CN2319965Y

CN2319965Y - 一种动态降噪语言处理器

Info

Publication number: CN2319965Y
Application number: CN 97202235
Authority: CN
Inventors: 刘珩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1999-05-19
Anticipated expiration: 2007-03-05

Abstract

本实用新型涉及一种适用于高噪声环境下工作,对输入信号进行识别和处理,将语言信号从噪声中分离出来,并且放大语言信号、抑制背景噪声的动态降噪语言处理器。主要包括能对话音进行放大的语音跟随电路和能够把语言信号同背景噪声区分开来的背景噪声自动监控电路。

Description

一种动态降噪语言处理器

本实用新型涉及一种动态降噪语言处理器，适用于高噪声环境下的工作。该产品属于通信和电子技术应用领域。

在航空航天领域，如飞机、飞行器内部通话器、无线电台、有线电话，人声在噪声环境中不易识别，影响通讯效果；另外，在许多场所，人们采用计算机语言识别***，即用语言来直接控制机器工作。人们发出不同的语言信号，机器就可以执行不同的操作，但是当环境噪声大于65db后，则机器误码率急剧增加，甚至不能正确工作。

本实用新型的目的在于提供一种对输入信号进行识别和处理，将语言信号从噪声中分离出来，并且放大语言信号、抑制背景噪声的动态降噪语言处理器。

本实用新型主要由两个部分组成：语音跟随电路和背景噪声自动监控电路。当输入端有语言信号出现时，背景噪声自动监控电路检出语言信号，语音跟随电路对话音进行放大；当语言信号停止，背景噪声自动监控电路未检出语言信号，语音跟随电路对噪声处于衰减状态，并抑制其输出。即在高噪声环境中，噪声不能通过送话器进入电路，而语言信号能够被放大，从而达到消除噪声的目的。

本实用新型包括由A₅、A₆、A₇三个运算放大器组成的高共模抑制比前置放大电路；由A₄、D₁、D₂和比例放大器A₂、可编程放大器LM146、电压跟随器A₈组成的语音跟随电路和由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成背景噪声监控器。其电路连接关系为：

运算放大器A₅、A₆的同相端接受输入信号，A₅、A₆的反相端通过串联电阻R₁相连，反馈电阻R₂并联在A₆的输出端与A₆反相端之间，反馈电阻R₃并联在A₅输出端与A₅反相端之间，A₅输出端通过与之相串联的电阻R₄与运算放大器A₇的反相端相连，电阻R₅并联在运算放大器A₇的输出端与反相端之间，A₆输出端通过与之相串联的电阻R₆与运算放大器A₇的同相端相连，电阻R₇并联在运算放大器A₇的同相端与地之间；A₇的输出端一路串接有耦合电容C₁接入可编程放大器LM146的同相端，R₈、C₄接在LM146选通线与地之间，R₉串接在LM146选通线与A₃的输出端之间，LM146输出端接A₈的同相端，A₈输出端接输出耦合电容C₂,C₂的另一端接R₁₀、R₁₁组成的电阻匹配网络，可与其他通讯设备直接联接；A₇的输出端另一路经耦合电容C₃与直流电阻R₁₂串联，接到A₄同相端，A₄、D₁、D₂组成对数放大器，对数放大器A₄的输出端经二极管D₃接到比例器A₂的同相端，C_B、R_B接在A₂同相端与地之间，D₃、R_B、C_B组成半波整流电路，R₁₃、R₁₄、C₅组成串联电阻分压电路，R₁₃、R₁₄串联在电源电压与地之间，R₁₃、R₁₄的接点为运放提供静态工作电位。C₅和R₁₄并联，起稳压作用，A₂的反相端与A₃的反相端连接，A₃的输出端与LM146选通线连接；背景噪声监控器由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成，A₂的同相端连接在A1的输出端，A₂的反相端与A₃的反相端连接，B₁接在A₃的同相端与A₂的反相端之间。

本实用新型由于采用语音跟随电路，当输入端有语言信号出现时，可以对话音进行放大；当语言信号停止，对噪声信号抑制其输出。而背景噪声自动监控电路能够把语言信号(由一串正弦波组成)，同背景噪声区分开来(噪声是比较稳定的信号)。

