一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法技术

一种抗冲击噪声干扰的M估计解相关成比例自适应回声消除方法，其步骤如下：A、远端信号采集，对远端传来的远端信号进行采样，可以获得当前时刻n的远端输入信号的离散值x(n)，其滤波器输入信号向量为x(n)＝[x(n),x(n‑1),...,x(n‑L+1)]

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法
本专利技术属于通信系统的回声消除
技术背景自适应信号处理技术在通信领域内有着广泛的应用。通信系统中的信号主要以语音信号为主，然而在进行通话时，回声会严重的影响到语音通话的质量。回声现象是指声音或信号经过延时或形变被反射回信号源。这种现象广泛存在于语音通信、数据通信、卫星通信、免提电话、电话会议系统等通信系统中。例如在打电话的时候，因为扬声器和麦克风被放在同一个空间内，本地近端麦克风会接收到本地扬声器发出的远端语音并传回远端，这样会导致远端说话者听到自己的声音。所以通过采取有效的措施来抑制回声信号、消除其影响并提高语音通话质量是十分有必要的。自适应回声消除技术成本低，收敛速度快，回声残差小，得到了广泛的关注，被认为是最有前景的回声消除技术。自适应回声消除技术是通过对回声信号进行估计，并在近端信号中减去回声的估计值来达到回声消除的目的。自适应回声消除系统是稀疏系统，其冲激响应系统的长度可达数百个符号，但是只有少数的有效因子是非零系数，导致其收敛速度慢；当输入信号中含有冲击噪声，其收敛速度更慢，稳态误差更大，回声消除性能严重降低。文献1“稀疏系统辨识的成比例自适应算法研究”(董银霞，西南交通大学[D]，2016.)将解相关的思想和成比例的思想相结合，提出了基于解相关的成比例自适应算法，应用于稀疏系统，加快了自适应滤波算法的收敛速度，降低了稳态误差。该算法抽头权向量更新时考虑的乘积影响因子中，与残差相关的影响因子直接是当前时刻的残差信号，当有冲击干扰时，“残差信号”巨大，导致抽头权向量产生错误的巨大更新，收敛速度降低，稳态误差增大，其抗冲击干扰时仍然无法取得好的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法，该方法的抗冲击干扰能力强，在有冲击干扰信号时，仍具有较快的收敛速度和低的稳态误差，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，一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法，其步骤如下：A、远端信号采集对远端传来的信号进行采样，获得当前时刻n的远端输入信号的离散值x(n)，将当前时刻n到n-L+1时刻的输入信号x(n)、x(n-1),...,x(n-L+1)组成当前时刻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T代表转置运算，L＝512代表滤波器抽头数；B、回声信号估计将当前时刻n的输入信号向量x(n)通过自适应滤波器，得到自适应滤波器的输出值，即回声信号的估计值y(n)，y(n)＝xT(n)w(n)其中w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头的权向量，w(n)＝[w1(n),w2(n),...,wL-1(n)]T，w(n)的初始值为零向量；C、输入信号的解相关运算计算当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)与前一时刻的自适应滤波器输入向量x(n-1)的相关系数a(n)：通过解相关运算，得到自适应滤波器输入信号向量x(n)的更新向量z(n)，z(n)＝x(n)-a(n)x(n-1)；D、回声消除对近端麦克风采样得到带回声的当前时刻n的近端信号d(n)，将其减去回声信号的估计值y(n)，得到当前时刻n的误差信号e(n)，e(n)＝d(n)-y(n)，再将当前时刻n的误差信号e(n)送回给远端；E、滤波器抽头权向量更新E1、计算代价函数根据当前时刻n到时刻n-Nw+1之间的残差信号e(n),e(n-1),…,e(n-Nw+1)，得到当前时刻n到时刻n-Nw+1之间的残差信号平方值e2(n),e2(n-1),…,e2(n-Nw+1)，进而得到当前时刻n估计窗内的残差信号平方序列Ae(n)，Ae(n)＝[e2(n),e2(n-1),…,e2(n-Nw+1)]其中，Nw为估计窗的长度，其取值范围为5～15；再由下式计算出当前时刻n的加权标准化残差其中，λ为前一时刻n-1的权重，其取值范围为0.800～0.999,C为标准化参数，C＝1.483(1+5/(Nw-1))，med(·)表示取中间值的运算；根据当前时刻n的加权标准化残差得出当前时刻n的M估计较大阈值参数Δ1(n)，得出当前时刻n的M估计偏大阈值参数Δ2(n)，得出当前时刻n的M估计较大阈值参数Δ3(n)，由下式计算出滤波器当前时刻n的抽头权向量w(n)更新的评价函数ψ(e(n))：其中sgn(·)为符号函数；E2、计算成比例矩阵计算滤波器抽头权向量w(n)的更新步长矩阵G(n)，G(n)＝diag[g1(n),g2(n),...gl(n)...,gL(n)]，其中gl(n)表示第l个成比例控制因子，可由下式进行计算：其中||·||1表示1-范数，diag代表对角矩阵，β为成比例参数，β∈[-1,1]，ε代表正则化参数，取值范围为0.001～0.01；E3、滤波器抽头权向量的更新利用基于M估计的解相关成比例归一化自适应滤波的方法，对下一时刻n+1的滤波器抽头权向量w(n+1)进行更新：其中μ表示滤波器的步长，取值范围为0～2，δ为很小的正常数，是为了防止上式中分母为0，取值为0.001～0.01；F、令n＝n+1，重复上述A，B，C，D，E的过程，至通话结束。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术抽头权向量更新时考虑的乘积影响因子中，与残差相关的影响因子不是当前时刻的残差信号e(n)，而是基于加权标准化残差的评价函数ψ(e(n))。首先，当前时刻的加权标准化残差是前一时刻的加权标准化残差和当前时刻的时间窗(包括当前时刻在内的Nw个时刻)的残差信号平方e2(n)的中位数的加权平均；当前时刻的时间窗残差平方的中位数形成的标准化残差，即已经对冲击干扰进行了一次削减，与前一时刻的标准化残差进行加权平均得到的加权标准化残差又对冲击干扰进行了再次削减。其次，基于加权标准化残差的评价函数ψ(e(n))：当残差小于较大阈值Δ1(n)时，认定此时无冲击干扰信号，评价函数ψ(e(n))取残差信号e(n)，充分利用了残差信号中包含的信息，其收敛速度快，稳态误差低；当残差大于较大阈值Δ1(n)而小于偏大阈值Δ2(n)时，认定有较弱的冲击干扰信号，此时评价函数ψ(e(n))取值为Δ1(n)，去掉了大于Δ1(n)的部分，从而对较弱的冲击干扰信号进行了弱削减，并有效利用了残差信号中的信息；当残差大于偏大阈值Δ2(n)而小于最大阈值Δ3(n)时，认定有较强的冲击干扰信号，此时评价函数ψ(e(n))取也即评价函数ψ(e(n))与e(n)成负相关，取值范围为Δ1(n)～0，从而对越强的冲击干扰信号进行了越强的削减；当残差大于最大阈值Δ3(n)时，认定有超强的冲击干扰信号，此时评价函数ψ(e(n))取0，将超强冲击信号全部削减掉。总之，本专利技术方法在无冲击干扰信号时，与现有技术一样,直接取误差信号作为权向量更新时的乘积影响因子，充分利用了残差信号中的信息，其稳态误差低，收敛速度快；而当有冲击干扰信号时，分为三个阈值段对越强的冲击信号进行越大程度的削减，直至全部削减完，因此其抗冲击能力强。在有冲击干扰信号时，任然具有较快的收敛速度和较低的稳态误差，回声消除效果好。同时,本专利技术利用了解相关的思想得到相关系数a(n)，将当前时刻n的输入向量x(n)减去相关分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法，其步骤如下：A、远端信号采集对远端传来的信号进行采样，获得当前时刻n的远端输入信号的离散值x(n)，将当前时刻n到n‑L+1时刻的输入信号x(n)、x(n‑1),...,x(n‑L+1)组成当前时刻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T代表转置运算，L＝512代表滤波器抽头数；B、回声信号估计将当前时刻n的输入信号向量x(n)通过自适应滤波器，得到自适应滤波器的输出值，即回声信号的估计值y(n)，y(n)＝xT(n)w(n)其中w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头的权向量，w(n)＝[w1(n),w2(n),...,wL‑1(n)]T，w(n)的初始值为零向量；C、输入信号的解相关运算计算当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)与前一时刻的自适应滤波器输入向量x(n‑1)的相关系数a(n)：

