地鐵車廂中的業(yè)務(wù)廣播是自適應(yīng)音量廣播系統(tǒng)，可以做到自動控制，在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以算出在某段時(shí)間內(nèi)噪聲和原始廣播的平均能量，計(jì)算出差值，和原來的自適應(yīng)增益進(jìn)行比較，在原始廣播信號基礎(chǔ)上疊加增益，播放出適應(yīng)當(dāng)下情況的廣播音量。

　　關(guān)鍵詞：音量,廣播系統(tǒng),地鐵

　　廣播系統(tǒng)多安裝于人流集中的地方，比如機(jī)場、車站、碼頭、商場等公共場合。它常常用于播報(bào)實(shí)時(shí)信息和緊急疏散信息，或播放背景聲。不過，由于在公共場合下，類似車輛啟動制動造成的噪音、嘈雜的人聲會影響廣播效果，因此在不同的情況下廣播音量的分貝是需要調(diào)整的。同樣，地鐵車廂作為乘客密度大的場所，噪音是無序并多變的，手動調(diào)節(jié)廣播系統(tǒng)音量是不現(xiàn)實(shí)的，因此廣播音量自適應(yīng)系統(tǒng)的出現(xiàn)可以實(shí)時(shí)處理環(huán)境噪音和播放聲音能量不匹配的情況，首先保證人耳能清晰辨別廣播內(nèi)容，有效地保障和提高信息的傳播效率;其次保證乘客收聽的舒適度，減少公共廣播對環(huán)境的污染。

　　1 系統(tǒng)的背景

　　地鐵車廂中的廣播內(nèi)容主要包括背景音樂、業(yè)務(wù)宣傳服務(wù)廣播和應(yīng)急廣播。大致來說，音量自適應(yīng)功能的適用于前兩類廣播內(nèi)容，其中業(yè)務(wù)廣播對此功能的需求尤為明顯。

　　目前，相關(guān)的自適應(yīng)系統(tǒng)在聲音處理上通常被稱為“信噪比自適應(yīng)”。這是指從現(xiàn)場拾取的音源信噪比信號中辨別出噪聲信號，并且按照噪聲增益規(guī)律保持合適的擴(kuò)聲音量。其應(yīng)用有大環(huán)路的信噪比自適應(yīng)電路、局部功能的信噪比自適應(yīng)電路等[ 1 ]。

　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　自適應(yīng)音量廣播系統(tǒng)適用于地鐵車廂中所播放的業(yè)務(wù)廣播，包括安全提示、到站提醒等。但音量自動調(diào)節(jié)的范圍是需要控制的。在地鐵車廂廣播系統(tǒng)中，當(dāng)廣播音量低至65dB時(shí)，即使環(huán)境噪聲再小，音量也不宜隨之降低，否則會影響內(nèi)容的識別;當(dāng)廣播音量升至90dB時(shí)，音量也不宜隨之增大，一是可能會導(dǎo)致超負(fù)荷運(yùn)行或是產(chǎn)生高度失真，二是造成對環(huán)境的噪聲污染。因此，在地鐵車廂中播放的廣播音量應(yīng)在65dB～90dB的區(qū)間中。

　　車廂中音量自動控制的噪聲信號取自現(xiàn)場，按照從現(xiàn)場獲取的真實(shí)噪聲信號與播放中的廣播信號進(jìn)行比較，自主調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器播放信號的聲壓，從而保證兩者之間存在較為穩(wěn)定的分貝差值。

　　其中廣播信號y(t)和環(huán)境噪聲信號n(t)之間存在固定的相對關(guān)系，經(jīng)過信道的信號z(t)=y(t)+n(t)，由MIC收集。

　　3 系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)

　　若要實(shí)現(xiàn)聲壓級的自動控制，就需要分辨出現(xiàn)場真實(shí)環(huán)境的噪聲信號的聲壓級。但是，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，由于正在播放的廣播音頻信號與周圍環(huán)境噪聲同時(shí)存在，播放音的回波，往往會被拾取成為噪聲的一部分，因而獲取的噪聲信號能量會高于真實(shí)情況。這會導(dǎo)致環(huán)境噪聲的誤判偏大，現(xiàn)場的廣播音量隨之被調(diào)高，一而再再而三的誤判將導(dǎo)致自適應(yīng)系統(tǒng)的失靈，甚至造成嚴(yán)重的環(huán)境噪聲污染。

　　因此自適應(yīng)控制系統(tǒng)在真實(shí)噪聲信號與播放中的廣播信號進(jìn)行比較之前，需要將播放中音頻信號的回波抑制掉。自適應(yīng)濾波器在不同情況下對于性能的要求是有所區(qū)別的，它的性能主要取決于其自適應(yīng)算法。所以，在平穩(wěn)狀態(tài)中，對算法的關(guān)鍵性能參數(shù)(收斂速度、收斂性、穩(wěn)態(tài)誤差)進(jìn)行分析是十分必要的。與此同時(shí)，還需要考慮計(jì)算難度對運(yùn)行效率的影響。

　　回波抑制常用的方法有遞推最小二乘算法RLS、最小均方誤差算法LMS、歸一化最小均方誤差算法NLMS等。RLS算法雖然對非穩(wěn)信號的適應(yīng)性好，但計(jì)算難度高，不適合實(shí)時(shí)性的應(yīng)用;LMS算法計(jì)算復(fù)雜度低，在平穩(wěn)信號的環(huán)境中的收斂性好，但穩(wěn)態(tài)誤差和收斂速度不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu);NLMS則在保留LMS優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，收斂速度更快，穩(wěn)態(tài)誤差更小[ 2 ]。

