基于m估計的記憶成比例仿射投影自適應回聲消除方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自適應回聲消除方法，屬于通信的回聲對消技術領域。
【背景技術】
[0002] 在以語音為主的通信系統(tǒng)（比如免提電話、電視電話會議系統(tǒng)等）中，語音質量通 常會受到以聲學回聲為主的回聲影響，嚴重影響通話質量?；芈?，即聲音或信號經過延時或 形變被反射回信號源的一種現(xiàn)象，在語音通信、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信、免提電話、電話會議系 統(tǒng)等通信系統(tǒng)中，都不同程度的存在回聲現(xiàn)象。以電視電話會議為例，因為揚聲器和麥克風 被置于同一空間，本地揚聲器發(fā)出的遠端語音被本地近端麥克風接收并傳回遠端，導致遠 端說話者聽到自己的聲音。因此，必須采取有效的措施來抑制回聲信號，消除其影響，提高 語音通話質量。目前，研宄人員提出了多種方法來消除回聲。在眾多回聲消除方法中，自適 應回聲消除技術具有逐步調節(jié)性能，應用成本低，收斂速度快，回聲殘差小，得到了研宄學 者們的一致認可，是目前國際上公認的最有前景的回聲消除技術，也是回聲消除目前采用 的主流技術。
[0003] 自適應回聲消除技術的本質是通過自適應濾波器來估計回聲，并在近端信號中減 去回聲的估計值以消除回聲。自適應回聲消除技術的核心是自適應回聲消除算法。因此， 如何完善和研宄新的性能卓越的自適應回聲消除算法是回聲消除領域的主要研宄方向。
[0004] 在目前的自適應回聲消除主要是通過記憶成比例仿射投影符號回聲消除方法，見 參考文獻 1"Memoryimprovedproportionateaffineprojectionsignalgorithm"(F. Albu和H.K.Kwan,Electron.Lett.，vol. 48,no. 20,pp. 1279-1281，Sep. 2012.)。該方法通 過將仿射投影算法與符號算法相結合增強了自適應濾波器對語音和沖擊干擾的穩(wěn)定性。其 次，引入了記憶成比例方法，不僅提高了自適應濾波器的收斂速度而且降低了算法的計算 復雜度。然而，由于符號算法將整條殘差信號轉化為單一的正負信號，減少了殘差信號的信 息量，導致該算法的收斂速度較慢。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的就是提供一種基于M估計（M-estimator)的記憶成比例仿射投 影自適應回聲消除方法，該方法對通信系統(tǒng)的聲學回聲的消除效果好，收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤 差小。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種基于M估計的記憶成比例仿射 投影自適應回聲消除方法，其步驟如下：
[0007] A、遠端信號采樣
[0008] 將遠端傳來的遠端信號采樣得到在n時刻的遠端信號離散值x(n)，與之前 的L-1個時刻的值構成當前時刻n的自適應濾波器輸入向量X(n)，X(n) =[x(n)， x(n-1)，. ..，x(n-L+1) ]T，其中L= 512是濾波器抽頭數(shù)，T代表轉置運算；
[0009] B、回聲估計
[0010] 將當前時刻n的自適應濾波器輸入向量X(n)通過自適應濾波器得到當前時刻n 的輸出值y(n)，也即回聲的估計值y(n)，y(n) =XT(n)w(n);其中，w(n)為當前時刻n的自 適應濾波器的抽頭權向量，w(n) = [w1(n)，w2(n)，...，wl(n)]T，w(n)的初始值為零向量；
[0011] C、回聲抵消
[0012] 將近端麥克風拾取的當前時刻n的帶回聲的近端信號d(n)，與自適應濾波器 的當前時刻n的輸出值y(n)相減后再回送給遠端，回送信號為殘差信號e(n)，e(n)= d(n)-y(n)；
[0013] D、濾波器抽頭權向量更新
[0014] D1、計算評價函數(shù)
[0015] 由下式計算出濾波器當前時刻n的抽頭權向量w(n)更新的評價函數(shù)$ (e(n)):
【主權項】
