索尼会议室音频会议系统回声处理方案.docx

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Sony公司会议室音频会议系统回声处理方案
ClearOne XAP800产品应用实例
北京康泰恒通科技发展有限公司
一、 公司简介
1．1 康泰世通公司
康泰世通科技发展有限公司创立于1998年，自成立以来就致力于音、视频会议系统设备的销售和服务。通过引进国外先进的产品加速了国内通讯系统发展的进程。
公司拥有丰富的会议室产品系列,强大的销售能力不断的得到国内外客户的肯定和厂商的信赖。随着市场业务的不断扩展，康泰世通科技发展有限公司为了更好的服务顾客， 2001年先后在北京、上海、广州、成都和香港等地成立了销售及服务中心。公司在全力发展市场的同时，还全国各地建立了庞大的销售渠道,客户遍布政府机关、企事业单位、政法体系、教育和医疗等领域。公司在不断完善自身的同时，还注重于国内外知名的厂商如 FCI、Polycom、Sony、ClearOne和Athera等公司建立了长期密切合作关系。
在2003年，公司开始致力于音、视频系统项目的开发，同全球知名的音频会议产品――ClearOne (原名GENTNER) 携手合作，全力打造可靠、灵活和广泛的解决方案为客户提供自然、高效、性价比高的通信环境。

1．2 ClearOne公司
ClearOne公司是美国一家专门为各级组织提供音频、视频和网络会议产品的通讯公司。
是唯一一家将精密工程会议设备和完整的会议服务结合的公司。ClearOne公司可靠、灵活和高性能的产品为用户创建自然的通讯环境，通过更加有效的通讯来节省时间和金钱。
它的前身叫做“Gentner Communication”，是高端音频会议产品的领先者；为了适应公司发展和成长的需要，现在它又有了一个全新的名字——ClearOne Communication，在这里你可以找到任何你需要的简单易用、可靠灵活的会议通讯产品。
ClearOne公司拥有整套的音频和视频会议产品、会议服务，摄像头系列以及相关附件等产品，使您不仅能够找到最适合您的解决方案，而且还提供让您满意的各种服务和支持。
ClearOne领先于市场的回音消除和噪音抑制功能可以为您打造自然、清晰和高质量的通讯环境，满足各种会议需要。从桌面型产品到安装型产品，从小型会议室到复杂的大型会议室应用，ClearOne都拥有合适的产品和技术来实现您的要求。换句话说，您可以在任何地方看到ClearOne产品的应用！

二、系统设计及实施方案
2．1 设计背景
众所周知Sony公司在电子技术的各个领域都有占用一定席位，而且一些方面还保持这领先的地位，如在视频通信领域，其产品也占有市场相当大的分额。然而，随着视频会议的发展，系统中的回声问题也同样困扰着像Sony公司这样的专业集团公司。难道回声就这么难解决吗？解决回声就那么重要吗？
现在，我们在这里简单的介绍一下回声的产生，危害和消除。
视频会议和电话会议中发言人总能从扬声器中听到自己的回声，具体现象就仿佛一个人对远山高喊，不久后能听到自己的回声一样。这种回声严重影响了会议通信的质量，让听众听到发言人的声音含糊不清，清晰度明显下降。这种情况下远程会议很难在进行下去了。而这种回声在系统是怎么产生的呢？
回声产生的原因：

视频系统的音频通路示意图
示意图为视频系统的音频通路，当会场A发言时，声音通过视频网络传送到会场B，被会场B的麦克拾取后又通过视频网络将声音回传给会场A，从而会场A又从音箱里听到了自己的声音，这就是我们所说的声回声。同样，会场B也存在类似的问题。要彻底解决这个问题必须在会场添加专业的回声消除设备。同样，要消除会场B的回声，在会场A也要实施同样的方案。

