基于m估計(jì)的記憶成比例仿射投影自適應(yīng)回聲消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)回聲消除方法，屬于通信的回聲對消技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在以語音為主的通信系統(tǒng)（比如免提電話、電視電話會(huì)議系統(tǒng)等）中，語音質(zhì)量通 常會(huì)受到以聲學(xué)回聲為主的回聲影響，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量。回聲，即聲音或信號經(jīng)過延時(shí)或 形變被反射回信號源的一種現(xiàn)象，在語音通信、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信、免提電話、電話會(huì)議系 統(tǒng)等通信系統(tǒng)中，都不同程度的存在回聲現(xiàn)象。以電視電話會(huì)議為例，因?yàn)閾P(yáng)聲器和麥克風(fēng) 被置于同一空間，本地?fù)P聲器發(fā)出的遠(yuǎn)端語音被本地近端麥克風(fēng)接收并傳回遠(yuǎn)端，導(dǎo)致遠(yuǎn) 端說話者聽到自己的聲音。因此，必須采取有效的措施來抑制回聲信號，消除其影響，提高 語音通話質(zhì)量。目前，研宄人員提出了多種方法來消除回聲。在眾多回聲消除方法中，自適 應(yīng)回聲消除技術(shù)具有逐步調(diào)節(jié)性能，應(yīng)用成本低，收斂速度快，回聲殘差小，得到了研宄學(xué) 者們的一致認(rèn)可，是目前國際上公認(rèn)的最有前景的回聲消除技術(shù)，也是回聲消除目前采用 的主流技術(shù)。
[0003] 自適應(yīng)回聲消除技術(shù)的本質(zhì)是通過自適應(yīng)濾波器來估計(jì)回聲，并在近端信號中減 去回聲的估計(jì)值以消除回聲。自適應(yīng)回聲消除技術(shù)的核心是自適應(yīng)回聲消除算法。因此， 如何完善和研宄新的性能卓越的自適應(yīng)回聲消除算法是回聲消除領(lǐng)域的主要研宄方向。
[0004] 在目前的自適應(yīng)回聲消除主要是通過記憶成比例仿射投影符號回聲消除方法，見 參考文獻(xiàn) 1"Memoryimprovedproportionateaffineprojectionsignalgorithm"(F. Albu和H.K.Kwan,Electron.Lett.，vol. 48,no. 20,pp. 1279-1281，Sep. 2012.)。該方法通 過將仿射投影算法與符號算法相結(jié)合增強(qiáng)了自適應(yīng)濾波器對語音和沖擊干擾的穩(wěn)定性。其 次，引入了記憶成比例方法，不僅提高了自適應(yīng)濾波器的收斂速度而且降低了算法的計(jì)算 復(fù)雜度。然而，由于符號算法將整條殘差信號轉(zhuǎn)化為單一的正負(fù)信號，減少了殘差信號的信 息量，導(dǎo)致該算法的收斂速度較慢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的就是提供一種基于M估計(jì)（M-estimator)的記憶成比例仿射投 影自適應(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。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種基于M估計(jì)的記憶成比例仿射 投影自適應(yīng)回聲消除方法，其步驟如下：
[0007] A、遠(yuǎn)端信號采樣
[0008] 將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到在n時(shí)刻的遠(yuǎn)端信號離散值x(n)，與之前 的L-1個(gè)時(shí)刻的值構(gòu)成當(dāng)前時(shí)刻n的自適應(yīng)濾波器輸入向量X(n)，X(n) =[x(n)， x(n-1)，. ..，x(n-L+1) ]T，其中L= 512是濾波器抽頭數(shù)，T代表轉(zhuǎn)置運(yùn)算；
[0009] B、回聲估計(jì)
[0010] 將當(dāng)前時(shí)刻n的自適應(yīng)濾波器輸入向量X(n)通過自適應(yīng)濾波器得到當(dāng)前時(shí)刻n 的輸出值y(n)，也即回聲的估計(jì)值y(n)，y(n) =XT(n)w(n);其中，w(n)為當(dāng)前時(shí)刻n的自 適應(yīng)濾波器的抽頭權(quán)向量，w(n) = [w1(n)，w2(n)，...，wl(n)]T，w(n)的初始值為零向量；
[0011] C、回聲抵消
[0012] 將近端麥克風(fēng)拾取的當(dāng)前時(shí)刻n的帶回聲的近端信號d(n)，與自適應(yīng)濾波器 的當(dāng)前時(shí)刻n的輸出值y(n)相減后再回送給遠(yuǎn)端，回送信號為殘差信號e(n)，e(n)= d(n)-y(n)；
[0013] D、濾波器抽頭權(quán)向量更新
[0014] D1、計(jì)算評價(jià)函數(shù)
[0015] 由下式計(jì)算出濾波器當(dāng)前時(shí)刻n的抽頭權(quán)向量w(n)更新的評價(jià)函數(shù)$ (e(n)):
