音频算法speex中的aec分析以及解析

算法原理：

　　Speex的AEC是以NLMS(Normalized Least Mean Square)为基础，用MDF(multidelay block frequency domain)频域实现，最终推导出最优步长估计：残余回声与误差之比。最优步长等于残余回声方差与误差信号方差之比。 只有改与泄露系数相关部分的代码，才是对效果影响最大的地方，因为根据泄露系数，最终会估计出滤波器的最优步长。

使用实例：

　　测试代码：

 #include "speex/speex_echo.h"
#include "speex/speex_preprocess.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>


#define NN 128
#define TAIL 1024

int main(int argc, char **argv)
{
   FILE *echo_fd, *ref_fd, *e_fd;
   short echo_buf[NN], ref_buf[NN], e_buf[NN];
   SpeexEchoState *st;
   SpeexPreprocessState *den;
   int sampleRate = 8000;

   if (argc != 4)
   {   
      fprintf(stderr, "testecho mic_signal.sw speaker_signal.sw output.sw\n");
      exit(1);
   }   
   echo_fd = fopen(argv[2], "rb");
   ref_fd  = fopen(argv[1],  "rb");
   e_fd    = fopen(argv[3], "wb");

   st = speex_echo_state_init(NN, TAIL);
   den = speex_preprocess_state_init(NN, sampleRate);
   speex_echo_ctl(st, SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE, &sampleRate);
   speex_preprocess_ctl(den, SPEEX_PREPROCESS_SET_ECHO_STATE, st);

   while (!feof(ref_fd) && !feof(echo_fd))
   {   
      fread(ref_buf, sizeof(short), NN, ref_fd);
      fread(echo_buf, sizeof(short), NN, echo_fd);
      speex_echo_cancellation(st, ref_buf, echo_buf, e_buf);
      speex_preprocess_run(den, e_buf);
      fwrite(e_buf, sizeof(short), NN, e_fd);
   }   
   speex_echo_state_destroy(st);
   speex_preprocess_state_destroy(den);
   fclose(e_fd);
   fclose(echo_fd);
   fclose(ref_fd);
   return 0;
}

　　命令: ./testecho speaker1.wav micin1.wav out1.wav

　　测试结果：
　　最新的speex的aec效果非常的好，超出了我的想象，回声消除效果不是一般的好，看来是speex更新了不少，因为自从2007年之后，speex很长一段时间都没有更新过代码。有兴趣的同学可以听一下消回声后的和之前的音频对比。

代码解析：

　　初始化中，第一个参数是每次处理的帧长度，这个一般是从10ms(80) 到30ms(240) 的处理长度，太长和太短都不是很好，filter_length 也是一个长度，它实际上就是speaker到rec之间的时间差。这个在不同设备上是不同的，跟产品的使用场景，结构，以及软件耗时有关系，一般的是可以测试出来的。
SpeexEchoState *speex_echo_state_init(int frame_size, int filter_length)

系统默认的消回声采样是8k的，如下所示，假如你想改变采样频率，
/* This is the default sampling rate */
427 st->sampling_rate = 8000;
428 st->spec_average = DIV32_16(SHL32(EXTEND32(st->frame_size), 15), st->sampling_rate);

要使用下面的函数：speex_preprocess_state_init(NN,sampleRate)
接下来是要配置消回声的参数设置，一般是采样率设置。
speex_echo_ctl(st, SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE, &sampleRate);
参数都可以以下这些：

46 /** Obtain frame size used by the AEC */
47 #define SPEEX_ECHO_GET_FRAME_SIZE 3
48
49 /** Set sampling rate */
50 #define SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE 24
51 /** Get sampling rate */
52 #define SPEEX_ECHO_GET_SAMPLING_RATE 25
53
54 /* Can't set window sizes */
55 /** Get size of impulse response (int32) */
56 #define SPEEX_ECHO_GET_IMPULSE_RESPONSE_SIZE 27
57
58 /* Can't set window content */
59 /** Get impulse response (int32[]) */
60 #define SPEEX_ECHO_GET_IMPULSE_RESPONSE 29

最重要的函数登场了：这个函数，非常的好用，估计只要看一下入参，你就知道怎么使用了。具体的使用就看上面的例子吧。
void speex_echo_cancellation(SpeexEchoState *st, const spx_int16_t *in, const spx_int16_t *far_end, spx_int16_t *out)

假如在预处理中有些参数设置，需要调用预处理函数再把输出的结果处理一下，假如预处理没有了，那就不需要了。
speex_preprocess_run(den, e_buf);
其实，代码流程就这么简单，但是，想把系统效果调试的很好，还是要花不少功夫的。

注意事项：

1 AEC的线性算法处理不了Non-linear distortion(非线性失真)
2 在其它预处理前 先调用AEC
3 speex的aec并不是很适合音响系统里，音响中要慎用。耳机中效果还挺好。
4 实验用的音频数据就不放到这里了，有谁需要可以留言邮箱，我发个你。