一種改進的凸組合解相關成比例自適應回聲消除方法
【專利摘要】一種改進的凸組合解相關成比例自適應回聲消除方法，其步驟是：A.遠端信號濾波，遠端信號的離散值構成凸組合自適應回聲消除濾波器的輸入向量X(n)，對輸入向量濾波后得到大步長濾波值y1(n)和小步長濾波值y2(n)；B.輸入向量X(n)的解相關運算，用解相關運算的結果作為凸組合自適應回聲濾波器的權系數更新方向向量Z(n)；C.凸組合，將大小步長濾波值y1(n)和y2(n)通過權重λ(n)進行凸組合得到組合濾波值y(n)；D.回聲抵消，將帶回聲的近端信號d(n)與組合濾波值y(n)相減后再回送給遠端；E.濾波器抽頭權系數更新；F.濾波器的權重更新；G.濾波器的權重限定；H.令n＝n+1,重復A、B、C、D、E、F、G的步驟直至通話結束。該方法能獲得快的收斂速度和低的穩態誤差，且具有較好的抗干擾能力。
【專利說明】一種改進的凸組合解相關成比例自適應回聲消除方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于電話通信的自適應回聲消除【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在使用有線、無線、網絡等通信設備時，使用者偶爾會在接收端聽到自己的語音， 該現象稱為回聲現象。例如，在召開多人網絡音頻會議或用戶使用通信設備的免提功能時， 常常產生聲學回聲，其產生原理是，通話者的語音信號被麥克風拾取后，傳送到近端通過揚 聲器放大后輸出。在近端房間產生回聲，回聲信號由近端麥克風拾取，傳送回遠端輸出，通 話者因此聽到自己的聲音。在極端條件下，當回聲信號增益過大形成正反饋時，將導致刺耳 的嘯叫，使通信無法進行。因此必須在通訊設備集成聲學回聲消除器（AEC)以抑制回聲，提 高通信質量。目前，語音業務仍然是最主要的通信方式，但回聲現象嚴重影響通信系統的舒 適性，降低通信質量。因此，獲得更高信噪比、更高質量的語音信號一直是工業界、學術界不 懈追求的目標。近些年來，研宄人員提出了各種各樣的回聲消除技術。大多數聲學回聲消 除技術都存在諸多弊端，有的對用戶進行了限制，有的成本很高，有的降低了通話質量。總 之，各自的弊端使得它們一直難以推廣應用。因此，自適應回聲消除是目前國際上的主流技 術，也是自適應信號處理最活躍的研宄領域之一。自適應濾波器可以根據環境的變化調整 自適應濾波器參數，能較好辨識出回聲信道脈沖響應，得到回聲的估計值，再從麥克風接收 到的語音信號中減去該估計值，從而達到消除回聲的目的。自適應回聲消除技術可簡化為 自適應理論中的系統辨識問題。
[0003] 回聲以延時效應為主，表現在回聲路徑則為稀疏性。即回聲路徑大部分系數幅值 為零或極小值。回聲路徑真正產生回聲能量的大幅值系數稱為活躍系數。活躍系數在時域 集聚，數量只占回聲路徑系數總量極少一部分。但回聲消除應用具有自身的特點和難點，例 如：回聲信道的脈沖響應是階數高、稀疏以及時變的。在這種情況下，傳統的自適應算法，如 最小均方算法（LMS)，歸一化最小均方算法（NLMS)的收斂速度會出現明顯下降。針對此種 情況，引入系數比例自適應算法有效地提高了算法的收斂速度。在目前的稀疏系統辨識的 應用中，較成熟的方法有以下兩種：
[0004] (1)基于去相關歸一化最小均方算法〇>NLMS)的自適應回聲抵消
[0005] 參考文獻1 "基于去相關NLMS算法的自適應回波抵消"（王振力，張雄偉，楊吉斌， 韓彥明，應用科學學報[J].2006,24(l) :21-24)該方法是在歸一化最小均方算法的基礎 上，從語音信號相關性的角度出發而提出的，通過把解相關加入歸一化最小均方算法中，即 克服了最小均方算法及其各種改進算法運算精度不高的缺點，又保證了收斂的速度，而其 計算量與歸一化最小均方算法相當，易于實現。但其在處理回聲路徑時則表現出收斂速度 慢，效果仍不理想。
[0006] (2)改進的成比例歸一化最小均方（IPNLMS)
[0007]參考文獻 2"AnimprovedPNLMSAlgorithm"（J.Benesty,IEEEInternational ConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessing(ICASSP),vol. 2,pp. 1881 - 1884,May. 2002)該方法核心思想是自適應濾波器的每一個抽頭參數按照不同的步長進行 更新。該算法利用1-范數來計算權值的成比例因子，對于稀疏路徑的情況普遍優于成比例 歸一化最小均方（PNLMS)算法，初始收斂速度較也有一定提高。但是該算法在處理相關信 號（比如，語音信號）時仍然表現出收斂速度緩慢的缺陷。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的就是提供一種改進的凸組合解相關成比例的自適應電話回聲消除 方法。該方法一方面能獲得快的收斂速度和低的穩態誤差，另一方面能獲得較好的抗干擾 能力。
[0009] 本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種改進的凸組合解相關成比例自 適應回聲消除方法，其步驟如下：
[0010] A、遠端信號濾波
