基于免提開發(fā)平臺(tái)的車載信號(hào)處理與音頻系統(tǒng)

CVC-HFK軟件

CVC-HFK( 清晰語音捕捉—— 免提套件)集成了回聲消除、噪聲抑制、非線性處理等功能，是一套優(yōu)化的HFK 解決方案。CVC-HFK解決方案使用全面的自適應(yīng)子帶方法來改善主要方面的性能，同時(shí)僅占用很少的資源。在汽車環(huán)境中，環(huán)境噪聲是免提系統(tǒng)要克服的主要問題。因此，除了回聲消除功能外，Clarity CVC-HFK還提供了集成的單麥克風(fēng)解決方案(OMS)噪聲抑制算法。OMS解決方案支持自適應(yīng)噪聲消除功能，其可削弱麥克風(fēng)信號(hào)(傳入)中的環(huán)境噪聲，提取所需的語音，并將干凈的話音(傳出)傳輸至遠(yuǎn)端用戶。由于CVC-HFK是完全自適應(yīng)的，因此不再需要過多調(diào)節(jié)。下面，我們將簡介CVC-HFK 解決方案及其主要方面的性能。

1. CVC-HFK AEC

CVC-HFK回聲消除器是“無狀態(tài)”AEC，其采用標(biāo)準(zhǔn)頻率域NLMS算法的一個(gè)變體作為其主要的自適應(yīng)濾波器。我們將在下面說明采用這些方法的好處。首先，子帶頻率域方法可取消關(guān)聯(lián)或白化每個(gè)帶中的輸入信號(hào)，同相當(dāng)時(shí)間域的AEC 相比它可實(shí)現(xiàn)更快的收斂。第二，無狀態(tài)AEC可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的濾波器適應(yīng)，這可改善噪聲環(huán)境中的魯棒性和整體模糊音性能。前面講過在DT情況下麥克風(fēng)信號(hào)中既包含回聲又包含近端話音。近端話音不與回聲信號(hào)相關(guān)聯(lián)，如果沒有進(jìn)程避免它的話就會(huì)造成自適應(yīng)濾波器的發(fā)散。第三，NLMS 可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于輸入振幅的一致收斂。

正由于此，CVC-HFK AEC可獲得典型的40dB ERLE(回聲返回?fù)p耗增益值)，最大可達(dá)50dB ERLE，并可實(shí)現(xiàn)80ms左右的快速收斂時(shí)間，且在大多數(shù)環(huán)境下可進(jìn)行全雙工操作。此外，CVC-HFK AEC為其自適應(yīng)濾波器采用了64ms的尾長，這就在內(nèi)部容量方面實(shí)現(xiàn)了更大的靈活性。

2. CVC-HFK NS( 噪聲抑制器)

CVC-HFK噪聲抑制器是一種利用話音與噪聲特性來幫助從合成噪聲及話音信號(hào)中提取話音的頻率域算法。CVC-HFK NS的兩大主要模塊是語音構(gòu)成分析與語音提取。

語音成份分析模塊采用話音與噪聲的暫時(shí)與相關(guān)屬性來構(gòu)建話音構(gòu)成的可預(yù)測模型。語音提取塊可根據(jù)語音與噪聲模型修改各頻率成份。此外，語音提取塊還可充分利用音質(zhì)原理最小化噪聲底限與感覺的語音失真。

CVC-HFK NS 采用該方案可在噪聲環(huán)境中實(shí)現(xiàn)10-15dB SNR( 信噪比)的改善，同時(shí)還能保持較好的語音質(zhì)量。在SNR 已經(jīng)足夠高的極低噪聲環(huán)境中，因?yàn)橐殃P(guān)閉了NS，不會(huì)發(fā)生語音失真。

3. CVC-HFK NLP( 非線性處理)

由于系統(tǒng)失真增加，因而CVC-HFK NLP最小。由CVC-HFK NLP增加的失真量比諸如中心削波器等標(biāo)準(zhǔn)NLP模塊要低得多，因?yàn)槠涫褂脕碜暂斎肱c誤差信號(hào)的信息來確定額外的衰減。由于所有的CVC-HFK模塊均使用頻率域算法，因而與既使用時(shí)間域又使用頻率域算法的解決方案相比，可以顯著節(jié)約內(nèi)存，并簡化計(jì)算復(fù)雜性。

系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

在將TI-HFK板與蜂窩免提套件相集成時(shí)，要實(shí)現(xiàn)良好的移動(dòng)呼叫還需要數(shù)個(gè)組件與適當(dāng)?shù)慕涌凇?

