黄跃平

摘  要：电子产品越来越多进入我们生活中，其中音频和视频类电子产品与我们生活最为贴切。在市场竞争激烈的今天，为追求性价比，提高竞争力，各类技术方案层出不穷。在解决音视频方面，各专业技术人员从不同角度，不同的使用环境，提出不同解决方案。文章提出一种语音通话的半双工解决方案，探讨其中技术特点。

关键词：半双工;扬声器;麦克风;音频传输;语音通话

中图分类号：TP311.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）30-0177-02

Abstract： More and more electronic products come into our lives， among which audio and video electronic products are the most appropriate to our lives. In today's fierce market competition， in order to pursue performance-to-price ratio and improve competitiveness， all kinds of technical solutions emerge in endlessly. In the solution of audio and video， each professional and technical practitioners put forward different solutions from different angles and environment. In this paper， a half-duplex solution for voice call is proposed， and its technical characteristics are discussed.

Keywords： half duplex; loudspeaker; microphone; audio transmission; voice call

引言

日常生活中，语音通话设备十分普遍，如电话机、手机、对讲机等。从技术上，应用音频传输技术实现日常的语音通话功能。不同产品，根据使用环境和设计理念，处理不同问题，使用了不同的技术方案，体现为体验效果有所差异。

1 问题的提出

语音通信设备在使用过程中，偶有发生哨叫、振鸣等现象。

应用音频传输技术实现日常的语音通话功能，其实现模型如“图1”所示。

图1中，AB两个设备分别是通话的两端。我们应用时，只关注两个效果：A端说话B端有声音和B端说话A端有声音，即音频从A端麦克风传输到B端扬声器和B端麦克风传输到A端扬声器两个过程。而实际上，在A端，AS（A设备的扬声器）放出声音时，AM（A端的麦克风）也会接收，形成回声。同样，在B端也存在回声。如图2所示，在音频传输回路中，如果回声没有被消除，正常回传，那么在音频发起端就会接收到自己发起的音频信号。并重新送到回路中，再次传输。

在全双工通话系统中，音频回路是闭环的。以图2的传输通道为例，假设，音频从A端发起，经过传输，回授到BM（B端的麦克风）的音量大于AM接收的音量，再经过传输，回授到AM的音量大于AM原始接收的音量，则形成循环，一直加大，造成哨叫。即使回授到AM的音量略小于AM原始接收的音量，也需要经过多次循环，造成振鸣。许多领域的语音通话应用都会遇到与上述类似的问题，其根源就是回声。个别应用场合，只要较小的音量就能满足要求，回授的信号小，回声效果不明显，不需要特殊处理。而许多场合，需要关注回声对系统的影响。

2 问题的讨论

从以上分析的情况看，破坏传输回路才能有效解决哨叫和振鸣的问题。如果AS发出的音量被AM接收的很少，则回传的音量较少，不容易发生以上问题。结构上，如果条件允许，调节AM和AS的方向，并加大距离，会减少音频从喇叭到麦克风的回授量，从而让哨叫更不容易发生。而实际情况，条件受限，结构的优化空间较小，需要通过电子的方案解决。

在电子方面同样是破坏回路形成的条件。目前解决方案有回声消除方案和半双工语音通话方案。在数字传输系统中，为解决回声对语音传输系统的影响，引入回声消除方案（包括硬件的方案和软件算法的方案），通过采集音频传输通道扬声器和麦克风两端的信号，比对信号，判断麦克风接收的信号是否是回声信号，对判定为回声的信号大幅抑制，有效消除回声对音频传输系统的影响。使用硬件回声消除方案，需要专门的回声消除芯片，软件回声消除也依赖于较高性能的处理器。

在模拟语音传输系统中，受限于各种条件，通常使用半双工语音方案。目前行业的解决方案主要用半双工语音切换芯片，如电话机上使用的34018芯片或34118芯片，通过衰减回路回授量，如图1所示，AB两端都使用半双工语音芯片进行控制，当A设备正常说话时，“1”和“2”通路正常，“3”和“4”通路大幅度衰减;当B设备正常说话时，“3”和“4”通路正常，“1”和“2”通路大幅度衰减。该方案可以达到半双工通话的效果，由于没有自激回路，不会发生哨叫。

然而，如图2所示，只要其中一个传输通道断开（或大幅度衰减），则可以达到破坏回声的目的。

3 一种语音半双工方案

我们探讨另一种半双工语音方案，通过仅破坏一条回路达到半双工目的。如图3所示，另一种半双工语音控制方案，接收到输入的音频信號（麦克风的信号和另一端发送过来的信号）后，进行信号放大、检波，再通过MCU的ADC端口接收。MCU同时接收来自两端的音频信号，通过软件对语音信号的逻辑分析，判断通话情况，进行通道切换，实现语音半双工功能。

图3 半双工语音控制组成示意图

在这个方案中，考虑到成本，可以使用普通的8位MCU实现，考虑到8位MCU的处理能力，不能直接对放大后的音频信号进行采集，应进行检波整形，大大降低信号的频率，使用8位MCU就能准确的判断波形的信号量大小。

除了上述对信号进行放大检波外，还需要通过软件判断通话情况，进行通道切换。软件上，每隔280us采样一次，将采样的数据存入缓冲区，每隔10ms的数据都进行一次加权计算。每隔10ms都将最近50ms的数据计算后进行对比。同时，分析接收到的音量，如果最近一段时间接收到的数据是平缓的，则认为是背景噪声的概率比较大。整体数值进行削弱处理，对人发声的波形进行优先处理。信号经过处理后，再进行音量大小比较。通常情况下，音量大的优先。当一边已经处理通话状态时，达到一定音量，则优先保持，这样避免由于音频回授的检测值大于音频发起的检测值时，断开通话，造成通话断断续续的效果。ABC分别是三种情况下信号的表现形式，其中实线表示A端实际发起的音频波形，虚线表示B端回授回来的波形。根据波形，可以处理如下：

（1）理想状态下，A端发起波形远大于回授回来的波形，这种情况下，选择通道为信号大的通道。

（2）A端信号达到一定程度后，B端回授回来的波形大于正常发起的波形，这时需要软件进行判断。当有一起发起，波形大到一定程度时，认为这一端在说话，另一端的信号是由于本端信号引起的。这时，通道仍保持A端说话通道。

（3）回援回来的信号相对发起信号有所延迟。人正常说话的时候是有语气间隔的，波形有高峰有低。在信号降低时，回授端信号仍比较大，这时需要进行时间延迟判断，即原通道信号降低时，仍需要进行延迟，不宜由于另一端信号比较大就马上切换。

以上是针对语音信号在实际通话时三种表现形式的处理简述。实际案例中，仍有其它影响波形的因素，需要根据当时环境逻辑进行判断处理，如由于环境噪声的影响，整体波形基准线往上抬高，这时就需要通过软件计算，对稳定的外界噪声信号量进行衰减处理。

4 结束语

本文所述半双工方案是在实际案例中，为降低成本而考虑的一种方案。有别于市面专用半双工语音控制芯片方案，本方案通过对多种环境分析，应用更灵活。电子应用的发展往往都是基于不同限制因素，不断考虑符合条件的解决方案，基于不同条件下做出的技术选择。今后在各种领域为解决问题的不断钻研，还会让电子技术的发展走得更高、更远。

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