基于飛思卡爾MCU的AEC算法實現(xiàn)

1、基于飛思卡爾mcu的aec算法實現(xiàn)voip是在ip網絡上實現(xiàn)音視頻及傳真信號傳輸的一門全新的集成業(yè)務數據網絡技術。ip語音傳輸技術具有節(jié)約帶寬、話費低，可便利地集成智能型開放體系結構以及多媒體業(yè)務等優(yōu)勢。但較之傳統(tǒng)電話，其語音質量較差。實際上，影響因特網語音質量的因素是多方面的，關鍵因素之一是回聲的影響。因此，要提高因特網的語音質量，就必需在語音傳輸過程中舉行回聲消退。aec是基于自適應算法并可用于voip的聲學回聲消退技術。而用于aec算法的實現(xiàn)與討論的硬件平臺是以freescale公司的mcf5235為核心的開發(fā)板。mcf523x系列是首個以帶有增加型乘加運算單元(emac)的coldfi

2、re v2內核為核心，該產品同時結合了增加型時序處理單元(etpu)和10100以太網多媒體通道控制模塊(mac)的mcu，因而具有強大的數據處理能力和豐盛的接口，能夠滿足voip電話終端對數據處理速度以及網絡通訊平安的要求。1 回聲消退1.1 聲學回聲消退原理aec是以揚聲器信號與由它產生的多路徑回聲的相關性為基礎建立的遠端信號語音模型，利用它可對回聲舉行估量，并不斷地修改的系數，以使估量值更靠近真切的回聲，然后，將回聲估量值從話筒的輸人信號中減去，從而達到消退回聲之目的。聲學回聲消退器的結構原理1所示。其中y(n)代表遠端語音信號，r(n)代表回聲，x(n)是已經疊加了回聲信號r(n)的近

3、端語音信號。對回聲消退器來說，可將遠端信號作為一個參考信號，然后由自適應濾波器通過它來產生回聲的估量值r(n)，再從近端帶有回聲的語音信號中減去r(n)，從而估量出近端輸出信號(n)。在近端未說話時，即當x(n)=0時，(n)即為回聲的殘差信號e(n)。e(n)的計算方程為：e(n)=r(n)-r(n) (1)此時，回聲的殘留信號的抱負值應為0。1.2 自適應fir濾波器在聲學回聲消退器里，橫向結構的自適應濾波器可通過參考信號來產生回聲的副本，其原理2所示。假如這個橫向結構的自適應濾波器的轉換函數與回聲通道的函數模型全都，那么，回聲的副本與回聲就應當是全都的，這樣，通過兩者的抵消便可達到消退回

4、聲之目的。fir濾波器的最主要特點是沒有反饋回路，這是一種非遞歸系統(tǒng)，它的沖激響應是一個有限長序列。fir濾波器的輸出計算公式為：自適應fir濾波器按照上一刻的近端輸出信號(n)及遠端語音信號y(n)，并通過自適應算法來估算當前時刻fir濾波器的系數ak(n+1)。1.3 lms算法和nlms算法在輸入信號和參考信號都是平穩(wěn)隨機信號的狀況下，自適應濾波器的均方誤差ee(n)性能曲面是濾波器加權系數ak的二次函數。其系數修正算法通常采納可使均方誤差最小的最優(yōu)化求解算法。因為實際的梯度值只能按照觀測數據估量，因此lms算法提出的一個基本思想就是用平方誤差ee2(n)來代替均方誤差ee(n)。它是對

5、基本的最速下降算法的改進，其算法迭代公式為：ak(n+1)=ak(n)+2e(e)*y(n) (3)其中y(n)為輸入信號，為迭代步長常量。規(guī)一化lms (nlms)算法可用來在lms自適應濾波器方程里修正fir濾波器的系數。nlms算法與lms算法幾乎是一樣的，唯一的不同是nlms算法中用法可變步長控制因子來代替lms算法中的常量因子。其目的是加快算法的收斂速度。其算法迭代公式為：其中，可由實驗來確定。但應注重，的選取至關重要，為了確保收斂，必需滿足0雙端講話狀況可以通過設計近端話音檢測器，并采納geigel算法來判決。利用該算法計算回聲延時大小范圍內的瞬時能量比較，具有著良好的性能優(yōu)勢。其

6、geigel算法描述如下：式中，n是fir延時級數，之所以將r(i)和最近n個遠端輸入的最大值舉行比較，而不是僅僅和當前遠端輸入點y(i)舉行比較，是由于回聲路徑延時具有不確定性。2 實現(xiàn)計劃聲學回聲消退器aec主要包括fir濾波模塊、geigle雙端語音判決模塊、nlms系數更新模塊、語音狀態(tài)控制模塊四個部分，圖4所示是該aec的簡要工作流程。公司的硬件開發(fā)平臺以coldfire系列mcf5235為核心。該系列mcu支持標準及其專用的匯編語言。因此，在該平臺上運行的功能模塊需要用法c語言或者專用匯編。aec的開發(fā)及移植過程5所示。設計時。首先應搭建aec的matlab模型并對該模型舉行驗證。

7、然后以已通過驗證的模型為標準，搭建可在mcf5235開發(fā)板上運行的c語言模型。最后按照需要將運算較為密集的那部分c語言程序轉化為coldfire芯片的專用匯編語言。3 試驗結果及分析在matlab環(huán)境下對aec舉行測試時，可將需要的三部分語音信號同時輸入到回聲消退器，然后測試回聲消退的相關性能。本測試所輸入的語音信號波形6所示。從上到下依次是遠端語音信號y(n)、近端語音信號x(n)和回聲信號，其中與之和作為近端輸入與y(n)一同構成了回聲消退器的兩個輸入信號。將濾波器的階數設置為512。即實行64 ms延時的回聲消退。通過回聲消退處理后所得到的殘差信號e(n)的波形7所示。從圖6和圖7的對照可以發(fā)覺，當只存在遠端信號和回聲信號，而近端沉默的狀況下，回聲消退器能夠迅速收斂并消退絕大部分回聲；而當雙端都存在信號時，回聲消退器能在消退回聲的基礎上較好的保持近端語音波形。將aec功能模塊集成到用mcf5235開發(fā)板搭建的voip終端上，來建立兩個通信終端的語音通信，即可對aec功能模塊舉行實時免提通話測試。4 結束語本文介紹了聲學回聲消退的原理、聲學回聲消退器的設計以及aec在基于freescale公司mcf5235開發(fā)平臺的v