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音频算法speex中的aec分析以及解析

算法原理:

  Speex的AEC是以NLMS(Normalized Least Mean Square)为基础,用MDF(multidelay block frequency domain)频域实现,最终推导出最优步长估计:残余回声与误差之比。最优步长等于残余回声方差与误差信号方差之比。 只有改与泄露系数相关部分的代码,才是对效果影响最大的地方,因为根据泄露系数,最终会估计出滤波器的最优步长。

使用实例:

  测试代码:

 #include "speex/speex_echo.h"
#include "speex/speex_preprocess.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define NN 128 #define TAIL 1024

int main(int argc, char **argv) { FILE *echo_fd, ref_fd, e_fd; short echo_buf[NN], ref_buf[NN], e_buf[NN]; SpeexEchoState st; SpeexPreprocessState den; int sampleRate = 8000;

if (argc != 4) {
fprintf(stderr,
"testecho mic_signal.sw speaker_signal.sw output.sw\n"); exit(1); }
echo_fd
= fopen(argv[2], "rb"); ref_fd = fopen(argv[1], "rb"); e_fd = fopen(argv[3], "wb");

st = speex_echo_state_init(NN, TAIL); den = speex_preprocess_state_init(NN, sampleRate); speex_echo_ctl(st, SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE, &sampleRate); speex_preprocess_ctl(den, SPEEX_PREPROCESS_SET_ECHO_STATE, st);

while (!feof(ref_fd) && !feof(echo_fd)) {
fread(ref_buf,
sizeof(short), NN, ref_fd); fread(echo_buf, sizeof(short), NN, echo_fd); speex_echo_cancellation(st, ref_buf, echo_buf, e_buf); speex_preprocess_run(den, e_buf); fwrite(e_buf, sizeof(short), NN, e_fd); }
speex_echo_state_destroy(st); speex_preprocess_state_destroy(den); fclose(e_fd); fclose(echo_fd); fclose(ref_fd);
return 0; }

  命令: ./testecho speaker1.wav micin1.wav out1.wav

  测试结果:
  最新的speex的aec效果非常的好,超出了我的想象,回声消除效果不是一般的好,看来是speex更新了不少,因为自从2007年之后,speex很长一段时间都没有更新过代码。有兴趣的同学可以听一下消回声后的和之前的音频对比。

代码解析:

  初始化中,第一个参数是每次处理的帧长度,这个一般是从10ms(80) 到30ms(240) 的处理长度,太长和太短都不是很好,filter_length 也是一个长度,它实际上就是speaker到rec之间的时间差。这个在不同设备上是不同的,跟产品的使用场景,结构,以及软件耗时有关系,一般的是可以测试出来的。
SpeexEchoState *speex_echo_state_init(int frame_size, int filter_length)

系统默认的消回声采样是8k的,如下所示,假如你想改变采样频率,
/* This is the default sampling rate */
427 st->sampling_rate = 8000;
428 st->spec_average = DIV32_16(SHL32(EXTEND32(st->frame_size), 15), st->sampling_rate);

要使用下面的函数:speex_preprocess_state_init(NN,sampleRate)
接下来是要配置消回声的参数设置,一般是采样率设置。
speex_echo_ctl(st, SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE, &sampleRate);
参数都可以以下这些:

46 /** Obtain frame size used by the AEC */
47 #define SPEEX_ECHO_GET_FRAME_SIZE 3
48
49 /** Set sampling rate */
50 #define SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE 24
51 /** Get sampling rate */
52 #define SPEEX_ECHO_GET_SAMPLING_RATE 25
53
54 /* Can't set window sizes */
55 /** Get size of impulse response (int32) */
56 #define SPEEX_ECHO_GET_IMPULSE_RESPONSE_SIZE 27
57
58 /* Can't set window content */
59 /** Get impulse response (int32[]) */
60 #define SPEEX_ECHO_GET_IMPULSE_RESPONSE 29

最重要的函数登场了:这个函数,非常的好用,估计只要看一下入参,你就知道怎么使用了。具体的使用就看上面的例子吧。
void speex_echo_cancellation(SpeexEchoState *st, const spx_int16_t *in, const spx_int16_t *far_end, spx_int16_t *out)

假如在预处理中有些参数设置,需要调用预处理函数再把输出的结果处理一下,假如预处理没有了,那就不需要了。
speex_preprocess_run(den, e_buf);
其实,代码流程就这么简单,但是,想把系统效果调试的很好,还是要花不少功夫的。

注意事项:

1 AEC的线性算法处理不了Non-linear distortion(非线性失真)
2 在其它预处理前 先调用AEC
3 speex的aec并不是很适合音响系统里,音响中要慎用。耳机中效果还挺好。
4 实验用的音频数据就不放到这里了,有谁需要可以留言邮箱,我发个你。

 

原文链接:https://www.cnblogs.com/dylancao/p/11179717.html

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