回音抵消技術(shù)的探討

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1、回音抵消技術(shù)的探討陳立峰回波的分類(lèi)及產(chǎn)生原因通信系統(tǒng)中回波包括電學(xué)回聲和聲學(xué)回聲。在PSTN中，為了降低電話(huà)中心局與電話(huà)用戶(hù)之間電話(huà)線的價(jià)格，用戶(hù)線間的連接采用兩線制；而電話(huà)中心局之間連接采用四線制。在采用的混合電路中，由于阻抗的失配，會(huì)不可避免地產(chǎn)生電流泄漏。電流泄漏使得一部分信號(hào)的能量反射回信號(hào)源，這種反射和信道延遲結(jié)合在一起，使講話(huà)者聽(tīng)到自己的聲音或者回聲，聽(tīng)話(huà)者也聽(tīng)到回聲，即為電學(xué)回聲。聲學(xué)回聲是指揚(yáng)聲器播出的聲音在被受話(huà)方聽(tīng)到的同時(shí),也通過(guò)多種路徑被麥克風(fēng)拾取到。多路徑反射的結(jié)果產(chǎn)生了不同延時(shí)的回聲,包括直接

2、回聲和間接回聲。直接回聲是指由揚(yáng)聲器播出的聲音未經(jīng)任何反射直接進(jìn)入麥克風(fēng)。這種回聲的延時(shí)最短,它同遠(yuǎn)端說(shuō)話(huà)者的語(yǔ)音能量,揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)之間的距離、角度,揚(yáng)聲器的播放音量,麥克風(fēng)的拾取靈敏度等因素直接相關(guān);而間接回聲是指由揚(yáng)聲器播出的聲音經(jīng)過(guò)不同的路徑(如房屋或房屋內(nèi)的任何物體)的一次或多次反射后進(jìn)入麥克風(fēng)所產(chǎn)生的回聲的集合。房屋內(nèi)的任何物體的任何變動(dòng)都會(huì)改變回聲的通道。因此,這種回聲的特點(diǎn)是多路徑的、時(shí)變的?；匾艨刂萍夹g(shù)發(fā)展歷史為控制回音的影響,人們最早提出的是“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)衰減”的方法。該方法在發(fā)送和接收方向上分別插入一

3、個(gè)衰減器,所以,回音的衰減比話(huà)音的衰減大2倍。然而,當(dāng)通信距離很長(zhǎng)時(shí),由于話(huà)路會(huì)經(jīng)過(guò)許多衰減器,因此話(huà)音衰減隨著傳輸距離的增加而增加,最后可能導(dǎo)致話(huà)音電平降到無(wú)法聽(tīng)清楚的地步。這一缺點(diǎn),使得“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)衰減”的方法的實(shí)用性受到很大限制。20世紀(jì)50年代,人們?cè)凇巴ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)衰減”技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了回音抑制器技術(shù)?；匾粢种破魍ㄟ^(guò)開(kāi)啟發(fā)送路徑或在發(fā)送路徑上插入較大的衰減來(lái)達(dá)到控制回音的目的。理想情況下,回音抑制器應(yīng)在遠(yuǎn)端用戶(hù)說(shuō)話(huà)時(shí)開(kāi)啟發(fā)送路徑而在遠(yuǎn)端用戶(hù)接收時(shí)關(guān)閉發(fā)送路徑。然而,這很難做到,即使是最好的回音抑制器也經(jīng)常同時(shí)將遠(yuǎn)端

4、用戶(hù)的回音和一部分遠(yuǎn)端用戶(hù)正在接收的話(huà)音同時(shí)去除，因此回音抑制器要求通話(huà)的雙方都很禮貌。當(dāng)遠(yuǎn)端用戶(hù)打斷近端用戶(hù)的話(huà)時(shí),回音抑制器往往會(huì)開(kāi)啟發(fā)送路徑,從而使近端用戶(hù)的話(huà)音受到抑制。以上兩種方法都存在較大缺陷和局限性。鑒于“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)衰減”及回音抑制器方法存在的上述缺陷,人們迫切希望能發(fā)明一種新技術(shù)以便有效地控制回音的影響。20世紀(jì)60年代,朗訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室首先提出回音抵消器技術(shù),由于回音抵消器技術(shù)的自適應(yīng)濾波方法有望克服以往方法存在的缺陷,該技術(shù)提出后,得到廣大專(zhuān)家與廠家的推廣與重視。60年代后期,美國(guó)通信衛(wèi)星公司首先推

