免提通話系統中的穩健回聲抵消方法

2023-05-09 20:43:26 1

免提通話系統中的穩健回聲抵消方法
【專利摘要】一種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法,其特徵在於：該方法包括以下步驟：步驟一、獲得一個採樣序列，步驟二、獲得誤差信號：步驟三、權係數的更新：步驟四、對上述步驟一至步驟三重複執行50~100次，然後計算所有濾波器輸出信號的平均值，將該平均值作為最終消除掉回聲的純淨信號。其能夠準確估計出回聲路徑，得到純淨的語音信號，且計算複雜度低。
【專利說明】免提通話系統中的穩健回聲抵消方法

【技術領域】 [0001] ：本發明涉及一種針對免提通話系統的回聲消除技術，基於穩健估計理 論對具有脈衝特徵的噪聲進行非線性抑制，採用自適應濾波方法實現對通話系統路徑的辨 識，屬於信號處理。

【背景技術】 [0002] ：回聲抵消算法是會議電視、車載電話等免提通話系統中實現全雙工通 話的關鍵技術。通常由揚聲器、封閉環境和麥克風所構成的回聲路徑衝擊響應是未知、複雜 且隨時間變化的，所以無法設計和使用固定的回聲抵消器得到對所有環境都適合的回聲抵 消器。根據回聲路徑衝擊響應的特點，有效地阻止和控制回聲的方法是自適應回聲抵消，其 基本思想是：用一個估計的回聲路徑衝擊響應去代替實際的回聲路徑衝擊響應，以產生與 回聲具有相同特性的信號，然後從實際信號中將它減去，實現抵消。目前，己經提出了多種 自適應回聲抵消方法，並有基於高速數位訊號處理晶片的實現方案。
[0003] 近年來，隨著無線接入網、衛星網等的廣泛使用，通話的距離越來越長，信號傳輸 延遲也大大增加，從而使得現代免提通話系統具有一種特殊的特性--稀疏性，即系統的 大部分能量只集中在脈衝響應的一小部分，多數權係數為〇或很小的數值，只有少數權系 數較大。系統的這種稀疏特性增加了基於一般自適應濾波算法的回聲抵消器的有效處理時 間。
[0004] 但目前絕大多數方法不斷努力追求的目標主要是如何提高收斂速度，增強其對環 境稀疏性的適應性，減少計算複雜度和失調量。而對影響語言質量的另一重要因素一隨 機噪聲只作了簡單的高斯假設，即只考慮了噪聲概率密度函數輕薄拖尾的情況，從而其代 價函數或是基於NLMS的均方誤差準則，或是基於最小二乘準則，或是基於距離定義。當然， 根據中心極限定理，這個假設是合理的。實際上，正是這個假設給信號處理分析帶來了極大 的方便。比如：信號處理模型存在簡易的封閉表達式，而且這些表達式通常都是線性的；只 需要均值和方差兩個統計量就足以表達等等。
[0005] 實際上，在很多免提通話系統中，與回聲同時存在且影響語音質量的背景噪聲並 不呈現高斯特性。例如，在車內使用免提電話時，存在著汽車發動機點火引起的電磁噪聲、 車外氣流噪聲、輪胎摩擦噪聲等。而在電視會議系統中，室內回聲可能混雜來自空調運行噪 聲等。這些噪聲都表現出比高斯噪聲顯著得多的脈衝性，因此對環境噪聲僅僅做出高斯分 布的假設並不完全符合真實情況。
[0006] 由穩健統計理論可知，前面所述算法中對代價函數的運算都可以歸結為二範數的 範疇，它們對不符合高斯分布的脈衝噪聲和信號具有放大作用，因而使得自適應回聲抵消 算法中的梯度估計偏差很大，繼而影響權向量的搜索方向和相關矩陣的估計。因此，存在於 免提通話系統中的非高斯脈衝性幹擾和噪聲必然對現有基於高斯分布假設的算法造成不 良影響，從而限制其實用性。


