基于SEP4020的多路语音处理算法的实现

基于SEP4020的多路语音处理算法的实现

摘要：随着数字信号处理和嵌入式系统的飞速发展，对于电话机的功能及通话质量的要求也越来越高。对于多路语音的处理是实现这些功能最为关键的技术。主要的工作是在分析多路语音处理算法的基础上，选择合适的混音和回声消除算法在SEP4020嵌入式处理器和DSP 平台上实现。

关键词：语音混合; 回声消除;SEP4020

0引言

电话会议是如今公司、企业中常用到的功能。在使用一部电话机实现多路语音的输入过程中，多路语音处理的技术显得极为关键。随着嵌入式处理器的处理能力不断加强，网络技术的不断进展，嵌入式多媒体通讯已经迅速普及，在多个终端同时通话时（如音频会议），如果接收到的数字语音信号不经特殊处理，就很难模拟出多个与会者在一个会议室进行对话的情形。这就要求终端有能力将收到的多路数字语音合成（混合）为一路输出，因此必须采取多路音频流混合方案。

1语音混合

目前，广泛应用的语音混合算法主要有两类：选大算法和线性叠加算法。自对齐权重法则是考虑参与混音的多路音频信号自身的特点,以它们自身的比例作为权重,从而决定它们在合成后的输出中所占的比重，如图1所示。

图1自对齐权重法

2回声消除

双端检测，也就是回声抑制器。这是较早使用的一种回声抑制的方法，早在1970年就已经出现。其基本的工作原理是：在双方通话时，检测话通和接入的语音信号，当对方在通话和本方没有说话时，关闭话筒以免回声进入语音信道。只有当本方通话的时候才打开话通，是本地的语音进入语音信道。

回声消除采用BLMS算法，即用块最小均方误差算法实现回声消除。可用BLMS及LS等算法，因为BLMS算法相对于LMS算法简单且收敛性较好所以采这种算法，如图2所示。

图2BLMS算法结构

3硬件框架设计

本系统采用的语音处理算法都涉及到大量的运算，并且对于8kHZ的采样率来讲系统需要频繁地调用中断处理程序来完成数据的处理及运算。这对于普通的嵌入式CPU来讲是一个难以完成的工作。因此，综合考虑到性能以及与采用的CODEC芯片的匹配情况，使用TI公司的TMS320VC5501作为数字信号处理的MPU（Micro Processor Unit）是合适的选择。

4SEP4020

ARM系列微处理器是ARM公司推出的适用于嵌入式应用的RISC处理器。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集

Thumb，允许软件编码为更短的16位指令。一般来说，存储器比等价32位代码节省35%，却保留了32为系统的所有优势。ARM最大的特点是功耗低、性价比高、代码密度高。

CPU核心子模块选用SEP4020作为整个系统的主控和数据处理芯片。SEP4020由东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心设计，采用0.18um标准CMOS的工艺设计，内嵌ASIX CORE（32位RISC内核，带8KB指令数据Cache）。SEP4020内核兼容ARM720T，在80MHz系统时钟下可以稳定，具备ARM核低功耗高性能的特点。

SEP4020芯片中拥有零等待访问的64K的高速片上RAM，该片上RAM可以用于存放关键区域程序代码，因而可以大大提升关键代码的执行速度。而且SEP4020外设丰富，拥有最多可以有91个GPIO复用口，因此可以大大减少扩展接口的可能。

5结束语

对于本系统而言，语音混合的主要目标是能够模拟会议电话的场景而尽量减少噪声。经过测试语音混合的效果非常好，完全能够模拟出多方通话的情景。而且对于噪声消除的效果也相当出色，能够完全消除溢出噪声，也能够减少叠加噪声的干扰。

本系统对于回声消除的要求是能够消除从扬声器到话筒的直接反馈，而减少噪音。经过测试计算，本系统的去回声部分能够减弱这部分的反馈，而且在运算时间上也完全能够达到要求。

在ARM+DSP的系统中，除了定期每数据帧与DSP的RAM 进行通讯以外，RTOS和GUI是ARM嵌入式软件的主要部分，资源

开销占相当比重。RTOS的系统时钟中断定为1ms，切换时间约为30μs，因此RTOS、数据读写加上彩屏基本上占去了ARM的大部分开销，因此将语音数据的处理放到DSP内，所以没有影响到系统处理数据的实时性。

经测试本系统能够在4.03757μs内完成语音混合算法，合成效果非常理想，能够完全抑制溢出噪声的产生，并且削弱叠加噪声。对于回声消除，本系统能够在80μs内完成24个点的运算，达到了消除直接反馈的目的。

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