VoIP的基本概念: 回声消除技术

互联网语音通信中的回声问题及其解决方法

在互联网实时传输语音时，存在语音质量差的问题，尤其是回声影响严重。互联网语音质量受多种因素影响，其中关键因素之一是回声。因此，在互联网语音传输过程中实施回声消除变得尤为重要。IP电话网关作为互联网语音访问设备，必须具备回声消除功能。由于互联网语音传输采用分组交换技术，传输的语音信号需要经过编码、压缩和打包等处理。这不仅增加了回声路径的延迟，还导致了延迟抖动。在互联网语音传输中，回声问题尤为突出，具有复杂回声源、回声路径延迟大、延迟抖动大等特点。

复杂回声源包括传统电话系统中的电路回声和互联网IP电话网关连接产生的回声。电路回声在PSTN中产生，通过网关传输到互联网中，成为互联网语音传输中的回声源之一。互联网语音传输中还存在第二种回声源——声学回声，表现为扬声器播放的声音被麦克风拾取并发送回远端，远端讲话者可以听到自己的声音。声学回声分为直接回声和间接回声，其中直接回声延迟较短，受远端扬声器的语音能量、扬声器与麦克风之间的距离和角度、设备中的回声延迟估算方法、扬声器播放音量以及麦克风拾音灵敏度等因素影响。间接回声则涉及声音经过多次反射后到达麦克风的过程，受周围物体变化、回波路径多径及时间变化等因素影响。此外，背景噪声也是产生回声的因素之一。

回声路径的延迟大主要源于压缩延迟、数据包传输延迟和处理延迟。压缩延迟是生成回声的主要延迟，如在G.723.1标准中，最大延迟可达37.5毫秒。数据包传输延迟是端到端传输延迟的重要来源，最大值可超过250毫秒。处理延迟包括语音数据包的封装延迟及其缓冲延迟。

回声路径的延迟抖动大主要由于回声路径、语音压缩延迟、数据包传输路由等因素的不确定性，波动范围通常在20?50毫秒之间。

为了有效解决回声问题，当前回声消除研究重点已从电路回声消除转向声学回声消除。主要方法包括改善周围环境、使用回声抑制器和声学回声消除器。改善环境可以有效抑制间接声回声，但对直接声回声无能为力。回声抑制器是一种非线性回声控制方法，通过比较扬声器接收的声音与当前麦克风拾取的声音，当前者高于阈值时关闭麦克风，防止扬声器播放的声音在远端产生回声。随着高性能回声消除器的出现，回声抑制器的使用变得较少。声学回声消除器（AEC）则基于扬声器信号与其产生的多径回声之间的相关性，建立远端信号的语音模型，用于估计回声并不断修改滤波器系数，使估计值更接近真实回声。从麦克风输入信号中减去估计的回声值以消除回声。AEC还通过比较麦克风输入与扬声器过去值来消除具有较长延迟的多次反射的回声。通过存储过去扬声器的输出值，AEC可消除各种延迟的回声。

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