降噪电路、语音识别模组及电子设备的制作方法

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种降噪电路、语音识别模组及电子设备。

背景技术：

随着技术的发展，语音识别越来越多的被应用于电子设备中。语音识别过程中，周围环境的声音会使得收集的语音中掺杂了大量的背景噪音，若不进行降噪处理，过滤掉这些噪音，将会大幅降低语音识别的成功率。

传统技术中，降噪处理主要通过软件算法进行。首先建立背景噪声的数据模型，然后将语音信号与背景噪声模型进行对比，若二者相似，则判定为噪声，通过软件算法滤除掉该噪音信号。

然而，这种方法容易受到线路板本身电磁干扰的影响，存在抗干扰能力差的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对抗干扰能力差的问题，提供一种降噪电路、语音识别模组及电子设备。

一种降噪电路，包括：

主差分驱动模块，与主拾音设备连接，用于驱动所述主拾音设备工作，以使所述主拾音设备将采集的语音信号转换为语音差分信号；

主差分转单端模块，与所述主差分驱动模块连接，用于将所述语音差分信号转换为语音单端信号；

副差分驱动模块，与副拾音设备连接，用于驱动所述副拾音设备工作，以使所述副拾音设备将采集的环境声音信号转换为环境差分信号；

副差分转单端模块，与所述副差分驱动模块连接，用于将所述环境差分信号转换为环境单端信号；

去噪模块，与所述主差分转单端模块、所述副差分转单端模块分别连接，用于从所述语音单端信号中滤除所述环境单端信号。

在其中一个实施例中，还包括：

回声差分转单端模块，与音频输出单元连接，用于接收所述音频输出单元输出的回声差分信号，并将所述回声差分信号转换为回声单端信号；

所述回声差分转单端模块与所述去噪模块连接，所述去噪模块还用于从所述语音单端信号中滤除所述回声单端信号。

在其中一个实施例中，还包括：

主低通滤波模块，与所述主差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述主低通滤波模块用于滤除所述语音单端信号中的高频噪声信号；

副低通滤波模块，与所述副差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述副低通滤波模块用于滤除所述环境单端信号中的高频噪声信号；

回声低通滤波模块，与所述回声差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述回声低通滤波模块用于滤除所述回声单端信号中的高频噪声信号。

在其中一个实施例中，还包括：

主高通滤波模块，与所述主差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述主高通滤波模块用于滤除所述语音单端信号中的低频噪声信号；

副高通滤波模块，与所述副差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述副高通滤波模块用于滤除所述环境单端信号中的低频噪声信号；

回声高通滤波模块，与所述回声差分转单端模块连接，且与所述去噪模块连接，所述回声高通滤波模块用于滤除所述回声单端信号中的低频噪声信号。

在其中一个实施例中，所述去噪模块包括：

运算放大单元，所述运算放大单元的同向输入端与所述主差分转单端模块连接，所述运算放大单元的反向输入端分别与所述副差分转单端模块、所述回声差分转单端模块连接；

同向滤波单元，与所述运算放大单元的同向输入端连接，用于滤除所述运算放大单元同向输入端的噪声信号；

反向滤波单元，与所述运算放大单元的反向输入端连接，用于滤除所述运算放大单元反向输入端的噪声信号。

在其中一个实施例中，所述运算放大单元包括：

运算放大器u4，所述运算放大器u4的同向输入端与所述同向滤波单元连接，所述运算放大器u4的反向输入端与所述反向滤波单元连接；

电阻r14，所述电阻14的一端与所述主差分转单端模块连接，所述电阻r14的另一端与所述运算放大器u4的同向输入端连接；

电阻r16，所述电阻r16的一端与所述副差分转单端模块连接，所述电阻r16的另一端与所述运算放大器u4的反向输入端连接；

电阻r21，所述电阻r21的一端与所述回声差分转单端模块连接，所述电阻r21的另一端与所述运算放大器u4的反向输入端连接。

在其中一个实施例中，所述主差分转单端模块包括：

电阻r4，所述电阻r4的一端与所述主差分驱动模块的正极输出端连接；

电阻r5，所述电阻r5的一端与所述主差分驱动模块的负极输出端连接；

运算放大器u1，所述运算放大器u1的同向输入端与所述电阻r4的另一端连接，所述运算放大器u1的反向输入端与所述电阻r5的另一端连接，所述运算放大器u1的输出端与所述去噪模块连接。