您必須選擇可與CVC-HFK應(yīng)用軟件和板卡硬件同時(shí)兼容的組件，才能獲得良好的性能。HFK可支持各種不同的擴(kuò)音器、擴(kuò)音揚(yáng)聲器以及車載音響系統(tǒng)。但是，為了減少對(duì)應(yīng)用手冊(cè)的變更，我們已選擇了專用的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)組件，這會(huì)為您的成功調(diào)整帶來很大幫助。從TI-HFK板到蜂窩套件需要三個(gè)連接才能實(shí)現(xiàn)集成：擴(kuò)音器輸入TI HFK板；傳出、已處理過的音頻輸出；輸入、從蜂窩套件接收進(jìn)來的信號(hào)。

下面給出擴(kuò)音揚(yáng)聲器與擴(kuò)音器放置設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議。

1. 擴(kuò)音器的位置和定向?yàn)閷?shí)現(xiàn)最佳的總體麥克風(fēng)性能，在最后將設(shè)備安裝到汽車內(nèi)之前應(yīng)了解一些關(guān)鍵的變量。建議保持?jǐn)U音器和車內(nèi)用戶口腔之間的距離為46cm(18英寸)。建議距離范圍從30至56cm(12-22英寸)。

2. 盡可能避免擴(kuò)音器暴露于氣流(窗戶和風(fēng)扇)；

3. 適當(dāng)考慮擴(kuò)音器大小和安裝方案，使擴(kuò)音器前部可對(duì)準(zhǔn)車內(nèi)用戶的口腔。基于以上考慮，在圖3的幫助下，您可以選擇最佳的擴(kuò)音器位置。首先，請(qǐng)遵循優(yōu)先考慮區(qū)域1、2和3中的建議。一旦做出決定，您就可用金屬板或維可牢尼龍帶固定擴(kuò)音器，可將線纜連接回電子設(shè)備處以端接。隨后應(yīng)保證線纜的隱蔽性，保持美觀，此外還要保持線纜固定，不會(huì)被擠壓或打結(jié)。最后，應(yīng)避免并行線纜與天線接頭和其它帶噪聲的線纜相連接。

4. 揚(yáng)聲器位置建議在適當(dāng)位置安裝揚(yáng)聲器，以便提供良好的語音性能，同時(shí)不干擾擴(kuò)音器拾波區(qū)域。拾波區(qū)域?yàn)?30度錐形體，從擴(kuò)音器正面起，向外突出至汽車駕駛?cè)藛T。

圖3：揚(yáng)聲器的放置

揚(yáng)聲器應(yīng)位于距麥克風(fēng)至少1米處(3英尺)。揚(yáng)聲器應(yīng)遠(yuǎn)離麥克風(fēng)的拾波區(qū)域，以減少回聲反饋的幾率。理想情況下，揚(yáng)聲器應(yīng)位于擴(kuò)音器正面方向之后或成90度。揚(yáng)聲器的聲音失真大小會(huì)對(duì)回聲造成直接的負(fù)面影響。

本文小結(jié)

免提系統(tǒng)的使用不斷普及，用戶也期待著性能會(huì)不斷提高。鑒于HFK 實(shí)施存在多種可用選擇，顯而易見，把軟件算法和硬件信號(hào)處理器集成是一項(xiàng)周到的舉措，這將非常有利。HFK開發(fā)套件可以應(yīng)付上述所有問題，并給開發(fā)或銷售上述產(chǎn)品的人員帶來益處。帶有AEC與CVC-HFK的TI TMS320C5407開發(fā)套件可提供所需的靈活性和高性能，并可快速而廉價(jià)地將HFK 解決方案推向市場。