一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，其步骤主要是：A、采集远端传来的语音信号x(n)和近端麦克风收集的期望信号d(n)；B、计算自适应滤波器的输出y(n)；C、回声抵消—将d(n)减去y(n)得到的误差信号e(n)作为消除回声后的干净信号传送给远端；D、将自适应滤波器的输入矩阵X(n)正交变换为解相关矩阵U(n)；E、更新自适应滤波器的抽头权向量；F、令n＝n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。该方法除了对双通话有好的鲁棒性外，还有收敛速度快、稳态误差低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
本专利技术属于语音通信的自适应回声消除

技术介绍
在语音通信过程中，凡是需要同时使用麦克风和扬声器的地方，都不可避免的出现声学回声。远端说话者的声音通过近端扬声器播放出来，直接或间接地被近端麦克风接收，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，叫做回声路径，它的脉冲响应向量表示为wo。声学回声是影响语音通话质量的最主要因素。因此，如何采取有效的方法来消除回声，提高语音通信质量是信号处理领域非常热门的课题之一。虽然研究人员提出了不同类型的回声消除方法如使用吸音的壁纸材料来减少声音的反射和回声抑制器，但是大多数声学回声消除技术都存在诸多弊端如成本很高、对用户进行限制、降低通话质量。目前，为了消除回声，国际上公认的最有效的是自适应回声消除技术。本质上，自适应语音回声消除也是一个辨识回声路径的脉冲响应的问题，即自适应滤波器可以根据环境的变化调整自适应滤波器权值(也是回声路径脉冲响应的估计值)，得到语音回声的估计值(自适应滤波器的输出信号)，然后从近端麦克风接收到的信号中减去该估计值，得到干净的信号并将其传送给远端，实现消除回声的目的。由于语音信号是一个高度有色且非平稳的信号，因此相比归一化最小均方(Normalizedleastmeansquare，简称NLMS)算法，仿射投影算法(Affineprojectionalgorithm，简称APA)有更快的收敛速度。这是因为APA算法滤波器权值向量的每次迭代更新中使用了最近M个输入向量(M叫做仿射投影阶数)，从而具有对有色输入信号的解相关能力。并且，这种能力随着仿射投影阶数M的增加而增强。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，相当于近端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)。在这种情况下，APA算法将遭受性能的下降，甚至是发散的。为此，很多符号算法被提出，这类算法只与噪声的符号(即正、负)相关，与噪声的幅度无关，从而提高自适应滤波器对双端通话的鲁棒性。2010年，得益于仿射投影算法和符号算法各自的优点，T.Shao等提出了仿射投影符号算法(T.Shao,Y.R.Zheng,andJ.Benesty,“Anaffineprojectionsignalgorithmrobustagainstimpulsiveinterference,”IEEESignalProcess.Lett.,vol.17,no.4,pp.327–330,2010.)，简称APSA。然而，APSA算法并没有像APA算法那样具有很强的解相关能力。因此，在语音回声消除中，APSA算法的收敛速度和稳态误差并不理想，即使它对于双端通话情况有好的鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，该方法对语音信号的解相关能力强，收敛速度快，回声消除效果好。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，其步骤如下：A、获取信号将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n)；同时，对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n)；B、计算自适应滤波器的输出y(n)将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)，构成当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)，x(n)＝[x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)]T，其中，L表示自适应滤波器抽头数，L＝512或1024，上标T代表转置；计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，y(n)＝wT(n)x(n)，其中，w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量，其长度等于L，初始值为零向量；C、回声抵消将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，得到的误差信号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、正交变换D1、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)，生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)，X(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)]，其中，M为仿射投影阶数，其取值范围为8-15；D2、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个期望信号d(n),d(n-1),...,d(n-M+1)，生成当前时刻n的期望信号向量D(n)，D(n)＝[d(n),d(n-1),...,d(n-M+1)]T；D3、对当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)的列向量进行正交变换，得到K＝M个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n),其中，k为解相关列向量uk(n)的序号，l为迭代参数，l＝1,2,…,k-1；再将这K个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n)构成当前时刻n的自适应滤波器的解相关输入矩阵U(n)，U(n)＝[u1(n),u2(n),...,uk(n),...,uK(n)]；D4、根据当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)与当前时刻n的自适应滤波器解相关输入矩阵U(n)，算出当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)，Γ(n)＝[U-1(n)X(n)]T,其中，U-1(n)为U(n)的逆矩阵；D5、将当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)的逆矩阵Γ-1(n)与当前时刻n的期望信号向量D(n)相乘，得到当前时刻n的解相关期望信号向量D'(n)＝Γ-1(n)D(n)；E、更新自适应滤波器的抽头权向量计算下一时刻n+1的自适应滤波器抽头权向量其中：sgn[·]表示符号函数运算，μ为步长，其取值范围为0<μ<0.02；F、令n＝n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出利用正交变换方法对远端语音进行解相关，得到解相关的语音信号。