專利名稱：一種用于回音消除的步長參數(shù)調(diào)整方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回音消除器，更具體地i兌，涉及一種用于回音消除的步長參數(shù) 調(diào)整方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
回音一般包括兩類 一類是阿絡(luò)回音，該回音是在公共交換電話網(wǎng)中由于 近端的2-4線轉(zhuǎn)換單元的阻抗不匹配而導(dǎo)致的反射信號(hào)；另一類是聲學(xué)回音，該 回音是由于周圍環(huán)境物體表面的聲學(xué)反射導(dǎo)致的信號(hào)，例如聲音從近端免提設(shè) 備的揚(yáng)聲器直接或經(jīng)過周風(fēng)物體表面反射，被麥克風(fēng)采樣。網(wǎng)絡(luò)回音的回音路 徑相對(duì)穩(wěn)定，回音路徑長度不超過32ms;聲學(xué)回音的回音路徑容易發(fā)生改變， 回音路徑長度可達(dá)幾百ms,且回音路徑是非線性的。而在實(shí)際通話過程中，超 過20ms的回音會(huì)嚴(yán)重影響通話質(zhì)量。對(duì)于遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，僻如長途電話，對(duì)網(wǎng) 絡(luò)回音的消除是必需的；而對(duì)于基于分組交換阿絡(luò)的IP電話和數(shù)字視頻會(huì)議系 統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、音頻編解石馬和音頻前后處理等原因?qū)е碌膶?shí)際延時(shí)遠(yuǎn)大于 20ms,聲學(xué)回音的消除是必需的。通常可采用一個(gè)回音消除系統(tǒng)來消除回音，典型的，如圖l所示的回音消除 器IOO。該回音消除器100內(nèi)部包括自適應(yīng)濾波單元101、步長參數(shù)調(diào)整單元102， 其中(1) 自適應(yīng)濾波單元101典型的可為一個(gè)自適應(yīng)濾波器，其可采用LMS (Least Mean Square, 最小均方)、NLMS (Normalized Least-Mean-Square, 歸一化的最小均方)和RLS (Recursive Least-Squares,遞推最小二乘)等進(jìn)4亍濾波， 其可以在時(shí)間域或頻率域上實(shí)現(xiàn)。而在實(shí)際應(yīng)用中，為了降低運(yùn)算復(fù)雜度和提 高收斂速度，實(shí)際使用的回音消除器(尤其是聲學(xué)回音消除器)大多數(shù)以頻率 域(包括子帶分析-綜合)方式實(shí)現(xiàn)，附圖2就是在一個(gè)示例場景中該聲學(xué)回音消 除器進(jìn)行回音消除的示意圖。(2) 步長參數(shù)調(diào)整單元102用于在雙向通話(指遠(yuǎn)端和近端同時(shí)講話)過 程中對(duì)濾波器的步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而避免濾波器嚴(yán)重發(fā)散導(dǎo)致的信號(hào)失真。
該步長參數(shù)調(diào)整單元102運(yùn)用步長參數(shù)調(diào)整方法，該方法大多建立在輸出信號(hào)e(n) 和/或遠(yuǎn)端信號(hào)x(n)的信號(hào)強(qiáng)度或相關(guān)性的基礎(chǔ)上，并且算法自身有一個(gè)或多個(gè) 很難設(shè)置的參數(shù)。在一個(gè)典型示例中，步長參數(shù)調(diào)整單元102是一個(gè)雙向通話檢 測器(double talk detector, DTD),其所采用的步長參數(shù)調(diào)整方法則是雙向通 話檢測方法，其一旦檢測到近端語音信號(hào)，立即停止濾波器系數(shù)適應(yīng)或減小濾 波器適應(yīng)的步長參數(shù)以降低適應(yīng)速率。目前，步長參數(shù)調(diào)整方法(包括雙向通話4企測方法)所采用的算法主要有 兩種， 一種是基于遠(yuǎn)端信號(hào)x(n)和麥克風(fēng)信號(hào)d(n)之間的信號(hào)強(qiáng)度，另一種是基 于這兩個(gè)信號(hào)之間的相關(guān)性。具體的方法流程是在步驟S301中，在雙向通話 過程中檢測到近端語音信號(hào)后，則獲取信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)相關(guān)性的閾值；在步驟 S302中，基于信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)相關(guān)性的閾值調(diào)整步長參數(shù)，避免濾波器發(fā)散。 但是，由于實(shí)際的語音信號(hào)的特點(diǎn)是非靜態(tài)的，并且是高度自相關(guān)的(即語音 信號(hào)的相關(guān)矩陣的條件數(shù)較大)，語音信號(hào)強(qiáng)度的變化范閨大并且變化速度快， 因此很難選擇合適的信號(hào)強(qiáng)度判定閾值；由于實(shí)際的回音路徑不可避免的非線 性，以及環(huán)境噪音、電路噪音和量化噪音對(duì)信號(hào)之間相關(guān)性有明顯的影響，同 樣很難選擇合適的信號(hào)相關(guān)性判定閾值，因此這兩種方法都不可靠。