CN104010100B - VoIP通信中的回声消除系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种VoIP通信中的回声消除系统，包括数据同步单元、麦克风以及回声消除单元，其中：所述数据同步单元，用于在声卡播放音频数据时将所述被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区；所述麦克风，用于采集环境声音数据，并将所述环境声音数据存储到第二声道缓存区，所述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据；所述回声消除单元，用于将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据进行回声消除处理。本发明还提供了一种对应的方法。本发明通过同步缓存扬声器播放的音频数据并将该缓存的音频数据作为估计回声进行回声消除操作，可达到较好的回声消除效果。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信领域，更具体地说，涉及一种VoIP通信中的回声消除系统及方法。
背景技术
随着物联网的发展，VoIP(Voice over IP)技术凭借其网络带宽利用率高、通话成本低等优点，已经成为物联网语音通讯业务中广泛使用的技术。在主叫方和被叫方进行VoIP通话时一般使用扬声器和麦克风，往往容易使扬声器播放的模拟声音信号又被麦克风接收，从而当该声音信号被传送到源端时产生回声的情况。而且在网络通话中，呼叫的延迟又比较长，从而使回声的情况更加严重，严重影响了通话质量。
在目前的解决回声的方案中，利用麦克风采集的近端语音输入和扬声器的回声的相关性，将麦克风采集的数据与估计回声比较，达到回声消除目的，如图1所示。
目前，上述方案多将软件中输出的待播放的音频数据作为估计回声。然而，在嵌入式系统中，由于软件应用层写入和声卡播出具有非实时性，这样，就有可能造成当前播放的声音非此刻程序写入的数据，即估计回声和麦克风采集的数据不同步，不具有相关性，从而回声消除效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述VoIP通信中嵌入式设备回声消除效果不佳的问题，提供一种新的VoIP通信中的回声消除系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种VoIP通信中的回声消除系统，包括数据同步单元、麦克风以及回声消除单元，其中：所述数据同步单元，用于在声卡播放音频数据时将所述被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区；所述麦克风，用于采集环境声音数据，并将所述环境声音数据存储到第二声道缓存区，所述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据；所述回声消除单元，用于将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据进行回声消除处理，且该回声消除单元通过删除相同的频率的音频数据来消除第二声道缓存区中的实际回声数据。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除系统中，所述回声消除单元集成到语音编码器，并包括数据读取子单元、数据比对子单元、同频消重子单元及音频发送子单元，其中：所述数据读取子单元，用于同时读取第一声道缓存区的数据和第二声道缓存区的数据；所述数据比对子单元，用于将读取的第二声道缓存区中的数据与第一声道缓存区的数据进行比对；同频消重子单元，用于将第二声道缓存区的数据中与第一声道缓存区中的数据同频率的部分消除掉；所述音频发送子单元，用于将同频消重子单元处理后的数据发送到VoIP通信的另一方。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除系统中，所述回声消除系统还包括语音接收单元，用于接收来自VoIP通信的另一方的音频数据，并将所述音频数据写入播放队列；所述声卡从该播放队列读取音频数据进行播放。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除系统中，所述语音接收单元和音频发送子单元通过电梯物联网接收和发送数据。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除系统中，所述数据同步单元集成到声卡。
本发明还提供一种VoIP通信中的回声消除方法，包括以下步骤：
(a)在声卡播放音频数据时将所述被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区；
(b)通过麦克风采集环境声音数据，并将所述环境声音数据存储到第二声道缓存区，所述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据；
(c)将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据进行回声消除处理，该步骤中通过删除相同的频率的音频数据来消除第二声道缓存区中的实际回声数据。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除方法中，所述步骤(c)包括：
