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用C5402DSP实现的G_168自适应回声消除器.pdf

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通讯与电视 用 !"#$% &’( 实现的 )*+,- 自适应回声消除器 上 海 贝 尔 有 限 公 司( !"""0" ) 蒋 彦 陈 健 上 海 交 通 大 学 K !"""5" L 摘 要 F 叙 述 网 络 电 话 系 统 的 回 声 特 点 ,介 绍 了 )*+ M * , - #.( 建 议 书 的 有 关 要 点 。 基 于 性 价 比 方 面 的 考 虑 , 提 出 了 利 用 CIG? 算 法 构 成 的 横 向 滤 波 器 组 成 自 适 应 回 声 消 除 器 , 并 在 *G? 5!" 2 %/"! N?1 上 实 现 了 该 算 法 。 经 过 测 试 ,主 要 性 能 均 达 到 , - #.( 规 范 要 求 。 关 键 词 F 横 向 滤 波 器 回 声 消 除 器 CIG? 算 法 数 字 信 号 处 理 )*+ M * 标 准 过 去 , 通 过 卫 星 打 国 际 长 途 电 话 时 ,因 为 同 步 静 止 卫 星 的 通 话 路 径 长 ,引 起 通 话 延 迟( 单 跳 !%" &’ ,双 跳 %"" &’ ),因 电 路 失 配 所 引 起 的 线 路 回 声 就 很 明 显 , 所 以 从 二 十 世 纪 (" 年 代 起 人 们 就 研 究 回 声 消 除 的 办 法 。由 简 单 的 回 声 抑 制 器 发 展 到 自 适 应 回 声 消 除 器 ,国 际 电 联( )*+ )也 相 应 地 制 订 了 回 声 消 除 器 的 国 际 标 准 ,如 , - #./ 、, - #.% 和 , - #.0 等 。进 入 $" 年 代 后 期 ,通 过 英 特 网 拨 打 长 途 电 话 ,即 )1 电 话 流 行 。)1 电 话 是 以 数 据 包 的 格 式 在 英 特 网 中 与 其 它 数 据 信 息 按 *21 3 )1 协 议 一 起 传 输 ,从 发 话 端 到 受 话 端 延 时 较 长 ,并 且 是 不 确 定 的 。 这 里 的 延 时 包 括 算 法 延 迟 、处 理 延 迟 、网 络 延 迟 等 ,算 法 延 迟 从 " - #!% &’ 4 5" &’ 不 等 ,处 理 延 迟 约 5" &’ ,网 络 延 迟 高 达 0" 4 #"" &’ ,总 的 延 迟 在 #"" &’ 以 上 ,而 人 耳 对 于 大 于 %" &’ 的 回 声 就 能 鉴 别 出 来 ,因 此 )1 电 话 系 统 的 回 声 影 响 相 当 严 重 , 如 何 消 除 )1 电 话 中 的 回 声 成 为 非 常 重 要 的 问 题 。 在 )1 电 话 系 统 中 ,自 适 应 回 声 消 除 器 成 为 不 可 缺 少 的 设 备 。鉴 于 )1 电 话 与 普 通 国 际 长 途 电 话 的 不 同 , )*+ 于 #$$0 年 通 过 了 , - #.( 回 声 消 除 器 的 标 准 ,该 标 准 是 , - #.% 标 准 的 发 展 , 而 更 多 地 考 虑 到 网 络 情 况 , 包 括 话 音 、传 真 、固 定 和 移 动 用 户 等 应 用 ,所 以 , - #.% 和 , - #.( 均 为 )1 电 话 系 统 采 用 的 标 准 。 ! "#$ % # & ’ !() 国 际 电 联 就 回 声 消 除 技 术 先 后 发 布 了 一 系 列 规 范 ,分 别 包 括 电 学 回 声 和 声 学 回 声 的 消 除 ,其 中 #$$0 年 公 布 的 , - #.