Acoustic Echo Canceller

Abstract

Acoustic Echo Canceller

Authors

Walter Fan

Status

WIP

Updated

2024-08-21

概述

回声抵消 (AEC) 指的是在二线传输的两个方向上同时间、同频谱地占用线路, 在线路上两个方向传输的信号完全混在一起, 本端发信号的回声即成为本端收信号的干扰信号, 利用自适应滤波器可抵消回声以达到较好的接收信号质量. 也就是消除回声.

回声消除的原理就是利用接收到的音频与本地采集的音频做对比, 添加反相的人造回声, 将远端的声音消除.

WebRTC library 提供了 Echo Cancellation 的功能

MediaTrackSettings.echoCancellation

The MediaTrackSettings dictionary’s echoCancellation property is a Boolean value whose value indicates whether or not echo cancellation is enabled on an audio track.

何为回声？

In audio signal processing and acoustics, an echo is a reflection of sound that arrives at the listener with a delay after the direct sound. The delay is directly proportional to the distance of the reflecting surface from the source and the listener. Typical examples are the echo produced by the bottom of a well, by a building, or by the walls of an enclosed room and an empty room. A true echo is a single reflection of the sound source.[citation needed]

回声产生的原因

从通讯回音产生的原因看, 可以分为声学回音 (Acoustic Echo) 和线路回音 (Line Echo) , 相应的回声消除技术就叫声学回声消除 (Acoustic Echo Cancelation, AEC) 和线路回声消除 (Line Echo Canceltion, LEC) .

一方面, IP电话系统与PSTN互联时, 涉及到混合线圈的2/4线转换电路, 因而会产生线路回声 (Line Echo) . 另一方面, IP电话的语音数据在传输过程中还存在“声学回声(Acoustic Echo) ”.

线路回声

线路回声通常产生于有线通话中, 为了降低电话中心局与电话用户之间电话线的价格, 用户间线的连接采用两线制；而电话中心局之间连接采用四线制 (上面两条线路用于发送给用户端信号, 下面两条线路用于接收用户端信号) . 问题就出来了, 造成电路回声的根本原因是转换混合器的二线-四线阻抗不能完全匹配 (使用的不同型号的电线或者负载线圈没有被使用的原因) , 导致混合器 接收线路 上的语音信号流失到了 发送线路 , 产生了回声信号, 使得另一端的用户在接收信号的同时听到了自己的声音

声学回声

声学回声是指扬声器播放出来的声音被麦克风拾取后发回远端, 使远端谈话者能听到自己的声音.

声学回声又分为直接回声和间接回声.

  • 直接回声是指扬声器播放出来的声音未经任何反射直接进入麦克风. 这种回声延迟最短, 它与远端说话者的语音能量, 扬声器与话筒之间的距离、角度、扬声器的播放音量以及话筒的拾取灵敏度等因素相关；

  • 间接回声是指扬声器播放的声音经不同的路径一次或多次反射后进入麦克风所产生的回声集合.

当回声返回时间超过 10 ms时, 人耳就可听到明显的回声了, 会干扰正常通话. 对于时延相对较大的IP网络环境, 时延很容易就达到50 ms, 因此必须清除回声.

在网络会议中, 近端通话者的声音被自己的麦克风拾取后通过网络传到远端，远端扬声器播放出来的声音被麦克风拾取后通过网络又重新发回近端。 加上网络和数据处理等各种延迟的影响，使得近端通话者能够从扬声器中听到自己的刚才所说的话，就产生了回声。

回声消除的方法

回声消除是非常复杂的技术, 但我们可以简单的描述两种处理方法：

  1. 回声路径消除

  1. 房间A的音频会议系统接收到房间B中的声音

  2. 声音被采样, 这一采样被称为回声消除参考

  3. 随后声音被送到房间A的音箱和声学回声消除器中

  4. 房间B的声音和房间A的声音一起被房间A的话筒拾取

  5. 声音被送到声学回声消除器中, 与原始的采样进行比较, 移除房间B的声音

  1. 自适应滤波器

自适应滤波器是以输入和输出信号的统计特性的估计为依据, 采取特定算法自动地调整滤波器系数, 使其达到最佳滤波特性的一种算法或装置. 自适应滤波器 可以是连续域的或是离散域的. 离散域自适应滤波器由一组抽头延迟线、可变加权系数和自动调整系数的机构组成.

  • specfic double-talk Detector

  • auditory masking

  • power coherence

  • subband processing

Glossary

  • near end 近端

  • far end 远端

Methods

AECM

Input processing

  • Hanning window

  • FFT

Echo Delay Estimation

  • VAD

  • Align Far Near End

Adaptive Filter

NLMS - Normalized Least-Mean-Squares

Non-linear processing

Winner Filter

Comfort Noise

CNG generate

Output result

IFFT

Reference