專利名稱：使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)處理，更具體地涉及使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知可以用工作在有影響的整個(gè)頻帶上的全帶自適應(yīng)濾波器(fullbank adaptive filter)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)噪聲消除系統(tǒng)。當(dāng)干擾信號(hào)是白噪聲時(shí)，最小均方(LMS)算 法及其變形在干擾信號(hào)為白噪聲時(shí)經(jīng)常被用于使全帶濾波器具有相對(duì)低計(jì)算復(fù)雜性和足 夠的性能。然而，由于大量特征值展開和緩慢收斂，該全帶LMS解決方案因具有彩色干擾信 號(hào)而受到性能的顯著降低的損害。此外，當(dāng)增加LMS濾波器的長度時(shí)，LMS算法的收斂速度 降低并且計(jì)算要求提高。這在應(yīng)用中是有問題的，例如聲學(xué)回聲消除，其需要長自適應(yīng)濾波 器以模擬返回信道響應(yīng)和延遲。這些問題在便攜式應(yīng)用中尤其重要，其中必須保持處理能 力。因此，對(duì)于很多自適應(yīng)系統(tǒng)，子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)變成了一種令人感興趣和 可行的選擇。該SAF方法采用一個(gè)濾波器組來將全帶信號(hào)輸入分成多個(gè)頻帶，每個(gè)作為一 個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸入。這種子帶分解大大地降低了這些自適應(yīng)濾波器的更新速度和長 度，從而導(dǎo)致了更低的計(jì)算復(fù)雜性。通過臨界采樣，子帶信號(hào)通常被最大地在SAF系統(tǒng)中抽樣。這導(dǎo)致輸入信號(hào)的白 化和提高的收斂性能。例如，存在一種具有臨界采樣的SAF系統(tǒng)(在IEEE Trans. Signal processing, 1992 年 8 月出版的第 SP-40 卷，第 8 期，第 1862-1875 頁，由 A. Gilloire 和 M. Vetterli 發(fā)表的"Adaptive Filter in Subbands with Critical Sampling :Analysis, Experiments and Applications to Acoustic Echo Cancellation，，(“具有臨界米樣的子 帶自適應(yīng)濾波器對(duì)聲學(xué)回聲消除的分析、試驗(yàn)和應(yīng)用”))。然而，最大的抽樣/臨界采樣產(chǎn)生了混淆問題。混淆失真的出現(xiàn)需要在相鄰的子 帶或者間隙濾波器組(gap filterbank)之間采用自適應(yīng)交叉濾波器。帶有交叉濾波器的 系統(tǒng)收斂較慢并且具有較高的計(jì)算消耗，同時(shí)間隙濾波器組產(chǎn)生顯著的信號(hào)失真。因此期望提供一種使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)，使高速處理、 低功率消耗和高質(zhì)量變得更容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種消除或者減輕至少上述一個(gè)缺點(diǎn)的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的方 法，該方法包括步驟分析初始信號(hào)，該初始信號(hào)具有受到不期望的信號(hào)的影響的信號(hào)，和
5響應(yīng)所述不期望的信號(hào)的參考信號(hào)，以在許多子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)； 在每個(gè)子帶中使用自適應(yīng)濾波器處理頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)，包括操作至少所述頻 域參考信號(hào)以改進(jìn)每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器的收斂；和合成所述自適應(yīng)處理模塊的輸出 以輸出其中所述參考的影響已經(jīng)被消除的時(shí)域信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于分析初始信號(hào)的分析濾波器組，該初始信號(hào)具有受到不期望的信 號(hào)的影響的信號(hào)，和響應(yīng)所述不期望的信號(hào)的參考信號(hào)，以在許多子帶中產(chǎn)生頻域初始信 號(hào)和頻域參考信號(hào)；用于處理所述頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)的處理模塊，包括每個(gè)子 帶中的自適應(yīng)濾波器，和操作至少所述頻域參考信號(hào)以改進(jìn)每個(gè)自適應(yīng)濾波器的收斂的模 塊；和用于合成所述處理模塊的輸出的合成濾波器組，以輸出其中所述參考的影響已經(jīng)被 消除的時(shí)域信號(hào)。通過參考下面說明、附加的權(quán)利要求和附圖，將進(jìn)一步理解本發(fā)明的其他特征、方 面和優(yōu)點(diǎn)。


從以下結(jié)合附圖的說明中將可以進(jìn)一步理解本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖；圖4A-4C是顯示圖3的信號(hào)頻譜圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖；圖6是顯示了話音在OdB SNR白噪聲下的沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化和通過抽 樣白化三種情況的平均標(biāo)準(zhǔn)化濾波器MSE (測(cè)量的均方誤差)的曲線；圖7是顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加 強(qiáng)白化的參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣的特征值的曲線；圖8是顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加 強(qiáng)白化的MSE誤差的曲線；圖9是顯示具有不同階的仿射投影算法(APA)的MSE的曲線；圖10是顯示用于回聲消除的自適應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用的方框圖；圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的用于回聲消除的過采樣SAF系統(tǒng)的方 框圖；圖12是顯示圖11的自適應(yīng)處理模塊(APB)的第一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖13是顯示圖11的APB的第二個(gè)實(shí)施例的框圖；圖14是顯示圖11的APB的第三個(gè)實(shí)施例的框圖；圖15是顯示圖11的APB的第四個(gè)實(shí)施例的框圖；圖16是顯示擴(kuò)散噪聲(diffuse noise)的相關(guān)函數(shù)的圖；圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的框圖；圖18是顯示圖17的自適應(yīng)處理模塊(APB)和非自適應(yīng)處理模塊(NAPB)的一個(gè) 實(shí)施例的框圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的抗串音APB的框圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的示意圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的示意圖；圖22是顯示圖21的子帶處理模塊的一個(gè)例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1-3舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)系統(tǒng)。