VoIP基本概念(7)：回声消除技术

VoIP声学回声消除算法研究王庆辉;李永哲【摘要】对回声消除技术原理进行了阐述,介绍自适应回声消除器基本结构,并分析了speex中的频域回声消除算法MDF,针对MDF算法提出了一种使估计回声和录音输入之间进行的同步方法;最后,以Speex开源项目为基础进行了测试.结果表明,该方法比现有的双段讲话检测(DTD)算法效果更好,实现也更为简单.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)007【总页数】3页(P157-159)【关键词】声学回声消除;MDF算法;DTD同步;speex【作者】王庆辉;李永哲【作者单位】沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110142;沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110142【正文语种】中文【中图分类】TN911.720 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。

回声消除技术介绍回声是指声音在空间中反射、折射和干扰后产生的重复声波，它会对音频质量和清晰度造成负面影响。

为了消除回声，需要使用专门的回声消除技术。

本文将介绍一些常见的回声消除技术。

1. 自适应滤波器（Adaptive Filtering）:自适应滤波器是一种基于数字信号处理的回声消除技术。

它通过计算和消除回音信号与原始信号之间的差异来工作。

自适应滤波器根据回声信号的特征调整其滤波器参数，从而逐渐减少回音的影响。

它比较适用于单声道音频信号。

2. 双向声学回声消除（Acoustic Echo Cancellation, AEC）:3. 时域回声抵消（Time Domain Echo Cancellation）:时域回声抵消是一种常见的回声消除技术，通过在回音信号和原始信号之间进行延迟补偿来实现。

它根据回声的延迟时间和振幅对原始信号进行相应的调整，从而在接收端消除回响声。

4. 频域回声抵消（Frequency Domain Echo Cancellation）:频域回声抵消技术主要用于回音时间较长的场景，通过将输入信号分解为多个频率成分，然后根据回音信号的频率特征对其进行抵消。

这种方法对频率响应线性变化较小的信号效果更好。

5. 混响消除（Reverberation Cancellation）:混响消除技术主要用于去除经过多次反射和折射后产生的混响声。

它通过分析和模拟空间中的反射路径来消除原始信号中的混响分量。

混响消除可以提高音频的清晰度和可听性。

6. 环路抑制（Echo Loop Suppression）:环路抑制技术主要用于消除回声引起的闭环振荡问题。

它通过检测和抑制回声传输路径中的闭环反馈，从而避免声音在回音和原始信号之间循环放大。

总结：。

回声消除技术介绍
回声产生的原因通常一共有两个：一是由于音频信号在传输过程中被
扬声器播放出来，而微弱的音频信号又被麦克风捕捉到，形成了回音；二
是由于音频信号在不同的空间环境中发生反射，也会形成回音。

为了消除回响，回声消除技术采用了一系列的算法和处理方法。

其中
最常见的是自适应滤波器算法。

该算法通过模拟回声的声音特征，动态调
整滤波器的参数，将估计得到的回声信号与麦克风捕捉到的信号进行抵消。

这样可以有效地消除回音，改善音频质量。

此外，还有其他一些方法，如
频域双声道卷积算法、时域卷积算法和信号处理算法等。

除了回音消除技术外，还有一些相关的音频处理技术可以进一步提高
音频质量。

例如，降噪技术可以减少环境噪声的影响，增强语音信号的清
晰度。

自动增益控制技术可以自动调整音频信号的增益，避免声音过强或
者过弱。

自动音量控制技术可以根据音频的动态范围，自动调整音量的大小。

总的来说，回声消除技术是一种非常重要的音频处理技术，可以提高
音频质量和可理解性。

随着技术的不断发展，回声消除技术将会越来越智
能化和高效化，为我们的日常生活和工作带来更好的体验。

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基礎課程專有名詞解說:1.DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)撥號方式有分為脈衝式(轉盤)與音頻式(按鍵),一般多使用音頻式按鍵機,它會產生出雙音複頻的聲音,則叫做DTMF按鍵音,共有12個鍵,每一個按鍵音是由一個低頻及一個高頻所組合的複頻聲音;每撥打一個鍵則複頻的聲音也會由話機將此號碼的DTMF訊號傳遞給交換機,交換機再透過高/低頻濾波器,將此訊號轉換成對應的電話號碼.@按鍵數字DTMF雙音複頻訊號頻率表:2.回音消除(Echo Cancellers):回音是由於傳輸時在電話回路上產生的信號反射而引起的。