(c1)语音编码器同时读取第一声道缓存区的数据和第二声道缓存区的数据；
(c2)所述语音编码器将第二声道缓存区中的数据与第一声道缓存区的数据进行比对；
(c3)所述语音编码器将第二声道缓存区中的数据消除掉与第一声道缓存区中的数据同频率的部分后，发送到VoIP通信的另一方。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除方法中，所述步骤(a)之前包括：接收来自VoIP通信的另一方的音频数据，并将所述音频数据写入播放队列；在所述步骤(a)中，声卡从所述播放队列读取音频数据进行播放。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除方法中，所述VoIP通信的双方通过电梯物联网发送和接收数据。
在本发明所述的VoIP通信中的回声消除方法中，所述步骤(a)由声卡驱动程序实现。
本发明的VoIP通信中的回声消除系统及方法，通过同步缓存扬声器播放的音频数据并将该缓存的音频数据作为估计回声进行回声消除操作，保证了估计回声与采集的扬声器音频数据的相关性，从而达到回声消除的效果。
附图说明
图1是现有回声消除系统的示意图。
图2是本发明VoIP通信中的回声消除系统实施例的示意图。
图3是图2中回声消除单元的结构示意图。
图4是本发明VoIP通信中的回声消除方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明VoIP通信中的回声消除系统实施例的示意图，其用于实现嵌入式设备(例如电梯物联网)在VoIP通信中的回声消除。本实施例的回声消除系统包括数据同步单元21、麦克风23以及回声消除单元24，上述数据同步单元21可由集成到声卡中的软件实现，而回声消除单元24则可由集成到语音编码器的软件实现。当然，在实际应用中，数据同步单元21和回声消除单元24也可分别由独立于声卡和语音编码器的硬件及软件实现。
数据同步单元21用于在声卡播放音频数据时(即声卡将音频数据输出到扬声器22时)将被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区25(例如右声道缓存区)。具体地，数据同步单元21在声卡每播放一个音频数据帧时将该音频数据帧存储到第一声道缓存区25。
麦克风23用于采集环境声音数据，并将采集的环境声音数据存储到第二声道缓存区26(例如左声道缓存区)，上述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据。
上述数据同步单元21和麦克风23同步存储对应的音频数据。
回声消除单元24用于将第一声道缓存区25中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区26中存储的数据(即混合有回声的音频数据)进行回声消除处理。由于第一声道缓存区25中的音频数据为实时备份的声卡当前播放的音频数据，而非系统应用层写入的待播放的数据，这就保证了估计回声和第二声道缓存区26中的数据(包含实际回声数据)具有相关性(实际回声与估计回声频率相同，只是幅值、相位等不同)，回声消除单元24可以通过删除相同的频率的音频数据来消除第二声道缓存区26中的实际回声数据。
如图3所示，上述回声消除单元24在具体实现时可包括数据读取子单元241、数据比对子单元242、同频消重子单元243及音频发送子单元244，其中上述数据读取子单元241、数据比对子单元242、同频消重子单元243及音频发送子单元244都可由集成到音频编码器的软件实现。
数据读取子单元241用于同时读取第一声道缓存区25的数据和第二声道缓存区26中的数据(同时顺序读取)。数据比对子单元242用于将读取的第二声道缓存区26中的数据与第一声道缓存区25中的数据进行比对。同频消重子单元243用于将第二声道缓存区26的数据中与第一声道缓存区25中的数据同频率的部分消除掉。音频发送子单元244则用于将同频消重子单元243处理后的数据发送到VoIP通信的另一方。
当然，在实际应用中，回声消除单元24也可采用其他方式实现，例如可采用speex等语音编码器的AEC回声消除部分，从而达到有效消除回声的效果。
在上述VoIP通信中的回声消除系统中，还可包括语音接收单元。该语音接收单元用于接收来自VoIP通信的另一方(即另一嵌入式设备)的音频数据，并将接收的音频数据写入播放队列27。声卡从该播放队列27读取音频数据帧并输出到扬声器22进行播放，同时数据同步单元21也将同一音频数据帧存储到第一声道缓存区25。
在上述的VoIP通信中的回声消除系统具体可应用于电梯物联网中的VoIP通信，即语音接收单元和音频发送子单元244通过电梯物联网接收和发送音频数据，实现语音通话。当然，上述回声消除系统也可应用在其他使用扬声器进行语音输出、使用麦克风进行语音输入的VoIP通信场合。
如图4所示，是本发明VoIP通信中的回声消除方法实施例的示意图，其用于实现嵌入式设备(例如电梯物联网)在VoIP通信中的回声消除，该方法包括以下步骤：