圖1_3 中的SAF系統(tǒng)10A-10C具有改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂性能的功能。通過使用過采樣加權(quán) 疊加(WOLA)濾波器組來實(shí)現(xiàn)該SAF系統(tǒng)。在美國專利第6，236，731號(hào)文件、美國專利 第 6，240, 192 號(hào)文件和由 R. Brennan 和 T. Schneider 發(fā)表在 1998 年的 Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems 的第 569-572 頁上"A Flexible FilterbankStructure for Extensive Signal Manipulations In Digital Hearing Aids”(“用于數(shù)字助聽器中的大 量信號(hào)處理的靈活的濾波器組結(jié)構(gòu)”)中描述了這種過采樣WOLA濾波器組，在此引用作為 參考?？梢允褂脭?shù)字信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種過采樣WOLA濾波器組。這種過采樣WOLA濾波器組具有用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成過采樣子帶信號(hào)的WOLA分 析濾波器組、用于使用自適應(yīng)濾波器處理過采樣子帶信號(hào)的子帶信號(hào)處理器、和用于組合 這些子帶信號(hào)的WOLA合成濾波器組。過采樣子帶信號(hào)的頻譜不是白的。當(dāng)例如使用2和 4的過采樣因子時(shí)，它們的頻譜帶寬分別限于π/2和π/4。通過比較的臨界采樣系統(tǒng)產(chǎn)生 從dc到π的整個(gè)范圍內(nèi)的子帶信號(hào)。在下面說明的SAF系統(tǒng)10A-10C中，過采樣子帶信 號(hào)被白化以提高自適應(yīng)濾波器的收斂速度。因此由子帶分解產(chǎn)生的降低的頻譜動(dòng)態(tài)的固有 好處不會(huì)由于過采樣而損失。下面詳細(xì)說明圖1中的SAF系統(tǒng)IOA0 SAF系統(tǒng)IOA具有通過頻譜加強(qiáng)在過采樣 子帶信號(hào)的頻譜范圍內(nèi)使其白化的功能，這提高了最小均方(LMS)算法的收斂速度。在SAF 系統(tǒng)IOA中，一個(gè)未知的設(shè)備P(Z) 12由一個(gè)自適應(yīng)濾波器W(Z) 14模擬。該SAF系統(tǒng)IOA包括WOLA分析濾波器組16和18，和許多子帶處理模塊。圖1中 舉例說明了用于子帶i的子帶處理模塊5Α。這個(gè)模塊包括強(qiáng)調(diào)濾波器(emphasis filter) gper (ζ) 20和22、一個(gè)LMS模塊24、一個(gè)二級(jí)的自適應(yīng)濾波器Wpre (ζ) 26和一個(gè)加法器28。該 子帶處理模塊5Α可以被用于每個(gè)子帶。WOLA分析濾波器組16接收參考信號(hào)χ (η)。WOLA分析濾波器組18接收經(jīng)由設(shè)備 P(ζ) 12的初始信號(hào)d(n)。WOLA分析濾波器組16和18將它們的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成許多過采
樣子帶信號(hào)。在WOLA分析期間，以M/0S的因子抽樣子帶信號(hào)，其中M是濾波器的數(shù)量，OS是過 采樣因子。在這個(gè)階段，子帶信號(hào)不再是全帶的了。在WOLA分析濾波器16和18的輸出 端，即圖1中的點(diǎn)1和2處，它們的帶寬是π/OS。因此，頻譜是彩色的，但是是可預(yù)知的、 不變的方式。然后強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)20和22在點(diǎn)1和2處分別放大信號(hào)的高頻部分，以 獲得幾乎白的頻譜。二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre (ζ) 26的輸入，即在點(diǎn)3處的信號(hào)被強(qiáng)調(diào)濾波器 gpre(z)20的輸出白化。 加法器28將強(qiáng)調(diào)濾波器gPre (ζ) 22的輸出和二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre (ζ) 26的輸出相 加。LMS模塊24接收強(qiáng)調(diào)濾波器gpM (ζ) 20的輸出和加法器28的輸出，并且調(diào)整二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre (ζ) 26的濾波器系數(shù)。LMS模塊24可以實(shí)現(xiàn)任何LMS算法的通用變型。典型 地，因?yàn)槠浞€(wěn)定性和低計(jì)算成本而使用泄漏(leaky)標(biāo)準(zhǔn)化LMS算法。在每個(gè)子帶中，將自 適應(yīng)濾波器Wpre(z)26的系數(shù)復(fù)制到自適應(yīng)濾波器W(z) 14中。在每個(gè)子帶中，自適應(yīng)濾波 器W(Z)采用點(diǎn)1處的未加強(qiáng)形式的子帶信號(hào)作為其輸入。SAF系統(tǒng)IOA還包括一個(gè)加法器30，其接收來自自適應(yīng)濾波器W(ζ) 14的輸出和在 點(diǎn)2處的信號(hào)，并且輸出子帶信號(hào)ei (η)。在過采樣WOLA濾波器組的合成濾波器組(圖中未示出)中將信號(hào)ei (η) (i = 0， 1，k-1)結(jié)合。在這種情況下，合成濾波器組處理沒有受到強(qiáng)調(diào)濾波器gpM(Z) 22和24 影響的信號(hào)。強(qiáng)調(diào)濾波器gp,e(z)22和24的設(shè)計(jì)取決于在WOLA濾波器組中使用的過采樣因子 OS。強(qiáng)調(diào)濾波器gpre (ζ) 20和22的濾波器增益(G)是一個(gè)取決于WOLA分析濾波器形態(tài)的 設(shè)計(jì)參數(shù)。如果給出過采樣WOLA濾波器組參數(shù)，則子帶信號(hào)的頻譜特性就被確定了，并且 一個(gè)恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)調(diào)濾波器被設(shè)計(jì)出來。這些濾波器可以被作為有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器、 無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器、或者其他濾波器類型。在兩倍過采樣的情況下，子帶頻譜的下半部具有相對(duì)高的能量并且與包含非常少 能量的頻譜的上半部相比相對(duì)平坦。在這種情況下，強(qiáng)調(diào)濾波器gpre (ζ)放大頻譜的高頻部 分。因此，該濾波工作產(chǎn)生白化的信號(hào)頻譜?？商娲?，如圖2所示，高通噪聲可能被加到帶通信號(hào)中以將其白化?，F(xiàn)在詳細(xì)說 明圖2的SAF系統(tǒng)10B。該SAF系統(tǒng)IOB包括通過添加的噪聲來白化的功能。如上所述在WOLA分析濾波器16和18中處理參考信號(hào)χ (η)和初始信號(hào)d (η)。該 SAF系統(tǒng)IOB包括一個(gè)子帶處理模塊。圖2中說明了用于子帶i的子帶處理模塊5Β。該子 帶處理模塊5B包括加法器28和32，用于估計(jì)在點(diǎn)1處的信號(hào)的平均功率G的估計(jì)模塊36， 用于混合平均功率G和來自高通噪聲源的信號(hào)a(n)的混合模塊38，LMS模塊24和二級(jí)自 適應(yīng)濾波器1(2)40。在點(diǎn)1處的信號(hào)的平均功率G被用于調(diào)制高通噪聲a(n)。加法器32 將點(diǎn)1處的信號(hào)和混合模塊38的輸出G · a(n)相加。通過將G · a(n)加到在點(diǎn)1處的信 號(hào)，二級(jí)自適應(yīng)濾波器1(2)40的輸入，即在3處的信號(hào)被白化。