智慧课堂语音处理装置的制作方法

本申请涉及语音识别与主动降噪领域，具体设计一种智慧课堂语音处理装置。

背景技术：

智慧课堂是一种新型的教育方式，有别于传统授听课方式，它运用现代化手段切入整个教学过程，让课堂变得简单、高效、智能。现在的智慧课堂，基于物联网技术，集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体，可以提供理想的教学环境。在课堂交互活动中，使用电子化设备，例如平板电脑、触摸屏黑板，能够把老师和学生的电子设备的信息(语音、作业等)集合在一起进行处理。目前的智慧课堂设备，在每个学生处有一个终端，可以自动读取学生上课时回答问题的语音，并进行处理(语音识别等)，然后供教师课后分析，然而，当学生同时发言时，每个学生对应的麦克风终端会读入附近多个同学的语音信息，造成语音信息的混扰，同时这种干扰信号与目标信号属于同一类型的声音信号，增加了降噪的难度。目前单通道语音处理实现该功能有很大的局限性，盲源分离是一种良好的降噪手段，盲源信号的分离和定位技术是语音信号处理中的重要分支，该技术能够提取出有用的或特定需要的声源，即使在强噪声环境或者有与目标信号同类型声音干扰的情况下也能抑制噪声，分离出纯净的目标源信号并对其进行定位，然后采用有限脉冲响应滤波器提高系统的噪声抑制能力和稳定性。

如图1-2所示，为现有技术中的一种语音录制电路原理图，通过电磁线圈st-71来完成语音声波信号向电信号的转化，不仅增加了语音信号的抖动程度，同时也引入了电磁干扰，仅仅利用一个三极管vt9012作为功率放大的核心，声音电信号的驱动能力较弱。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的以下问题：

1.现有语音处理技术，难以消除与目标信号同类型的噪声信号，准确度低。

2.现有语音处理技术，难以定位目标信号的位置，难以实现盲源分离。

3.现有语音处理技术，对声波的频率敏感度低，降噪能力弱。

本申请提出智慧课堂语音处理装置，包括前置比较放大模块、信号比较模块、主动降噪消混模块和功率放大模块。

前置比较放大模块，将通过麦克风阵列采集处理的语音信号经过场效应晶体管q2进入前级电路，信号先通过三极管q3，同时输入给两个三极管q1、三极管q4对语音信号进行初步比较判断，其中一路信号通过电阻r8后，使得目标信号和非目标源信号形成差分输入的两组信号，滤除环境和其他语音的共模干扰信号，然后经运算放大器u1对信号进行差分放大，双通道间的差量即所需判断的信号进行放大，场效应晶体管q2、场效应晶体管q5以及三极管q6、双级联三极管q9完全对称，形成了两组电流镜，使得输入给双级联三极管q9的信号时延一致性以及损耗最低，通过两个整流二极管d1、二极管d2形成半波整流，并且将放大后的信号通过电阻r1进行反馈，提高信号稳定性，放大的信号通过相应的滤波处理后经电阻r11输出给下一级。

信号比较模块，通过运算放大器u1进行放大的目标信号以及少量通过双级联三极管q9的非目标信号输入到三极管q10和三极管q11进行比较后分别经过电阻r12和电阻r13，将目标语音信号输出到下一级，非目标信号滤除，达到二次滤除非目标语音信号的作用，消除干扰，提高信号的准确率。

主动降噪消混模块，当目标源信号放大后，流到三极管q10的集电极，混入电路的噪声和非目标源声音流到三极管q11的集电极，目标源信号一路直接输出给下一级，另一路通过电阻r12与混入的非目标信号进行性幅值比较，通过场效应晶体管q15输出给场效应晶体管q16和场效应晶体管q18的栅极，形成与噪声幅值相同，相位相反的反冲信号，以此抵消噪声及非目标信号，达到主动降噪的目的，所需的目标信号已经基本符合要求，通过场效应晶体管q19输出后流到场效应晶体管q14、场效应晶体管q17的栅极降低信号损耗，增强信号幅值。通过主动降噪，消除环境音及室内墙面反射形成的混响，提高了输出语音的质量。

