专利名称：一种音频回声消除方法
技术领域：
本发明涉及语音实时传输技术领域，尤其涉及一种音频回声消除方法。
技术背景
随着多媒体技术的发展和计算机的普及，无论是现代数字会议室，还是个人多媒 体通信，越来越多地利用互联网进行信息的沟通与传输。而在目前进行语音的实时传输存 在着一个主要制约因素就是语音质量较差，影响语音质量的因素是多方面的，最关键的因 素之一是就是音频回声的影响。音频回声的定义是，当远端语音由近端的扬声器放出来时， 在室内的声波可直接传到麦克风或是经由一连串的反射再传到麦克风。当音频回声由麦克 风传回远端时，远端就会听到不久之前自己发出的声音，这样会明显降低话音质量，造成不 舒适感。为了增加系统的稳定性，提高通信的质量，必须设置回声抵消器来尽量降低回声的 影响。目前应用的消除音频回声方法主要包括环境处理、回声抑制器及声学回声消除器 等。对环境的处理如在会议室中采用指向性窄、拾音距离短的鹅颈麦克风，或在房间内壁使 用吸音材料，但只对终端环境的改良不能彻底消除噪声影响。回声抑制器是利用半双工非 线性消声原理控制话筒与音频信号，而其非线性的特点则会引起语音质量较差。声学回声 消除器的效率主要由其模块组成与算法决定，较好的消除器可以实现在音频传输路径中对 回声进行有效消除，能最大程度上除去回声在多媒体通信中的负面效应，因此这也是如今 音频回声消除系统的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种音频回声消除方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种音频回声消除方法，音频回声 消除系统包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、 声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源。所述核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩 展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机分别与电源连接。 模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、计算机分别与核心处理模块相 连。声音输入设备和声音输出设备均与模拟/数字转换模块转换模块相连。所述音频回声 消除方法，主要包括以下步骤(1)各模块与串口初始化包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模 块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源之间的串口连接，以 及启动并初始化各模块；(2)测试数据检测在初始化后，核心处理模块生成一组测试音频，通过计算机进 行对照检测，若音频数码流相符则可进行后续操作；(3)通信音频数据输入通过声音输入设备将音频数据输入，并通过模拟/数字转 换模块器件将音频模拟信号转化为数字信号输入核心处理模块，之后对音频数字信号进行回声消除；(4)核心处理模块音频回声消除音频数字信号传送核心处理模块后，由核心处 理模块检测音频回声，当检测到音频回声后则对音频数字信号进行滤波处理，经过处理后 音频输出。若音频信号传输间隔超过预设定最大值，则所有音频传输完毕并回声处理处理 结束，否则继续返回通信音频输入步骤。本发明的有益效果是本发明音频回声消除系统适用于视频会议系统或电话会议 系统，有效提高音频回声消除系统的稳定性与高效率，消除在多媒体通信和多媒体会议室 中的回声，改善声音效果。
图1为音频回声消除方法总体模块图；图2为音频回声消除方法模拟/数字转换模块电路图；图3为音频回声消除方法扩展存储模块模块电路图；图4为音频回声消除方法时钟电路图；图5为音频回声消除方法复位电路图；图6为TPS767D301电源电路图；图7为音频回声消除方法软件流程图。
