消回音噪声芯片

gzcdeng123 · 发表于 2016-1-20 11:27:55

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M1188-GA1是采用SAM（小阵列麦克风）技术的SoC（系统芯片），是该公司最新推出的语音处理芯片型号。它提供了更好的噪声抑制和更好的语音质量，以及非平稳噪音抑制和优越的全双工能力。

采用富迪SAM技术的两个麦克风的间距可小于10MM，在技术上已远超常规阵列麦克风的设计，SAM的指向性波束形成技术能精确的形成一个锥状窄波束，只接收说话人的声音同时抑制环境中的噪音与干扰，可以支持O+O和O+U指向，无泄漏，具有灵活的波束角度。

常规ASM技术需特别考虑两个麦克风之间的灵敏度差异和摆放位置，从而对产品的成功设计产生很大障碍.富迪科技丰富的声学知识和完善的工程与生产支持及其产品低功耗特性，能为产品开发厂商将此项新技术用于批量生产提供便利及品质保障。

2，概要
FM1188语音处理器在一个的最终高性能有最新的Fortemedia语音质量改进回声取消和噪声抑制的低功耗单芯片解决方案。提供SAM（小与波束形成的麦克风阵列）技术在FM1188功耗仅35mW能力是理想电池寿命和电源消耗的严格要求的任何便携式应用程序。提供一个小5x5mmBGA封装，FM1188非常适合应用程序包括便携式免提式汽车套件(HFCK)PNDs、笔记本电脑、Tabletpc和VoIP电话。若要实现最低的可能的功率消耗，FM1188功能加快集成的硬件加速器声音与相关的应用程序。这个新的设备被为了达到最低的功率，同时提供最高性能。与一个增强的CODECFM1188提供最佳的语音质量的高信噪比。FM1188提供了优秀的噪声抑制和包括非直线的回波的全双工能力可以

3主要功能
高集成的单芯片解决方案
1.语音处理器的硬件加速器
2.ADC（模拟到数字转换器）
3.DAC（数字到模拟转换器）
4.RAM，ROM
5.片上的麦克风放大器
6.SHI，UART接口连接到外部控制器。���

低功耗高性能
1，较强的音质回声消除(65DB)
2.优势的全双工模式
3.差分i/o操作，减少射频干扰及增加噪音免疫功能
4.动态范围控制，提高语音清晰度（中心）
5.25至35dB的侧音取消
6.声回波尾长度范围：64到100ms
7.Mic_in与Line_in可编程增益放大范围在-2dB，+26dB
8.Line_out与Spk_out可编程增益放大范围在-29dB，+2dB
9.语音处理模式可与各种旁路模式之间进行切换
10.支持两类时钟输入：4.096MHz或13MHz
11.48针BGA和48扁平式封装
FM2018-380芯片基于SAM技术的手机回声消除和噪音抑制解决方案
该公司的FM2018-380芯片是专为手机和消费类应用设计的回声消除和噪声抑制芯片，具有体积小，功耗低，全双工等特点。凭借小型阵列麦克风SAM专利技术，基于DSP(数字信号处理器)技术，利用两个全向式麦克风的阵列摆放，FM2018-380实现了定向、定距离拾取有用声音信号，理想的回音消除和非线性噪声抑制功能，极大提高了话音音质和识别率。

FM2018-380突出的性能优势：
1、在移动通讯设备常规应用嘈杂环境下，ACQUA测试中的客观语音质量TMOS得分为3.8分
2、抑制高达34dB的点源噪声（来自手机正后方位置）
3、高达27dB的平稳噪声抑制，适用于嘈杂的车内环境
4、出色的声学回声消除，回声抑制为54dB，提升免提通话质量（全双工无回声）。
5、业内领先的非稳定噪声抑制收敛时间（仅100毫秒）；远低于最强竞争对手解决方案的秒
6、简易的硬件整合：嵌入式噪声抑制IC，通过模拟输入/输出信号透明连接至O/S
7、功耗低，全功能状态下小于25mW
8、尺寸小，采用22针脚WLCSP封装仅为3.93毫米X2.04毫米
9、麦克风易于各类话机ID设计中装入

SAM技术的四大功能，使它成为目前最优秀的语音处理技术。
第一：指向性波束成形。SAM的指向性波束形成技术能精确的形成一个锥状窄波束，只接收说话人的声音同时抑制环境中的噪音与干扰，可以支持O+O和O+U指向，两个MIC之间的间距小于10.5mm，无泄漏，具有灵活的波束角度。基于这种特性，甚至可以使得笔记本电脑用户一边听音乐，一边进行远程语音通信。

第二：非平稳噪声消除。富迪科技的SAM技术可以消除20dB的非平稳噪音。线性噪音采用传统的方案可以解决，而非线性噪音只有SAM可以解决。

第三：非线性回音消除。富迪科技的SAM技术可以消除65dB的声学回声。非线性回声来自于不规范的音腔设计、机械振动以及过驱动的扬声器等。

第四：防风声功能，仅有SAM技术能解决。SAM可以消除25dB的风声噪声或者支持在4.6m/s风速下高质量通话。

引言
手机用户数量的空前增长，以及使用场合的复杂性，使得环境噪声抑制技术已经成为移动通讯的迫切需求。环境噪声通常包含点噪声和弥散噪声两部分或两者的中和。点噪声距离使用者较近，其幅度和频率的变化较快；弥散噪声则距离使用者较远，而且幅度和频率变化缓慢，如背景噪声。弥散噪声用一个麦克风的技术就可以抑制，而点噪声由于其变化快，需要快速捕捉和抑制，通常需要用两个麦克风阵列进行快速定位，形成空间滤波器快速收敛，并进行噪声抑制(见图1)。本文将以MTK平台为例，介绍FM2018-380在抗噪声手机中的设计要点。

