高性能免提车载套件的设计考虑
回声对消和全双工操作 图3:用于车内的免提车载套件方框图 图4:用于消除声学回声的回声对消器框图 图5:强噪声引起严重削波后的信号波形 图6:严重削波信号经过没有削波补偿的噪声抑制算法处理后的结果 图7:严重削波信号经过具有削波补偿的噪声抑制算法处理后的结果
图3显示了免提车载套件的基本框图。
高性能车载套件的其它重要特性还有全双工操作和良好的对讲性能。全双工车载套件允许双向语音信号同时传送,支持自然对话方式。目前,大多数商用车载套件都选用半双工避让方式,通信时只允许单个方向传送语音信号。此时,在对讲情况下,只有最高功率电平的信号才会被发送,从而造成通话时断时续。
即便是全双工通信,目前的大多数全双工算法在对讲状况下性能也较差。当对讲停止时,这些双工算法冻结自适应性功能,算法将不得不重新适应回声环境。这将导致在单讲结束时和对讲过程中出现突发回声。为了在对讲期间保持高性能,算法必须继续收敛并跟踪回声路径中的变化。
声学回声对消器
声学回声对消器和非线性处理器是全双工算法的关键组件。图4显示了一个声学回声对消电路框图。
当回声路径为线性时,回声对消效果良好,但在非理想状况下(例如对讲情况)则开始变差。在对讲期间,为了避免对消效果变差,许多厂商用全双工算法将冻结自适应功能并停止对源的跟踪,而是根据冻结自适应功能之前所获取的特征来对消回声。这样,当源信号的特征在对讲期间发生变化时,算法将无法对其跟踪,从而将出现残余回声或突发回声。为达到最佳的回声对消性能,算法必须在对讲状况下也能继续收敛。
非线性处理器
任何声学回声对消器都不是完美的。精确估计回声路径的非线性是不可能的。非线性源在编解码器中被量化,在回声路径中被削波和扭曲。通常一个声学回声对消器只能对消最高30dB的回声。要达到更好的性能,则必须使用一个非线性处理器(NLP)来降低回声和处理非线性。
一个简单的NLP就是一个有源开关。激活单讲期间时,NLP打开路径并注入舒适噪声,从而可实现极佳的语音质量。而在对讲状况下,系统将完全依赖于回声对消器。
许多声学回声对消器主要依赖于NLP来实现快速收敛和掩盖回声对消器的不良性能。但是,如果NLP关闭不够快,将导致对讲期间语音中断。如果NLP被用来掩盖回声对消器的不良性能,则在对讲状况下将出现较大的残余回声。通常,商业回声对消器将给出反映回声对消和NLP性能的回波反射损耗(ERL)参数。不过,该参数不反映对讲期间回声对消的性能。
AEC和NLP应按如下方式交互:AEC跟踪回声路径中的变化并在对讲期间连续收敛,NLP则通过进一步减小回声和处理非线性效应,掩盖AEC的不足。
削波补偿
免提车载套件性能是依据最终用户语音信号的质量来判断的。如果一个免提车载套件是为满足关窗行驶时车内最坏情况设计的,那么当汽车开窗行驶时该设计将无法满足要求。当车窗打开时,风将大大提高噪声信号电平,此时,来自话筒的信号将被削波,而且模数转换器也将过载。
图5显示了一个被严重削波的信号。
从上述中可以发现,对于高性能的免提车载通信套件来说,必须具备良好的噪声抑制、声学回声对消、对讲性能和削波补偿性能。要实现这些高性能,就离不开良好的AGC、AEC、NLP以及性能优异的削波补偿电路。卓联半导体公司开发的免提通信应用的单芯片器件系列,就是专为实现上述高性能而设计的。公司最新免提解决方案ZL38004是一款专用语音处理器,它将集成双通道编解码器和多种接口结合在一起,并支持回声对消、噪声抑制和削波补偿。芯片的专利软件算法持续跟踪回声路径上的变化,即使在对讲期间也能保持跟踪,并在保持高语音质量的情况下减小背景噪声。即使在语音信号较低的情况下,ZL38004平台也将全双工操作,允许进行自然的双向通话。
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