一種聲學回聲消除器啟動階段穩健的步長調整方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種聲學回聲消除器。特別是設及一種聲學回聲消除器啟動階段穩健 的步長調整方法。
【背景技術】
[0002] 隨著通信技術的不斷發展，人們對便捷交流方式的要求越來越高，各種手持電信 設備、視頻會議和VoIP軟件電話應用越來越廣。在運類通信終端中，近端語音由揚聲器傳到 遠端，由于遠端傳聲器和揚聲器之間的禪合，使得近端語音傳回本地，形成聲學回聲。聲學 回聲嚴重影響語音傳輸質量，因此聲學回聲抵消系統是不可或缺的。聲學回聲消除器 (Acoustic Echo Cancellation,AEC)是解決聲學回聲消除的最佳解決方案之一，一般的聲 學回聲消除器至少包含雙端通話檢測模塊化ouble Talk Detector，DTD)、線性回聲消除兩 個部分。圖1是一個典型的聲學回聲消除系統。
[0003] 麥克風在時刻η接收的信號為：
[0004] d(n) =y(n)+v(n)+w(n) 1.1
[0005] 式中：d(n)代表近端信號，y(n)代表遠端信號x(n)經過揚聲器播放后產生的回聲， v(n)代表近端語音信號，w(n)代表近端噪聲信號。遠端信號x(n)經過系統傳遞函數h濾波后 形成y(n)
[0010] X是遠端信號向量，N為房間沖擊響應長度，T代表矩陣的轉置。
[0011]回聲消除的目標就是設計一個自適應有限沖擊響應濾波器估計出介于麥克風與 揚聲器之間的回聲路徑&(n)，然后根據運一估計路徑得到回聲估計信號r(?)，將其從d(n) 中消除，而保留v(n)。
[0014] e(n)代表線性回聲濾波器消除后得到的誤差信號，其中，
[0015]
1,5
[0016] L為自適應濾波器長度，實際中一般L<N。一般認為，聲學回聲消除器處理的場景分 為Ξ種情況:遠端情況，只存在回聲信號而不存在近端語音信號;近端情況，不存在回聲，只 存在近端語音信號;雙端通話情況，回聲信號與近端語音信號同時存在。
[0017] 欠定模型雙端通話魯棒的變步長歸一化最小均方誤差算法(DOUBLE-TALK R0腳ST Variable Step Size Normalized Least-mean-square For Under-modeling,VSS-NLMS-UMDT)是一種新型較實用的雙端通話魯棒的回聲消除算法，與其它歸一化最小均方誤差算 法(VSS-NLMS)算法相比不需要雙端通話檢測器(DTD),就能夠在欠定和雙端通話情況下穩 定工作，對近端信號干擾不敏感，依然保持較小且穩定的穩態失調，并且在實際應用中易于 實施與控制，不需要聲學環境的任何參數，魯棒性很強。其提出的控制步長和濾波器更新方 程是
[0020]式中，μ(η)為自適應濾波器的步長，丫 ed是e(n)與d(n)之間的互相關估計，ri(n)是 濾波器的收斂性統計參數，巧、if和晏分別代表d(n)、K")和e(n)的能量期望估計，δ、ξ 均為一常數。W上參數可由式1.8和1.9得到
[002引 Ε{ ·}表示數學期望，λ是一極小正常數，標記《表示序列ρ(η)的能量估計，它可W 通過指數遞歸公式來計算，計算方法是
[0024]
1.10
[0025] 此算法雖然優勢明顯，但仍存在一些弊端。此算法在系統啟動階段，需要用較大的 步長
來更新濾波器，使其快速收斂到某一穩定狀態。若系統啟動階 段處于雙端通話情況，此時濾波器會將近端語音過濾掉，運是不被系統允許的，大大降低系 統性能;若系統啟動階段采用小控制步長
調整的話，濾波器收斂速度將會變慢。由于此算法不需要DTD模塊，所W系統自身無法判定 是處于近端抑或是遠端情況，所W不能選擇合適得步長初始化濾波器。
【發明內容】
