自适应滤波方法及相关设备技术

使用自适应滤波器对输入信号进行滤波，以产生输出信号。从输出信号中导出误差信号。自适应滤波器具有其值可被改变的系数。使用导出的更新量来修改系数值。更新量由输入信号的值、误差信号的极性值和步进增益的乘积得出。步进增益的形式为２↑［Ｋ］，Ｋ是整数且由误差信号的数值幅度和步进增益参数决定。更新量取决于误差信号的幅度和极性，因此可精确地更新系数。步进增益的特定形式可快速得到乘积结果。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及处理输入信号的方法。还涉及用于实现该方法的相应数据处理设备。本专利技术尤其涉及视频或音频数据经通信信道传输时遭受失真而进行的处理。在下文中，符号“A”表示信号A，“A(n)”表示信号A在离散时间n的数字化值。输入信号Sin可能代表任何类型的数字视频、音频或通信数据。信号Sin代表诸如视频或音频数据。输入信号Sin可能是由基站产生的压缩视频数据所调制的中频。该信号从基站通过地面广播、电缆或卫星信道传输到接收机。在传输期间，信号Sin可能受到不同形式失真的影响。所传输的输入信号Sin可能包括训练序列。接收到的训练序列可能被破坏。为补偿某些类型的失真，使用自适应滤波器F对可能被破坏的输入信号Sin进行滤波。滤波器F是自适应的，因此经过滤波的已接收训练序列与接收机预知的原始训练序列接近。滤波器F有m个可调整系数的集合C，其值为离散时间n处的C0(n)，C1(n)，…，Cm-1(n)。滤波器F产生输出信号Sout，且值Sout(n)由时刻n的滤波器系数值和滤波器F中缓存的输入信号Sin值得到，示于附图说明图1A中的公式。为使滤波器F达到自适应，如图1B所示，从基准信号Sref和信号Sout之差得到误差信号E。基准信号是接收机预知的训练序列。这种自适应滤波或均衡的方法依靠训练序列来调整系数，通常称为“训练均衡”。系数的调节也可通过所谓的盲均衡来完成。盲均衡并不需要传输训练序列。误差信号E的导出和系数的调节依赖于自适应滤波器输出信号Sout的统计特性。可能的调节方法包括更新集合C以使误差信号E最小。通常通过从时刻n到时刻n+1时更新每个系数的方法来更新集合C。图1C中给出对时刻n处的系数Cj进行更新的方程形式，其中g是时刻n的数学标量函数，f1是时刻n处误差信号值的数学标量函数，f2是时刻n处滤波器F中缓存的输入信号Sin(n-j)值的数学标量函数，公式中还有系数Cj。调节公式众所周知的一种形式如图1D所示，涉及最小均方(LMS)算法，目的是调整滤波器F的系数，令滤波器F的输出信号与基准信号之间差异最小。使用控制算法收敛速度的自适应步进参数μ进行系数Cj(n)的更新。在此引入作为参考的美国专利5,568,411，公开了自适应滤波器中更新系数的一种方法。该方法与众所周知的最小均方更新算法非常类似。这种已知的方法针对系数更新的关系基于极性一致相关器，该相关器基于误差信号的符号和输入信号连续N个时刻样值符号的乘积和。本专利技术的一个目的是提供数据处理设备中易于实现的有效滤波方法。本专利技术的另一目的是提供可进行高速数据处理的数据处理设备，并提供该设备的低成本实施方案。为此目的，本专利技术提供对输入信号处理的方法。该方法包括下述步骤。输入信号通过使用可调整系数的滤波器进行滤波以产生输出信号。从输出信号中导出误差信号。对至少一个特定的滤波器系数，从输入信号的第一个值、取决于误差信号第三个值极性的二进制信号的第二个值和步进增益的第四个值的乘积可得到更新量。步进增益的形式为2K，K是整数且取决于第三个值的幅值和步进增益参数。随即使用得到的更新值对特定滤波器系数进行调整。本专利技术的处理方法目的是通过调节至少一个特定系数来获得使误差信号最小的输出信号。基于输入信号的值、误差信号的极性和2K形式的指定步进增益来实现系数的调节，其中整数K是误差信号幅值的函数。与基于理论的LMS公式更新系数以进行滤波的已知信号处理方法相比，本专利技术的方法由于所需乘法次数更少，因而更简单。此外，与
技术介绍
部分公开的滤波方法相比，本专利技术的方法不仅包括误差信号的极性，还包括误差信号的幅值。因此，本专利技术的方法允许对滤波器系数进行更精细的调整。此外，涉及的步进增益的形式是2K，易于通过诸如桶形移位器或预先准备的查找表来实现。因此，本专利技术方法的一个优点是其对于滤波器系数快速有效的更新机制，可避免多次乘法操作。本专利技术的方法是基于理论算法的方法和
