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动态提高回声与噪声消除性能解决方案 移动手持终端、、免提设备及其它移动通信系统的语音质量是建立消费者偏好的关键因素回声和噪声是无线通信固有的毛病我们需要信号处理技术来解决语音质量问题，确保供应能被市场接受的高质量音频输出传统方法是在近端或传输路径上采纳独立的回声和模块，这种方法在周边条件不变的状况下表现精彩，但假如四周环境发生了变化，如消失开门或较大的噪声，那么音频系统会很难适应变化，且音频性能也会下降 新方法则集回声消退、噪声抑制及其它音响增加技术于一体，能够依据环境变化更快地动态调整系统参数在大多数状况下，消费者还没发觉音质消失问题之前，我们就能完成调整同样，这种新方法实现了更高的集成度，能解决较大的噪声和回声问题，从而能够实现听起来特别自然的全双工语音通话 回声和噪声消退技术的巨大进步来得特别准时，由于美国很多州都制定了相关法规，全面或部分地禁止驾驶人员在驾车时手握移动通话欧洲大多数国家及很多其它国家也都已经有了相关的法规上述法规的消失，进一步提高了免提技术的需求，并要求能在汽车内部环境中有效消退噪声及回声，这也是免提系统的设计挑战所在设计人员需要简洁易用的软硬件，以便能够为免提音频产品供应与传统手持产品一样的音质，这样才能满意用户的需求。

无线通信中的回声 无线系统中的回声有两大：电气回声和声学回声假如设计方案不佳，导致扬声器信号直接耦合到扩音器信号，那么就会消失电气回声这一问题的解决方案就是做好设计工作 对我们提出更严峻挑战的问题在于声学回声假如放大后的扬声器信号通过扩音器发生回声，那么就会消失声学回声消退这种回声相当困难，我们必需考虑到多个因素放大后的扬声器声音会在不同时间在多个通道上反射这种间接的回声明显滞后于原始信号，这是由于声音在空气中的传播速度仅为300米/秒，而且由于机械振动加大了简单性，回声反射也会失真 半双工交换技术 图1：半双工解决方案 解决回声问题的基本方法就是在检测到远端语音时禁用近端语音通道，这虽然能消退声学回声，但每次只允许一个人说话举例来说，就传统的对讲机而言，按下通话按钮，就不能听到其它人说的话了，因此双向无线电通话规章中要求说话人讲完话时必需明确表示“完毕”后来又有新技术用语音活动检测器 (VAD) 取代了通话按钮，它能在检测到远端语音时自动开／关近端语音通道在移动通信初期阶段，我们尚能接受这种有局限性的技术，但随着用户渐渐习惯于全双工有线通话，他们今后不再接受这种限制性的单向通话技术。

由于全双工有线通话技术使他们能够随便沟通，表达想法，同意或不同意对方的观点，随时停顿，不用担忧扩音器突然不能使用 图2：传统回声消退技术 下面我们将叙述为什么几乎全部、免提设备以及带扩音器的均供应某种回声消退技术目前，几乎全部设备都通过监控远端信号，然后从接收信号中去除远端信号这一基本方法来消退回声假如回声量已知且保持不变，那么上述方法就很简单实现回声消退但实际上回声幅度准时间取决于无线设备使用的环境，而这一环境常常会发生变化，为此传统回声消退技术需要持续监控近端及远端信号声学回声消退器算法用近端扬声器的参考信号来估算回声通道，并从近端扩音器信号中去除回声 自适应滤波器的设计与调整是回声消退性能的打算性因素滤波器通常使用音频信号已知的特性来计算回声估值，并就此调整滤波器的参数，以尽可能减小误差我们通常用归一化均方 (NLMS) 算法来更新滤波器系数，以此来消退回声该算法可化消退器的均方误差，该误差为残余回声自适应通常依据信号功率加以归一，以独立于信号电平 我们在大多数状况下都能以足够的精确     度进行上述计算，以降低可感觉到的回声问题在于，算法能否发挥作用，取决于扬声器与扩音器之间的回声路径的稳定性。

只要四周消失阻碍声音传递的物体（比方说把手里的放到桌面上，触摸键区，把纸张盖在扬声器上），或当扩音器到扬声器的距离变动时（带线话筒放回原位），回声路径就会发生变化当路径变化时，算法就要依据新的回声路径进行调整，这就会消失延迟在自适应延迟过程中，回声就会在近端信号路径上传输 在设计回声消退器时，了解这种器件的工作环境非常重要扩音器与扬声器是否处于固定位置？位置变动是否会对正常工作产生影响？器件工作环境允许的长回声路径是多少？估计噪声有多大？噪声是否会发生变化（比如在汽车环境中）？设备音量应有多大？扬声器与扩音器间的回声返回损耗多大？近端通话人的讲话音量与扩音器端的回声相比应有多大？只有回答了上述问题，才能设计出可依据已知环境进行调整的传统回声消退器不过，当环境转变时，滤波器系数还在适应新的回声通道，我们就已经听到回声了依据初始参数设置的不同，适应过程需要 5 到 10 秒的时间 除了回声影响近端信号质量的问题外，背景噪声也会造成不良影响针对这一问题的解决方案就是采纳噪声消退器典型的噪声消退器独立于回声消退器工作，任何干扰问题都可忽视不计与回声消退器不同，噪声消退器没有参考信号作为依据。

