一種仿射投影符號子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除方法
【專利摘要】一種仿射投影符號子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除方法，其步驟主要是：A、遠(yuǎn)端信號濾波，得到大步長濾波器的輸出向量Y1(n)，和小步長濾波器的輸出向量Y2(n)；B、凸組合，將大步長濾波器和小步長濾波器的輸出向量Y1(n)和Y2(n)進(jìn)行凸組合得組合濾波值Y(n)，Y(n)＝λ(n)Y1(n)+(1-λ(n))Y2(n)，將大步長濾波器的抽頭權(quán)向量W1(n)和小步長濾波器的抽頭權(quán)向量W2(n)也進(jìn)行凸組合得總的濾波器組抽頭權(quán)向量W(n)，W(n)＝λ(n)W1(n)+(1-λ(n))W2(n)，C、回聲抵消，將近端麥克風(fēng)拾取到帶回聲的仿射投影近端信號D(n)與組合濾波值Y(n)相減得到凈信號E(n)，E(n)＝D(n)-Y(n)，回送給遠(yuǎn)端，D、濾波器抽頭權(quán)系數(shù)更新，E、濾波器的權(quán)重更新，混合參數(shù)a(n)更新；F、令n＝n+1,重復(fù)上述步驟,直至通話結(jié)束。該法對通信這種稀疏系統(tǒng)的聲學(xué)回聲消除能力強(qiáng)，收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤差??；回聲消除效果好。
【專利說明】一種仿射投影符號子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信的自適應(yīng)回聲對消【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著各種新興通信的發(fā)展，通信用戶對通話質(zhì)量的關(guān)心與日俱增。在通信 系統(tǒng)中，經(jīng)常會碰到噪聲和回聲干擾的問題。在回聲干擾問題中，聲學(xué)回聲（Echo)是影響 語音通話質(zhì)量的最主要因素。通信過程中的聲學(xué)回聲是指用戶在通信過程中反復(fù)聽到自己 的聲音。這種現(xiàn)象是由聲波反射以及麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器間的聲學(xué)I禹合產(chǎn)生的。聲學(xué)回聲延時 短，具有多路徑的、時變的特征。在通信中，人耳又對于這種回聲及其敏感，延遲IOms的回 聲就能被人耳捕捉感知到，超過32ms的回聲就會對通信質(zhì)量造成極大的干擾。
[0003] 目前，對于聲學(xué)回聲的消除方法，仍然是一個熱門的研究課題。歸納起來，目前國 內(nèi)外回聲消除的方法大致有一下6種：（1)移頻技術(shù)；（2)子帶中心削波技術(shù)；（3)話音控制 開關(guān)技術(shù)：（4)梳狀濾波技術(shù)；（5)話筒陣列技術(shù)；(6)自適應(yīng)回聲消除技術(shù)。前5種方法手 段復(fù)雜，技術(shù)要求高，造價昂貴。自適應(yīng)回聲消除方法造價低，是被公認(rèn)的最具有前景的回 聲消除技術(shù)，也是現(xiàn)在回聲消除的主流技術(shù)。
[0004] 所謂自適應(yīng)回聲消除技術(shù)，是利用自適應(yīng)濾波器的一種回聲消除方法。自適應(yīng)濾 波器是能夠根據(jù)輸入信號自主調(diào)整性能進(jìn)行數(shù)字信號處理的數(shù)字濾波器，作為對比，傳統(tǒng) 的一些非自適應(yīng)濾波器（如FIR濾波器，IIR濾波器）的參數(shù)是靜態(tài)的預(yù)先設(shè)定不可調(diào)整 的。對于一些未知的環(huán)境來說，自適應(yīng)濾波器能夠在工作過程中逐步學(xué)習(xí)出所需的統(tǒng)計特 性，并以此為依據(jù)自動調(diào)整濾波器系數(shù)，以達(dá)到最佳濾波的效果；一旦輸入信號的統(tǒng)計特性 發(fā)生變化，它又可以跟蹤這種變化，自動調(diào)整濾波器參數(shù)，使濾波性能重新達(dá)到最佳。在自 適應(yīng)回聲消除方法中，傳統(tǒng)的LMS (最小均方）濾波器、仿射投影APA濾波器、遞歸最小二乘 RLS濾波器等，由于結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，已得到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。但是，通信中的 回聲信道，大多數(shù)都是稀疏信道，這種稀疏信道的脈沖響應(yīng)大多很小，而階數(shù)又比較長。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。而實(shí)際中的回聲又大 多是相關(guān)信號，針對這種情況引入子帶濾波器，可以提高相關(guān)信號的處理能力，提高收斂速 度。進(jìn)一步的，固定步長的濾波器有收斂速度和穩(wěn)態(tài)誤差的固有矛盾，引入凸組合策略，將 一個快濾波器和一個慢濾波器凸組合，可以同時保證濾波器具有較快的收斂速度和較低的 穩(wěn)態(tài)誤差。
