VoIP终端回声消除方法的研究与实现

论文摘要

随着通信技术的综合化、数字化、智能化、个性化的发展；以公用电话交换网(PSTN:Public Switched Telephone Network)为代表的传统电信业务越来越不能满足人们的需求。特别是数据业务的出现,给PSTN造成巨大的冲击,促使计算机中进行语音数据通信系统的产生,其采用的技术统称为VoIP (Voice over Internet Protocol)。但是,VoIP在实现通话功能中的数据压缩、编解码和网络传输等处理都会造成延时,产生回声,在回声路径大于30ms就会影响通话质量,当回声路径大于50ms基本无法继续通信。回声消除器的基本原理是通过自适应滤波器来模拟回声路径进而将回声估计出来,从近端信号中减去模拟出来的回声以达到回声消除的目的。自适应滤波器的系数更新过程就是自适应滤波器模拟回声路径的过程。目前主要的自适应算法有LMS算法,NLMS算法,RLS算法等。本文首先对LMS算法进行理论推导,再用LMS算法和NLMS算法,RLS算法进行分析比较。由于VoIP终端的回声路径比较长,VoIP终端要完成信号的压缩、编解码、网络传输等任务,并且自适应滤波器系数函数一旦收敛就会比较稳定。所以对回声消除算法计算量的要求是尽可能的小。综上所述,选取了计算复杂度低,收敛速度一般的LMS算法。然后通过labVIEW平台对算法进行仿真,测试结果显示LMS算法回声消除的性能良好,实现较好的回声消除功能。VoIP终端选用dsPIC33F系列高性能16位数字信号控制器,具有扩展的数字信号处理器(DSP)功能和高性能16位微控制器(MCU)的架构,是一款高性能的数字信号控制器。选用欧胜微电子公司生产的单声道编解码芯片WM8510实现语音采集播放。在MAPLAB开发环境下,将LMS回声消除算法应用到回声消除器硬件平台的实时语音通信中,通过调试使回声消除达到满意的效果,实现了语音通信质量的提高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外发展状况与发展趋势
• 1.2.1 VoIP的发展
• 1.2.2 回声消除的发展
• 1.3 课题来源和本文的主要研究工作
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 VOIP电话的相关基础理论
• 2.1 VoIP电话基本传输原理
• 2.2 语音信号处理
• 2.3 VoIP的实现方法
• 2.3.1 IP电话网络传输协议
• 2.3.2 实时传输协议
• 2.3.3 H.323协议
• 2.3.4 H.323协议与SIP协议对比
• 2.3.5 SIP协议
• 2.4 回声消除技术
• 2.4.1 回声产生的原理
• 2.4.2 回声消除的方法
• 2.4.3 回声消除器的基本结构
• 2.5 自适应滤波器的类型
• 2.5.1 自适应IIR滤波器的结构
• 2.5.2 自适应FIR滤波器的结构
• 2.5.3 滤波器结构的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 回声消除算法的的研究
• 3.1 自适应算法理论基础及推导
• 3.1.1 线性最优滤波
• 3.1.2 维纳滤波的实现
• 3.1.3 最陡下降法实现
• 3.1.4 最小均方算法
• 3.2 LMS算法和其它算法的比较
• 3.2.1 NLMS算法
• 3.2.2 RLS算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 自适应算法的仿真分析
• 4.1 仿真平台介绍
• 4.2 自适应算法仿真程序的设计
• 4.2.1 算法实现的流程图
• 4.2.2 LabVIEW环境下自适应滤波器的程序设计
• 4.2.3 LabVIEW环境下自适应滤波器的前面板设计
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 仿真自适应算法性能
• 4.3.2 参数对自适应性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 VOIP终端回声消除的实现
• 5.1 VoIP终端总体介绍
• 5.1.1 dsPIC33F处理芯片
• 5.1.2 语音处理芯片
• 5.1.3 其他模块部分
• 5.2 VoIP终端回声消除的软件实现
• 5.2.1 软件开发环境
• 5.2.2 VoIP终端回声消除系统的软件架构
• 5.2.3 自适应滤波算法的软件编程
• 5.3 本章小结
• 第六章 系统测试与分析
• 6.1 实验环境介绍
• 6.2 LMS算法的主要性能指标仿真与分析
• 6.3 LMS算法的回声衰减增益
• 6.3.1 回声衰减增益的定义
• 6.3.2 回声衰减增益的仿真
• 6.4 算法的实际性能分析
• 6.5 回声消除算法的展望
• 结束语
• 参考文献
• 附录1：整体电路原理图
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文