基于基于 NLMSNLMS 回声消除算法的研究与改进回声消除算法的研究与改进西安电子科技大学 硕士学位论文 基于 NLMS 回声消除算法的研究与改进 姓名刘玥莹 申请学位级别硕士 专业计算机技术 指导教师曹伯燕李天保 20061012 摘要 摘要 随着网络技术及多媒体技术的飞速发展基于 IP 网络的语音交互已成为网络 实时系统实现的重要手段之一但实时语音传输中声学回声现象却严重影响了语 音通话质量降低了整个实时系统的性能为此如何结合网络实时系统的特点 给出行之有效的回声消除处理方法是本文着重要讨论的问题 本文总结研究了回声产生机理及常见的几种回声消除方法在分析远程系 统自身特点的基础上提出了一种结合 DTD doubletalkdetector 及静音检测技术 的自适应回声消除机制 论文详细论述了整个回声消除机制的总体处理流程并对其实现过程中的 三个关键技术进行了深入讨论 1 混合语音检测策略它增加了判断的灵敏度 能够更加准确的判断出当前语音状态从而驱动白适应滤波器根据不同状态作 不同处理 2 静音检测技术采用此技术可以减少音频数据发送量降低网络 带宽占用率提高传输效率 3 自适应滤波器及其自适应算法的选择在分析 了常用自适应算法的基础上采用了一种改进的 NLMS 自适应滤波算法提高 了回声消除机制中的核心处理部分自适应滤波器的工作效率 关键词声学回声消除 混合检测 静音检测 自适应滤波算法 摘要 Abstract Withthe ofIntemetandmultimedia interaction rapiddevelopment technologyaudio has an roleinthe ofthelive overIntemet playedimportant implementationsystem VolP echoin transfer acoustic therealtimeaudio severelyimpacts system But communication the ofthe tocancelthe performancesystemHow qualityreducing intheVolP isthe ofthedissertation acougicecho systemgoal Thearticlesummarizesthe ofthe ofacousticecho principlesimplementation cancellationandbasic onthe ofthecharacteristicsofthelive analysis algorithmsBased witha article amechanismoftheechocancellationnovel presents hybrid systemthe doubletalk silencedetection detector DTD and mechanismisdescribedin article Theflowofthe detailThenthe proposed three firstoneisthe double-talkdetection lucubrates hybrid keytechnologiesThe talkdetectoris tofreeze ofthefilterwhen roleofdouble help adaptation algorithmthe secondoneisthesilence can to near-end iS detectionthis speechpresentThe help to lastoneisthe reducedataamountinorder transportefficiencyThe adaptive improve onthe ofLMSand variablesize filterandits analysis NLMSa step algorithmBased LMS is withtraditional worksfasterand adoptedComparedalgorithmit algorithm morerobust doubletalkdetector EchoCancellation KeywordsAcoustic Hybrid detection filter Silence Adaptive 西安电子科技大学 学位论文独创性 或创新性 声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德本人声明所呈交的论文是我个人在导 师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除了文中特别加以标注 和致谢中所罗列的内容以外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明 并表示了谢意 申请学位论文与资料若有不实之处本人承担一切的法律责任 本人签名 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定即研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学学校有权保留 