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1、概述
本文档描述了“HP-DK65M麦克风阵列套件”产品的硬件介绍、接口说明、算法功能、安装指导以及相关设计注意事项,用于指导开发设计。
2、设计原理
通常环境下,噪声总是来自四面八方,且与语音信号的频谱交叉,再加上回响和混响的影响,利用单独的麦克风来录取纯净的语音是非常困难的。
本产品采用4或8麦克风阵列,集成噪声抑制、混响抑制、回声消除、固定波束等算法,在嘈杂的声场环境中能有效提取说话人的语音,降低周围环境噪声的干扰。目前在智慧金融、智能服务、智能车载、智能家居、机器人等场景广泛应用,可提供相应的解决方案。

图2-1 HP-DK65M麦克风阵列套件设计原理图
3、术语解析
表2-1 术语解析列表
序号 |
功能 |
描述 |
1 |
AI降噪 |
抑制稳态噪声和非稳态噪声 |
2 |
定向拾音 |
在波束范围内进行拾音,拾音范围可调 |
3 |
语音增强 |
对波束范围内语音进行增强 |
4 |
回声消除 |
从录音中将播放信号消除掉 |
5 |
混响抑制 |
抑制环境混响 |
6 |
拾音距离、范围可调 |
根据不同场景调节不同的拾音距离、范围 |
7 |
线性麦克风 |
4或8个麦克风咪头组成一个直线形状布局 |
4、系统框架
图4-1 系统框架图
如图4-1所示,系统框架由采集板*2、主板*1组成,麦克风采集板多通道音频通过FPC排线输入到主板,主板处理后的音频可以通过USB_AUDIO输出到用户设备。
5、硬件配置及清单
硬件设计上采用模块化设计原理,简单易用。主板支持多种外设接口,输出音频接口有USB Audio、Lineout以及串口,免驱使用,可支持Windows、Linux、Android等系统。硬件配置列表见表5-1,硬件清单列表见表5-2。
表5-1 硬件配置列表
序号 |
名称 |
说明 |
1 |
系统 |
Linux系统 |
2 |
内存 |
128MB DDR3+128MB FLASH |
3 |
cpu |
ARM@ A7, 双核,1.2GHZ主频 |
表5-2 硬件清单列表
序号 |
名称 |
说明 |
1 |
MIC1_Board |
采集板1,4颗数字麦 |
2 |
MIC2_Board |
采集板2,4颗数字麦 |
3 |
MB_Board |
主控板,运行算法,输出算法处理后的音频 |
4 |
10pin-0.5mmFPC排线 |
连接采集板和主板,线长30cm |
5 |
供电/Usb audio线 |
5PIN-PHS 2.0mm接口 |
6 |
回采线 |
4PIN-PHS 2.0mm,线长80cm |
6、实物展示
6.1线性采集板实物尺寸
线性采集板尺寸为:110mm*8mm*1.2mm;
相邻两个螺丝孔间距为:35mm;相邻两个麦克风间距为:35mm。
6.3主板实物尺寸
7、麦克风阵列结构设计
7.1设计总体要求
(1)麦克风要紧贴面壳内侧,且需用硅胶套包裹做密闭以及缓震。
(2)麦克风要远离扬声器或震动源,尽量让麦克风远离扬声器或背向扬声器。
(3)麦克风尽量安装在同一平面上(外壳可有一定弧度)。
(4)杜绝喇叭引起外壳或腔体共振。
7.2 麦克风密闭示意图
(1)拾音孔的直径参考值为1-1.5mm。
(2)导音孔的孔深不超过3mm。
注:上图尺寸A为孔深,包含壳体厚度与硅胶套厚度。
(1)MIC的硅胶套厚度参考值1mm左右,压缩后约0.5mm。
(2)硅胶套与壳体之间要紧密贴合。
8、软件性能指标
软件算法的各项性能指标如下:
回声消除性能及消耗资源 | 性能(ERLE) | CPU占用(Mips) | RAM占用(M) |
环形八麦 | 信回比提升>40db | 150 | 0.42 |
线性八麦 | 信回比提升>40db | 150 | 0.42 |
波束内噪声抑制 | 性能(ERLE) | CPU占用(Mips) | RAM占用(M) |
非平稳噪声 | 信噪比提升>15db | 35.8 | 0.33 |
平稳噪声 | 信噪比提升>20db | 30 | 0.29 |
混响抑制性能及资源消耗 | 性能(ERLE) | CPU占用(Mips) | RAM占用(M) |
混响延时<600ms | 信混比提升>10db | 248.3 | 0.63 |
混响延时<900ms | 信混比提升>8db | 480.4 | 1.64 |
算法整体性能 | 音频还原度 | 延迟 |
环形八麦 | >97 | <200ms |
线性八麦 | >95 | <200ms |
9、常见问题Q&A
1、Q:产品拾音范围是多少度?拾音范围可调吗?
A:环形麦克风以MIC1(0度/360度)为原点,±30度区域为有效拾音范围;线性麦克风以90度为原点,±30度区域为有效拾音范围。拾音范围可调节。
2、Q:产品拾音距离是多少?是否可调?
A:产品最佳拾音距离为20cm-300cm,拾音距离可通过调节增益实现改变。
3、Q:采集板安装摆放角度有要求吗?
A:环形采集板安装在用户设备水平面上,咪头朝上,MIC1方向朝用户;线性麦克风采集板可以安装在用户设备的水平面、斜面或垂直面上。
4、Q:输入主板的音频格式是什么?主板输出音频格式是什么?
A:输入给主板的音频格式为16k采样率、16bit、6声道(8通道录音信号+2通道回采信号),pcm;主板输出的音频格式为:16k采样率、16bit、单声道、pcm裸数据。
5、Q:产品是否支持回声消除?如何实现?
A:产品支持回声消除,只需用回采线把扬声器的左右播放信号,接到采集板的左右声道接口即可。
6、Q:HP-DK65M麦克风阵列套件相比其他麦克风阵列有什么优势?
A:HP-DK65M支持输出模拟信号和数字信号音频;支持环形八麦阵列和线性八麦阵列,以适应不同产品不同场景需求。
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