雙向通話檢測方法可視為更為普遍的可變步長參數(shù)方法的一種特殊情況。 可變步長參數(shù)方法，是通過某種策略，連續(xù)調(diào)整步長參數(shù)，通常不包含明確的 雙向通話檢測器。目前的可變步長參數(shù)方法，大多數(shù)建立在輸出信號(hào)和/或遠(yuǎn)端 信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度或相關(guān)性的基礎(chǔ)上，其具體內(nèi)容可參考H.-C. Shin, A.H. Sayed, W.-J. Song, "Variable St印-Size NLMS and Affine Projection Algorithms," IEEE Signal Processing Letters, vol. 11 ， no.2, pp.132-135, Feb 2004。并且算法自身有一 個(gè)或多個(gè)很難設(shè)置的參數(shù)，如上述，直接基于信號(hào)強(qiáng)度或相關(guān)性的可變步長參 數(shù)的算法是不可靠的。而如果該方法利用了輸出信號(hào)而沒有采取謹(jǐn)慎的措施， 則更不可靠，這是西為輸出信號(hào)等于麥克風(fēng)信號(hào)減去估計(jì)的回音信號(hào)，而對(duì)估 計(jì)的回音信號(hào)的微小擾動(dòng)，將通過輸出信號(hào)影響步長參數(shù)，而步長參數(shù)的錯(cuò)誤 變化又會(huì)加大對(duì)估計(jì)的回音信號(hào)的擾動(dòng)，這將構(gòu)成正反饋，從而破壞濾波器的 穩(wěn)定性。因此需要一種新的步長參數(shù)調(diào)整方法，能夠在回音消除器利用其自適應(yīng)濾 波器進(jìn)行回音消除的同時(shí)，通過該步長參數(shù)調(diào)整方法保證自適應(yīng)濾波器的穩(wěn)定 性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種回音消除設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行回音 消除的過程中無法保證濾波器穩(wěn)定性的問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于回音消除的步長參數(shù)調(diào)整方法，以更好 地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述設(shè)備，即回音消除器，包括用于進(jìn)行回音消除的 自適應(yīng)濾波單元，及與其相連的步長參數(shù)調(diào)整單元，所述步長參數(shù)調(diào)整單元包括能量分布判定模塊、發(fā)散值判定模塊和步長控制模塊；所述能量分布判定模塊與發(fā)散值判定模塊相連，用于獲取濾波器系數(shù)，計(jì) 算濾波器系數(shù)能量的概率分布，并將計(jì)算結(jié)果送M散值判定模塊；所述發(fā)散值判定模塊與能量分布判定模塊及步長控制模塊分別相連，用于 計(jì)算與所述濾波器系數(shù)能量嶺概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值2、，并將所述JS發(fā)散值 Z、送入步長控制模塊；所述步長控射模塊通過一個(gè)以所述JS發(fā)散值2^為自變量的步長參數(shù)函數(shù) 對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選地，所述發(fā)散值判定模塊用于計(jì)算濾波器系數(shù)能量的離散概率分布和 均勻概率分布之間的JS發(fā)散值"w，計(jì)算公式是U=i 乂 w ;其中，pW是濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，i ("是濾波器系數(shù)能量的均勻的概率分布，H::V"二1, 0S; 卩)S1, h0,l，…，A1 — 1，且)=1,2， ；r("是 概率分布一)的權(quán)重，滿足2^=1^7') = 1和0^;^)^1; /f(; )是概率分布/ 的熵。優(yōu)選地，所述步長控制模塊所采用的步長參數(shù)函數(shù)是 其中，Z)^是濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值，且0SZ)^S1;^max、 A,分別是預(yù)設(shè)的最大步長參數(shù)及最小步長參數(shù)，0《<//max S 1 ; /(i^,)是以Z^為自變量的步長控制因子。優(yōu)選地，所述步長控制因子/(I^)是一個(gè)以Z、為自變量的單調(diào)遞增函數(shù)，