[0005] 在實(shí)際通話中，經(jīng)常會出現(xiàn)雙端通話的情況，即通信系統(tǒng)兩端的通話者同時講話。 這種情況相當(dāng)于麥克風(fēng)接收到了很大的噪聲（這里把除了回聲以外的所有聲音都作為噪 聲），現(xiàn)有的自適應(yīng)濾波算法對噪聲的變化非常敏感，常需要雙通話檢測器DTD的輔助。并 且，在雙端通話的情況下，回聲消除自適應(yīng)算法的收斂性能急劇下降。將仿射投影子帶算法 引入符號算法是提高算法抗干擾能力的有效途徑之一，這類算法只與噪聲的符號相關(guān)，與 噪聲的大小無關(guān)，降低了算法對噪聲變化的敏感度，且無需雙通話檢測器DTD，在降低了代 價的同時增強(qiáng)了算法對雙端通話的魯棒性。
[0006] 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：
[0007] (1) 一種變正則化參數(shù)的符號子帶（VRP-SSAF)回聲消除方法
[0008] 參考文獻(xiàn) I "Variable regularisation parameter sign subband adaptive filter，'(J. Ni 和 F. Li，Electron. Lett.，vol. 46, no. 24, pp. 1605 - 1607, Nov. 2010.)該方法 是將符號子帶（SSAF)算法加入變正則化參數(shù)策略，減少固定步長對收斂速度和穩(wěn)態(tài)誤差 的影響，在雙通話狀態(tài)下優(yōu)于符號子帶（SSAF)回聲消除方法。但是該算法的穩(wěn)態(tài)誤差仍然 很大。
[0009] (2)仿射投影符號子帶（APSSAF)回聲消除方法
[0010] 參考文獻(xiàn)2"Two variants of the sign subband adaptive filter with improved convergence rate，'（J. Ni, X. Chen 和 J. Yang, Signal Process. , vol. 96, pp. 325 -331，May. 2014)。這種算法把仿射投影方法引入符號子帶（SSAF)方法中，進(jìn)一步提高了稀疏 信道雙通話情況下的回聲消除效果，初始收斂速度較原有算法相比有一定提高。但是該算 法仍然存在自適應(yīng)濾波器收斂速度和穩(wěn)態(tài)誤差的固有矛盾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的發(fā)明目的就是提供一種仿射投影符號子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除方法， 該方法對通信系統(tǒng)的聲學(xué)回聲的消除效果好，收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小。
[0012] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種仿射投影符號子帶凸組合自適 應(yīng)回聲消除方法，其步驟如下：
[0013] A、遠(yuǎn)端信號濾波
[0014] 將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到遠(yuǎn)端信號的當(dāng)前時刻η的離散值u (η)，遠(yuǎn)端信號 在當(dāng)前時刻η和前L-I個時刻的離散值u(n), u(n-l). . .，u(n-L+l)，構(gòu)成當(dāng)前時刻η的子帶 濾波器輸入向量U(n)，U(n) = [u(n), u(n-l). . .，u(n-L+l)]T ;其中L = 512,是濾波器抽頭 數(shù)，上標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置；
[0015] 再將當(dāng)前時刻η和前P-I個時刻的子帶濾波器輸入向量U (n)，U (n-1) "4(114+1) 組合，得到子帶濾波器仿射投影輸入向量G(n)，G(n)=卬(11)，以11-1)，...，以11-?+1)]，其 中P代表仿射投影階數(shù)，P = 4, 8, 16 ;