( 是 关 于 电 学 回 声 消 除 的 最 新 规 范 。该 建 议 书 针 对 数 字 回 声 消 除 器 提 出 了 一 般 的 设 计 要 求 , 定 义 了 相 关 的 测 试 项 目 ,以 保 证 其 能 够 在 各 种 网 络 条 件 下 提 供 足 够 的 回 声 消 除 能 力 。 该 建 议 书 覆 盖 了 比 , - #.% 更 加 广 泛 的 网 络 情 况 ,包 括 话 音 、传 真 、残 余 的 《电子技术应用》!""# 年第 $ 期 声 学 回 声 和 移 动 网 等 不 同 应 用 。 同 时 ,该 建 议 书 还 定 义 了 一 系 列 客 观 测 试 项 目(6789:;<=9 ;9’;’ ),如 果 回 声 消 除 器 通 过 这 些 测 试 ,那 么 当 其 安 装 在 网 络 中 ,起 码 就 可 以 完 成 最 低 限 度 的 回 声 消 除 功 能 。一 个 能 够 通 过 这 些 测 试 的 回 声 消 除 器 ,不 应 该 影 响 话 音 信 号 的 传 输 或 其 它 设 备 的 工 作 。 图 # 是 回 声 消 除 器 的 基 本 组 成 和 参 数 。 为 了 客 观 地 评 价 各 种 回 声 消 除 器 的 性 能 ,, - #.( 中 规 定 了 一 种 特 定 的 复 合 信 号 源 ( 26&>6’<;9 ?6@A:9 ?
通讯与电视 点 的 实 际 输 出 值 ,, & # ’ 是 减 法 器 得 到 的 * + # 估 计 误 差 。 ! 是 回 声 消 除 器 控 制 稳 定 性 和 收 敛 速 度 的 参 量 ,称 为 步 长 因 子 。 , & # ’ ( ) & # ’ . ( & # ’ -12 算 法 的 基 本 方 程 归 纳 如 下 : ( & # ’ ( " ! & # ’ % & # ’ ( # ) ( ! ) ( % ) " & # 3 # ’ ( " & # ’ 3 !, & # ’ % & # ’ 由 于 输 入 信 号 的 大 小 对 - 1 2 算 法 存 在 影 响 ,即 同 样 情 况 下 ,能 量 高 的 信 号 会 滤 波 器 ”,如 图 % 所 示 。 ! 是 延 时 器 ," & # ’ ( ) $ " & # ’ * $ # & + ’ * , , , * $ - . # & # ’ / 是 加 权 因 子( # 为 时 间 序 号 ),即 待 定 的 网 络 参 数 ,它 随 着 辨 识 误 差 等 而 改 变 ,每 隔 一 个 码 元 间 隔( 每 时 间 序 号 )调 整 一 次 。 最 陡 梯 度 法 是 以 最 小 估 计 误 差 平 方 为 准 则 的 自 适 应 信 号 处 理 算 法 , 但 是 它 要 求 知 道 输 入 0 输 出 数 据 的 二 阶 统 计 特 性 , 并 且 要 求 这 些 数 据 信 号 是 平 稳 的 , 通 常 不 易 满 足 。 于 是 ,在 最 陡 梯 度 法 的 基 础 上 引 入 适 当 的 近 似 ,即 得 到 -12 算 法 。 由 于 在 最 陡 梯 度 法 中 应 用 的 是 统 计 平 均 特 性 , 而 在 -12 法 应 用 的 是 瞬 间 数 据 , 只 是 在 统 计 平 均 的 意 义 下 才 与 最 陡 梯 度 法 等 效 , 故 解 所 反 映 的 过 程 是 随 机 的 ,即 它 为 一 随 机 自 适 应 算 引 起 梯 度 噪 放 大 ,而 能 量 低 的 信 号 算 法 收 敛 较 慢 。 因 此 在 实 际 应 用 中 ,将 输 入 信 号 按 照 自 身 的 平 均 能 量 进 行 归 一 化 处 理 ,得 到 归 一 化 的 - 1 2 算 法 , 即 + - 1 2 。 