消除声回声主要有以下几种方法：
1、 接收到远端音频信号时关闭本地麦克
• 半双工
• 可能需要人去操作
• 话有可能被切掉
2、 接收到远端音频信号时自动抑制麦克音频
• 半双工
• 话可能被切掉
• 检测错误可能会引起回声的爆发
3、 回声消除器
• 全双工
• 透明
上面所述的三种消除回声方法中前两种都不是理想的解决方法，只有第三种方法才是最佳的，那就是在系统中添加专业的回声消除器，下面我们就介绍一下使用回声消除器消除回声的原理。
回声消除原理示意图：

如上图所示，在房间B添加回声消除器，当回声消除器接收到房间A的音频信号（蓝色实线）时，回声消除电路中的数字采样器将该声音采样放到过滤模型中保存，然后再送到房间B中的扩声系统放音，房间B中的麦克失去该声音后（蓝色虚线）后将之回送给回声消除器中的比较器和采样信号进行比较，如果一致就过滤到该声音，达到消除回声的目的。
现在市场上有很多种回声消除设备，它们功能各异，性能差别很大，这里我们着重介绍美国ClearOne公司的分布式回声消除技术。

分布式回声消除
美国ClearOne公司是一家提供音频、视频和WEB会议产品的通讯公司，分布式回声消除是它独有的专利技术。ClearOne公司的分布式回声消除有别于单路回声消除，它在XAP系列产品的每一路麦克输入都内置了回声消除器，可以更有效、更彻底地消除回声。分布式回声消除技术和单路回声消除技术的比较如下：

图3、单路回声消除

图3显示了单路回声消除器是如何消除房间里的回声的。图中可以看出来自远端的音频信号被采样并作为回声消除的参考值，当麦克从扬声器拾取到来自远端的音频信号并传给回声消除器；回声消除器将这个音频信号与参考值进行比较，如果一致就消除它，这样就达到了消除回声的目的。

图4、分布式回声消除

图4显示的是ClearOne专有的分布式回声消除技术，这种技术是在每路麦克输入放置一个回声消除器，显著地改善了回声消除功能。
图中可以看出，来自远端的音频信号被采样作为分布式回声消除器的参考值。当回声消除器检测到采样信号时，回声就被消除了。
ClearOne产品通过使用专有的分布式回声消除技术来挑战回声所带来的影响。不像老的系统所有的音源都使用一个单路回声消除器，分布式回声消除在每路麦克都放置一个回声消除器，在消除回声上更有效、更精确；而且可以更有效地跟踪房间环境的变化，保持最高级别的音质。

分布式回声消除的优点：
Å 在多变的声音环境里更好地消除回声
Å 即插即用式回声消除
Å 快速收敛时间
Å 较好的全双工
Å 减少了噪音和抑制
Å 增强的增益
Å 对房间和音频电平的改变有较高适应能力

分布式回声消除技术是在每路麦克输入放置一个回声消除器，而不是一个单路回声消除器覆盖整个房间。在一个八路麦克输入的房间，一个分布式回声消除系统有八个回声消除器。每一个回声消除器只有一个回声参考值；很明显，这样的分布式回声消除器比具有八个参考点的单回声消除器更容易消除回声。

分布式回声消除技术：
AUDIO A
AUDIO A
AUDIO A + B
AUDIO (A + B)-A = B
AUDIO A
AUDIO A

利用分布式回声消除可以更加精确的消除每一路麦克风拾取的回声。并能够保证在不损失音质的情况下完全的消除回声和噪音问题。比单独回声消除器效能更胜一筹。

2．2 设计目标
综上所述,我们的设计目标为了视频会议的会场能够收听到清晰的音质.能够是两点之间痛苦准确的交流.
首先,解决本地扩声缺陷
降低系统噪声
首先,人声所能发出的声音是165Hz~6K.因此,我们每一个麦克风通道设置一只频率范围在165~6K的带通滤波器,就能有效的从麦克风输入这个途径,有效的遏制次低频和高频噪声的产生.

