HD-12E中AEC设计及使用技巧
HD-12E中AEC设计及使用技巧
目标
首先阐明AEC声学回声消除的基本概念，其次说明AEC设计准则。最后分析AEC系统的简单故障判断和排除以及系统优化。目的是使视讯音频的系统设计和安装调试能够优化，从而得到最好的AEC性能。 AEC – Math not Magic数学不是魔术，让我们用正确的方法来使用它。 核心三要素：解决：人——拾音器——扬声器 之间的完美平衡！
一、AEC的基本概念
声学回声Acoustic Echo Cancellation (AEC)：
在一个远程会议系统中，在拾音器和扬声器之间，“远端”的信号在“近端”由扬声器重放。
“远端”信号会在墙壁、天花板、地板和人身上进行多次反射后，由拾音器拾取并再次传回远端而形成的一种声学现象。
上图显示了声学回声和AEC的概念。
声学回声路径：
产生回声的声波反射路径。见图1。
AEC运算：
通过持续跟踪扬声器和话筒之间声学回声路径的变化，AEC运算可以消除回声。
为什么AEC声学回声消除会这么复杂？
● 话筒所拾取的声学回声信号与AEC参数不一致。它是经过放大后在一个未知声场中重放的，因此声波反射改变了这个信号。
● 自适应滤波器必须执行声学回声路径“系统识别”，也称之为“滤波器培训”。这是一个把信号180度反相以抵消话筒拾取到远端信号的建模过程。自适应滤波器设计是AEC中最复杂的部分。
● 最后，房间的声学环境是不断变化的(传声器的移动，房间内人员的变化等等)，AEC运算需要实时告诉运算适应这些改变。
AEC参考信号：
AEC参考信号是为了防止回声而需要被消除的信号。换句话来说，它是你不需要再次传输回去的远端信号(经过编解码器和传输)。
AEC参考信号建立了需要在话筒输入通道上消除的声学信号模型。根据这个模型，建立并不断更新。
宽频回声消除：
当AEC运算在处理20-20KHz声音时，HD1033成为一个宽频回声消除器，尤其是在双向对讲(double-talk)的场合。 宽频AEC运算需要非常大的DSP资源。
收敛速度/收敛失败：
收敛指的是AEC运算中自适应处理过程。收敛速度代表了AEC运算对房间以及声波反射路径改变的建模速度。收敛失败指的是AEC运算不能跟踪声学回声路径的改变，于是在远端就能够听到回声。
当一种运算有效地改变自适应滤波器的参数，当回声被消除时，我们就说它“收敛”了。
残余回声：
没有被AEC运算移除的残余的声学回声信号。
降噪：
从AEC输入信号中自动移除静态的背景噪声(如空调、投影机风扇等)。降噪是一个很有用的工具，能够提高从远端传回的声音质量。
双向对讲(double-talk)：
这种情况下，线路两端都有人讲话。这是AEC遇到的最困难的情况。
远端：
AEC运算不做处理的那一边。
近端：
AEC消除器设计并做处理的那一边。注意当AEC在近端起作用时，只有远端才受益于AEC声学回声消除。
对于一个完整的视讯音频解决方案来说，这就是为什么需要在两端都配置AEC系统的原因。
ERL（Echo ReturnLoss）回声返回损耗：
AEC参数和传声器之间声学回声损耗的指标(单位：dB)。为了获得最佳性能，它的读数为负值，代表回声量的降低。 ERL回声损耗是度量从扬声器系统到传声器之间的直接回声和反射回声经过声衰减和声吸收后的损耗。这一指标受到扬声器输出电平和传声器输入灵敏度的影响。在这里，回声分贝数减小时，回声消除的能力就增强。ERL不光受到扩声系统的功放增益总量影响，还受到房间声学环境、传声器和扬声器的摆位以及相互的距离、还有房间的环境噪声的影响。越高的电平意味着越小的ERL，也就意味着更加依赖AEC以争取消除声学回声。话筒的高增益也会对ERL产生影响。标示如下
L1 = Reference Level
L2 = Microphone Input Level (after amplification)
ERL = L1 – L2
ERLE (Echo Return LossEnhancement)回声返回损耗增益：
ERLE由AEC运算所降低的回声量(单位：dB)。 ERLE是一个以分贝(dB)为单位衡量回声消除器和非线性处理NLP（Non-Linear Processing），一种高级的抑制残余回声的陷波系统)的性能。这衡量了回声消除器或者NLP在所传输的信号中造成多大的增益以从话筒信号中移除回声。这个指标必然是负值。
总回声消除(TER)：
ERL和ERLE之和，代表了由于厅堂声学(ERL)以及AEC算法和非线性处理NLP(ERLE)共同消除的回声总量。
二、 用AEC设计系统