如 式 ( 4 )所 示 。 " & # 3 # ’ ( " & # ’ 3 !, & # ’ % & # ’ -. % ! & # ’ % & # ’ ( 4 ) 这 里 的 参 数 - 是 +-12 所 特 有 的 , 为 了 避 免 在 输 入 信 号 矢 量 过 小 时 可 能 产 生 的 数 值 计 算 问 题 ,而 特 意 引 入 的 ,它 是 一 个 很 小 的 正 数 。 从 方 程 看 ,-12 算 法 的 优 点 是 运 算 简 便 , 但 它 只 有 一 个 可 调 整 参 数 ,即 步 长 因 子 !,用 来 控 制 收 敛 速 度 。 由 于 ! 的 选 择 受 系 统 稳 定 性 的 限 制 ,因 此 ,算 法 的 收 敛 速 度 受 到 较 大 限 制 。 ! 用 "#$ 实 现 的 % & ’() 回 声 消 除 器 ! & ’ *+# !,- ./ 01-, "#$ 的 特 点 介 绍 512 %!" 67 84"! 是 59 7 8""" 系 列 :2; 芯 片 族 中 法 。 虽 说 输 入 信 号 的 二 阶 统 计 特 性 彼 此 相 同 ,所 得 解 使 用 最 广 的 一 种 ,具 有 以 下 特 点 : ( 指 权 值 )与 最 陡 梯 度 法 相 比 却 呈 现 波 动 ,且 波 动 瞬 间 时 值 随 输 入 信 号 的 不 同 而 异 。 -12 算 法 的 特 点 是 :每 次 迭 代 的 计 算 量 小 ,所 需 的 存 储 量 也 小 ,易 于 实 现 。 在 图 % 的 情 况 下 ,设 % & # ’ ( ) & & # ’ * & & # . # ’ * , , , * & & # . ’ 3 # ’ / ! 是 时 刻 # 的 输 入 信 号 矢 量 ,由 最 近 的 ’ 个 信 号 采 样 值 构 成 ,’ 是 横 向 滤 波 器 的 长 度 。 ( & # ’ 是 回 声 消 除 器 的 期 望( 估 计 )输 出 值 ,) & # ’ 是 · 512%!"6784"! :2;, 它 的 最 高 时 钟 频 率 达 到 #""1<=,内 核 电 压 是 #,>6,9 0 ? 电 压 是 %,%6。它 的 片 内 存 储 器 为 :#@AB :CDC1,4AB D?1* 功 耗 低 ,平 均 约 为 " , % ! E F 0 1 9 ; 2 。 · : 2 ; 内 部 采 用 改 进 的 哈 佛 结 构 ,即 :程 序 空 间 和 数 据 空 间 分 开 ,允 许 同 时 取 指 令 和 取 操 作 数 ,而 且 ,还 允 许 在 程 序 和 数 据 空 间 之 间 相 互 传 送 数 据 。 · :2; 芯 片 内 部 采 用 多 总 线 结 构 ,7 84 G 内 部 有 ; 、7 、: 和 H 等 4 条 总 线 ( 每 条 总 线 包 括 地 址 总 线 和 数 据 总 线 ),可 以 在 一 个 机 器 周 期 内 从 程 序 存 储 区 取 # 条 指 令 , 从 数 据 存 储 区 读 ! 个 操 作 数 并 向 数 据 存 储 区 写 # 个 操 作 数 , 大 大 提 高 了 :2; 的 运 行 速 度 。 · 在 :2; 中 ,采 用 流 水 线 结 构 , 将 一 条 指 令 执 行 所 需 要 的 取 指 、译 码 、 取 操 作 数 并 执 行 等 几 个 步 骤 同 时 完 成 ,使 指 令 周 期 降 低 到 最 小 值 。 · :2; 内 部 有 多 个 处 理 单 元 , 如 算 术 逻 辑 运 算 单 元( C-I )、辅 助 《电子技术应用》!""# 年第 $ 期 @4
