專利名稱：一種頻域自適應(yīng)回聲抵消方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，尤其涉及輸入為語音頻率等單調(diào)信號狀 況下，通過對自適應(yīng)步長因子規(guī)整，使得回聲抵消濾波器收斂的方法，屬于語音信號處理領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
在網(wǎng)絡(luò)視頻會議以及網(wǎng)絡(luò)電話中，由于揚聲器播放出來的語音被傳聲器拾取后發(fā) 送回遠端，加上網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理的各種延時的影響，使得遠端通話者聽到自己的回聲，嚴重 的影響了通話質(zhì)量。語音回聲抵消器本質(zhì)上是一個自適應(yīng)濾波器?，F(xiàn)有頻域自適應(yīng)回聲抵消方法存在 以下問題計算量大，收斂性差，在雙端同時說話情況下發(fā)散等問題?；芈暤窒年P(guān)鍵在于 頻域自適應(yīng)濾波器在語音環(huán)境復(fù)雜情況下的收斂性、整個系統(tǒng)的實現(xiàn)框架、最優(yōu)化步長選 擇以及歸一化方式的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題和缺點。本方法是一種基于歸一化最小均方誤差 (NLMS)的頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，適用于網(wǎng)絡(luò)視頻會議中的較大延遲下的回聲抵消。本 方法利用FFT技術(shù)。降低計算量；采用最優(yōu)步長的估計方法能夠在雙端說話等復(fù)雜語音情 況下實現(xiàn)了頻域自適應(yīng)濾波器的收斂，而不需要區(qū)分雙端說話以及空閑狀態(tài)；同時使用頻 域的步長規(guī)整系數(shù)為自適應(yīng)濾波器提供穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述步驟步驟一把輸入信號χ (η)進行分塊，塊大小為Μ，對分塊的信號進行FFT變換，把 信號變換到頻域，得到變換后的頻域信號Xm(k)；步驟二 對變換后的頻域信號Xm(k)進行自適應(yīng)濾波處理，得到估計信號i( )，把估 計信號i⑷與參考信號y (η)進行比較，得到誤差信號e (η)；步驟三結(jié)合輸入信號χ (η)和誤差信號e (η)，估計最優(yōu)步長，具體步驟為首先把誤差信號e (η)與估計信號變換到頻域，得到E (k)與0(k)；然后計算E (k)與M功率的互相關(guān)= 力+ ⑷A(A)和自相關(guān) 似W = 似⑷+灼㈨A⑷，其中QW為力⑷的功率，PE(k)為E(k)的功率，γ為平滑系數(shù)， UW和坳⑷取隨機數(shù)初始化；
ZW)接著計算線形回歸系數(shù)"=^7Th和回聲誤差信號的方差其中
Vim心=_k’
++ Wf ‘旦為平滑系數(shù)，句,》初始化取隨機數(shù)；計算誤差信號方差先如+ 1) = / 也(/ ) + (1-釣丨鰍)f,其中乜㈣初始化取隨機數(shù)；
最后計算最優(yōu)步長的估計=min{*，l}；步驟四利用變換后的頻域信號Xm(k)，估計優(yōu)化步長規(guī)整系數(shù) 其中‘(^Σ/ωΚ^-Ο丨2為KW丨2濾波的輸出 步驟五利用輸入信號、誤差信號、最優(yōu)步長、步長規(guī)整系數(shù)對濾波器權(quán)重^⑴進 行更新Wm+l{k) = Wm(k) + 2^f-X:(k)Em(k)。重復(fù)以上步驟，得到了以一種頻率自適應(yīng)回聲抵消的方法。


