FM31系列數(shù)字語音處理芯片在雙向降噪手機中的應(yīng)用

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字語音處理技術(shù)越來越成為發(fā)展的潮流。一方面，移動設(shè)備向輕薄小型化發(fā)展；另一方面，設(shè)備包含的功能單元越來越多，如GSM和TD-SCDMA雙模制式，藍(lán)牙和WiFi，設(shè)備對抗擾的要求越來越高。數(shù)字麥克風(fēng)拾音技術(shù)可以消除系統(tǒng)各種射頻干擾對語音通信產(chǎn)生的噪聲。在各種應(yīng)用場合，手機用戶期望在嘈雜的環(huán)境內(nèi)，能使本方的語音清晰地傳送給對方，同時可以聽清楚對方的聲音。雙向噪聲抑制技術(shù)和清晰語音引擎可以實現(xiàn)清晰語音通信。

影響語音通話質(zhì)量的噪聲干擾，通常包含近端本地的外在環(huán)境噪聲干擾和遠(yuǎn)端無線傳輸夾雜在語音中的噪聲干擾。外在環(huán)境噪聲影響包含兩個方面：由于聲音的遮蔽效應(yīng)，周圍環(huán)境噪聲會影響本地聽者，當(dāng)噪聲足夠大時，甚至無法聽清對方的聲音；環(huán)境噪聲混雜在語音中，經(jīng)過無線傳輸?shù)綄Ψ降穆犕仓?，使對方難以聽懂。針對這些干擾，需要相應(yīng)的技術(shù)來抑制噪聲，增強語音，實現(xiàn)清晰語音通信。富迪科技（Fortemedia）公司推出的FM31系列芯片是專門針對手機市場推出的基于公司陣列麥克風(fēng)(SAM)專利技術(shù)，全數(shù)字接口和數(shù)字處理的清晰語音處理芯片。數(shù)字陣列麥克風(fēng)技術(shù)采用空間濾波、DSP處理技術(shù)，實現(xiàn)心形的試音區(qū)域，定向、定距拾取本地聲音信號，抑制了周圍環(huán)境噪聲，消除聲學(xué)回聲，提升上行通話質(zhì)，使對方獲得清晰的語音。清晰語音引擎（BVE）技術(shù)，可以根據(jù)環(huán)境噪聲大小，頻譜特性，自動調(diào)節(jié)聽筒中的下行語音的音量和頻譜能量，使本地用戶能夠聽清楚。同時，對于對方送過來的語音進行消噪，減小本地噪聲。

FM31系列芯片主要功能及特點
專門針對手持設(shè)備設(shè)計，采用130nm優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，超低功耗，數(shù)字和核工作電壓1.2V，輸入輸出電源1.8V，輸入/輸出引腳可以承受3.3V；典型功耗25mW，采用24個引腳的QFN封裝，引腳間距0.5mm，外形尺寸4mm×4mm；內(nèi)建鎖相環(huán)（PLL），支持多種時鐘輸入。

FM31系列芯片是全數(shù)字接口和數(shù)字處理芯片，外圍元器件非常少。獨有的數(shù)字麥克風(fēng)（PDM）接口支持一個或兩個全指向的ECM或MEMS數(shù)字麥克風(fēng)陣列。兩路數(shù)字音頻信號接口可以配置成內(nèi)部集成電路聲音（I2S）或脈沖編解碼（PCM）接口，正常處理模式支持8kHz或16kHz的音頻數(shù)字信號，直通模式支持48kHz的多媒體音樂信號。主機通過串行主機接口（SHI）總線下載參數(shù)，控制芯片。手持模式支持定向，定距近場拾音，抑制外在環(huán)境噪聲，上行噪聲抑制最大可達(dá)35dB；清晰語音引擎（BVE）可以根據(jù)本地環(huán)境噪聲強度和頻譜特性，提升手機下行接收器的音量和頻譜，實現(xiàn)清晰語音功能。免提模式支持遠(yuǎn)距離拾音，動態(tài)范圍控制可以改善語音可懂度，提升全雙工性能。

FM31在手機平臺中的設(shè)計和應(yīng)用
系統(tǒng)連接：根據(jù)手機平臺模擬基帶和數(shù)字基帶之間的數(shù)字音頻接口格式，是否有CODEC芯片等，采用相應(yīng)的連接方式。例如，愛立信手機平臺（EMP）有兩個I2S接口，可以將FM31置于模擬基帶和數(shù)字基帶之間（見圖1）。當(dāng)使用模擬陣列麥克風(fēng)時，兩路信號經(jīng)過模擬基帶芯片放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理以后，分別在I2S的左右通道輸出到FM31的I2S輸入引腳RxDc。當(dāng)使用數(shù)字麥克風(fēng)時，拾取的近端信號經(jīng)過陣列數(shù)字麥克風(fēng)放大并轉(zhuǎn)換成PDM信號，從FM31的PDM輸入引腳輸入。經(jīng)過數(shù)字信號處理器時域和頻域的回聲消除和噪聲抑制，從TxDp送到數(shù)字基帶，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到對方。下行信號從數(shù)字基帶I2S輸入到FM31的RxDp，作為回聲消除的參考信號，同時，經(jīng)過噪聲抑制和清晰語音引擎得處理，從TxDc送到模擬基帶，模擬基帶模數(shù)裝換后放大推動聽筒或喇叭。當(dāng)使用外置音頻編解碼器時，使用圖2所示的連接方式。

圖1 FM31系列芯片在EMP手機平臺典型應(yīng)用