专利名称：一种频域自适应回声抵消方法
技术领域：
本发明是一种频域自适应回声抵消方法，尤其涉及输入为语音频率等单调信号状 况下，通过对自适应步长因子规整，使得回声抵消滤波器收敛的方法，属于语音信号处理领 域。
背景技术：
在网络视频会议以及网络电话中，由于扬声器播放出来的语音被传声器拾取后发 送回远端，加上网络和数据处理的各种延时的影响，使得远端通话者听到自己的回声，严重 的影响了通话质量。语音回声抵消器本质上是一个自适应滤波器。现有频域自适应回声抵消方法存在 以下问题计算量大，收敛性差，在双端同时说话情况下发散等问题。回声抵消的关键在于 频域自适应滤波器在语音环境复杂情况下的收敛性、整个系统的实现框架、最优化步长选 择以及归一化方式的选择。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题和缺点。本方法是一种基于归一化最小均方误差 (NLMS)的频域自适应回声抵消方法，适用于网络视频会议中的较大延迟下的回声抵消。本 方法利用FFT技术。降低计算量；采用最优步长的估计方法能够在双端说话等复杂语音情 况下实现了频域自适应滤波器的收敛，而不需要区分双端说话以及空闲状态；同时使用频 域的步长规整系数为自适应滤波器提供稳定性。为实现上述目的，本发明采用下述步骤步骤一把输入信号χ (η)进行分块，块大小为Μ，对分块的信号进行FFT变换，把 信号变换到频域，得到变换后的频域信号Xm(k)；步骤二 对变换后的频域信号Xm(k)进行自适应滤波处理，得到估计信号i( )，把估 计信号i⑷与参考信号y (η)进行比较，得到误差信号e (η)；步骤三结合输入信号χ (η)和误差信号e (η)，估计最优步长，具体步骤为首先把误差信号e (η)与估计信号变换到频域，得到E (k)与0(k)；然后计算E (k)与M功率的互相关= 力+ ⑷A(A)和自相关 似W = 似⑷+灼㈨A⑷，其中QW为力⑷的功率，PE(k)为E(k)的功率，γ为平滑系数， UW和坳⑷取随机数初始化；
ZW)接着计算线形回归系数"=^7Th和回声误差信号的方差其中
Vim心=_k’
++ Wf ‘旦为平滑系数，句,》初始化取随机数；计算误差信号方差先如+ 1) = / 也(/ ) + (1-釣丨鳅)f,其中乜㈣初始化取随机数；
最后计算最优步长的估计=min{*，l}；步骤四利用变换后的频域信号Xm(k)，估计优化步长规整系数 其中‘(^Σ/ωΚ^-Ο丨2为KW丨2滤波的输出 步骤五利用输入信号、误差信号、最优步长、步长规整系数对滤波器权重^⑴进 行更新Wm+l{k) = Wm(k) + 2^f-X:(k)Em(k)。重复以上步骤，得到了以一种频率自适应回声抵消的方法。
图1是回声抵消处理器的基本原理框2是频域自适应消除方法的框3是最优步长估计的估计与规整系数的估计方法具体实施方法具体方法将参照附图进行详细说明。在附图中，相同或相似的部件即使在不同的 图中被描述，但仍由相同的标号来表示。图1是整个回声抵消问题的方框图。参照图1，扬声器信号x(n)，来自于网络的 远端，一方面通过扬声器播放出来，由于室内的回声效应得到了信号d(n)，由于本地有语 音1 (η)，两个语音信号叠加后进入传声器，得到传声器信号y (η)；另一方面，自适应滤波器 100利用扬声器信号χ (η)、传声器信号y (η)，构造一个自适应滤波器，输出误差信号e (η)， 并且e(n)控制自适应滤波器的权重矢量，使得滤波器收敛。输出误差信号e(n)被作为本 地语音发送到远端。自适应滤波器100，主要结构如图2所示。参照图2，整个回声抵消方法包括分块 以及变换101、频域滤波器102、反变换103、最优步长估计器以及规整系数估计104与权值 更新模块105。分块以及变换模块101对于输入信号记为χ (η)进行分块操作，把信号分为M点的 块，取相邻两块进行FFT操作，记模块输出的结果为Xm(k)。Xm (k) = FFT {χ (η), χ (η+1), . . . , χ (η+2Μ-1)}(1)频域滤波器102对于输入频域信号Xm (k)以及滤波器权值W (k)在频域进行滤波 处理，并且经过反变换103实现了逆傅里叶变换处理，得到了滤波输出信号么《)。i(n) = IFFT {Xm(k) * W(k), /c = 1,2,..., 2M -1}(2)由传声器输入信号y(n)与反变换103的输出相减，得到了误差信号e (η)e(n) = y{n)-h{n)(3)
误差信号e (η)与扬声器信号χ (η)输入到最优步长估计以及规整系数估计模块 104，估计权值更新的步长，记步长为y。pt,k，k表示频点。则权值更新器105执行权值更新， 采用频域归一化最小均方误差形式= Wm(k) + 2^x'm(k)Em(k)(4)其中Xm*(k)表示输入信号频率点k的值的共轭，Em(k)为误差信号频率变换后的频 率点k的值。μ opt,k为自适应滤波器的步长，Pffl (k)功率规整因子。对于最优步长估计器以及规整系数的估计模块104的详细说明，如图3所示。考 虑的权重矢量的误差的方差最小化得原则，理论上可以推导得到最优步长取M P,.t =~(5)其中^^尉^-·^}，表示回波信号残差的方差，包含了残留回声以及近端语音与噪
