隨著信息技術，特別是通信技術的不斷發(fā)展，各種滿足不同需求的通訊方式不斷出現，如可視電話，視頻會議等。然而這些語音通信系統都不同程度地有回波的存在，這致使系統的通訊質量及可靠性有所下降，甚至嚴重時會使通訊崩潰。聲回波是指在語音通信中，遠端的語音信號通過近端揚聲器-房間-近端麥克風路徑，又隨著近端說話者的聲音一同通過通信線路傳播到了遠端。然而，遠端聽話者是不愿聽到自己聲音回波的。

　　尤其，當具有免提功能的各種通訊終端在進行通訊時，聲回波的存在更加明顯，在這種情況下，對于抵消聲回波帶來的不利影響就變得更加迫切和急需了。聲回波對消器就是為此應運而生，用來抵消回波的，它是模擬近端揚聲器-房間-近端麥克風路徑的沖擊響應，從而抵消聲回波的。因此本文就是基于此類聲回波對消器而展開的討論。目前，公認有效的回改朝換聲抑制方法是采用自適應回聲對消。在回波對消的研究過程中，必須有效模擬出講話者所在空間的聲回授通道特性。本文重點介紹利用TI公司開發(fā)的廉價的DSKplus套件，采用白噪聲激勵和譜估計的方法進行房間聲回授系統的離線辨識，并取得了良好的實驗結果。

　　1 DSKplus Board介紹

　　TI公司為方便用戶對DSP系統的開發(fā)而提供的開發(fā)工具。DSK開發(fā)套件和評估板是TI公司的第三方提供的一種簡單的系統評估平臺，DSK和EVM（評估板）除了提供基本的硬件平臺外，還提供完整的代碼生成工具和調試工具。用戶可以使用DSK或EVM完成需要設計系統的硬件性能、軟件算法的評估，為確定系統的軟/硬件方案提供可靠的依據。

　　DSKplus Board是TI公司研制的一種廉價的、為初學者使用的DSP應用開發(fā)板，本開發(fā)板中DSP芯片采用TMS320C542.TMS320C542是一種改進哈佛結構、運算速度可達40MIPS的定點DSP.它具有一個程序存儲器總線，三個數據存儲器總線，17×17位乘法器，一個供非流水線MAC（乘法/加法）使用的專用加法器，一個比較、選擇、存儲單元（Viterbi加速器）。其片內集成有10K字節(jié)的DRAM,2K字節(jié)的引導ROM.其外圍設備包括有：與主機進行通信的主機接口HPI（Host Port Interface），與其他設備進行通信的時分復用串口和緩沖型串口等等。

　　DSKplus Board的模擬通道采用TLC320AC01C芯片，它可同時完成音頻頻帶內辨率為14位的模-數、數-模轉換，并集成了帶通輸入濾波器和輸出低通濾波器以及Sinx/x補償器。其的優(yōu)點在于它有一個串行通信口，DSP可通過對此串行口以軟件編程方式控制其濾波器的頻帶寬度、截止頻率以及采樣頻率等，并可調整輸入輸出增益。TLC320AC01C的采樣頻率可達43.2K,模擬輸入增益可達12dB,輸出衰減可達12d B.

　　DSKplus Board與機通信是利用DSP的HPI進行的。在DSP片內有一容量為2K字節(jié)的內存區(qū)，地址從1000h到17FFh,這片內存區(qū)既可以被DPS訪問，也可以被主機訪問。在DSKplus Board中，DSP的HPI通過一片GAL22V10與計算機的并口相連，GAL22V10完成計算機并口信號與HPI信號之間的匹配。這樣，主機就可通過讀寫并口的數據端口、狀態(tài)端口、控制端口來訪問DSP的共享內存區(qū)，為主機與DSP之間的數據交換提供了很大方便。

　　2 系統原理

　　測試系統原理見圖1.把虛框部分看作系統h（n），系統的輸入和輸出分別為x（n）和y（n），那么有：

　　等式兩邊同乘x（n-1），并求期望，得：

　　式中，Rxx（n）為x（n）的自相關函數，Rxy（n）為x（n）與y（n）的互相關函數。對于白噪聲輸入激勵，x（n）的自相關函數為δ_函數，即：

　　Rzz（n）= δ（n）     （3）

　　代入式（2），則有：

　　h（l）=Rxy（l）    （3）

　　因而，當x（n）為白噪聲時，只需估計出x（n）、y（n）的互相關函數，即可求出聲回授通道的沖激響應。圖1中，A/D、D/A以及與主機通信部分均由DSKplus Board完成。

