一種基于DSP的音頻實(shí)時(shí)處理系統

摘要：聲學(xué)回聲消除器一直是視頻會(huì )議系統不可缺少的組件。將回聲消除算法結合噪音消除和靜音檢測算法等，提出一種改進(jìn)的實(shí)時(shí)音頻處理系統方法，并在TMS320C6713B上實(shí)現，能夠有效改善噪音、雙工檢測、非線(xiàn)性回聲等導致自適應濾波器發(fā)散的問(wèn)題。該系統在保證正常雙工通話(huà)的同時(shí)，對非線(xiàn)性回聲的抑制有著(zhù)明顯的改善效果。
關(guān)鍵詞：聲學(xué)回聲消除；噪音消除；靜音檢測；語(yǔ)音信號處理；DSP

0 引言
隨著(zhù)VOIP的廣泛應用以及多媒體通信技術(shù)的發(fā)展和成熟，人們對互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音通信的音頻品質(zhì)提出了更高的體驗要求。主流的視頻會(huì )議系統由原先的14 kHz升級到22 kHz的音頻帶寬，這也標志著(zhù)語(yǔ)音通信已經(jīng)真正轉化為高品質(zhì)音頻通信的應用階段。當然在基于互聯(lián)網(wǎng)的音頻通信中，聲學(xué)回聲和噪聲一直是影響音頻質(zhì)量的最為關(guān)鍵因素之一。
聲學(xué)回聲消除成為提升音頻通信質(zhì)量的一個(gè)非常重要的環(huán)節。聲學(xué)回聲消除采用了自適應濾波來(lái)估計回聲產(chǎn)生的回路特征，并不斷修正自適應濾波器的系數，使得估計值更加逼近真實(shí)回聲，最后從話(huà)筒信號中去除估計的回聲，以達到回音消除的目的。
聲學(xué)回聲具有信號沖激響應時(shí)間長(cháng)，特征分布范圍廣且多路徑反射和時(shí)變的特點(diǎn)，自適應濾波器在估計回聲路徑的過(guò)程中容易受到這些不確定因素的干擾，當然外部環(huán)境的噪音也是一個(gè)重要的因素。
本系統結合多種已有信號處理算法，有效提升了聲學(xué)回聲的雙工能力和收斂速度，并有效避免了使濾波器發(fā)散的多種因素，提升了濾波器的處理效率。同時(shí)利用高速浮點(diǎn)DSP對回聲消除和噪聲消除進(jìn)行了整體的實(shí)現。
系統采用了頻域的MDF自適應濾波算法，將MMSE Noise Suppressor和多個(gè)VAD添加到回聲消除器中。在加入濾波器系數更新模塊和非線(xiàn)性檢測模塊后，使得系統在更惡劣的噪音環(huán)境下以及雙方通話(huà)過(guò)程中，一樣具備良好的回聲消除和噪音消除能力。整個(gè)核心運算部分均在頻率域內完成，也大大降低了運算量，最后通過(guò)調整DSP的數據結構，合理運用DSP的資源和指令加速，實(shí)現了基于DSP的高效能實(shí)時(shí)音頻處理器的設計。

1 音頻處理系統相關(guān)算法
1．1 聲學(xué)回聲消除
聲學(xué)回聲消除的基本原理是通過(guò)自適應濾波器估計聲學(xué)回聲路徑的特征參數，產(chǎn)生一個(gè)模擬的聲學(xué)路徑，得出模擬的聲學(xué)回聲信號，并從參考信號中減去此信號，實(shí)現回聲的消除。圖1給出了一個(gè)最為常見(jiàn)的聲學(xué)回聲消除器AEC的原理圖。

1．2 結合噪音消除和靜音檢測的回聲處理系統
1．2．1 MDF濾波器基本結構和算法原理
MDF(Multi-delay Block Frequency Domain Adaptive Filter)是一種將原有的多階濾波器分為K個(gè)等分的子塊，在每個(gè)長(cháng)度為N的子塊能進(jìn)行自適應濾波的方法。如此能降低多階自適應濾波器大量的運算量。F表示對2N×2N的矩陣進(jìn)行FFT變換，若v表示信號幀序號，而diag表示對角矩陣運算，則：

假設實(shí)際路徑產(chǎn)生的回聲信號為y(v)，通常也叫近端信號，則：

K-1，它表示濾波器估計的第k個(gè)子濾波器的系數。