[發明專利]一種低復雜度的電話回聲自適應消除方法

有效

• 申請號: 201310285570.5
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103369162A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 趙海全;蘆璐
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04M9/08
• 分類號: H04M9/08
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明屬于電話通信的自適應回聲對消技術領域。

背景技術

隨著近年來技術的進步，通信技術日益發展，各種新興通信層出不窮，但最主要的通信方式仍然是語音通信，用戶也越來越關心語音通信質量。聲學回聲是影響語音通話質量的最主要因素。通信過程中的聲學回聲是指用戶在通信過程中反復聽到自己的聲音，分為直接回聲和間接回聲，直接回聲是指由揚聲器發出的聲音未經任何反射直接進入麥克風。這種回聲的延時是最短的，同遠端說話者的語音能量，揚聲器與麥克風之間的距離、角度，揚聲器的播放音量，麥克風拾取靈敏度等因素相關，而間接回聲是指由揚聲器播出的聲音經過不同的路徑(如房屋或房屋內的任何物體)的一次或多次反射后進入麥克風所產生的回聲的集合，房屋內的任何物體任何變動都會改變回聲的通道，因此，這種回聲是多路徑的、時變的。產生聲學回聲的原因是由于揚聲器、麥克風之間存在一定的空間距離，揚聲器發出的聲音在被受話方聽到的同時，也通過多種路徑被麥克風拾取到并傳回講話者。而人耳又對于回聲及其敏感，在通信過程中延遲10ms的回聲都能被人耳捕捉感知到，超過32ms的回聲就會對通信造成極大的干擾。以免提電話系統為例，該系統應當配備有聲學回聲消除器(Acoustic?Echo?Cancellation)，簡稱AEC。免提電話的揚聲器和麥克風之間的空間距離導致來自揚聲器的一部分信號會經過房間內壁的多重反射進入麥克風而產生聲學回聲，這部分信號所傳輸的路徑就是聲學回聲信道，可用房間脈沖響應描述。回聲消除就是將辨識出的回聲路徑的回聲信號與信道中的信號相減以抵消掉回聲。因此，回聲消除的效果主要取決于回聲辨識的性能。由于回聲干擾存在延遲、時變、多路徑等特性，這些對于回聲辨識都造成了很大的困難，傳統方法難以取得很好的效果。自適應濾波器可以利用自適應算法根據環境的改變而改變濾波器參數和結構，依照其規定的更新準則調整自適應濾波器參數，就能較好辨識出回聲。其中，LMS（最小均方）濾波器。其結構簡單、易于實現，已得到國內外研究者的廣泛關注。基于LMS濾波器的系統辨識原理是：利用最陡梯度法來尋找濾波器抽頭權向量w(n)，使得濾波器代價函數J(n)=|e(n)|²最小，系統的輸入信號為x(n)，d(n)為參考信號，y(n)為LMS濾波器實際輸出，通過使d(n)與y(n)的誤差最小，使得自適應濾波器算法的輸出盡可能逼近未知系統的輸出，當濾波器收斂后，認為兩者的傳輸特性基本一致時，即未知系統得到辨識，回聲得到消除。基于LMS算法的系統辨識問題公式如下：

濾波器輸出：y(n)=w(n)^Hx(n)??（1）

輸出誤差：e(n)=d(n)-y(n)??（2）

權系數更新：w(n+1)=w(n)+μe(n)x(n)??（3）

其中：1）w(n)為n時刻的濾波器抽頭權向量。2）μ被稱作步長因子，它與最終性能直接相關，μ過大收斂速度快穩態誤差大；μ過小收斂速度慢穩態誤差小。

LMS濾波算法雖然具有簡單的顯著特點，但是其存在著收斂速度與穩態誤差的固有矛盾，為了有效解決這一問題，采用兩個LMS濾波器進行凸組合是一種不錯的選擇。同時針對稀疏的未知系統進行辨識，加入成比例基于l₁范數的IPNLMS算法進一步加快凸組合LMS濾波器的收斂速度。所謂稀疏系統，就是指沖擊響應大部分系數為0的系統，長度可達數百個符號，可是只有很少的有效因子（非零系數）。由于一般的系統辨識方法沒有針對稀疏系統的約束，所以這些算法在正對稀疏系統辨識時沒有特別的優勢。加入成比例基于l₁范數的IPNLMS算法到凸組合濾波器中可以改善收斂跟蹤性能，降低穩態誤差。在目前的稀疏系統辨識的應用中，較成熟的方法有以下三種：

（1）基于成比例的歸一化最小均方（PNLMS）算法的稀疏系統辨識方法