一种鲁棒凸组合自适应电话回声消除方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电话通信的自适应回声消除技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的发展，语音通信向多种业务、多种方式的方向发展。在各种各样的 电话通信业务中，凡是需要同时使用麦克风和扬声器的场合，都不可避免的出现声学回声。 声学回声是影响语音通话质量的最主要因素。通信过程中，远端说话者的声音通过近端扬 声器播放出来，直接（未经任何反射）或间接地（经过房屋或房屋内的物体一次或多次反 射）被近端麦克风接收，传回远端，使远端说话者听到自己的声音，这就是声学回声。声音 从扬声器到麦克风的传播路径，也叫做回声信道，用房间回声信道脉冲响应向量表示。
[0003] 声学回声影响对话的自然性，有时甚至会产生刺耳的啸叫声，严重影响通信质量。 因此，研宄人员提出了各种各样的回声消除技术。大多数声学回声消除技术都存在诸多弊 端，有的成本很高，有的对用户进行了限制，有的降低了通话质量。目前，自适应回声消除 技术是国际上公认的最有前景的电话回声消除技术，也是电话回声消除采用的主要技术。 自适应滤波器可以根据环境的变化调整自适应滤波器参数，能较好辨识出回声信道脉冲响 应，得到回声的估计值，再从麦克风接收到的语音信号中减去该估计值，从而达到消除回声 的目的。
[0004] 声学回声信道大多具有稀疏性，回声信道脉冲响应的大部分系数都接近或等于 零。在这种情况下，传统的自适应滤波算法，如最小均方算法（LMS)，归一化最小均方算法 (NLMS)，仿射投影算法（APA)的收敛速度会出现明显下降。针对这种情况，引入成比例算法 有效地提高了算法的收敛速度，该类算法在每一次迭代过程中，自适应滤波器的每个抽头 权值对应的步长与该权值的大小是成比例的，越大的权值获得大的增益，收敛速度也更快， 从而加快全局收敛速度。经典的成比例算法有成比例归一化最小均方算法（PNLMS)，改进的 成比例归一化最小均方算法（IPNLMS)，成比例仿射投影算法（IPAPA)。
[0005] 在实际通话中，经常会出现双端通话的情况，即电话两端的通话者同时讲话。这种 情况相当于麦克风接收到了很大的噪声（这里把除了回声以外的所有声音都作为噪声）， 现有的成比例自适应滤波算法对噪声的变化非常敏感，因此，在电话双端通话的情况下，现 有成比例自适应滤波算法的收敛性能急剧下降。引入符号算法是提高算法抗干扰能力的途 径之一，这类算法只与噪声的符号相关，与噪声的大小无关，降低了算法对噪声变化的敏感 度，从而增强了算法对双端通话的鲁棒性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种鲁棒凸组合自适应电话回声消除方法，该方法一方面能 获得快的收敛速度和低的稳态误差，另一方面能获得较好的抗干扰能力；其回声消除效果 好，能在电话双端通话的情况下，保持良好的工作状态。
[0007] 本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种鲁棒凸组合自适应电话回声消 除方法，其步骤如下：
[0008] A、远端信号滤波
[0009]将远端传来的远端信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值X(n)，远端信号 离散值x(n)在n到n-L+1时刻的值构成当前时刻n的滤波器输入向量X(n)，X(n)= [x(n)，. . .，x(n-L+1) ]T，其中L= 512是滤波器抽头数，T代表转置；
[0010] 滤波器输入向量x(n)通过快速自适应滤波器得到快速输出yi(n)， 乃(》) =nf ，滤波器输入向量X(n)通过低误差自适应滤波器得到低误差输出 y2 (n)，凡(》) = ;其中，W1 (n)和W2 (n)分别为n时刻快速自适应滤波器和低误差 自适应滤波器的抽头权向量，其长度为L，初始值为零，上标H代表共轭转置；
[0011] B、凸组合
[0012] 将快速输出yi(n)和低误差输出y2(n)进行凸组合得到凸组合输出y(n)，
[0013] y(n) =A(n)Y1 (n) + (I-A(n))y2(n)
【主权项】
