[發明專利]基于系數差的成比例仿射投影回聲消除方法

有效

• 申請號: 201410465261.0
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104270539A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 趙海全;鄭宗生
• 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

本發明屬于通信中的回聲消除技術領域。

背景技術

信息技術的進步正影響著人們生活的方方面面，給人類社會生活帶來了深刻的變化。作為信息技術的重要方面，通信技術得到了長足的發展，而通信過程中的回聲消除是該領域一個頗具關注度和挑戰性的熱點。聲音在封閉空間中經過多次反射會形成回聲，由于傳輸介質中阻抗不匹配也會在信號傳輸中形成回聲。通信回聲可以通過系統辨識模型來進行自適應消除：所辨識系統為回聲信道，系統辨識的輸出為回聲信號的估計，通過含回聲信號的語音信號與回聲信號的估計相減便可實現回聲的消除，這就是自適應回聲消除器的原理。

回聲信道均具有稀疏的特性，即信道(系統)的大部分系數接近于零或等于零，僅有少數系數具有較大的幅值。現有回聲消除的自適應濾波方法，主要有：NLMS(歸一化最小均方)算法，它不考慮目標沖激響應的結構，為所有的濾波器抽頭權系數分配相同的步長參數，對于小系數其使用的步長可能偏大，能夠在較少的迭代后收斂，但其辨識出的小系數精度低；對于大系數其使用的步長可能偏小，需要更多的迭代次數才能收斂；使該算法的收斂時間及辨識精度均有待提高。成比例算法為大系數分配較大的步長參數以加快大系數的收斂速度，從而加快了算法的整體收斂速度。Duttweiler首先提出了成比例的最小均方算法(PNLMS)，通過引入步長控制矩陣使得當前時刻的步長參數正比于當前時刻的濾波器抽頭權系數的絕對值，如此，較大的系數獲得了較大的步長參數，從而加快了算法的整體收斂速度。然而，PNLMS對算法的稀疏性要求比較高，當目標沖激響應不夠稀疏時，算法的收斂速度比歸一化最小均方算法(NLMS)算法還要慢。Benesty通過將濾波器抽頭權系數向量當前估計值的均值加到每個系數的步長參數，提出了改進的成比例最小均方算法(IPNLMS)。該算法在處理稀疏沖激響應時具有和PNLMS算法同樣的快速收斂性能，同時在處理非稀疏的沖激響應時其收斂速度不至于惡化到比NLMS算法更慢的程度。

在處理相關輸入信號(比如語音信號)時，仿射投影算法(APA)具有比NLMS算法更快的收斂速度。APA算法可以看作為NLMS算法在時域的擴展。每一次迭代中，NLMS算法僅使用當前輸入信號向量，而APA算法使用最近的的P個輸入信號向量，對輸入信號向量進行了解相關(或稱為“白化”)，部分地消除了輸入信號自相關矩陣特征值擴散對算法收斂速度的影響，所以APA算法的收斂速度比NLMS算法要快。其計算復雜度與投影階數P相關，而一般應用中使用較小的投影階數即可以獲得滿意的結果。正因為如此，APA算法及其多種改進算法在回聲消除中得到了廣泛的應用。

與傳統的NLMS算法一樣，APA算法在處理稀疏沖激響應時其收斂速度也相應變慢。為了加快算法收斂速度，有學者通過將成比例思想引入APA算法提出了成比例仿射投影算法。在目前的回聲消除應用中，性能較好的該類算法有以下兩種：

(1)成比例仿射投影回聲消除方法

參考文獻“Double-talk?robust?fast?converging?algorithms?for?network?echo?cancellation”(T.S.L.Gay,M.M.Sondhi,and?J.Benesty,IEEE?Trans.Speech,Audio?Process,vol.8,no.6,pp.656–663,Nov.2000.)該方法是將PNLMS算法中的成比例思想直接引入APA算法得到的，該算法稱為成比例仿射投影算法(PAPA)。同PNLMS算法一樣，PAPA算法能夠為大系數分配較大的步長，從而加快算法整體收斂速度，然而，當目標沖激響應不夠稀疏時，而步長控制矩陣任然按濾波器抽頭權系數的絕對值分配步長參數，大系數獲得的步長過大使得收斂速度變慢、穩態誤差增大，算法性能惡化。算法的收斂速度比APA算法還要慢。

(2)改進的成比例仿射投影回聲消除方法