其次,对于避免声压电平比较恒定的噪声信号进入系统,我们引入了环境电平自适应系统.它的原理是在高于系统测定的比较恒定的环境电平一定数值的信号,系统认为是有效的.才允许通过系统放大,而低于这个数值的信号将被抑制掉,不再被系统拾取放大.从而达到抑制环境噪声的目的.
选通率

环境电平
麦克音频

同时,每一个麦克风通道都设置有自动麦克混音功能,当麦克输入信号电平高于门控电平时,麦克风自动开启,当麦克风输入信号低于门控电平时,麦克风延迟一定时间后,自动关闭.有效的防止了低电平信号进入系统.
音频
停止
衰减电平
麦克开
麦克关闭

保持
时间
衰减率
F
A
S
T
M
E
D
.
S
L
O
W

再次,利用信号低电平切换功能,有效的消除了系统中的热噪声和由线路产生的微弱噪声.

避免信号失真
调整压限器设置来调整输入信号的动态范围,有效抑制音频信号输出时产生消顶失真.

通过,15段均衡调节,来弥补房间频响特性曲线和系统特性曲线的变化误差.减少声音还原的失真度,提高语言的清晰度.同时,还可以通过有效的均衡调节来抑制啸叫点.

其次,我们来解决远程的回声问题
通过分布式回声抑制功能,有效抑制回声的产生.

通过,PA电平自适应功能有效麦克输入信号和扬声器输出信号的比例.从而抑制回声信号产生电平的强度.

工程概况
a) 会议室面积约60平方米，位于Sony公司25层的Conference Room
b) 会场的会议桌是扇形摆放，共采用7只鹅颈式会议麦克
c) 前后场分别有4只音箱吊装墙面上空，用做扩声输出。
d) 会议室发言需要做本地扩声。
e) 本地会议音频需要在本地视频会议终端设备与远端视频会议终端之间实现传送。
二、 会议室现存问题
f) 会议系统抑制噪声能力较弱。现场环境噪声会被扩声系统放大。如投影机，空调等。
g) 会场的MIC因摆放位置的不同，需要不同的频响补偿。所需要抑制的啸叫点频率也不尽相同。
h) 与远程会议通信的时候，远方的参会者总能听到自己的回声，严重影响了本地与远方的交流。
三、 解决方案解析
i) 技术分析
i. 回声消除设置
1. 分别对7只MIC输入通道，根据实际情况设置不同深度的回声消除功能。这样更能有效的完成消除远端回声。
2. 根据不同的MIC摆放位置，设置PA自适应功能，有效的平衡会场声压，使会场人们所感受的语音清晰度不变。
3. 所有MIC均抑制由音箱传出的DVD，CD等信号源。防止，这些信号在经过MIC进行2次放大。
ii. 噪声控制方面。
功能强大的噪声门，有效的抑制了外界环境中的噪声。从而提高了语音的清晰度。
iii. 房间声场均衡和啸叫点处理方面。
内置的15段参量均衡器，通过有效的调节，处理掉由于声场不均衡而产生啸叫点。
2） 推荐设备
ClearOne Xap800

主要功能
● 每路麦克/线路输入上的噪音抑制提供高达15dB的噪音衰减调节
● 每路麦克输入都放置一个回声消除器以实现分布式回声消除功能
● 提供四个虚拟的回声消除参考值，使用多个信号作为回声消除参考点来消除回声而不必损失逻辑输出
● 增强型扩展总线，具有12路双向音频线路
● 互连性——八个XAP产品互连提供64路麦克输入
● 标记所有的输入、输出、宏和存储在系统内的预置
● 八路麦克输入的每一路都配有四个输入滤波器，可编程为参量均衡、全通、低通和高通
● 八个独立的音频处理模块，每个都包含15段滤波器、延迟器和压缩器，提供精确的音频配置
● 四个内部和四个全局麦克混音器，每个都带参数调整
● 前面板可控制增益和静音
● 在不影响其它预置操作的情况下可以在会议进行中动态地执行32个预置选择
● 宏脚本语言通过使用方便的点击来简化宏的创建
● RAMP串行命令
● 矩阵清除键可容易地清除矩阵设置
● 为每路输入、输出和处理器提供可调整的最小和最大增益电平来控制增益范围
● 连接XAP TH2可以获得举行电话会议的能力

