具有回声消除功能的数字麦克风、电子终端及数字麦克风系统的制作方法

本发明涉及音频数据处理领域，特别是涉及一种具有回声消除功能的数字麦克风、电子终端及数字麦克风系统。

背景技术：

1、随着科技的蓬勃发展，高清通话变成了日常人们远程交流的基本要求，不管是通话还是视频聊天，亦或是公司同事远程会议，均希望能有纯净的聆听体验。而回声问题经常成为这些场景的主要麻烦，如会议因回声导致无法听清对方的声音，智能交互设备甚至会被回声激活启动，执行不期望的命令，更有甚至回声反馈到一个反馈系统中，导致的啸叫刺耳声音，更是损害人的听力。因此解决回声问题，对日常交流沟通体验有很大的提升。

2、传统实现回声消除的系统外部连接如图1，传统方案中数字麦克风主要负责接收外部的音频信号输入，输入信号中包含有本端周围声音以及从播放器件播放出来的远端声音，将其转换成1比特的pdm数字码流，送到codec芯片。codec芯片负责对数字麦克风送来的含有回声信号的音频码流进行回声消除的算法处理，处理完后的音频信号中，仅包含本端周围的声音信号，通过codec送到主控芯片，进而发送到远端设备播放。主控芯片负责接收消除回声后的音频流，发送到远端，同时给codec芯片提供参考音频码流。

3、传统数字麦克风在系统中的位置仅作为声音的拾取传输作用，需要主控芯片对音频信号做进一步的算法处理，比如降噪，回声消除，生源定位、波束形成，噪声抑制等等，处理完的数据再通过数据接口传送到主控芯片。这样的传统方案具有方案复杂、成本较高、芯片间接口多、传输带宽受场景影响且处理延时较长等缺陷。具体到回声消除算法上，就会导致算法的时延过大或者不稳定，从而加大了时延估计的难度，最终引起算法失配、回声消除效果减弱，恶化了用户体验。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有回声消除功能的数字麦克风，用于解决以上现有技术问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有回声消除功能的数字麦克风，包括：第一信号处理模块，用于接收外部输入的声音信号，并转换为电压信号；第二信号处理模块，连接所述第一信号处理模块，用于将电压信号转换为数字信号；回声消除模块，连接所述第二信号处理模块，用于基于远端音频流，对转换的数字信号进行回声消除处理获得无回声音频信号；调制模块，连接所述回声消除模块，用于将所述无回声音频信号进行数字调制处理，获得1比特高速pdm码流信号；信号传输模块，连接所述回声消除模块以及调制模块，用于将获得的1比特高速pdm码流信号作为输出信号发送至所述主控芯片，以通过所述主控芯片发送到远端设备并由播放器件播放；还用于将由主控芯片发送的远端音频流传输至所述回声消除模块。

3、于本发明的一实施例中，述回声消除模块包括：降采样处理子模块、回声消除算法子模块以及升采样处理子模块；其中，所述降采样处理子模块，用于对所述第二信号处理模块输出的数字信号进行降采样处理，获得匹配回声消除算法的处理信号；所述回声消除算法子模块，连接所述降采样处理子模块，用于基于回声消除算法，根据主控芯片发送的远端音频流对所述处理信号进行回声消除获得去回声音频信号；所述升采样处理子模块，连接所述回声消除算法子模块，用于对获得的去回声音频信号进行升采样处理，获得匹配调制模块的无回声音频信号。

4、于本发明的一实施例中，所述降采样处理子模块：降采样滤波单元以及连接所述降采样滤波单元的第一位宽匹配单元；所述降采样滤波单元，用于对所述第二信号处理模块输出的数字信号进行降采样以及低通滤波处理；所述第一位宽匹配单元，用于将所述降采样滤波单元输出的信号匹配为回声消除算法所需的信号位宽，获得匹配回声消除算法的处理信号。

5、于本发明的一实施例中，所述回声消除算法子模块包括：回声计算单元、回声滤除单元以及系数估计单元；回声计算单元，用于接收由所述信号传输模块传输的主控芯片发送的远端音频流，并将该远端音频流作为参考信号，基于自适应滤波器系数对每个时间样本采样点进行回声计算，获得对应的回声估计信号；回声滤除单元，连接所述回声计算单元以及系数估计单元，用于基于所述第一位宽匹配单元输出的处理信号以及所述回声计算单元输出的回声估计信号计算误差信号，并将其作为去回声音频信号输出；还将误差信号发送至系数估计单元；系数估计单元，连接所述回声计算单元，用于基于计算的误差信号进行自适应滤波器系数估计，并更新自适应滤波器系数。