功率放大模块，经降噪处理后的语音信号，通通过电容c10将自适应频谱降噪后的语音信号传入到功率放大电路，过两组镜像电流源场效应晶体管q21、场效应晶体管q24和场效应晶体管q22、场效应晶体管q23提高信号的输出和驱动能力，功率场效应晶体管q21源极和场效应晶体管q24的漏极一直处于高电平状态，能够始终在正半周期和负半周期提供大功率电流输出，弥补信号传输过程中的损耗，增强输出信号的抗干扰能力。

有益效果

1.本申请提出智慧课堂语音处理装置，首先，通过盲源分离手段，实现盲源信号的分离和定位，实现语音信号处理，能够提取出有用的或特定需要的声源，即使在强噪声环境或者有同类型声音干扰的情况下也能抑制噪声，分离出纯净的源信号并对其进行定位，保证语音信号来源的可靠性。

2.通过麦克风阵列波束形成自动检测、定位声源的位置，并对噪声信号进行空间滤波，更加准确地识别声源位置，提高时延估计的准确性。

3.利用主动降噪消混电路实现自适应频谱降噪，消除相干噪声，减少低频段、中频段、高频段的噪声，避免了啸叫及音质存在杂音和混响的问题,提高了音频信号质量，最后通过功率放大电路提高信号的驱动能力及可辨识度。

附图说明

图1为现有技术中的语音处理电路。

图2为现有技术中的语音处理电路。

图3为本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图3所示，本申请提出智慧课堂语音处理装置，包括前置比较放大模块、信号比较模块、主动降噪消混模块和功率放大模块。

前置比较放大模块，将通过麦克风阵列采集处理的语音信号经过场效应晶体管q2进入前级电路，信号先通过三极管q3，同时输入给两个三极管q1、三极管q4对语音信号进行初步比较判断，其中一路信号通过电阻r8后，使得目标信号和非目标源信号形成差分输入的两组信号，滤除环境和其他语音的共模干扰信号，然后经运算放大器u1对信号进行差分放大，双通道间的差量即所需判断的信号进行放大，场效应晶体管q2、场效应晶体管q5以及三极管q6、双级联三极管q9完全对称，形成了两组电流镜，使得输入给双级联三极管q9的信号时延一致性以及损耗最低，通过两个整流二极管d1、二极管d2形成半波整流，并且将放大后的信号通过电阻r1进行反馈，提高信号稳定性，放大的信号通过相应的滤波处理后经电阻r11输出给下一级。

具体而言，所述前置比较放大模块中输入端口input与场效应晶体管q2的栅极连接，三极管q3的集电极分别与场效应晶体管q2的漏端、场效应晶体管q5的漏端连接，基极分别与电容c1的一端、电阻r6的一端、电阻r5的一端连接，电容c1的另一端接地，电阻r6的另一端接地，电阻r5的另一端与电容c3的一端连接，电容c3的另一端分别与三极管q4的基极、三极管q1的基极、电位器r8的滑片端连接，三极管q3的发射极与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端接地，场效应晶体管q5的源端与三极管q4的发射极连接，栅极与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端与三极管q7的集电极连接，三极管q1的发射极与场效应晶体管q2的源端连接，集电极分别与电阻r2的一端、比较器u1的2号接口连接，电阻r2的另一端与电容c2的一端、电阻r7的一端、电阻r4的一端连接，电阻r7的另一端与高电平vcc连接，电阻r4的另一端分别与三极管q4的集电极、比较器u1的1号接口连接，电容c2的另一端与电位器r8的一端连接，电位器r8的另一端与高电平vcc连接，三极管q7的基极分别与三极管q6的集电极、电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端与高电平vcc连接，三极管q7的发射极分别与三极管q6的基极、三极管q8的基极连接，三极管q8的集电极分别与双级联三极管q9的基极、电容c6的一端连接，电容c6的另一端分别与双级联三极管q9的集电极、高电平vcc以及二极管d2的负极连接，双级联三极管q9的发射极分别与电容c7的一端、三极管q6的发射极、三极管q8的发射极连接，电容c7的另一端与三极管q8的发射极连接，比较器u1的5号接口与高电平vcc连接，3号接口分别与电容c4的一端、地线连接，电容c4的另一端与基准电压vee连接，二极管d1的正极与高电平vcc连接，负极与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极与电容c8的一端连接，电容c8的另一端接地。

