VoIP技术之回声消除技术
VoIP技术之回声消除技术 “在PBX或局用交换机侧,有少量电能未被充分转换而且沿原路返I门1,形成I川声。如果 打电话者离PBX或交换机不远,回声返回很快,人耳听不出来,这种情况下无关紧要。但 是当回声返|口|时间超过10ms时,人耳就可听到明显的回声了。为了防止I口I声,一般需要1门1 声消除技术,在处理器中有特殊的软件代码监听问声信号,并将它从听话人的语音信号中消 除。对于IP电话设备,I门I声消除技术是十分重要的,因为一般IP网络的时延很容易就达到 40〜50ms。” 一、因特网语音通信中回声的特点 与传统电话相比,因特网上进行语音的实时传输,有其致命的弱点,那就是语音质量较 差,影响因特网语音质量的因素是多方面的,最关键的因素之一是IE声的影响。因此,要提 高因特网的语音质量,就必须在因特网的语音传输过程中进行消I叫声的处理,也就是说,IP 电话网美作为因特网的语音接入设备,几须具有回声的消除功能。由于因特网的语音传输是 采用分组交换技术实现的一种全新的电信业务,传送的语音信号要经过编码、压缩、打包等 一系列处理,这不仅造成1门1声路径的延迟较大,而且延迟抖动也较大。因此,在因特网的语 音传输过程中,回声问题显得尤其突出,并具有如下特点。 1、mi声源复杂 在传统电话系统中,存在着一种所谓的”电路回击”。该mi声产生的主要原mi是在系统中 存在2-4线的转换。完成2-4转换的混合器因阻抗匹配,造成”泄漏“,从而导致了”电路I口I声 %从因特网IP电话网关的连接方式可以看出,IP电话网关一端连接PSTN,另一端连接因 特网。 尽管电路回声产生于PSTN中,但同样会传至于IP电话网关,是因特网语音传输中的 IE声源之一,因特网语音传输中的第二种回声源是所谓的”声学声”。声学I门I声是指扬声器 播放出来的声音被麦克风拾取后•发回远端,这就使得远端谈话者能听到自己的声音。声学问 声又分为直接I 口I声和间接I 口I声。直接回声是指扬声器播放出来的声音未经任何反射直接进入 麦克风。这种I口I声延迟最短,它与远端说话者的语音能量,扬声器与话筒之间的距离、角度、 扬声器的播放音量以及话筒的拾取灵敏度等因素相关。间接IE声是指扬声器播放的声音经不 同的路径一次或多次反射后进入麦克风所产生的回声集合。因为周围物体的变动,例如人的 走动等,都会改变回声的返回路径,因为这种回声的特点是多路径、时变的。另外,背景噪 声也是产生回声的因素之一。 2、I叫声路径的延迟大 在因特网中的语音传输中,延迟来源有三种:压缩延迟、分组传输延迟和处理延迟。语 音压缩延迟是产生回声的主要延迟,例如在G.723.1标准中,压缩一帧(30ms)的最大延 迟是37.5ms。分组传输延迟也是一个很重要的来源,测试表明,端到端的最大传输延迟可 达250ms以上。处理延迟是指语音包的封装时延及其缓冲时延等。 3、|门I声路径的延迟抖动大 在因特网的语音传输过程中,由于问声路径、语音压缩时延、分组传输路由等存在诸多 不确定因素,而且波动范围较大,一般在20~50ms之间。 二、声学回声消除器的结构和相关算法 随着消回声技术的发展,当前IE声消除研究的重点,己由”电路回声”的消除转向了” 声学回声”。 (1) 周围环境的处理 分析声学回声的产生的机理,可以知道:声学I口I声最简单的控制方法是改善扬声器的周 围环境,尽量减少扬声器播放声音的反射。例如,可以在周I韦I的墙壁上附加一层吸音材料, 或增加一层衬垫以增加散射,理想的周围环境是其回响时间或RT-60 (声音衰减60dB所需 要的时间)在300ms-600ms之间。因为这样的环境一方面可以控制反射,又可以不会使 讲话者感到不适。改善环境可以有效地抑制间接声学IE声,但对百接声学回声却无能为力。 (2) I口I声抑制器回声抑制器是使用较早的一种回声控制方法。回声抑制器是一种非 线性的I门I声消除。它通过简单的比较器将接收到准备由扬声器播放的声音与当前话筒拾取的 声音的电平进行比较。如果前者高于某个阈值,那么就允许传至扬声器,而且话筒被关闭, 以阻止它拾取扬声器播放的声音而引起远端I口I声。如果话筒拾取的声音电平高于某全阈值, 扬声器被禁止,以达到消除IE声的目的。由于I可声抑制是一种非线性的回声控制方法,会 引起扬声器播放的不连续。影响I口I声消除的效果,随着高性能的I口I声消除器的出现,I口I声抑 制器已很少人使用了。 (3) 声学问声消除器 声学回声消除的另一方法是使用声学|门1声消除器(AEC: Acoustic Echo Chancellor) ,AEC是对扬声器信号与由它产生的多路径I口I声的相关性为基础,建立远 端信号的语音模型,利用它对I口I声进行估计,并不断地修改滤波器的系数,使得估计值更加 遍近真实的回声。然后,将I门I声估计值从话筒的输入信号中减去,从而达到消除I门I声的目的, AEC还将话筒的输入与扬声器过去的值相比较,从而消除延长延迟的多次反射的声学Ml声。 根据存储器存放的过去的扬声器的输出值的多少,AEC可以消除各种延迟的回声。