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明；

附图1为本实用新型动态降噪语言处理器的工作原理框图。

附图2为本实用新型动态降噪语言处理器的电路原理图。

由图1、图2可知，本实用新型的电路连接关系为：

本实用新型包括由A₅、A₆、A₇三个运算放大器组成的高共模抑制比前置放大电路；由A₄、D₁、D₂和比例放大器A₂、可编程放大器LM146、电压跟随器A₈组成的语音跟随电路和由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成背景噪声监控器；

运算放大器A₅、A₆的同相端接受输入信号，A₅、A₆的反相端通过串联电阻R₁相连，反馈电阻R₂并联在A₆的输出端与A₆反相端之间，反馈电阻R₃并联在A₅输出端与A₅反相端之间，A₅输出端通过与之相串联的电阻R₄与运算放大器A₇的反相端相连，电阻R₅并联在运算放大器A₇的输出端与反相端之间，A₆输出端通过与之相串联的电阻R₆与运算放大器A₇的同相端相连，电阻R₇并联在运算放大器A₇的同相端与地之间；A₇的输出端一路串接有耦合电容C₁接入可编程放大器LM146的同相端，R₈、C₄接在LM146选通线与地之间，R₉串接在LM146选通线与A₃的输出端之间，LM146输出端接A₈的同相端，A₈输出端接输出耦合电容C₂,C₂的另一端接R₁₀、R₁₁组成的电阻匹配网络，可与其他通讯设备直接联接；A₇的输出端另一路经耦合电容C₃与直流电阻R₁₂串联，接到A₄同相端，A₄、D₁、D₂组成对数放大器，对数放大器A₄的输出端经二极管D₃接到比例器A₂的同相端，C_B、R_B接在A₂同相端与地之间，D₃、R_B、C_B组成半波整流电路，R₁₃、R₁₄、C₅组成串联电阻分压电路，R₁₃、R₁₄串联在电源电压与地之间，R₁₃、R₁₄的接点为运放提供静态工作电位。C₅和R₁₄并联，起稳压作用，A₂的反相端与A₃的反相端连接，A₃的输出端与LM146选通线连接；背景噪声监控器由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成，A₂的同相端连接在A₁的输出端，A₂的反相端与A₃的反相端连接，B₁接在A₃的同相端与A₂的反相端之间。

本实用新型的工作原理是：输入信号从A₅、A₆的同相端输入，R₁、R₂、R₃分别为A₅、A₆的反馈电阻，A₅、A₆输出的差模信号被由A₇、R₄、R₅、R₆、R₇组成的减法电路放大后，由A₇的输出端输出。交流信号由A₇的输出端分两路传输：一路经耦合电容C₁传入可编程放大器LM146的同相端，另一路经耦合电容C₃经直流电阻R₁₂传入A₄同相端。交流信号进入A₄同相端后，被由A₄、D₁、D₂组成对数放大器处理。该对数放大器的灵敏度由R₁₂、 C₃的取值分别决定；对数放大器反馈元件D₁、D₂能提供对数增益曲线，这就扩大了输入信号电平范围；因为输入、输出的关系是对数关系，电路对输入的小信号具有提升放大的作用，而对于输入的大信号又具有压缩作用。交流信号由对数放大器输出后，经过由D₃、R_B、C_B组成半波整流电路，把交流信号变成直流信号，这个直流信号对电容C_B进行快速充电，充电时间控制在1ms以内，放电时间取决于C_B和R_B的值。C_B、R_B取值合适，C_B上的电平值能跟随输入信号电平值的变化。R₁₃、R₁₄、C₅组成串联电阻分压电路，R₁₃、R₁₄的接点为运放提供静态工作电位。C₅和R₁₄并联，起稳压作用。信号经放大器A₁放大后，进入由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成的背景噪声监控器，它能够把语言信号(由一串正弦波组成)，同背景噪声区分开来(噪声是比较稳定的信号)，把代表平均背景噪声的电压电平存储在A₂反相端的电容C_A中，C_A取值较大，R_A·C_A的时间常数较大(4～5秒)，A₂反相端C_A上的电压被送到发送检测比较器A₃的反相端。R₈、R₉、C₄组成V/I转换电路。将A₃输出的电压变化量变为电流控制量。可编程放大器LM146的工作状态取决于比较器A₃的状态。当A₃有控制信号(A₃正饱和为5V直流电压)，LM146处于工作状态；当A₃无控制信号(A₃负饱和输出为0V),LM146处于衰减状态。A₈为电压跟随器，作为语言处理器的输出级，具有语言跟随和电流放大的作用。A₈输出端接输出耦合电容C₂,C₂的另一端接R₁₀、R₁₁组成的电阻匹配网络，可与其他通讯设备直接联接。

