動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，提高回聲與噪聲消除性能

作者：時間：2011-06-30 來源：網(wǎng)絡(luò)

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為了解決傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，我們開發(fā)出一種可提高無線音頻質(zhì)量的新方法（如圖 3 所示）。新老方法的基本差異在于：新方法將回聲消除、噪聲消除與其它音頻信號處理功能相集成，統(tǒng)一由新型全雙工控制模塊來控制。這種方法采用同一核心 NLMS 算法，不過擁有一些專門特性，這不僅能夠充分發(fā)揮這種集成型方法特有的系統(tǒng)技術(shù)廣度優(yōu)勢，還能動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，以便加速 NLMS 的重新整合。
全雙工控制技術(shù)是新方法能夠提高性能的關(guān)鍵所在。通過將無線通信設(shè)備的音頻部分與最新數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合，就能采用非線性控制算法，就突發(fā)的環(huán)境變化做出調(diào)整，如背景中的關(guān)門聲或用戶拿電話的手突然做出什么手勢或動作等。由于在主控制器下同時優(yōu)化了不同控制算法，從而進一步提高了音質(zhì)。最后，由于采用了更強大的信號處理架構(gòu)，因此我們還能添加新功能，如在背景中填充自然發(fā)聲的舒適噪聲以補償噪聲背景的改變，避免出現(xiàn)噪聲抽送 (noise pumping)。
將近端與遠端音頻路徑所有關(guān)鍵元件的系統(tǒng)處理技術(shù)加以整合，進而優(yōu)化通話兩端的信號質(zhì)量，這對前代 DSP 來說是非常困難的。近期推出的 DSP 在性能與高級片上存儲器容量間實現(xiàn)了適當平衡，其算法的復雜程度與音頻處理的集成度都足以適應(yīng)不同音頻元件快速優(yōu)化的要求，有助于實現(xiàn)最佳無線話音質(zhì)量。
新方法的工作原理
新方法用整個系統(tǒng)來了解當前工作環(huán)境的情況，并動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)以獲得最佳性能。分析與參數(shù)調(diào)節(jié)是集成式全雙工控制的任務(wù)。全雙工控制技術(shù)可評估近端與遠端信號，首先確定信號目前是否處于工作狀態(tài)，然后從不同角度評估信號質(zhì)量。根據(jù)上述信息，全雙工控制機制將對各模塊進行全面的動態(tài)調(diào)節(jié)，以提高近端與遠端信號的質(zhì)量。
近端信號通道上的全雙工控制機制控制著非線性處理器、回聲消除器以及噪聲消除器的參數(shù)，以降低回聲和噪聲。遠端信號路徑上的全雙工控制機制控制著動態(tài)處理機制，調(diào)節(jié)音頻信號，在降低揚聲器非線性的同時提高音量輸出。兩個信號路徑上都采用圖形均衡器與音質(zhì)增強技術(shù)。圖形均衡器用于調(diào)節(jié)變送器（揚聲器與擴音器），也可用于調(diào)節(jié)音頻信號的頻率特性。音質(zhì)增強技術(shù)則用于調(diào)節(jié)音質(zhì)，以實現(xiàn)最佳的話音清晰度。
使用這種系統(tǒng)技術(shù)的特點在于，全雙工控制技術(shù)采用系統(tǒng)了解到的環(huán)境信息實現(xiàn)了更高音量與更低回聲，并能快速適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
設(shè)計新型音頻處理系統(tǒng)
新型音頻處理系統(tǒng)的集成度大幅提高，這給我們提出了一系列設(shè)計挑戰(zhàn)。首先，我們應(yīng)找到一種適當?shù)?DSP，在為新設(shè)計提供所需高性能的同時，提供適當?shù)木幊汰h(huán)境，以支持復雜度較傳統(tǒng)回聲與噪聲消除技術(shù)高得多的設(shè)計，從而能夠縮短移動通信系統(tǒng)的設(shè)計周期。
例如，德州儀器 (TI) 的 C5000 DSP 平臺就實現(xiàn)了處理性能與大容量片上存儲器的優(yōu)化組合，有助于降低片外存儲器的工作強度，減少處理器的負擔。架構(gòu)的選擇是非常重要的，該架構(gòu)不僅要針對音頻處理進行優(yōu)化，而且要包含豐富的器件，從而實現(xiàn)領(lǐng)先節(jié)電特性、豐富外設(shè)選擇與小型封裝的完美結(jié)合。TI 擁有廣泛的第三方開發(fā)商網(wǎng)絡(luò)，可提供多樣化的產(chǎn)品，有助于 OEM 與 ODM 廠商添加 MP3 與 WMA 文件的音頻流、藍牙、話音識別、電話簿下載等特性。
開發(fā)工作采用基于模型的設(shè)計方法，能就多個設(shè)備的復雜聲音行為進行建模，并就設(shè)備環(huán)境生成測試矢量。我們用 MathWorks 的 Simulink來設(shè)計與開發(fā)有關(guān)模型。設(shè)計人員可用 C 代碼創(chuàng)建自主算法模塊，并集成到仿真環(huán)境中用于測試。
工程師只需編寫相應(yīng)腳本，描述典型工作情況，即可利用軟件提供的模型仿真回聲與噪聲消除系統(tǒng)的性能。這種方法使我們能評估多種設(shè)計方案，進一步了解性能，同時還能節(jié)省設(shè)計時間與成本。設(shè)計人員能快速修改模型，觀察性能變化，從而快速優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)最佳音頻性能。
工程師對系統(tǒng)仿真結(jié)果感到滿意后，就能針對 TMS320C5000™ DSP 平臺生成 C 語言二進制代碼。我們用 Code Composer Studio™ 集成式開發(fā)環(huán)境能很方便地創(chuàng)建二進制對象代碼，在對二進制影像進行測試同時，對其源代碼進行調(diào)試，從而幫助工程師方便地調(diào)試設(shè)計方案。建模技術(shù)與 Code Composer Studio 目標支持相結(jié)合使工程師能在實際硬件上用仿真輸入來驗證設(shè)計方案的性能有效性。隨后，他們還能用獨立于仿真模型的實時音頻輸入輸出來做進一步微調(diào)，在評估中對代碼作進一步優(yōu)化。
回聲消除和噪聲消除能否實現(xiàn)最佳性能，取決于系統(tǒng)解決方案能否動態(tài)適應(yīng)于不斷變化的環(huán)境。系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)應(yīng)快速響應(yīng)于環(huán)境的變化，避免間歇性回聲和噪聲干擾電流生成技術(shù)。只有采用良好的建模環(huán)境，才能做好上述解決方案的測試工作。成功的終端產(chǎn)品的關(guān)鍵在于選擇適當?shù)?DSP 技術(shù)，不僅要提供強大的信號處理功能，還要提供開發(fā)基礎(chǔ)局端，以確保在一定時間內(nèi)適時向市場投放產(chǎn)品。