回音消除功能解決語音不清、雙聲、通話不全及背景雜訊變化等問題，在IP網路上傳輸語音時因為回音往返一次的延時要遠遠大於10ms，這時人耳可以聽到明顯的回聲，因而採取回音消除技術是非常必要。

ITU正在制訂的G.165標準正是規定了回音消除技術所需要的性能指標。

回音消除器把從網路上接收到的語音資料和被發送的語音資料進行比較，通過在傳輸線路上設置數位篩檢程式進行回音消除。

3.靜音抑制技術：通常人進行會話是半雙工的，一方講話一方聽，其中的一些靜音階段在它們被作為語音包通過網路傳輸前需要被抑制。

靜音抑制可以採用數位語音插空技術（DSI）實現，抑制靜音可以節省大量的網路帶寬用於進行其他的語音和資料傳輸。

4.RTP(Real-Timer Transport Protocol)即時傳送協定進行語音傳輸會使用RTP做以下動作:(1).偵測傳輸中的封包是否有遺失.(2).提供封包傳輸的資訊.(3).接收端知道封包傳送延遲程度,並做適當的遞補.5.RTCP(Real-Timer Control Protocol)即時控制協定(1).目前傳輸的QoS(Quality of Service)情形.(2).偵測傳輸速度與頻寬是否要改變.PS.凡是與Video&Voice&Data的傳送都是透過RTP和RTCP進行的.6.QoS(Quality of Service)網路服務質量Qos為網路服務品質，它是指網路提供更高優先服務的一種能力，包括專用帶寬、抖動控制和延遲（用於即時和互動式流量情形）、丟包率的改進以及不同WAN、LAN 和MAN 技術下的指定網路流量等，同時確保為每種流量提供的優先權不會阻礙其他流量的進程。

回声消除在voip中的应用回声消除在VOIP中的应用摘要本文介绍了回声消除产生及消除的原理和算法，阐述了回声消除对VoIP网络的意义。

并在DSP芯片上实现了一个基于频域的自适应滤波器的回声消除算法，对测试结果进行了分析。

关键词声学回声消除;VoIP;G.168标准前言VoIP(Voice over IP)业务利用Internet网络传输语音数据，与传统的PSTN网络相比，具有:成本低、网络带宽利用率高、可集成多媒体业务等优势。