本实用新型的工作过程是：在没有语言信号的情况下，由于A₃同相端接受了比反相端低的电压电平(约低40mv)，因此比较器A₃处于负饱和状态，输出为低电平，可编程放大器处于衰减状态。进入前置放大器的噪声信号不能传输。当有语言信号电平送到输入端时，经A₁比例放大后输出，语言信号电平在A₂反向输入端的电压(即C_A上的电压)改变之前，到达发送检测比较器A₃的同相输入端，使A₃变为正饱和，比较器A₃输出变为高电平，产生控制电压信号，可编程放大器处于放大状态，输出语言信号。当一句话讲完，A₃同相输入端的电平又立即低于噪声电平存储值，A₃变为负饱和，A₃输出为低电平，可编程放大器又处于衰减状态。当背景噪声变化时，噪声电平存储值也随之变化，在没有语言信号输入时，A₃反相端总是比同相端低40mv，A₃处于负饱和，使可编程放大器处于衰减状态。即使背景噪声声级很大时，电路仍能可靠工作。

实验表明，人耳对小于1ms的脉冲干扰信号是不敏感的。在瞬间响应中，假设干扰信号发生的时间小于1ms，人耳的作用相当于一个积分器不能听到这类干扰噪声。根据这一特性，在设计电路时，选用工作速度高的元件以保证电路的工作速度。当语言信号作用时，可编程电路在小于1ms时间内，由衰减状态转换成放大状态，当作用信号消失后，在60～200ms内，可编程电路由放大状态转换成衰减状态。人耳感觉不到可编程放大器的状态转换过程。语言很容易通过电路，而噪声则不能通过。该电路对噪声电平衰减平均达20db。

动态降噪语言处理器主要技术指标如下：

1．电路增益为30db，频带宽度为300～3400HZ。

2．送话器输入阻抗范围为40～300Ω，动圈式送话器。

3．电源工作电压为5V，静态工作电流为5～7mv。

4．在125db以下的噪声环境中可靠工作，不需任何调节。

5．工作温度：-40℃～+85℃。

Claims

1．一种动态降噪语言处理器，其特征在于：

该处理器包括由A₅、A₆、A₇三个运算放大器组成的高共模抑制比前置放大电路；由A₄、D₁、D₂和比例放大器A₂、可编程放大器LM146、电压跟随器A₈组成的语音跟随电路和由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成背景噪声监控器；其电路连接关系为：

运算放大器A₅、A₆的同相端接受输入信号，A₅、A₆的反相端通过串联电阻R₁相连，反馈电阻R₂并联在A₆的输出端与A₆反相端之间，反馈电阻R₃并联在A₅输出端与A₅反相端之间，A₅输出端通过与之相串联的电阻R₄与运算放大器A₇的反相端相连，电阻R₅并联在运算放大器A₇的输出端与反相端之间，A₆输出端通过与之相串联的电阻R₆与运算放大器A₇的同相端相连，电阻R₇并联在运算放大器A₇的同相端与地之间；

A₇的输出端一路串接有耦合电容C₁接入可编程放大器LM146的同相端，R₈、C₄接在LM146选通线与地之间，R₉串接在LM146选通线与A₃的输出端之间，LM146输出端接A₈的同相端，A₈输出端接输出耦合电容C₂,C₂的另一端接R₁₀R₁₁组成的电阻匹配网络，可与其他通讯设备直接联接；A₇的输出端另一路经耦合电容C₃与直流电阻R₁₂串联，接到A₄同相端，A₄、D₁、D₂组成对数放大器，对数放大器A₄的输出端经二极管D₃接到比例器A₂的同相端，C_B、R_B接在A₂同相端与地之间，D₃、R_B、C_B组成半波整流电路，R₁₃、R₁₄、C₅组成串联电阻分压电路，R₁₃、R₁₄串联在电源电压与地之间，R₁₃、R₁₄的接点为运放提供静态工作电位。C₅和R₁₄并联，起稳压作用，A₂的反相端与A₃的反相端连接，A₃的输出端与LM146选通线连接；

背景噪声监控器由A₂、A₃、C_A、R_A、B₁等器件组成，A₂的同相端连接在A₁的输出端，A₂的反相端与A₃的反相端连接，B₁接在A₃的同相端与A₂的反相端之间。