一種活性因子成比例子帶的自適應(yīng)方法應(yīng)用于回聲消除的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種活性因子成比例子帶的自適應(yīng)回聲消除方法，屬于語音通信的回 聲消除技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代通信系統(tǒng)中回聲的存在嚴重影響了通話質(zhì)量。因此，如何采取有效的方法來 消除回聲，從而提高通信質(zhì)量成為信號處理領(lǐng)域最熱門的課題之一。目前，回聲消除應(yīng)用的 研究主要分為聲學回聲消除和網(wǎng)絡(luò)回聲消除這兩大方面。回聲消除的方案亦是多種多樣。 對于聲學回聲來說，改變周圍的聲學環(huán)境以達到回聲消除的效果，例如使用吸音的壁紙材 料來減少聲音的反射。另外，回聲抑制器是早期常用的一種控制回聲方案。由于其在通話 期間要交替打開麥克風和揚聲器，使得麥克風和揚聲器不連續(xù)工作，從而影響通訊質(zhì)量和 回聲消除效果。還有一種方案就是回聲消除器，其通過核心部件自適應(yīng)濾波器來估計回聲， 并在近端信號中減去回聲的估計值以達到回聲消除的效果。自適應(yīng)回聲消除技術(shù)因其成本 低、效果好，得到一致認可，也是目前國際上公認的最有前景的回聲消除技術(shù)之一。
[0003] 從回聲消除的基本原理看，自適應(yīng)回聲消除是對未知系統(tǒng)進行辨識的過程，因此 屬于系統(tǒng)辨識的一個典型應(yīng)用。以免提電話系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)必須配備有聲學回聲消除 器（AcousticEchoCancellation，AEC)。免提電話的揚聲器和麥克風之間的空間距離導 致來自揚聲器的一部分信號會經(jīng)過房間內(nèi)壁的多重反射進入麥克風而產(chǎn)生聲學回聲，這部 分信號所傳輸?shù)穆窂奖闶锹晫W回聲信道，可用房間脈沖響應(yīng)描述。為了控制并消除這類聲 學回聲，AEC中的自適應(yīng)濾波器辨識房間脈沖響應(yīng)并得到回聲的估計，從而在麥克風端減 去回聲的估計值達到消除回聲的效果。雖然在原理上與系統(tǒng)辨識相同，但是回聲消除應(yīng)用 有其自身的特點和難點，主要表現(xiàn)在：回聲信道的脈沖響應(yīng)具有長階數(shù)、稀疏和時變?nèi)齻€ 特點，以及語音信號的強相關(guān)性和非平穩(wěn)性。最小均方（LMS)這類傳統(tǒng)自適應(yīng)濾波器在 這種稀疏信道下的回聲消除收斂慢，穩(wěn)態(tài)誤差大。為此，設(shè)計收斂速度較快和跟蹤能力好 的稀疏濾波算法是十分必要的；在目前的稀疏系統(tǒng)辨識的應(yīng)用中，較成熟的方法有以下兩 種：成比例歸一化子帶類的自適應(yīng)濾波算法（PNSAF和IPNSAF)參考文獻I"Afamilyof proportionatenormalizedsubbandadaptivefilteralgorithms'，（M.S.E.Abadi,S. Kadkhodazadeh，JournaloftheFranklinInstitute,vol.348,no. 2,pp. 212 -238,Mar. 2011)該方法是在歸一化最小均方基礎(chǔ)上的自適應(yīng)子帶濾波算法。此方法具有 將語音信號這類強相關(guān)信號分解成相互獨立的子帶信號的特性，可以加快收斂速度。但 是傳統(tǒng)的PNSAF算法又依賴于預先設(shè)定的一些參數(shù)，而這些參數(shù)影響著算法的收斂速度。 IPNSAF算法則在高稀疏沖激響應(yīng)下表現(xiàn)出收斂速度降低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是提供一種活性因子成比例子帶的自適應(yīng)方法應(yīng)用于回聲消除。 該方法一方面能獲得快的收斂速度和低的穩(wěn)態(tài)誤差，另一方面具有快速的跟蹤能力。