一个成功的远程视讯音频设计技能应该包括整体系统规划(包括传声器位置、扬声器位置、厅堂声学特性等等)。尽管像LONGOODSP/DSP4.0已经是目前行业内最先进的数学算法有助于解决声学棘手问题，但设计优秀、运行良好的系统应该考虑到所有的这些要素，使系统始终处于最佳性能的工作状态下。
1．、选择扬声器和拾音器最合适的安装位置和安装方式，尽可能地使回声声压最小。
2、调节输出到扬声器的信号强度，正常语音音量时在-15db至-10db之间。
3、在正常语音音量时，AEC参考信号的信号电平应小于扬声器输出信号电平3dB以上，也就是说尽量使拾音器远离扬声器，以使得人讲话的声音比从扬声器发出来的声音传到拾音器的声压要大,这样就可以获得最佳的回声消除效果（物理上使ERL回声衰减越大AEC处理的效果越好）。
4、拾音器拾音发言者的信号最好与扬声器信号大小相当。
5、对于较小的会议室而不需要本地扩声的，将AFC反馈消除关闭，也有助于得到更好的AEC效果。
以HD-12E为例，ERL和ERLE数值的监测，请注意下图的标示：
•线路输入
尽量设置所有线路输入信号的增益，使它们在通道上的读数为0dB。
注意：有些视频编解码器可能内置AEC功能。确保禁用编解码器内部的AEC以获得最佳性能。
•自动混音
建议在所有的AEC话筒输入中打开自动混音器，原因如下：
(1) 自动的系统增益调整是建立在打开话筒的数量基础上。
(2) 通过关闭不使用的话筒来改善信噪比。
(3) 关闭不使用的话筒以降低AEC运算的复杂性。
(4) 如果不需要把本地语音扩声的话，自动混音的混合输出就足够了。
•电平控制
我们通常建议限制用户控制电平的范围，确保电平改变不会对AEC运算的性能造成影响。
•矩阵
在设置矩阵混音内的交叉点时，检查输入输出的路由是否正确。把不需要再次传送回远端的信号发送到AEC参考信号，如：
视频编解码器的远端信号；
注意：仔细检查路由到AEC参考信号的信号，防止不必要的故障。
•扩声的输出电平控制
(1) 扩声信号的电平控制需要与AEC参考信号的电平控制“同步”。
(2) 任何扩声信号电平的改变要相应地反映到AEC参考信号上。
AEC参考信号
(1) 为了获得最佳性能，读取的AEC参考信号电平应该在-3dBu到+3dBu之间。
(2) 我们通常建议不要在一次会话中静音或改变参考信号中的远端信号。
(3) 这样做还会增加收敛时间，因为每次改变AEC参考信号时，自适应AEC运算都需要重新收敛。
三、系统设计准则
•拾音器/扬声器位置
要得到最佳的系统性能，就要尽量避免话筒和扬声器之间直接耦合。这一设计方针与典型安装中为了防止反馈而作的优化增益设计并无不同。例如若设计中采用天花吊顶传声器和天花扬声器，可能存在以下几个问题。
扬声器和拾音器之间的声耦合条件是最差的。ERL值基本上都是正的，因为扬声器和拾音器之间的声学回声损耗是最小的；
非常糟糕的反馈（啸叫）前增益；
如果拾音器安装在接近空调通风口或灯管附近，那么拾音能力和信噪比就更加糟糕。
•厅堂声学
声学处理非常重要！无论你是否使用AEC，物理规律总是适用的。同样的，如果是在一个大混响或嘈杂的环境中，AEC系统并不能提高语音的可懂度。
记住像地毯、吸音棉和书架具有良好的吸音能力，可以抑制至少能够减轻回声。另一方面，高反射率的表面(像玻璃、砖块)会反射部分的声音信号，从而使混响超出AEC运算限制范围。
四、 优化设计建立一个最佳的AEC系统
每个安装都是独特的，因为每个系统都有自身的设置和调整。不过，对于绝大部分AEC系统安装来说，以下几个步骤能够获得良好的性能表现：
1、关掉功放。
2、调整话筒输入增益，当有人在讲话时读数大约为0dB。
3、调整增益结构使整个系统最好具有统一的增益设定(0dB)。
4、远端信号输入进行测试，根据需要调整传声器电平。
5、在对话框中检查ERL的值。用从大到小的冲击性音节测试AEC运算。
6、在使用过程中，只做必须的轻微的电平改变，但不改变功放上的音量。
五、AEC系统的故障排除
以下是简单故障的解决方法。
1、残余的回声：
•检查送到AEC参考信号的是否正确；
•察看AEC参考信号，确保它在推荐的-3dBu到+3dBu范围内；
2、ERL值为正：
•功放音量太大；
•扬声器/传声器的位置关系不太合适；
•传声器的输入增益太大；
•增益结构没有优化。
3、自动混音没有正确的打开/关闭：
•这种情况表明自适应阈值判断工作不正常。确保讲话时所有话筒输入增益最好为0dB；
•电位器与话筒高输入增益的结合，会得到一个一致的信号，一直触发自动混音的门限。
若是您对系统有任何问题或需要帮助，不要犹豫，请立刻联系我们。
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