由于解相关的语音信号在时序上具有相互正交特性，不再相关。从而大大简化了滤波器权值的更新计算，其收敛速度快，回声消除效果好。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。附图说明图1是本专利技术仿真实验中回声路径的脉冲响应。图2是本专利技术仿真实验中的远端语音信号。图3是本专利技术仿真实验中的近端语音信号。图4是仿真实验中APA方法、APSA方法和本专利技术方法的1次实现的失调曲线。具体实施方式实施例本专利技术的一种具体实施方式是，一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，其步骤如下：A、获取信号将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n)；同时，对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n)；B、计算自适应滤波器的输出y(n)将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)，构成当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)，x(n)＝[x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)]T，其中，L表示自适应滤波器抽头数，L＝512或1024，上标T代表转置；计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，y(n)＝wT(n)x(n)，其中，w(n)为当前时刻n的自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，其步骤如下：A、获取信号将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n)；同时，对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n)；B、计算自适应滤波器的输出y(n)将当前时刻n和前L‑1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n‑1)...,x(n‑L+1)，构成当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)，x(n)＝[x(n),x(n‑1)...,x(n‑L+1)]T，其中，L表示自适应滤波器抽头数，L＝512或1024，上标T代表转置；计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，y(n)＝wT(n)x(n)，其中，w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量，其长度等于L，初始值为零向量；C、回声抵消将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，得到的误差信号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、正交变换D1、用当前时刻n和前M‑1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n‑1),...,x(n‑M+1)，生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)，X(n)＝[x(n),x(n‑1),...,x(n‑M+1)]，其中，M为仿射投影阶数，其取值范围为8‑15；D2、用当前时刻n和前M‑1个时刻的M个期望信号d(n),d(n‑1),...,d(n‑M+1)，生成当前时刻n的期望信号向量D(n)，D(n)＝[d(n),d(n‑1),...,d(n‑M+1)]T；D3、对当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)的列向量进行正交变换，得到K＝M个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n),其中，k为解相关列向量uk(n)的序号，l为迭代参数，l＝1,2,…,k‑1；再将这K个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n)构成当前时刻n的自适应滤波器的解相关输入矩阵U(n)，U(n)＝[u1(n),u2(n),...,uk(n),...,uK(n)]；D4、根据当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)与当前时刻n的自适应滤波器解相关输入矩阵U(n)，算出当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)，Γ(n)＝[U‑1(n)X(n)]T,其中，U‑1(n)为U(n)的逆矩阵；D5、将当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)的逆矩阵Γ‑1(n)与当前时刻n的期望信号向量D(n)相乘，得到当前时刻n的解相关期望信号向量D'(n)＝Γ‑1(n)D(n)；E、更新自适应滤波器的抽头权向量计算下一时刻n+1的自适应滤波器抽头权向量其中：sgn[·]表示符号函数运算，μ为步长，其取值范围为0<μ<0.02；F、令n＝n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法，其步骤如下：A、获取信号将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n)；同时，对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n)；B、计算自适应滤波器的输出y(n)将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)，构成当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)，x(n)＝[x(n),x(n-1)...,x(n-L+1)]T，其中，L表示自适应滤波器抽头数，L＝512或1024，上标T代表转置；计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，y(n)＝wT(n)x(n)，其中，w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量，其长度等于L，初始值为零向量；C、回声抵消将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n)，得到的误差信号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、正交变换D1、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)，生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)，X(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)]，其中，M为仿射投影阶数，其取值范围为8-15；D2、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海全，喻翌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51