运 算 单 元 ( ;<=> )、 累 加 器 ( ;== ) 和 硬 件 乘 法 器 ( %>9 ) 等 , 它 们 可 以 在 一 个 指 令 周 期 内 同 时 进 行 运 算 ,特 别 适 用 于 ?@< 和 @@< 滤 波 器 。 · 在 A:B 的 指 令 系 统 中 ,设 计 了 一 些 特 殊 高 效 的 A:B 指 令 ,如 ?@<: 和 9%: 指 令 ,专 门 用 于 对 称 ?@< 滤 波 器 和 9%: 算 法 。 ! " # 编 程 介 绍 A:B 中 实 现 的 89%: 算 法 就 是 上 面 介 绍 的 ( # )C ( - )式 ,但 其 中 的 归 一 化 方 法 需 要 说 明 。 首 先 ,考 虑 到 数 值 计 算 的 有 限 精 度 , 将 ( - ) 式 分 母 中 的 平 方 项 拆 开 , 组 成 两 个 分 式 相 乘 。 拆 开 后 的 信 号 能 量 记 为 BDEF< G ! G " H H ,由( ( )式 的 时 间 估 计 值 进 行 迭 代 计 算 。 # G " 2 # H I # G " H 2 J !$ G " H K BDEF< G ! G " H )L M J % G " H K BDE F< G ! G " )H L G 7 H BDEF Q M;< 7 P ; X : " d d #( ) Q G T/, 5 TcfV H ) Y ; :N& ; P TUUVUSVW, ;Q: ; :N& ;P;Q:F" Xb*/ gb‘WT ]VU ^VhTU T/,+.b,T5 在 程 序 的 主 要 循 环 体 内 , 每 次 循 环 只 需 要 两 个 指 令 周 期 , 因 此 对 于 89%: 算 法 的 每 次 系 数 更 新 需 要 的 指 令 周 期 约 为 ( ! 0 N;B: ) 个 。 这 里 ,A:B 处 理 器 的 优 越 性 能 起 了 决 定 作 用 。 《电子技术应用》!""# 年第 $ 期 四通工控 $%& 软起动器经销商(’(’))#)#)(** )#)#)(*+ (7 通讯与电视 在 实 际 应 用 中 ,回 声 消 除 器 所 需 要 的 处 理 能 力 取 决 于 回 声 路 径 容 量 , 即 自 适 应 滤 波 器 的 抽 头 个 数 ,以 及 在 稳 定 情 况 下 是 否 继 续 更 新 滤 波 器 系 数 。如 果 仅 仅 是 在 话 路 建 立 初 期 激 活 滤 波 器 系 数 的 迭 代 ,而 在 系 数 收 敛 以 后 ,冻 结 迭 代 过 程 ,维 持 当 前 系 数 ,则 可 以 节 省 系 统 的 处 理 能 力 ,完 成 对 更 多 信 道 的 回 声 消 除 。 在 表 # 中 , 对 利 用 = 7""" 汇 编 语 言 实 现 的 89%: 算 法 进 行 了 一 些 评 估 。 从 中 可 以 看 出 , 如 果 采 用 单 片 #"" %@B: 的 = 7-"! ,则 可 以 并 行 处 理 ## 条 (- ./ 的 回 声 路 径 。 ! " ! 测 试 结 果 表 # 利 用 89%: 算 法 实 时 处 理 回 声 的 评 估 应 用 场 合 通 道 数 估 算 公 式 #( ) *+, 系 数 ,- ./ 回 声 #( ) *+, 系 数 ,6 ./ 回 声 #( ) *+, 系 数 ,#( ./ 回 声 #( ) *+, 系 数 ,4! ./ 回 声 #( ) *+, 系 数 ,(- ./ 回 声 # # # # # ! 0 1 2 3" ! 0 1 2 3" ! 0 1 2 3" ! 0 1 2 3" ! 0 1 2 3" 指 令 周 期 数 %&’ # 5 "3 #4- #$6 4!( 76! #"$- # 5 76 ! 