加法器28將在2處的信 號(hào)和二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1 (ζ) 40的輸出相加。LMS模塊24接收加法器32和34的輸出，并 且調(diào)整二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1 (ζ) 40的濾波器系數(shù)。二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1 (ζ) 40的系數(shù)被復(fù) 制到自適應(yīng)濾波器W(Z) 14。該自適應(yīng)濾波器W(Z) 14處理點(diǎn)1處的沒有通過添加噪聲處理 的信號(hào)。加法器30接收來自自適應(yīng)濾波器W(Z) 14的輸出和在2處的信號(hào)，并輸出子帶信 號(hào) ei(η)?，F(xiàn)在詳細(xì)說明圖3的SAF系統(tǒng)10C。該SAF系統(tǒng)IOC包括通過抽樣來白化的功能。如上所述在WOLA分析濾波器16和18中處理參考信號(hào)χ (η)和初始信號(hào)d (η)。該 SAF系統(tǒng)IOC包括一個(gè)子帶處理模塊。圖3中說明了用于子帶i的子帶處理模塊5C。該子 帶處理模塊5C包括抽樣模塊42和44，LMS模塊24，加法器28和二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd (ζ) 48。 得自參考輸入χ (η)和初始輸入d (η)的在點(diǎn)1和2處的子帶信號(hào)分別由通過在模塊42和 44處DEC < =OS的因子被進(jìn)一步抽樣。通過將DEC設(shè)成小于OS通常獲得最好的性能。假 設(shè)，沒有一般性的損失，該DEC被設(shè)為DEC = 0S-1。通過抽樣在點(diǎn)1處的信號(hào)，到二級(jí)自適 應(yīng)濾波器Wd (ζ) 48的輸入，即在點(diǎn)3處的信號(hào)被白化。加法器28將模塊44的輸出和二級(jí)自
8適應(yīng)濾波器Wd (ζ) 48的輸出相加。LMS模塊24接收模塊42和44的輸出，并且調(diào)整二級(jí)自 適應(yīng)濾波器Wd(z)48的濾波器系數(shù)。二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(ζ)48的濾波器系數(shù)在模塊50被 擴(kuò)大。在點(diǎn)4處被擴(kuò)大了的濾波器系數(shù)，即模塊50的輸出被復(fù)制到自適應(yīng)濾波器W(Z) 14。 該自適應(yīng)濾波器W (ζ) 14處理點(diǎn)1處的沒有在模塊42和50被處理過的信號(hào)。加法器30接 收來自自適應(yīng)濾波器W(Z) 14的輸出和在點(diǎn)2處的信號(hào)，并輸出子帶信號(hào)ei(n)。對(duì)于大于2的過采樣因子0S，通過抽樣來白化是最有效的；而對(duì)于等于或者小于2 的過采樣因子0S，通過頻譜加強(qiáng)或者通過添加噪聲來白化是最有效的。圖4A顯示了圖3中的在點(diǎn)1和2的信號(hào)頻譜。圖4B顯示了圖3中的在點(diǎn)3的 信號(hào)頻譜。圖4C顯示了圖3中的點(diǎn)4的信號(hào)頻譜。如圖4B所示，由DEC因子的抽樣將帶 寬增加到η (0S-1)/0S(對(duì)于0S = 4，3ji/4)，而沒有產(chǎn)生帶內(nèi)的混疊現(xiàn)象。由于增加了帶 寬，在LMS模塊24上的LMS算法現(xiàn)在收斂得更快了。為了能使用自適應(yīng)濾波器W(Z) 14，二 級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(Z)的濾波器參數(shù)被擴(kuò)大OS-I倍。這樣可以建立圖4C所示的頻帶內(nèi)圖 像。然而，因?yàn)楫?dāng)ω > π/OS時(shí)在點(diǎn)1的低通信號(hào)不包含重要的能量，所以這些頻譜圖將 不會(huì)帶來誤差。在過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的SAF系統(tǒng)10A-10C (被稱作過采樣SAF系統(tǒng))被 應(yīng)用在廣泛的技術(shù)領(lǐng)域中，包括自適應(yīng)降噪、麥克風(fēng)陣列的自適應(yīng)定向信號(hào)處理(adaptive directional signal processing)、助聽器的反饋降低和聲學(xué)的回聲消除。包含在子帶處 理模塊5A-5C中的邏輯取決于特定的應(yīng)用。參考信號(hào)x(n)或者初始信號(hào)d(n)中的一個(gè)可以是響應(yīng)講話者的受到干擾噪聲污 染的數(shù)字信號(hào)，另一個(gè)可以是響應(yīng)干擾噪聲的數(shù)字信號(hào)。在這種情況下，過采樣SAF系統(tǒng)消 除了在傳輸話音過程中的噪聲。通過使用LMS算法將這兩種信號(hào)的相關(guān)成分去除，子帶處 理模塊5A-5C從期望信號(hào)中去除了被污染的部分。因?yàn)楝F(xiàn)在過采樣子帶信號(hào)在他們的頻譜 中被白化，因此過采樣SAF系統(tǒng)高速進(jìn)行噪聲消除，進(jìn)而增強(qiáng)了由聽者感受到的信號(hào)。過采樣SAF系統(tǒng)可被用于聲學(xué)的回聲消除或者聲學(xué)的反饋消除。在用于回聲消除 的情況中，參考信號(hào)x(n)或者初始信號(hào)d(n)中的一個(gè)可以是具有受到回聲影響的期望信 號(hào)的數(shù)字信號(hào)，而另一個(gè)可以是響應(yīng)該回聲的數(shù)字信號(hào)。在LMS模塊24上的LMS參數(shù)，例如LMS步長，在每個(gè)子帶中可以不同。例如，當(dāng)較 低的子帶包含話音內(nèi)容時(shí)，較低的子帶可以具有較小的步長，而較高的子帶可能由于相對(duì) 低的話音內(nèi)容而更適合較大的步長。除了上述的LMS技術(shù)，例如遞歸最小平方的其他技術(shù) 也可以被應(yīng)用。改進(jìn)收斂速度的其他方法是使用對(duì)特征值擴(kuò)展問題在根本上更少敏感的自適應(yīng) 策略。這些策略的一種是被稱為仿射投影算法(APA)的自適應(yīng)算法。該APA形成了標(biāo)準(zhǔn)的 LMS(NLMS)和遞歸最小平方(RLS)自適應(yīng)算法之間的結(jié)合。在APA中結(jié)合了 RLS算法(其 被期望更大程度地對(duì)特征值擴(kuò)展問題不敏感)的快速收斂和NLMS的低計(jì)算要求的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn) 在將詳細(xì)說明具有仿射投影的SAF系統(tǒng)。在NLMS中，新的自適應(yīng)濾波器加權(quán)使最后輸入向量最適合對(duì)應(yīng)的期望信號(hào)。在 APA中，這種適合擴(kuò)展到P-I個(gè)過去的輸入向量(P是APA的階數(shù))。用于第P階的APA的 自適應(yīng)算法可以被總結(jié)如下1)更新 Xn 和 dn
