VoIP回声消除算法研究

VoIP 接入：回声问题与回声消除原理回声问题（一）：回声的来源与特性在电信系统中，需要考虑两种回声。

一种是电学回声，由二四线混合电路产生。

另外一种是声学回声，由扬声器发出的声音经过某种途径传递到麦克风而产生。

在固网接入中，只需要考虑电学回声即可，下面是二四线混合电路的原理图。

当平衡阻抗与外线阻抗相等时，从四线输入端反馈到四线输出端的信号等于 0。

所谓外线阻抗，指的是从接入设备的用户端口看出去的等效阻抗。

等效阻抗包 含电话线与终端所形成的阻抗，还得考虑到电话线之间、电话线与信号地之间的相互作用。

这在电信的 112 测试标准中，有着详细的描述。

而平衡阻抗，由用 户端口电路提供。

如果平衡阻抗与外线阻抗差异较大，则会产生明显的回声，从而影响人的主观感受，甚至影响 modem 通信的质量。

在老的接入设备上不存在回声问题，这是因为回声对人的主管感受的影响不但与回声的大小有关，而且与回声的时延有关。

当时延很小时，回声不会对人的主 观感受带来影响，就像我们在房间里面说话，和在山谷路面说话，虽然都有较大的回声（在房间里更大），但主观感受完全不一样。

因为老接入设备用的是电 路交换，语音信号的时延很小，此时回声不但不会降低主观感受，反而作为“侧音”让说话者能够感觉到自己正在说话。

以上就是为什么老接入设备上，不需要 考虑回声造成的不良后果的原因。

回声问题（二）：回声带来的问题1VoIP 接入：回声问题与回声消除原理VoIP 接入设备用 UDP 包来传递窄带信号， 考虑到语音包的打包以及 IP 交换网的时延， 回声的时延是相当可观的。

所谓窄带信号， 指的是经 8KHz 采样、 8bit A 率或 u 率量化的信号。

较大的时延使得回声对人的主观感受造成了不良影响，我曾经处理过一次“小灵通”接入与 VoIP 固网接入设备之间的电话回声问题，在电信网中如果不考虑回 声问题，确实会对用户造成不小的困扰。

回声造成的更大问题是，会严重影响 modem 通信。

VoIP电话中的回声消除算法
姚月琴;杨彦;陈林;赵力
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2018(041)006
【摘要】声学回声是降低VoIP通话通信质量的重要问题之一,自适应回声抵消是抑制回声的最有效方法之一,其采用自适应滤波器评估回声路径.常用的
NLMS(Normalized Least Mean Square)算法计算复杂度高,实用性差,利用FFT 技术,实现了NLMS频域快速算法FDNLMS(Frequency Domain Normalized Least Mean Square),将自适应更新变换到频域,逐块进行累加更新,保证收敛性能的同时,极大地降低了运算复杂度.实验表明,在滤波器系数为1024阶时,FDNLMS 算法的处理速度比NLMS快12倍.
【总页数】4页(P1618-1621)
【作者】姚月琴;杨彦;陈林;赵力
【作者单位】盐城工业职业技术学院机电工程学院,江苏盐城650500;盐城工业职业技术学院机电工程学院,江苏盐城650500;东南大学信息科学与工程学院,南京210096;东南大学信息科学与工程学院,南京210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN916.1
【相关文献】
1.VoIP回声消除中LMS改进算法的研究 [J], 李丽;石翠萍;李会
2.多种自适应算法在回声消除中的应用 [J], 王炳洋;杨志成
3.成比例自适应算法在lP电话回声消除中的研究 [J], 任华丽
4.改进的NLMS算法在回声消除系统中的应用 [J], 王正腾;谢维波
5.智能音箱中的一种快速回声消除算法 [J], 张伟; 王冬霞; 于玲
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移动设备VOIP实时通信软件中的回声延迟估算方法[摘要] 在VIOP通信软件中有一个严重影响通话质量的因素就是回声。