[0011] A1、將遠端傳來的信號采樣得到遠端信號的當前時刻n的離散值x(n)，遠端信號 離散值x(n)在n-L+1到n時刻的值構成當前時刻n的凸組合自適應回聲消除濾波器輸入 向量X(n)，即X(n) =[x(n)，. ..，x(n-L+1) ]T，其中，L= 512是濾波器抽頭數，上標T代表 轉置運算；
[0012] A2、將濾波器輸入向量X(n)通過凸組合自適應回聲消除濾波器濾波后分別得到 大步長濾波值y: (n)，yi(n) =W/ (n)X(n)和小步長濾波值y2 (n)，y2 (n) =W2 (n)TX(n);其中， Wjn) *W2(n)分別為當前時刻n的凸組合自適應回聲消除濾波器中的大步長濾波器和小 步長濾波器的抽頭權系數，其初始值為零；
[0013] B、濾波器輸入向量X(n)的解相關運算
[0014] 計算當前時刻的自適應濾波器輸入向量X(n)與前一時刻的自適應濾波器輸入向
【權利要求】
1. 一種改進的凸組合解相關成比例自適應回聲消除方法，其步驟如下： A、 遠端信號濾波 A1、將遠端傳來的信號采樣得到遠端信號的當前時刻n的離散值X(n)，遠端信號離散 值x(n)在n-L+1到n時刻的值構成當前時刻n的凸組合自適應回聲消除濾波器輸入向量 X(n)，即X(n) =[X(n)，. ..，X(n-L+1) ]T，其中，L= 512是濾波器抽頭數，上標T代表轉置 運算； A2、將濾波器輸入向量X(n)通過凸組合自適應回聲消除濾波器濾波后分別得到大步 長濾波值丫^ ,Y1(Ii) =W1T(IOxOi)和小步長濾波值72〇1)，72(11) =W2 (n)1X(n);其中，W1(II) 和W2(n)分別為當前時刻n的凸組合自適應回聲消除濾波器中的大步長濾波器和小步長濾 波器的抽頭權系數，其初始值為零； B、 濾波器輸入向量X(n)的解相關運算 計算當前時刻的自適應濾波器輸入向量X(n)與前一時刻的自適應濾波器輸入向量
再計算凸組合自適應回聲消除濾波器的權系數更新方向向量Z(n)，Z(n) =X(n)-C(n)X(n-l)； C、 凸組合 將大步長濾波值丫^!!)和小步長濾波值72(11)通過權重X(n)進行凸組合得到組合濾 波值y(n)，y(n)=入（n)Y1 (n) + (1-入（n))y2 (n) 將大步長濾波器抽頭權系數W1(Ii)和小步長濾波器抽頭權系數W2 (n)進行凸組合得到 組合濾波器抽頭權系數W(n)，W(n) = + 式中Mn)為大步長濾
〇 ； D、 回聲抵消 將近端麥克風拾取到當前時刻帶回聲的近端信號d(n)與組合濾波值y(n)相減后的誤 差作為消除回聲后的總殘差信號e(n)，即e(n) =d(n)-y(n)，并送回給遠端； E、 濾波器抽頭權系數更新 El、計算成比例矩陣 計算成比例大步長矩陣G1Oi):
G2 (n) =diag{g2, ！（n)，g2,2(n) ? ? ?，g2,L(n)} 其中，gu(n)和g2,i(n)分別表示大步長成比例矩陣和小步長成比例矩陣中的第1個元 素，I卜IIi表示1-范數，0是成比例性控制參數0e[-1，1]，e是成比例矩陣的正則化 參數，其取值為0.001?0.01 ;w1;Jn)和W2a(Ii)分別表示大步長濾波器抽頭系數W1(Ii)和 小步長濾波器抽頭系數W2 (n)中第1個元素的值，1 = 1，2,...，L; E2、組合濾波器抽頭權系數的更新 將近端信號d(n)分別與大步長濾波值yi(n)和小步長濾波值72(11)相減，分別得到大 步長誤差信號ei(n)和小步長誤差信號e2(n): G1 (n) =d(n) -Y1 (n),e2 (n) =d(n) -y2 (n)； 如果混合參數a(n)大于等于閾值〇，則n+1時刻的大步長濾波器的抽頭系數Wjn+1) 和小步長濾波器的抽頭系數W2 (n+1)分別為：
如果混合參數a(n)小于閾值〇，則n+1時刻的大步長濾波器的抽頭系數Wjn+1)和小 步長濾波器的抽頭系數W2 (n+1)分別為：
其中：閾值〇的取值范圍為3?5; ~為大步長濾波器的步長，其取值為0.20?0.85; 42為小步長濾波器的步長，其取值為0. 020?0. 085 ;S為濾波器抽頭權系數的正則化參 數，其取值為0.001?0.01 ; F、 濾波器的權重更新 計算出混合參數在n+1時刻的更新值a(n+l): a(n+1) =a(n) +y^入（n) (1-入（n))e(n)G1 (n) -y2 (n)) 其中，Ua是一個常數，取值為0.58;
G、 濾波器的權重限定 如果n+1時刻的混合參數a(n+l)小于閾值〇的負值，即a(n+l) <-〇，則令a(n+l) =-〇,A, (n+1) = 0 ； 如果n+1時刻的混合參數a(n+l)大于閾值〇，即a(n+l) > 〇，則令a(n+l) = 〇， 入（n+1) = 1 ; H、 令n=n+l，重復八、8、(：、03、？、6的步驟，直至通話結束。
【文檔編號】H04M9/08GK104506746SQ201510028006
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月20日 優先權日:2015年1月20日
【發明者】趙海全, 董銀霞 申請人:西南交通大學