一種魯棒凸組合自適應(yīng)電話回聲消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電話通信的自適應(yīng)回聲消除技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展,語音通信向多種業(yè)務(wù)、多種方式的方向發(fā)展。在各種各樣的 電話通信業(yè)務(wù)中,凡是需要同時使用麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的場合,都不可避免的出現(xiàn)聲學(xué)回聲。 聲學(xué)回聲是影響語音通話質(zhì)量的最主要因素。通信過程中,遠(yuǎn)端說話者的聲音通過近端揚(yáng) 聲器播放出來,直接(未經(jīng)任何反射)或間接地(經(jīng)過房屋或房屋內(nèi)的物體一次或多次反 射)被近端麥克風(fēng)接收,傳回遠(yuǎn)端,使遠(yuǎn)端說話者聽到自己的聲音,這就是聲學(xué)回聲。聲音 從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的傳播路徑,也叫做回聲信道,用房間回聲信道脈沖響應(yīng)向量表示。
[0003] 聲學(xué)回聲影響對話的自然性,有時甚至?xí)a(chǎn)生刺耳的嘯叫聲,嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 因此,研宄人員提出了各種各樣的回聲消除技術(shù)。大多數(shù)聲學(xué)回聲消除技術(shù)都存在諸多弊 端,有的成本很高,有的對用戶進(jìn)行了限制,有的降低了通話質(zhì)量。目前,自適應(yīng)回聲消除 技術(shù)是國際上公認(rèn)的最有前景的電話回聲消除技術(shù),也是電話回聲消除采用的主要技術(shù)。 自適應(yīng)濾波器可以根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)整自適應(yīng)濾波器參數(shù),能較好辨識出回聲信道脈沖響 應(yīng),得到回聲的估計(jì)值,再從麥克風(fēng)接收到的語音信號中減去該估計(jì)值,從而達(dá)到消除回聲 的目的。
[0004] 聲學(xué)回聲信道大多具有稀疏性,回聲信道脈沖響應(yīng)的大部分系數(shù)都接近或等于 零。在這種情況下,傳統(tǒng)的自適應(yīng)濾波算法,如最小均方算法(LMS),歸一化最小均方算法 (NLMS),仿射投影算法(APA)的收斂速度會出現(xiàn)明顯下降。針對這種情況,引入成比例算法 有效地提高了算法的收斂速度,該類算法在每一次迭代過程中,自適應(yīng)濾波器的每個抽頭 權(quán)值對應(yīng)的步長與該權(quán)值的大小是成比例的,越大的權(quán)值獲得大的增益,收斂速度也更快, 從而加快全局收斂速度。經(jīng)典的成比例算法有成比例歸一化最小均方算法(PNLMS),改進(jìn)的 成比例歸一化最小均方算法(IPNLMS),成比例仿射投影算法(IPAPA)。
[0005] 在實(shí)際通話中,經(jīng)常會出現(xiàn)雙端通話的情況,即電話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)有的成比例自適應(yīng)濾波算法對噪聲的變化非常敏感,因此,在電話雙端通話的情況下,現(xiàn) 有成比例自適應(yīng)濾波算法的收斂性能急劇下降。引入符號算法是提高算法抗干擾能力的途 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,從而增強(qiáng)了算法對雙端通話的魯棒性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種魯棒凸組合自適應(yīng)電話回聲消除方法,該方法一方面能 獲得快的收斂速度和低的穩(wěn)態(tài)誤差,另一方面能獲得較好的抗干擾能力;其回聲消除效果 好,能在電話雙端通話的情況下,保持良好的工作狀態(tài)。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是,一種魯棒凸組合自適應(yīng)電話回聲消 除方法,其步驟如下:
[0008] A、遠(yuǎn)端信號濾波
[0009]將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到當(dāng)前時刻n的遠(yuǎn)端信號離散值X(n),遠(yuǎn)端信號 離散值x(n)在n到n-L+1時刻的值構(gòu)成當(dāng)前時刻n的濾波器輸入向量X(n),X(n)= [x(n),. . .,x(n-L+1) ]T,其中L= 512是濾波器抽頭數(shù),T代表轉(zhuǎn)置;
[0010] 濾波器輸入向量x(n)通過快速自適應(yīng)濾波器得到快速輸出yi(n), 乃(》) =nf ,濾波器輸入向量X(n)通過低誤差自適應(yīng)濾波器得到低誤差輸出 y2 (n),凡(》) = ;其中,W1 (n)和W2 (n)分別為n時刻快速自適應(yīng)濾波器和低誤差 自適應(yīng)濾波器的抽頭權(quán)向量,其長度為L,初始值為零,上標(biāo)H代表共軛轉(zhuǎn)置;
[0011] B、凸組合
[0012] 將快速輸出yi(n)和低誤差輸出y2(n)進(jìn)行凸組合得到凸組合輸出y(n),