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2) 2) e ^dn~XrnW3)3) Wn+l=Wn+ μΧη (X^Xn + αΙ)~λ e；其中Xn 一個(gè)包含P個(gè)過去的輸入向量的LXP矩陣dn =P個(gè)過去的期望信號(hào)樣本的向量Wn 在時(shí)刻η的自適應(yīng)濾波器加權(quán)α 調(diào)整因子μ 自適應(yīng)步長^h Electronics and Communications In Japan，第 卷，第 5 期第 19—27 頁 由 K. Ozeki 禾口 Τ· Umeda 于 1984 年 2 月發(fā)表的 “An adaptivealgorithm filtering using an orthogonal projection to the affine subspaceand its properties"(”使用IE交 投影來仿射子空間的自適應(yīng)算法濾波及其性能”)和在IEEE Tran. on Signal Processing 的第43卷第2期第444-453頁由M. Montazeri和P. Duhamel于1995年2月發(fā)表的“A set ofalgorithms linking NLMS and block RLS algorithms” ( “聯(lián)結(jié) NLMS 和塊 RLS 算法的 一套算法”)中研究了 APA的收斂。隨著投影階數(shù)P的增加，APA的收斂速度更少地依賴于 特征值的擴(kuò)展。增加APA階數(shù)以自適應(yīng)算法的計(jì)算復(fù)雜性為代價(jià)導(dǎo)致更快的收斂。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)10D。該SAF系統(tǒng)10D包括 TOLA分析濾波器組16和18，和許多APA子帶處理模塊。圖5中舉例說明了用于子帶i的 子帶處理模塊5D。該子帶處理模塊5D包含使用APA適應(yīng)其加權(quán)Wi (η) (η:時(shí)刻)的自適應(yīng) 濾波器。該SAF系統(tǒng)10D可以在一個(gè)過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)。為了計(jì)算簡(jiǎn)單，可以應(yīng) 用階數(shù)P = 2的ΑΡΑ，以在復(fù)雜性上的最小增加產(chǎn)生更快的收斂。在這種情況下，矩陣Xn11Xn 由R近似(參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣)，如在in proc.of Inter. Workshop on Acoustic Echo and NosieControl 上由 V.Myllyla 于 2001 年 9 月發(fā)表的“Robust fast aff inepro jection algorithm for acoustic echo cancellation”(用于聲學(xué)回聲消除的強(qiáng)健快速仿射投影 算法)中所說明的。對(duì)于P = 2，只估計(jì)前兩個(gè)自相關(guān)系數(shù)(r(0)和r(l))并且接著將矩陣R解析地轉(zhuǎn) 置就可以了?？梢允褂靡浑A遞歸平滑濾波器來估計(jì)r(0)和r(l)。將任何兩種或者多種在圖1-3和圖5中說明的技術(shù)組合以獲得更高的性能是可能 的。例如，由抽樣的白化通過增加參考信號(hào)的有效帶寬提高了收斂速度。由頻譜加強(qiáng)的白 化通過限制阻帶衰減由此增加最小的特征值，如前一樣提高了收斂。圖6顯示了 OdB SNR白噪聲中的話音的平均標(biāo)準(zhǔn)化濾波器MSE (均方誤差)。在 圖6中，(a)代表了沒有白化的MSE，(b)代表了通過頻譜加強(qiáng)白化的MSE，(c)代表了通過 抽樣白化的MSE。SAF系統(tǒng)被用于噪聲消除，其中，SAF系統(tǒng)接收來自雙麥克風(fēng)的輸入。在 這種情況下，通過抽樣白化比其他兩種方法收斂得更快。因?yàn)樽赃m應(yīng)濾波器工作在低頻上， 所以通過抽樣白化比通過加強(qiáng)頻譜白化或者添加噪聲白化需要更少的計(jì)算。在由S. Weiss 發(fā)表在 1998 年 5 月的 PhD. Thesis, Signal ProcessingDivision, University of Strathclyde, Glasgow 上的"On Adaptive Filteringin Oversampled Sub-bands"( “有關(guān)過采樣子帶中的自適應(yīng)濾波器”)文章，和S. Weiss等發(fā)表在1999年
10的 33rd Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, Monterey, CA,上的 "Polyphase Analysis ofSubband Adaptive Filters”(“子帶自適應(yīng)濾波器的多相分析，，) 的文章中說明了 SAF系統(tǒng)的詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型。圖7顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加強(qiáng) 白化的參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣的理論的特征值。通過下面的參考文獻(xiàn)給出的分析公式來計(jì) 算這些特征值，該參考文獻(xiàn)是Dennis R. Morgan在1995年3月的IEEE Trans. Speech and Audio Proc.第 3 卷，第 2 期，第 126-136 頁發(fā)表的 “SlowAsymptotic Convergence ofLMS Acoustic Echo Cancelers”( “LMS聲學(xué)回聲消除器的慢速漸近收斂”)。小的特征值導(dǎo)致 慢的收斂。在低指數(shù)區(qū)域可以看見改進(jìn)。作為上述技術(shù)的結(jié)果，即通過頻譜加強(qiáng)白化、通過 抽樣白化或通過這些方法的組合，特征值比沒有白化的特征值變得更大。在圖7中，當(dāng)通過頻譜加強(qiáng)白化和通過抽樣白化都有改進(jìn)時(shí)(由特征值的增加來 證明)，兩種方法的組合是更有希望的。這個(gè)結(jié)論是通過圖8所示的均方誤差(MSE)結(jié)果來 確定的。圖8顯示了沒有白化；通過頻譜加強(qiáng)白化；通過抽樣白化；和通過抽樣和頻譜加強(qiáng) 白化的MSE。圖9顯示具有P = 1，2，4和5的階數(shù)的APA的MSE誤差。P = 1的APA產(chǎn)生 NLMS系統(tǒng)。如圖所示，增加APA階數(shù)，同時(shí)改進(jìn)了收斂速率和MSE。現(xiàn)在詳細(xì)說明用于回聲消除的快速自適應(yīng)技術(shù)。在回聲消除中，由于與每個(gè)回聲 路徑有關(guān)的長的持續(xù)時(shí)間而需要長濾波器長度，它可能導(dǎo)致緩慢的收斂。以下討論的快速 自適應(yīng)技術(shù)允許使用長濾波器長度的回聲消除系統(tǒng)以高速消除回聲?？焖僮赃m應(yīng)技術(shù)還可 以被用于其他的應(yīng)用，例如噪聲消除。圖10顯示了回聲消除自適應(yīng)系統(tǒng)的一種應(yīng)用。一個(gè)遠(yuǎn)端(FE)聲學(xué)輸入信號(hào)102 在FE麥克風(fēng)(MIC) 104上被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)x(t)，將該電信號(hào)發(fā)送到近端(NE)揚(yáng)聲器106。 NE麥克風(fēng)(MIC) 110然后接收來自NE揚(yáng)聲器106的聲學(xué)回聲信號(hào)108 (被稱作FE回聲)。 NE麥克風(fēng)110還接收NE輸入信號(hào)112 (例如話音和噪聲)，并將總信號(hào)(=FE回聲108+NE 輸入112)轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)d(t)。電信號(hào)x(t)被提供給自適應(yīng)濾波器118。加法器114 將電信號(hào)d(t)和自適應(yīng)濾波器118的輸出相加以產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)e(t)。自適應(yīng)濾波器 118將誤差信號(hào)e(t)最小化以消除FE回聲108。一旦已經(jīng)達(dá)到收斂，自適應(yīng)濾波器118本 質(zhì)上模擬NE揚(yáng)聲器106和NE麥克風(fēng)110的傳遞函數(shù)，以及NE揚(yáng)聲器106和NE麥克風(fēng)110 之間的聲學(xué)路徑的傳遞函數(shù)。經(jīng)過FE和NE側(cè)之間的各種(不期望的)電子路徑泄漏回到 FE側(cè)的電信號(hào)也可能產(chǎn)生回聲。在以下的說明中，將討論聲學(xué)回聲。然而，說明的技術(shù)包括 了聲學(xué)回聲、電回聲和二者的組合。圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于回聲消除的過采樣SAF系統(tǒng)120A。 