iOS设备上回声消除的例子

工业上的声音处理中，回声消除是一个重要的话题，重要性不亚于噪声消除、人声放大、自动增益等，尤其是在VoIP功能上，回声消除是每一个做VoIP功能团队的必修课。QQ、Skype等等，回声消除的效果是一个重要的考查指标。

具体的回声消除算法比较复杂，我现在还没有研究的很明白。简单来说，就是在即将播放出来的声音中，将回声的那部分减去。其中一个关键，是如何估计回声大小，这需要用到自适应算法。研究不透，多说无益。有兴趣的同学可以一起学习。

Apple在Core Audio中提供了回声消除的接口，我写了一个测试APP，测试了其效果。链接：https://github.com/lixing123/iOSEchoCancellation

下面讲一下如何实现。

1. 将声音输出route到speaker，这样声音比较大，回声明显：

   AVAudioSession* session = [AVAudioSession sharedInstance];
   [session overrideOutputAudioPort:AVAudioSessionPortOverrideSpeaker error:nil];
   [session setActive:YES error:nil];
   

2. 初始化一个AUGraph，创建一个AUNode，并将之添加到graph上。一般来说，沟通麦克风/扬声器的AUNode，其类型应该是RemoteIO，但是RemoteIO不带回声消除功能，VoiceProcessingIO类型的才带。

   AudioComponentDescription inputcd = {0};
   inputcd.componentType = kAudioUnitType_Output;
   //inputcd.componentSubType = kAudioUnitSubType_RemoteIO;
   //we can access the system‘s echo cancellation by using kAudioUnitSubType_VoiceProcessingIO subtype
   inputcd.componentSubType = kAudioUnitSubType_VoiceProcessingIO;
   inputcd.componentManufacturer = kAudioUnitManufacturer_Apple;
   

3. 配置AudioUnit的属性，打开与麦克风/扬声器的连接（这个比较难以理解，可以参考Apple文档：https://developer.apple.com/library/ios/documentation/MusicAudio/Conceptual/AudioUnitHostingGuide_iOS/UsingSpecificAudioUnits/UsingSpecificAudioUnits.html），并配置client data format(仅支持Linear PCM格式)；配置回调函数。

   //Open input of the bus 1(input mic)
   UInt32 enableFlag = 1;
   CheckError(AudioUnitSetProperty(myStruct->remoteIOUnit,
                               kAudioOutputUnitProperty_EnableIO,
                               kAudioUnitScope_Input,
                               1,
                               &enableFlag,
                               sizeof(enableFlag)),
          "Open input of bus 1 failed");
   
   //Open output of bus 0(output speaker)
   CheckError(AudioUnitSetProperty(myStruct->remoteIOUnit,
                               kAudioOutputUnitProperty_EnableIO,
                               kAudioUnitScope_Output,
                               0,
                               &enableFlag,
                               sizeof(enableFlag)),
          "Open output of bus 0 failed");
   
   //Set up stream format for input and output
   streamFormat.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM;
   streamFormat.mFormatFlags = kAudioFormatFlagIsSignedInteger | kAudioFormatFlagIsPacked;
   streamFormat.mSampleRate = 44100;
   streamFormat.mFramesPerPacket = 1;
   streamFormat.mBytesPerFrame = 2;
   streamFormat.mBytesPerPacket = 2;
   streamFormat.mBitsPerChannel = 16;
   streamFormat.mChannelsPerFrame = 1;
   
   CheckError(AudioUnitSetProperty(myStruct->remoteIOUnit,
                               kAudioUnitProperty_StreamFormat,
                               kAudioUnitScope_Input,
                               0,
                               &streamFormat,
                               sizeof(streamFormat)),
          "kAudioUnitProperty_StreamFormat of bus 0 failed");
   
   CheckError(AudioUnitSetProperty(myStruct->remoteIOUnit,
                               kAudioUnitProperty_StreamFormat,
                               kAudioUnitScope_Output,
                               1,
                               &streamFormat,
                               sizeof(streamFormat)),
          "kAudioUnitProperty_StreamFormat of bus 1 failed");
   
   //Set up input callback
   AURenderCallbackStruct input;
   input.inputProc = InputCallback;
   input.inputProcRefCon = myStruct;
   CheckError(AudioUnitSetProperty(myStruct->remoteIOUnit,
                               kAudioUnitProperty_SetRenderCallback,
                               kAudioUnitScope_Global,
                               0,//input mic
                               &input,
                               sizeof(input)),
          "kAudioUnitProperty_SetRenderCallback failed");
   

4. 在回调函数inputCallback中，用AudioUnitRender() 函数获取麦克风的声音，存在一个bufferList中。这个bufferList是一个ring结构，存储最新的声音，然后播放旧声音。这样，声音的输入和输出之间，就有了0.5s（可调节）左右的延迟，形成了明显的回声。
5. 给回声消除添加一个开关。VoiceProcessingIO有一个属性可用来打开/关闭回声消除功能：kAUVoiceIOProperty_BypassVoiceProcessing

   UInt32 echoCancellation;
   UInt32 size = sizeof(echoCancellation);
   CheckError(AudioUnitGetProperty(myStruct.remoteIOUnit,
                               kAUVoiceIOProperty_BypassVoiceProcessing,
                               kAudioUnitScope_Global,
                               0,
                               &echoCancellation,
                               &size),
          "kAUVoiceIOProperty_BypassVoiceProcessing failed");
   

6. 现在可以开始graph了：

   CheckError(AUGraphInitialize(graph),
          "AUGraphInitialize failed");
   CheckError(AUGraphStart(graph),
          "AUGraphStart failed");
   

   在示例中，有一个简单的开关按钮，可以明显感觉到打开/关闭回声消除的区别。

   在实测中，打开回声消除功能时，仍然能听到一点点的回声，不过很小，一般情况下足够使用了。