在其中一个实施例中，所述主差分转单端模块还包括：

电容c3，所述电容c3的一端与所述主差分驱动模块的正极输出端连接，所述电容c3的另一端与所述电阻r4的一端连接；

电容c6，所述电容c6的一端与所述主差分驱动模块的负极输出端连接，所述电容c6的另一端与所述电阻r5的一端连接。

一种语音识别模组，包括：

如上述的降噪电路；

语音识别电路，所述语音识别电路与所述去噪模块连接。

一种电子设备，包括如上述的语音识别模组。

上述降噪电路、语音识别模组及电子设备中，降噪电路包括主差分驱动模块、主差分转单端模块、副差分驱动模块、副差分转单端模块和去噪模块。通过电路实现降噪，能够有效的接收并滤除电子设备的电路板本身电磁干扰的噪声，提高抗干扰能力。同时，通过主差分驱动模块实现对主拾音设备的驱动，以及通过副差分驱动模块实现对副拾音设备的驱动，使得语音信号不易受到电子设备的电路板本身的电磁干扰噪声的影响，进一步提高抗干扰能力，提高降噪效果，从而提高语音识别的准确性。另外，上述降噪电路、语音识别模组及电子设备，采用双拾音设备的降噪电路，将副拾音设备采集的环境声音信号从主拾音设备采集的语音信号中滤除，相较于单拾音设备的降噪电路，对环境声音的采集、识别更全面，从而滤除也更加彻底，提高降噪效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中一种降噪电路的原理示意图；

图2为相关技术中另一种降噪电路的原理框图；

图3为本申请一个实施例提供的降噪电路的原理框图；

图4为本申请另一个实施例提供的降噪电路的原理框图；

图5为本申请一个实施例提供的降噪电路的的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的降噪电路、语音识别模组及电子设备进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

很多电子产品中配置有语音识别模组。语音识别过程中，受环境的影响会存在噪声。以车载电子设备为例，如车载流媒体后视镜，其具有语音识别功能。但是，在车载环境下，由于车辆振动、发动机的噪声、窗口的风声等干扰，语音中掺杂了大量的背景噪声，如果不过滤掉这些背景噪声，将会大幅降低语音识别的成功率。因此，为了提高语音识别效果，在语音识别前，可以对采集的语音信号进行降噪处理。

相关技术中，存在以下几种降噪处理技术：

1)通过软件算法进行降噪。具体的，首先建立背景噪声数据模型，然后将语音信号与背景噪声数据模型进行对比，如果两者相似，则判断语音信号为噪声信号，通过软件过滤掉该部分噪声信号。

2)通过电阻电容组成高通滤波电路和运算放大电路，以对噪声信号进行过滤，请参见图1。

3)通过使用虚拟麦克风电路，对设备的回声做过滤消除，请参见图2。

针对方案1)，由于噪声数据模型是固定的，而背景噪声是多变的，且是不确定的，不同场景的背景噪声都不同，因此，方案1)存在噪声过滤效果差，语音识别效果差的问题。同时，预先建立的噪声数据模型主要针对外界环境中的噪声，但是电子设备的电路板本身会产生电磁干扰噪声，噪声数据模型无法识别电磁干扰噪声，也无法过滤这些噪声，因此方案1)还存在抗干扰能力差的问题。

针对方案2)，主要存在以下问题：

a、不能过滤强噪声

由于方案2)只使用了高通滤波电路，只对低频噪声进行过滤，在外界噪声足够强(如，车载环境下的噪声)，该方案不能达到应有的过滤效果，泄露的噪声，尤其是高频噪声依然会进入后级系统。