1. 一種基于M估計的記憶成比例仿射投影自適應回聲消除方法，其步驟如下： A、 遠端信號米樣 將遠端傳來的遠端信號采樣得到在η時刻的遠端信號離散值x(n)，與之前 的L-I個時刻的值構成當前時刻η的自適應濾波器輸入向量X (η)，X (n) = [X (η)， χ (η-1)，. . .，χ (n-L+1) ]τ，其中L = 512是濾波器抽頭數(shù)，T代表轉置運算； B、 回聲估計 將當前時刻η的自適應濾波器輸入向量X(n)通過自適應濾波器得到當前時刻η的輸 出值y(n)，也即回聲的估計值y(n)，y(n) = XT(n)w(n);其中，w(n)為當前時刻η的自適應 濾波器的抽頭權向量，w(n) = [￥1(η)，￥2(η)，···，￥?(η)]τ，￥(η)的初始值為零向量； C、 回聲抵消 將近端麥克風拾取的當前時刻η的帶回聲的近端信號d(n)，與自適應濾波器的當前時 刻η的輸出值y (η)相減后再回送給遠端，回送信號為殘差信號e (n)，e (n) =d (n)-y (η); D、 濾波器抽頭權向量更新 Dl、計算評價函數(shù) 由下式計算出濾波器當前時刻η的抽頭權向量w(n)更新的評價函數(shù)Φ (e(n)):
其中，sgn ( ·)為符號函數(shù)，ξ，Δ i，△ 2均為常數(shù)，取值分別為： . ^
. 大〇)由下式計算：
其中，med(·)函數(shù)表示取向量中間值的操作，Ae(η)= Ie2 (η)，e2 (η-1)，…，e2 (n-Nw+l)}，C 為常數(shù)，C = L 483 (1+5ANW-1))，λ 為遺忘因子，其取 值范圍為〇. 800~0. 999, Nw為估計窗大小，其取值范圍為5~15 ; D2、計算記憶成比例因子 計算成比例控制向量 G(n)，G(n) = Iig1 (n), g2(n),…g?···，gL(n)]T，其中，g? 為 第I個成比例控制因子，由下式得出：
其中，I I ^M1表示1-范數(shù)，β是成比例參數(shù)，其取值范圍為-1~1，ε是正則化參數(shù)， 其取值為0.001~0.01 ; 然后，計算用于濾波器抽頭權向量w(n)更新的記憶成比例因子Ρ(η): P (n) = [G (η) Θ X (η), P^1 (η)] 其中，Θ表示Hadamard乘積，Pjn)表示P (η-1)的前K-I列，K為仿射投影階數(shù)，K = 2~8 ; D3、濾波器抽頭權向量更新 使用基于M估計的記憶成比例仿射投影的方法，得出下一時刻n+1的自適應濾波器的 抽頭權向量w(n+l): w (n+1) = w (η) + μ P (n) (UT (η) P (η) + δ Ικ) φ [Ε (η)] 其中，U(n)是仿射投影輸入矩陣，U(n) = [Χ(η)，Χ(η-1)，···，Χ(η-Κ+1)]，Φ[Ε(η)]= [Φ (e(n))，Φ (e(n-l))，...，Φ (e(n-K+l))]T，μ為自適應濾波器的步長參數(shù)，其取值范圍 為O~2，δ為防止矩陣求逆計算困難的正常數(shù)，其取值為0.001~〇.〇1，I kSKXK的單 位矩陣，初始時，Φ [Ε(η)]為零向量； Ε、令n = η+l,重復B、C、D的步驟，直至通話結束。
【專利摘要】一種基于M估計的記憶成比例仿射投影自適應回聲消除方法，其步驟如下：A、遠端信號采樣；B、回聲估計，將濾波器輸入向量X(n)通過自適應濾波器得到輸出值y(n)，也即回聲的估計值y(n)，y(n)＝XT(n)w(n)；C、回聲抵消，將近端麥克風拾取的帶回聲的近端信號d(n)與自適應濾波器的輸出值y(n)相減后再回送給遠端，回送信號為殘差信號e(n)，e(n)＝d(n)-y(n)；D、濾波器抽頭權向量更新，使用基于M估計的記憶成比例仿射投影的方法，計算出下一時刻n+1的自適應濾波器的抽頭權向量w(n+1)，w(n+1)＝w(n)+μP(n)(UT(n)P(n)+δIK)-1ψ[E(n)]；E、令n＝n+1,重復B、C、D的步驟,直至通話結束。該方法對通信系統(tǒng)的聲學回聲的消除效果好，收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小。
【IPC分類】H04M9-08
【公開號】CN104683614
【申請?zhí)枴緾N201510129992
【發(fā)明人】趙海全, 鄭宗生
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月24日