由XAP 800组建的会议系统具有如下特点：
独有的分布式回声消除功能
每路麦克输入都放置了回声消除器，有效地消除回声，获得自然的会议环境。

2、噪音消除技术
每路麦克输入都放置了噪音消除器，过滤周围的背景噪音，创建清晰的通讯环境。

3、功能变化多、调控方便
一般传统的模拟音响设备组合模式是固定的，不易根据应用的变化来改动，就是可以改动，时间也太长，并需要专业技术人员协助，因为调控的设备多，操作时间长，反应速度慢，成本高，调控繁琐。而XAP 800高度集成了众多传统音频处理设备，只需要通过G-Ware软件进行配置、管理，操作简便（所动的只有鼠标和键盘）。

4、精度高、信噪比高
由于使用数字总线和计算机控制，所以调控的精度要远远高于普通模拟音响设备，调控参量的准确度较高，能让各种数据均处在最佳位置，使系统达到最佳的还音效果。而且使用DSP技术处理信号只有A/D 、D/A转换，不存在一般设备的互连问题，所以极少有机会引入噪声，不仅连接变得方便，而且信噪比高。

5、连接方便、一致性好、设备间传输故障率低
系统中的各种设备通过DSP技术处理、软件跳线互连，节省了大量的外部连线，不仅降低了系统成本，而且大大提高了系统的稳定性。同时DSP设备都是数字的，大家在同一水平的档次上，一致性好，互补性好。

6、体积小、重量轻、占地少
设备体积小、重量轻、所需空间较小，便于操作和散热通风，也便于维护保养。

7、科技含量高、损坏率低、受人为因素干扰较小
系统通过G-Ware软件配置及管理，不通过人工直接管理，因此人为损坏率降到了最低。比模拟设备能更长、更有效地保持最佳工作状态。

8、网络化控制
XAP系统可以通过局域网或广域网实现对系统的控制和管理。

9、具有良好地超前技术、升级更新容易、扩展方便
设备的调控靠软件实现，可以通过固件升级的方式提高功效，在较长的时间内保持技术的先进性，今后许多新增的功能都可以通过软件的升级来改进、完善。
3） 具体方案
i. Sony北京公司25层的Conference Room添加一台Xap800音频会议处理器，替代原有的调音台，压限器，均衡器，激励器，这些设备。
原因：1.XAP800中包括以上设备的所有功能,我们不需要在添加这些设备。
2.避免音响系统建设中串接的设备数量，有利于降低整个系统的失真度。
ii. 带有回声消除和噪声抑制功能的信号输入通道，Input 1－7连接本地的鹅颈式话筒，每一个通道做单独回声消除和噪声已抑制的处理，并且根据现场情况建立不同的频响均衡补偿。
iii. 由Output 2，3直接连接功率放大器，通过音像输出实现本地扩声。
iv. 本地所有MIC的信号通过Output 1 送入Sony视频会议终端的Line In。
v. 取音频输入Input 8连接由视频会议终端Line out送来的信号。
vi. 桌面音频输入接口和DVD音频输出均连接到AV矩阵，音频信号编组混合后，汇入中控系统音频控制模块统一控制，以达到和系统的其他功能同步处理。
vii. 系统连接图如下：

系统连接

最终，每当Sony公司用这个会议室和远方进行视频会议的时候，远端各地都会感觉在和这个会议室通信的时候，音质非常请新，并且以前回声对他们的困扰消除了，而且也听不到什么噪声。都以为是通信线路有了什么改变，并不知道XAP800在这里做了多大努力。在这里我们要说明的是本地还是可以听到一些回声的，这并不是XAP800这个产品不管用，而是我们所说消除回声是消除远端的回声，也就是说没有安装XAP800的会议室和安装有XAP800的会议室，对于回声消除的受益方是没有安装XAP800的会议室。这样您是不是对XAP800
产品有些兴趣了。那就请你关住CLearOne给您带来高清晰会议的音质享受。