其函凄t表達(dá)式為/(A) = ^l + tanh(a(Z^-/ ))];其中，0SZ)JS《1， a、 ">0是可靈活設(shè)定的算法參數(shù)。 為了更好地實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述步長參數(shù)調(diào)整方法基于前述的回音消除器， 所述方法包括以下步^^:A. 獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布；B. 計(jì)算與所述濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值;C. 利用以所述JS發(fā)散值"^為自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 優(yōu)選地，在所述步驟A之前還包括預(yù)設(shè)步長參數(shù)的端值，即最大步長參數(shù)M^及最小步長參數(shù)Ai，其中優(yōu)選地，所述步驟B通過濾波器系數(shù)能量的概率分布計(jì)算JS發(fā)散值"^的公 式是其中，y"是濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，/ (2)是濾波器系數(shù)能量的均勻的概率分布，1^7aW二1, 0S/7,("S1， / = 0,1,...,^-1,且乂 = 1,2，是概率分布的熵，定義為〃00=log2 a 。優(yōu)選地，所述步驟C所采用的步長參數(shù)函數(shù)是 A("^) = A扁+/(A/5)'Umax —//min);其中，Z、是濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值，且0Si^Sl; Amax、 M^分別是預(yù)設(shè)的最大步長參數(shù)及最小步長參數(shù)，0 S/imin <//max《1; /(Z^)是以Z)JS為自變量的步長控制因子。優(yōu)選地，所述步長控制因子/cc^)是一個(gè)以^^為自變量的單調(diào)遞增函數(shù)， 其函數(shù)表達(dá)式為/(D^):會(huì)[l + tanh("(Z^-仰];其中，0Si)Js^l, a、 ->0是可靈活:沒定的算法參數(shù)。
本發(fā)明通過在回音消除器的步長參數(shù)調(diào)整單元中增加能量分布判定模塊和 發(fā)散值判定模塊，而在步長控制模塊中通過一個(gè)以"^為自變量的步長控制因子 /(DJ對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的調(diào)整，保證了濾波器的穩(wěn)定性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中回音消除器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中利用回音消除器進(jìn)行回音消除的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)在回音消除過程中進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整的方法流程圖；圖4是本發(fā)明中回音消除器的結(jié)構(gòu)困；困5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中回音路徑?jīng)_激響應(yīng)的示意圖；圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中濾波器系數(shù)能量的離散概率分布示意困；國7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中步長參數(shù)函數(shù)所包含的步長控射因子的示意圖；野8是本發(fā)明在回音消除過程中進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整的方法流程圖； 圖9是本發(fā)明在回音消除過程中進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整時(shí)的濾波器狀態(tài)轉(zhuǎn)換示 意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚聽白，以下結(jié)合附圖及實(shí) 施僻，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的核心思想是如果濾波器穩(wěn)定則增大步長，反之則減小步長。為 實(shí)現(xiàn)此目的，需要有能夠直接定量地描敘濾波器穩(wěn)定狀態(tài)的參量，并利用它去 控制濾波器的步長參數(shù)。因此，在本發(fā)明中，回音消除器包括自適應(yīng)濾波單元和步長參數(shù)調(diào)整單元， 該步長參數(shù)調(diào)整單元包括三個(gè)模塊能量分布判定模塊、發(fā)散值判定模塊和步 長控制模塊。能量分布判定模塊獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算其濾波器系數(shù)能量的 概率分布；發(fā)散值判定模塊利用該濾波器系數(shù)能量的概率分布計(jì)算JS發(fā)散值 1&,并將計(jì)算結(jié)果送入步長控制模塊；后者則通過一個(gè)以"^為自變量的參數(shù) 函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。