圖1是回聲抵消處理器的基本原理框2是頻域自適應(yīng)消除方法的框3是最優(yōu)步長估計的估計與規(guī)整系數(shù)的估計方法具體實施方法具體方法將參照附圖進行詳細說明。在附圖中，相同或相似的部件即使在不同的 圖中被描述，但仍由相同的標(biāo)號來表示。圖1是整個回聲抵消問題的方框圖。參照圖1，揚聲器信號x(n)，來自于網(wǎng)絡(luò)的 遠端，一方面通過揚聲器播放出來，由于室內(nèi)的回聲效應(yīng)得到了信號d(n)，由于本地有語 音1 (η)，兩個語音信號疊加后進入傳聲器，得到傳聲器信號y (η)；另一方面，自適應(yīng)濾波器 100利用揚聲器信號χ (η)、傳聲器信號y (η)，構(gòu)造一個自適應(yīng)濾波器，輸出誤差信號e (η)， 并且e(n)控制自適應(yīng)濾波器的權(quán)重矢量，使得濾波器收斂。輸出誤差信號e(n)被作為本 地語音發(fā)送到遠端。自適應(yīng)濾波器100，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。參照圖2，整個回聲抵消方法包括分塊 以及變換101、頻域濾波器102、反變換103、最優(yōu)步長估計器以及規(guī)整系數(shù)估計104與權(quán)值 更新模塊105。分塊以及變換模塊101對于輸入信號記為χ (η)進行分塊操作，把信號分為M點的 塊，取相鄰兩塊進行FFT操作，記模塊輸出的結(jié)果為Xm(k)。Xm (k) = FFT {χ (η), χ (η+1), . . . , χ (η+2Μ-1)}(1)頻域濾波器102對于輸入頻域信號Xm (k)以及濾波器權(quán)值W (k)在頻域進行濾波 處理，并且經(jīng)過反變換103實現(xiàn)了逆傅里葉變換處理，得到了濾波輸出信號么《)。i(n) = IFFT {Xm(k) * W(k), /c = 1,2,..., 2M -1}(2)由傳聲器輸入信號y(n)與反變換103的輸出相減，得到了誤差信號e (η)e(n) = y{n)-h{n)(3)
誤差信號e (η)與揚聲器信號χ (η)輸入到最優(yōu)步長估計以及規(guī)整系數(shù)估計模塊 104，估計權(quán)值更新的步長，記步長為y。pt,k，k表示頻點。則權(quán)值更新器105執(zhí)行權(quán)值更新， 采用頻域歸一化最小均方誤差形式= Wm(k) + 2^x'm(k)Em(k)(4)其中Xm*(k)表示輸入信號頻率點k的值的共軛，Em(k)為誤差信號頻率變換后的頻 率點k的值。μ opt,k為自適應(yīng)濾波器的步長，Pffl (k)功率規(guī)整因子。對于最優(yōu)步長估計器以及規(guī)整系數(shù)的估計模塊104的詳細說明，如圖3所示?？?慮的權(quán)重矢量的誤差的方差最小化得原則，理論上可以推導(dǎo)得到最優(yōu)步長取M P,.t =~(5)其中^^尉^-·^}，表示回波信號殘差的方差，包含了殘留回聲以及近端語音與噪
聲，α;2, 爿2}表示輸出信號的與估計回波的方差?？紤]實際使用，由于數(shù)選 擇最優(yōu)步長為
_2μορι,=πι η{-^,1}(6)其中σ U2可以直接從誤差信號得到，用一階平滑的估計方式+ =+(7)關(guān)鍵在于ο η2的估計。如圖3示意，假設(shè)線性關(guān)系
(8)
\—/
) 1 ) O 1
⑶α (<k=aa]k采用估計式 a為rf⑷-成 )與i( )之間的線形回歸系數(shù)。A(m)表示力如)的瞬時功率，PE(m)表示 E(m)的瞬時功率。對于規(guī)整Pm (k)，表示Pm (k) =E{|X(m) |2}，使用一階平滑進行估計?？紤]到誤差 信號能量的泄露，使用濾波器
對！X(k) I2進行濾波得到為 則最后的規(guī)整系數(shù)Pm (k) = E {max { ξ m (k)，| X (k) |2}}(13)如上所述，使用頻域自適應(yīng)濾波器，考慮的回聲抵消問題的實際情況，控制最優(yōu)的 步長以及規(guī)整系數(shù)，實現(xiàn)回聲抵消。在頻域?qū)崿F(xiàn)回聲抵消，有利于減少運算量。同時考慮使 用歸一化最小均方誤差自適應(yīng)，有利于濾波器的收斂，有利于在雙端說話時濾波器的收斂。
權(quán)利要求