[0005] 本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種活性因子成比例子帶的自適應(yīng) 方法應(yīng)用于回聲消除，其步驟如下：
[0006]A、信號的分割
[0007] 將遠端傳來的信號采樣得到遠端信號的離散值x(t)，；當前時刻n與時刻 n-L+1之間的遠端信號離散值X(t)，構(gòu)成當前時刻n的濾波輸入信號X(n)，即X(n)= [X(n)，X(n-1)，? ??，X(n-L+1) ]T;L= 512是濾波器抽頭數(shù)，上標T代表轉(zhuǎn)置運算；
[0008]將濾波輸入信號X(n)經(jīng)分析濾波器分割成N個濾波輸入子帶信號X1 (n)，X1 (n)= [XiOi),XiOi-I), ...，xJn-L+l)]1;同時，近端麥克風拾取的當前時刻n的帶回聲的近端信 號d(n)也經(jīng)分析濾波器分割成N個近端子帶信號山仏）；其中，i為濾波輸入子帶信號或近 端子帶信號的序號，i=l，2，...，N;
[0009] B、信號的抽取
[0010] 將A步驟得到的濾波輸入子帶信號X1(II)經(jīng)抽取器對其進行N抽取，即將n= k=KN時刻的濾波輸入子帶信號X1(Ii)抽出得到濾波輸入子帶抽取信號X1GO,X1GO= [Xl (KN)，X1 (KN-I)，…，X1 (KN-L+1) ]T，其中，K為抽取的序號，k為抽取的時刻；同時，將上述 步驟得到的近端子帶信號Cl1 (n)，也經(jīng)抽取器對其進行N抽取，進而得到近端子帶抽取信號 (Ii (k), (Ii (k) = (Ii (KN)；
[0011] C、濾波器的輸出
[0012] 將抽取后的濾波輸入子帶信號向量X1GO通過自適應(yīng)回聲消除子帶濾波器后得 到輸出子帶信號記為7100，_)',（幻=\, /(幻\\7〇;);其中1〇〇為自適應(yīng)子帶濾波器在1^時 刻的權(quán)系數(shù)向量，其長度為L，初始值W(k) =W(I)為零向量，且W(k) = [Wl(k)，w2(k)，.. W1 (k) ?，w(k)]T，I= 1，2, ? ? ?，L為權(quán)系數(shù)向量W(k)中的權(quán)系數(shù)W1 (k)的序號；
[0013] D、回聲抵消
[0014] 將近端麥克風拾取到的k時刻的帶回聲的抽取后的近端子帶信號Cl1 (k)與對應(yīng)的 自適應(yīng)回聲消除子帶濾波器輸出子帶信號記為yi(k)相減得到消除回聲后的第i個子帶誤 差信號ei (k)，即ei (k) =Cl1 (k)I1 (k)，并送回給遠端；
[0015] E、權(quán)系數(shù)向量的更新
[0016]El、活性因子和比例函數(shù)的計算
[0017]k= 1時，自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)W1GO的活性因子fjk) = ⑴的初始值取 10 4~10 2,初始時的自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)W1GO的比例函數(shù)（J)1(I)與活性因子f\(l) 的初始值相等。
[0018]當k> 1時，自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)W1 (k)的比例函數(shù)巾：(k)有下式算出：
[0019] (J)1OO=Inaxtf1GO, Iw1GO I}
[0020] 其中，I?I為求絕對值運算，max為求最大值運算。
[0021] 自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)W1GO的活性因子fjk)則由下式算出：
[0023] 式中，m為正整數(shù)。
[0024]E2、成比例矩陣的計算
[0025] 根據(jù)自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)^〇〇的比例函數(shù)hGO,計算得出自適應(yīng)子帶濾 波器權(quán)系數(shù)W1GO的成比例矩陣中的第1個元素gl(k):
