声学回声消除算法研究

    在远程会议系统、车载电话和语音IP技术中(Voice Over IP),往往出现语音质量较差的情况.其因素是多方面的,但最关键的因素之一是回声的影响,因此回声消除对提高话音传输质量至关重要.随着回声消除技术的发展,当前回声消除研究的重点,已由/电路回声0的消除转向了/声学回声0的消除.

    TMS320VC5402是TI公司生产的从属于TMS320C54x系列的一个工作灵活、高速、具有较高性价比、低功耗的16位定点通用DSP芯片,目前它在语音处理方面得到广泛应用.本文基于TMS320VC5402的硬件特点,对NLMS算法和NBLMS算法进行比较研究,从而为声学回声消除提供选择依据.

    1 声学回声的产生机理及其消除原理

    1.1 声学回声产生机理

    源自接收器(耳机)的声波,通过位于声音路径上的固体物体反射进入手机的麦克风(话筒)中,或扬声器电话中,这就形成了声学回声.如图1所示.

    1.2 声学回声消除原理

    1.2.1 声学回声消除功能原理

    声学回声消除的功能原理如图2所示,远端的信号s(n)通个一个自适应滤波器之后生成信号e ~(n),同时经扬声器在近端放出,再经麦克风拾取后产生我们不需要的回声信号e(n).在只有远端说话的情况下, e ~(n)和e(n)经过一个减法器之后,成为剩余回声信号r(n),而自适应滤波器就是利用剩余回声信号采用LMS算法来调整自适应滤波器的系数,从而消除剩余回声的.

    1.1.2 声学回声消除算法原理

    LMS算法会不断调整自适应滤波器的系数,而滤波器的系数的个数与回声路径有关,例如回声路径达32 ms,采样率为8 k,则滤波器的系数个数为256.滤波器的系数调整算法如下:

    (1)信号y(n)滤波后得到信号(注意:对公式参数的调整):

    (2)剩余回声信号:

    (3)利用剩余回声信号调整滤波器系数.算法推导如下:

    最终得到LMS算法的滤波器系数更新如下:

hn+1[i] = hn[i]+Lrs[n - i] , (3)

    式中hn[i]是第n个采样值计算后的滤波器第i个系数.

    而在实际的回声消除过程中,对滤波器系数的调整和更新有两种方式,一种是每次输入一个采样值,使滤波器的所有系数更新一次,即NLMS算法;另一种是将滤波器的系数分为若干块,每次输入一个采样值,滤波器系数只是轮回地更新其中一块,即NBLMS算法.以下将基于TI公司的TMS320VC5402,介绍这两种算法并对这两种算法进行比较.

    2 NLMS算法和NBLMS算法

    2.1 NLMS算法

    在该算法下滤波器系数的更新过程是,所有系数在对一个采样值进行计算后,全部被更新.具体算法如下.

    其中L为适应梯度值,Pn为信号平均能量.