專利名稱：一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法。
背景技術(shù)：
自適應(yīng)濾波器可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如系統(tǒng)辨識、信道均衡、回聲消除、波束形成等。在不知道環(huán)境任何先驗(yàn)知識的情況下，一般構(gòu)建自適應(yīng)濾波器的方法是先將初始的濾波器系數(shù)設(shè)置為任意條件，然后一步一步地根據(jù)輸入信號和期望信號更新濾波器系數(shù)， 以得到最優(yōu)濾波器系數(shù)設(shè)置。由于實(shí)現(xiàn)的簡單性和魯棒性，構(gòu)建自適應(yīng)濾波器時常采用最小均方(Least mean square, LMS)算法更新濾波器系數(shù)。但是，采用LMS算法更行濾波器系數(shù)會產(chǎn)生收斂速度慢的問題，在有色輸入下，例如語音信號，尤其當(dāng)待構(gòu)建的自適應(yīng)濾波器的階數(shù)很長時，則需要更高的計(jì)算開銷。提高收斂速度和降低計(jì)算開銷的一個好方法是構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器，將輸入信號分解成多個子帶信號，在各個子帶上分別進(jìn)行自適應(yīng)濾波，這樣就可以把輸入的有色信號白化，提高收斂速度?，F(xiàn)有構(gòu)建的多相分解子帶自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過濾波器組對輸入信號進(jìn)行N’倍的子帶分解，把有色的輸入信號按頻帶進(jìn)行分割，相當(dāng)于對輸入信號進(jìn)行了白化，可以減小輸入信號的相關(guān)性、提高自適應(yīng)算法的收斂性。并且，對輸入信號進(jìn)行N’倍抽取，可以降低子帶的數(shù)據(jù)速率，從而降低更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)時的計(jì)算開銷。另外，通過對待構(gòu)建的自適應(yīng)濾波器多相分解，可以降低自適應(yīng)濾波器的階數(shù)、提高收斂速度；對于有限沖激響應(yīng)，還可以保持完全重建任意階的有限脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response, FIR)系統(tǒng)?？傊?，相比于全帶結(jié)構(gòu)，多相分解的子帶自適應(yīng)濾波器具有潛在的快收斂性。但是，由于這種結(jié)構(gòu)的子帶自適應(yīng)濾波器僅對子帶進(jìn)行了一級分解，為了獲得更快的收斂速度，則子帶數(shù)就需要增多，濾波器組中的濾波器長度也要相應(yīng)地增長。這樣，子帶分解所需要的計(jì)算開銷也就大大增加了，這就需要在計(jì)算復(fù)雜性與收斂速度兩者中進(jìn)行折中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的旨在解決現(xiàn)有構(gòu)建多相分解的子帶自適應(yīng)濾波器需要在計(jì)算復(fù)雜性與收斂速度兩者中進(jìn)行折衷的問題，提供一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法，能夠進(jìn)一步提高收斂速度、降低計(jì)算復(fù)雜性。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法，包括下述步驟將輸入信號進(jìn)行兩級分解和自適應(yīng)濾波；將期望信號進(jìn)行兩級子帶分解；根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法，能夠進(jìn)一步提高收斂速度、降低計(jì)算復(fù)雜性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的多相分解的子帶自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的對輸入信號進(jìn)行兩級子帶分解和自適應(yīng)濾波的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的對期望信號的兩級子帶分解的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)辨識的整個模型框圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下在步驟S201中，將輸入信號進(jìn)行兩級分解和自適應(yīng)濾波；在步驟S202中，將期望信號進(jìn)行兩級子帶分解；在步驟S203中，根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，采用圖3所示的結(jié)構(gòu)對輸入信號進(jìn)行兩級子帶分解和自適應(yīng)濾波。具體地，步驟S201包括步驟S2011，將輸入信號進(jìn)行N倍的第一級子帶分解和N倍抽取；步驟S2012，分別將得到的第一級子帶信號進(jìn)行M倍的第二級子帶分解；步驟S2013，分別對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波和M倍抽取，得到第二級輸出信號。對應(yīng)地，采用圖4所示的結(jié)構(gòu)對期望信號進(jìn)行兩級子帶分解，第一級為N倍，第二級為M倍，可以得到N*M個子帶期望信號。步驟S202即為對期望信號進(jìn)行N倍和M倍的兩級子帶分解。進(jìn)一步，在步驟S203中，根據(jù)當(dāng)前對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及步驟S2013中得到的各第二級輸出信號與對應(yīng)的步驟S202中得到的兩級分解后的第二級期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。下面，對應(yīng)圖3、4，對本發(fā)明提供的構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法的過程進(jìn)行說明。
在步驟S2011中，先將輸入信號u(n)依次通過第一級N通道濾波器組Htl(Z)、
H1(Z)........Hm(Z)的濾波，并進(jìn)行一個時間單位ζ—1的延時；接著，分別對得到的第一級
子帶信號進(jìn)行N倍抽取。在步驟S2012中，將進(jìn)行N倍抽取后的第一級子帶信號分別通過第
二級M通道濾波器組H' q(z)、H' Jz)........H' H(Z)的濾波，可以得到NXNXM個第
二級子帶信號 x0,0(k) >xoa (k).......x0,N-i (k) >xlj0(k) JlllGO.......X1,(k).......χ·,
N_i(k)，也即NXNXM個自適應(yīng)濾波器的輸入信號失量。在步驟S2013中，分別將各第二
級子帶信號通過自適應(yīng)濾波器組Wtl (k)、W1 (k)........Wh (k)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，得到第二
級子帶輸出信號；再將各第二級子帶輸出信號進(jìn)行M倍抽取，得到第二級輸出信號yci(k)、
Y1 (k)........y^OO。在步驟S202中，采用圖4所示的結(jié)構(gòu)對期望信號d (η)進(jìn)行兩級子
帶分解先將期望信號d (η)依次通過第一級N通道濾波器組H。(ζ)、H1 (ζ)........Hn^1 (Ζ)
的濾波，再進(jìn)行N被抽?。唤又?，再將得到的第一級期望信號通過第二級M通道濾波器組
H' Jz)、H' Jz)........H' H(Z)的濾波，再進(jìn)行M被抽取，得到兩級分解后的第二級期
望信號 dQ (k)、屯(k)........Clffl^1 (k)。將各第二級輸出信作號 yQ (k)、yi (k)........Ynm^1 (k)
與對應(yīng)的第二級期望信號dQ (k)、Cl1 (k)........(U1 (k)的差值％ (k)、ei (k)........