5 (# - 5 (( 6 5 37 按 照 i 5 #(6 的 要 求 ,采 用 带 限 ==: 信 号 进 行 了 有 关 的 测 试 ,并 将 输 入 K 输 出 信 号 的 功 率 作 图 示 意 。均 方 根( <%: 功 率 )的 估 计 范 围 是 " 5 3 / 。 ( # )测 试 项 目 # ; ,稳 定 工 作 时 ,残 余 回 声 电 平 测 试( 19B 暂 停 )X ( ! )测 试 项 目 ! Q ,收 敛 性 能 测 试( 19B 暂 停 )。 这 两 个 项 目 可 以 在 一 次 测 试 中 完 成 , 结 果 如 图 - 所 示 。这 里 ,中 间 一 条 线 是 输 入 信 号 的 均 方 根 ,最 下 方 一 条 线 是 估 计 误 差 的 均 方 根 ,最 上 方 一 条 线 是 两 者 的 差 值 。 显 然 ,采 用 带 限 ==: 信 号 ,当 滤 波 器 稳 定 工 作 时 ,残 余 回 声 电 平( 最 下 方 曲 线 )低 于 输 入 信 号( 中 间 曲 线 )4" [Q 以 上 ,达 到 i 5 #(6 的 要 求 。 根 据 i 5 #(6 要 求 ,系 统 工 作 # / 后 ,残 余 回 声 电 平 低 于 输 入 信 号 #( [Q ,从 图 - 可 见 ,实 际 结 果 略 低 于 规 范 要 求 。 其 原 因 在 于 ,所 选 的 步 长 因 子 为 " 5 ""# ,取 值 较 小 ,导 致 系 统 收 敛 时 间 较 长 。 G 下 转 第 34 页 )
集成电路应用 电 、 涓 流 充 电 时 的 充 电 电 流 分 别 为 # ( 、# ( R #% S %! 0 & 6( ,充 电 速 率 分 别 为 3 、3 R #% 。 ! "#$ %&’ 的 充 电 曲 线 分 析 图 ’ 是 实 测 的 由 ,(T L#! 构 成 的 镍 镉 电 池 快 速 充 电 器 的 充 电 曲 线 ,充 电 过 程 分 & 个 阶 段 ,见 图 ’ 。通 电 前 ,,(T L#! 只 从 电 池 上 汲 取 极 少 的 电 能 , 对 应 于 阶 段 # ,充 电 电 流 为 ! ( 级 。在 ,(T L#! 接 通 电 源 而 它 的 上 电 复 位 信 号 到 来 之 前 ,电 池 处 于 涓 流 充 电 状 态( 阶 段 ! ),充 电 电 流 为 6( 级 。 当 复 位 信 号 到 来 时 ,只 要 ! , R " U " 0 K V( " 0 K V 为 欠 压 锁 定 电 压 ),就 转 入 快 速 恒 流 充 电 ,此 时 充 电 电 压 迅 速 升 高 而 充 电 电 流 很 快 保 持 恒 定( 阶 段 ’ ),充 电 电 流 为 ( 级 。 判 断 快 速 充 电 结 束 有 两 种 方 法 :(# ) 根 据 电 压 斜 率 判 断 。 ,(TL#! 内 部 ( R . 转 换 器( 量 程 #0%&V ,分 辨 率 !0&6V )在 经 过 两 次 连 续 采 样 后 得 到 # # 、# ! 的 值 , 可 比 较 出 电 池 电 压 的 变 化 斜 率 ,只 要 # # S # ! ,说 明 斜 率 为 零 ,就 从 快 速 充 电 切 换 到 涓 流 充 电( 阶 段 K )。( ! )根 据 温 度 判 断 ,如 图 K 所 示 。 使 用 两 只 负 温 度 系 数 的 热 敏 电 阻 ,其 中 $% # 与 被 充 电 电 池 表 面 相 接 触 ,以 检 测 电 池 是 否 超 过 温 度 上 限 ,$% ! 用 于 感 知 环 境 温 度 。 当 % U % & 时 温 度 比 较 器 % & 翻 转 ,快 速 充 电 结 束 。关 断 电 源 后 进 入 阶 段 & ,充 电 电 流 又 降 到 零 。 