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于M估計(jì)的記憶成比例仿射投影自適應(yīng)回聲消除方法，其步驟如下： A、 遠(yuǎn)端信號米樣 將遠(yuǎn)端傳來的遠(yuǎn)端信號采樣得到在η時(shí)刻的遠(yuǎn)端信號離散值x(n)，與之前 的L-I個(gè)時(shí)刻的值構(gòu)成當(dāng)前時(shí)刻η的自適應(yīng)濾波器輸入向量X (η)，X (n) = [X (η)， χ (η-1)，. . .，χ (n-L+1) ]τ，其中L = 512是濾波器抽頭數(shù)，T代表轉(zhuǎn)置運(yùn)算； B、 回聲估計(jì) 將當(dāng)前時(shí)刻η的自適應(yīng)濾波器輸入向量X(n)通過自適應(yīng)濾波器得到當(dāng)前時(shí)刻η的輸 出值y(n)，也即回聲的估計(jì)值y(n)，y(n) = XT(n)w(n);其中，w(n)為當(dāng)前時(shí)刻η的自適應(yīng) 濾波器的抽頭權(quán)向量，w(n) = [￥1(η)，￥2(η)，···，￥?(η)]τ，￥(η)的初始值為零向量； C、 回聲抵消 將近端麥克風(fēng)拾取的當(dāng)前時(shí)刻η的帶回聲的近端信號d(n)，與自適應(yīng)濾波器的當(dāng)前時(shí) 刻η的輸出值y (η)相減后再回送給遠(yuǎn)端，回送信號為殘差信號e (n)，e (n) =d (n)-y (η); D、 濾波器抽頭權(quán)向量更新 Dl、計(jì)算評價(jià)函數(shù) 由下式計(jì)算出濾波器當(dāng)前時(shí)刻η的抽頭權(quán)向量w(n)更新的評價(jià)函數(shù)Φ (e(n)):
其中，sgn ( ·)為符號函數(shù)，ξ，Δ i，△ 2均為常數(shù)，取值分別為： . ^
. 大〇)由下式計(jì)算：
其中，med(·)函數(shù)表示取向量中間值的操作，Ae(η)= Ie2 (η)，e2 (η-1)，…，e2 (n-Nw+l)}，C 為常數(shù)，C = L 483 (1+5ANW-1))，λ 為遺忘因子，其取 值范圍為〇. 800~0. 999, Nw為估計(jì)窗大小，其取值范圍為5~15 ; D2、計(jì)算記憶成比例因子 計(jì)算成比例控制向量 G(n)，G(n) = Iig1 (n), g2(n),…g?···，gL(n)]T，其中，g? 為 第I個(gè)成比例控制因子，由下式得出：
其中，I I ^M1表示1-范數(shù)，β是成比例參數(shù)，其取值范圍為-1~1，ε是正則化參數(shù)， 其取值為0.001~0.01 ; 然后，計(jì)算用于濾波器抽頭權(quán)向量w(n)更新的記憶成比例因子Ρ(η): P (n) = [G (η) Θ X (η), P^1 (η)] 其中，Θ表示Hadamard乘積，Pjn)表示P (η-1)的前K-I列，K為仿射投影階數(shù)，K = 2~8 ; D3、濾波器抽頭權(quán)向量更新 使用基于M估計(jì)的記憶成比例仿射投影的方法，得出下一時(shí)刻n+1的自適應(yīng)濾波器的 抽頭權(quán)向量w(n+l): w (n+1) = w (η) + μ P (n) (UT (η) P (η) + δ Ικ) φ [Ε (η)] 其中，U(n)是仿射投影輸入矩陣，U(n) = [Χ(η)，Χ(η-1)，···，Χ(η-Κ+1)]，Φ[Ε(η)]= [Φ (e(n))，Φ (e(n-l))，...，Φ (e(n-K+l))]T，μ為自適應(yīng)濾波器的步長參數(shù)，其取值范圍 為O~2，δ為防止矩陣求逆計(jì)算困難的正常數(shù)，其取值為0.001~〇.〇1，I kSKXK的單 位矩陣，初始時(shí)，Φ [Ε(η)]為零向量； Ε、令n = η+l,重復(fù)B、C、D的步驟，直至通話結(jié)束。
【專利摘要】一種基于M估計(jì)的記憶成比例仿射投影自適應(yīng)回聲消除方法，其步驟如下：A、遠(yuǎn)端信號采樣；B、回聲估計(jì)，將濾波器輸入向量X(n)通過自適應(yīng)濾波器得到輸出值y(n)，也即回聲的估計(jì)值y(n)，y(n)＝XT(n)w(n)；C、回聲抵消，將近端麥克風(fēng)拾取的帶回聲的近端信號d(n)與自適應(yīng)濾波器的輸出值y(n)相減后再回送給遠(yuǎn)端，回送信號為殘差信號e(n)，e(n)＝d(n)-y(n)；D、濾波器抽頭權(quán)向量更新，使用基于M估計(jì)的記憶成比例仿射投影的方法，計(jì)算出下一時(shí)刻n+1的自適應(yīng)濾波器的抽頭權(quán)向量w(n+1)，w(n+1)＝w(n)+μP(n)(UT(n)P(n)+δIK)-1ψ[E(n)]；E、令n＝n+1,重復(fù)B、C、D的步驟,直至通話結(jié)束。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。
【IPC分類】H04M9-08
【公開號】CN104683614
【申請?zhí)枴緾N201510129992
【發(fā)明人】趙海全, 鄭宗生
【申請人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月24日