回声是指说话者通过通信设备发送给其他人的语音又重新又回到自己的听筒里的现象。

回声会对说话者产生严重的干扰，必须想办法消除或削弱。

一般，回声分为两种，即“电路回声”和“声学回声”。

“电路回声”可以通过硬件设备的合理设计而消除。

而“声学回声”由于其产生的环境复杂，不容易消除。

本文通过分析移动设备的声卡的参数设定和录放音数据的时序关系，总结出一套估算该类设备上声学回声延迟的方法，有效地提高了回声消除的效率和效果，为该类设备上设计VOIP 通信软件的回声消除模块提供了参考。

［关键词］回声；声学回声；回声延迟；回声消除器；采样率；重采样１引言在语音通信中，有一个很影响通话质量的因素就是回声。

回声就是指说话者通过通信设备发送给其他人的语音又重新又回到自己的听筒里的现象。

回声会对说话者产生严重的干扰，必须想办法消除。

一般，回声分为两种，即“电路回声”和“声学回声”。

“电路回声”可以通过硬件设备的合理设计而消除，在此不作讨论。

最复杂和最难消除的应该是所谓的“声学回声”。

“声学回声”是指远端用户的声音从听筒出来以后，经过空气或其他的传播媒介传到近端用户的话筒，再通过话筒录音后又重新传到远端用户的听筒中形成的回声。

当近端用户的放音音量比较大而录音设备和放音设备距离比较近时回声尤其明显。

“声学回声”受近端用户环境的影响，可能产生多路回声，包括直接回声和反射回声，各个回声的路径不同，延迟也就不同，因而难以消除（如图１）。

２声学回声消除器对于声学回声消除，常见的消除算法有２类，即回声抑制（ａｃｏｕｓｔｉｃｅｃｈｏｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）算法和声学回声消除（ａｃｏｕｓｔｉｃｅｃｈｏｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）算法。

回声抑制算法是较早的一种回声控制算法。

回声抑制是一种非线性的回声消除。

它通过简单的比较器将准备由扬声器播放的声音与当前话筒拾取的声音的电平进行比较，如果前者高于某个阈值，那么就允许传至扬声器，而且话筒被关闭，以阻止它拾取扬声器播放的声音而引起远端回声。

VoIP声学回声消除算法研究0 引言近年来，VoIP(Voice over IP)技术及其业务的迅速发展，对传统的电信业务造成了巨大的冲击，与传统电话相比，IP电话以其网络带宽利用率高，通话成本低，可灵活地提供丰富的增值功能而备受市场青睐。

然而，由于VoIP 的语音在与其他数据一起在网络中传输时要经过压缩、编码、打包等一系列处理，造成回声路径的延迟较大，延迟抖动也较大，严重影响了话音质量，阻碍了VoIP市场的拓展。

因此，在VoIP终端上增加回声消除算法已成为必然。

1 声学回声消除技术的原理1．1 声学回声产生原理根据回声的产生原因，回声可以分为声学回声和电学回声两类。

电学回声是由于电路阻抗不匹配造成的，通常影响比较小。

随着消除回声技术的发展，当前回声消除研究的重点已由“电学回声”的消除转向了“声学回声”的消除。

声学回声指设备的一部分声音信号回馈到同一设备的受话器，分为直接回声和间接回声。

直接回声指扬声器的声音未经任何反射直接进入麦克风，这种回声延迟最短。

间接回声是指扬声器播放的声音经不同的路径一次或多次反射后进入麦克风所产生的回声集合，其主要特点是回声路径冲激响应变化范围大，变化快，冲激响应持续时间长，一般在50~300 ms。

这使得自适应建模滤波器的阶数很高，因而成为语音通信系统回声的主要难题。

1．2 声学回声消除的原理自适应回声抵消的基本思想是估计回声路径的特征参数，产生一个模拟的回音路径，得出模拟回声信号，从接收信号中减去该信号，实现回声抵消。

图1给出了单向传输的声学消回声器AEC的原理图。

图1中，y(n)代表来自远端的信号；r(n)是经过回声通道而产生的不期望的回声；x(n)是近端的语音信号；D口的近端信号叠加有不期望的回声。

对消回声器来说，接收到的远端信号作为参考信号，消回声器根据由自适应滤波器产生回声估计值，将r1(n)从近端带有回声的语音信号减去，就得到近端传送出去的信号μ(n)=x(n)+r(n)-r1(n)。