声，α;2, 爿2}表示输出信号的与估计回波的方差。考虑实际使用，由于数选 择最优步长为
_2μορι,=πι η{-^,1}(6)其中σ U2可以直接从误差信号得到，用一阶平滑的估计方式+ =+(7)关键在于ο η2的估计。如图3示意，假设线性关系
(8)
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) 1 ) O 1
⑶α (<k=aa]k采用估计式 a为rf⑷-成 )与i( )之间的线形回归系数。A(m)表示力如)的瞬时功率，PE(m)表示 E(m)的瞬时功率。对于规整Pm (k)，表示Pm (k) =E{|X(m) |2}，使用一阶平滑进行估计。考虑到误差 信号能量的泄露，使用滤波器
对！X(k) I2进行滤波得到为 则最后的规整系数Pm (k) = E {max { ξ m (k)，| X (k) |2}}(13)如上所述，使用频域自适应滤波器，考虑的回声抵消问题的实际情况，控制最优的 步长以及规整系数，实现回声抵消。在频域实现回声抵消，有利于减少运算量。同时考虑使 用归一化最小均方误差自适应，有利于滤波器的收敛，有利于在双端说话时滤波器的收敛。
权利要求
一种频域自适应回声抵消方法，包括步骤一把输入信号x(n)进行分块，块大小为M，对分块的信号进行FFT变换，把信号变换到频域，得到变换后的频域信号Xm(k)；步骤二对变换后的频域信号Xm(k)进行自适应滤波处理，得到估计信号把估计信号与参考信号y(n)进行比较，得到误差信号e(n)；步骤三结合输入信号x(n)和误差信号e(n)，估计最优步长，具体步骤为首先把误差信号e(n)与估计信号变换到频域，得到E(k)与然后计算E(k)与功率的互相关和功率的自相关其中为的功率，PE(k)为E(k)的功率，γ为平滑系数，和取随机数初始化；接着计算线形回归系数和回声误差信号的方差其中β为平滑系数，初始化取随机数；计算误差信号方差其中初始化取随机数；最后计算最优步长的估计步骤四利用变换后的频域信号Xm(k)，估计优化步长规整系数Pm(k)＝E{max{ξm(k)，|Xm(k)|2}}，其中滤波的输出，步骤五利用输入信号、误差信号、最优步长、步长规整系数对滤波器权重Wm(k)进行更新其中Xm*(k)表示输入信号频率点k的值的共轭。FSA00000062336500011.tif,FSA00000062336500012.tif,FSA00000062336500013.tif,FSA00000062336500014.tif,FSA00000062336500015.tif,FSA00000062336500016.tif,FSA00000062336500017.tif,FSA00000062336500018.tif,FSA00000062336500019.tif,FSA000000623365000110.tif,FSA000000623365000111.tif,FSA000000623365000112.tif,FSA000000623365000113.tif,FSA000000623365000114.tif,FSA000000623365000115.tif,FSA000000623365000116.tif,FSA000000623365000117.tif,FSA000000623365000118.tif,FSA000000623365000119.tif,FSA000000623365000120.tif,FSA000000623365000121.tif,FSA00000062336500021.tif
2.如权利要求ι所述的频域自适应回声抵消方法，其特征在于所述步骤二中，自适应 滤波采用频域归一化最小方差频率自适应滤波器。
3.如权利要求1所述的频域自适应回声抵消方法，其特征在于所述步骤三中最优步 长的估计使用误差信号功率以及误差信号与目的信号之间的相关来估计，减少对双端说话 的判断。
4.如权利要求1所述的频域自适应回声抵消方法，其特征在于所述步骤四中优化步 长规整系数，使用平滑技术用于防止自适应滤波器发散。全文摘要
提供了一种频域自适应回声抵消的方法，在所述方法中从扬声器输入信号分块，变换到频域，频域滤波，然后反变换回时域，与传声器信号相减，得到了误差信号，利用误差信号进行最优步长的估计以及规整系数的估计，从而更新滤波器的系数。以较小的计算量，实现了回声抵消的功能。
文档编号G10L19/02GK101888455SQ20101014285
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者吴文焘 申请人:熔点网讯(北京)科技有限公司