由于本發(fā)明是基于可明確量化的濾波器系數(shù)能量的 概率分布，而非無法準(zhǔn)確限定的信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)相關(guān)性，因此本發(fā)明能夠?qū)Σ?br> 長參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的調(diào)整，從而保證濾波器的穩(wěn)定性。圖4是本發(fā)明中回音消除器100的結(jié)構(gòu)圖。該回音消除器100包括自適應(yīng)濾波 單元101和步長參數(shù)調(diào)整單元102。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明所有圖示中各設(shè)備之 間的連接關(guān)系是為了清楚闡釋其信息交互及控制過程的需要，因此應(yīng)當(dāng)視為邏 輯上的連接關(guān)系，而不應(yīng)僅限于物理連接。其中自適應(yīng)濾波單元101用于進(jìn)行回音消除，其可采取如前所述的LMS、 NLMS 和RLS等方法進(jìn)行濾波，可在時(shí)間域或頻率域上實(shí)現(xiàn)。步長參數(shù)調(diào)整單元102與自適應(yīng)濾波單元101相連，用于實(shí)時(shí)4企測濾波器的 穩(wěn)定性，并對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。其包括能量分布判定模塊1021、發(fā)散值判定 模塊1022和步長控制模塊1023,其中(1)能量分布判定模塊1021與發(fā)^:值判定模塊1022相連，其用于獲取濾波 器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布，包括離散概率分布及均勻概率分 布。在一個(gè)示例方案中，該回音消除器100利用有限沖激響應(yīng)(Finite Impulse Response, FIR)濾波器來模擬回音路徑，那么，在絕大多數(shù)情況下，F(xiàn)IR的沖 激響應(yīng)(即濾波器系數(shù))A = A,,)的總能量(定義為各個(gè)實(shí)系數(shù)的絕 對(duì)值或復(fù)系數(shù)的模的平方和)集中在小部分系數(shù)上，如圖5所示。濾波器系數(shù)能量的離散概率分布可用以下公式表示IV2"(1) ■,a = i^i~~7，卜o，i，…,jv-i (i) 別2濾波器系數(shù)能量的均勻概率分布可用以下公式表示a") = |， / = 0,1,...，w —1 (2)滿足通常的限制Z::1 p卩)=1和0《p卩)SI, i = 0,1，…,tv -1和= 1，2 。因此，/^G^,/^,…,^U可視為FIR濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，y2、G^)，a(2)，…,/^!)是均勻概率分布，即如圖6所示。(2)發(fā)散值判定模塊1022分別與能量分布判定模塊102]及步長控制模塊 1023相連，其利用能量分布判定模塊1021的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算與所述濾波器系數(shù) 能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值i^ ,然后將所述JS發(fā)散值Z、送入所述步長控 制模塊1023。在前述示例方案中，與濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值D^的計(jì) 算公式為、乂=1 乂 乂=1其中，y"是濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，/ (2)是濾波器系數(shù)能量的均勻的概率分布，Zil^A0)-1' 0S; 卩)^1, i-0,l,…,7V-l,且乂 = 1,2， 一)是 概率分布p(力的權(quán)重，滿足S二=1和0 ^ ;r("7) ^ 1; 是概率分布尸的熵，定義為^t/ )-一21::';^og2A 。此外，還可進(jìn)一步計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布的峰值位置jw^^ ,公 式為Pos層=7T^Targmax(P'(" (4) /V — i i-o,i，…,w-i(3 )步長控制模塊1023與發(fā)散值判定模塊1022相連，用于通過一個(gè)以Z、為 自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)A("js)進(jìn)行調(diào)整。在一個(gè)示例方案中，其利 用步長控制西子/(i^)來進(jìn)行具體的調(diào)整，所采用的步長參數(shù)函數(shù)是) = Mrin + ) d - /"min ) ( 5 )其中，i^是濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值，且0SZ^S1;Amax、 /^n分別是預(yù)設(shè)的最大步長參數(shù)及最小步長參數(shù)，0 S/imn <//應(yīng)《1 ; /0DJS)是以為自變量的步長控制因子。在一個(gè)示例方案中，步長控制因子/(Z^)是一個(gè)以Z&為自變量的單調(diào)遞增函數(shù),其函數(shù)表達(dá)式為肌)=會(huì)[l + tanh(,廣離0SZ^1 (6) /(Z^)的示意圖。