隨著信息技術(shù)，特別是通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各種滿足不同需求的通訊方式不斷出現(xiàn)，如可視電話，視頻會(huì)議等。然而這些語音通信系統(tǒng)都不同程度地有回波的存在，這致使系統(tǒng)的通訊質(zhì)量及可靠性有所下降，甚至嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通訊崩潰。聲回波是指在語音通信中，遠(yuǎn)端的語音信號(hào)通過近端揚(yáng)聲器-房間-近端麥克風(fēng)路徑，又隨著近端說話者的聲音一同通過通信線路傳播到了遠(yuǎn)端。然而，遠(yuǎn)端聽話者是不愿聽到自己聲音回波的。

　　尤其，當(dāng)具有免提功能的各種通訊終端在進(jìn)行通訊時(shí)，聲回波的存在更加明顯，在這種情況下，對(duì)于抵消聲回波帶來的不利影響就變得更加迫切和急需了。聲回波對(duì)消器就是為此應(yīng)運(yùn)而生，用來抵消回波的，它是模擬近端揚(yáng)聲器-房間-近端麥克風(fēng)路徑的沖擊響應(yīng)，從而抵消聲回波的。因此本文就是基于此類聲回波對(duì)消器而展開的討論。目前，公認(rèn)有效的回改朝換聲抑制方法是采用自適應(yīng)回聲對(duì)消。在回波對(duì)消的研究過程中，必須有效模擬出講話者所在空間的聲回授通道特性。本文重點(diǎn)介紹利用TI公司開發(fā)的廉價(jià)的DSKplus套件，采用白噪聲激勵(lì)和譜估計(jì)的方法進(jìn)行房間聲回授系統(tǒng)的離線辨識(shí)，并取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　1 DSKplus Board介紹

　　TI公司為方便用戶對(duì)DSP系統(tǒng)的開發(fā)而提供的開發(fā)工具。DSK開發(fā)套件和評(píng)估板是TI公司的第三方提供的一種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)評(píng)估平臺(tái)，DSK和EVM（評(píng)估板）除了提供基本的硬件平臺(tái)外，還提供完整的代碼生成工具和調(diào)試工具。用戶可以使用DSK或EVM完成需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件性能、軟件算法的評(píng)估，為確定系統(tǒng)的軟/硬件方案提供可靠的依據(jù)。

　　DSKplus Board是TI公司研制的一種廉價(jià)的、為初學(xué)者使用的DSP應(yīng)用開發(fā)板，本開發(fā)板中DSP芯片采用TMS320C542.TMS320C542是一種改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度可達(dá)40MIPS的定點(diǎn)DSP.它具有一個(gè)程序存儲(chǔ)器總線，三個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線，17×17位乘法器，一個(gè)供非流水線MAC（乘法/加法）使用的專用加法器，一個(gè)比較、選擇、存儲(chǔ)單元（Viterbi加速器）。其片內(nèi)集成有10K字節(jié)的DRAM,2K字節(jié)的引導(dǎo)ROM.其外圍設(shè)備包括有：與主機(jī)進(jìn)行通信的主機(jī)接口HPI（Host Port Interface），與其他設(shè)備進(jìn)行通信的時(shí)分復(fù)用串口和緩沖型串口等等。

　　DSKplus Board的模擬通道采用TLC320AC01C芯片，它可同時(shí)完成音頻頻帶內(nèi)辨率為14位的模-數(shù)、數(shù)-模轉(zhuǎn)換，并集成了帶通輸入濾波器和輸出低通濾波器以及Sinx/x補(bǔ)償器。其的優(yōu)點(diǎn)在于它有一個(gè)串行通信口，DSP可通過對(duì)此串行口以軟件編程方式控制其濾波器的頻帶寬度、截止頻率以及采樣頻率等，并可調(diào)整輸入輸出增益。TLC320AC01C的采樣頻率可達(dá)43.2K,模擬輸入增益可達(dá)12dB,輸出衰減可達(dá)12d B.

　　DSKplus Board與機(jī)通信是利用DSP的HPI進(jìn)行的。在DSP片內(nèi)有一容量為2K字節(jié)的內(nèi)存區(qū)，地址從1000h到17FFh,這片內(nèi)存區(qū)既可以被DPS訪問，也可以被主機(jī)訪問。在DSKplus Board中，DSP的HPI通過一片GAL22V10與計(jì)算機(jī)的并口相連，GAL22V10完成計(jì)算機(jī)并口信號(hào)與HPI信號(hào)之間的匹配。這樣，主機(jī)就可通過讀寫并口的數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口來訪問DSP的共享內(nèi)存區(qū)，為主機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換提供了很大方便。

　　2 系統(tǒng)原理

　　測(cè)試系統(tǒng)原理見圖1.把虛框部分看作系統(tǒng)h（n），系統(tǒng)的輸入和輸出分別為x（n）和y（n），那么有：

　　等式兩邊同乘x（n-1），并求期望，得：

　　式中，Rxx（n）為x（n）的自相關(guān)函數(shù)，Rxy（n）為x（n）與y（n）的互相關(guān)函數(shù)。對(duì)于白噪聲輸入激勵(lì)，x（n）的自相關(guān)函數(shù)為δ_函數(shù)，即：

　　Rzz（n）= δ（n）     （3）

　　代入式（2），則有：

　　h（l）=Rxy（l）    （3）

　　因而，當(dāng)x（n）為白噪聲時(shí)，只需估計(jì)出x（n）、y（n）的互相關(guān)函數(shù)，即可求出聲回授通道的沖激響應(yīng)。圖1中，A/D、D/A以及與主機(jī)通信部分均由DSKplus Board完成。

