基于MCU的AEC算法實(shí)現(xiàn)

1、基于mcu的aec算法實(shí)現(xiàn)較之傳統(tǒng)電話，voip語(yǔ)音質(zhì)量較差。影響因特網(wǎng)語(yǔ)音質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一是回聲。要提高因特網(wǎng)的語(yǔ)音質(zhì)量，就必需在語(yǔ)音傳輸?shù)倪^(guò)程中舉行回聲消退的處理。aec是基于自適應(yīng)算法、可被應(yīng)用于voip的回聲消退技術(shù)。本文用于aec算法實(shí)現(xiàn)與討論的硬件平臺(tái)足以公司的mcf5235為核心的開(kāi)發(fā)板。mcf523x系列是以帶有增加型乘加運(yùn)算單元(emac)的coldfire v2內(nèi)核為核心，同時(shí)結(jié)合了增加型時(shí)序處理單元(etpu)和10100m以太網(wǎng)多媒體通道控制模塊(mac)的，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐盛的接口，能夠滿足voip電話終端對(duì)于數(shù)據(jù)處理速度以及剛絡(luò)通信平安性的要求?；芈曄?/p>

2、器介紹聲學(xué)回聲消退原理aec是以揚(yáng)聲器信號(hào)與由它產(chǎn)生的多路徑回聲的相關(guān)性為基礎(chǔ)，建立遠(yuǎn)端信號(hào)的語(yǔ)音模型，利用它對(duì)回聲舉行估量，并不斷修改的系數(shù)，使得估量值越發(fā)靠近真切的回聲。然后，將回聲估量值從話筒的輸入信號(hào)中減去，從而達(dá)到消退回聲的目的。聲學(xué)回聲消退器的結(jié)構(gòu)l所示。y(n)代表遠(yuǎn)端語(yǔ)音信號(hào)，r(n)代表回聲，x(n)是近端語(yǔ)音信號(hào)。近端信號(hào)x(n)疊加了回聲信號(hào)r(n)。對(duì)同聲消退器來(lái)說(shuō)，將遠(yuǎn)端信號(hào)作為一個(gè)參考信號(hào)，自適應(yīng)濾波器用它來(lái)產(chǎn)生回聲的估量值r(n)，從近端帶有回聲的語(yǔ)音信號(hào)中將r(n)減去，估量出近端輸出信號(hào)(n)。在近端沒(méi)有說(shuō)話的狀況下，即當(dāng)x(n)=0時(shí)，(n)為回聲的殘差信號(hào)

3、e(n)。e(n)的計(jì)算方程為：此時(shí)，回聲的殘留信號(hào)的抱負(fù)值應(yīng)為0。自適應(yīng)fir濾波器在聲學(xué)回聲消退器里，橫向結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器通過(guò)采納參考信號(hào)來(lái)產(chǎn)生回聲的副本，假如這個(gè)橫向結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)與回聲通道的函數(shù)模型全都，那么，回聲的副本與回聲就應(yīng)當(dāng)是全都的，通過(guò)兩者的抵消就可以達(dá)到消退回聲的目的。fir濾波器的最主要特點(diǎn)是沒(méi)有反饋回路，是一種非遞歸系統(tǒng)，它的沖激響應(yīng)h(n)是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。下面的方程被用來(lái)計(jì)算fir濾波器的輸出：自適應(yīng)fir濾波器是按照上一時(shí)刻的近端輸出信號(hào)(n)以及遠(yuǎn)端語(yǔ)音信號(hào)y(n)，通過(guò)某種自適應(yīng)算法來(lái)估算當(dāng)前時(shí)刻fir濾波器的系數(shù)ak(n+1)。lms和nlm

4、s算法在輸入信號(hào)和參考信號(hào)都是平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的狀況下，自適應(yīng)濾波器的均方誤差ee(n)性能曲面是濾波器加權(quán)系數(shù)ak的二次函數(shù)。其系數(shù)修正的算法通常是采納使均方誤差最小的最優(yōu)化求解算法，如最速下降算法。因?yàn)閷?shí)際的梯度值只能按照觀測(cè)數(shù)據(jù)估量，因此，lms算法提出的一個(gè)基本思想就是用平方誤差來(lái)代替均方誤差。它是對(duì)基本的最速下降算法的改進(jìn)，其算法迭代公式為：其中，y(n)為輸入信號(hào)，為迭代步長(zhǎng)常量。規(guī)一化lms(nlms)算法被用來(lái)在lms自適應(yīng)濾波器方程里修正fir濾波器的系數(shù)。nlms算法與lms算法幾乎是一樣的，唯一的不同是在nlms算法中用可變的步長(zhǎng)控制因予代替了lms算法中的常量因子，其目的是

5、加快算法的收斂速度。其算法迭代公式為：其中應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。的選取至關(guān)重要，為了確保收斂，必需滿足0freescale公司的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是以coldfire系列mcf5235為核心。該系列mcu支持標(biāo)準(zhǔn)以及其專用的匯編語(yǔ)言。終于在該平臺(tái)上運(yùn)行的功能模塊需要用法c語(yǔ)言或者專用匯編語(yǔ)言。aec的開(kāi)發(fā)以及移植過(guò)程3所示。首先，搭建aec的matlab模型并對(duì)該模型舉行驗(yàn)證。然后，以已通過(guò)驗(yàn)證的模犁為標(biāo)準(zhǔn)，搭建可在mcf5235開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行的c語(yǔ)言模型。最后按照需要，將運(yùn)算較為密集的那部分c語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)化為coldfire芯片的專用匯編語(yǔ)言。試驗(yàn)結(jié)果及分析在matlab環(huán)境下，對(duì)aec舉行測(cè)試。將需要的三

6、部分語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)輸入到回聲消退器，測(cè)試回聲消退的相關(guān)性能。輸入語(yǔ)音信號(hào)波形4所示，從上到下依次表示遠(yuǎn)端語(yǔ)音信號(hào)y(n)、近端語(yǔ)音信號(hào)x(n)和回聲信號(hào)echo(n)，其中，echo(n)與x(n)之和作為近端輸入，與y(n)一同構(gòu)成了回聲消退器的兩個(gè)輸入信號(hào)。將濾波器的階數(shù)設(shè)置為512，即實(shí)行64ms延時(shí)的回聲消退，通過(guò)回聲消退處理得到殘差信號(hào)e(n)，其波形5所示。從圖4和圖5的對(duì)照中可以發(fā)覺(jué)，當(dāng)只存在遠(yuǎn)端信號(hào)和回聲信號(hào)，近端沉默的狀況下，回聲消退器能夠迅速收斂并消退絕大部分的回聲；當(dāng)雙端存在信號(hào)，回聲消退器能在消退回聲的基礎(chǔ)上較好地保持近端語(yǔ)音波形。將aec功能模塊集成到以mcf5235開(kāi)發(fā)板搭建的voip終端上，建立兩個(gè)通信終端的語(yǔ)音通信，可對(duì)aec功能模塊舉行實(shí)時(shí)免提通話測(cè)試。結(jié)語(yǔ)本文介紹了聲學(xué)回聲消退的原理，并介紹了聲學(xué)回聲消退器的設(shè)計(jì)以及aec在基于mcf5235開(kāi)發(fā)平臺(tái)的voip語(yǔ)音通信終端上的集成。該ae