声学回声抵消技术的研究

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翻新时间：2023-08-06

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声学回声抵消技术的研究

1 引言

随着通信技术的发展，视频会议和电话会议是近年来发展较快的一项新业务。在这种场合中提供了免提功能。在使用免持电话房间中，从远方传送来的信号（即远端信号）通过电话的扬声器播放出来，声波被墙壁、地板和天花板等反射，这些反射波和直达波都会被电话的传声器拾取，作为近端信号发送给远端，形成回声。这种回声有一定的延迟，当延迟超过 50毫秒并且没有衰减或只有很小衰减的时候，人们就会感觉到清晰的回声，这种回声是通过声学途径产生的，称之为声学回声（Acoustic Echo）。

回声会严重影响语音通话质量和系统的稳定性。到此为止最好的解决办法是贝尔实验室的 Kelly，Logan 和 Sondhi 于 1960 年发明的。这种方法就是利用一个自适应滤波器来辨识混合装置产生回声的通道，从而抵消回声，这种技术就是所谓的“回声抵消（echo cancellation）”。作为提高通信质量的一个重要环节，声回声抵消器的自主研发、改进和生产具有十分重要的现实意义。

2 声学回声产生的机理

上图表示了声学回声的产生机理。

图中的语音通信系统（如视频会议系统等）在理想情况下，应该仅将远端用户的信号完全传送到近端用户，把近端用户的信号完全传送到远端用户。但是在实际情况中，特别是在全双工通信的情况下，近端扬声器播放出来的远端声音信号总会有一部分通过话筒又传回远端，这样远端用户就又听到了自己的声音，这就是声学回声。

2.1 声学回声抵消器的原理

声学回声抵消目前常用的方法是使用声学回声抵消器(Acoustic Echo Canceller, AEC)，AEC 是以扬声器信号与由它产生的多路径回声的相关性为基础，建立远端信号的语音模型。利用它对回声进行估计，并不断地修改滤波器的系数，使估计值更加逼近真实的回声。然后，将回声估计值从话筒的输入信号中减去，从而达到抵消回声的目的。AEC 还将话筒的输入与扬声器过去的值相比较，从而消除延迟的多次反射的声学回声。根据存储器存放的过去的扬声器的输出值，AEC 可以消除各种延迟的回声。(如图所示)

其中：声学回声抵消器产生的回波抵消预测信号为：实际声学回声信号为r(n)，预测误差信号为e(n)。用公式表达声学回声抵消的过程为：

由上图可知，声学回声抵消的核心是一个自适应滤波器。自适应滤波器使用中要考虑的重要问题是优化调整滤波器参数的准则，该准则不仅要对滤波器性能提供有意义的度量，而且必须导出可实现的算法。对自适应算法的要求是收敛速度快，计算复杂度低，稳定性好，失调误差小。

2.2自适应抵消算法

以上两种算法具有收敛速度快，计算复杂度低，稳定性好，失调误差小的的优点。

3 结束语

参考文献 [2] 高鹰，谢胜利.一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[J].电子学报，2001，29(8) : 1094-1097.

[3] D. L. DuttwEiler. Proportionate normalized least mean square adaptation in echo cancellers [A], IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing[C], 2000, 8(5) : 508-518.

[4] Paulo S. R. Diniz著.刘郁林,等译.自适应滤波算法与实现(第二版)[M].北京：电子工业出版社，2004：121-135.