语音调度系统的回声消除技术

贾宗圣

【摘要】 语音调度系统在通播状态下，若管理员或调度成员声音过大将会出现比较严重的回音问题，影响调度口令的接收与传达，针对这一问题，本文阐述了回声产生的原理及解决方案，并针对调度系统的回声问题提出有效的解决措施。

【关键词】 语音调度系统 声学回声 回声消除

一、引言

语音调度系统是实现语音通信指挥的重要手段，用于实现管理员对各调度成员的高效顺畅指挥。通播功能是语音调度系统最常用且最重要的功能，调度员以广播方式对调度群内所有或部分调度单机进行全双工通话，且被加入通播的调度单机之间没有通话链路。但是在语音调度系统的实际使用中，发现回音现象比较严重，也就是调度单机向管理员单机汇报的语音会再次通过管理员单机的话筒发送出去，从而将调度成员的语音广播给调度群内其它调度单机，容易干扰管理员或者调度群内人员，影响通信质量。为了解决这一问题，提出通播状态下进行消除回音的措施。

二、语音调度系统的组成

语音调度系统主要由调度服务器、管理员单机、调度单机组成，其组成如图1所示。

调度服务器是语音调度系统的核心设备，主要完成系统的综合调度控制、网络控制、用户以及异构业务系统接入等功能；管理员单机为通播群主席提供人机交互界面，支持对各类通播业务、点对点通话、排队等业务的控制；调度单机为普通用户提供人机操作界面，接受管理员单机发起的各类通播业务、点对点通话、排队等业务请求。

三、回声的分类与产生回声的原因

根据回声在调度系统中产生的原因，回声可以分为电学回声和声学回声。电学回声是因为电路的阻抗不匹配造成的，它对系统的影响较小，一般不再考虑。声学回声则是指由受话方扬声器输出的声音被受话方听到的同时， 又通过多种路径反射后再被麦克风拾取，然后传输到发话方，这种回声对系统影响较大，需要有效消除掉。由于声音在空间传播過程中多路径反射的存在，使得不同路径的回声延时不同，根据路径的不同将回声分为直接回声和间接回声。直接回声是指受话方扬声器输出的声音直接通过受话方的话筒输入到通信电路中被对方听到，这种回声时延最小，主要与远端的输入音量、受话方扬声器的输出音量、受话方扬声器的声场方向与话筒的拾音指向之间的夹角、扬声器与话筒之间的距离、受话方话筒的灵敏度等因素影响；而间接回声则是指由受话方扬声器输出的声音经过不同的反射路径再输入到受话方的话筒所产生的回声，间接回声的特点是多路径的、时变的。

四、消除声学回声的几种措施

（1）改变设备周围的环境来消除声学回声。根据上述声学回声产生的原因可知：通过改善受话方扬声器所处的环境，比如对房间的墙壁覆盖吸音材料，尽力减小扬声器输出声音的反射，可以有效地抑制间接回声。但是改变扬声器环境并不能减小直接声学回声。

（2）通信链路中增加回声衰减器减小声学回声。通过在接收和发送方向上各插入一个衰减器，这样，自己发出的声音经过一个衰减器传输到受话方，回声会将会经过两个衰减器传输回来，回音的衰减将比话音的衰减大2 倍，可以起到一定的回音消除效果。然而，由于不同操作人员的音量大小不一，所以对衰减器的性能指标存在差异，可能会导致话音电平降到无法听清楚的水平，这一缺点使得该方法的实用性受到很大限制。

（3）采用回声消除器AEC（Acoustic Echo Canceller）来消除回声。AEC以扬声器的输出声音和经多路径反射后所产生回声的相关性为基础，建立对端语音输入的模型。通过该模型估计回声，并自适应修改滤波器系数，使得估计出的回声十分接近真实回声，之后从话筒的输入中减去估计出的回声，得的纯净的语音输入。通过将扬声器过去的输出声音存储的缓存里面，AEC实时地将话筒的输入声音与之比较，可以将不同路径反射回来的声学回声消除掉，使得设备不用局限于环境而无回声。

五、语音调度系统通播状态下回声特点及解决措施

根据指挥调度系统通播状态的特点：当管理员讲话时候，下级调度人员只需要收听上级语音，不需要发送语音；当下级某调度成员发话时候，管理员只需要收听下级传来的语音，也不需要发话，即管理员与下级调度人员之间实际是半双工的工作状态。因此可以在一方成员讲话时候，关闭收听方的话筒输入来达到消除回声的目的。

具体解决措施：

通过在话筒输入端加装一个继电器，然后由扬声器输出信号来控制继电器的通断，当扬声器有输出时候，话筒是断开状态；当扬声器无输出时候，话筒处于接通状态。由于实际测试中发现，只有当一方的语音信号强度达到一定值的情况下，才可以听到比较明显的回声，为了避免话筒被误切断，通过调节继电器控制电平，当该扬声器电平达到某一阈值才触发继电器去切断话筒输入。

另外也可以在话筒输入通路串联自动增益控制器，当扬声器有输出的时候，降低话筒输入增益来削弱回声输入。通过上述的简单方法可以有效地解决调度系统中存在的回声问题。

参 考 文 献

[1]肖尚辉，黄邦菊.一种简化的自适应回声抵消算法及其应用分析[J].通信技术，2009 ，43（2）.

[2]尹浩琼. 通信系统中回声消除的研究[D]. 北京： 北京邮电大学信息与通信工程学院， 2006.

[3]魏臻，凌勇等.IP语音通话中回声消除算法的研究[J].合肥工业大学学报，2011，34（5）.

[4]熊磊.多媒体通信中实时音频自适应回放算法的研究[D].华中科技大学，2004.