SAM技术设计要
和一个麦克风的手持应用不一样，阵列麦克风需要考虑两个麦克风之间的灵敏度差异和摆放位置(见图2)。两个麦克风之间的距离大于60mm。对于近场信号，主麦克风(靠近使用者嘴)拾取的近场语音信号比参考麦克风(靠近使用者耳)大6dB以上，对于远场信号(超过0.5m的噪声)，主麦克风和参考麦克风拾取的信号基本一致。根据阵列麦克风之间的差异，通过芯片处理，区别对待近场和远场信号，保留近场有用信号，对远场所有方向的噪声进行抑制。

结构设计使两个麦克风的开孔大小一致，保证麦克风腔体的气密性，若有免提通话功能，还需要更多考虑喇叭、麦克风减振等问题。

抗噪声手机的设计
以MTK的手机平台(MT6225、MT6318、MT6319)为例(见图3)，主麦克风(MIC0)和参考麦克风(MIC1)分别需要单独的偏置电路，使用差分信号输入到芯片，麦克风偏置电路需要增加小电容以滤除射频干扰。阵列麦克风信号经FM2018-380处理后，经线路输出(LINE_OUT)，采用假差分电路送到MT6225的麦克风输入端(MICP0，MICN0)，假差分电路可以减少射频干扰和本地噪声。手机免提喇叭的输出差分信号送到芯片回声消除的参考信号输入端(LINE_IN_P，LINE_IN_N)，用于在免提模式下消除回声。

通常需要使用的控制信号包含复位控制(RESET)、省电控制(PWD_LED)和串行主机接口(SHI)。FM2018-380的所有数字引脚可以承受3.3V的电压，可以和MT6225的通用输入输出口(GPIO)直接连接而不需要电压转换。使用通用输入输出口来模拟SHI接口，控制FM2018-380，SHI接口最大支持400kHz的时钟信号，根据时钟速率选择合适的上拉电阻，时钟速率100kHz时电阻R5、R6使用10KΩ，时钟速率400kHz时电阻R5、R6使用2.2KΩ，电阻需要上拉到基带芯片的2.8V电源。

在手机开机以后，复位控制(RESET)保持为低，1.8V稳定以后，省电控制(PWD_LED)为高，MT6225时钟输入到芯片，在省电控制保持5ms以后，复位控制(RESET)变成高，等待10ms使FM2018-380的PLL稳定以后，基带芯片通过SHI口送参数初始化FM2018-380，完成初始化以后108ms，省电控制(PWD_LED)为低，使芯片进入到省电状态(参见图4)。当来电或拨打电话时，基带芯片通过省电控制(PWD_LED)置高唤醒FM2018-380，根据参数0x1E51第12位的值来设定唤醒以后是否要重新下载参数。当值为0时，保存参数，自动恢复到省电之前的工作模式；当值为1时，软件复位，重新下载参数。手持和免提模式切换，需要复位芯片，切换免提或手持模式的参数。

测量手持模式近场语音信号主麦克风(MIC0)和参考麦克风(MIC1)的差别，远场噪声信号主麦克风(MIC0)和参考麦克风(MIC1)的差别，根据两个差别的差值计算空间滤波器的声学模型参数，调整活动语音检测(VAD)的阈值。当近场讲话时VAD1被触发(判断是否存在近场拾音球内语音)，当远场有噪声时VAD2被触发(判断是否存在拾音球外部远场噪声)，当同时存在近场语音和远场造声时，噪声为主导信号，VAD2被触发，而有近场语音时，VAD2不被触发。在模拟嘈杂环境下调整频域的噪声频谱，使主通道参考通道噪声频谱平行，调整频域噪声抑制参数。调整自动音量控制(AVC)功能。通过SHI接口，读取FM2018-380根据噪声情况提供的参考扬声器音量，改变下行链路的增益，如果扬声器音量已经达到最大值，则读取音调参数改变下行通路的高频段的音调，改善接收器端的可懂度。

性能测试

在MTK的工程模式音频增强项目里面，将基带的噪声抑制和回声消除关闭，以免影响声音品质和噪声回声抑制效果。采用ITU-T推荐标准P.835主观测试方法评估包含噪声抑制算法的语音通讯系统，根据标准，对FM2018-380处理的语音质量进行测试。噪声等级分别等同于标准麦克风处信噪比在0dB~12dB之间，通过语音质量评判系统(VJS)对噪声下的语音质量进行评分。图5是实际测试的对单点噪声的抑制能力，测试距离分别从0.3m到1.5m，间隔0.15m，测试角度0度、90度、180度、270度，可以得到各个角度和距离抑制噪声的数值。

结语
FM2018-380以定向定距离阵列麦克风(SAM)拾音技术为基础，专门针对抗噪声移动通讯手持设备设计，非常适合GSM、CDMA、3G等抗噪声设计和应用。本文基于这款芯片，以MTK手机平台为例介绍了抗噪声手机的设计要点，有很强的实用价值。