　　因此，為了減少計(jì)算復(fù)雜度，需要先進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算估計(jì)回波的延時(shí)，再對輸入的音頻源進(jìn)行延時(shí)預(yù)處理，然后利用NLMS自適應(yīng)濾波算法提取真實(shí)的噪聲信號。

　　其中，x(n)為播放源信號，y(n)為環(huán)境噪聲，z(n)為經(jīng)過自適應(yīng)系統(tǒng)處理的信號。

　　4 系統(tǒng)的工作步驟

　　1)播放音頻源文件。

　　系統(tǒng)輸入的音頻源文件信號的平均能量是已知并且恒定的。

　　2)檢測環(huán)境噪聲，計(jì)算出真實(shí)環(huán)境噪聲的大小。

　　(1)利用互相關(guān)算法計(jì)算出檢測到的噪聲信號和音頻源信號的互相關(guān)，估計(jì)得出回波信號的延時(shí)。

　　(2)對輸入的音頻源信號進(jìn)行延時(shí)處理。

　　(3)利用NLMS自適應(yīng)濾波算法抑制檢測到的噪聲信號中的回波信號，從中拾取真正的環(huán)境噪聲信號。

　　3)比較真正的環(huán)境噪聲大小和廣播音量大小，調(diào)節(jié)播放音量。

　　(1)對得到的噪聲信號進(jìn)行滑動平均處理，減少信號變化的劇烈程度。

　　(2)根據(jù)設(shè)定的增益來調(diào)節(jié)播放音。

　　5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1)噪聲采集裝置。利用MIC模塊收集所需要的語音信號，并將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再利用采集裝置中的三極管將弱信號放大和濾波器濾波采樣。最后通過PCF8591芯片的A/D模塊將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存儲在單片機(jī)中。

　　2)PCF8591芯片。A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分采用PCF8591芯片，它可以進(jìn)行8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。在該芯片中，引腳AIN0-AIN3為模擬信號輸入端，A0到A2為引腳地址端。一般利用PCF8591的3個(gè)地址引腳A0，A1和A2進(jìn)行數(shù)據(jù)的模擬輸入與輸出，并將數(shù)據(jù)以串行方式通過I2C總線接口進(jìn)行傳輸。

　　3)STC89C52芯片。單片機(jī)的芯片采用STC89C52芯片，它是一種性能高、耗能低的8位CPU微控制器。它雖然采用傳統(tǒng)的51單片機(jī)內(nèi)核，但其內(nèi)部多了一個(gè)EEPROM空間，可以通過串口下載程序，執(zhí)行命令的速度更快。它的8位CPU和可編程Flash功能，可以在很多應(yīng)用系統(tǒng)上提供更加優(yōu)益的方法。STC89C52芯片會將由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號會進(jìn)行儲存和運(yùn)算。

　　4)語音模塊。設(shè)計(jì)中的播放模塊采用的是SYN6288芯片。它是一款語音合成芯片，通過異步串行通訊(UART)接口，在瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)與處理器間數(shù)據(jù)的雙向傳輸。并且利用TxD和RxD以及GND實(shí)現(xiàn)串口通信。它可以接受STC89C52芯片運(yùn)算處理后的指令，并調(diào)整音量將已經(jīng)儲存好的語音播放出去。

　　6 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)的音量控制系統(tǒng)算法與硬件結(jié)構(gòu)簡單，對于音量的調(diào)控較為準(zhǔn)確，可以在不同環(huán)境中應(yīng)用，能夠在非極端條件下實(shí)現(xiàn)音量的自動調(diào)控，可較好地適應(yīng)環(huán)境噪聲，硬件性價(jià)比較高，適用面較廣。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]馬躍進(jìn).公共廣播信噪比自適應(yīng)聲壓自動控制及應(yīng)用[J].北京：中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(17)：53-55.

　　[2]趙凡，祁才君.一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)音量大小的音頻播放設(shè)備和方法：中國，102760461B[P]. 2012.05.28.

　　[3]江蘇蓬，楊雨涵，張震等.自適應(yīng)智能語音報(bào)站系統(tǒng)[J].北京：電子技術(shù)與軟件工程，2016(15)：57-58.

　　相關(guān)閱讀：試論電子干擾對電子通信設(shè)備產(chǎn)生的影響

　　在電子通信設(shè)備的不斷運(yùn)行中，如果出現(xiàn)電子干擾，會直接影響到電子通信設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對于電子設(shè)備的運(yùn)行效率也十分不利。基于此，下面文章主要研究電子通信中的電子干擾，包含藍(lán)牙無線干擾，同頻干擾，并提出了相應(yīng)的防范措施，希望可以為相關(guān)學(xué)者提供相應(yīng)的參考和指導(dǎo)。

选题指导

选题数据库精选与人工匹配，
快速拿到论文 著作学术成果

找选题 快速发 可扫码咨询

学术资料免费区

期刊论文

论文模板论文格式投稿须知论文要求

期刊目录

北核目录南核目录CSCD目录武核目录SCI目录SSCI目录EI目录预警期刊名单

技巧及其他

中英文修改技巧中英文投稿指南国自然申请

立即免费获取