AEC - 参考信号完整指南

正确路由和处理声学回声消除 (AEC) 参考信号对于防止会议室产生回声至关重要。这也是会议室设计中最具挑战性的方面之一。

会议室路由器 (CRR) 在确保 AEC 参考正确执行方面发挥着重要作用。然而，人们常常会问，CRR 之外的处理会如何影响 AEC 参考，而且有些设计方案可能在不使用 CRR 的情况下也采用了 AEC。

以下是在优秀的会议室设计中使用 AEC 参考的一些原则，以及一些关于常见应用的建议。

参考信号必须包含正确的信号

一般来说，AEC参考信号应该接收所有将通过扬声器播放的远端音频和节目音频的混合信号。此外，房间内的所有扬声器都应该播放相同的混合信号。

参考信号缺失

如果信号不在AEC参考范围内，AEC将不会消除它。如果远端输入与AEC参考之间的矩阵交叉点被错误地静音，则会从远端听到回声，但在本地房间内不会察觉到这个问题。这是CRR可以避免的常见陷阱。

如果参考音频中缺少节目音频，远端可能会听到浑浊或混响的节目音频版本（包括发送到远端的节目音频的直接混音，以及麦克风本地拾取的声音）。这种情况比远端回声要好，但仍然不理想。在大多数情况下，最好在AEC参考音频中包含节目音频。但定位音频的情况是个例外，如下所述。

参考信号中的额外信号

如果向AEC参考信号发送信号，但该信号未通过扬声器播放，则每当该信号激活时，AEC都可能发散。当信号激活时，麦克风将检测不到相应的音频信号。AEC将收敛到一条没有回声的信号路径，并且当远端信号（属于AEC参考信号）激活时，必须重新收敛。

语音提升

一些设计人员会将麦克风信号纳入他们自己的AEC参考信号中，以期改善语音提升系统中的反馈前增益。这样做的好处值得商榷，但在某些房间中可能效果不错。在其他情况下，AEC的反馈抑制效果可能不稳定，或者在双声通话时，远端仍可能听到残余回声。

大多数情况下，最好使用AEC之前的麦克风信号进行人声增强，并将麦克风信号排除在AEC参考信号之外。这样可以最大限度地降低本地增强的延迟，并且不会对AEC造成任何问题。

立体声

理论上，在单声道回声抑制器 (AEC) 参考信号中使用立体声信号会造成问题。如果立体声信号分离度较大，左右扬声器播放的信号将明显不同。左右扬声器与麦克风之间的回声路径具有不同的脉冲响应，而单声道 AEC 无法同时收敛到两者。带有立体声参考信号的 AEC 可以妥善处理这种情况，而单声道 AEC 则无法做到。

实际上，在立体声会议室中，使用单声道参考信号的AEC（音频增强控制）在大多数情况下都能很好地工作。除了高度定制的远程呈现会议室外，即使发送到立体声编解码器，麦克风也很少进行声像定位。远端音频几乎总是单声道，而远端音频正是我们进行AEC时主要关注的方面。

对话较多的节目音频很可能大部分能量都集中在中央声道，即使使用单声道回声补偿参考信号也会被抵消。如果节目音频的残余回声可闻，其延迟会很低，远端用户很可能将其感知为额外的混响或浑浊感，而不是清晰的回声。

定位音频

定位音频与立体声的不同之处在于，每个扬声器播放的都是一个完全不同的声道。例如，一个远程呈现房间可能连接两个编解码器，分别连接到不同的位置，并通过靠近相应显示器的扬声器播放来自每个位置的音频。在这种系统中，需要使用多声道参考的回声消除器 (AEC) 才能有效地消除回声。如果使用单声道参考的 AEC，当远端有人开始说话时，这种系统很可能经常出现回声。

如果每次只使用一个扬声器位置，定位音频可能有效。例如，在纯语音会议中，天花板或桌面上的扬声器可能更合适，因为本地参会者会面向桌子中央。在视频会议中，靠近显示器的扬声器则更合适。如果在视频会议期间，远端语音音频也通过显示器扬声器播放，则单声道回声消除 (AEC) 参考信号可以处理这两种情况（尽管在两种模式切换后，通话开始时可能会出现回声，直到 AEC 信号收敛）。

如果节目音频和远端音频使用不同的扬声器播放（例如，节目音频来自前置扬声器，远端音频来自吸顶扬声器），则最好将节目音频从AEC参考信号中排除。这样做可能会导致远端听到的节目音频略显浑浊，但不太可能产生可听见的回声。