【發明內容】
：
[0007] 發明目的：本發明提供一種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其目的是解決 以往的方式所存在的不能準確估計出回聲路徑和語音信號，且計算複雜度高的問題。
[0008] 技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：
[0009] -種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其特徵在於：該方法包括以下步驟：
[0010] 步驟一、獲得一個採樣序列X (η)，其中η = 1，2,…，N，N為採樣序列X (η)的採樣 點數量；所述的採樣序列X (η)是一維信號，且其中包含N個採樣點；
[0011] 步驟二、獲得誤差信號：採用所得到的採樣序列x(n)，獲得理想的輸出信號，並計 算實際接收信號和理想接收信號的誤差信號e (η);
[0012] 步驟三、權係數的更新：應用零吸引-最小平均Ip範數算法，在每一離散時間點上 進行迭代，對未知的回聲路徑h進行估計和更新調整，計算出自適應濾波器的輸出士/7);當 自適應濾波器收斂後，該輸出信號即為回聲信號的一個複製，將其從期望信號d(n)中減去 便可消除回聲；
[0013] 步驟四、對上述步驟一至步驟三重複執行50?100次，然後計算所有濾波器輸出 信號的平均值，將該平均值作為最終消除掉回聲的純淨信號。
[0014] 步驟三中應用零吸引-最小平均Ip範數算法是在每一離散時間點上進行迭代，其 更新過程為：
[0015] e(n) = din)-%1 (ti)h(n -1) (I)
[0016] h (η) = h (n_l) - κ sgn {h (η)} + μ I e (n) I p-1sgn [e (η) ] x (η) (2)
[0017] 其中，?〇)是對未知的回聲路徑h進行估計和更新調整，其中K是一個比較小的 正數，0 < μ < 1是每個獨立自適應濾波器的步長，e(n)是誤差信號，d(n)是期望信號，L 是濾波器長度，x(n) = [x(n)，x(n-l),…，x(n-L+l)]T。
[0018] 優點及效果：
[0019] 本發明提供一種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其能夠準確估計出回聲路 徑，得到純淨的語音信號，且計算複雜度低。
[0020] 本發明與現有技術相比，具有如下優點：
[0021] (1)、本發明採用Ip範數作為代價函數，可以大大降低脈衝噪聲的衝擊幅度，減少 其對回聲消除效果的影響。
[0022] (2)、本發明充分應用了系統的稀疏特性，利用零吸引算子對系統權係數進行約 束，使得本發明在收斂速度和估計精度方面達到了更好的折中，並大大減少了計算複雜度。
[0023] (3)、本發明能夠準確有效地估計出免提通話系統參數，消除各種回聲，並通過合 理的參數選擇有效抑制各類脈衝噪聲，能夠有效提高免提通話系統的穩健性和適應性

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0024] 圖1是本發明的免提通話系統的自適應回聲消除器的原理框圖；
[0025] 圖2是本發明的應用流程圖；
[0026] 圖3是本發明實施例中用到的回聲路徑，（a)稀疏度為0. 69的實測室內信道（b) 稀疏度為〇. 49的仿真信道；
[0027] 圖4是在非高斯噪聲條件下，本發明的性能圖；
[0028] 圖5是在高斯噪聲條件下，本發明的性能圖。

【具體實施方式】 [0029] ：下面結合附圖對本發明做進一步的描述：
[0030] 如圖1所示，本發明提供一種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其利用穩健 估計思想，將原代價函數中的I 2範數用Ip，通過對參數P的選擇，實現了對各種脈衝程度不 同的噪聲的抑制。同時，在迭代過程中，採用零吸引算子實現對稀疏系統中非零值的有效利 用，達到了減少計算量的效果。具體地，本發明包括如下步驟：
[0031] 步驟一、獲得一個採樣序列X (η)，其中η = 1，2,…，N，N為採樣序列X (η)的採樣 點數量；所述的採樣序列X (η)是一維信號，且其中包含N個採樣點；
[0032] 步驟二、獲得誤差信號：採用所得到的採樣序列χ(η)，獲得理想的輸出信號，並計 算實際接收信號和理想接收信號的誤差信號e (η);
[0033] 步驟三、權係數的更新：應用零吸引-最小平均Ip範數算法，在每一離散時間點上 進行迭代，對未知的回聲路徑h進行估計和更新調整，計算出自適應濾波器的輸出士/7);當 自適應濾波器收斂後，該輸出信號即為回聲信號的一個複製，將其從期望信號d(n)中減去 便可消除回聲；
[0034] 應用零吸引-最小平均Ip範數算法是在每一離散時間點上進行迭代，其更新過程 為：
[0035] e(n) = d(n)- X1 (n)h(n -1) (I)
[0036] h (η) = h (n_l) - κ sgn {h (η)} + μ I e (η)卜1sgn [e (η) ] x (η) (2)
[0037] 按照公式：

【權利要求】
1. 一種免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其特徵在於：該方法包括以下步驟： 步驟一、獲得一個採樣序列X(n)，其中n= 1，2,…，N，N為採樣序列X(n)的採樣點數 量；所述的採樣序列x(n)是一維信號，且其中包含N個採樣點； 步驟二、獲得誤差信號：採用所得到的採樣序列x(n)，獲得理想的輸出信號，並計算實 際接收信號和理想接收信號的誤差信號e(n); 步驟三、權係數的更新：應用零吸引-最小平均lp範數算法，在每一離散時間點上進行 迭代，對未知的回聲路徑h進行估計和更新調整，計算出自適應濾波器的輸出士/7);當自適 應濾波器收斂後，該輸出信號即為回聲信號的一個複製，將其從期望信號d(n)中減去便可 消除回聲； 步驟四、對上述步驟一至步驟三重複執行50?100次，然後計算所有濾波器輸出信號 的平均值，將該平均值作為最終消除掉回聲的純淨信號。
2. 根據權利要求1所述的免提通話系統中的穩健回聲抵消方法，其特徵在於： 步驟三中應用零吸引-最小平均lp範數算法是在每一離散時間點上進行迭代，其更新 過程為：
h(n) =h(n-1) -ksgn{h(n)} +u|e(n) |p_1sgn[e(n) ]x(n) (2) 其中，是對未知的回聲路徑h進行估計和更新調整，其中k是一個比較小的正數， 0 <ii< 1是每個獨立自適應濾波器的步長，e(n)是誤差信號，d(n)是期望信號，L是濾 波器長度，x(n) = [x(n)，x(n-l)，…，x(n-L+l)]T。
【文檔編號】H04M9/08GK104410762SQ201410659854
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】郭瑩, 白豔梅 申請人:瀋陽工業大學