一種實時降噪消音音頻處理系統的製作方法

2024-04-01 18:12:05 2

專利名稱：一種實時降噪消音音頻處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種減少噪音的處理系統，更具體地說，是一種實時降噪消音的音頻處理系統。
背景技術：
在室內，聲波從聲源到達人耳的鼓膜，其中的家具，電器，燈具，窗簾等對聲波起了散射和衍射的作用，而這些器具使聲波的反射作用大大降低，甚至基本可以忽略不計，從信號處理角度來看，它們就相當於一濾波器，散射和衍射的特性可由濾波器的傳輸函數來描述。生活中我們經常會遇到這樣的情況當自己想安安靜靜的呆一會或者看書學習時，家人的電視聲或者音樂聲總是會干擾我們，給我們帶來極大的不便和煩惱。為了免除外界的聲音幹擾，現在的市面上出現了很多降噪消音的耳機，這些耳機主要是依靠採集先前時刻點的環境噪音，來預測估計當前時刻點的環境噪音，並產生與之對應的反相波來達到消音的目的，對於一些非周期的隨機信號，由於無法做到實時地精準預測其信號幅度、頻率、相位， 因此就不能產生與之相對應的反相波，導致消音作用甚微
發明內容由於現有技術存在的上述問題，本實用新型提出一種實時降噪消音音頻處理系統，其可有效地解決上述問題。為了實現上述目的，本實用新型採用了以下技術方案本實用新型提出一種實時降噪消音音頻處理系統，包括一上行模塊和一下行模塊，上行模塊包括一模擬信號轉換數位訊號模塊，音頻模擬信號經該模擬信號轉換數位訊號模塊處理後傳輸給一數位訊號處理模塊，該數位訊號處理模塊將信號加窗和延遲處理後經數位訊號轉換模擬信號模塊轉換，並傳輸給揚聲器，同時加窗後的信號還經過數位訊號處理模塊中的傅立葉變換處理後，暫存，輸送到下行模塊的數位訊號處理模塊中的傳輸函數和傅立葉反變換；下行模塊包括一採集聲波信號的耳機內置麥克風，其與模擬信號轉換數位訊號模塊連接，將信號處理後輸送到數位訊號處理模塊中的緩衝模塊並經加窗和傅立葉變換後，與上行模塊中暫存數據經系統處理後得到傳輸函數，再通過傅立葉反變換和延遲調整、延遲微調，將信號傳輸給數位訊號轉換模擬信號模塊後輸送到一耳機揚聲器。作為本實用新型的進一步特徵，下行模塊的揚聲器上還包括一用戶音頻接口。由於採用以上技術方案，本實用新型的一種實時降噪消音音頻處理系統主要適用於普通家庭的DVD、電視機頂盒、電腦等設備，具有實時性好，精度準確等優點。