6、于本发明的一实施例中，所述升采样处理子模块包括：第二位宽匹配单元以及连接所述第二位宽匹配单元的升采样滤波单元；所述第二位宽匹配单元，用于将所述回声滤除单元系数估计单元输出的去回声音频信号匹配为调制模块所需的位宽；所述升采样滤波单元，用于对所述第二位宽匹配单元输出的信号进行升采样以及滤波处理，获得无回声音频信号。

7、于本发明的一实施例中，所述回声计算单元通过自适应滤波器进行回声计算。

8、于本发明的一实施例中，所述回声滤除单元通过计算所述第一位宽匹配单元输出的处理信号以及所述回声计算单元输出的回声估计信号之间的差值获得误差信号。

9、于本发明的一实施例中，所所述第二信号处理模块用于对电压信号进行增益匹配，并将增益匹配后的信号利用sigma-delta调制方式进行模数转换处理获得数字信号。

10、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子终端，包括：所述的具有回声消除功能的数字麦克风。

11、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种数字麦克风系统，包括：具有回声消除功能的数字麦克风、主控芯片以及播放器件；其中，所述数字麦克风，用于拾取来自所述播放器件的声音信号，并基于远端音频流对声音信号进行回声消除处理获得1比特高速pdm码流信号，并将其作为输出信号发送至所述主控芯片；所述主控芯片，用于接收来自所述数字麦克风的输出信号，并发送至所述远端设备；还用于将远端音频流发送至所述数字麦克风对声音信号进行回声消除处理；所述播放器件，用于将接收的远端音频流转换为声音信号进行播放。

12、如上所述，本发明是一种具有回声消除功能的数字麦克风、电子终端及数字麦克风系统，具有以下有益效果：本发明提供一种具有回声消除功能的数字麦克风，在数字麦克风内部的回声消除模块对声音信号进行回声消除处理，并将输出信号通过信号传输模块发送至所述主控芯片后，通过主控芯片发送到远端设备，再由播放器件播放。本发明通过将回声消除算法置于数字麦克风内部，显著减小了回声消除算法的处理时延、加强了时延的稳定性，从而提高了时延匹配的准确性，大大提升了算法性能。同时，还释放了主控芯片的算力，加强了整体兼容性。本发明相比传统数字麦克风，在进行回声消除算法时，可以省去codec芯片，从而大大的简化了系统的构架设计降低了使用复杂度，并最终降低了产品的功耗和成本。

技术特征：

1.一种具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述回声消除模块包括：降采样处理子模块、回声消除算法子模块以及升采样处理子模块；

3.根据权利要求2中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述降采样处理子模块：降采样滤波单元以及连接所述降采样滤波单元的第一位宽匹配单元；

4.根据权利要求3中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述回声消除算法子模块包括：回声计算单元、回声滤除单元以及系数估计单元；

5.根据权利要求4中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述升采样处理子模块包括：第二位宽匹配单元以及连接所述第二位宽匹配单元的升采样滤波单元；

6.根据权利要求4中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述回声计算单元通过自适应滤波器进行回声计算。

7.根据权利要求4中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述回声滤除单元通过计算所述第一位宽匹配单元输出的处理信号以及所述回声计算单元输出的回声估计信号之间的差值获得误差信号。

8.根据权利要求1中所述的具有回声消除功能的数字麦克风，其特征在于，所述第二信号处理模块用于对电压信号进行增益匹配，并将增益匹配后的信号利用sigma-delta调制方式进行模数转换处理获得数字信号。

9.一种电子终端，其特征在于，所述电子终端包括：如权利要求1至8中任一项所述的具有回声消除功能的数字麦克风。

10.一种数字麦克风系统，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的具有回声消除功能的数字麦克风、主控芯片以及播放器件；

技术总结本发明提供一种具有回声消除功能的数字麦克风、电子终端及数字麦克风系统，在数字麦克风内部的回声消除模块对声音信号进行回声消除处理，并将输出信号通过信号传输模块发送至所述主控芯片后，通过主控芯片发送到远端设备，再由播放器件播放。本发明通过将回声消除算法置于数字麦克风内部，显著减小了回声消除算法的处理时延、加强了时延的稳定性，从而提高了时延匹配的准确性，大大提升了算法性能。同时，还释放了主控芯片的算力，加强了整体兼容性。本发明相比传统数字麦克风，在进行回声消除算法时，可以省去CODEC芯片，从而大大的简化了系统的构架设计降低了使用复杂度，并最终降低了产品的功耗和成本。技术研发人员：杜亮受保护的技术使用者：瑶芯微电子科技（上海）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12