具体实施例方式本发明是一个适用于视频会议系统或电话会议系统中的音频回声消除方法，可以 有效消除在多媒体通信和多媒体会议室应用中的回声，改善声音效果。如图1所示，音频回声消除系统包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展 存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源。核心处理模 块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设 备、计算机分别与电源连接。模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、计 算机分别与核心处理模块相连。声音输入设备和声音输出设备均与模拟/数字转换模块转 换模块相连。本发明中，核心处理模块可以使用美国德州仪器公司(Texas Instruments)生产 的TMS320C6000系列型号产品；模拟/数字转换模块可以使用美国德州仪器公司(Texas Instruments)生产的TLC320AC02型号产品；扩展存储模块中，扩展数据芯片可以使用美国 赛普拉斯半导体有限公司(Cypress Semiconductor)生产的CY7C1021V33型号产品，扩展 程序芯片可以使用美国冠捷半导体有限公司(SST)生产的SST39VF1601型号产品。时钟与 复位电路模块中，时钟电路可以使用日本爱普生公司(EPSON)的SG-615型号晶体振荡器产 品，复位电路可以采用美国美信公司(MAXIM)的MAX706型号产品来设计。电源可以使用美 国德州仪器公司(Texas Instruments)生产的TPS767D301产品。核心处理模块可以使用美国德州仪器公司(Texas Instruments，简称Tl)生产的 TMS320C6000系列型号产品。TMS320C6000是TI公司推出的最新系列DSP，采用TI专利技 术VeloiTI的超长指令字VLIW (Very Long Instruction Word)结构，8个功能单元并发工 作，不同字段的操作码分送不同的功能单元，每个周期可执行8条32位的指 令，具有极高的性能。TMS320C6000目前包括TMS320C62x、TMS320C67x、TMS320C64x三个系列以及数字媒 体处理器TMS320DM64x。其中，C62x是定点DSP，C67x为浮点DSP，C64x为2000年以后推出 的目前性能最高的定点DSP。DM64x则是建立在C64x CPU核基础上专用于数字视频处理的 芯片。C6000自推出以来，在各个系列上不断有新品种出现，性能不断提高，功能愈加强大。TMS320C6000系列DSP芯片不仅可以提高系统性价比，减少开发时间，同时增加了 可靠性，得到十分广泛的应用。TMS320C6000系列DSP芯片主要特性有(1)定点/浮点系列兼容DSP，主频100至600MHz ； (2)具有VelociTiTM先进VLIW结构内核；(3)具有类似RISC的指令集；(4)片内集成大容量SRAM，可达8Mbit ；(5)高效率协处理器(C64X)；片内提供多种集成外设；(6)内置灵活PLL锁相时钟电路；(7)支持 IEEE-1149. 1 (JTAG)边界扫描接口 ；(8)内核采用1.0/1. 2/1. 5/1. 8V供电，周边I/O采用3. 3V供电;(9)0. 12至0. 18 μ m CMOS工艺，5/6层金属处理；BGA球栅阵列封装。模拟/数字转换模块可以使用美国德州仪器公司生产的TLC320AC02型号产品。 TLC320AC02是模拟接口电路音频处理器，它提供数模和模数转换接口系统。在一块单片 CMOS芯片上，该器件含有带通抗混叠输入滤波器，一个14位的模数转换器，一个14位的数 模转换器，一个低通输出重构滤波器，一个串行数据端口和控制传输器。内部电路配置和功 能参数由将控制信息读入8个数据寄存器来决定.该器件的工作模式和应用由这些寄存器 的数据决定。在本系统中，核心处理模块TMS320C6000系列芯片与模拟/数字转换模块主从 TLC320AC02芯片之间的连接框图如图2所示。TLC320AC02芯片的主要特点有通用信号处理模拟前端；单5V电压电源；功耗典 型IOOmw ；信号畸变率典型值70dB ；滤波器带宽可编程(可达10. 8KHz) ；14位动态范围的 模数转换器和DAC同步采样；串行接口。