e^ (k)作為誤差信號。根據(jù)當(dāng)前時刻，即k時刻，進(jìn)行自適應(yīng)濾波的自適應(yīng)濾波器組的濾波
調(diào)整系數(shù)W。(k)、W1 (k)........Wn^1 (k)，以及得到的誤差信號％ (k)、ei (k)........e^ (k)
更新下一時刻，即k+Ι時刻，進(jìn)行自適應(yīng)濾波的自適應(yīng)濾波器組的的濾波調(diào)整系數(shù)Wtl(k+1)、
W1 (k+1)........wN_! (k+1) ο這里，兩級濾波器組H。(ζ)、H1 (ζ)........Hm(Z)和 H'。(ζ)、Η' “ζ)........
H' ^1(Z)均使用能夠滿足完全重建條件的性能較好的余弦調(diào)制濾波器組。在上面的參數(shù)表示中，η表示輸入信號的數(shù)據(jù)速率，k表示各子帶對應(yīng)的輸入信號和輸出信號的數(shù)據(jù)速率，k =η/Ν。具體地，上面對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的自適應(yīng)濾波器組Wtl (k)、
W1 (k)........Wn^1 (k)是相當(dāng)于把一個全帶濾波器W(Z)多相分解為N個子帶濾波器得到
的，對全帶濾波器W(Z)進(jìn)行N相分解是按下式進(jìn)行的各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波后得到的第二級輸出信號yi(k)為其中，i = 0，1，…，NM-I，上標(biāo)T表示對自適應(yīng)濾波調(diào)整系數(shù)矩陣wj (k)求轉(zhuǎn)置。子帶誤差信號ei(k)為

在本發(fā)明實(shí)施例中，基于最小化干擾原理，計(jì)算自適應(yīng)濾波器的濾波調(diào)整系數(shù)的更新算法。最小化干擾原理是在兩次迭代時，在滿足期望信號約束時，保證總的自適應(yīng)濾波調(diào)整系數(shù)的變化量f最小。這里，總的自適應(yīng)濾波調(diào)整系數(shù)的變化量f定義為約束條件為
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟將輸入信號進(jìn)行兩級分解和自適應(yīng)濾波；將期望信號進(jìn)行兩級子帶分解；根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將輸入信號進(jìn)行兩級分解和自適應(yīng)濾波的步驟包括將輸入信號進(jìn)行N倍的第一級子帶分解和N倍抽??；分別將得到的第一級子帶信號進(jìn)行M倍的第二級子帶分解；分別對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波和M倍抽取，得到第二級輸出信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將期望信號進(jìn)行兩級子帶分解的步驟具體為對期望信號進(jìn)行N倍和M倍的兩級子帶分解。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)的步驟具體為根據(jù)當(dāng)前對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的各第二級輸出信號與對應(yīng)的兩級分解后的第二級期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前對各第二級子帶信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的各第二級輸出信號與對應(yīng)的兩級分解后的第二級期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)時，采用下式更新濾波調(diào)整系數(shù)
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述μ取(0，2)之間的任一值。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，采用余弦調(diào)制濾波器組對輸入信號進(jìn)行兩級分解。
全文摘要
本發(fā)明適用于信號處理領(lǐng)域，提供了一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器方法，所述方法包括將輸入信號進(jìn)行兩級分解和自適應(yīng)濾波；將期望信號進(jìn)行兩級子帶分解；根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前對輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，以及得到的自適應(yīng)濾波后輸出信號與兩級分解后的期望信號的差值更新下一時刻進(jìn)行自適應(yīng)濾波的濾波調(diào)整系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種構(gòu)建子帶自適應(yīng)濾波器的方法，能夠進(jìn)一步提高收斂速度、降低計(jì)算復(fù)雜性。
文檔編號H03H21/00GK102281045SQ201110096158
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者凌均躍, 王暉, 謝寧 申請人:深圳大學(xué)