[0026] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種在雙端通話情況不僅能保證濾波器快速 收斂到某一穩定狀態，還能在啟動階段完整保留近端語音，提高了系統性能，實用性更強的 聲學回聲消除器啟動階段穩健的步長調整方法。
[0027] 本發明所采用的技術方案是：一種聲學回聲消除器啟動階段穩健的步長調整方 法，包括如下步驟：
[002引1)確定算法參數；
[0029] 2)先驗濾波，所述的先驗濾波，包括:去除遠端信號向量X中距離η時刻最遠的數據 x(n-L)，將當前遠端信號χ(η)更新至遠端信號向量X;利用濾波器的前一狀態估計當 前回聲信號，并將估計出的當前回聲信號從當前近端信號d(n)中濾除，得到先驗誤差信號ε (η)；
[0030] 3)確定濾波器初始化步長；
[0031] 4)進行回聲消除，根據步驟3)所選取的步長，利用欠定模型雙端通話魯棒的變步 長歸一化最小均方誤差算法進行聲學回聲消除。
[0032] 步驟1)所述的算法參數包括有:包括語音采樣頻率fs，濾波器長度L，濾波器狀態 h^; <，濾波器步長μ (η)，濾波器步長極大值ymax，系統啟動時間ini tTime，遠端信號向量X， 先驗誤差信號ε(η)，后驗誤差信號e(n)，近端信號的能量期望估計巧、遠端信號的能量期望 估計駕、估計回聲信號的能量期望估計^和誤差信號的能量期望估計彩，先驗誤差信號與 近端信號之間的互相關估計丫 ed，收斂性統計參數η(η)，收斂性統計參數期望值e邱ri(n)，收 斂性統計參數期望闊值thres。
[0033] 步驟3)所述的確定濾波器初始化步長包括如下步驟：
[0034] (1)計算出先驗誤差信號與近端信號之間的互相關估計丫 ed，近端信號的能量期望 估計巧，估計回聲信號的能量期望估計駕:和誤差信號的能量期望估計冬
[0035] (2)將步驟（1)中的參數，代入收斂性統計參數ri(n)計算公式，得到收斂性統計參 數η(η)，
[0036]
1.9
[0037] (3)定義收斂性統計參數期望值expri(n)，計算公式是
[0038] θχρη(η)=λ*θχρη(η-1)+(1-λ)*η(η) 1.11
[0039] 在系統啟動時間initTime內，若e邱η(η)小于收斂性統計參數期望闊值thres，則 認為系統當前處于遠端情況，采取濾波器步長極大值ymax更新濾波器;否則對步長進行更 新。
[0040] 步驟(3)所述的對步長進行更新是采用如下公式：
[0041]
1.6
[0042] 式中，δ、ξ均為一常數。
[0043] 本發明的一種聲學回聲消除器啟動階段穩健的步長調整方法，不需要DTD模塊，在 濾波器收斂速度和系統性能之間取得折中。通過收斂性統計參數期望值在聲學回聲消除器 啟動階段選擇合適的步長調整方式，實現在遠端情況下大部分時間里選擇大步長更新濾波 器，令其快速收斂，而在其它情況下保持小步長更新，既能保留近端語音，同時也能維持濾 波器快速更新。本發明的方法在雙端通話情況不僅能保證濾波器快速收斂到某一穩定狀 態，還能在啟動階段完整保留近端語音，提高了系統性能，實用性更強。本發明解決了 VSS-NLMS-UMDT算法在啟動階段的系統容易失調的弊端，在濾波器收斂速度和系統性能之間取 得折中，增強了系統的穩定性與實用性。
【附圖說明】
[0044] 圖1是一個典型的聲學回聲消除系統結構；
[0045] 圖2a是遠端語音信號時域圖；
[0046] 圖化是近端信號時域圖；
[0047] 圖2c是近端語音信號時域圖；
[004引圖3a是VSS-NLMS處理結果；
[0049]圖 3b 是 VSS-NLMS-UMDT 處理結果；
[(K)加]圖3c是VSS-NLMS-UMDT-C沈處理結果；
[0051 ]圖4是本發明實施例的算法流程圖。
【具體實施方式】
[0052] 下面結合實施例和附圖對本發明的一種聲學回聲消除器啟動階段穩健的步長調 整方法做出詳細說明。
[0053] 本發明的一種聲學回聲消除器啟