圖8示出了本發(fā)明在回音消除過程中進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整的方法流程。在所有步驟之前，在回音消除器100的步長參數(shù)調(diào)整單元102中預(yù)設(shè)步長參 數(shù)A(D^)的端值，即最大步長參數(shù)Amax及最小步長參數(shù)M^ ，其中 0 ^ 〃mm < Amax ^ 1 。在步驟S801中，獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布。具 體地，回音消除器100利用其步長參數(shù)調(diào)整單元102中的能量分布判定模塊1021 獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的離散概率分布和均勻概率分布。首先，利用FIR濾波器來模擬回音路徑，所獲取的濾波器系數(shù)，也即沖激響 應(yīng)A-(/io,/^…，/2w一)，其示意圖如圖5所示，其能量概率分布如對(duì)6所示。由(l) 式和(2 )式分對(duì)計(jì)算濾波器系數(shù)能量的離散概率分布和均勻概率分布，并由(4 )式計(jì)算峰值位置/W^ax 。在步驟S802中，由(3)式計(jì)算與濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散 值7、，實(shí)時(shí)檢測濾波器的穩(wěn)定程度，該步驟的具體實(shí)現(xiàn)過程可參考前述降2中 的內(nèi)容。在步驟S803中，由(5)式和(6)式，步長調(diào)整單元102通過一個(gè)以Z&為 自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，該步長參數(shù)函數(shù)中包括一個(gè)步長 控制因子/(Z^)。圖9是本發(fā)明在回音消除過程中進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整時(shí)的濾波器狀態(tài)轉(zhuǎn)換示 意圖。為方便描述，在本發(fā)明中，將顯著的回音路徑變化和近端語音信號(hào)^L為 作用于回音消除系統(tǒng)的外力，定義布爾變量bForce,當(dāng)出現(xiàn)顯著的回音if各徑變化 或近端語音信號(hào)時(shí)，bForce為l，否則為O。并且定義兩種可能的濾波器狀態(tài)穩(wěn) 定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)濾波器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，如果bForce-O,則濾波器保持在穩(wěn)定狀態(tài)，"m 較大，步長參數(shù)也較大，此時(shí)具有對(duì)回音路徑變化的良好的跟蹤能力。如果bForce^，濾波器將逐漸由穩(wěn)定狀態(tài)向非穩(wěn)定狀態(tài)過渡，此時(shí)起主導(dǎo)作 用的是外力，它導(dǎo)致"^減小，從而使濾波器步長減小，減緩適應(yīng)速率，避免出 現(xiàn)大的發(fā)散。如果外力一直持續(xù)，濾波器將到達(dá)并停留在非穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，i^和步長
都很小，適應(yīng)速率變得非常緩慢，可以避免嚴(yán)重發(fā)散。此時(shí)濾波器輸出有一定 殘留回音的信號(hào)。如果撤除外力，濾波器將由非穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，進(jìn) 入加速的恢復(fù)過程A^增大，導(dǎo)致步長增大，濾波器收斂速率加快，又〗吏^/5 進(jìn)一步增大，如此形成正反^t。在本發(fā)明的一個(gè)具體應(yīng)用場景中，其步長參數(shù)調(diào)整過程詳述如下 在進(jìn)行步長參數(shù)調(diào)整之前，需進(jìn)行如下的預(yù)設(shè)根據(jù)應(yīng)用場景、計(jì)算資源等選擇基本的用于回音消除的自適應(yīng)濾波器算法， 例如，NLMS， PNLMS， APA， FAP， MDF, MDF-a等。為了降低運(yùn)算復(fù)雜度 和提高收斂速度，盡量選擇頻率域(包括子帶分析-綜合)實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)選定的自適應(yīng)濾波器算法，設(shè)置合適的步長參lt的下限/i^和上限^v,, 例如〃曲=0' //max=0.5。確定本發(fā)明的步長參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整算法的參數(shù)"和"。p決定了函數(shù)/(2^) 的對(duì)稱點(diǎn)的水平位置，例如取"=0.325，是閉區(qū)間