它必需对噪声进行估测，并将其从扬声器信号中消退，要么就只能估测语音不管怎么说，上述两种状况下都应瞄准噪声，以尽可能提高性能结合使用噪声消退器与 AEC 的掌握信号，我们能实现更精确     的语音活动检测环境，提高整合效果假如没有上述相互作用，系统可能会把语音信号当作噪声而误消退 图3：新方法将回声与噪声消退与其它音频处理技术相集成 为了解决传统技术的局限性，我们开发出一种可提高无线音频质量的新方法（如图 3 所示）新老方法的基本差异在于：新方法将回声消退、噪声消退与其它音频信号处理功能相集成，统一由新型全双工掌握模块来掌握这种方法采纳同一 NLMS 算法，不过拥有一些特地特性，这不仅能够充分发挥这种集成型方法特有的系统技术广度优势，还能动态调整系统参数，以便加速 NLMS 的重新整合 全双工掌握技术是新方法能够提高性能的关键所在通过将无线通信设备的音频部分与数字信号处理技术相结合，就能采纳非线性掌握算法，就突发的环境变化做出调整，如背景中的关门声或用户拿的手突然做出什么手势或动作等由于在主掌握器下同时优化了不同掌握算法，从而进一步提高了音质由于采纳了更强大的信号处理架构，因此我们还能添加新功能，如在背景中填充自然发声的舒适噪声以补偿噪声背景的转变，避开消失噪声抽送 (noise pumping)。

将近端与远端音频路径全部关键元件的系统处理技术加以整合，进而优化通话两端的信号质量，这对前代 DSP 来说是特别困难的近期推出的 DSP 在性能与片上存储器容量间实现了适当平衡，其算法的简单程度与音频处理的集成度都足以适应不同音频元件快速优化的要求，有助于实现无线话音质量 新方法的工作原理 新方法用整个系统来了解当前工作环境的状况，并动态调整系统参数以获得性能分析与参数调整是集成式全双工掌握的任务全双工掌握技术可评估近端与远端信号，首先确定信号目前是否处于工作状态，然后从不同角度评估信号质量依据上述信息，全双工掌握机制将对各模块进行全面的动态调整，以提高近端与远端信号的质量 近端信号通道上的全双工掌握机制掌握着非线性处理器、回声消退器以及噪声消退器的参数，以降低回声和噪声远端信号路径上的全双工掌握机制掌握着动态处理机制，调整音频信号，在降低扬声器非线性的同时提高音量输出两个信号路径上都采纳图形均衡器与音质增加技术图形均衡器用于调整变送器（扬声器与扩音器），也可用于调整音频信号的频率特性音质增加技术则用于调整音质，以实现的话音清楚度 使用这种系统技术的特点在于，全双工掌握技术采纳系统了解到的环境信息实现了更高音量与更低回声，并能快速适应不断变化的环境。

设计新型音频处理系统 新型音频处理系统的集成度大幅提高，这给我们提出了一系列设计挑战首先，我们应找到一种适当的 DSP，在为新设计供应所需高性能的同时，供应适当的编程环境，以支持简单度较传统回声与噪声消退技术高得多的设计，从而能够缩短移动通信系统的设计周期 例如，德州仪器 (TI) 的 C5000 DSP 平台就实现了处理性能与大容量片上存储器的优化组合，有助于 降低片外存储器的工作强度，削减处理器的负担架构的选择是特别重要的，该架构不仅要针对音频处理进行优化，而且要包含丰富的器件，从而实现节电特性、丰富外设选择与小型封装的完善结合TI 拥有广泛的第三方开发商网络，可供应多样化的产品，有助于 OEM 与 ODM 厂商添加 MP3 与 WMA 文件的音频流、蓝牙、话音识别、簿等特性 开发工作采纳基于模型的设计方法，能就多个设备的简单声音行为进行建模，并就设备环境生成测试矢量我们用 MathWorks 的 Simulink来设计与开发有关模型设计人员可用 C 代码创建自主算法模块，并集成到仿真环境中用于测试 工程师只需编写相应脚本，描述典型工作状况，即可利用软件供应的模型仿真回声与噪声消退系统的性能。

这种方法使我们能评估多种设计方案，进一步了解性能，同时还能节约设计时间与成本设计人员能快速修改模型，观看性能变化，从而快速优化设计方案，实现音频性能 工程师对系统仿真结果感到满足后，就能针对 TMS320C5000? DSP 平台生成 C 语言二进制代码我们用 Code Composer Studio? 集成式开发环境能很便利地创建二进制对象代码，在对二进制影像进行测试同时，对其源代码进行调试，从而关心工程师便利地调试设计方案建模技术与 Code Composer Studio 目标支持相结合使工程师能在实际硬件上用仿真输入来验证设计方案的性能有效性随后，他们还能用独立于仿真模型的实时音频输入输出来做进一步微调，在评估中对代码作进一步优化 回声消退和噪声消退能否实现性能，取决于系统解决方案能否动态适应于不断变化的环境系统参数的动态调整应快速响应于环境的变化，避开间歇性回声和噪声干扰电流生成技术只有采纳良好的建模环境，才能做好上述解决方案的测试工作胜利的终端产品的关键在于选择适当的 DSP 技术，不仅要供应强大的信号处理功能，还要供应开发基础局端，以确保在肯定时间内适时向市场投放产品。

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