TLC320AC02芯片的主要功能有将声音信号经过 模数转换器通道转换成数据格式；为芯片的串行输入输出端口和数字信号处理器或单片机 之间的数据传输提供接口和控制逻辑；通过模数转换器通道将其接收到的数字信号转换成 语音信号。TLC320AC02具有两个信号处理通道(模数转换器通道和数模转换器通道)和相 关的数字控制。两个通道是同步运行的；模数转换器通道的数据接收和模数转换器的数据 发送是在相同时间间隔内进行的，数据发送器处于2s补偿格式。TLC320AC02芯片具有三种基本的操作模式单独应用模式、线性可编译码模式、 主从模式。在单独标准模式时，只有唯一模拟接口电路在使用，芯片为数据传输产生移位时 钟信号和帧同步信号。在线性代码模式时，移位时钟和帧同步信号是由外部设备产生，定时 可为任何标准可编程定时模式。主从模式时，有一片芯片作为主片产生移位时钟信号和帧 同步信号，其余模拟接口电路作为这些信号的从片。扩展存储模块包括三部分扩展数据，扩展程序，以及扩展数据与扩展程序之间 的逻辑连接。其中，扩展数据芯片可以使用CY7C1021V33芯片，扩展程序芯片可以使用 SST39VF1601芯片，逻辑连接可以使用74HC138来实现，电路图连接如图3所示。
扩展数据芯片在系统中作为数据区使用，保存程序代码；扩展数据芯片的掉点保护作用，保证系统代码的完整性和安全性，同时扩展数据芯片还可以在线进行擦除和写入 操作。扩展程序芯片具有快速读取功能，可以作为程序空间使用；在程序启动阶段，扩展数 据芯片内部的程序源代码和固定数据，被系统启动程序搬移到外部程序区扩展程序芯片内 高速运行。扩展数据芯片与扩展程序芯片的逻辑连接所选用的可编程逻辑器件可以在线或 离线更改控制逻辑，便于系统的升级。如图4所示，系统的时钟电路可以使用日本爱普生公司(EPSON)的SG-615型号晶 体振荡器产品。SG-615型号晶体振荡器电路可以为核心处理模块提供系统所用时钟，其内 部已经封装好晶体、电容与相应的电路，只需要加上电源，在其输出端就可以得到所需的时 钟。用于核心处理模块系统时，从引脚X2输出时钟信号，引脚Xl悬空即可。该设计所采用 的时钟为IOMHz。如图5所示，复位电路可以采用美国美信公司(MAXIM)的MAX706型号产品来设 计。为使芯片初始化正确，一般应保证复位信号最低至少持续5个周期。但是在接通电源 后，系统的晶振往往需要几百毫秒的稳定时间，所以RS为低的时间主要由系统的稳定时间 确定，一般为100至200ms。由于核心处理模块的时钟频率比较高，在运行时难免发生干扰 和被干扰的现象。为克服这种情况，在硬件上最有效的保护措施就是采用复位电路。系统 可以采用MAX706芯片来完成复位电路设计，其中MR是手动复位输入，Sl的设置可以实现 手动复位功能。在电路上电、掉电及异常时RESET可以产生一个200ms的复位信号。系统电源可以使用美国德州仪器公司(Texas Instruments)生产的TPS767D301 型号产品。TPS767D301是专为DSP芯片应用设计的双电压低泄露电压调节器。器件可以 被应用于任何需要输出混合电压的应用场合，每个调节器都可以支持最大输出电流750mA。 输出电流能在两个调节器之间按需求分配，所以可以被用于现在的许多DSP器件供电。其 特性包括 3. 3V/ 可调输出，3. 3V/1. 8V, 3. 3V/2. 5V ；在 Io = IOOmA (3. 3V)时 Dropout 电压最 大小于SOmV ；两个低使能的复位信号，复位信号脉宽为200ms ；每个调节器的输出电流范围 都在0mA-750mA之间可调；28-PIN的TSSOP封装。TPS767D301电源电路图如图6所示。声音输入设备可以使用麦克风接入，声音输出设备可以使用扩音器输出。计算机 可以使用个人计算机。计算机连接核心处理模块，通过软件部分的指示执行命令并进而完 成音频回声消除系统的功能。TMS320C6000平台上存在3种C6x代码C代码、线性汇编代码和汇编代码。C6x CPU内部有8个独立的功能单元程序获取单元、指令调度单元、指令译码单元、32个32位 寄存器、2个数据通道(每个包含4个功能单元)、控制存储器、控制逻辑、测试，所以在一个 时钟周期内最多能并行执行8条指令。如图7所示，音频回声消除系统软件包括系统初始化程序部分与音频回声消除程 序部分两个主要方面。在系统初始化部分中，首先对核心处理模块、模拟数字转换模块、扩 展存储模块等模块与各模块之间的串口进行初始化；之后用一组测试数据对模块与相应的 串口连接进行测试，数据读取正常则进入音频回声消除阶段。在音频回声消除程序部分，对 输入音频进行连续检测，当根据采用的自适应滤波算法检测到音频回声后则对回声进行消 除；在全部音频传输完毕后系统音频检测结束。在系统上实现音频回声消除方法，主要包括以下步骤
