朗谷數(shù)字音頻處理技術(shù)在音頻及網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的應(yīng)用
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2008年12月15日出版的《第一財(cái)經(jīng)周刊》刊登了科爾尼資訊管理公司發(fā)布的2008年全球化城市指數(shù)的前60個(gè)城市，上海、北京、深圳入選其中，而07年有本暢銷書《世界是平的》，則把網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的變革視為使全球化的力量之一，統(tǒng)一通訊技術(shù)發(fā)展方向是IP將融合所有協(xié)議，AV將融合所有格式，互聯(lián)互通，開放式代替封閉式，技術(shù)越復(fù)雜就越要求用戶應(yīng)用上的簡單，而數(shù)字音頻處理技術(shù)則是網(wǎng)絡(luò)通訊中最基礎(chǔ)和最核心的技術(shù)之一，朗谷數(shù)字實(shí)驗(yàn)室專注于此項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)。
一、 與朗谷數(shù)字音頻處理技術(shù)關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)概念
歷史
回音消除已經(jīng)替代了早期的回音抑制，回音抑制最早始于20世紀(jì)50年代，在衛(wèi)星通訊環(huán)境中用來控制由于比較長的信號延時(shí)而聽到的回音。最早的回音消除理論在二十世紀(jì)六十年代在ATT貝爾實(shí)驗(yàn)室中發(fā)展起來，但是直到20世紀(jì)70年代末，由于受到電子行業(yè)的技術(shù)能力限制，商用回音消除產(chǎn)品一直沒有取得太大的發(fā)展。
隨著DSP的飛速發(fā)展使得回音消除產(chǎn)品變得更小和更具有效費(fèi)比。在20世紀(jì)九十年代，回音消除器不再作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，第一次被集成于語音網(wǎng)關(guān)中（加拿大北電公司DMS-250）。這個(gè)整合使得回音消除直接內(nèi)置于語音網(wǎng)關(guān)中，意味著回音消除器可以在通話過程中非?？煽康乇婚_啟或者關(guān)閉，在語音通訊和數(shù)據(jù)通信中區(qū)分不同的干線組取得所需要的信號。
1、回聲與延時(shí)的關(guān)系
回聲和延時(shí)是兩個(gè)不同的概念，延時(shí)不會(huì)加重或者改變回聲的量值。聲音有一個(gè)遮掩效應(yīng)，例如我們在山谷里那么清楚的聽到回聲的原因是因?yàn)槁曇舻膫鬟f時(shí)間長，聲音反射回來的時(shí)間就長，超過1秒甚至2秒，聲音的傳遞時(shí)間長了，聲音的遮掩效應(yīng)會(huì)失去，這樣人的耳朵就會(huì)感覺到聽到這個(gè)回聲，回聲是一直存在的，專門的研究機(jī)構(gòu)做過專門的測試，聲音的傳遞小于20毫秒左右的時(shí)候，遮掩效果發(fā)揮作用，人耳一般聽不出來，超過20毫秒以后遮掩效應(yīng)開始衰減，超過50毫秒，聲音的遮掩效應(yīng)就基本消失了，只要有微弱的回聲人耳就能聽得到。
2、回聲和數(shù)字延時(shí)及語音壓縮技術(shù)的關(guān)系
數(shù)字延時(shí)技術(shù)就是把線性的信號，語音信號從喇叭或者電話中傳出去前，經(jīng)過數(shù)字信號采樣處理會(huì)延遲一段時(shí)間，就使得回音回來延遲的更長，所以我們能夠聽到。而語言壓縮技術(shù)是對一段數(shù)字信號進(jìn)行采樣后壓縮，然后再把這個(gè)壓縮信號送出去，這一段數(shù)字信號一般是30毫秒，40毫秒左右，語音數(shù)據(jù)經(jīng)過拿出來做處理，處理之后，再送出去，這樣就增加了40毫秒的延時(shí)，導(dǎo)致的結(jié)果就是有回音回來被聽到。例如我們現(xiàn)在的電話網(wǎng)絡(luò)都采用用數(shù)字交換機(jī)，而以前都是模擬交換機(jī)，送出的都是模擬信號，這個(gè)信號是以光速傳遞的，所以在模擬交換機(jī)時(shí)代，打本地電話和長途電話感覺不到有回音，只有通過衛(wèi)星打國際電話的時(shí)候聽到有回音，因?yàn)檠舆t時(shí)間就變長了，那么打本地電話，電信號以光的速度傳遞，只有幾個(gè)毫秒，我們就聽不見感覺不到回音的存在，而現(xiàn)在的電話網(wǎng)絡(luò)全都用數(shù)字式的，它把電信號變成數(shù)字信號，而數(shù)字信號的處理，不是采一個(gè)數(shù)字就送出去，它是采集一段信號，可能是20毫秒40毫秒的信號進(jìn)來了，把它處理一下，然后送出去，這樣的數(shù)字處理的效率很高，把信號先壓縮以后，再送出去，結(jié)果就是效率更高，本來一根線只能送一路電話，現(xiàn)在可能送10個(gè)電話，但是提高效率的同時(shí)，增加了延時(shí)作為結(jié)果，這是就導(dǎo)致回音的出現(xiàn)，例如我們打手機(jī)有回音，也是這種原因。