2011年第03期，第44卷 通 信 技 术 Vol.44，No.03,2011 总第231期 Communications Technology No.231,Totally基于组合滤波算法IP电话的回声消除吴检波， 陈忠辉， 徐艺文， 魏宏安， 陈 新(福州大学 物理与信息工程学院，福建 福州 350108)【摘 要】网络之间互连的协议（IP，Internet Protocol）电话回声消除问题一直都是研究的热点，通常使用自适应滤波算法来消除回声，但其收敛速度和稳态失调之间的矛盾是回声消除需要解决的一个重要问题。

研究一种组合比例自适应滤波算法，按照一定的比例组合两种具有一定互补性能的算法，能够有效解决收敛速度和稳态失调。

通过MATLAB仿真分析，证明了组合比例自适应滤波算法具有更快的收敛速度和良好的稳态特性。

【关键词】滤波；回声消除；算法；组合比例【中图分类号】TN911.72 【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2011)03-0068-03IP Phone Echo Cancellation based on Adaptively-combinedProportionate FiltersWU Jian-bo， CHEN Zhong-hui， XU Yi-wen， WEI Hong-an， CHEN Xin (College of Physics & Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350108, China)【Abstract】It is a significant problem that how to solve effectively, through adaptive filtering algorithm, the conflict between convergence speed and steady misalignment in echo cancellation of IP telephone system. This paper presents a scheme in adaptive combination of different proportionate filtering algorithms, so that the convergence speed and steadiness imbalance could be improved. MATLAB simulation indicates that the adaptive combination of proportionate filters is effective in enhancement of convergence speed and steadiness.【Key words】filtering; echo cancellation; algorithm; proportionate combination0 引言近年来，随着网速的提高以及通信费用的降低，IP电话成为因特网上实现实时传送语音信号的一种新型通信业务，同时也成为计算机技术和通信技术研究的热点。

回声消除技术--整理编１引⾔在语⾳通信中，有⼀个很影响通话质量的因素就是回声。

回声就是指说话者通过通信设备发送给其他⼈的语⾳⼜重新⼜回到⾃⼰的听筒⾥的现象。

回声会对说话者产⽣严重的⼲扰，必须想办法消除。

⼀般，回声分为两种，即“电路回声”和“声学回声”。

“电路回声”可以通过硬件设备的合理设计⽽消除，在此不作讨论。

最复杂和最难消除的应该是所谓的“声学回声”。

“声学回声”是指远端⽤户的声⾳从听筒出来以后，经过空⽓或其他的传播媒介传到近端⽤户的话筒，再通过话筒录⾳后⼜重新传到远端⽤户的听筒中形成的回声。

当近端⽤户的放⾳⾳量⽐较⼤⽽录⾳设备和放⾳设备距离⽐较近时回声尤其明显。

“声学回声”受近端⽤户环境的影响，可能产⽣多路回声，包括直接回声和反射回声，各个回声的路径不同，延迟也就不同，因⽽难以消除。

２声学回声消除器对于声学回声消除，常见的消除算法有２类，即回声抑制（acoustic echo suppression）算法和声学回声消除（acoustic echo cancellation）算法。

回声抑制算法是较早的⼀种回声控制算法。

回声抑制是⼀acoustic echo suppression种⾮线性的回声消除。

它通过简单的⽐较器将准备由扬声器播放的声⾳与当前话筒拾取的声⾳的电平进⾏⽐较，如果前者⾼于某个阈值，那么就允许传⾄扬声器，⽽且话筒被关闭，以阻⽌它拾取扬声器播放的声⾳⽽引起远端回声。

如果话筒拾取的声⾳电平⾼于某个阈值，扬声器被禁⽌，以达到消除回声的⽬的。

由于回声抑制是⼀种⾮线性的回声控制⽅法，会引起扬声器播放的不连续，影响回声消除的效果，随着⾼性能的回声消除器的出现，回声抑制已经很少有⼈使⽤了。

声学回声消除算法（AEC）是对扬声器信号与由它产⽣的多路径回声的相关性为基础，建⽴远端信号（s(n)）的语⾳模型，利⽤它对回声进⾏估计（e`(n)），并不断地修改滤波器的系数，使得估计值更加逼近真实的回声（e(n)）。

基于VoIP自适应回音抵消方案的设计与改进1陈德军，左伟武汉理工大学信息工程学院，武汉（430070）E-mail：zuowei_2004@摘要：IP电话有众多的优势，但在回音抵消算法上有待进一步的提高。

