IP電話(huà)回聲消除器的設計及其DSP實(shí)現

介紹了一種用于IP電話(huà)中的自適應回聲消除器，采用歸一化最小二乘（NLMS）自適應濾波器實(shí)現，包括語(yǔ)音模式檢測器和粗略時(shí)延估計器。最后以TI公司的TMS320C5402 DSP芯片為平臺，實(shí)現了該回聲消除器，還對關(guān)鍵代碼進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：回聲消除，自適應濾波，NLMS，DSP

1　在VoIP中采用回聲消除技術(shù)的必要性
　　與傳統的PSTN網(wǎng)絡(luò )采用電路交換技術(shù)不同，IP電話(huà)采用的是分組交換技術(shù)，充分利用Internet來(lái)傳輸語(yǔ)音數據，使得價(jià)格大大降低，從而取得了長(cháng)足的發(fā)展。但是IP電話(huà)也存在一些弊端，比如語(yǔ)言質(zhì)量比較差，導致這一弊端的因素很多，其中主要的因素就是網(wǎng)絡(luò )延時(shí)和算法延時(shí)，這主要是由于互聯(lián)網(wǎng)的數據傳輸特點(diǎn)以及語(yǔ)音編解碼耗時(shí)較大導致的，總延時(shí)長(cháng)達100ms。根據經(jīng)驗，如果語(yǔ)音的延時(shí)超過(guò)了50ms，那么，人耳就可以鑒別出自己的回聲，顯然，IP電話(huà)系統的回聲是非常嚴重的，鑒于此，國際電聯(lián)（ITU）也相應地制定了回聲消除的國際規范，如G．165，G．168。
2　回聲消除器的結構框圖和基本原理
圖1所示是VoIP回聲消除系統結構圖。

　　從圖1可以看出，整個(gè)回聲消除系統分成三個(gè)部分：NLMS自適應濾波器、語(yǔ)音檢測器和粗略時(shí)延估計器。其中，語(yǔ)音檢測器又分為三個(gè)部分：近端說(shuō)話(huà)檢測器、遠端說(shuō)話(huà)檢測器和雙端說(shuō)話(huà)檢測器。
　　圖1中，A、B端代表遠端用戶(hù)，C、D端代表近端用戶(hù)，y（n）代表時(shí)刻n來(lái)自遠端的語(yǔ)音采樣值。y（n）經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)到達近端用戶(hù)的揚聲器端，由于從揚聲器出來(lái)的聲音信號經(jīng)過(guò)空氣形成的回聲通道H（z）又會(huì )被近端的話(huà)筒拾取，這部分回聲信號echo（n）會(huì )混同近端用戶(hù)的語(yǔ)音信號一起進(jìn)入近端的話(huà)筒，也就形成近端的聲學(xué)信號r（n），r（n）再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，向遠端用戶(hù)的揚聲器傳輸。如果不采取回聲消除措施，只要遠端信號y（n）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳回遠端揚聲器的時(shí)間超過(guò)50ms（這是經(jīng)常出現的情況），那么，這部分被近端拾取的回聲信號echo（n）會(huì )被遠端用戶(hù)分辨出來(lái)，結果就使得遠端用戶(hù)聽(tīng)到了自己的聲音，會(huì )大大降低通話(huà)的質(zhì)量，這是用戶(hù)所不能容忍的。所以，必須采取消除回聲的措施。
　　完成回聲消除的一個(gè)很重要的模塊就是自適應濾波器，本文采用NLMS算法進(jìn)行自適應濾波。當遠端信號y（n）到達近端之后，先把這個(gè)信號“復制”一份，放到存儲器中，結合誤差信號，利用NLMS算法不斷調整自適應濾波器的系數，使得y（n）經(jīng)過(guò)自適應濾波器后的輸出盡量逼近回聲信號echo（n），這樣，當近端的語(yǔ)音信號x（n）＝0的時(shí)候，從B端輸出的誤差信號e（n）也就接近0，從而達到了回聲消除的目的。
　　當然，在NLMS自適應濾波器進(jìn)行濾波和系數更新之前，必須檢測語(yǔ)音模式是近端說(shuō)話(huà)模式、遠端說(shuō)話(huà)模式、還是雙端說(shuō)話(huà)模式，因為不同的說(shuō)話(huà)模式NLMS自適應濾波器所執行的功能是不完全相同的。另外，由于遠端信號y（n）被自適應濾波器“復制”到存儲器中的時(shí)刻t1和y（n）經(jīng)過(guò)回聲通道H（z），進(jìn)入近端話(huà)筒并作相應的處理的時(shí)刻t2是不相同的，t2要大于t1，這主要是語(yǔ)音數據編碼、打包和壓縮造成的。為了使得濾波器處理的信號y（n）和傳回遠端的信號r（n）保持對應，即echo（n）和y（n）保持高度的相關(guān)性，那么被自適應濾波器“復制”的y（n）信號，最好在存儲器中延時(shí)一段時(shí)間，這樣才能保證達到回聲消除取得比較好的效果。
3　NLMS自適應濾波器原理
　　為了討論方便，這里先考慮遠端說(shuō)話(huà)模式，即近端語(yǔ)音信號x（n）為0。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把圖1中的NLMS自適應濾波器部分單獨抽出來(lái)，簡(jiǎn)化成圖2。圖2所示是NLMS自適應濾波器結構圖。

上一頁(yè) 1 2 3 下一頁(yè)