　　3 軟件實(shí)現(xiàn)

　　整個(gè)系統(tǒng)軟件包括兩部分：DSKplus Board中DSP的運(yùn)行程序和主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、分析處理程序。

　　數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing,簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是值得稱道的兩大特色。

　　其功能包括：對(duì)模擬通道TLC320AC01C進(jìn)行初始化，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和采集以及與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。TLC320AC01C被初始化為：8k/s采樣速率，低通濾波器帶寬為3.6kHz,輸入增益為12dB,輸出增益為0dB.數(shù)據(jù)的發(fā)送和采集采用中斷方式，由于數(shù)據(jù)的發(fā)送和采集是同步的，所以只需用同一個(gè)中斷服務(wù)程序。每當(dāng)采集緩沖區(qū)（64字節(jié)）滿后，就把HPI的控制寄存器HPIC的HINT位置"1",主機(jī)通過檢測(cè)這一位的狀態(tài)來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　由于對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，所以主機(jī)程序分為兩部分：數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序和后續(xù)處理程序。主機(jī)程序用C語言編寫。為了能在1/8k秒內(nèi)完成發(fā)送兩次16位地址、16位數(shù)據(jù)和讀取16位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)速率為64Kbyte/s,加上主機(jī)從硬盤讀取數(shù)據(jù)和把數(shù)據(jù)寫入硬盤的時(shí)間開銷，DPS運(yùn)行在40MHz時(shí)，HPI口的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)8Mbyte/s主機(jī)并口的數(shù)據(jù)速率卻達(dá)不到上述要求。所以發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先把數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存緩沖區(qū)，接收數(shù)據(jù)時(shí)，也應(yīng)先把數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存緩沖區(qū)，待數(shù)據(jù)接收完成后，再寫入磁盤，這樣才不會(huì)因來不及接收而丟失數(shù)據(jù)。程序流程見圖2.

　　后續(xù)處理程序功能包括：偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生和沖激響應(yīng)的分析計(jì)算。偽隨機(jī)序更的產(chǎn)生采用克努特算法，即線性同余算法：

　　In+1=（J·In+1）modM    （5）

　　式中，M為序列的長(zhǎng)周期，J由不等式

　　J·（M-1）<2的L次方   （6）

　　確定。J越大，序列才趨向于更隨機(jī)，但J的值受機(jī)器字長(zhǎng)L限制。由式（5）求得的隨機(jī)序列In,歸一化后，在（0,1）區(qū)間呈均勻分布，再對(duì)序列進(jìn)行高斯化，并用"3σ原理"進(jìn)行16位整數(shù)化。

　　由式（4）知，沖激響應(yīng)的計(jì)算，即是對(duì)x（n）、y（n）的互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行估計(jì)。事實(shí)上，本文是用有限長(zhǎng)數(shù)據(jù)樣本來估計(jì)隨機(jī)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)Rxy（k），即：

　　這里，R'xy（k）是Rxy（k）的有偏估計(jì)，因?yàn)椋?/P>

　　這表明，當(dāng)k接近N時(shí)，R'xy（k）的統(tǒng)計(jì)平均與Rxy（k）相差較大。在本文中，當(dāng)房間沖激響應(yīng)的有效長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)樣本長(zhǎng)度N時(shí)，這種偏差可以忽略。為了加快計(jì)算式（7），先對(duì)x（n），y（n）作FFT變換，X（n）的共軛與Y（n）相乘后，再作傅立葉反變換，即求得沖激響應(yīng)h（n）。但以實(shí)際上h（n）是x（n）和y（n）的線性相關(guān)結(jié)果。所以，在進(jìn)行N點(diǎn)FFT變換前，先把x（n）和y（n）的后N/2個(gè)點(diǎn)全置零，這樣可避免循環(huán)相關(guān)帶來的誤差。為減小矩形數(shù)據(jù)窗帶來的譜泄漏，程序中采用Hamming窗截取信號(hào)，即：

　　w（t）=0.54-0.46cos（2πt/T） （9）

　　為減小互相關(guān)函數(shù)的估計(jì)方差而引入的h（n）估計(jì)方差，在房間設(shè)施固定不變的情況下，用不同隨機(jī)數(shù)種子的隨機(jī)序列輸入而求得的h（n）作平均運(yùn)算，可有效減小h（n）的估計(jì)方差。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　典型的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過以上處理，得到如圖所示的結(jié)果。圖中，直達(dá)聲是從場(chǎng)聲器出來的聲音經(jīng)過直線路徑直接到達(dá)麥克風(fēng)的聲音，混響聲是從揚(yáng)聲器出來的聲音經(jīng)過房間的墻壁、室內(nèi)物體等多次反射后到達(dá)麥克風(fēng)的聲音。在理論上，直達(dá)聲的響應(yīng)應(yīng)該為零，混響以后的響應(yīng)也應(yīng)為零。但由于測(cè)量時(shí)不可避免地存在環(huán)境噪聲以及算法本身存在的誤差，圖中這些響應(yīng)有較小的起伏?？梢怨烙?jì)，直達(dá)聲從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)之間大約有170個(gè)采樣點(diǎn)，按8k/s采樣紡計(jì)算，這段時(shí)間為：

　　td=170/8000=0.02125s

　　實(shí)際測(cè)量時(shí)，揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)相距7.5m,按空氣中聲波傳輸速率340m/s計(jì)算，這段時(shí)間應(yīng)為0.02206s,由此看出，實(shí)際測(cè)量與理論基礎(chǔ)相符。