一種頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，包括步驟一把輸入信號x(n)進行分塊，塊大小為M，對分塊的信號進行FFT變換，把信號變換到頻域，得到變換后的頻域信號Xm(k)；步驟二對變換后的頻域信號Xm(k)進行自適應(yīng)濾波處理，得到估計信號把估計信號與參考信號y(n)進行比較，得到誤差信號e(n)；步驟三結(jié)合輸入信號x(n)和誤差信號e(n)，估計最優(yōu)步長，具體步驟為首先把誤差信號e(n)與估計信號變換到頻域，得到E(k)與然后計算E(k)與功率的互相關(guān)和功率的自相關(guān)其中為的功率，PE(k)為E(k)的功率，γ為平滑系數(shù)，和取隨機數(shù)初始化；接著計算線形回歸系數(shù)和回聲誤差信號的方差其中β為平滑系數(shù)，初始化取隨機數(shù)；計算誤差信號方差其中初始化取隨機數(shù)；最后計算最優(yōu)步長的估計步驟四利用變換后的頻域信號Xm(k)，估計優(yōu)化步長規(guī)整系數(shù)Pm(k)＝E{max{ξm(k)，|Xm(k)|2}}，其中濾波的輸出，步驟五利用輸入信號、誤差信號、最優(yōu)步長、步長規(guī)整系數(shù)對濾波器權(quán)重Wm(k)進行更新其中Xm*(k)表示輸入信號頻率點k的值的共軛。FSA00000062336500011.tif,FSA00000062336500012.tif,FSA00000062336500013.tif,FSA00000062336500014.tif,FSA00000062336500015.tif,FSA00000062336500016.tif,FSA00000062336500017.tif,FSA00000062336500018.tif,FSA00000062336500019.tif,FSA000000623365000110.tif,FSA000000623365000111.tif,FSA000000623365000112.tif,FSA000000623365000113.tif,FSA000000623365000114.tif,FSA000000623365000115.tif,FSA000000623365000116.tif,FSA000000623365000117.tif,FSA000000623365000118.tif,FSA000000623365000119.tif,FSA000000623365000120.tif,FSA000000623365000121.tif,FSA00000062336500021.tif
2.如權(quán)利要求ι所述的頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，其特征在于所述步驟二中，自適應(yīng) 濾波采用頻域歸一化最小方差頻率自適應(yīng)濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，其特征在于所述步驟三中最優(yōu)步 長的估計使用誤差信號功率以及誤差信號與目的信號之間的相關(guān)來估計，減少對雙端說話 的判斷。
4.如權(quán)利要求1所述的頻域自適應(yīng)回聲抵消方法，其特征在于所述步驟四中優(yōu)化步 長規(guī)整系數(shù)，使用平滑技術(shù)用于防止自適應(yīng)濾波器發(fā)散。全文摘要
提供了一種頻域自適應(yīng)回聲抵消的方法，在所述方法中從揚聲器輸入信號分塊，變換到頻域，頻域濾波，然后反變換回時域，與傳聲器信號相減，得到了誤差信號，利用誤差信號進行最優(yōu)步長的估計以及規(guī)整系數(shù)的估計，從而更新濾波器的系數(shù)。以較小的計算量，實現(xiàn)了回聲抵消的功能。
文檔編號G10L19/02GK101888455SQ20101014285
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者吳文燾 申請人:熔點網(wǎng)訊(北京)科技有限公司