[0027] 進而得到自適應(yīng)子帶濾波器權(quán)系數(shù)向量W(k)的成比例矩陣G(k):
[0028] G (k) = diag (k)，g2 (k) ? ? ?，gL (k)}
[0029]E3、權(quán)系數(shù)向量更新
[0030] 計算k+1時刻的自適應(yīng)回聲消除子帶濾波器的抽頭權(quán)系數(shù)向量W(k+1):
[0032] 其中，y為自適應(yīng)回聲消除子帶濾波器的步長，其取值為y G (〇, 2) ; S為自適 應(yīng)回聲消除子帶濾波器抽頭權(quán)系數(shù)向量的正則化參數(shù)，其取值為sG[0.001,0.01];
[0033]F、令k = k+1，重復A、B、C、D、E的步驟，直至通話結(jié)束。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0035] (1)收斂速度快且穩(wěn)態(tài)誤差低
[0036]自適應(yīng)回聲消除子帶濾波器的抽取后的輸出子帶信號yi(k)即為回聲信號的估計 值，將近端麥克風拾取到帶回聲的抽取后的近端子帶信號Cl1QO與之相減即為從近端回送 給遠端的信號，該信號為消除回聲后的第i個子帶誤差信號^(k)。本專利采用子帶自適應(yīng) 濾波器，能將全頻帶的遠端輸入信號分為多個子頻帶分別進行濾波，再將濾波后的信號組 合，其濾波效果好，收斂速度快。
[0037] (2)躍變系統(tǒng)的跟蹤能力強
[0038] 在實際情況下，麥克風與揚聲器的相對位置、角度和環(huán)境都可能隨時發(fā)生變化，聲 學回聲信道的脈沖響應(yīng)也會發(fā)生相應(yīng)地改變，因此對躍變系統(tǒng)的跟蹤能力是回聲消除器一 項很重要的技術(shù)指標。本發(fā)明各子帶的活性因子為獨立的活性因子，它由子帶當前抽取操 作時的權(quán)系數(shù)和前一抽取操作時的比例函數(shù)（權(quán)系數(shù)的絕對值和活性因子的最大值）各取 二分之一，求和得到，進而由活性因子計算出下一抽取操作時的權(quán)系數(shù)，使得權(quán)系數(shù)能夠更 快速地逼近回聲信道。從而本發(fā)明通過將子帶、成比例方法結(jié)合，并將子帶的活性因子改 成獨立的與權(quán)系數(shù)相關(guān)的活性因子，顯著提高了自適應(yīng)回聲消除濾波器對躍變系統(tǒng)的跟蹤 能力，收斂速度快，實時性好，很好地滿足了回聲消除濾波器器對躍變系統(tǒng)跟蹤能力強的要 求。
[0039] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明仿真實驗的稀疏信道（回聲信道）圖。
[0041] 圖2和圖3分別是PNSAF、IPNSAF和本發(fā)明（IAF-PNSAF)在一階相關(guān)信號和真實 語音信號為輸入信號時仿真實驗的歸一化穩(wěn)態(tài)失調(diào)曲線。
【具體實施方式】
[0042] 實施例
[0043] 本發(fā)明的一種【具體實施方式】是：一種活性因子成比例子帶的自適應(yīng)方法應(yīng)用于回 聲消除，其步驟如下：
[0044] A、信號的分割
[0045] 將遠端傳來的信號采樣得到遠端信號的離散值x(t)，；當前時刻n與時刻 n-L+1之間的遠端信號離散值X(t)，構(gòu)成當前時刻n的濾波輸入信號X(n)，即X(n)= [X(n)，X(n-1)，? ? ?，X(n-L+1) ]T;L= 512是濾波器抽頭數(shù)，上標T代表轉(zhuǎn)置運算；
[0046] 將濾波輸入信號X(n)經(jīng)分析濾波器分割成N個濾波輸入子帶信號X1 (n)，X1 (n)= [XiOi),XiOi-I),...，xJn-L+l)]1;同時，近端麥克風拾取的當前時刻n的帶回聲的近端信 號d(n)也經(jīng)分析濾波器分割成N個近端子帶信號山仏）；其中，i為濾波輸入子帶信號或近 端子帶信號的序號，i=l，2，...，N;
[0047] B、信號的抽取
[0048] 將A步驟得到的濾波輸入子帶信號X1 (n)經(jīng)抽取器對其進行N抽取，