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一種用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法與流程

文檔序號:12476022閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:包括以下步驟:

獲取遠(yuǎn)端語音信號;

然后檢測語音端點(diǎn),采用語音活性檢測中的包絡(luò)法來判別有無語音段,并獲得VAD標(biāo)志位和包絡(luò)判決閾值;

將語音信號送入揚(yáng)聲器并進(jìn)行播放,同背景噪聲和回聲信號一起被話筒拾取,共同構(gòu)成期望信號,所述期望信號用于自適應(yīng)濾波器的參考信號,同時將語音信號輸入到自適應(yīng)濾波器;

所述自適應(yīng)濾波器采用可切換的多帶結(jié)構(gòu),所述多帶結(jié)構(gòu)設(shè)置有若干采用不同自適應(yīng)濾波器的子帶結(jié)構(gòu);根據(jù)當(dāng)前輸入信號的能量值和包絡(luò)判決閥值確定多帶結(jié)構(gòu)中相應(yīng)子帶結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)算法,利用最小均方準(zhǔn)則,得到最優(yōu)解;

通過相應(yīng)子帶結(jié)構(gòu)中的自適應(yīng)濾波器輸出信號;

并將輸出信號與期望信號進(jìn)行比較得到誤差信號;

輸出誤差信號并反饋到自適應(yīng)濾波器中;

輸出殘差信號,并傳向遠(yuǎn)端。

2.如權(quán)利要求1所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述VAD標(biāo)志位采用快慢包絡(luò)算法來區(qū)分有無語音段,并輸出VAD的標(biāo)志位,具體步驟如下:

輸入語音信號經(jīng)過絕對值運(yùn)算獲得信號絕對值,接著經(jīng)過慢包絡(luò)模塊和快包絡(luò)模塊,兩模塊均采用一階IIR濾波器來平滑輸入信號,但用不同的變量因子來調(diào)節(jié)包絡(luò)信號跟蹤輸入信號的速度,然后輸出快、慢包絡(luò)值,用以跟蹤輸入語音信號的變化趨勢;

對比慢包絡(luò)值、快包絡(luò)值和背景參數(shù),首先比較慢包絡(luò)和背景參數(shù)值,選擇高于背景噪聲能量的值作為背景參數(shù),平滑濾波用來估計(jì)背景噪聲,然后選取背景參數(shù)值與快包絡(luò)值比較,當(dāng)快包絡(luò)值大時,表明當(dāng)前在語音區(qū)內(nèi),輸出VAD的標(biāo)志位1,反之則是無語音區(qū),輸出標(biāo)志位0,根據(jù)當(dāng)前的VAD值即知道當(dāng)前的語音狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求1所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述改進(jìn)的包絡(luò)判決閾值按照以下步驟來進(jìn)行:

首先利用得到的快包絡(luò)和慢包絡(luò)值進(jìn)行差值運(yùn)算,得到快慢包絡(luò)的差值曲線,然后通過能量計(jì)算得到最大能量差的幅值,作為閥值來切換子帶結(jié)構(gòu)中的濾波器的系數(shù);若輸入信號的能量大于閥值則表示當(dāng)前信號短時能量較大,則提高收斂速度;若輸入信號的能量小于包絡(luò)差值能量,則表示當(dāng)前信號的短時能量較小,則降低計(jì)算復(fù)雜度。

4.如權(quán)利要求1所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述子帶結(jié)構(gòu)中的自適應(yīng)濾波器采用基于最小干擾準(zhǔn)則的歸一化子帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波算法,按照以下步驟進(jìn)行:

首先以期望信號和濾波器輸出信號的最小均方誤差為代價函數(shù),然后用負(fù)梯度最陡下降算法對代價函數(shù)中的權(quán)系數(shù)矢量求偏導(dǎo),利用拉格朗日乘子獲得最優(yōu)解模型,最后,做歸一化處理,得到相應(yīng)權(quán)系數(shù)更新公式,其中,所述權(quán)系數(shù)包括用于調(diào)整誤差和收斂速度的步長參數(shù)和避免分母為零的正則化參數(shù)。

5.如權(quán)利要求1所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述多帶結(jié)構(gòu)的歸一化子帶結(jié)構(gòu)中自適應(yīng)濾波器,按照以下步驟進(jìn)行處理數(shù)據(jù):

約束權(quán)重系數(shù)向量來最小化子帶結(jié)構(gòu)輸出后驗(yàn)誤差向量的一階范數(shù),然后通過拉格朗日乘數(shù)法和對角線假設(shè)來解決最優(yōu)化問題,最后用梯度下降法得到權(quán)重更新;如果存在干擾噪聲,則將后驗(yàn)誤差的能量最小化作為最佳步長的求解,采用變步長矩陣歸一化子帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)算法。

6.如權(quán)利要求5所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述子帶自適應(yīng)濾波算法采用基于最大相關(guān)熵算法,具體按照以下步驟進(jìn)行:

首先以期望信號和濾波器輸出信號的均方誤差的負(fù)指數(shù)函數(shù)為代價函數(shù),然后用負(fù)梯度最陡下降算法對代價函數(shù)中的權(quán)系數(shù)矢量求偏導(dǎo),利用拉格朗日乘子獲得最優(yōu)解模型,最后,做歸一化處理,得到相應(yīng)權(quán)系數(shù)更新公式,其中,所述權(quán)系數(shù)包括用于調(diào)整誤差和收斂速度的步長參數(shù)和避免分母為零的正則化參數(shù)。

7.如權(quán)利要求1所述的用于聲學(xué)回聲消除的多帶結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器切換方法,其特征在于:所述可切換的多帶結(jié)構(gòu)按照以下步驟進(jìn)行工作:

輸入信號和期望信號經(jīng)過分析濾波器,所述分析濾波器包括一個低通濾波器、一個高通濾波器以及多個帶通濾波器構(gòu)成,且所述各濾波器間無重疊,覆蓋全部區(qū)域,所述輸入信號被分析濾波器組分割成多個頻率子帶,并生成相應(yīng)的子帶信號和子帶期望信號;

經(jīng)過濾波器分頻后的采樣點(diǎn)數(shù)為原信號的多倍,利用下采樣降低總的采樣數(shù),下采樣是將信號頻率進(jìn)行多倍擴(kuò)展,并以2π為周期延拓,生成信號的頻譜;

最后,采樣信號通過與閥值比較,若輸入信號的能量大于閥值則表示當(dāng)前信號短時能量較大,則提高收斂速度;若輸入信號的能量小于包絡(luò)差值能量,則表示當(dāng)前信號的短時能量較小,則降低計(jì)算復(fù)雜度。

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