FM31系列數字語音處理芯片在雙向降噪手機中的應用

隨著數字信號處理技術的發展，數字語音處理技術越來越成為發展的潮流。一方面，移動設備向輕薄小型化發展；另一方面，設備包含的功能單元越來越多，如GSM和TD-SCDMA雙模制式，藍牙和WiFi，設備對抗擾的要求越來越高。數字麥克風拾音技術可以消除系統各種射頻干擾對語音通信產生的噪聲。在各種應用場合，手機用戶期望在嘈雜的環境內，能使本方的語音清晰地傳送給對方，同時可以聽清楚對方的聲音。雙向噪聲抑制技術和清晰語音引擎可以實現清晰語音通信。

影響語音通話質量的噪聲干擾，通常包含近端本地的外在環境噪聲干擾和遠端無線傳輸夾雜在語音中的噪聲干擾。外在環境噪聲影響包含兩個方面：由于聲音的遮蔽效應，周圍環境噪聲會影響本地聽者，當噪聲足夠大時，甚至無法聽清對方的聲音；環境噪聲混雜在語音中，經過無線傳輸到對方的聽筒中，使對方難以聽懂。針對這些干擾，需要相應的技術來抑制噪聲，增強語音，實現清晰語音通信。富迪科技（Fortemedia）公司推出的FM31系列芯片是專門針對手機市場推出的基于公司陣列麥克風(SAM)專利技術，全數字接口和數字處理的清晰語音處理芯片。數字陣列麥克風技術采用空間濾波、DSP處理技術，實現心形的試音區域，定向、定距拾取本地聲音信號，抑制了周圍環境噪聲，消除聲學回聲，提升上行通話質，使對方獲得清晰的語音。清晰語音引擎（BVE）技術，可以根據環境噪聲大小，頻譜特性，自動調節聽筒中的下行語音的音量和頻譜能量，使本地用戶能夠聽清楚。同時，對于對方送過來的語音進行消噪，減小本地噪聲。

FM31系列芯片主要功能及特點
專門針對手持設備設計，采用130nm優化設計技術，超低功耗，數字和核工作電壓1.2V，輸入輸出電源1.8V，輸入/輸出引腳可以承受3.3V；典型功耗25mW，采用24個引腳的QFN封裝，引腳間距0.5mm，外形尺寸4mm×4mm；內建鎖相環（PLL），支持多種時鐘輸入。

FM31系列芯片是全數字接口和數字處理芯片，外圍元器件非常少。獨有的數字麥克風（PDM）接口支持一個或兩個全指向的ECM或MEMS數字麥克風陣列。兩路數字音頻信號接口可以配置成內部集成電路聲音（I2S）或脈沖編解碼（PCM）接口，正常處理模式支持8kHz或16kHz的音頻數字信號，直通模式支持48kHz的多媒體音樂信號。主機通過串行主機接口（SHI）總線下載參數，控制芯片。手持模式支持定向，定距近場拾音，抑制外在環境噪聲，上行噪聲抑制最大可達35dB；清晰語音引擎（BVE）可以根據本地環境噪聲強度和頻譜特性，提升手機下行接收器的音量和頻譜，實現清晰語音功能。免提模式支持遠距離拾音，動態范圍控制可以改善語音可懂度，提升全雙工性能。

FM31在手機平臺中的設計和應用
系統連接：根據手機平臺模擬基帶和數字基帶之間的數字音頻接口格式，是否有CODEC芯片等，采用相應的連接方式。例如，愛立信手機平臺（EMP）有兩個I2S接口，可以將FM31置于模擬基帶和數字基帶之間（見圖1）。當使用模擬陣列麥克風時，兩路信號經過模擬基帶芯片放大、濾波、模數轉換處理以后，分別在I2S的左右通道輸出到FM31的I2S輸入引腳RxDc。當使用數字麥克風時，拾取的近端信號經過陣列數字麥克風放大并轉換成PDM信號，從FM31的PDM輸入引腳輸入。經過數字信號處理器時域和頻域的回聲消除和噪聲抑制，從TxDp送到數字基帶，通過無線網絡傳送到對方。下行信號從數字基帶I2S輸入到FM31的RxDp，作為回聲消除的參考信號，同時，經過噪聲抑制和清晰語音引擎得處理，從TxDc送到模擬基帶，模擬基帶模數裝換后放大推動聽筒或喇叭。當使用外置音頻編解碼器時，使用圖2所示的連接方式。

圖1 FM31系列芯片在EMP手機平臺典型應用