高性能免提車載套件的設(shè)計(jì)考慮

回聲對(duì)消和全雙工操作

圖3顯示了免提車載套件的基本框圖。

圖3：用于車內(nèi)的免提車載套件方框圖

回聲對(duì)消電路消除了由環(huán)境產(chǎn)生的回聲。如果使用帶有模擬端口的蜂窩電話連接到該車載套件，將需要使用線路回聲對(duì)消器來消除由該模擬端口上的側(cè)音產(chǎn)生的回聲。如果使用帶有藍(lán)牙連接的蜂窩電話連接到該車載套件，則側(cè)音將不復(fù)存在，因此將不需要線路回聲對(duì)消器。在回聲對(duì)消電路中，聲學(xué)回聲消除模塊負(fù)責(zé)降低聲學(xué)回聲；非線性處理器負(fù)責(zé)消除殘余回聲；噪聲抑制模塊則負(fù)責(zé)降低背景噪聲。

高性能車載套件的其它重要特性還有全雙工操作和良好的對(duì)講性能。全雙工車載套件允許雙向語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)傳送，支持自然對(duì)話方式。目前，大多數(shù)商用車載套件都選用半雙工避讓方式，通信時(shí)只允許單個(gè)方向傳送語(yǔ)音信號(hào)。此時(shí)，在對(duì)講情況下，只有最高功率電平的信號(hào)才會(huì)被發(fā)送，從而造成通話時(shí)斷時(shí)續(xù)。

即便是全雙工通信，目前的大多數(shù)全雙工算法在對(duì)講狀況下性能也較差。當(dāng)對(duì)講停止時(shí)，這些雙工算法凍結(jié)自適應(yīng)性功能，算法將不得不重新適應(yīng)回聲環(huán)境。這將導(dǎo)致在單講結(jié)束時(shí)和對(duì)講過程中出現(xiàn)突發(fā)回聲。為了在對(duì)講期間保持高性能，算法必須繼續(xù)收斂并跟蹤回聲路徑中的變化。

聲學(xué)回聲對(duì)消器

聲學(xué)回聲對(duì)消器和非線性處理器是全雙工算法的關(guān)鍵組件。圖4顯示了一個(gè)聲學(xué)回聲對(duì)消電路框圖。

圖4：用于消除聲學(xué)回聲的回聲對(duì)消器框圖

該聲學(xué)回聲對(duì)消電路使用了一個(gè)最小均方(LMS)濾波器，或類似類型的濾波器，來生成回聲特征信號(hào)模型。回聲特征信號(hào)用于估計(jì)從回聲路徑中的輸入信號(hào)中減去的回聲信號(hào)。該算法連續(xù)跟蹤回聲特征的變化并更新估計(jì)的回聲。

當(dāng)回聲路徑為線性時(shí)，回聲對(duì)消效果良好，但在非理想狀況下(例如對(duì)講情況)則開始變差。在對(duì)講期間，為了避免對(duì)消效果變差，許多廠商用全雙工算法將凍結(jié)自適應(yīng)功能并停止對(duì)源的跟蹤，而是根據(jù)凍結(jié)自適應(yīng)功能之前所獲取的特征來對(duì)消回聲。這樣，當(dāng)源信號(hào)的特征在對(duì)講期間發(fā)生變化時(shí)，算法將無法對(duì)其跟蹤，從而將出現(xiàn)殘余回聲或突發(fā)回聲。為達(dá)到最佳的回聲對(duì)消性能，算法必須在對(duì)講狀況下也能繼續(xù)收斂。

非線性處理器

任何聲學(xué)回聲對(duì)消器都不是完美的。精確估計(jì)回聲路徑的非線性是不可能的。非線性源在編解碼器中被量化，在回聲路徑中被削波和扭曲。通常一個(gè)聲學(xué)回聲對(duì)消器只能對(duì)消最高30dB的回聲。要達(dá)到更好的性能，則必須使用一個(gè)非線性處理器(NLP)來降低回聲和處理非線性。

一個(gè)簡(jiǎn)單的NLP就是一個(gè)有源開關(guān)。激活單講期間時(shí)，NLP打開路徑并注入舒適噪聲，從而可實(shí)現(xiàn)極佳的語(yǔ)音質(zhì)量。而在對(duì)講狀況下，系統(tǒng)將完全依賴于回聲對(duì)消器。