房间合并

房间合成本身并非AEC问题的根源。然而，如果手动调整矩阵交叉点的参数集进行房间合成，则很容易出错。某些AEC参考信号可能包含额外的远端或节目音频信号，或者缺少必要的信号。相关麦克风会发出回声，而且问题可能很难诊断。幸运的是，会议室合成器减轻了设计人员的负担，并避免了此类错误。

即使房间合并系统配置正确，房间布局改变后仍可能短暂出现回声。这是因为不同隔间内麦克风和扬声器之间的回声路径发生了变化，回声消除系统需要重新调整才能恢复正常。

回波路径不得包含非线性或时变处理

AEC的自适应滤波器只能模拟线性、时不变的回波路径。回波路径中任何非线性或时变因素都会严重影响AEC的性能。回波路径可以描述为：

下图所示为典型的会议室设计。回声路径中的信号以红色突出显示。

动力学

动态处理可能会不断改变其增益。当应用于回波路径时，自动回波补偿（AEC）必须不断重新适应这些变化，从而极易导致频繁的残余回波。

压缩器/限幅器通常用于扬声器输出，以防止削波。如果需要进行此类处理，则必须从压缩/限幅后的扬声器信号创建 AEC 参考信号（这意味着 CRR 的 AEC 参考输出将无法使用）。如果扬声器信号是立体声，则必须在将其传递给 AEC 参考信号之前，先将其压缩/限幅后混音为单声道。

试图通过在 AEC 参考信号之前放置相同设置的处理程序来补偿扬声器输出的动态处理，可能无法可靠地解决问题。存在一定的风险，即两个动态处理模块可能无法同时应用相同的增益，尤其是在 CRR 中进行立体声转单声道转换时，单声道压缩器/限幅器接收到的信号电平与扬声器输出端立体声压缩器/限幅器接收到的信号电平略有不同。

如果麦克风输入需要动态效果，则应在 AEC 之后应用。

自动麦克风混音

自动麦克风混音器（AMM）会频繁地改变每个麦克风通道的增益。当它们切换麦克风时，会显著改变混音中的回声路径。由于回声消除器（AEC）的资源有限，人们很容易将AMM放在单个AEC通道之前。然而，回声路径中的增益变化会导致AEC的整体性能下降。因此，应该在AMM之前，对每个麦克风信号都添加一个AEC。

音量控制

音量控制与动态范围控制存在同样的问题，但发生频率较低。如果在回声路径中应用音量控制，用户更改音量后可能会短暂听到残余回声。

失真

会议系统信号路径中不太可能人为引入失真。不良的增益结构或低质量的元件可能会在回声路径中引入失真。这种失真无法通过自动回声消除 (AEC) 进行建模，从而导致残余回声。这种回声听起来会明显失真（比 AEC 前的麦克风信号失真程度大得多）。

线性时不变处理（通常）是安全的。

任何线性且时不变的处理过程都可以用AEC的自适应滤波器来建模。只有这类处理的极端设置才可能出现问题。

获得

固定增益通常不会对自动增益控制（AEC）造成问题，除非使用了极端的增益设置（例如，不良的增益结构）。通常，不良增益设置导致的问题并非增益本身，而是由此产生的失真。

在某些设计中，放大器增益过高，而音量控制会对信号进行大幅衰减。这会导致AEC参考信号的电平非常低，从而影响AEC双讲检测器判断何时进行自适应的能力。理想情况下，当音量控制处于舒适设置时，AEC参考信号应处于良好的标称电平。

均衡化

通常情况下，在回声路径中应用均衡不会造成问题。无需将AEC参考信号基于均衡后的信号，也无需对AEC参考信号应用重复的均衡。如果均衡是为了使扬声器和房间的响应曲线平坦化，那么未经均衡的AEC参考信号可能更能代表回声路径的真实情况。

同样，麦克风输入端的任何滤波器通常都是无害的，如果需要，可以在AEC之前应用。在某些情况下，例如当麦克风上带有高通滤波器（HPF）且低频噪声较大时，在AEC之前应用均衡器（EQ）可能是有益的。

如果使用分频器，则 AEC 参考信号必须接收全频带信号，而不能接收分频器的输出信号。

如果均衡器施加了很大的增益，那么如果在 AEC 参考值中考虑该增益，AEC 的性能可能会略好一些。