基于FM2010芯片的回聲消除裝置的設計
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介紹了一種歸一化快速塊最小均方算法(NFBLMS)，相比LMS算法,它不僅可以有效減小運算復雜度,同時(shí)也能改善收斂速度。運用了一種新的回聲控制系統，該系統結合了非線(xiàn)性諧波處理的線(xiàn)性回聲消除，獲得了很好的回聲消除效果及收斂效果。參考文獻[4]提出了一種全極IIR回聲消除器，該回聲消除器可以應用傳統的LMS算法，并得到很好的效果。
1 回聲產(chǎn)生的原理及主要的消除方法
1.1 回聲產(chǎn)生的基本原理
回聲一般可分成電路回聲和聲學(xué)回聲。電路回聲主要由提供商的線(xiàn)路質(zhì)量所致，而聲學(xué)回聲則是由用戶(hù)端設備的質(zhì)量所致。
1.1.1 電路回聲
在傳統電話(huà)系統中，存在著(zhù)一種所謂的“電路回聲”。該回聲產(chǎn)生的主要原因是在系統中存在2-4線(xiàn)的轉換。完成2-4轉換的混合器因阻抗匹配，造成“泄漏”，從而導致“電路回聲”。
1.1.2 聲學(xué)回聲
因特網(wǎng)語(yǔ)音傳輸中的第二種回聲源是“聲學(xué)回聲”。聲學(xué)回聲是指揚聲器播放出來(lái)的聲音被麥克風(fēng)拾取后發(fā)回遠端，這就使得遠端談話(huà)者能聽(tīng)到自己的聲音。聲學(xué)回聲又分為直接回聲和間接回聲。
直接回聲是指揚聲器播放出來(lái)的聲音未經(jīng)任何反射直接進(jìn)入麥克風(fēng)。這種回聲延遲最短，它與遠端說(shuō)話(huà)者的語(yǔ)音能量，揚聲器與話(huà)筒之間的距離、角度、揚聲器的播放音量以及話(huà)筒的拾取靈敏度等因素相關(guān)。
間接回聲是指揚聲器播放的聲音經(jīng)不同的路徑一次或多次反射后進(jìn)入麥克風(fēng)所產(chǎn)生的回聲集合。
由于電路回聲主要由供應商的線(xiàn)路質(zhì)量所致，其消除也通常由供應商解決，故本文主要解決聲學(xué)回聲的消除方式。
1.2 回聲消除方法
回聲消除的原理：假設需要消除房間 A所能聽(tīng)到的回聲，把房間A 發(fā)送回路的聲音送入采樣器進(jìn)行采樣，采樣后這個(gè)樣值被送到回聲抑制模型電路進(jìn)行回聲抑制模型建立，再把這個(gè)回聲抑制的模型送入接收回聲的回聲比較器進(jìn)行比較，最終達到抑制回聲的目的。
常用的回聲消除方法有以下幾種：
(1)本端回聲消除器(以CISCO系統內置回聲消除器為代表)：回聲消除電路內置在本端通信終端設備上，為本地會(huì )場(chǎng)消除遠端回聲影響。
(2)異端回聲消除器(以ClearOne的回聲消除器為代表)：本地的回聲消除電路是用來(lái)消除對端的回聲。
(3)分布式回聲消除：分布式回聲消除是美國Clear-
One公司獨有的專(zhuān)利技術(shù)，有別于單路回聲消除，它在XAP系列產(chǎn)品的每一路麥克輸入都內置了回聲消除器，可以更有效、更徹底地消除回聲。
2 FM2010簡(jiǎn)介及回聲消除裝置設計
FM2010是Fortemedia公司推出的一款小引腳低功耗的回音消除器和噪音抑制器。
2.1 FM2010特性及回聲消除原理
FM2010 是集合CODECs、ROM、RAM以及串口的基于DSP技術(shù)的芯片。利用創(chuàng )新的SAM(小型陣列麥克風(fēng))技術(shù)與波束形成能力，其功率消耗僅為25 mW。圓錐形波束形成特性可以在保持用以提高清晰度的聲音質(zhì)量和增加聲音的可辨識度的同時(shí)對噪音進(jìn)行壓制。FM2010的回音消除可達60 dB，非平穩噪音抑制可達20 dB，平穩噪音抑制為18 dB。每個(gè)模擬通道都是8 kHz的采樣率和84 dB的信噪比。為了進(jìn)一步減少能耗，FM2010使用特定的硬件加速器來(lái)降低MIPS的需求以達到25 mW的損耗，并附帶了硬件加速器的聲音處理器[5]。
FM2010使用的是自適應回聲抵消原理, 聲學(xué)回聲抵消器的實(shí)質(zhì)就是用一個(gè)自適應橫向濾波器對未知的回聲授通道進(jìn)行系統辨識，模擬回聲路徑，再通過(guò)自適應濾波算法的調整，使其時(shí)域沖激響應與實(shí)際回聲路徑相逼近，從而得到回聲預測信號，再將預測信號從麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號中減去，即可實(shí)現回聲抵消。其原理即為分布式回聲消除方式。具體來(lái)說(shuō)就是FM2010芯片的MIC IN是麥克風(fēng)進(jìn)入的信號, 即用戶(hù)的聲音輸人信號, 其中包含由本機揚聲器漏進(jìn)去的部分主話(huà)端的語(yǔ)音信號。Line IN接入的是主話(huà)端的語(yǔ)音信號, 即由本機揚聲器輸出的信號直接接入FM2010的Line IN輸入端。在FM2010內部會(huì )經(jīng)過(guò)DSP芯片的運算處理對兩者進(jìn)行比較，消除MIC IN信號中與Line IN端相同的信號(即回聲音頻信號)，使用自適應回聲抵消原理達到消除回聲的目的[6]。
2.2 硬件電路及PCB板設計
圖1為宏觀(guān)硬件架構圖(原理圖)。如圖所示，FM2010配有E2PROM。E2PROM的主要作用是存儲初始化信息，保存并傳遞回音消除的參數。圖中FM2010芯片為回聲消除的主要工作芯片(芯片未接腳為懸空)，并配以相應的電源電路，以及麥克風(fēng)的接口電路，從而整體完成消除回聲的功能。
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