圖1為本實用新型的一個實施例的結構示意圖。圖中1，上行模塊；2，下行模塊；3，模擬信號轉換數位訊號模塊；4，數位訊號處理模塊；5，加窗；6，延遲模塊；7，數位訊號轉換模擬信號模塊；8，揚聲器；9，傅立葉變換；10，傅立葉反變換；11，麥克風；12，緩衝模塊；13，傳輸函數；14，延遲調整模塊；15，延遲微調模塊；16，用戶音頻接口 ；17，暫存。
具體實施方式
下面根據附圖 和具體實施例對本實用新型作進一步說明如圖1所示，該圖為一種降噪消音音頻處理系統的結構示意圖，包括一上行模塊1 和一下行模塊2，上行模塊1指的是音源的音頻輸出到揚聲器8的路徑，下行模塊2指的是耳機的內置麥克風到耳機揚聲器8的路徑。上行模塊1包括一模擬信號轉換數位訊號模塊3，音頻模擬信號經該模擬信號轉換數位訊號模塊3處理後傳輸給一數位訊號處理模塊4，該數位訊號處理模塊4對數字音頻信號進行採樣，將信號分幀加窗5處理後分為兩路信號，第一路信號幀進行幀移和幀疊後傳輸給一延遲模塊6經數位訊號轉換模擬信號模塊7轉換後傳輸給揚聲器8。第二路信號對加窗5後的各幀經過數位訊號處理模塊4中傅立葉變換9處理後得到每幀的變換結果並經暫存17輸送到下行模塊2的數位訊號處理模塊4中的傳輸函數13和傅立葉反變換10 中。下行模塊2包括一採集聲波信號的耳機內置麥克風11，其與一模擬信號轉換數位訊號模塊3連接，將信號處理後輸送到一緩衝模塊12後經數位訊號處理模塊4處理後得到一傳輸函數13，該傳輸函數13與上行模塊1的暫存17的數據的乘積經傅立葉反變換10後連接一延遲調整模塊14和延遲微調模塊15後將信號經數位訊號轉換模擬信號模塊7處理後輸送到一耳機揚聲器8。為了保證信號平穩性，一幀信號的時間窗長度選為10毫秒 30毫秒，如按採樣速率44. ΙΚΗζ，幀長20毫秒來計算，一幀的點數為882，為滿足FFT算法，希望點數符合2的整數次冪，可適當增加幀長而選用1024個點。延遲模塊6的目的是為了讓下行模塊2有足夠的時間產生相應的反相波。以 Altera公司的straix III系列的FPGA為例，對含有1024個點的一幀做FFT/IFFT的最短時間不超過10微妙，5毫秒的延遲時間可完全滿足要求。其中緩衝模塊12的使用是由於上行模塊1和下行模塊2之間的空間距離問題使得下行模塊2的耳機內置麥克風11開始採集聲波信號的時刻點不能精準地同步於聲波信號到達耳機內置麥克風11的時刻點，因此需要把轉換後的數幀信號存入緩衝模塊12，依靠後繼模塊來檢測出加窗5截取幀的時刻點，進而通過數位訊號處理模塊4求出精準的傳輸函數13。傳輸函數13是由下行模塊2中接收到的當前幀的傅立葉變換9結果和上行模塊 1與之對應暫存幀的傅立葉變換9結果計算得出。計算房間的傳輸函數13可以進行自適應調整，具體方法是對於下行模塊2中的內置麥克風11將要接收到的後繼各幀數據，通過已得出的傳輸函數13和其上行模塊1中對應的暫存幀，來對其進行預測，將預測值和從下行模塊2緩衝模塊12中的加窗5截取的實際幀數據進行比較，如果近似相同，則無需再對傳輸函數13進行調整；如不相同，則調整加窗5截取的時刻點，如此反覆進行，直至相同或近似為止。需要說明的是系統初始化後，第一次加窗5截取的時刻點發生在上行數位訊號轉換模擬信號模塊7完成一幀數據轉換之後，也就是說系統默認的從上行模塊1的揚聲器 8傳至下行模塊1的麥克風11的時間近似為0，在以後的過程中通過加窗5截取時刻點的調整和數據的比對來進行識別，其最終時刻點的偏移量即為音源聲波在室內的傳播時間。由傳輸函數和上行模塊1中當前幀的傅立葉變換9暫存的結果，可以通過傅立葉反變換10求出上行模塊1的揚聲器8發出的聲波信號經過室內傳播後的波形結果，將其相位取反便得到了反相波。延遲調整模塊14是為了讓反相波信號與收聽到的音源波信號能夠完全同步，其延遲時間=音源聲波在室內的傳播時間+上行模塊1的延遲時間(5毫秒)。延遲微調模塊15針對上述模塊中一系列的計算有可能產生的誤差，進行延遲時間的微調，此操作是通過用戶手動調節的，每次調整的時間間隔等於模擬信號轉換數位訊號模塊3的採樣周期，即1 / 44. IKHz= 23微秒。
本實施例中，下行模塊2的揚聲器8上還包括一用戶音頻接口 16。這是一個可選的音頻設備，用戶如需要在進行消音的同時，收聽自己音頻信號時，只需直接將此連接至外圍音頻設備，例如，家長在看電視，小孩想進行英語聽力練習，則只需開啟消音系統，並將此接口連至播放英語的磁帶機，MP3等設備，即可在基本無雜音的環境下進行聽力練習。但是，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括範圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的範圍。
權利要求1.一種實時降噪消音音頻處理系統，包括一上行模塊和一下行模塊，其特徵在於所述上行模塊包括一模擬信號轉換數位訊號模塊，音頻模擬信號經該模擬信號轉換數位訊號模塊處理後傳輸給一數位訊號處理模塊，該數位訊號處理模塊將信號加窗和延遲處理後經數位訊號轉換模擬信號模塊轉換，並傳輸給揚聲器，同時加窗後的信號還經過所述數位訊號處理模塊中的傅立葉變換處理後，暫存，輸送到所述下行模塊的數位訊號處理模塊中的傳輸函數和傅立葉反變換；所述下行模塊包括一採集聲波信號的耳機內置麥克風，其與所述模擬信號轉換數位訊號模塊連接，將信號處理後輸送到所述數位訊號處理模塊中的緩衝模塊並經加窗和傅立葉變換後，與上行模塊中暫存數據經系統處理後得到傳輸函數，再通過所述傅立葉反變換和延遲調整、延遲微調，將信號傳輸給所述數位訊號轉換模擬信號模塊後輸送到一耳機揚聲器。
2.根據權利要求1所述的一種實時降噪消音音頻處理系統，其特徵在於所述下行模塊的揚聲器上還包括一用戶音頻接口。
專利摘要本實用新型公開一種實時降噪消音音頻處理系統，包括上、下行模塊，上行模塊包括模擬信號轉換數位訊號模塊，模擬信號經該模塊處理後傳輸給數位訊號處理模塊，該模塊將信號加窗和延遲處理後經數位訊號轉換模擬信號模塊傳輸給揚聲器，同時加窗後的信號還經數位訊號處理模塊中的傅立葉變換處理後，暫存，輸送到下行模塊的數位訊號處理模塊中的傳輸函數和傅立葉反變換；下行模塊包括麥克風，其與模擬信號轉換數位訊號模塊連接，將信號處理後輸送到數位訊號處理模塊中的緩衝模塊並經加窗和傅立葉變換後，與上行模塊中暫存數據經系統處理後得到傳輸函數，再通過傅立葉反變換和延遲調整、延遲微調後將信號傳輸給數位訊號轉換模擬信號模塊並輸送到揚聲器。
文檔編號H04R3/00GK202095078SQ201120220878
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者呂軍 申請人:呂軍