使 用 ,(T L#! 实 际 设 计 的 镍 镉 电 池 快 速 充 电 器 充 电 时 间 短 、充 电 效 率 高 ,克 服 了 普 通 镍 镉 电 池 充 电 器 功 能 单 一 、充 电 电 流 无 法 调 整 、充 电 时 间 长 且 效 率 低 的 缺 点 ,取 得 了 良 好 的 使 用 效 果 。 参 考 文 献 # 沙 占 友 ,李 学 尧 ,邱 凯 0 新 型 特 种 集 成 电 源 及 应 用 0 北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 W #$$1 ! )@X 5@*@(-@- .(J( GYYZ VC8M69 V222 0 ,(T2, 0 #$$$ ( 收 稿 日 期 :!""# ? "K ? #% ) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ( 上 接 第 %& 页 ) 测 试 项 目 ’ ( , 近 端 低 电 平 的 双 讲 性 能 测 试 ( )*+ 暂 停 )。 如 图 & 所 示 ,这 里 ,中 间 一 条 线 是 输 入 信 号 的 均 方 根 ,最 下 方 一 条 线( 残 余 回 声 )是 估 计 误 差 的 均 方 根 ,最 上 方 一 条 线 是 两 者 的 差 值 。残 余 回 声 的 功 率 与 近 端 话 音 相 当 ,符 合 规 范 要 求 。 本 文 介 绍 了 回 声 消 除 中 的 * , - 算 法 , 以 及 在 . - + 上 如 何 实 现 ,最 后 按 照 / 0 # % 1 的 各 项 测 试 要 求 进 行 了 性 能 检 测 , 主 要 指 标 都 符 合 规 范 要 求 。 因 为 2 + 电 话 系 统 发 展 很 快 ,回 声 消 除 器 是 该 系 统 不 可 缺 少 的 模 块 , 因 此 如 何 取 得 最 佳 的 性 价 比 是 业 界 最 为 关 心 的 。 * , - 不 是 回 声 消 除 中 的 最 佳 算 法 ,但 是 它 具 有 算 法 简 便 快 速 、. - + 开 销 小 等 优 点 ,并 且 在 此 基 础 上 ,通 过 一 些 改 进 可 以 得 到 性 能 较 好 的 算 法 。如 果 是 应 用 于 局 端 的 大 容 量 2 + 电 话 终 端 ,可 以 采 用 性 能 更 高 的 3 % ! 4 4 . - + 芯 片 。 参 考 文 献 # 德 州 仪 器 公 司 应 用 报 告 -+5( #11 0 2678969:;<:= > *<:9 ? @ABC 3>:A9889D EF<:= ;B9 G8CAH E7I>;9 >:I )*,- (8=CD<;B6F C: ;B9 J,-’!"3&K4 .-+0#$$L;K ! 2JE ? J / 0 #%1 0 (77>D>;MF >FFCA<>;9I N<;B 8C:= ? I:A9 ;9897BC:9 A8 :9;NCDH 9ABC A>:A9889DF0#$$L;K ’ 陈 尚 勤 0 快 速 自 适 应 信 息 处 理 0 北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 K 覃 景 繁 ,韦 岗 0 回 波 消 除 理 论 进 展 及 其 应 用 0 电 路 与 系 统 学 报 0 #$$1 O ’ P ’ Q ( 收 稿 日 期 :!""# ? "K ? "’ ) 《电子技术应用》!""# 年第 $ 期 四通工控 #() 软起动器经销商(*&*)+’+’+&!! +’+’+&!, L’
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