信号比较模块，通过运算放大器u1进行放大的目标信号以及少量通过双级联三极管q9的非目标信号输入到三极管q10和三极管q11进行比较后分别经过电阻r12和电阻r13，将目标语音信号输出到下一级，非目标信号滤除，达到二次滤除非目标语音信号的作用，消除干扰，提高信号的准确率。

具体而言，所述信号比较模块中三极管q12的发射极与高电平vcc连接，基极分别与高电平vcc、二极管d1的正极连接，集电极分别与三极管q10的基极、电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端分别与电阻r13的一端、三极管q11的发射极、三极管q10的发射极连接，电阻r13的另一端分别与三极管q11的基极、三极管q13的发射极、二极管d3的一端连接，二极管d3的另一端接地，三极管q13的基极分别与三极管q11的集电极、二极管d2的负极连接，集电极接地，三极管q10的集电极与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端分别与比较器u1的4号接口、电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端与场效应晶体管q2的栅极连接。

主动降噪消混模块，当目标源信号放大后，流到三极管q10的集电极，混入电路的噪声和非目标源声音流到三极管q11的集电极，目标源信号一路直接输出给下一级，另一路通过电阻r12与混入的非目标信号进行性幅值比较，通过场效应晶体管q15输出给场效应晶体管q16和场效应晶体管q18的栅极，形成与噪声幅值相同，相位相反的反冲信号，以此抵消噪声及非目标信号，达到主动降噪的目的，所需的目标信号已经基本符合要求，通过场效应晶体管q19输出后流到场效应晶体管q14、场效应晶体管q17的栅极降低信号损耗，增强信号幅值。通过主动降噪，消除环境音及室内墙面反射形成的混响，提高了输出语音的质量。

具体而言，所述主动降噪消混模块中场效应晶体管q14的源端与高电平vcc连接，栅极与场效应晶体管q17的栅极连接，漏端分别与场效应晶体管q17的漏端、场效应晶体管q15的源端、场效应晶体管q19的源端连接，场效应晶体管q15的漏端分别与场效应晶体管q16的源端、场效应晶体管q16的栅极、场效应晶体管q18的栅极连接，场效应晶体管q19的漏端与场效应晶体管q18的源端连接，电阻r15的一端与场效应晶体管q16的漏端连接，另一端接地，电容c9的一端与场效应晶体管q15的栅极连接，另一端接地，电阻r16的一端与场效应晶体管q18的漏端连接，另一端接地，电阻r14的一端与场效应晶体管q15的栅极连接，另一端与三极管q10的发射极连接。

功率放大模块，经降噪处理后的语音信号，通通过电容c10将自适应频谱降噪后的语音信号传入到功率放大电路，过两组镜像电流源场效应晶体管q21、场效应晶体管q24和场效应晶体管q22、场效应晶体管q23提高信号的输出和驱动能力，功率场效应晶体管q21源极和场效应晶体管q24的漏极一直处于高电平状态，能够始终在正半周期和负半周期提供大功率电流输出，弥补信号传输过程中的损耗，增强输出信号的抗干扰能力。

具体而言，所述功率放大模块中场效应晶体管q21的源端与高电平vcc连接，栅极分别与场效应晶体管q24的栅极、场效应晶体管q14的栅极、场效应晶体管q21的漏端、场效应晶体管q22的漏端连接，场效应晶体管q24的漏端分别与场效应晶体管q22的栅极、场效应晶体管q23的栅极、场效应晶体管q23的漏端连接，场效应晶体管q22的源端分别于场效应晶体管q20的栅极、电阻r17的一端、电阻r18的一端连接，电阻r17的另一端接地，电阻r18的另一端接地，二极管d4的正极效应晶体管q23的源端连接，负极接地，电容c10的一端与场效应晶体管q21的漏端连接，另一端分别与场效应晶体管q18的源端、场效应晶体管q20的漏端连接，场效应晶体管q20的源端接地，输出端口output与场效应晶体管q21的漏端连接。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。