　　3 軟件實現

　　整個系統軟件包括兩部分：DSKplus Board中DSP的運行程序和主機的數據發(fā)送、接收、分析處理程序。

　　數字信號處理（Digital Signal Processing,簡稱DSP）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。數字信號處理是一種通過使用數學技巧執(zhí)行轉換或提取信息，來處理現實信號的方法，這些信號由數字序列表示。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。德州儀器、Freescale等半導體廠商在這一領域擁有很強的實力。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號。再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是值得稱道的兩大特色。

　　其功能包括：對模擬通道TLC320AC01C進行初始化，完成數據的發(fā)送和采集以及與主機之間的數據交換。TLC320AC01C被初始化為：8k/s采樣速率，低通濾波器帶寬為3.6kHz,輸入增益為12dB,輸出增益為0dB.數據的發(fā)送和采集采用中斷方式，由于數據的發(fā)送和采集是同步的，所以只需用同一個中斷服務程序。每當采集緩沖區(qū)（64字節(jié)）滿后，就把HPI的控制寄存器HPIC的HINT位置"1",主機通過檢測這一位的狀態(tài)來接收和發(fā)送數據。

　　由于對數據的分析處理需要耗費大量的時間，所以主機程序分為兩部分：數據發(fā)送、接收程序和后續(xù)處理程序。主機程序用C語言編寫。為了能在1/8k秒內完成發(fā)送兩次16位地址、16位數據和讀取16位數據，數據速率為64Kbyte/s,加上主機從硬盤讀取數據和把數據寫入硬盤的時間開銷，DPS運行在40MHz時，HPI口的數據傳輸速率可達8Mbyte/s主機并口的數據速率卻達不到上述要求。所以發(fā)送數據時，應先把數據讀入內存緩沖區(qū)，接收數據時，也應先把數據讀入內存緩沖區(qū)，待數據接收完成后，再寫入磁盤，這樣才不會因來不及接收而丟失數據。程序流程見圖2.

　　后續(xù)處理程序功能包括：偽隨機序列的產生和沖激響應的分析計算。偽隨機序更的產生采用克努特算法，即線性同余算法：

　　In+1=（J·In+1）modM    （5）

　　式中，M為序列的長周期，J由不等式

　　J·（M-1）<2的L次方   （6）

　　確定。J越大，序列才趨向于更隨機，但J的值受機器字長L限制。由式（5）求得的隨機序列In,歸一化后，在（0,1）區(qū)間呈均勻分布，再對序列進行高斯化，并用"3σ原理"進行16位整數化。

　　由式（4）知，沖激響應的計算，即是對x（n）、y（n）的互相關函數進行估計。事實上，本文是用有限長數據樣本來估計隨機信號的互相關函數Rxy（k），即：

　　這里，R'xy（k）是Rxy（k）的有偏估計，因為：

　　這表明，當k接近N時，R'xy（k）的統計平均與Rxy（k）相差較大。在本文中，當房間沖激響應的有效長度遠小于數據樣本長度N時，這種偏差可以忽略。為了加快計算式（7），先對x（n），y（n）作FFT變換，X（n）的共軛與Y（n）相乘后，再作傅立葉反變換，即求得沖激響應h（n）。但以實際上h（n）是x（n）和y（n）的線性相關結果。所以，在進行N點FFT變換前，先把x（n）和y（n）的后N/2個點全置零，這樣可避免循環(huán)相關帶來的誤差。為減小矩形數據窗帶來的譜泄漏，程序中采用Hamming窗截取信號，即：

　　w（t）=0.54-0.46cos（2πt/T） （9）

　　為減小互相關函數的估計方差而引入的h（n）估計方差，在房間設施固定不變的情況下，用不同隨機數種子的隨機序列輸入而求得的h（n）作平均運算，可有效減小h（n）的估計方差。

　　4 實驗結果

　　典型的測量數據經過以上處理，得到如圖所示的結果。圖中，直達聲是從場聲器出來的聲音經過直線路徑直接到達麥克風的聲音，混響聲是從揚聲器出來的聲音經過房間的墻壁、室內物體等多次反射后到達麥克風的聲音。在理論上，直達聲的響應應該為零，混響以后的響應也應為零。但由于測量時不可避免地存在環(huán)境噪聲以及算法本身存在的誤差，圖中這些響應有較小的起伏?？梢怨烙?，直達聲從揚聲器到麥克風之間大約有170個采樣點，按8k/s采樣紡計算，這段時間為：

　　td=170/8000=0.02125s

　　實際測量時，揚聲器與麥克風相距7.5m,按空氣中聲波傳輸速率340m/s計算，這段時間應為0.02206s,由此看出，實際測量與理論基礎相符。