技术介绍
部分描述的低计算性方法的正确性之间的一个很好的折中。本专利技术还涉及用于处理数字输入信号的数据处理设备。本专利技术的设备包括具有可调整滤波器系数的电路，用于对输入信号进行滤波并产生输出信号。设备中还包括误差计算器，用于从输出信号中导出误差信号。设备也包括步进增益计算器，用于得到2K形式的步进增益的第一个值，其中K是基于误差信号第二个值的幅度和步进增益参数的整数。设备还有一个符号单元和更新电路，符号单元用于提供基于误差信号第二个值极性的二进制信号。对至少一个特定滤波器系数，更新电路得到更新量并使用更新量来调整特定系数。更新量由输入信号的第三个值、二进制信号的第一个和第四个值的乘积得到。本专利技术的设备执行简单的乘法操作。通常，乘法运算比较占用处理资源，因此本专利技术的设备可以高效地使用可用的处理资源和计算时间。本专利技术将通过举例更进一步详细阐述，其中参考下述附图图1A-1K是数学公式；图2是根据本专利技术的数据处理设备框图；图3是本专利技术某些部分的流程图示；图4是根据本专利技术的自适应滤波电路框图，且图5是根据本专利技术的更新电路。图示中具有相似或相同特性的元件用同样的编号表示。图2是根据本专利技术的数据处理设备200的实施例的框图。设备200包括对数字输入信号Sin进行滤波的滤波电路F，产生数字输出信号Sout。滤波电路F有一个集合C，由m个在离散时间n处取值为C0(n)，C1(n)，…Cm-1(n)的可调整滤波系数组成。所述的系数可进行调整，意即它们的值可以改变。例如，如下面的示例所示，系数是自适应系数，因此滤波器F为自适应滤波器。设备200可以是接收机的一部分，该接收机接收由发射器输出并通过通信信道传输的输入信号Sin。设备200完成对信号Sin的均衡。在训练均衡中，发射器端对输入信号Sin进行的发射包括Sin中包括基准信号Sref作为输入信号Sin的一部分的发射。在接收端，接收到有失真的信号Sref。此信号Sref通常称作训练序列。有失真的基准信号Sref通过滤波器F进行滤波并产生经过滤波的有失真基准信号Sref。已滤波的有失真基准信号Sref是输出信号Sout的一部分。本领域中技术人员可通过从信号Sref和已滤波的有失真基准信号Sref得到误差信号并使误差信号最小，且使用该结果来得到输出信号，从而部分地去除信道失真。在盲均衡中，输入信号Sin的传输不包括基准信号Sref的传输。在这种情况下，误差信号E从输出信号Sout的统计特性导出。在本实施方案中，执行训练均衡。设备200还包括用于从输出信号Sout和基准信号Sref得到误差信号的误差计算器202。在设备200中预先已知基准信号Sref。在本实施方案中，计算器202有一个比较器，可计算基准信号Sref和输出信号Sout之间的差异，示于图1E。量i是正整数，代表计算器202所需的延时以实现误差信号E的计算。因此，离散时间n处，在计算器202输出端当前可得的误差信号E(n)值是与时间n-i处输出信号Sout及基准信号Sref值有关的误差值。在本专利技术的理想实施方案中，此延时i可能实际为0且误差信号时刻n的取值E(n)与Sout(n)和Sref(n)时刻n的当前值有关。在图1E中给出的误差信号E的计算决不受本专利技术的限制，本领域技术人员可推导任何合适的数学表达式，用来量度初始发送和接收到的基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理输入信号的方法，该方法包括：使用具有可调整滤波器系数的滤波器对输入信号滤波以产生输出信号；.从输出信号导出误差信号；.对至少一个特定的滤波器系数，从输入信号的第一个值、取决于误差信号第三个值极性的二进制信号的第二个值和形 式为２↑［Ｋ］的步进增益的第四个值的乘积得到更新量，其中Ｋ是整数且取决于第三个值的幅度和步进增益参数；.使用更新量调整滤波器的特定系数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VL戈斯泰恩，G图尔科尼奇，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]