b、不能过滤回声

方案2)仅能对来自麦克风的背景噪声做过滤，不能对回声做过滤。因此，如果电子设备自带扬声器，其发出的声音被自身麦克风接收，则被误识别为语音指令，会导致判断错误。

c、抗干扰能力差

由于麦克风电路使用的是单端驱动方式，语音信号容易受电子设备电路板本身的电磁干扰噪声，抗干扰能力差。

针对方案3)，主要存在以下问题：

a、不能过滤背景噪声

该方案只对电子设备自身输出的回声做过滤，环境噪声依然会被引入，影响语音识别的准确性。

b、抗干扰能力差

由于麦克风电路使用单端驱动方式，语音信号容易受电子设备电路板本身的电磁干扰噪声，抗干扰能力差。

请参见图3，本申请一个实施例提供一种降噪电路10，用于对拾音设备采集的语音信号进行降噪处理。拾音设备包括主拾音设备21和副拾音设备22，主拾音设备21用于采集语音信号，副拾音设备22用于采集环境声音信号。其中，语音信号中包含语音指令，还可能包含环境声音信号、回声信号等。具体的，主拾音设备21设置时，可以对准语音指令的产生方向，以采集包含语音指令的语音信号；而副拾音22设置时，可以设置于偏离语音指令产生的方向，以采集环境声音信号。主拾音设备21和副拾音设备22包括但不限于为麦克风。

该降噪电路10包括主差分驱动模块110、主差分转单端模块120、副差分驱动模块130、副差分转单端模块140和去噪模块150。

主差分驱动模块110的输入端与主拾音设备21的输出端连接，主差分驱动模块110的输出端与主差分转单端模块120的输入端连接。主差分转单端模块120的输出端与去噪模块150的第一输入端连接。

副差分驱动模块130的输入端与副拾音设备22的输出端连接，副差分驱动模块130的输出端与副差分转单端模块140的输入端连接。副差分转单端模块140的输出端与去噪模块150的第二输入端连接。

降噪电路10的工作原理如下：

主差分驱动模块110驱动主拾音设备21工作，以使主拾音设备21将采集的语音信号转换为差分形式的信号，得到语音差分信号。主差分驱动模块110将语音差分信号输入至主差分转单端模块120，主差分转单端模块120将语音差分信号转换为单端信号，得到语音单端信号。主差分转单端模块120将语音单端信号输入至去噪模块150的第一输入端。

副差分驱动模块130驱动副拾音设备22工作，以使副拾音设备22将采集的环境声音信号转换为差分形式的信号，得到环境差分信号。副差分驱动模块130将环境差分信号输入至副差分转单端模块140，副差分转单端模块140将环境差分信号转换为单端信号，得到环境单端信号。副差分转单端模块140将副差分转单端模块140将环境单端信号输入至去噪模块150的第二输入端。去噪模块150将环境单端信号从语音单端信号中滤除，实现对语音信号的降噪。去噪模块150可以通过多种形式实现对环境单端信号的滤除，包括但不限于减法电路。以减法电路为例，去噪模块150将第一输入端输入的语音单端信号与第二输入端输入的环境单端信号做减法运算，去噪模块150输出端输出的信号即为滤除掉环境单端信号之后的语音单端信号。

本实施例中，降噪电路10包括主差分驱动模块110、主差分转单端模块120、副差分驱动模块130、副差分转单端模块140和去噪模块150。通过电路实现降噪，能够有效的接收并滤除电子设备的电路板本身电磁干扰的噪声，提高抗干扰能力。同时，通过主差分驱动模块110实现对主拾音设备21的驱动，以及通过副差分驱动模块130实现对副拾音设备22的驱动，使得语音信号不易受到电子设备的电路板本身的电磁干扰噪声的影响，进一步提高抗干扰能力，提高降噪效果，从而提高语音识别的准确性。另外，本实施例中，采用双拾音设备的降噪电路，将副拾音设备22采集的环境声音信号从主拾音设备21采集的语音信号中滤除，相较于单拾音设备的降噪电路，对环境声音的采集、识别更全面，从而滤除也更加彻底，提高降噪效果。

请参见图4，在一个实施例中，降噪电路10还进一步包括回声差分转单端模块160。回声差分转单端模块160的输入端与电子设备的音频输出单元23连接。电子设备的音频输出单元23用于输出音频信号。音频输出单元23输出的音频信号通过扬声器等释放至环境中，被拾音设备接收即形成回声。音频输出单元23输出的音频信号为差分信号，命名为回声差分信号。

回声差分转单端模块160将音频输出单元23输出的回声差分信号转换为单端信号，得到回声单端信号，并输出至去噪模块150的第三输入端。去噪模块进一步将回声单端信号从语音单端信号中滤除，即：滤波模块150从语音单端信号中滤除环境单端信号和回声单端信号，实现降噪处理，得到语音指令。