【技术特征摘要】
1.一种抗冲击干扰的自适应回声消除方法，其步骤如下：A、远端信号采集对远端传来的信号进行采样，获得当前时刻n的远端输入信号的离散值x(n)，将当前时刻n到n-L+1时刻的输入信号x(n)、x(n-1),...,x(n-L+1)组成当前时刻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T代表转置运算，L＝512代表滤波器抽头数；B、回声信号估计将当前时刻n的输入信号向量x(n)通过自适应滤波器，得到自适应滤波器的输出值，即回声信号的估计值y(n)，y(n)＝xT(n)w(n)其中w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头的权向量，w(n)＝[w1(n),w2(n),...,wL-1(n)]T，w(n)的初始值为零向量；C、输入信号的解相关运算计算当前时刻n的自适应滤波器输入向量x(n)与前一时刻的自适应滤波器输入向量x(n-1)的相关系数a(n)：通过解相关运算，得到自适应滤波器输入信号向量x(n)的更新向量z(n)，z(n)＝x(n)-a(n)x(n-1)；D、回声消除对近端麦克风采样得到带回声的当前时刻n的近端信号d(n)，将其减去回声信号的估计值y(n)，得到当前时刻n的误差信号e(n)，e(n)＝d(n)-y(n)，再将当前时刻n的误差信号e(n)送回给远端；E、滤波器抽头权向量更新E1、计算代价函数根据当前时刻n到时刻n-Nw+1之间的残差信号e(n),e(n-1),…,e(n-Nw+1)，得到当前时刻n到时刻n-Nw+1之间的残差信号平方值e2(n),e2...

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