[0016] 隨后，將子帶濾波器仿射投影輸入向量G(n)通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲 消除濾波器中的分析濾波器組得到第i個子帶濾波器仿射投影輸入向量G i(Ii)= [Ui (n)，Ui (n-1)，. . .，Ui (n-P+1) ]，i為子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器的序號，i = 1，2, 3…N，N〈32 ;
[0017] 第i個子帶濾波器仿射投影輸入向量Gi (η)通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波 器濾波后分別得到：當(dāng)前時刻的第i子帶大步長濾波器的輸出向量\ i (n)，\ i (n) = W1 (η) 1GiOi) = ;第 i 子帶小步長濾波器的輸出向量 Yi, 2(η)， Yi，2(n)=W2(n)TGi(n) = [yi，2(n)，yi，2(n-l)，...，y i，2(n-P+l)]^*,W1(n；^[IW2(n)*5l^ 當(dāng)前時刻η的凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器各子帶中的大步長濾波器和小步長濾波器的 抽頭權(quán)向量，初始值為零；
[0018] 將第i子帶大步長濾波器的輸出向量Yi;1 (η)和第i子帶小步長濾波器的輸出向 量\2(1〇分別通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器中的綜合濾波器組后得到大步長濾 波器的輸出向量Y1 (η)，Y1 (η) = W1 (n) tG (η)和當(dāng)前時刻的小步長濾波器的輸出向量Y2 (η)， Y2 (n) = W2 (n) tG (η)；
[0019] Β、凸組合
[0020] 將當(dāng)前時刻的大步長濾波器的輸出向量Y1(Ii)和當(dāng)前時刻的小步長濾波器的 輸出向量1(1〇進(jìn)行凸組合得到當(dāng)前時刻的組合濾波器的輸出向量Υ(η)，Υ(η) = λ (η) 1(1〇 + [1-入（η)]Υ2(η);其中，λ (η)是當(dāng)前時刻的大步長濾波器的權(quán)重，其表達(dá)式為

【權(quán)利要求】
1. 一種仿射投影符號子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除方法，其步驟如下： A、 遠(yuǎn)端信號濾波 將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到遠(yuǎn)端信號的當(dāng)前時刻n的離散值u(n)，遠(yuǎn)端信號在當(dāng) 前時刻n和前L-1個時刻的離散值u(n),u(n-l). . .，u(n-L+l)，構(gòu)成當(dāng)前時刻n的子帶濾波 器輸入向量U(n)，U(n) = [u(n)，u(n-l). ? ?，u(n-L+l)]T ;其中L= 512,是濾波器抽頭數(shù)， 上標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置； 再將當(dāng)前時刻n和前P-1個時刻的子帶濾波器輸入向量U(n)，U(n-1)…U(n-P+1)組 合，得到子帶濾波器仿射投影輸入向量G(n)，G(n) =[U(n)，U(n-1)，. ..，U(n-P+1)]，其中P 代表仿射投影階數(shù)，P= 4, 8, 16 ; 隨后，將子帶濾波器仿射投影輸入向量G(n)通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲消 除濾波器中的分析濾波器組得到第i個子帶濾波器仿射投影輸入向量Gjn)= [1^ (n)，％ (n-1)，...，％ (n-P+1) ]，i為子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器的序號，i= 1，2, 3…N，N〈32 ; 第i個子帶濾波器仿射投影輸入向量Gjn)通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器 濾波后分別得到：當(dāng)前時刻的第i子帶大步長濾波器的輸出向量(n)，(n) =Wjn) ;第i子帶小步長濾波器的輸出向量Y^Oi)，Yi，2(n)= [yi，2(n),yi，2(n-l)，...