步骤S41：在声卡播放音频数据时将被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区(例如右声道缓存区)。具体地，可在声卡每播放一个音频数据帧时将该音频数据帧存储到第一声道缓存区。特别地，该步骤可由声卡执行。
步骤S42：通过麦克风采集环境声音数据，并将环境声音数据存储到第二声道缓存区(例如左声道缓存区)，上述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据。
上述步骤S41和步骤S42同步执行，从而保证两个缓存区中音频数据的时间相关性。
步骤S43：将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据(即混合有回声的数据)进行回声消除处理。
上述步骤S43在具体实现时，可包括以下步骤：语音编码器同时读取第一声道缓存区的数据和第二声道缓存区的数据；语音编码器将第二声道缓存区中的数据与第一声道缓存区的数据进行比对；语音编码器将第二声道缓存区中的数据消除掉与第一声道缓存区中的数据同频率的部分后，发送到VoIP通信的另一方。当然，上述步骤S43可采用诸如speex等语音编码器的AEC回声消除部分进行回声消除处理。
在上述的VoIP通信中的回声消除方法中，步骤S41之前还包括：接收来自VoIP通信的另一方的音频数据，并将音频数据写入播放队列。在步骤S41中，声卡从上述播放队列读取音频数据进行播放及缓存到第一声道缓存区。
上述的VoIP通信中的回声消除方法具体可应用于电梯物联网中的VoIP通信，即通过电梯物联网接收和发送音频数据，实现语音通话。当然，上述回声消除方法也可应用在其他使用扬声器进行语音输出、使用麦克风进行语音输入的VoIP通信场合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种VoIP通信中的回声消除系统，其特征在于：包括数据同步单元、麦克风以及回声消除单元，其中：所述数据同步单元，用于在声卡播放音频数据时将所述被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区，所述被播放的音频数据为直接从声卡的被播放音频队列中获得的音频数据；所述麦克风，用于采集环境声音数据，并将所述环境声音数据存储到第二声道缓存区，所述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据；所述回声消除单元，用于将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据进行回声消除处理。
2.根据权利要求1所述的VoIP通信中的回声消除系统，其特征在于：所述回声消除单元集成到语音编码器，并包括数据读取子单元、数据比对子单元、同频消重子单元及音频发送子单元，其中：所述数据读取子单元，用于同时读取第一声道缓存区的数据和第二声道缓存区的数据；所述数据比对子单元，用于将读取的第二声道缓存区中的数据与第一声道缓存区的数据进行比对；同频消重子单元，用于将第二声道缓存区的数据中与第一声道缓存区中的数据同频率的部分消除掉；所述音频发送子单元，用于将同频消重子单元处理后的数据发送到VoIP通信的另一方。
3.根据权利要求2所述的VoIP通信中的回声消除系统，其特征在于：所述回声消除系统还包括语音接收单元，用于接收来自VoIP通信的另一方的音频数据，并将所述音频数据写入播放队列；所述声卡从该播放队列读取音频数据进行播放。
4.根据权利要求3所述的VoIP通信中的回声消除系统，其特征在于：所述语音接收单元和音频发送子单元通过电梯物联网接收和发送数据。
5.根据权利要求1所述的VoIP通信中的回声消除系统，其特征在于：所述数据同步单元集成到声卡。
6.一种VoIP通信中的回声消除方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)在声卡播放音频数据时将所述被播放的音频数据同步存储到第一声道缓存区，所述被播放的音频数据为直接从声卡的被播放音频队列中获得的音频数据；
(b)通过麦克风采集环境声音数据，并将所述环境声音数据存储到第二声道缓存区，所述环境声音数据包括近端语音输入数据和来自扬声器的播放数据；
(c)将第一声道缓存区中存储的音频数据作为估计回声，对第二声道缓存区中存储的数据进行回声消除处理。
7.根据权利要求6所述的VoIP通信中的回声消除方法，其特征在于：所述步骤(c)包括：
(c1)语音编码器同时读取第一声道缓存区的数据和第二声道缓存区的数据；
(c2)所述语音编码器将第二声道缓存区中的数据与第一声道缓存区的数据进行比对；
(c3)所述语音编码器将第二声道缓存区中的数据消除掉与第一声道缓存区中的数据同频率的部分后，发送到VoIP通信的另一方。
8.根据权利要求7所述的VoIP通信中的回声消除方法，其特征在于：所述步骤(a)之前包括：接收来自VoIP通信的另一方的音频数据，并将所述音频数据写入播放队列；在所述步骤(a)中，声卡从所述播放队列读取音频数据进行播放。
9.根据权利要求8所述的VoIP通信中的回声消除方法，其特征在于：所述VoIP通信的双方通过电梯物联网发送和接收数据。
10.根据权利要求6所述的VoIP通信中的回声消除方法，其特征在于：所述步骤(a)由声卡驱动程序实现。
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