动态提高回声与噪声消除性能

化（比如在汽车环境中）？设备音量应有多大？扬声器与扩音器间的回声返回损耗多大？近端通话人的讲话音量与扩音器端的回声相比应有多大？只有回答了上述问题，才能设计出可根据已知环境进行调整的最佳传统回声消除器。不过，当环境改变时，滤波器系数还在适应新的回声通道，我们就已经听到回声了。根据初始参数设置的不同，适应过程需要 5 到 10 秒的时间。

除了回声影响近端信号质量的问题外，背景噪声也会造成不良影响。针对这一问题的解决方案就是采用噪声消除器。典型的噪声消除器独立于回声消除器工作，任何干扰问题都可忽略不计。与回声消除器不同，噪声消除器没有参考信号作为依据。它必须对噪声进行估测，并将其从扬声器信号中消除，要么就只能估测语音。不管怎么说，上述两种情况下都应瞄准噪声，以尽可能提高性能。结合使用噪声消除器与 AEC 的控制信号，我们能实现更准确的语音活动检测环境，提高整合效果。如果没有上述相互作用，系统可能会把语音信号当作噪声而误消除。

图3：新方法将回声与噪声消除与其它音频处理技术相集成

为了解决传统技术的局限性，我们开发出一种可提高无线音频质量的新方法（如图 3 所示）。新老方法的基本差异在于：新方法将回声消除、噪声消除与其它音频信号处理功能相集成，统一由新型全双工控制模块来控制。这种方法采用同一核心 NLMS 算法，不过拥有一些专门特性，这不仅能够充分发挥这种集成型方法特有的系统技术广度优势，还能动态调节系统参数，以便加速 NLMS 的重新整合。

全双工控制技术是新方法能够提高性能的关键所在。通过将无线通信设备的音频部分与最新数字信号处理技术相结合，就能采用非线性控制算法，就突发的环境变化做出调整，如背景中的关门声或用户拿电话的手突然做出什么手势或动作等。由于在主控制器下同时优化了不同控制算法，从而进一步提高了音质。最后，由于采用了更强大的信号处理架构，因此我们还能添加新功能，如在背景中填充自然发声的舒适噪声以补偿噪声背景的改变，避免出现噪声抽送 (noise pumping)。

将近端与远端音频路径所有关键元件的系统处理技术加以整合，进而优化通话两端的信号质量，这对前代 DSP 来说是非常困难的。近期推出的 DSP 在性能与高级片上存储器容量间实现了适当平衡，其算法的复杂程度与音频处理的集成度都足以适应不同音频元件快速优化的要求，有助于实现最佳无线话音质量。

新方法的工作原理

新方法用整个系统来了解当前工作环境的情况，并动态调节系统参数以获得最佳性能。分析与参数调节是集成式全双工控制的任务。全双工控制技术可评估近端与远端信号，首先确定信号目前是否处于工作状态，然后从不同角度评估信号质量。根据上述信息，全双工控制机制将对各模块进行全面的动态调节，以提高近端与远端信号的质量。

近端信号通道上的全双工控制机制控制着非线性处理器、回声消除器以及噪声消除器的参数，以降低回声和噪声。远端信号路径上的全双工控制机制控制着动态处理机制，调节音频信号，在降低扬声器非线性的同时提高音量输出。两个信号路径上都采用图形均衡器与音质增强技术。图形均衡器用于调节变送器（扬声器与扩音器），也可用于调节音频信号的频率特性。音质增强技术则用于调节音质，以实现最佳的话音清晰度。

使用这种系统技术的特点在于，全双工控制技术采用系统了解到的环境信息实现了更高音量与更低回声，并能快速适应不断变化的环境。

设计新型音频处理系统

新型音频处理系统的集成度大幅提高，这给我们提出了一系列设计挑战。首先，我们应找到一种适当的 DSP，在为新设计提供所需高性能的同时，提供适当的编程环境，以支持复杂度较传统回声与噪声消除技术高得多的设计，从而能够缩短移动通信系统的设计周期。

例如，德州仪器 (TI) 的 C5000 DSP 平台就实现了处理性能与大容量片上存储器的优化组合，有助于降低片外存储器的工作强度，减少处理器的负担。架构的选择是非常重要的，该架构不仅要针对音频处理进行优化，而且要包含丰富的器件，从而实现领先节电特性、丰富外设选择与小型封装的完美结合。TI 拥有广泛的第三方开发商网络，可提供多样化的产品，有助于 OEM 与 ODM 厂商添加 MP3 与 WMA 文件的音频流、蓝牙、话音识别、电话簿下载等特性。

开发工作采用基于模型的设计方法，能就多个设备的复杂声音行为进行建模，并就设备环境生成测试矢量。我们用 MathWorks 的 Simulink来设计与开发有关模型。设计人员可用 C 代码创建自主算法模块，并集成到仿真环境中用