[0013] y(n) =A(n)Y1 (n) + (I-A(n))y2(n)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種魯椿凸組合自適應(yīng)電話回聲消除方法,其步驟如下: A、 遠(yuǎn)端信號濾波 將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到當(dāng)前時刻n的遠(yuǎn)端信號離散值x(n),遠(yuǎn)端信號 離散值X (n)在n到n-L+1時刻的值構(gòu)成當(dāng)前時刻n的濾波器輸入向量X (n),X (n)= [X (n),. . .,X (n-L+1) ]T,其中L = 512是濾波器抽頭數(shù),T代表轉(zhuǎn)置; 濾波器輸入向量X(n)通過快速自適應(yīng)濾波器得到快速輸出yi(n), >'l(/0 = "'l"(//)乂(70,濾波器輸入向量X(n)通過低誤差自適應(yīng)濾波器得到低誤差輸出 Y2(n)〇':(//) = i嶺>)乂00 ;其中,wi(n)和W2(n)分別為n時刻快速自適應(yīng)濾波器和低誤差 自適應(yīng)濾波器的抽頭權(quán)向量,其長度為以初始值為零,上標(biāo)H代表共輛轉(zhuǎn)置; B、 凸組合 將快速輸出yi(n)和低誤差輸出y2(n)進(jìn)行凸組合得到凸組合輸出y(n), y(n) = A (n)yi(n) + (l-^ (n))y2(n) 其中,A (n)是快速自適應(yīng)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; C、 回聲抵消 將近端的麥克風(fēng)感應(yīng)出的帶回聲的近端信號d(n)減去凸組合輸出y(n)后的總殘差信 號e(n)作為消除回聲后的近端信號再傳送給遠(yuǎn)端,即e(n) = d(n)-y(n); D、 濾波器抽頭權(quán)系數(shù)更新 D1、生成兩個濾波器的輸入矩陣Ai(n),Ai(n)=技(n),...,X(n-Mi+l)]T,i為濾波器的 編號,當(dāng)i = 1時,表示第1濾波器也即快速自適應(yīng)濾波器,當(dāng)i = 2時,表示第2濾波器也 即低誤差自適應(yīng)濾波器;Ml為第1濾波器的仿射投影階數(shù),其取值范圍為17-19, M2為第2 濾波器的仿射投影階數(shù),其取值范圍為8-12 ; D2、生成近端信號向量Di(n),Di(n) = [(1(11),...,(1(11-11+1)]了,并計(jì)算出濾波器的誤差 向量 & (n),Ei (n) = Di (n) -Ai (n) Wi (n); D3、兩個濾波器的成比例矩陣Pi(n)由下列公式算出:
Pi(n) = [Gi(n)X(n),...,Gi(n-Mi+l)X(n-Mi+l)] 其中,Wu (n)表示第i個濾波器抽頭權(quán)值向量Wi (n)的第1個元素,gu (n)是Wu (n)的 成比例系數(shù),Gi(n)為第i個濾波器抽頭權(quán)值向量Wi(n)的成比例矩陣,I I ? I li表示1-范 數(shù),diag表示求對角矩陣,K是成比例性控制參數(shù)K G [-1,1],e是正則化參數(shù),其取值 為 0. 001 ?0. 01 ; D4、使用記憶性成比例仿射投影方法計(jì)算n+1時刻第1濾波器即快速自適應(yīng)濾波器的 抽頭權(quán)向量Wi(n+1);
訊1 (n+1) = Wi (n) + y 1 [0. 01 X I+Ai (n) Pi (n)]-屯1 (n) 其中;I表示單位矩陣,iii為快速自適應(yīng)濾波器的步長,其取值為0. 06?0. 08 ; 使用記憶性成比例符號仿射投影方法計(jì)算n+1時刻第2濾波器即低誤差自適應(yīng)濾波器 的抽頭權(quán)向量W2(n+1);
其中;sign表示符號運(yùn)算,^2為低誤差自適應(yīng)濾波器的步長,其取值為0.001? 0. 003 ; E、 濾波器的權(quán)重更新 按W下公式算出混合參數(shù)的更新值a(n+l):
其中,ya是一個常數(shù),取值為 0.002;p(n)是歸一化因子,其迭代公式為p(n+l) = 0. 9p(n) + (l-0. 9) [yi(n)-y2(n)]2; 將更新后的混合參數(shù)a(n+l)代入表達(dá)式^(" +1) = 1 + 6_1。<。+。,得到快速自適應(yīng)濾波器權(quán) 重的更新值A(chǔ) (n+1); F、 濾波器的權(quán)重限定 如果 a(n+l)<-aup,則令 a(n+l) = -Sup,Mn+1) = 0 ; 如果 a(n+l) >aup且 n 是偶數(shù),卯J令 a(n+l) =aup,Mn+1) = 1; 如果 a (n+1) > Sup且 n 是奇數(shù),令 a (n+1) = a up, ^ (n+1) = 1,"2 (n+1) =Wi (n+1); 其中,aup是一個常數(shù),其取值為4?6 ; G、 令n = n+l,重復(fù)A、B、C、D、E、F的步驟,直至通話結(jié)束。
【專利摘要】一種魯棒凸組合自適應(yīng)電話回聲消除方法,其步驟主要是:A、遠(yuǎn)端信號濾波,得到快速自適應(yīng)濾波器輸出y1(n),和低誤差濾波器輸出y2(n);B、凸組合,將兩濾波器的輸出進(jìn)行凸組合得到凸組合濾波器的輸出y(n);C、回聲抵消,近端麥克風(fēng)接受到帶回聲的近端信號d(n)減去y(n)后作為消除回聲的近端信號e(n)傳送給遠(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)通過帶符號函數(shù)的公式來進(jìn)行更新;F、濾波器的權(quán)重限定;G、令n=n+1,重復(fù)A、B、C、D、E、F的步驟,直至通話結(jié)束。該方法的收斂速度快且穩(wěn)態(tài)誤差低,能獲得較好的抗干擾能力;其回聲消除效果好,同時能夠在電話雙端通話的情況下,保持良好的工作狀態(tài)。
【IPC分類】H04M9-08
【公開號】CN104601837
【申請?zhí)枴緾N201410808979
【發(fā)明人】趙海全, 喻翌, 夏可智
【申請人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月22日