，yi，2(n-P+l)];其中,Kn)和W2(n)分另ij為 當(dāng)前時刻n的凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器各子帶中的大步長濾波器和小步長濾波器的 抽頭權(quán)向量，初始值為零； 將第i子帶大步長濾波器的輸出向量Yi;1 (n)和第i子帶小步長濾波器的輸出向量Yi，2(n)分別通過子帶凸組合自適應(yīng)回聲消除濾波器中的綜合濾波器組后得到大步長濾波 器的輸出向量Yjn)，Yjn) =WiOOTGOi)和當(dāng)前時刻的小步長濾波器的輸出向量Y2(n)， Y2 (n) =ff2 (n)tG(n)； B、 凸組合 將當(dāng)前時刻的大步長濾波器的輸出向量Yjn)和當(dāng)前時刻的小步長濾波器的輸 出向量Y2 (n)進(jìn)行凸組合得到當(dāng)前時刻的組合濾波器的輸出向量Y(n),Y(n) =X(n) YiOO+tl-A(n)]Y2(n);其中，入（n)是當(dāng)前時刻的大步長濾波器的權(quán)重，其表達(dá)式為
，a(n)為混合參數(shù)，其初始值為0 ; 將當(dāng)前時刻的大步長濾波器的抽頭權(quán)向量Wjn)和當(dāng)前時刻的小步長濾波器的抽頭 權(quán)向量W2(n)也進(jìn)行凸組合得到當(dāng)前時亥lj的組合濾波器的抽頭權(quán)向量W(n)，W(n) =X(n) W!(n) + [1-A(n)]ff2(n)； C、 回聲抵消 將近端麥克風(fēng)拾取到的當(dāng)前時刻n和前P-1個時刻的帶回聲的近端信號離散值d(n)，d(n-1)，...，d(n-P+1)組合，得到當(dāng)前時刻的仿射投影近端向量D(n)，D(n)= [d(n)，d(n-l)，...，d(n-P+l)];將當(dāng)前時刻的仿射投影近端向量D(n)與當(dāng)前時刻的組 合濾波器的輸出向量Y(n)相減后得到回聲消除后的當(dāng)前時刻的凈信號E(n)，E(n)= D(n)-Y(n) = [6(11)，6(11-1)，...，6(11-?+1)]，將當(dāng)前時刻的凈信號回送給遠(yuǎn)端 ； D、 濾波器抽頭權(quán)向量更新 將當(dāng)前時刻的仿射投影近端向量D(n)，分別與當(dāng)前時刻的大步長濾波器的輸出向量Yjn)、當(dāng)前時刻的小步長濾波器的輸出向量￥2(11)相減，得到當(dāng)前時刻的大步長凈信號 Ejn)和當(dāng)前時刻的小步長凈信號E2(n)，即： Ej(n) =D(n)-Yj(n),E2 (n) =D(n) -Y2 (n)； 利用權(quán)向量轉(zhuǎn)移策略計算下一時刻n+i的自適應(yīng)回聲消除濾波器中大步長濾波器的抽 頭權(quán)向量評1〇1+1)，
；其中，Ui為大步長濾波器 的步長，其取值為0.05?0. 1 ;S為正則化參數(shù)，其取值為0.001?〇.〇1 ;| | ? | |2表示2 范數(shù)；sgn為符號運(yùn)算函數(shù)，當(dāng)被運(yùn)算值為正數(shù)時，其值為1 ;當(dāng)被運(yùn)算值為0時，其值為0， 當(dāng)被運(yùn)算值為負(fù)數(shù)時，其值為-1 ; 同時利用權(quán)向量轉(zhuǎn)移策略計算下一時刻n+1的自適應(yīng)回聲消除濾波器中小步長濾波 器的抽頭權(quán)向量％(11+1); 當(dāng)混合參數(shù)a(n)彡a+時：
當(dāng)混合參數(shù)a(n) <a+時，
其中：a+是一個正常數(shù)，其取值為4?5 ;y2為小步長濾波器的步長，其取值為0. 005?0. 01 ； E、 濾波器的權(quán)重更新 混合參數(shù)a(n)通過符號函數(shù)簡化后的公式來進(jìn)行更新：
其中N表示子帶的數(shù)目，是一個常數(shù)，取值為0.1，e(n)是當(dāng)前時刻凈信號E(n)的 第一個元素，yufc)是當(dāng)前時刻第i子帶大步長濾波器的輸出向量YpOi)中的第一個元 素，yu(n)是當(dāng)前時刻第i子帶大步長濾波器的輸出向量\2(n)中的第一個元素； 將更新后的混合參數(shù)a(n+l)代入步驟B的權(quán)重表達(dá)式
中，得到下一時刻 n+1的濾波器權(quán)重入（n+1)，
F、 迭代 令n=n+1，重復(fù)A、B、C、D、E的步驟，直至通話結(jié)束。
【文檔編號】H04M9/08GK104410761SQ201410466057
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月13日
【發(fā)明者】趙海全, 蘆璐 申請人:西南交通大學(xué)