本实施例提供的降噪电路，不仅能够实现对背景噪声的过滤，还能实现对回声的过滤，提高了对语音信号的过滤效果，从而提高后续语音识别的准确性。

在一个实施例中，降噪电路10还进一步包括低通滤波模块和高通滤波模块。低通滤波模块和高通滤波模块可以连接于主差分转单端模块120、副差分转单端模块140和回声差分转单端模块160之后，连接于去噪模块150之前。低通滤波模块和高通滤波模块也可以连接于去噪模块150之后，即，连接于去噪模块150的输出端。低通滤波模块用于滤除声音信号中的高频噪声信号，高通滤波模块用于滤除声音信号中的低频噪声信号，通过滤除高频噪声信号和低频噪声信号，能够提升电路的信噪比。

在一个实施例中，低通滤波模块包括主低通滤波模块171、副低通滤波模块172和回声低通滤波模块173。高通滤波模块包括主高通滤波模块181、副高通滤波模块182和回声高通滤波模块183。

主低通滤波模块171的输入端与主差分转单端模块120的输出端连接，主低通滤波模块的171输出端与主高通滤波模块181的输入端连接。主低通滤波模块用于滤除语音单端信号中的高频噪声信号。主高通滤波模块181的输出端与去噪模块150的第一输入端连接，主高通滤波模块181用于滤除语音单端信号中的低频噪声信号。通过主低通滤波模块171和主高通滤波模块181滤除语音单端信号中的高频噪声信号和低频噪声信号，能够提升电路的信噪比。

副低通滤波模块172的输入端与副差分转单端模块140的输出端连接，副低通滤波模块172的输出端与副高通滤波模块182的输入端连接。副低通滤波模块用于滤除环境单端信号中的高频噪声信号。副高通滤波模块182的输出端与所述去噪模块150的第二输入端连接，副高通滤波模块182用于滤除环境单端信号中的低频噪声信号。通过副低通滤波模块172和副高通滤波模块182滤除环境单端信号中的高频噪声信号和低频噪声信号，能够进一步提升电路的信噪比。

回声低通滤波模块173的输入端与回声差分转单端模块160的输出端连接，回声低通滤波模块173的输出端与回声高频滤波模块183的输出端连接。回声低通滤波模块173用于滤除回声单端信号中的高频噪声信号。回声高通滤波模块183的输出端与去噪模块150的第三输入端连接，回声高通滤波模块183用于滤除回声单端信号中的低频噪声信号。通过回声低通滤波模块173和回声高通滤波模块183滤除回声单端信号中的高频噪声信号和低频噪声信号，能够进一步提升电路的信噪比。

可以理解，低通滤波模块和高通滤波模块可以单独设置，也可以与降噪电路10中的其他功能模块合并集成设置。在一个实施例中，各个差分转单端模块可以与对应的低通滤波模块进行合并，形成差分转单端低通模块。进一步的，该降噪电路10中还可以进一步包括放大模块，实现对各个部分的放大，放大模块也可以与差分转单端低通模块合并集成，形成差分转单端低通放大模块。以下以此为例，结合实施例及附图进行进一步说明。

请参见图5，在一个实施例中，主差分驱动模块110包括电阻r1、电阻r2、电阻r7、电阻r9和电容c4。电阻r1和电阻r2串联于主拾音设备21正极输出端、电源mic_bias之间。电阻r7和r9串联于主拾音设备21负极输出端、地端之间。电容c4并联于主拾音设备21的正极输出端和负极输出端之间。在一个实施例中，主差分驱动模块110还可以进一步包括电源过滤单元，电源过滤单元包括电容c1，电容c1串联于电源mic_bias和地端之间。电容c1用于为麦克风提供纯净的供电。

在一个实施例中，主差分驱动模块110还可以包括差分信号滤波单元。差分信号滤波单元包括电容c5、电容c9和电容c10。电容c5并联于主拾音设备21的正极输出端和负极输出端之间，电容c9串联于主拾音设备21的负极输出端和地端之间，电容c10串联于主拾音设备21的正极输出端与地端之间。电容c5、电容c9和电容c10用于为语音差分信号滤波。

在一个实施例中，主差分转单端模块120包括电阻r4、电阻r5、运算放大器u1。主低通滤波模块171包括电容c2、电阻r3、电容c8和电阻r6。电阻r4的一端与主差分驱动模块110的正极输出端连接，电阻r4的另一端与运算放大器u1的同向输入端连接。电阻r5的一端与主差分驱动模块110的负极输出端连接，电阻r5的另一端与运算放大器u1的反向输入端连接。电容c2和电阻r3并联后连接于运算放大器u1的同向输入端与地端之间。电容c8与电阻r6并联后连接于运算放大器u1的反向输入端与输出端之间。运算放大器u1的输出端与去噪模块150的第一输入端连接。主差分转单端模块120可以与主低通滤波模块171进行集成，不仅能够实现差分转单端功能，同时还具有放大和低通滤波功能，简化电路。