本文考察了国内外相关领域内的研究情况，在已有的回音抵消算法的基础上，设计了自适应回音抵消器的方案，改进了其中的双端语音检测算法，并给出了测试的结果。

关键词：V oIP，自适应，回音抵消，双端语音检测中图法分类号：TP273+.5 文献标识码：A1. 引言20世纪60年代后，以自适应理论为先导DSP技术为基础的回声抵消器的广泛应用，使人们有可能以较低廉的成本享受到真正的全双工无回声的通讯服务。

国外对回声抵消算法的研究己经有40多年的历史。

美国Bell实验室的Son-dhiM于1967年首先提出了自适应回声抵消技术。

之后,回声抵消技术得到了较快的发展；目前己经提出多种自适应回声抵消方法，如基于归一化最小均方误差（NLMS）算法和基于子带归一化最小均方误差(SNLMS)算法等。

近年来,国内的清华大学、北京邮电大学、华南理工大学、大连理工大学等学校开展了这方面的研究，并且已有若干成果接近世界先进水平[1]。

但在VoIP技术上，回音抵消算法还是不那么令人满意。

本文在传统的回声抵消算法的基础上，改进算法中的双端通话检测算法，使回声困扰的问题得到了很好的解决，具体实现方法将在后面的章节进行详细的研究、分析。

2. 系统介绍2. 1 系统总体架构功能完备的回音抵消器不仅应具备最基本的线路回音抵消功能，还应具有听觉回音的抵消、噪声补偿、噪声抑制以及产生舒适噪声等话音质量增强功能[2]。

根据实际系统的实现方法，本人研究了本算法的实现过程，其软件流程图如下图1所示。

2. 2 系统分析回音抵消算法软件流程图的具体分析如下[3]：（1）系统开始运行回声抵消算法时，首先需要将回声滤波抵消器复位，复位所作的工作包括清除缓冲区、设置帧的结束地址、设置回波抵消的存储文件路径等。

Speex编码器中回声消除算法的分析与评估杨果;王亚洁;王晶【摘要】随着VoIP技术在近年来的快速发展,互联网语音通信得到了越来越多的应用,IP电话的语音通信质量成为制约其发展的重要因素,VoIP系统中远端信号会返回传递给说话人端从而引起回声,严重影响通话质量.所研究的Speex编码器中的频域MDF回声消除算法是通过估计最佳的LMS算法自适应变步长,同时结合NLMS滤波器消除远端信号的回声,达到提高语音通话舒适度的目的,给出了Speex 中回声消除算法的原理和参数分析,并进行实际系统测试和性能评估.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2013(037)009【总页数】4页(P52-55)【关键词】Speex;回声消除;自适应步长;自适应滤波【作者】杨果;王亚洁;王晶【作者单位】北京理工大学信息与电子学院现代通信实验室,北京 100081;北京理工大学信息与电子学院现代通信实验室,北京 100081;北京理工大学信息与电子学院现代通信实验室,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TN9121 引言VoIP通信中回声现象是影响通话舒适度的关键问题之一，包括电路回声和声学回声，EC(Echo Cancellation)回声消除算法一直以来都受到话音通信研究和应用领域的重视［1］。

在基于IP网络的语音通信中，因为2/4线转换的二段阻抗不匹配引起的电路回声和电话会议中的传声器采集到扬声器话音引起的声学回声会引起网络语音通信质量严重下降。

具体表现就是2/4线转化中远端信号泄露到回传线路，传到远端说话人的听筒;扬声器播放的远端语音被近端传声器采集，回传到远端说话人的听筒。

远端说话人能听到自己的说话内容，严重影响通话质量。

回声消除的方法就是通过估计产生回声的滤波器参数，模拟出回声信号，再从近端信号中减掉模拟回声来达到消除回声的目的。

Speex是VoIP中的开源编码算法［2］，基于CELP(Code Excited Linear Prediction)编码算法原理，编码器包括了EC回声消除的处理模块［3］，其EC算法采用了MDF(MultiDelay block Frequency-domain)频域多延时滤波算法和NLMS(Normal Least Mean Square)自适应滤波算法，给出了最优步长的估计，效果较好，应用较为广泛。