該過采樣SAF系統(tǒng)120A被應(yīng)用到圖10的系統(tǒng)中，并且在子帶域上被實(shí)現(xiàn)。過采樣SAF系統(tǒng)120A包括用于回聲消除的SAF系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多自適應(yīng)處理 模塊(APB)UOia = Oa,…，K-1)。該系統(tǒng)120A接收信號(hào)x(t)和s(t)。通過一個(gè)聲學(xué) 設(shè)備124(例如圖1-3中的P(Z) 12)將信號(hào)x(t)轉(zhuǎn)換成χ’(t)。信號(hào)χ’(t)可以是回聲信 號(hào)。在A/D轉(zhuǎn)換器126和128上分別對(duì)信號(hào)x(t)和d(t)(=信號(hào)χ’(t) +信號(hào)s(t))進(jìn) 行采樣。由WOLA分析濾波器組16和18分析A/D轉(zhuǎn)換器126和128的輸出x(n)，d(n)，以 獲得復(fù)頻域子帶信號(hào)Xi(Ii)和(Mn) (i = 0，l，…，K-1)，其中K是子帶的數(shù)量。使用自適 應(yīng)處理模塊(APB)處理子帶信號(hào)。成對(duì)的[Xi (η), Cli (η)]被輸入到APBUOi (i = 0,1,…，K-1)，其輸出復(fù)子帶信號(hào)ei(n)。然后這些復(fù)子帶信號(hào)ei (η)在WOLA合成濾波器組132中 結(jié)合，該WOLA合成濾波器組132輸出時(shí)域回聲消除信號(hào)e (η)。APB模塊13CV 1301；…UOih可以使用任何上述的收斂改進(jìn)技術(shù)來獲得快速收斂， 例如，通過頻譜加強(qiáng)白化，通過添加噪聲白化，通過抽樣白化，仿射投影算法，或者這些技術(shù) 中的兩種或者更多種的組合。圖12顯示了圖11的APB的第一個(gè)實(shí)施例。在圖12中舉例說明了用于子帶i的 APB0圖12的APBUOi包括雙方通話重疊檢測(cè)器(DTD) 140A,以控制自適應(yīng)濾波器118的自 適應(yīng)處理。DTD 140A包括FE和NE語音活動(dòng)檢測(cè)器(VAD) 142和144。FE VAD142對(duì)FE信 號(hào)進(jìn)行操作。NE VAD144使用信號(hào)Cli(Ii)。它還包含邏輯146，當(dāng)出現(xiàn)雙方通話重疊(NE側(cè) 和FE側(cè)都講話)，單方通話(只有NE側(cè)或FE側(cè)中的一側(cè)講話)，或者共同暫停(兩側(cè)都不 講話)的情形時(shí)，該邏輯基于兩種VAD結(jié)果指定。只有在FE單方通話期間，DTD 140A允許 自適應(yīng)濾波器118的迅速自適應(yīng)。在其他情形，它停止或者放慢自適應(yīng)。圖13顯示了圖11的APB的第二個(gè)實(shí)施例。在圖13中舉例說明了用于子帶i的 APB0圖13的APBUOi包括DTD 140B。在DTD 140B中，從加法器114中輸出的誤差信號(hào) ei(n)被應(yīng)用于NE VAD 144上。使用誤差信號(hào)之后的推理如下。在該自適應(yīng)處理的開始階 段，因?yàn)樽赃m應(yīng)濾波器118都是一致地等于0，所以誤差信號(hào)ei (η)幾乎與Cli(Ii)相同。當(dāng) DTD 140Β允許自適應(yīng)濾波器118進(jìn)行自適應(yīng)，更多的回聲可以從Cli(Ii)中消除。因此，DTD 140Β檢測(cè)更多的FE單方通話的情況，并且自適應(yīng)濾波器118獲得更多的機(jī)會(huì)進(jìn)一步自適 應(yīng)。這將依次更有效地消除回聲。這種循環(huán)技術(shù)改進(jìn)了 DTD 140Β的性能，并且因此改進(jìn)了 回聲消除系統(tǒng)(120Α)。當(dāng)存在高電平回聲時(shí)，這種策略是特別有用的。圖14顯示了圖11的APB的第三個(gè)實(shí)施例。在圖14中舉例說明了用于子帶i的 APB0圖14的々 813(^包括010 140B和用于控制自適應(yīng)濾波器118的步長的μ -自適應(yīng) 模塊150。NE信號(hào)可以包含話音和噪聲，并且即使在DTD檢測(cè)到FE單方通話情形時(shí)，也可 能出現(xiàn)NE噪聲。如果選擇大的自適應(yīng)步長(μ )，將給自適應(yīng)處理器帶來問題。提供自 適應(yīng)模塊150以根據(jù)FE回聲(FEE)信號(hào)的電平相對(duì)于NE噪聲(NEN)信號(hào)的電平調(diào)節(jié)自適 應(yīng)步長，即，根據(jù)|FEE|2/|NEN|2的比率。那樣使得自適應(yīng)濾波器118在NE噪聲出現(xiàn)時(shí)能獲 得快速自適應(yīng)。通過測(cè)量共同暫停時(shí)的Cli(Ii)的能量，獲得NEN能量的估計(jì)。為了估計(jì)FEE的能 量，可以在FE單方通話期間從Cli(Ii)的能量中減去NEN能量估計(jì)，即在共同暫停時(shí)的(!,(η) |2— INENI2估計(jì)在FE單方通話中的ι Cli (η) |2-1NEN |2估計(jì)一| FEE |2估計(jì)基于DTD 140B的結(jié)果和|FEE|2/NEN|2的估計(jì)，μ -自適應(yīng)模塊150變化步長值。 可能有不同的策略來使步長適應(yīng)。通常隨著I FEE 12/| NEN12比率的增長，使用更大的步長。圖15顯示了圖11的APB的第四個(gè)實(shí)施例。在圖15中舉例說明了用于子帶i的 APB0圖15的APB130i&括兩個(gè)自適應(yīng)濾波器118A和118B，和加法器114A和114B。信號(hào) Xi(Ii)被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器118A和118B。自適應(yīng)濾波器118B包含一個(gè)基本上用于DTD 140C的低階濾波器。DTD 140C與DTD 140A-140B相似。加法器114B將自適應(yīng)濾波器118B 的輸出和信號(hào)Cli (η)相加，并輸出信號(hào)& (η)。信號(hào)Xi (η)和&(η)被應(yīng)用到DTD 140C上。 DTD 140C控制自適應(yīng)濾波器118Β的自適應(yīng)過程，并且還經(jīng)由μ -自適應(yīng)模塊150控制自適
12應(yīng)過程118A。μ-自適應(yīng)模塊150基于DTD 140C的結(jié)果和估計(jì)來控制自適應(yīng)濾波器118Α 的自適應(yīng)步長。自適應(yīng)濾波器118Α與μ-自適應(yīng)模塊150—起工作并且與圖14中的自適 應(yīng)濾波器118執(zhí)行相似。低階自適應(yīng)濾波器118Β可以比自適應(yīng)濾波器118Α適應(yīng)得更快。即使在自適應(yīng)濾 波器118Α完全收斂之前，DTD 140C的NE VAD仍然會(huì)很好地執(zhí)行。在它的輸出(fjii))上， 大多數(shù)的回聲都被迅速消除了。當(dāng)用于回聲消除的適應(yīng)濾波器由于長回聲路徑具有高濾波器階數(shù)時(shí)，自適應(yīng)濾波 器可以緩慢地收斂。然而，在圖15中，提供低階自適應(yīng)濾波器118B以修正到DTD 140C的 輸入。因此，圖15的APB允許回聲消除系統(tǒng)(120A)達(dá)到快速回聲消除?，F(xiàn)在詳細(xì)說明用于噪聲和回聲消除的自適應(yīng)和非自適應(yīng)處理的組合。眾所周知，(最佳的)自適應(yīng)濾波器被估計(jì)如下(由Haykin，S.，在1996年第三版 的 Adaptive Filter Theory, Prentice Hall, Upper SaddleRiver 中所述) 其中 且rxd(k)是輸入信號(hào)x(n)和d(n)在延遲k上的互相關(guān)。在估計(jì)兩個(gè)輸入之間的 傳遞函數(shù)中，互相關(guān)扮演了一個(gè)主要的角色。在弱相關(guān)的情況下，自適應(yīng)濾波器只去除噪聲 的相關(guān)部分并且留下完整不相關(guān)部分。假設(shè)輸入信號(hào)d(n)只包含噪聲并且沒有話音信號(hào)出現(xiàn)。