在一个实施例中，主差分转单端模块120还包括电容c3和电容c6。电容c3串联于主差分驱动模块110的正极输出端与电阻r4之间，电容c6串联于主差分驱动模块110的负极输出端与电阻r5之间。电容c3和电容c6用于隔离直流分量，保证主拾音设备的拾音效果。

在一个实施例中，主高通滤波模块181包括电容c7和电阻r8，电容c7串联于主差分转单端模块120的输出端与去噪模块150的第一输入端之间，即串联于运算放大器u1的输出端与去噪模块150的第一输入端之间。电阻r8串联于去噪模块150的第一输入端与地端之间。

在一个实施例中，副差分驱动模块130可以包括电阻r10、电阻r12、电阻r22、电阻r23、电容c16、电容c11、电容c17、电容c21和电容c23。副差分驱动模块130各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主差分驱动模块110，在此不再赘述。副差分转单端模块140可以包括电容c14、电容c18、电阻r15、电阻r18和运算放大器u2。副低通滤波模块172可以包括电容c13、电阻r13、电容c20和电阻r19。副差分转单端模块140和副低通滤波模块172各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主差分转单端模块120、主低通滤波模块171，在此不再赘述。副高通滤波模块182包括电容c15和电阻r20。副高通滤波模块182各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主高通滤波模块181，在此不再赘述。

在一个实施例中，回声差分转单端模块160包括电容c24、电容c26、电阻r25、电阻r26和运算放大器u3。回声低通滤波模块173可以包括电容23、电阻r24、电阻r27和电容c27。回声差分转单端模块160各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主差分转单端模块120，在此不再赘述。回声低通滤波模块173各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主低通滤波模块171，在此不再赘述。回声高通滤波模块183包括电容c25和电阻r28。回声高通滤波模块183各元件的连接关系、作用等参考图3及上述主高通滤波模块181，在此不再赘述。

在一个实施例中，去噪模块150包括运算放大单元、同向滤波单元和反向滤波单元。运算放大单元的同向输入端与主差分转单端模块的输出端连接，运算放大单元的反向输入端分别与副差分转单端模块的输出端、回声差分转单端模块的输出端连接。运算放大单元用于从同向输入端输入的信号中滤除反向输入端输入的信号。同向滤波单元与运算放大单元的同向输入端连接，用于滤除所述运算放大单元同向输入端的噪声信号。反向滤波单元与运算放大单元的反向输入端连接，用于滤除所述运算放大单元反向输入端的噪声信号。

在一个具体的实施例中，运算放大单元包括电阻r14、电阻r15、电阻r16和运算放大器u4。电阻r14串联于运算放大器u4的同向输入端与主差分转单端模块120的输出端之间。电阻r15串联于运算放大器u4的反向输入端与副差分转单端模块140的输出端之间。电阻r15串联于运算放大器u4的反向输入端与回声差分转单端模块160的输出端之间。运算放大器u4的输出端作为降噪电路10的输出端。

同向滤波单元包括并联的电容c12和电阻r11，电容c12的一端和电阻的r11的一端均与运算放大器u4的同向输入端连接，电容c12的另一端和电阻的r11的另一端均接地。反向滤波单元包括并联的电阻r17和电容c19，电阻r17的一端和电容c19一端均与运算放大器u4的反向输入端连接，电阻r17的另一端和电容c19另一端均与运算放大器u4的输出端连接。

本申请一个实施例还提供一种语音识别模块，其包括如上所述的降噪电路10和语音识别电路。语音识别电路的输入端与去噪模块150的输出端连接，用于对经过降噪电路10降噪后的语音信号进行语音识别。本实施例中的语音识别模块包括如上所述的降噪电路10，因此具有降噪电路10的所有有益效果，在此不再赘述。

本申请一个实施例还提供一种电子设备，其包括如上所述的语音识别模块。本实施例中的电子设备包括如上所述的降噪电路10，因此具有降噪电路10的所有有益效果，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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