回声消除使用说明¶
AEC是声学回声消除(Acoustic Echo Cancellation)的简称，该算法在有参考的情况下，自适应追踪回声路径的变换、实时抑制扬声器到达麦克风终端的回声信号，以提升目标语音的识别效果，根据实际应用场景评估是否开启AEC。开启该功能后，当存在较长的播放内容，或者在播放音频媒体资源时候（例如音箱播放MP3歌曲），这时也可以进行语音识别打断。
本文档主要介绍如何使用该功能。
1. AEC基本介绍¶
AEC的应用原理示意框图如下，参考信号经过喇叭产生播放信号B，人声为目标语音信号A，当播放声音时，信号B和信号A在应用环境进行复杂的混合后进入芯片，AEC算法根据参考信号和混合后的信号，抑制信号B，提高信号A的信噪比，再进入语音识别引擎，从而提升识别效果。
2. AEC软件平台¶
以下SDK可以支持AEC功能：
- 离线语音识别SDK：CI13XX_SDK_ASR_Offline
3. AEC软件配置¶
3.1 开启功能¶
- 离线语音识别SDK
用户可在../projects/offline_asr_pro_sample/src/user_config.h文件中进行配置
#define USE_AEC_MODULE 0 //是否开启回声消除功能，1:开启，0:关闭。
3.2 参数配置¶
用户可打开SDK包中的../projects/offline_asr_pro_sample/src/ci_ssp_config.c文件，回声消除算法有以下参数可供用户调试使用：
- 离线语音识别SDK
const aec_config_t aec_config =
{
.alc_off_codec_adc_gain_mic = 20, //麦克风信号增益
.alc_off_codec_adc_gain_ref = 0 //参考信号增益
};
参数说明：
开启AEC功能后，会自动关闭自动增益控制（ALC）。用户可通过调整参数alc_off_codec_adc_gain_mic、alc_off_codec_adc_gain_ref的大小来设置麦克风信号通道、参考信号通道的固定增益。
alc_off_codec_adc_gain_mic：默认20，范围-18 ~ 28.5，单位dB。
alc_off_codec_adc_gain_ref：默认0，范围-18 ~ 28.5，单位dB。
调试建议：麦克风信号通道增益至少高于参考信号通道增益8dB；当识别效果正常时，建议不修改参数值；若识别效果差，用户可通过5.2节内容逐步排查麦克风信号、参考信号是否削顶，使回声消除精度下降，回声残留增多，从而导致识别效果变差。
4. 硬件设计¶
4.1 物料选型¶
- 功放选型注意，要保证在最大音量状态下，功放输出功率失真度要＜10%。我司常用型号为FM8002A，SGM4890等，用D类功放反馈信号注意需要加RC波形波。
- 喇叭最好选用带音腔的喇叭，在150HZ-3000HZ之间THD最好能小于10%。
4.2 原理图设计¶
- 离线语音识别SDK仅支持单MIC+单喇叭方案
可在我司平台上下载对应需要的参考电路，第一次设计完成后，建议发我司市场或FAE确认。
- 单MIC+单喇叭，AB类功放参考电路
- 单MIC+单喇叭,采用D类功放参考电路。需要加RC滤波，把脉冲宽度调制信号滤为模拟信号
注意：电路留差分设计，但默认采用单端反馈方式
4.3 整机结构要求¶
- 要求麦克风与喇叭在结构空间允许的条件下，麦克风需尽量远离喇叭位置，麦克风不要超出喇叭朝向所在水平面，麦克风离喇叭越近，信噪比越低，麦克风失真的可能性越大，考虑结构大小建议麦克风离喇叭10cm左右，麦克风与喇叭的位置关系左右上下对AEC处理效果影响不大；
-
麦克风需配备结构稳固且可密封的外壳，胶套厚度需超过1mm，以确保麦克风不会接收到整机内部喇叭产生的音源干扰；
-
选择模拟麦克风时，应考虑灵敏度在-32±3dB范围内，以确保有效降低环境噪音并拾取清晰人声。同时，信噪比应大于70dB，以满足高质量声音回放的需求；
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必须设计合理的麦克风进音孔，拾音孔的直径与孔深度（即外壳厚度）密切相关。以下是推荐的规格：
| 序号 | 孔深度（与产品面板厚度及咪套厚度有关） | 拾音孔直径 |
|---|---|---|
| 1 | 1mm | 1.5mm |
| 2 | 2mm | 2.5mm |
| 3 | 3mm | 3.0mm |
- 最好使用带音腔的喇叭，避免把声音传入整机内部。尽量不要用微型扬声器、超薄扬声器等共振频率较高的扬声器单元，该类单体低频失真大。扬声器后腔结构允许的话，加被动辐射器或导向管设计，可以增加低频，同时减小喇叭的非线性振动；
- 详细信息可参考我司平台说明：☞产品结构设计
5. 调试流程¶
5.1 喇叭音量调试¶