的中心點(diǎn)；"決定了 函數(shù)/(Z^)的形狀，取值范圍在6-15之間，例如取"=12。確定模擬回音路徑的量A^(/^A，…， -J，例如，F(xiàn)IR濾波器橫向結(jié)構(gòu)的 濾波器系數(shù)，或格型結(jié)構(gòu)的濾波器反射系數(shù)，以用于計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概 率分布P(1)。選擇適當(dāng)?shù)臑V波器階數(shù)。如果是網(wǎng)絡(luò)回音消除應(yīng)用，回音路徑長度可設(shè)為 32ms。如果是聲學(xué)回音消除應(yīng)用，可以使用下面的方法估計(jì)最佳的濾波器階數(shù)。 預(yù)先Wi定曰音5各徑長度為128或256 ms。如果濾波器保持在穩(wěn)定狀態(tài)(Z)^較大且波動(dòng)幅度較小，/7as^7基本不變) 并維持大約10秒鐘。最佳的濾波器階數(shù)應(yīng)該使D^的平均值在0.5-0.6之間；如果Z)^的平均值高于此范圍，表明濾波器階數(shù)被設(shè)置得過大，既浪費(fèi)了計(jì)算資源(尤其是高采樣率的情形)又降低了濾波器收斂速率；相反，如果Dm的 平均值低于此范圍，表明濾波器階數(shù)被設(shè)置得過小，將導(dǎo)致較大的殘留回音并 影響本發(fā)明步長調(diào)整方法的效果。所以，除非計(jì)算資源限制，否則應(yīng)該調(diào)整濾 波器階數(shù)，使穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的"m的平均值在上述范圍之內(nèi)。 為了降低計(jì)算"^和步長參數(shù)的運(yùn)算復(fù)雜度，可以1)如果濾波器實(shí)現(xiàn)為子帶分析-綜合方式，則選擇不含DC頻率的低頻率子 帶的濾波器系數(shù)或反射系數(shù)用于計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布。
2)當(dāng)濾波器階數(shù)較大時(shí)，可以將濾波器系數(shù)A^(A。，/^，…，/v-J劃分為若干 個(gè)連續(xù)的長度相等的系數(shù)塊，并以濾波器系數(shù)塊的能量分布替代原來系數(shù)能量分布。設(shè)整數(shù)B表示每塊的系數(shù)數(shù)目，整數(shù)《=數(shù)塊的能量分布是5表示塊數(shù)目，則濾波器系<formula>formula see original document page 13</formula>其中，規(guī)定當(dāng)Z、W-l時(shí)/i, = 0。可以看出(1 )式是上式的特例(丑=1 )。并將(2-4)式中的系數(shù)數(shù)曰W替換為系數(shù)塊數(shù)目《。例如，如果iV = 2048 ,可以 取5 = 16,夂=128;3) 周期性地計(jì)算i^s、 /^&M和步長，例如每問隔l-6 ms時(shí)l可進(jìn)行一次計(jì) 算并保存結(jié)果，其余時(shí)刻則利用保存的計(jì)算結(jié)果；4) 用查表和線性內(nèi)插來計(jì)算Shannon熵的子表達(dá)式xlog以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的4呆護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種回音消除器，包括用于進(jìn)行回音消除的自適應(yīng)濾波單元，及與其相連的步長參數(shù)調(diào)整單元，其特征在于，所述步長參數(shù)調(diào)整單元包括能量分布判定模塊、發(fā)散值判定模塊和步長控制模塊；所述能量分布判定模塊與發(fā)散值判定模塊相連，用于獲取濾波器系數(shù)，計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布，并將計(jì)算結(jié)果送入發(fā)散值判定模塊；所述發(fā)散值判定模塊與能量分布判定模塊及步長控制模塊分別相連，用于計(jì)算與所述濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值DJS，并將所述JS發(fā)散值DJS送入步長控制模塊；所述步長控制模塊通過一個(gè)以所述JS發(fā)散值DJS為自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的回音消除器，其特征在于，所述發(fā)散值判定模塊 用于計(jì)算濾波器系數(shù)能量的離散概率分布和均勻概率分布之間的JS發(fā)散值"A ， 計(jì)算公式是"'=1 ) _/=i其中，/ (1)是濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，P("是濾波器系數(shù)能量的 均勻的概率分布，!1^、"二1， 0Sp卩)Sl， f = 0,l,...,W —1,且j.-l，2, ;r(》是概率分布/^)的權(quán)重，滿足^^=1;^) = 1和0^;^)^1; //(p)是概率分布p的熵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的回音游除器，其特征在于，所述步長控斜模塊所 采用的步長參數(shù)函數(shù)是= /^n+/(D^)'(//max—A國)；其中，"^是濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值，且0《i^《l;^max、 A^分別是預(yù)設(shè)的最大步長參數(shù)及最小步長參數(shù)，OS/imin<〃max《l;/(DJS)是以為自變量的步長控制因子。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的回音消除器，其特征在于，所述步長控制因子 /Cf^)是一個(gè)以Z、為自變量的單調(diào)遞增函數(shù)，其函數(shù)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 2</formula> 其中，0Si^《1, "、 ->0是可靈活設(shè)定的算法參數(shù)。