送交论文的复印件允许查阅和借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容 可以允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学 保密的论文在解密后遵守此规定 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书 本人签名 日期 导师签名 监鱼夔 日期 ZDz 多 fzi2 第一章绪论 第一章绪论 11 研究背景 随着网络技术处理器技术的飞速发展网络通信速度以几何级的速度提高 同时通信费用也在大幅度的降低 IP 语音传输充分利用Internel 这一优点来传输语 音数据使得价格大大降低从而取得了长足的发展它将会对传统的电话业务 产生强烈的冲击是一种具有光明前途的新技术必将成为未来通信的一种主流 模式 IP 语音传输技术之所以能够快速的发展得益于自身技术所具有的优势节 省带宽话费低可方便地集成智能开放的体系结构以及多媒体业务集成然 而与传统电话相比在因特网上的实时语音传输也有其主要的弱点那就是语音 质量较差因为不能像传统电话通信那样独享通信的带宽其语音的质量就必然 会受到影响导致这一弊端的因素很多其中主要的因素就是网络延时和算法延 时这是由于互联网的数据传输特点以及语音编解码耗时较大导致的总延时长 达 lOOms 根据经验如果语音的延时超过了 50ms 那么人耳就可以鉴别出自 己的回声显然在因特网上的语音实时传输过程中回声是非常严重的 随着多种类多功能通信业务的开通凡是在需要同时使用扬声器和麦克风的 场合例如免提电话系统电视电话会议系统以及声控系统中都不可避免地会出 现回声问题以远程会议为例因为扬声器和麦克风被置于同一空间经本地扬 声器放大的远端话音就可能被本地的麦克风吸收并传回远端以致使远端用户仿 佛听到了自己的回声特别是当这类实时多媒体系统在不断普及的过程中人们 对通话质量的要求也不断提高使用到的扬声器和麦克风的数目要求增多以增 强身临其境的感觉但是由于扬声器和麦克风数目的增多回声也随着增多 直接影响到正常的语音通信也使得这类系统的可用性大大降低因此为了增加 系统的稳定性提高通信的质量必须有效的排除回声的影响 回声存在于通讯网络中一般把回声分为电学回声和声学回声电学回声是 由于混合变换器中的阻抗不匹配输入信号经过混合变换器后泄露而产生的声 学回声是由于声波反射以及麦克风与扬声器间的声学耦合引起的这种回声影响 对话的自然性严重时甚至会产生刺耳的啸叫声因此这类回声是本文研究的重 点 目前无论是在理论探讨方面还是在技术实现上对声学回声消除措施的寻 求仍然是一个热门的研究课题归纳起来声学回声消除技术主要有 1 移频 技术 2 子带中心削波技术 3 话音控制开关技术 4 梳状滤波技术 5 话 筒阵列技术 6 自适应回声消除技术前 5 种措施或者十分昂贵或者对用户进 基于 NLMS 回声消除算法的研究与改进 行了限制或者会带来话音质量的下降存在诸多弊端自适应回声消除技术是 目前国际上公认的最有前景的技术也是回声消除采用的主要技术 12J 目前我国在解决回声消除方面的现状是不少厂家在自适应回声消除技术 的基础上已经研发出了很多种回声消除设备但一方面因为每个系统都有其不 同的一些特点回声消除的效果无法得到保证另一方面现有的产品基本上 是采用硬件实现方式无形中增加了整个系统的使用成本额外的开销会影响到 整个远程系统的大范围推广因此我们必须针对远程实时系统自身的特点设 计回声消除方案并通过软件方法得以实现在不增加任何硬件成本的基础上 提高远程实时系统实用性在实际应用中更加体现出其优越性 本文对声学回声消除过程中存在的问题采用的各种方法及回声消除的自适 应算法等方面进行了分析提出了一种回声消除处理机制有效的解决了该实时 系统中回声现象的存在使得系统在实际中得到了更广泛的应用 12 论文目标 论文主要围绕实时系统中的回声消除技术展开研究本论文的研究目标是 通过分析回声产生的原因按照一般消除回声处理方法的思想结合远程系统 自身特点提出了一套回声消除处理机制并在此基础上着重对语音检测方法 静音检测技术和自适应滤波器及其自适应算法等关键技术进行研究结合此研究 实现针对基于 IP 网络的实时语音传输中回声的消除技术 13 论文内容组织 本文在分析实时语音传输过程中回声产生原因的基础上提出了一种回声消 除处理机制并对实现回声消除技术的过程中的若干关键问题及具体实现方法作 了详细阐述最后给出该技术的性能测试情况论文内容组织如下 第一章绪论对论文内容的整体性介绍分析了在基于 IP 网的实时语音 传输过程中消除回声的重要性和必要性提出了本文的研究重点和研究目标 第二章回声消除技术简介介绍了回声产生的机理及基本的回声消除技术 提出了一种结合 DTD doubletalkdetector 及静音消除技术的自适应回声消除处理 机制 第三章回声消除技术实现过程的若干关键问题对混合语音检测策略静 音检测技术和自适应滤波器及自适应算法等关键问题进行了详细论述 第四章回声消除技术的实现与性能测试提出了回声消除处理机制在语音 传输中的具体实现模型对回声消