接口、封裝形式等因素。本文設計的數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(diǎn)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(shí)鐘。
降噪模塊中DSP的選擇
數字降噪聲處理器是采用回波對消的原理�；夭▽ο捎昧俗赃m應噪聲對消的技術(shù)，自適應噪聲對消系統的方框圖見(jiàn)圖2。
自適應噪聲對消系統的輸入分兩路，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(guān)，n0與n1相關(guān)，且它們都是零均值平穩隨機過(guò)程，則系統的輸出等于誤差信號，其中是噪聲n1通過(guò)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，希望系統的輸出通過(guò)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(shí)，=n0，故輸出為有用信號，噪聲n0被消除，達到降噪的效果。
系統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(guò)調整濾波器權系數來(lái)實(shí)現的。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(jīng)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(guān)特性和功率譜密度特性，在LMS算法的基礎上作適當的修正才能達到最佳的降噪效果。
自適應濾波器主要完成對輸入信號中的噪聲進(jìn)行估計，并把估計值與輸入信號相減，但不是一般的代數相減，而是有一套相應的軟件算法，如相關(guān)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(gè)自適應濾波器實(shí)現的復雜性通常是由它所需要的乘法次數和階數來(lái)衡量。
JK-DP50型數字降噪聲處理器采用了120階自適應濾波器。根據噪聲的自相關(guān)特性和功率譜密度性，軟件上除了采用傳統對稱(chēng)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(jìn)行估計，即對采樣編碼的16個(gè)值進(jìn)行平方累加，求出其平均功率值進(jìn)行比較，比較后的誤差信號與設定的噪聲門(mén)限值進(jìn)行相除，結果若大于1，則調整濾波器的權系數，使權系數變小，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，使權系數變大，信號的輸出幅度變小。在數字信號傳輸過(guò)程中，為了避免回波的影響，必須采取回波抵消技術(shù)。
結束語(yǔ)
JK-DP50數字降噪模塊易于加密；軟件采用自適應濾波算法，數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(huà)音平穩，無(wú)漏字和噪聲拖尾現象；在整個(gè)話(huà)音頻段300～3400Hz內，降噪量均衡；可通過(guò)改變軟件算法，來(lái)滿(mǎn)足不同的降噪聲的要求，便于產(chǎn)品升級換代。在研制的超短波抗干擾產(chǎn)品與遙控臺的通話(huà)系統中，安裝了兩塊JK-DP50數字降噪聲處理器來(lái)減小回波對話(huà)音的影響，通話(huà)質(zhì)量明顯提高，得到用戶(hù)的一致好評。 |