由于VoIP在网络采用分组交换传输语音数据，因此，网络带宽和编解码性能制约了通话质量。

在网络会议中，网络延时大或编解码性能低等原因会造成语音数据的延迟，会议用户收听到自己的声音。

这个声音是由对端麦克风从附近的扬声器拾取的，会对语音传输造成干扰，这就是通常所说的声学回声。

因此，在VOIP通话过程中，为提高VOIP的通话质量，有必要加入回声消除的功能，在将声学回声从语音数据中消除。

1. 回声消除的原理2.1 回声产生原理根据通话过程中的回声产生的源，可将回声分为电学回声和声学回声。

电学回声是在传统的电话交换系统中，由于交换电路的阻抗不匹配产生的。

声学回声是由设备的音频数据采集系统接收了本设备发声系统输出的音频信号，这种声音理论上是不应该存在的。

音频输出系统输出的声音经过一定的途径回馈到本设备的音频数据采集系统，这些路径叫做回声路径。

回声路径可将回声分为直接回声和间接回声。

直接回声是指回声从音频输出系统经过音频媒介(通常是空气)，直接回馈到音频采集系统。

这种回声得耗时最小，只取决于设备音频采集系统和音频输出系统之间的空间直线距离。

间接回声是指音频经过周围障碍物(例如墙、桌椅等)的一次或多次反射后，回馈到音频采集系统。

这种回声的回声路径与设备周围的环境有关系，因此不确定性和复杂度较高。

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[朱灿彬,毛玉泉,李晓楠,等. Vo IP 回声消除算法研究[J ] . 舰船电子工程, 2007 , 27 (4) :29232 ] 。

VoIP技术基本概念、原理及其应用探讨一概述传统意义的PSTN网络和以INTERNET为代表的数据网络在出现之初，都是彼此孤立、互不存在业务联系的，而随着计算机技术、光纤通信技术、数字技术、交换技术和语音压缩技术的发展，两大网络即语音网络和数据网络出现了融合的趋势，便产生了VoIP网络电话，来满足人们进行实时通话的需求。

根据运行平台的不同，网络电话可以利用软件方式和硬件方式实现，其中软件实现方式的相关产品有NetSpeck公司的WebPhone，Quarterdeck公司的WebTalk以及Revolutionary公司为OS/2设计的Intercome等。

软件方式根据接续类型的不同可以分为两种不同的实现方法：1、通话双方被指定登录到同一台电话服务器以建立呼叫；2、通话双方交换IP地址，并用他们来进行自发或预先安排的呼叫；硬件实现方式是利用语音网关设备将PSTN网络和INTERNET网络的相关设备连接起来，采用数字信号处理技术（DSP）实现通话双方的连接。

本文就是对基于硬件方式实现IP电话的技术描述，在组网时利用了华为C&C08程控交换机与PSTN固话网相连，实现语音网络和国内国际语音网络互联；数据网采用了华为NE80核心路由交换机接入INTERNET，而IP语音网关设备通过2M线路E1接口和基带数据接口分别与程控交换机和核心路由器相连。

光网络技术的提高和数字传输距离的应用，在数据通信网中被视为“瓶颈”的带宽和服务质量等问题一一得到解决，推动了IP技术的迅速发展，带动各种应用向IP靠拢。

一个典型的应用就是VoIP业务（即IP电话），VoIP与传统的基于电路交换的电话网相比，使用TCP/IP 作为传输协议，利用现有的网络技术将语音集中到IP网络上来，统一采用IP技术，使得语音和数据在同一线路上采用统计复用技术传输，从而大大提高了线路带宽利用率。

目前，大多数企业的各分支机构之间的电话通信都是通过PSTN网络实现的，当企业规模变得越来越大、分支机构越来越多的时候，巨额话费已经成为许多企业沉重的经济负担，因此经济实惠的电话网络解决方案已经成为许多企业的迫切需求,VoIP则是解决这一问题的最佳方案。

简述VOIP的基本原理和关键技术摘要：传统的IP网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的技术，因此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。

数据业务对此要求不高，但话音属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。

因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。

关键词：VOIP 基本原理关键技术一、VOIP的基本原理VOIP是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。

二、VOIP的关键技术VOIP的关键技术包括信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量保证技术、以及网络传输技术等。

1.信令技术。

信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的VOIP控制信令体系包括ITU—T的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP。

ITU的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程。

H.323标准是局域网、广域网、Intranet和Intranet 上的多媒体提供技术基础保障。

H.323是ITU－Ｔ有关多媒体通信的一个协议集，包括用于ISDN的H.320，用于Ｂ－ISDN的H.321和用于PSTN终端的H.324等建议。

其编码机制，协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换的方法。

相关的协议包括用于控制的H.245，用于建立连接的H.252.0，用于大型会议的H.332，用于补充业务的H.450.１、H.450.2和H.450.3，有关安全的H.235，与电路交换业务互操作的H.246等。

H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。