android系统通话中回声消除的实现

1、总第 239 期Communications TechnologyNo.239,Totallyandroid 系统通话中回声消除的实现曾光， 侯嘉（苏州大学 电子信息学院，江苏 苏州 215001）【摘 要】为了消除 android 系统电话免提通话时产生的声学回声，利用静音检测（VAD）机制，在 android 系统开源代码软件 asterisk 模块中，加入声学回声消除算法。通过不断比较来话音和去话音数据，判断是否为声学回声并进行白噪声替 换，测试结果表明在一般的通话环境中，可以消除正常语音通话时 90%以上的回声，实现半双工通信，适合于嵌入式 android 终端设备的开发。【关键词】声

2、学回声；VAD；白噪声【中图分类号】TN911.72【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2011)11-0041-03Acoustic Echo Cancellation in android callsZENG Guang， HOU Jia(School of Electronic Information, Suzhou University, Suzhou Jiangsu 215001, China)【Abstract】In order to eliminate the acoustic echo in the android system for hand-free call

3、s, an acousticecho cancellation algorithm, with voice activity detection (VAD) mechanism, is added to the module of android system. Through the continuous comparison with the voice data, the acoustic echo is determined and the white noise replaced. The experimental results indicate that, in a normal

4、 voice call, 90% of the echo could be eliminated, thu the half duplex communication realized, and this is applicable to the development of embedded android devices.【Key words】acoustic echo；voice activity detection（VAD）；white noise0 引言在远程会议系统、车载电话和语音 IP 技术中(Voice Over IP) ,往往出现语音质量较差的情况. 其因素是多方面的,但最

5、关键的因素之一是回声的影响，对通话造成严重影响，因此 回声消除对提高话音传输质量尤其免提通话时至关重要。扬声器1 声学回声产生机理通信系统中存在两种类型的回声，即电学回声和声学回 声。电学回声又称为线路回声，是由于线路中阻抗不匹配而 引起的，而声学回声是由于声波通过扬声器场地麦克风 (LEM,Louderspeaker-Enclousure-Microphone)系统1而产生的。 图 1 为声学回声产生的基本描述：声学回波将直接或经 过一次或多次的反射后以叠加的形式与会话一起进入麦克 风，使说话者又听到自己刚才的讲话。采用免提通话时，很容易产生声学回声2。图 1 声学回声产生3图 2 为安卓系

6、统下通话数据流图 ：虚线箭头表示来话数据流，实线箭头表示去话数据流。在免提状态下，声音经 过空气反射回到麦克风，使得通话对方能听到他自己的声 音，即回声。在 Asterisk 模块中加入两处软件回声消除算法， 分别对电路回声和声学回声进行消除。如图中的 A、B。A 处产生的声学回声可以采用静音检测（VAD, Voice Activity Detection）的机制进行消除，B 处产生的电路回声可开启 Asterisk 自带的回声消除功能来实现。VAD 又称语音活动性检测，是一种静音压缩技术。目 的是从声音信号流里识别和消除长时间的静音期，以达到在 不降低业务质量的情况下节省话路资源的作用。41

7、收稿日期：2011-07-04。作者简介：曾 光（1986-），男，硕士，主要研究方向为 android 嵌入 式开发；侯 嘉 (1977-)，男，副教授，主要研究领域为无 线通信和网络研究。远端语音信号 回声路径麦克风 近端语音信号图 2 android 系统下通话数据流可设接收能量为 psend ，发送能量为 prec ，判别是否回声的公式如下：A 处可以利用 VAD 的机制，加入声学回声消除算法，将声学回声消除，实现半双工通信。?Psend < Prec ? C,MIC =（1）?2 声学回声消除原理改造 VAD 加上自适应滤波算法4的机制来消除声学回 声，即通过比较近端接收通道和

8、发送通道中一个时间窗内的 声音能量，当满足一定条件时将发送的回声信号用舒适噪声 替换。其实现机制如图 3 。图 3 中 echo_receive_buf 和 echo_send_buf 为两个缓冲区，分别收集接收信号与发送信 号，其中 buffer 中每个单元为一帧（frame）的数据；同时设 置一个 data_buf 缓冲区（队列），其用来消除由于抖动产生 回声算法失效。回声消除过程：Asterisk 启动后，接收数据和发送数据在所在的缓冲 区通过大小为 echochecklen 的时间窗口，窗口距离为回声延 迟的时间长度。计算各自若干单位信号的能量（即求其振幅和）后， 对其能量进行比较判断