1. 一种鲁椿凸组合自适应电话回声消除方法，其步骤如下： A、 远端信号滤波 将远端传来的远端信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n)，远端信号 离散值X (n)在n到n-L+1时刻的值构成当前时刻n的滤波器输入向量X (n)，X (n)= [X (n)，. . .，X (n-L+1) ]T，其中L = 512是滤波器抽头数，T代表转置； 滤波器输入向量X(n)通过快速自适应滤波器得到快速输出yi(n)， >'l(/0 = "'l"(//)乂(70，滤波器输入向量X(n)通过低误差自适应滤波器得到低误差输出 Y2(n)〇':(//) = i岭>)乂00 ;其中，wi(n)和W2(n)分别为n时刻快速自适应滤波器和低误差 自适应滤波器的抽头权向量，其长度为以初始值为零，上标H代表共辆转置； B、 凸组合 将快速输出yi(n)和低误差输出y2(n)进行凸组合得到凸组合输出y(n)， y(n) = A (n)yi(n) + (l-^ (n))y2(n) 其中，A (n)是快速自适应滤波器的权重，其表达式为= a(n)为混合参 数，其初始值为0; C、 回声抵消 将近端的麦克风感应出的带回声的近端信号d(n)减去凸组合输出y(n)后的总残差信 号e(n)作为消除回声后的近端信号再传送给远端，即e(n) = d(n)-y(n); D、 滤波器抽头权系数更新 D1、生成两个滤波器的输入矩阵Ai(n)，Ai(n)=技(n)，...，X(n-Mi+l)]T，i为滤波器的 编号，当i = 1时，表示第1滤波器也即快速自适应滤波器，当i = 2时，表示第2滤波器也 即低误差自适应滤波器；Ml为第1滤波器的仿射投影阶数，其取值范围为17-19, M2为第2 滤波器的仿射投影阶数，其取值范围为8-12 ; D2、生成近端信号向量Di(n)，Di(n) = [(1(11)，...，(1(11-11+1)]了，并计算出滤波器的误差 向量 & (n)，Ei (n) = Di (n) -Ai (n) Wi (n); D3、两个滤波器的成比例矩阵Pi(n)由下列公式算出：
Pi(n) = [Gi(n)X(n)，...，Gi(n-Mi+l)X(n-Mi+l)] 其中，Wu (n)表示第i个滤波器抽头权值向量Wi (n)的第1个元素，gu (n)是Wu (n)的 成比例系数，Gi(n)为第i个滤波器抽头权值向量Wi(n)的成比例矩阵，I I ? I li表示1-范 数，diag表示求对角矩阵，K是成比例性控制参数K G [-1,1]，e是正则化参数，其取值 为 0. 001 ?0. 01 ; D4、使用记忆性成比例仿射投影方法计算n+1时刻第1滤波器即快速自适应滤波器的 抽头权向量Wi(n+1);
讯1 (n+1) = Wi (n) + y 1 [0. 01 X I+Ai (n) Pi (n)]-屯1 (n) 其中；I表示单位矩阵，iii为快速自适应滤波器的步长，其取值为0. 06?0. 08 ; 使用记忆性成比例符号仿射投影方法计算n+1时刻第2滤波器即低误差自适应滤波器 的抽头权向量W2(n+1);
其中；sign表示符号运算，^2为低误差自适应滤波器的步长，其取值为0.001? 0. 003 ; E、 滤波器的权重更新 按W下公式算出混合参数的更新值a(n+l):
其中，ya是一个常数，取值为 0.002;p(n)是归一化因子，其迭代公式为p(n+l) = 0. 9p(n) + (l-0. 9) [yi(n)-y2(n)]2; 将更新后的混合参数a(n+l)代入表达式^(" +1) = 1 + 6_1。<。+。，得到快速自适应滤波器权 重的更新值A (n+1); F、 滤波器的权重限定 如果 a(n+l)<-aup，则令 a(n+l) = -Sup，Mn+1) = 0 ; 如果 a(n+l) >aup且 n 是偶数，卯J令 a(n+l) =aup，Mn+1) = 1; 如果 a (n+1) > Sup且 n 是奇数，令 a (n+1) = a up, ^ (n+1) = 1，"2 (n+1) =Wi (n+1); 其中，aup是一个常数，其取值为4?6 ; G、 令n = n+l，重复A、B、C、D、E、F的步骤，直至通话结束。
【专利摘要】一种鲁棒凸组合自适应电话回声消除方法，其步骤主要是：A、远端信号滤波，得到快速自适应滤波器输出y1(n)，和低误差滤波器输出y2(n)；B、凸组合，将两滤波器的输出进行凸组合得到凸组合滤波器的输出y(n)；C、回声抵消，近端麦克风接受到带回声的近端信号d(n)减去y(n)后作为消除回声的近端信号e(n)传送给远端；D、滤波器抽头权系数更新；E、滤波器的权重更新，混合参数a(n)通过带符号函数的公式来进行更新；F、滤波器的权重限定；G、令n＝n+1,重复A、B、C、D、E、F的步骤,直至通话结束。该方法的收敛速度快且稳态误差低，能获得较好的抗干扰能力；其回声消除效果好，同时能够在电话双端通话的情况下，保持良好的工作状态。
【IPC分类】H04M9-08
【公开号】CN104601837
【申请号】CN201410808979
【发明人】赵海全, 喻翌, 夏可智
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月22日