基于WebRtc的智能门禁系统回声消除方案

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1、工程硕士学位论文基于WebRtc的智能门禁系统回声消除方案作者姓名王亚楼工程领域电子与通信工程校内指导教师贺前华教授校外指导教师江瑾高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月TheEchoCancellationSolutioninIntelligentAccessControlSystemBasedonWebRtcADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangYalouSupervisor：HeQianhuaSouthChinaUniversityofTechnology分类号zTN912.3学校代号z1056

2、1学号：201521009682华南理工大学硕士学位论文基于WebRte的智能门禁系统回声消除方案作者姓名：王亚楼指导教师姓名、职称：贺前华教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电子与通信工程论文形式：应用研究研究方向：音频信号处理论文提交日期：2018年4月10日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位t华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：夜绍几委员：会W例如仰二三本摘要相较于传统门禁，智能门禁系统采用手机等智能设备作为用户终端，在极大地方便了用户远程操作、提高用户体验的同时，也带来了回声问题。本文的工作目标就是寻找一种适用于智能门禁系统的回声消除方案。为了能准确获知

3、智能门禁系统通话回声现象的特点，本文展开了一系列模拟对话实验，招募了33名志愿者通过模拟门禁系统中的各种场景，总计进行了944次对话，从对话数据中分析得到了门禁系统通话的一些特性，如双端讲话概率较高且位置比较靠前、通话总时长短等，为后续回声消除算法研究提供了依据。著名的WebRtc项目的回声消除模块AECM在部分场景如视频会议、VoIP中取得不错的回声消除效果。但在智能门禁系统中的应用尚没有先例，可能因为它存在两点缺陷：第一，由于WebRtc内部没有双端讲话检测算法，导致发生双端讲话时会引起滤波器的发散，而据本文实验数据分析可知门禁系统中的双端讲话发生概率较高，因此会影响到回声消除整体效果；第

4、二，WebRtc无法自适应地大范围地进行回声时延估计，而智能门禁系统由于其终端设备的差异性导致回声时延变化范围较大，造成WebRtc无法准确地进行时延估算，从而影响到回声消除的效果。针对上述问题，本文针对WebRtc的回声消除模块在智能门禁系统中的应用提出了以下两方面的改进。提出了一种基于多特征的双门限法的双端讲话检测。该方法将输入信号的短时过零率、归一化子带能量，以及时域信号的标准差构成一个特征矢量；分别提取近端信号和远端信号的特征矢量，计算他们之间的欧氏距离作为判决变量；然后对远端语音帧进行清浊音判断，根据判决结果设置两个不同的判决门限值，将远端和近端信号特征矢量之间的欧氏距离此门限值进行

5、比较，从而最终判断出是否发生了双端讲话。此外，该方法还采用了双滤波器的结构对算法的检测结果进行补充和矫正，解决了普通双端讲话检测算法的时延问题，使算法在边缘部分检测更准确。本文通过仿真实验验证了该方法的误检率、漏检率以及Misalignment等方面的性能表现均优于传统双端检测算法如Geigel算法、NCC(NormalizedCrossCorrelation)等算法。提出了一种自适应时延估计追踪方法。该方法利用听觉掩蔽效应，持续地在远端信I号中的合适位置嵌入适当幅度的标记音，使得嵌入的标记音几乎无法被人耳察觉；然后在近端信号中对标记音进行检测，根据嵌入标记音的时间点以及检测到的时间点进行计算

6、从而得到实时的回声时延估计值。由于整个嵌入和检测的流程在通话过程中是持续交替进行的，因此能够不断地对当前时延进行估计，从而实现对时延的动态追踪，并通过测试实验验证了时延估计的准确性。基于以上两方面改进，本文在WebRtc回声消除模块AECM源代码的基础上进行二次开发，实现了双端讲话检测模块AECM-DTD以及回声时延估计模块AECM-TDE，并将三者有机地整合到一起，构成了一套完整的可用于智能门禁系统的回声消除方案。我们将此方案运行在智能手机上，并采用手机之间相互对讲的方式进行测试，通过主观质量评价以及处理结果的数据分析对比WebRtc的AECM与改进方案的回声消除效果，验证了改进方案的有效性

7、。关键词：智能门禁；回声消除；双端讲话检测；回声时延估计；WebRtc；IIAbstractComparedwithtraditionalaccesscontrolsystem,intelligentaccesscontrolsystemusessmartdevicessuchassmartphonesasuserterminals,whichgreatlyfacilitatetheremoteo