隨著數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以數(shù)字信號(hào)處理器及相關(guān)算法為技術(shù)的數(shù)字降噪聲技術(shù)也不斷出現(xiàn)。本文提到的JK-DP50型數(shù)字降噪聲處理器就是應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器DSP技術(shù)及高速實(shí)時(shí)處理運(yùn)算的特性，采用獨(dú)特的軟件算法，對(duì)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(biāo)
● 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(hào)(CON)為高電平(+5V)時(shí),降噪聲模塊斷開(kāi)，信號(hào)直接通過(guò);控制信號(hào)(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(shù) 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(shù) 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(xù)比為1:1正弦波信號(hào),在300～3400Hz范圍內(nèi)，不均勻度小于3dB。
● 降噪能力 輸入為100mV時(shí)，斷續(xù)比為1:1正弦波信號(hào)與輸入100mV持續(xù)的白噪聲信號(hào)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(shù)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(hào)CON的電平來(lái)決定，控制特別靈活，可由監(jiān)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(hào)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(hào)和環(huán)境噪聲通過(guò)話(huà)筒輸入，送到數(shù)字信號(hào)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(nèi)的A/D能識(shí)別的幅度，以便A/D能正常轉(zhuǎn)換信號(hào)。模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，變成12位的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入DSP的運(yùn)算單元，DSP在前3秒中測(cè)試出周?chē)h(huán)境噪聲的大小，并建立相關(guān)數(shù)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(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)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(shè)備的輸入要求。直通狀態(tài)時(shí)，CON為高電平，晶體管V4導(dǎo)通，繼電器K1處于吸合狀態(tài)，話(huà)音信號(hào)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(xiàn)降噪處理時(shí)，選擇數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP是非常重要的一環(huán)。DSP芯片要根據(jù)降噪處理的軟件算法和實(shí)際的系統(tǒng)要求來(lái)選擇。首先，應(yīng)該考慮是選用浮點(diǎn)還是定點(diǎn)DSP;其次，根據(jù)軟件算法的復(fù)雜程度，考慮DSP的運(yùn)算速度;此外，還應(yīng)考慮DSP芯片提供的硬件資源和功耗，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量、外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間、總線(xiàn)接口、I/O接口、封裝形式等因素。本文設(shè)計(jì)的數(shù)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(yùn)算速度為40MIPS，集成高速A/D、D/A轉(zhuǎn)換器及16KB的flash存儲(chǔ)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(shù)字降噪聲處理器是采用回波對(duì)消的原理。回波對(duì)消采用了自適應(yīng)噪聲對(duì)消的技術(shù)。
自適應(yīng)噪聲對(duì)消系統(tǒng)的輸入分兩路，A路是有用信號(hào)s混有噪聲n0，即y=s+n0;B路為消噪系統(tǒng)中自適應(yīng)濾波器的參考輸入n1，即x=n1。
設(shè)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(wěn)隨機(jī)過(guò)程，則系統(tǒng)的輸出等于誤差信號(hào)，其中是噪聲n1通過(guò)自適應(yīng)濾波器的估計(jì)值。為了使均方誤差最小，在理想的情況下，希望系統(tǒng)的輸出通過(guò)自適應(yīng)算法使噪聲全部被抵消，只剩下有用信號(hào)，即：
顯然，當(dāng)均方誤差信號(hào)最小時(shí)，=n0，故輸出為有用信號(hào)，噪聲n0被消除，達(dá)到降噪的效果。
系統(tǒng)中的自適應(yīng)濾波器具有跟蹤信號(hào)和噪聲變化的能力，使濾波器的特性也隨信號(hào)和噪聲的變化而變化，以達(dá)到最佳的降噪處理效果。
自適應(yīng)濾波器特性變化是由自適應(yīng)算法通過(guò)調(diào)整濾波器權(quán)系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般情況，自適應(yīng)濾波器由兩部分組成，一是濾波器結(jié)構(gòu)，二是調(diào)整濾波器權(quán)系數(shù)的自適應(yīng)算法。自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)采用橫向型FIR結(jié)構(gòu)。對(duì)帶內(nèi)白噪聲的處理用經(jīng)典的最小均方LMS算法還不能達(dá)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(chǔ)上作適當(dāng)?shù)男拚拍苓_(dá)到最佳的降噪效果。
自適應(yīng)濾波器主要完成對(duì)輸入信號(hào)中的噪聲進(jìn)行估計(jì)，并把估計(jì)值與輸入信號(hào)相減，但不是一般的代數(shù)相減，而是有一套相應(yīng)的軟件算法，如相關(guān)功率的功率譜密度分析等。
自適應(yīng)濾波器采用橫向型結(jié)構(gòu)。
一個(gè)自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性通常是由它所需要的乘法次數(shù)和階數(shù)來(lái)衡量。
JK-DP50型數(shù)字降噪聲處理器采用了120階自適應(yīng)濾波器。根據(jù)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(tǒng)對(duì)稱(chēng)橫向結(jié)構(gòu)的FIR濾波器中的LMS算法外，還對(duì)噪聲和信號(hào)的功率譜密度進(jìn)行估計(jì)，即對(duì)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(hào)與設(shè)定的噪聲門(mén)限值進(jìn)行相除，結(jié)果若大于1，則調(diào)整濾波器的權(quán)系數(shù)，使權(quán)系數(shù)變小，信號(hào)的輸出幅度變大;結(jié)果若小于1，則調(diào)整濾波器的權(quán)系數(shù)，使權(quán)系數(shù)變大，信號(hào)的輸出幅度變小。在數(shù)字信號(hào)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(jié)束語(yǔ)
JK-DP50數(shù)字降噪模塊易于加密;軟件采用自適應(yīng)濾波算法，數(shù)字降噪聲處理器對(duì)噪聲的抑制量一般在30DB以上，而且輸出話(huà)音平穩(wěn)，無(wú)漏字和噪聲拖尾現(xiàn)象;在整個(gè)話(huà)音頻段300～3400Hz內(nèi)，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(jí)換代。在研制的超短波抗干擾產(chǎn)品與遙控臺(tái)的通話(huà)系統(tǒng)中，安裝了兩塊JK-DP50數(shù)字降噪聲處理器來(lái)減小回波對(duì)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(píng)。
