作者 / 程颖菲1 于伟健2 王建明 1.西安铁路作业技能学院(陕西 西安 710014)
2.西安恒飞电子科技有限公司(陕西 西安 710068)
摘要：在通讯职业日渐兴旺的今日，回声消除的运用十分广泛。为了满意自习惯滤波器回声消除体系实时性和精确性的要求，本文选取具有强壮信号处理才能和操控才能的数字信号处理器(digital
signal processer，简称DSP)作为中心算法的处理芯片来完结回声消除的硬件完结。
0 导言
常见的DSP体系的结构主要由低通滤波器、放大器、模数转化器(ADC)、数字信号处理器和数模转化器(DAC)五个模块构成。DSP体系规划进程如图1所示。
1 体系架构
本文回声消除模块的整体规划如图2所示。
如图，本文规划的DSP体系能够划分红信号输入模块、算法完结模块和信号输出模块。
信号输入模块，可分为主通道和参阅通道。DSP在处理算法时需求用到远端语音输入信号和近端语音输入信号。主通道和参阅通道别离收集近端语音信号和远端语音信号，通过处理转化成数字信号，一起送入到DSP中进行处理。
算法完结是自习惯滤波器规划的中心部分。本文选用类型为TMS320F28335的高速信号处理器。现已转化成数字信号的主通道和参阅通道信号在高速信号处理器中依照自习惯滤波算法进行处理，处理完结今后送到体系的输出模块。在信号的输出模块，通过数模转化器得到模仿信号，再通过低通滤波，送给扬声器输出，由此得到通过回声消除今后的语音信号。
本文规划的自习惯回声消除模块的程序规划流程图如图3所示。在各个子模块的程序规划中，通过调用集成在CCS开发平台中的芯片支撑库，能够有效地简化开发流程，极大地进步作业效率。
2 软件规划
CCS(Code Composer Studio)是美国德州仪器公司(Texas Instrument，简称TI)推出的代码开发和调试软件。
自习惯滤波算法的软件完结流程框图如图4所示。依据滤波器系数迭代数据今后，并不需求依据核算差错e(n)来判别核算得到的数据是否输出。而是不论得到的数据和方针数据的差错有多大，都把该数据输出，所以输出的数据有个收敛的进程，刚开始差错比较大，往后就稳定在一个较小的差错规模以内。
在CCS开发平台上建立好开发环境，挑选方针装备目标为TMS320F28335，用C言语编写完结LMS自习惯算法的中心程序代码如下：
for(i=0;i<n;i++)< p="">
{
sum = 0.0f;
for(j=0;j<m;j++)< p="">
{
sum+=h[j]*x[i+j];
}
y[i]=sum;
error=d[i]-y[i];
for(j=0;j<nh;j++)< p="">
{
h[j]=h[j]+(miu*error*x[i+j]);
}
}
首要对程序中需求用到的各个参数进行初始化，取每一次需求处理的信号序列长度N=512，滤波器的阶数M=4，步长因子miu=0.0001。用MATLAB录制一段语音从参阅通道输入，作为回声消除算法的远端参阅语音。一起把这段语音从主通道输入，在DSP处理器中把它缩小为本来的三分之一，作为近端回声信号。
在视频和音频数据流操控中经常用到一种被称为“乒乓操作”的处理机制。它的最大特点是接纳数据流的缓存单元依照必定规则有节拍的切换，这样数据就传送的很顺利，不会丢掉，而且没有任何中止，不会堵塞。这种办法十分合适音频和视频数据的流水线处理。在每一段单位时刻内，处理器处理数据的时刻不能过长，不然本段数据还没有处理完结，下一段数据就现已来了，这样就会导致数据的丢掉和紊乱。通过DMA完结“乒乓操作”的流程如图5所示。
3 双端检测(DTD)
双端通话指近端和远端一起说话的状况，此刻远端、近端语音信号不相关，近端语音在算法处理时会表现成一个搅扰信号，使得自习惯滤波器功用变差，乃至发散。因而，为了使滤波器习惯双端通话的状况，需求在回声消除体系中增加一个双端通话检测器(Double-Talk
Detector，DTD)。通过它来区别单端和双端通话，假如不存在双端通话时，滤波器就实时更新其系数，反之，滤波器系数则中止更新。
