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音频会议电话的设计

2014/07/17 Tang

多媒体通信正渗透到人们的日常生活之中,其中视像会议系统一改以往的费时费财的开会方式,将成为今后发展方向。

1 如何实现全双工通话方式

目前电话网的端点到端点之间的连接由二线链路(用户回路)和四线链路(长途增音链路)完成 如图1。

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T/F一1和s1之间是二线链路、T/F-1和T/F-2之间是四线链路(全双工方式通信)、T/F-2和s2之间是二线链路 若sl和s2通话,信号流向是:从s1出来的语音信号一T/F一1一上发送线路一T/F_2一s2 同样从s2发出的语音信号一T/F一2一下发送线路一T,F一1一Sl。由此,若在用户电话机内加装1个类似二线/四线互变换器,再利用分时技术,就可以实现全双工通话,如图2。图中的受话线和送话线受TMS320C50 DSP的控制。

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2 回声产生的原因

在图1电路中,使用了混台变压器,由于阻抗匹配不良,在匹配点会产生信号反射,从而产生回声,这些回声包括近端回声和远端回声。另外,用户电话机也冶产生回波,如图3。由于声波的反射,传声器与扬声器之间的耦台会产生回声,所有这些回声都干扰了自然对话。在最坏情况下,台引起啸叫。

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3 音额会议电话硬件系统电路

考虑到回声算法中需要进行大量的数字运算,所以我们采用TMS320C50 DSP为处理器 图4为音频会议电话的电路框图

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各框图功能如下:

(1)脉{申编码调制(PCM)和编码译码器(CODEC)电路。该部分主要由UJ和U2组成。U1主要完成接收受话信号并送至DSP,U2主要完成接收对方受话信号并选至DSP,同时接收DSP来的语音信号并选至通话方。

(2)DSP和存储器。本电路采用TMS320C50作为处理器,该处理器使用改进的哈佛结掏,允许程序空间和数据空间之间传送数据,它使立即数指令和单元计算结果的于程序之间的调用成为可能。TMS320C50在片内设置了32K 字的Boot ROM,9K × 16字的SARAM 和1056字的双口RAM (DARAM ) DARAM被分成3块,即Bo(512个字)、B-(512个字)、 (32个字),这样使DSP可以更快地处理512个字或1024个字的数据阵列 。另外,宜还允许对存储区进行动态划分:

存储芯片使用的是EPROM 和SRAM 2种。当系统使用On chip的ROM、RAM 及Off—chip SRAM时,DSP可以进入高速运行状态;当使用Off—chip E—PROM 时,DSP进入低速运行状态。DSP可在高、低速运行状态之间变化。

(3)FPGA。该部分电路主要由译码控制电路、时序同步电路和状态电路等组戚。时序同步电路主要产生分时获取语音信号的时序同步控制信号(SYNCLINE和SYNC—ROOM)。它们分别控制U1和U2,同时,还要产生4路时序信号分别送到DSP去同步它的串口工作时序,使DSP与U1和U2之间保持接收/传送之间的同步关系。即当SYNC—LZNE有效时,DSP的DR端接收的是对方送来的语音信号;当SYNC—ROOM 有效时,DSP的DR端接收的是本地麦克风来的语音信号。

(4)脉冲/取音多频存储拨号器。采用MC145412 硅栅单片CMOS集成电路键盘输入,脉冲或双音多频信号输出,它能存储10组18位号码,最后1个号码可以重拨,是有独立的l般音多频拨号器和独立的脉冲拨号器。

(5)二线/四线互变换电路。如图27该部分电路是由光电耦台电路构成的振锋检测电路、摘机信号和二线/四线互变换器组成,主要完成将半取工方式转换为垒取工方式。

4 音频会议电路的软件系统结构

车软件由自检程序、按键识别程序、振铃识别程序、受话处理程序、送话处理程序、回声消除处理程序等组成,其程序流程图如图5。

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为了提高DSP的运行速度来消除回声,我们将程序由Off—chip存储区引导进入On—chip的SARAM 和Off—chip SRAM 中,以便在待机时DSP处于低速运行状态;在通话时,DSP处于高速运行状态对于回声消除程序,首先要估算回声路径的特性,再产生复制的回声,然后从复合语音信号中溅去复制的回声,以获得自然的通话效果。回声路径一般是未知的,而且是随时间变化的 ,为了获得逼真的回声复制信号,要使用自适应的数字滤波器,在程序中我们采用FIR的ADF结构和LMS算法,该程序中1个最关键的算法是如何判断静音。本程序中我们采用2个自适应回声消除器.即近端讲者的回声将被1个自适应回声消除器消除,远端讲者的回声将被另1个自适应回声消除器消除。经过这样处理,通话的自然效果更好。

5 音频会议电话的工作原理

首先,上电初始化,然后检查程序区和数据区的校验和是否正确,同时检查是否转入自捡程序,最后将程序引导进入片内SARAM 中和片外sRAM 中,一切正常则进入受话/通话等待状态。

下面以受话方式来说明其工作原理。当振钤电路检测到有信号时,它就将该信号送到扬声器,扬声器会发出嘟、嘟的声音,这时用户压下ON/OFF键,电路进入受话方式,DSP进入高速运行状态。U2将经U3转换后的受话信号送到DSP,经回声消除程序后,DSP将自然的受话信号送到扬声器,U1接收经麦克风送来的通话信号,然后送到DSP,DSP调回声消除程序处理该信号,然后再送给U2,最后经U3转换后送到对方。由于DSP对受话信号和通话信号的响应是分时响应的,而且速度非常高,以至用户感到该电话是工怍在垒取工方式。工作期间的时序同步关系由FPOA来完成+同时提供监听功能。受话完毕后,压下ON/OFF键+DSP转低速运行状态,电话机又进入通话/受话等待状态。

6 结论
本设计,能使电话问的通信效果(一般都是半双工方式)达到自然对话的效果(垒双工方式),只要使用2部这拌的音频会议电话机,就能开1个小型电话会议,其效果就如同在一个会议室开会。对于较大的会议室,还可以添加长臂式麦克风,以增强自然对话的效果,所以此技术具有非常广泛的经济价值。

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