兩個(gè)噪聲信號(hào)x(n)和 d(n)表現(xiàn)相關(guān)的有效特征是相關(guān)函數(shù)Gxd(f)，其在下面的等式(3)中說明(M.M.G0ulding， 在 1990 年 11 月的 IEEE Trans. VehicularTech.，第 39 卷，弟 4 期，第 316-326 頁上發(fā)表的 "Speech enhancement formobile telephony"( “用于移動(dòng)電話技術(shù)的話音增強(qiáng)”)) 對(duì)于每個(gè)頻率f，等式(3)通過0和1之間的一個(gè)值表現(xiàn)了兩個(gè)輸入信號(hào)的相關(guān)， 并且因此確定能通過自適應(yīng)濾波在那個(gè)頻率上去除噪聲的量。更精確地，自適應(yīng)濾波的降 噪因子NR(f)滿足如下等式(4) 在擴(kuò)散噪聲場(chǎng)中，兩個(gè)麥克風(fēng)接收來自所有方向的等幅度和任意相位的噪聲信 號(hào)。這產(chǎn)生了用于擴(kuò)散噪聲場(chǎng)的平方Sine (幅度平方)相關(guān)函數(shù)，如在A.G. Piersol發(fā)表 的"Use of coherence and phase databetween two receivers in evaluation of noise environments”，干丨J登在 1978 年的 Journal of Sound and Vibration, vol. 56，no. 2，第 215-228頁中所描述的。 其中，d是麥克風(fēng)間距且c是聲速(c = 340m/s)。圖16顯示對(duì)于d = 38mm擴(kuò)散噪聲的相關(guān)函數(shù)。根據(jù)這個(gè)相關(guān)函數(shù)，增加麥克風(fēng) 間距d，將會(huì)降低在更多子帶中的自適應(yīng)濾波器的降噪能力。盡管兩個(gè)麥克風(fēng)的距離降低可 以作為一個(gè)補(bǔ)救被提出，以下將說明這極大的加強(qiáng)了串音的問題。很多實(shí)際的噪聲場(chǎng)是擴(kuò)散的。因此由兩個(gè)麥克風(fēng)記錄的噪聲只在低頻上相關(guān)。這 暗示了用于噪聲消除的SAF系統(tǒng)只能部分的從d(n)中去除噪聲。還有一些其他可能的情 況，其中在兩個(gè)麥克風(fēng)上的兩噪聲不具有越過各種頻率的平坦的相關(guān)函數(shù)(值1)。在這樣 的情況下，SAF系統(tǒng)可以只部分地加強(qiáng)信號(hào)。圖17顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120B。過采樣SAF系 統(tǒng)120B處理輸入χ (η)和d(n)中的相關(guān)和非相關(guān)噪聲。過采樣SAF系統(tǒng)120B還被應(yīng)用到 回聲消除，其中期望信號(hào)被相關(guān)的回聲和非相關(guān)的回聲影響。過采樣SAF系統(tǒng)120B包括在 每個(gè)子帶中的非自適應(yīng)處理模塊(NAPB) 160”將NAPBieOi提供給每個(gè)APB130it) NAPBlBOi 執(zhí)行單麥克或者雙麥克非自適應(yīng)降噪。圖18顯示圖17的APB和NAPB的第一個(gè)實(shí)施例。在圖18中，舉例說明用于子帶 i的APB和NAPB。圖18中的NAPB ^Oi是用于消除在APBUOi的輸出上的剩余不相關(guān)噪聲 的單麥克風(fēng)維納濾波器。圖18的APBUOi包括加法器114，自適應(yīng)濾波器(Wi (η)) 118和接收信號(hào)Xi (η)和加 法器114的輸出ei (η)的LMS模塊24以調(diào)整自適應(yīng)濾波器118。圖18中的NAPBieOi通過 維納濾波估計(jì)來自退化形式的誤差信號(hào)ei (η)的(原始)誤差信號(hào)Zi (η)。誤差信號(hào)^(11) 被用于增益計(jì)算162以調(diào)整自適應(yīng)濾波器164的增益。NAPB IeOi的維納濾波器不斷地改 變?yōu)V波器164中的加權(quán)以使信噪比最大。誤差信號(hào)％(11)包括APB UOi中還沒有被去除的 剩余不相關(guān)的噪聲。NAPB IeOi的維納濾波器還使用單信號(hào)ei (η)和由VAD 170提供的結(jié) 果進(jìn)一步抑制這種噪聲。提供VAD170以控制APBUOi中的LMS計(jì)算和NAPB ^Oi中的增益 計(jì)算162。還可能有其它的單麥克或雙麥克降噪策略。因?yàn)橐呀?jīng)由APB階段估計(jì)了相關(guān)噪 聲，由于NAPB的非自然信號(hào)和失真將比如果單獨(dú)使用NAPB的情況在輸出上具有更少的退 化影響。NAPB在被用來去除輕微的干擾時(shí)工作得最好。對(duì)于擴(kuò)散的噪聲，因?yàn)樵陔p麥克上 的低頻噪聲被相關(guān)并且將由APB階段被大部分地消除而不會(huì)產(chǎn)生非自然信號(hào)，所以話音信 號(hào)的重要低頻域?qū)⒉粫?huì)失真。現(xiàn)在詳細(xì)說明用于噪聲消除的抗串音子帶自適應(yīng)濾波。當(dāng)話音或者期望信號(hào) 泄漏到參考(噪聲)麥克風(fēng)中時(shí)，即在串音時(shí)，自適應(yīng)噪聲消除系統(tǒng)的性能可能會(huì)受到 限制。為了解決這個(gè)問題，已經(jīng)提出了時(shí)域中抗串音自適應(yīng)噪聲消除器(CTRANC)(由 G. Michandani 等發(fā)表在 IEEE trans. On Circuits and Systems, 11 Analog and digital signalprocessing,第 39 卷，第 10 期，1992 年 10 月，第 681-694 頁的”A newadaptive noise cancellation scheme in the presence of crosstalk，，(，，$出串胃的自;Sj^Rt 聲消除方案”))?，F(xiàn)在詳細(xì)說明用于處理過采樣子帶信號(hào)的具有CTRANC的自適應(yīng)處理模塊(APB)。 圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的抗串音ΑΡΒ。在圖19中，CTRANC是在子帶域上實(shí) 現(xiàn)的。圖19的APBUOi被應(yīng)用到圖11和圖17中的APB中。每個(gè)子帶中的APBUOi具有自
14適應(yīng)濾波器Vi (η) 182和Wi (N) 184，加法器186和188。加法器186將信號(hào)Xi (η)和自適應(yīng) 濾波器Vi (η) 182的輸出相加。加法器186的輸出ei (η)被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器Wi (η) 184。 加法器188將信號(hào)Cli (η)和自適應(yīng)濾波器Wi (η) 184的輸出相加。加法器188的輸出(η) 被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器Vi (η) 182。自適應(yīng)濾波器Vi (η) 182響應(yīng)信號(hào)^ (η)被調(diào)整。自適應(yīng) 濾波器Wi (η) 184響應(yīng)信號(hào)& (η)被調(diào)整。在收斂后，信號(hào)ei(n)提供增強(qiáng)的(子帶)話音信號(hào)，而信號(hào)Afc)提供沒有話音 干擾的噪聲信號(hào)。圖20顯示根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120C。該過采樣SAF系 統(tǒng)120C包括用于初始信號(hào)的麥克風(fēng)陣列202A，該陣列具有許多麥克風(fēng)202」(j = 1,2,…， η)和用于參考信號(hào)的麥克風(fēng)204。將麥克風(fēng)陣列202Α的輸出提供給前置放大器206。將 麥克風(fēng)204的輸出提供給前置放大器208。前置放大器206的輸出通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器 210轉(zhuǎn)換，并然后提供給WOLA分析濾波器組16。