5、出第一批模擬回音抵消系統(tǒng),但該系統(tǒng)由于體積及制造成本等原因,沒(méi)有得到商業(yè)推廣。1979年,貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一批數(shù)字回音抵消器產(chǎn)品。數(shù)字回音抵消器產(chǎn)品的誕生,標(biāo)志著回音控制技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。自適應(yīng)回音抵消理論-6-自適應(yīng)回音抵消的基本思想是估計(jì)回音路徑的特征參數(shù),產(chǎn)生一個(gè)模擬的回音路徑,得出模擬回音信號(hào),從接收信號(hào)中減去該信號(hào),實(shí)現(xiàn)回音抵消。其關(guān)鍵就是得到回聲路徑的沖擊響應(yīng),由于回音路徑通常是未知的和時(shí)變的,所以一般采用自適應(yīng)濾波器來(lái)模擬回音路徑。自適應(yīng)回音消除的顯著特點(diǎn)是實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。1、自適應(yīng)濾波器的結(jié)

6、構(gòu)圖1自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)圖1中所示的濾波器的輸入是，濾波器的權(quán)系數(shù)是，為期望輸出信號(hào)，為濾波器的實(shí)際輸出，也稱(chēng)估計(jì)值，。是誤差，。由誤差經(jīng)過(guò)一定的自適應(yīng)濾波算法來(lái)調(diào)整濾波系數(shù)，使得濾波器的實(shí)際輸出接近期望輸出信號(hào)。2、自適應(yīng)回音消除的實(shí)現(xiàn)原理圖2給出了單向傳輸?shù)穆晫W(xué)消回聲器AEC(AcousticEchoCancellation)的原理圖。圖中y(n)代表來(lái)自遠(yuǎn)端的信號(hào),r(n)是經(jīng)過(guò)回聲通道而產(chǎn)生的不期望的回聲,x(n)是近端的語(yǔ)音信號(hào)。D口的近端信號(hào)疊加有不期望的回聲。對(duì)消回聲器來(lái)說(shuō),接收到的遠(yuǎn)端信號(hào)作為一個(gè)參考信

7、號(hào),消回聲器根據(jù)它由自適應(yīng)濾波器產(chǎn)生回聲的估計(jì)值,將從近端帶有回聲的語(yǔ)音信號(hào)減去,就得到近端傳送出去的信號(hào)。在理想情況下,經(jīng)過(guò)消回聲處理后,殘留的回聲誤差將為0，從而實(shí)現(xiàn)回音消除。-6-圖2AEC原理圖回音抵消的主要性能指標(biāo)收斂速度：濾波器的收斂速度越快越好，使正常通話(huà)開(kāi)始后，通話(huà)者很快就感覺(jué)不到明顯的回波存在。穩(wěn)態(tài)殘留回波：即當(dāng)濾波器收斂達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的回波輸出量，實(shí)際中總是希望該參數(shù)越小越好。ITU-TG.168對(duì)各種回音抵消器產(chǎn)品在包括以上兩個(gè)主要指標(biāo)在內(nèi)的各種指標(biāo)規(guī)定了必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。目前常見(jiàn)的自適應(yīng)算法研究與比較

8、常見(jiàn)自適應(yīng)濾波算法有：遞推最小二乘算法，最小均方誤差算法，歸一化均方誤差算法，快速精確最小均方誤差算法，子帶濾波，頻域的自適應(yīng)濾波等等。其中最典型最有代表性的兩類(lèi)自適應(yīng)算法就是遞推最小二乘算法和最小均方誤差算法，以下對(duì)幾種較常用的算法進(jìn)行介紹：1、遞歸最小二乘法(RLS)RLS算法的基本方法為:K(n)稱(chēng)為Kalman增益向量,λ