现在，最常见的DTD算法有互相关比较法和能量比较法。
4 硬件规划
详细硬件规划如图6所示。整个硬件体系以TMS320F28335类型的DSP为中心，通过编码器TLV320AIC23b与外部进行语音信号的交流(TLV320AIC23b完结语音信号的模仿-数字，数字-模仿的转化作业)。TMS320F28335对TLV320AIC23b的操控通过I2C总线完结，其数据交流通过多通道缓冲端口(McBSP)来完结。JTAG通过仿真器衔接DSP与上位机，以完结程序的下载、调试。其他模块与DSP构成能正常作业的最小体系。DSP与编码器的详细衔接如图7所示。TLV320AIC23b数字音频接口与DSP之间的数据传输时序如图8所示。
在音频信号的输入端和输出端各加了一级滤波器，滤除高频信号的搅扰。共有两个通道，别离获取远端参阅信号和近端回声信号。
为了使编码器能够正常作业，需求对它内部的寄存器进行装备，装备是通过操控接口(I2C接口)来完结的。对应的装备命令字的前7位表明的是寄存器地址，后9位代表对寄存器的装备内容。该音频芯片供给了11个装备寄存器，如表1所示。
在本DSP体系规划中，选用+5 V的稳压直流输入作为外部引进电源，这样首要就满意了模仿电路供电需求，而且通过LM117DT3-3.3电源转化芯片将5
V转化为3.3 V来给I/O引脚及部分外围电路，再通过LM117DT3-1.8电源转化芯片将3.3 V主电源转化为1.8 V，给DSP内核供电。
5 回声消除体系调试
为了验证本文所规划的自习惯滤波器的功用，规划了一个模仿实践通话环境的回声消除试验。
场景安置：房间A作为远端房间，房间B作为近端房间，两个房间的参与者运用局域网传输东西FeiQ进行语音通讯。A说话的声响被核算机的麦克风捕获到，通过网络传到B房间的核算机中，此刻声响从核算机中分为两路输出，其间一路直接输入到回声消除模块的参阅通道，另一路则通过扬声器输出，作为远端参与者传输给近端参与者的声响信息。扬声器出来的声响和近端参与者说话的声响通过麦克风进入回声消除模块的主通道，主通道和参阅通道的声响通过DSP处理后输出，输出的声响通过电脑的麦克风再通过网络传输给A房间的远端参与者。
6 成果剖析
依据原理图规划PCB，最终规划好的完好的回声消除模块如图9所示。模块中包括两个输入通道，两个输出通道，一个电源接口，一个调试接口。依照上文所述的办法建立测验环境。
第一次测验，不加回声消除算法，用录音软件录下回声巨细，如图10所示。
在相同条件下，参加回声消除算法，用录音软件录得的回声波形如图11。
通过波形曲线，测得不加回声算法和参加回声算法的回声起伏巨细，通过核算，回声按捺比为26
dB，对回声起到了很好的按捺作用，增强了近端和远端说话者的通话体会。
从图11中能够看出，回声的波形依然存在，所以回声仅仅被按捺了，并没有被彻底消除。这是由于实践的环境没有仿真环境抱负，DSP的精度约束了回声算法的收敛精度，使得最终的收敛曲线会在一个很小的规模内动摇;另一方面，算法的功用也影响收敛精度，步长因子和权系数迭代公式决议了差错的动摇规模。所以，进步回声按捺比的最主要办法是进步DSP的运算精度和算法的功用。
参阅文献：
[1]田增山,涂正伟,龚玲,邱烈义. 双模移动终端自动探测体系的DSP规划与完结[J].
电子技能运用,2014,v.40;No.427(01):23-26+30.
[2]张子刚. 一种双端通话检测算法中噪音阈值自动更新的办法[D].复旦大学,2013.
[3]汪萌,戴礼荣,宋彦,王仁华.一种运用双滤波器的回声消除算法[J].数据收集与处理,2006(01):74-79.
[4]蔡宇,洪缨,原建平,侯朝焕,郝程鹏.语音体系中的子带自习惯回声消除技能[J].仪器仪表学报,2013,34(07):9-14.
[5]成利香. 根据DSP声回声抵消体系的研讨[D].中南大学,2010.
本文来源于《电子产品世界》2018年第12期第59页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