前置放大器208的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器 212轉(zhuǎn)換，并然后提供給WOLA分析濾波器組18。子帶處理模塊214,采用來自WOLA分析濾 波器組16和18的子帶i內(nèi)的過采樣子帶信號(hào)作為其輸入。模塊211可以與圖1-3和圖5 的子帶處理模塊或者圖11的APB相似，或者可以具有圖17中的NAPB或者具有圖19的抗 串音APB。子帶處理模塊214i(i = 0,1,…，η)的輸出由WOLA合成濾波器組132組合。數(shù) 模(D/A)轉(zhuǎn)換器216轉(zhuǎn)換WOLA合成濾波器組132的輸出。圖21顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120D。過采樣SAF系 統(tǒng)120D處理許多參考信號(hào)。過采樣SAF系統(tǒng)120D包括一個(gè)麥克風(fēng)陣列，該陣列具有用于 許多參考信號(hào)的許多麥克風(fēng)204j(j = 1,2,…，η)和用于初始信號(hào)的麥克風(fēng)202。將麥克 風(fēng)202的輸出提供給前置放大器206。將麥克風(fēng)204」的輸出提供給前置放大器208」。前置 放大器206的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器210轉(zhuǎn)換，并然后被提供給WOLA分析濾波器組16。前置 放大器208」的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器212」轉(zhuǎn)換，并然后提供給WOLA分析濾波器組18」。子帶 處理模塊218i采用來自WOLA分析濾波器組16和18ρ182、…、18n的子帶i內(nèi)的過采樣子 帶信號(hào)作為其輸入。模塊218i可以與圖20的子帶處理模塊相似。例如，當(dāng)存在多于一個(gè)噪聲源時(shí)，過采樣SAF系統(tǒng)120D被用于噪聲消除。一個(gè)麥 克風(fēng)被用于每個(gè)噪聲源以提供一個(gè)參考信號(hào)。圖22顯示了圖21中的子帶處理模塊218i的例子。圖22中的子帶處理模塊218i 包括FIR濾波器(j = 1，2，…，η)和LMS模塊24。濾波器采取WOLA分析濾波器 組ISj的輸出作為其輸入。加法器222將來自濾波器2201;…220n的輸出相加。加法器 224將來自WOLA的分析濾波器組16的過采樣子帶信號(hào)和加法器222的輸出相加。參考信 號(hào)自適應(yīng)地被濾波并且然后從初始信號(hào)中被減去。在圖22中顯示了 FIR濾波器。然而濾 波器可以是IIR濾波器或者其他任何濾波器。根據(jù)本發(fā)明，包括用于處理過采樣子帶信號(hào)的自適應(yīng)濾波器的SAF系統(tǒng)達(dá)到了自 適應(yīng)濾波器的快速收斂、高速處理和低功率消耗。因此，在WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的過采樣 SAF系統(tǒng)優(yōu)選地應(yīng)用到回聲消除和噪聲消除。在WOLA濾波器組中的子帶自適應(yīng)信號(hào)處理允許定制單獨(dú)頻帶的算法參數(shù)。例如， 噪聲消除算法可以具有被設(shè)置成對(duì)于不同的子帶以不同的速率收斂的濾波器。此外，自適
15應(yīng)濾波器可以具有不同的長度。根據(jù)應(yīng)用的需要，可能的參數(shù)的增長量使得系統(tǒng)更加有效 地被調(diào)整。在處理功率被限制或者希望被保存的情況中，自適應(yīng)濾波器組的更新可以交替 進(jìn)行。此外，輸入信號(hào)的過采樣允許每個(gè)子帶中的混疊電平實(shí)際上無需使用交叉濾波器 或者間隙濾波器組就可以被消除。為了降低計(jì)算成本，可以使用接近一個(gè)非整數(shù)的抽樣率。本發(fā)明的實(shí)施例不限于任何特別配置的過采樣WOLA濾波器組(S卩，子帶數(shù)量，采 樣率，窗口長度)。本發(fā)明的SAF系統(tǒng)、過采樣SAF系統(tǒng)、噪聲和/或回聲消除系統(tǒng)可以通過具有上述 功能的硬件、軟件或者硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。雖然已經(jīng)說明了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出 變化和修改。
權(quán)利要求
一種用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的方法，該方法包括步驟分別通過過采樣濾波器組在時(shí)域中分解初始信號(hào)和參考信號(hào)，以在多個(gè)子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)，其中，所述初始信號(hào)是受到不期望信號(hào)的影響的期望信號(hào)，并且所述參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述不期望信號(hào)；在每個(gè)子帶的處理中使用自適應(yīng)濾波器處理所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)，包括在所述自適應(yīng)濾波器處過濾每個(gè)子帶中的頻域參考信號(hào)；在每個(gè)子帶中將經(jīng)過濾的頻域參考信號(hào)與所述頻域初始信號(hào)相加，以輸出每個(gè)子帶中的子帶信號(hào)；以及操作每個(gè)子帶中的所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)，以改進(jìn)每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器的收斂；和利用過采樣合成濾波器組合成所述所述子帶信號(hào)，以輸出其中子帶處理已經(jīng)消除了所述不期望信號(hào)的影響的時(shí)域信號(hào)，所述操作每個(gè)子帶中的所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)的操作步驟包括，在每個(gè)子帶中白化所述頻域初始信號(hào)；白化所述頻域參考信號(hào)；以及基于所述經(jīng)白化的頻域初始信號(hào)和所述經(jīng)白化的頻域參考信號(hào)來調(diào)整所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述操作步驟包括在每個(gè)子帶中實(shí)現(xiàn)仿射投影算法 的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)的調(diào)整步驟包 括，在每個(gè)子帶中將所述自適應(yīng)濾波器的輸出和所述經(jīng)白化的頻域初始信號(hào)相加，以輸出第一信號(hào)；以及基于所述第一信號(hào)和所述經(jīng)白化的頻域參考信號(hào)實(shí)現(xiàn)最小均方算法、遞歸最小平方算 法或者這兩種算法的組合，以調(diào)整所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述操作步驟包括使用雙方通話重疊檢測(cè)器來控制 所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)過程的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述操作步驟包括控制所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng) 步長的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理步驟包括執(zhí)行用于消除不相關(guān)的噪聲的非 自適應(yīng)降噪的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理步驟包括在每個(gè)子帶中使用兩個(gè)自適應(yīng)濾 波器執(zhí)行抗串音自適應(yīng)處理的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述不期望信號(hào)是回聲信號(hào)或者噪聲信號(hào)。
