提升VoIP品质的IntelliSonic语音处理系统

简介

voip (ip电话)是一种使用ip协议为基本架构的语音传输系统。语音信号由此系统进行一连串的取样、压缩、打包，利用ip协议传输到另一个有相同ip协议的系统做反向的动作。voip软件提供使用者一个类似传统电话拨号的模式，但是实际上语音的传输完全不经由任何传统式电话的回路架构。除此之外，voip还提供所有一切网际网络所能提供的应用，例如：传递档案、程序计算、多方通讯与会议、多媒体应用...等。

在实际应用时，对于每一个使用者而言，voip至少要提供如同使用传统电话一般的品质，另外还要能提供低价与多方应用的功能。为了使voip在外界严苛环境下的正常运作，必须克服各种环境噪声和人为噪声的干扰

最近knowles acoustics公司(knowles electronics llc公司的分部)研发成功成为intellisonic系列的语音处理系统。它综合运用了最新的声学理论与运算技术，包括调节式减噪、语音强化、调节式波束形成阵列与消除回响等技术。此系统建构于计算机核心模块位置以提供稳定而坚实的语音处理，目前支持所有的windows xp操作系统。

intellisonic 语音强化技术

intellisonic的核心技术与功能如下：

·麦克风阵列、空间滤波器以及环境减噪

一般而言，麦克风阵列是将两个麦克风的信号耦合为一个信号。亦即在两个麦克风的正前方形成一个接收区域，进而削减两个麦克风侧向的收音效果。在频率响应中也可以根据时域中波束形成与空间滤波器相仿的应用，分析出接收到语音信号音源的方向以及其变化。而这些分析都可以由极坐标图以波束形式来显示语音信号的强度与角度。

波束形成最重要的一个任务就是侦测并锁定语音信号源的方向。通常这是利用语音信号抵达两个麦克风的时间差，来分析语音信号源的方向。如果这个时间差落于系统设定的时间差之内，对此信号来自于系统设定的接收角度范围之内，也就是此语音信号是我们设定要接收的语音信号。接着波束形成的滤波器即会将接收角度对准音源方向，让接收到的语音信号在输出时有最佳的信杂比(snr)。

处理实例，来处理过的语音信号：

(音源处于接收角度内时的接收信号)(音源处于接收角度外时的接收信号)

经过处理后的语音信号：

(音源处于接收角度内时的接收信号)(音源处于接收角度外时的接收信号)

·减噪技术

减噪技术是用来消除环境加诸于语音信号上的宽频带噪音，以达到语音清晰明了的效果。一个工作于频域的减噪单元如图1所示。此系统可预测噪音强度并消除输入语音信号中的噪音;以达到使语音信号清晰与加强信杂比的效果。

图1 通用的减噪单元

·消除回响技术 (aec)

图2为一个通用的aec结构。回响消除器的核心部分是一个声学环境的感测模块，此模块是由一段有限长度的时域信号取样调节形成，可以检测接踵而来语音信号的路径、延迟与衰减。其取样的语音信号长度可由数毫秒(小房间)到数百毫秒(大型会议室或展场)。声学回响的估计则是由远程使用者语音信号传递至近端使用者的路径中作取样，并与近端接收的语音信号取样比对，最后将近端收到的回响削减，使得由此模块输出的语音信号只有单纯而清晰的近端使用者语音信号。

intellisonic的aec模块还加上了残余回响处理单元，以消除多次递归的残余回响。

图2 通用的声学回响消除模块架构

处理实例，未处理过的语音信号：

(近端语音信号：回响) (无aec模块时输出信号)

经过intellisonic处理后的语音信号：

(近端语音信号：回响) (aec模块输出信号)

intellisonic软件

硬件装置驱动程序在对应不同的硬件应用时所必须使用的控制软件。例如：计算机操作系统必须透过声卡驱动程序来读写实体声卡资料的存取，以达到录音与放音的运作。微软窗口驱动程序模块型(wdm)为一个微软提供的驱动程序作业架构，用来提供给驱动程序研发人员编写可在窗口操作系统平台使用的驱动程序。而wdm的驱动程序又称为核心模块方式驱动程序。在核心方式下工作的程序即享有最高的系统资源使用权，譬如在此方式下的程序可无限制的使用cpu、ram资源。

在核心模块中上层滤波器驱动程序是一种特殊的程序。它置于硬件装置驱动程序与应用软件之间，也就是它可以在资料未受到其它低阶驱动程序对资料影响前对完整而原始的资料作处理。上层驱动程序还可以提供硬件加值的功能。

intellisonic dx系列产品应用这种技术同时截取了从麦克风输入到音效装置的语音信号，以及由应用程序输出到扬声器的信号。因此，麦克风接收的原始语音信号在交给voip软件运用前，就先由intellisonic利用算法作减噪、排除干扰以及去除回响的处理。图3为intellisonic在计算机操作系统运作中的位置示意图。

图3 计算机操作系统与intellisonic上层语音强化软件

当完成intellisonic软件的安装后，就可以应用图形用户界面(gui)作工作环境设定。透过此图形控制接口，使用者可以选择是否使用intellisonic语音强化滤波器、语音接收角度...等。

当然，你同样可通过应用编程接口(api)的模式进行控制。透过相关子程序的设定，同样也可以设定intellisonic的工作环境以及了解intellisonic的安装状态。编程方法在此从略。

intellisonic dx系列产品

intellisonic dx系列产品目前包括有：dx.01、 dx.02、dxec.01与dxec.02.。dx.01与dx.02含有语音品质强化以及减噪的演算技术，其中dx.02还提供了麦克风阵列的技术。而dxec.01与dxec.02还提供了最新的去除声学回响(aec) 技术。

·intellisonic dx.01为单信道，提供调节式减噪技术的强化语音品质产品。dx.01的算法能减去绝大多数的背景噪音、还原原始语音，并使得语音通讯的品质清晰。

·intellisonic dxec.01基本架构与intellisonic dx.01相同。进一步的提供了最新的去除声学回响技术;使得通讯品质更纯净。

·intellisonic dx.02为使用者带来了最新的指向式麦克风阵列技术。此项智能型技术利用多组麦克风形成的阵列信号算法算并锁定语音来源的方向与范围，为使用者创造贴身打造的语音通讯环境与更好的通讯品质。

·intellisonic dxec.02提供了目前最完整的语音通讯强化技术。包括调节式减噪、去除干扰、音源方位控制以及消除回响等技术。彻底强化语音通讯品质，不受环境的限制。