1)各模块与串口初始化包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源之间的串口连接，以及启动并初始化各模块。2)测试数据检测在初始化后，核心处理模块生成一组测试音频，通过计算机进行对照检测，若音频 数码流相符则可进行后续操作。3)通信音频数据输入通过声音输入设备将音频数据输入，并通过模拟/数字转换模块器件将音频模拟 信号转化为数字信号输入核心处理模块，之后对音频数字信号进行回声消除。4)核心处理模块音频回声消除音频数字信号传送核心处理模块后，由核心处理模块检测音频回声，当检测到音 频回声后则对音频数字信号进行滤波处理，经过处理后音频输出。若音频信号传输间隔超 过预设定最大值，则所有音频传输完毕并回声处理处理结束，否则继续返回通信音频输入步骤。音频回声消除方法的核心处理模块主要由四个基本功能模块组成NLMS自适应 滤波器、语音检测器、残留回波的非线性处理器和舒适噪声产生器。其中，自适应滤波器利 用NLMS算法产生一个与真实回波相类似的模拟回波，它是自适应回波抵消器的核心；语 音监测器分为近段讲话检测器、远端讲话监测器和双端讲话检测器。语音监测结果传送给 NLMS控制器，由它来控制音频回声消除的权值更新和滤波；残留回波的非线性处理器，在 实际中由于种种原因不能将回波完全消除，既存在残留回波，为提高回波抵消器性能，在残 留回波功率小到一定程度后，对其进行某种非线性处理，可以进一步减少残留回波的功率； 舒适噪声产生器能给远端提供一个与近端背景噪声点评相适应的噪声，成为舒适噪声。从 而通过以上四个模块，实现了自适应滤波算法消除回声。
权利要求
一种音频回声消除方法，其特征在于，音频回声消除系统包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源。所述核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机分别与电源连接。模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、计算机分别与核心处理模块相连。声音输入设备和声音输出设备均与模拟/数字转换模块转换模块相连。所述音频回声消除方法，主要包括以下步骤(1)各模块与串口初始化包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源之间的串口连接，以及启动并初始化各模块。(2)测试数据检测在初始化后，核心处理模块生成一组测试音频，通过计算机进行对照检测，若音频数码流相符则可进行后续操作。(3)通信音频数据输入通过声音输入设备将音频数据输入，并通过模拟/数字转换模块器件将音频模拟信号转化为数字信号输入核心处理模块，之后对音频数字信号进行回声消除。(4)核心处理模块音频回声消除音频数字信号传送核心处理模块后，由核心处理模块检测音频回声，当检测到音频回声后则对音频数字信号进行滤波处理，经过处理后音频输出。若音频信号传输间隔超过预设定最大值，则所有音频传输完毕并回声处理处理结束，否则继续返回通信音频输入步骤。
全文摘要
本发明公开了一种音频回声消除方法，系统包括核心处理模块、模拟/数字转换模块、扩展存储模块、时钟与复位电路模块、声音输入设备、声音输出设备、计算机和电源；各模块与串口初始化后、测试数据检测、然后通信音频数据输入、最后核心处理模块音频回声消除本发明适用于视频会议系统或电话会议系统，可以有效提高音频回声消除系统的稳定性与高效率，消除在多媒体通信和多媒体会议室中的回声，改善声音效果。
文档编号H04M9/08GK101848287SQ20101012553
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者刘奇, 赵问道 申请人:浙江大学