9.一種用于消除對(duì)信號(hào)的不期望影響的處理子帶信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于在時(shí)域中分析初始信號(hào)和參考信號(hào)以在多個(gè)子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參 考信號(hào)的過采樣分析濾波器組，其中，所述初始信號(hào)是受到不期望信號(hào)影響的期望信號(hào)，并且所述參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述不期望信號(hào)；用于處理所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)的處理模塊，包括 每個(gè)子帶的處理中的自適應(yīng)濾波器模塊，用于過濾所述子帶中的頻域參考信號(hào)； 每個(gè)子帶中的第一加法器，用于在所述子帶中將所述經(jīng)過濾的頻域參考信號(hào)和所述頻 域初始信號(hào)相加以輸出子帶信號(hào)；和每個(gè)子帶中的用于操作所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)的操作模塊，以改進(jìn)每 個(gè)自適應(yīng)濾波器的收斂；和用于合成所述子帶信號(hào)的過采樣合成濾波器組，以輸出其中所述子帶處理已經(jīng)消除所 述不期望信號(hào)的影響的時(shí)域信號(hào)， 其中，所述操作模塊包括。 每個(gè)子帶中的用于白化所述頻域初始信號(hào)的單元； 每個(gè)子帶中的用于白化所述頻域參考信號(hào)的單元；以及每個(gè)子帶中的用于基于經(jīng)白化的頻域初始信號(hào)和經(jīng)白化的頻域參考信號(hào)來調(diào)整所述 自適應(yīng)濾波器的系數(shù)的單元。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述操作模塊在每個(gè)子帶中實(shí)現(xiàn)仿射投影算法。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)整模塊包括，在每個(gè)子帶中的第二加法器，用于將所述自適應(yīng)濾波器的輸出與所述經(jīng)白化的頻域初始信號(hào)相加；以及用于基于所述第二加法器的輸出和所述經(jīng)白化的頻域參考信號(hào)實(shí)現(xiàn)最小均方算法、遞 歸最小平方算法或者這兩種算法的組合的單元，以調(diào)整所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述操作模塊包括雙方通話重疊檢測(cè)器以控制所 述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)過程。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述操作模塊控制所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)步長。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括用于消除不相關(guān)的噪聲的非自適應(yīng)降噪模塊。
15.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理模塊包括在每個(gè)子帶中具有一對(duì)自適應(yīng) 濾波器的抗串音自適應(yīng)處理模塊，所述自適應(yīng)處理模塊處理所述頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)。
16.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述不期望信號(hào)是回聲信號(hào)或者噪聲信號(hào)。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分解步驟執(zhí)行加權(quán)疊加分解，并且所述合成 步驟執(zhí)行加權(quán)疊加合成。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述分解步驟包括以下的步驟 在時(shí)域中對(duì)所述初始信號(hào)執(zhí)行加權(quán)疊加分解，以提供頻域初始信號(hào)；和 在時(shí)域中對(duì)所述參考信號(hào)執(zhí)行加權(quán)疊加分解，以提供頻域參考信號(hào)。
19.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述分析濾波器組包括加權(quán)疊加分析濾波器組， 并且所述合成濾波器組包括加權(quán)疊加合成濾波器組。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述分析濾波器組包括 第一加權(quán)疊加分析濾波器組，用于提供所述頻域初始信號(hào)；和 第二加權(quán)疊加分析濾波器組，用于提供所述頻域參考信號(hào)。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)行白化的所述步驟包括通過頻譜加強(qiáng)來白化所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)中的每一個(gè)。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)行白化的所述步驟包括通過以小于或等于過采樣因子的因子對(duì)所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)中的 每一個(gè)進(jìn)行抽樣，來白化所述所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)中的每一個(gè)。
23.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，用于白化的單元包括用于通過頻譜加強(qiáng)來白化所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)中的每一個(gè)的單元。
24.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，用于白化的單元包括用于通過以小于或等于過采樣因子的因子對(duì)所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào) 中的每一個(gè)進(jìn)行抽樣來白化所述所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)中的每一個(gè)的單兀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的。輸入信號(hào)被過采樣。該系統(tǒng)包括用于每個(gè)子帶的自適應(yīng)濾波器，和改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂性能的功能。例如，通過白化過采樣子帶信號(hào)的頻譜和/或仿射投影算法。該系統(tǒng)應(yīng)用于回聲和/或噪聲消除。使用雙方通話重疊檢測(cè)器的自適應(yīng)步長控制、自適應(yīng)處理控制可以被實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)用于降低不相關(guān)噪聲的非自適應(yīng)處理和/或抗串音自適應(yīng)噪聲消除。
文檔編號(hào)H04R3/02GK101923862SQ20101015583
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2003年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者D·孫, H·R·阿布塔利布, H·謝赫扎德-納賈, R·L·布倫南 申請(qǐng)人:艾瑪復(fù)合信號(hào)公司