二、AEC(Adaptive Echo Control) 朗谷自適應(yīng)回聲消除回音器的原理
1、回聲消除原理
回音的產(chǎn)生既復(fù)雜也簡單，一般喇叭信號出來聲音它會(huì)傳遞到麥克風(fēng)，這個(gè)傳遞過程本身從技術(shù)上講就有一個(gè)傳遞函數(shù)，傳遞本身就已經(jīng)發(fā)生了一些變化，在傳遞過程中，高頻和低頻的傳遞系數(shù)是不一樣的，通常低頻傳遞的效率更高，高頻傳遞的效率低一點(diǎn) 。麥克風(fēng)跟喇叭的位置靠的越近，聲音傳遞的時(shí)間越短，稍微離的遠(yuǎn)一點(diǎn)，那么延遲的時(shí)間會(huì)多一點(diǎn)，即使聲音直接傳過去，信號就已經(jīng)有時(shí)間延時(shí)了，麥克風(fēng)位置的改變，回音也隨之改變，傳遞的聲音隨著距離位置的改變，它傳遞的時(shí)間也發(fā)生改變，接觸到信號也就改變了，但聲音除了這個(gè)直接信號以外，聲音在空間中它是往各個(gè)方向傳遞的，它會(huì)碰到墻壁、碰到天花板反射回來，然后反射到麥克風(fēng)，有的反射到桌面然后到麥克風(fēng)，各個(gè)情況都存在，所以這是一個(gè)很復(fù)雜的問題，所有的信號最終的結(jié)果是疊加在一起的，疊加的結(jié)果就是有的信號被增強(qiáng)了，有的信號被減弱了，各種各樣的都有，然后墻壁對聲音信號的反射也不一樣，高頻低頻都不一樣，所以結(jié)果是一個(gè)復(fù)雜的所有疊加的結(jié)果，有的早有的晚，有的強(qiáng)有的弱，朗谷做回音消除呢，就是把總的傳遞函數(shù)效果算出來，那么并不是簡單的說兩個(gè)信號一樣，這個(gè)你算出來的回音信號，跟送出去的參考信號，送到喇叭去的信號并不一樣，它已經(jīng)經(jīng)過了一些傳遞改變了，那么可能有些已經(jīng)延遲了100個(gè)毫秒，這是總的結(jié)果，回音消除的原理就是信號出去，然后麥克風(fēng)收的信號肯定是這些信號各種各樣的直接間接的傳遞，反射回來的信號疊加到一起，我們把這些傳遞函數(shù)計(jì)算出來，疊加結(jié)果計(jì)算出來，這樣就能得到一個(gè)回音信號和麥克風(fēng)信號，在理想條件下如果計(jì)算出來的和麥克風(fēng)信號一樣，就可以把回聲消除掉，如果計(jì)算出來的有誤差，那么就不可能消除干凈，這就是回聲消除的原理。回聲消除技術(shù)后面還有很復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題?；匾粝铍y的地方是變量太多，回音模型的改變回音的疊加的結(jié)果都要計(jì)算出來。另外還有采用回聲抑制進(jìn)行回聲處理的方法，即非線性的過度就是兩邊同時(shí)說話的時(shí)候，它分辯不出那個(gè)是回音信號，所以就ｃｕｔｏｆｆ，剪切掉拉，這是處理不當(dāng)，也可以說是單工，就是因?yàn)榫€性的做的不夠好，還有回音，所以它就多切掉一點(diǎn)，回聲抑制就是這個(gè)道理。也就是回聲消除和回音抑制的不同。
2、回聲消除技術(shù)關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)
1)ITU-T的G.167
這是國際電信聯(lián)盟有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求任何回聲消除必須要做到降低45分貝以上，但是達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不是最好的，因?yàn)槿诉€能聽到這個(gè)回聲，這個(gè)是最基本的標(biāo)準(zhǔn)。原則上麥克風(fēng)信號收的信號有一個(gè)電平，這個(gè)電平我們可以用分貝來標(biāo)示，如果這個(gè)信號的電平比如說是－3dB，如果你消除了30dB，那么結(jié)果就變成了－30Db,因?yàn)?0分貝能量上是10倍，20個(gè)分貝就是100倍，人耳能聽到的聲音范圍值大約是100萬倍，所以人耳朵能聽到能量范圍值是60分貝左右，回聲處理要消除60分貝以上人耳才聽不出來，如果只消除30或者40分貝，能量降低到千分之一，萬分之一，雖然能量弱了很多，但還是能聽到。
朗谷的回聲消除技術(shù)通過線性和非線性的方法可以做到60個(gè)分貝甚至更高，可以達(dá)到非常優(yōu)秀的回聲消除的效果，人耳無法感受到回聲的存在。
2)回聲消除的帶寬：
窄帶模式頻率： 300Hz—3．4kHz
寬帶頻率模式： 50Hz—7kHz 應(yīng)用廠家ploycom/Cisco/skype
超寬帶模式：50Hz—14kHz，一般稱HD高清音頻模式
全音域模式：20Hz—20kHz
朗谷的回聲消除技術(shù)采用20Hz—20kHz的全音域模式
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