許多聲學(xué)回聲對(duì)消器主要依賴于NLP來實(shí)現(xiàn)快速收斂和掩蓋回聲對(duì)消器的不良性能。但是，如果NLP關(guān)閉不夠快，將導(dǎo)致對(duì)講期間語(yǔ)音中斷。如果NLP被用來掩蓋回聲對(duì)消器的不良性能，則在對(duì)講狀況下將出現(xiàn)較大的殘余回聲。通常，商業(yè)回聲對(duì)消器將給出反映回聲對(duì)消和NLP性能的回波反射損耗(ERL)參數(shù)。不過，該參數(shù)不反映對(duì)講期間回聲對(duì)消的性能。

AEC和NLP應(yīng)按如下方式交互：AEC跟蹤回聲路徑中的變化并在對(duì)講期間連續(xù)收斂，NLP則通過進(jìn)一步減小回聲和處理非線性效應(yīng)，掩蓋AEC的不足。

削波補(bǔ)償

免提車載套件性能是依據(jù)最終用戶語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量來判斷的。如果一個(gè)免提車載套件是為滿足關(guān)窗行駛時(shí)車內(nèi)最壞情況設(shè)計(jì)的，那么當(dāng)汽車開窗行駛時(shí)該設(shè)計(jì)將無法滿足要求。當(dāng)車窗打開時(shí)，風(fēng)將大大提高噪聲信號(hào)電平，此時(shí)，來自話筒的信號(hào)將被削波，而且模數(shù)轉(zhuǎn)換器也將過載。

圖5顯示了一個(gè)被嚴(yán)重削波的信號(hào)。

圖5：強(qiáng)噪聲引起嚴(yán)重削波后的信號(hào)波形

語(yǔ)音和背景噪聲信號(hào)似乎完全相同，電路幾乎無法將語(yǔ)音從背景噪聲中區(qū)分出來。在這些狀況下，AEC將無法收斂于回聲，噪聲抑制算法將無法輕易區(qū)分背景噪聲并減小它。圖6顯示了同一信號(hào)經(jīng)過噪聲抑制算法處理但沒有削波補(bǔ)償?shù)那闆r。其結(jié)果是信號(hào)仍然被削波、噪聲仍然很高。

圖6：嚴(yán)重削波信號(hào)經(jīng)過沒有削波補(bǔ)償?shù)脑肼曇种扑惴ㄌ幚砗蟮慕Y(jié)果

圖7顯示了同一信號(hào)經(jīng)過噪聲抑制算法處理且有削波補(bǔ)償?shù)那闆r。在這些狀況下，AEC工作很好，因?yàn)橄诵盘?hào)削波現(xiàn)象。

圖7：嚴(yán)重削波信號(hào)經(jīng)過具有削波補(bǔ)償?shù)脑肼曇种扑惴ㄌ幚砗蟮慕Y(jié)果

本文小結(jié)

從上述中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高性能的免提車載通信套件來說，必須具備良好的噪聲抑制、聲學(xué)回聲對(duì)消、對(duì)講性能和削波補(bǔ)償性能。要實(shí)現(xiàn)這些高性能，就離不開良好的AGC、AEC、NLP以及性能優(yōu)異的削波補(bǔ)償電路。卓聯(lián)半導(dǎo)體公司開發(fā)的免提通信應(yīng)用的單芯片器件系列，就是專為實(shí)現(xiàn)上述高性能而設(shè)計(jì)的。公司最新免提解決方案ZL38004是一款專用語(yǔ)音處理器，它將集成雙通道編解碼器和多種接口結(jié)合在一起，并支持回聲對(duì)消、噪聲抑制和削波補(bǔ)償。芯片的專利軟件算法持續(xù)跟蹤回聲路徑上的變化，即使在對(duì)講期間也能保持跟蹤，并在保持高語(yǔ)音質(zhì)量的情況下減小背景噪聲。即使在語(yǔ)音信號(hào)較低的情況下，ZL38004平臺(tái)也將全雙工操作，允許進(jìn)行自然的雙向通話。