用分贝仪测量音量，当喇叭为最大音量播放时，在喇叭附近的音量建议小于95dB（最大不超过110dB），在MIC处的音量建议小于85dB（最大不超过90dB）。若喇叭播放音量过大，建议降低喇叭 hp out 最大音量。
喇叭注意事项：
- 减少谐波失真：谐波失真由系统的非线性特性造成。在整个音频通路中，谐波失真的产生原因有：喇叭单体的失真曲线、喇叭后腔结构设计、喇叭前网罩、麦克风收音孔结构等。麦克风信号中的谐波失真越大，与参考信号的相似度越差，回声消除的精度越低。
- 调试建议：尽量不要用微型扬声器、超薄扬声器等共振频率较高的扬声器，该类单体低频失真大；扬声器后腔结构允许的话，加被动辐射器或导向管设计，可以增加低频，同时减小喇叭的非线性振动；避免输入信号的振幅过大，尤其是在接近喇叭的功率极限时，限制信号的峰值振幅。
采用4个不同的喇叭播放相同的音频源，如图5-1的语谱图所示，喇叭2、3、4均存在固定频段能量增强的现象，即存在谐波失真，会严重影响AEC效果，尽量不用采用这种喇叭。
5.2 信号幅值调试¶
在产品密封安装后，喇叭以最大音量播放，通过**采音**观察麦克风信号、参考信号，尽量保证麦克风信号和参考信号不削顶失真。削顶会让信号产生非线性失真，进而降低回声消除精度。
（链接，增加采音可以用于以下情况的分析：a. 产品硬件底噪 ；b. aec ； c. doa分析.........）
1）麦克风信号
若喇叭距离麦克风较近且播放音量过大，麦克风信号可能削顶失真。
调试建议：喇叭播放时控制在合适的音量范围内；减小参数alc_off_codec_adc_gain_mic的值。
注意：麦克风信号也不能过小，会影响识别效果。
2）参考信号
**调试建议：**检查播放音源是否削顶；检查分压电路前信号是否削顶，需对音量进行调整或更换低阻抗的喇叭。
如图5-3所示的上、下通道信号分别为麦克风信号、参考信号，展示了参考信号正常、参考信号削顶的时域波形，图5-4是对应的参考信号语谱图，图中可以看到当有播放的时候参考信号有数据，无播放的时候，参考信号非常小接近为0。
注意事项：
- 从功放后端采集的参考信号更接近喇叭播放的声音信号。在功放无延迟的情况下，可选择功放前端信号作为参考，在功放有延迟（尤其是自带EQ功能的功能）的情况下，建议选择功放后端信号作为参考（注意功能的输出范围不要超过ADC采样范围）。
- 参考信号为模拟小信号，容易受到干扰。若电路设计存在问题，通常会在采集信号或麦克风信号中引入不良信号，如脉冲、杂波、混叠等，会导致丢数据情况出现，降低回声消除精度。若参考信号中的干扰较多，应首先修改硬件电路，例如：参考模拟信号尽量包地和远离高频信号，保证电路信号干净后，再进行声学测试。
5.3 效果展示¶
如图5-5所示的上、下通道信号分别为AEC处理后信号、麦克风信号（目标语音和喇叭播放声音的混合信号）。图中可以看出当信号无失真时，AEC算法处理消除了麦克风信号中的播报声音部分，播报残留很小，提高目标语音的信噪比。
下图5-6为同样该音频的频域显示，该结果为正常结果。
6. 异常调试步骤¶
注意：调试异常过程中，保存好音频，有利于快速分析。
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step1：检查sdk配置是否存在异常
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step2：通过采音板采集参考信号（ref）、输出信号（dst）和麦克风信号（mic）判断异常原因
目前较多的异常情况都是出现在参考信号，存在的问题举例有：
1）参考通道没有数据，需检查硬件通路、检查ref是左通道输入还是右通道输入，默认左通道；
2）参考信号干扰比较大，需检查硬件通路；
3）参考信号幅值偏离标准值较大（过大或过小），需检查分压电路和alc增益值，以标准板为参考；
4）参考信号分压过程中出现饱和情况，需检查分压电路和alc增益值，AEC异常调试案例
麦克风信号异常的问题有：
1）aec处理过程中，alc没有关闭，需检查播放状态、alc切换状态；
2）麦克风信号出现截幅情况，需检查播放状态、alc切换状态、alc增益值；
3）麦克风信号灵敏度差异，需更换麦克风确认是否麦克风异常；
4）麦克风幅值过小，aec不起效，aec处理中的门限值需要调整、更改alc增益。
- step3：替换不同的模块分析是否是外围硬件设备差异导致异常
外围设备有：麦克风、喇叭、分压电路、功放、codec等。
- step4：查看是否是环境因素导致aec效果下降
1）混响较大的环境下，aec效果会下降；
2）在家用电器或机器人等产品设备中，风扇噪声和电机噪声引入的变量会导致麦克风信号的底噪特别大，AEC处理后信号仍会保留这部分底噪，对识别效果有较大影响。要特别注意内部风扇、电机与麦克风的距离，如结构空间允许，可对麦克风单独做密封处理，防止内部传音。
**AEC应用不符合预期时建议以标准sdk和硬件作为参考，通过标准配件参考分模块分析具体原因。 **