FM1182實現便攜式麥克風系統(tǒng)

　　 引言

　　設法從噪聲污染的語音信號中濾除噪聲， 提高語音信號的信噪比就成為語音消噪研究中的一個重要方向。現在大量技術被用于抑制信道中的噪聲干擾， 以提高通信的質量。

        該系統(tǒng)主要是用于對信源部分的背景噪聲進行處理。采用了美國富迪公司的FM1182 為核心芯片， 以MAXIM 公司MAX9812L 芯片為輔助芯片。電路采用雙麥克風作為輸入， 分別用于拾取純噪聲和混有背景噪聲的語音信號。兩路信號最終在FM1182 內部的DSP 芯片處進行處理， 得到消噪之后的信號。DSP 芯片具有穩(wěn)定性好，精度高的特點， 16 位處理器可以達到10- 5 的精度。此系統(tǒng)的供電電壓在3 V 左右， 功耗低， 可以采用一對7 號電池進行供電， 充分地體現了便攜性的特點。

　　1 消噪方案的選擇

　　對于消噪麥克風系統(tǒng)的設計， 曾考慮過3 種方案。

　　方案1: 采用麥克風陣列技術。采用延時累加波束法， 通過延時控制補償從聲源到每個麥克風的延時，對每個麥克風接收到的信號進行校正。此方法分為3 個部分， 即時間延遲估計、時間延遲補償及累加部分。但實際應用中信噪比的增加與麥克風的關系為10log10 M( M 為麥克風數量)， 需要較多的麥克風以獲得較高的消噪性能， 在便攜性以及能耗、成本等方面均不符合本設計的要求。

　　方案2: 采用雙麥克風反向消噪原理。用麥克風分別拾取帶有背景噪聲的語音信號和純噪聲信號， 2 個麥克風相距1 m 以內， 以保證噪聲的高相干性。先對信號分別進行300~ 3 400 Hz 的前置濾波， 然后通過減法器電路， 做相消處理得到降噪信號。該系統(tǒng)采用 ±5 V穩(wěn)壓電源。但在測試中發(fā)現， 由于較低的集成度， 過多的器件與走線， 導致內部自激噪聲， 線路串擾噪聲等相互疊加， 最終使信號的質量變得很差。 ±5 V 的供電使系統(tǒng)能耗較大， 并降低了靈活性。

　　方案3: 該方案由方案2 的改進而來。為了提高電路的集成度， 采用較少的元件實現消噪功能。經過對比性能以及價格、體積、能耗的綜合指標， 最終選擇了FM1182 作為電路的核心芯片。同時在前置放大電路中， 采用了高信噪比、低能耗的MAX9812L 芯片。元件集成度的提高， 以及總體數量的減少， 大大提高了電路的可靠性， 減小了電路的體積， 增加了便攜性。同時采用低能耗的芯片， 使電路可采用3 V 左右的小電源低電流驅動， 使用時間更長， 靈活性大大提高。故最終選擇了方案3。

　　2 硬件系統(tǒng)設計

　　FM1182 是美國富迪科技公司最新推出的低功耗高性能的芯片。FM1182 為語音接口市場提供了一個最優(yōu)化的方案。應用包括車載具有典型應用時30~35 mW的極低功耗。通過兩條途徑達到低功耗： 首先，集成硬件加速器幫助主數字信號處理器卸載高強度處理， 允許芯片工作在最佳的速度; 其次， FM1182 采用富迪科技的專利AMBIN 語音處理算法， 確保最高的效率。對于功率有限的便攜設備， FM1182 提供一個合適的有回聲消除和噪聲抑制的方案， 它具有高度集成度單芯片， 極低功耗( 30~ 35 mW) , 強大的AEC ( 聲學回聲消除) ( 60 dB) , 出色的全雙工性能， 差分輸入/ 輸出減少射頻( RF) 干擾， 提高抗擾能力， 動態(tài)范圍控制( DRC) 提高聲音的可懂度， 側音消除25~ 35 dB, 消除聲學回聲尾長度覆蓋： 64~ 100 ms, 小尺寸的特點。因此非常符合本電路便攜、低耗、高性能、低價的設計初衷。

　　一般數字消噪過程分為： 拾音、放大、抗混疊濾波、模/ 數轉換， DSP 處理。此設計采用FM1182 為核心處理芯片， MAX9812L 作為輔助芯片。整個工作過程：

　　首先， 含有背景噪聲的語音信號由Mic0 拾取，經過由MAX9812L 芯片構成的高信噪比低功耗放大電路之后， 通過Line_In 接口被輸送給FM1182 芯片。而純噪聲信號由Mic1 吸取， 通過Mic_In 接口進入FM1182 芯片， 兩路信號通過模/ 數轉換之后進入DSP 芯片。消噪算法的代碼存儲在內部存儲器中， DSP 芯片由存儲器中的消噪算法代碼控制進行運算。經過硬件加速器的助推后， 能夠在較小能耗的代價下使DSP 芯片運算速度大幅度提高。經過DSP 芯片處理后的信號為最終信號， 通過數/ 模轉化芯片輸出， 以供后續(xù)使用， 可用于有線或者用于無線通信。便攜消噪麥克風系統(tǒng)結構圖如圖1 所示。

　　圖1 便攜消噪麥克風系統(tǒng)結構圖

　　2. 1 前置麥克風放大電路

　　麥克風前置放大電路采用MAX9812L 芯片制作，內置單個20 dB 固定增益放大器， 尺寸小， 具有業(yè)界頂級水平的100 dB 電源抑制比， 極低的THD + N( 0. 015% ) , 230μ A 工作電流。處于關閉模式時， 可將電源電流及偏置電流總和降低至100 nA，并且可以在2. 7~ 3. 6 V的電壓范圍下工作， 為本產品提供了高信噪比、低能耗、便攜的解決方案。IN 引腳是信號輸入引腳， 聲音通過迷你麥克風轉變成微弱的電流， 芯片通過IN 引腳接收。BIAS 引腳為電壓補償引腳， 能確保在多種供電電壓下正常驅動麥克風工作， 并降低電壓的波動對信號處理的影響。

引腳用來控制控制電路的運行狀態(tài)， 當將

引腳與VCC 連接時， 電路正常工作; 當將

與GND 連接時， 電路處于關閉狀態(tài)。此處， 將

接到電源置高電平。OUT 為輸出引腳， 經過MAX9812L 放大的信號， 由此接口輸出， 供下一級電路處理。此處連接到FM1182 芯片。麥克風前置放大電路如圖2 所示。

　　圖2 麥克風前置放大電路