9、。判断完成，将 echo_send_buf 中的尾帧放入 data_buf 中，再对 echo_receive_buf 和 echo_send_buf 的新窗口能量进 行下一次比较。echo_send_buf 中新的尾帧继续顺序放入 data_buf 中， 直到 data_buf 中存满数据。当 echo_receive_buf 和 echo_send_buf 中的两个窗口 所计算的能量 满足回声判断 的条件时，说 明此时放入 data_buf 中的信号为回声信号，即将 data_buf 中的信号用舒 适噪声替换后发送队列头的数据帧。?其他,其中 C ? (0,1) 为衰减参数。当能量比较后，

10、MIC 为 off 时，则认为发送的声音为回声。 在具体的实验中，约定变量如表 1 示。表 1 实验变量存储语音信号的缓冲区长度echobuflen能量比较窗口的大小回声延迟的时间长度echochecklenechodelaylen回声衰减系数 Cechopercent data_buf_len 输出缓冲区 当 Asterisk 启动时，如果是采用的免提通话，则启用声学回声消除算法，对发送数据和接收数据进行不断的比较。 比较后如果确认是回声数据，则用舒适白噪声将回声信号替 换后送出。图 4 回声消除系统模型图 3 回声消除机制423 软件测试与实验仿真该实验使用了网经科技公司研发的etouch

11、 android系统 电话，用dahdi_monitor录音程序在免提通话时记录录音，使 用Cool Edit软件显示录音波形。默认参数设置：echobuflen=50，echochecklen=6，echodelaylen=2，data_buf_len=3。未 加入回声消除算法进行免提通话时，回声延迟大约为200 ms，声学回声比较明显，如图5中，上方波形为正常语音， 下方波形为回声和噪音。当衰减系数 echopercent=1.5 时，输入能量小于 1.5 倍输出能量时，视为回声，进行回声消除后，回声和部分来话音 被消除，回声消除情况不理想，如图 8 示。123456t/s7图8 加入回声

12、消除算法echopercent=1.5时波形4 结语基于 VAD 机制，可将免提时产生的声学回声消除。但 究其一些客观因素，可能造成回声泄露5，原因主要有 3 个 方面：扬声器声音太大：进入 MIC 的回声能量大于接受到 的原始声音能量，因此造成回声泄漏。比较窗口偏移量对齐不准确：造成这个问题的原因有 很多方面，如收发端的频率不同步，此时可能造成泄漏。网络信号问题：当使用网络电话时，由于网络信号较 差，比如使用信号较弱的 Wifi,此时数据包丢包较严重，延迟 也很不稳定，此时会造成能量窗口比较时时间点错乱，同样 会造成回声泄漏。另外在舒适噪声方面也有着一定缺陷，目前采用的是人 工生成随机“白噪

13、声”来覆盖回声信号，但这种噪声与实际 环境噪声仍然有差异，在环境嘈杂时较好，在环境安静的环 境中，远端仍能区分出噪声，因此还需要进一步研究。1234567t/s图5 未加声学回声消除算法波形加入回声消除算法后，就具体的实验环境手动设置了衰 减系数 echopercent=0.5，输出能量小于 0.5 倍输入能量时， 视为回声，进行回声消除后回声消除不明显，仍有部分回音， 回声消除情况不理想，如图 6 示。1234567t/s图6 加入回声消除算法echopercent=0.5时波形当衰减系数echopercent=1，输出能量小于1倍输入能量 时，视为回声，加入回声消除算法，回声明显减小，可正常 通话，但存在一定噪音，如图7示。参考文献1 张雄伟,陈亮,杨吉斌.现代语音处理技术及应用M.北京:机械工业 出版社,2003:68-121.2 胡航.语音信号处理M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2005:10-30.3 韩超,梁泉. android 系统原理及开发要点详解M.北京: 电子工业 出版社,2