5、 一種基于權(quán)利要求l所述回音消除器的步長參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于， 所述方法包括以下步驟A. 獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布；B. 計(jì)算與所述濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值"^;C. 利用以所述JS發(fā)散值為自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的步長參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，在所述步驟A之 前還包括預(yù)設(shè)步長參數(shù)的端值，即最大步長參數(shù)//1皿及最小步長參數(shù)//幽，其中 <formula>formula see original document page 3</formula>,化
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的步長參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟B通過 濾波器系數(shù)能量的概率分布計(jì)算JS發(fā)散值Z、的公式是<formula>formula see original document page 3</formula>其中，y"是濾波器系數(shù)能量的離散概率分布，/ u是濾波器系數(shù)能量的 均勻的概率分布，<formula>formula see original document page 3</formula> 是概率分布p的熵，定義為<formula>formula see original document page 3</formula> 。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的步長參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟C所采 用的步長參數(shù)函數(shù)是<formula>formula see original document page 3</formula>;其中，Z^是濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值，且0SZ^S1; A x 、 A,分別是預(yù)設(shè)的最大步長參數(shù)及最小步長參數(shù)，0S//min <//max幺l; /(Z)乃.)是以D/s為自變量的步長控制因子。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的步長參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，所述步長控制 因子/CC^)是一個(gè)以Z、為自變量的單調(diào)遞增函數(shù)，其函數(shù)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，0SZ^S1， "、 ">0是可靈活設(shè)定的算法參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及回音消除器，提供了一種用于回音消除的步長參數(shù)調(diào)整方法及設(shè)備。所述方法包括以下步驟A.獲取濾波器系數(shù)，并計(jì)算濾波器系數(shù)能量的概率分布；B.計(jì)算與所述濾波器系數(shù)能量的概率分布相關(guān)的JS發(fā)散值D_JS；C.利用以所述JS發(fā)散值D_JS為自變量的步長參數(shù)函數(shù)對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明通過在回音消除器的步長參數(shù)調(diào)整單元中增加能量分布判定模塊和發(fā)散值判定模塊，用濾波器系數(shù)能量的概率分布和均勻概率分布之間的JS發(fā)散值定量地描敘濾波器的穩(wěn)定狀態(tài)，并通過以JS發(fā)散值為自變量的步長控制因子對(duì)步長參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的調(diào)整，保證了濾波器的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04B3/21GK101119135SQ20071007581
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日
發(fā)明者鄧鄒平 申請(qǐng)人:深圳市融合視訊科技有限公司