专利名称：适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应信号处理方法，特别是一种适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法。
背景技术：
快速仿射投影自适应处理方法是仿射投影自适应处理方法的近似快速可实现改进，因其收敛速度快、时间复杂度低等特点，较适用于回声抵消、有源噪声控制等。但近年来，人们发现较差的稳定性一直制约着该自适应处理方法的应用，同时指出其相关矩阵求逆迭代过程所产生的误差累积与传播是导致其稳定性变差的主要原因，特别是在精度较低的定点实现应用中，自适应处理的性能会变得很恶劣，其表现是周期性的滤波器系数发散，以及遇到能量较大的信号时滤波器系数发散。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是为了解决长期以来直接采用快速仿射投影自适应处理方法所带来不稳定的问题，通过增加少量的额外运算，在不影响原方法性能的前提下而提供的一种适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法。
2、技术方案本发明所述的适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法，包括以下步骤(1)初始化自适应处理相关参数；(2)获取参考信号和期望信号，并与之前获得的参考信号组成参考信号组X(k)；(3)通过逆矩阵迭代定理估计参考信号的相关矩阵的逆矩阵R-1(k)；R-1(k)=R^-1(k)[2I-R(k)R^-1(k)]---(1)]]>(4)更新参数参考信号的相关矩阵R(k)和相关数组r(k)；(5)通过下式校正R-1(k)，得到pi(k)＝R-1(k)[2ci-R(k)pi(k)]，i＝1+(kmodL)(2)(6)根据当前自适应滤波器系数估计误差e(k)，并更新误差数组e(k)；(7)根据e(k)更新缓存η(k)和ε(k)；(8)更新自适应滤波器系数w(k)；(9)等待下一个采样点后，返回步骤(2)；
其中
是当前迭代得到的参考信号的相关矩阵的逆矩阵的估计，R(k)是当前参考信号的相关矩阵，I是与R(k)同尺寸的单位阵；pi(k)是R-1(k)的第i列，ci表示第i个元素为1其它元素均为0的长度为L的列向量，mod表示整数取余操作。
本发明具有较好的鲁棒性，在同样的情况下，可将规则化参数(Regularization Parameter)设定得更小，进而使得自适应收敛速度增加，以更短的时间使自适应处理有效地逼近传递函数。快速仿射投影自适应处理方法的原型——仿射投影自适应处理方法的表达式可简化为e(k)＝y(k)-Xt(k)w(k-1)， (3)w(k)＝w(k-1)+μX(k)R(k)-1e*(k)， (4)表1改进型快速仿射投影自适应处理方法详细步骤
R(k)＝Xh(k)X(k)+δI(5)
其中，y(k)＝[y(k)，y(k-1)，K，y(k-L+1)]t，X(k)＝[x(k)，x(k-1)，K，x(k-L+1)]，x(k)＝[x(k)，x(k-1)，K，x(k-N+1)]t(此处y(k)是自适应滤波期望(主)信号，x(k)是参考信号)，e(k)是L维的当前k时刻误差信号，w(k)是对应的N维滤波器系数，k采样序列，N是自适应滤波器的阶数，L投影因子，δ规则化因子(较小的正数)，上标t和h分别表示转置和哈密顿(Hermitian)转置。原自适应处理方法通过滑动窗矩阵求逆定理迭代更新式(4)中的矩阵求逆过程，提高了运算效率。根据式(4)的定义可知R(k)R-1(k)＝I(6)定义 是R-1(k)在自适应处理中的迭代估计，可得R(k)[R-1(k)-R^-1(k)]=I-R(k)R^-1(k)---(7)]]>对其进行移项可得R-1(k)=R-1(k)[I-R(k)R^-1(k)]+R^-1(k)---(8)]]>定义ΔR-1(k)是R-1(k)和 偏差，即R-1(k)=R^-1(k)+ΔR-1(k)---(9)]]>将其代入式(8)中，可得R-1(k)=[ΔR-1(k)+R^-1(k)]R(k)ΔR-1(k)+R^-1(k)]]>=ΔR-1(k)R(k)ΔR-1(k)+R^-1(k)R(k)ΔR-1(k)+R^-1(k)---(10)]]>由于式(10)中第二行等号右边第一项是ΔR-1(k)的二阶小量，又因为每次自适应滤波器更新所产生的ΔR-1(k)非常小，所以该项可以忽略，从而式(10)便可简化为R-1(k)=R^-1(k)[I-R(k)R^-1(k)]+R^-1(k)]]>=R^-1(k)[2I-R(k)R^-1(k)].---(11)]]>改进型快速仿射投影自适应处理方法即根据Rnew-1(k)=R-1(k)[2I-R(k)R-1(k)]---(12)]]>的原理对R-1(k)的迭代更新过程进行矫正，具体步骤在迭代矩阵求逆之后插入了一项对R-1(k)中各列向量的轮循校正处理过程(见表1第9步)，使得估计得到的逆矩阵与真实的逆矩阵的偏差限制在一个很小的范围内，使得系统即使是在定点(16bit)实现情况下也能得到较高的性能。具体的自适应处理方法步骤如表1所示，其中pi(k)是R-l(k)的第i列元素所组成的向量，ci是除第i个元素为1外其它元素均为0的L维列向量。
3、有益效果本发明在不影响原处理方法性能的情况下提高了稳定性，在低端定点实现中依然能达到较好的效果，更适合于定点实现的系统。
四
图1是本方法的实验测试连接图。
图2是本方法与原自适应处理方法在16位定点实现下对逆矩阵误差变化的比较，参考信号为宽带噪声，输入功率为-10dB，自适应滤波器阶数N为256，L取4，δ取0.1。
图3是本方法与原自适应处理方法在32位定点实现下对逆矩阵误差变化的比较，参考信号为宽带噪声，输入功率为-10dB，自适应滤波器阶数N为256，L取4，δ取0.1。
五具体实施例方式
一种在一般声场环境下的改进型快速仿射投影自适应处理方法实验测试装置，包括含有AD和DA的DSP开发板，含有声卡的台式计算机，扬声器，传声器和导线若干。
一种在一般声场环境下的改进型快速仿射投影自适应处理方法的实验测试方法包括以下步骤1、将声卡的输出信号通过导线传递给DSP开发板，并在开发板内产生参考信号x(k)；2、DSP开发板将参考信号通过扬声器将x(k)送出，同时通过传声器将其采集的信号送入DSP开发板，进而得到期望滤波信号y(k)；3、周围声场保证足够安静，以避免近端信号和噪声对自适应处理的干扰；4、DSP开发板内的系统通过改进型快速仿射投影自适应处理方法对x(k)和y(k)进行处理，得到估计误差信号e(k)，将其送至声卡输入端并予以记录；5、DSP开发板记录当前逆矩阵误差变化情况，并通过连接线送入计算机并记录，便于实时观察。
定义平均误差率(Mean Error Ratio，MER)MER=20log10{||R-1(k)-R^-1(k)||||R-1(k)||},---(13)]]>其中||g||表示矩阵的Frobenius模。通过图2和图3的观察可以发现，原快速仿射投影自适应处理方法的平均误差率容易发散，甚至会导致溢出，而改进型快速仿射投影自适应处理方法的平均误差率基本被限定在一个区间范围内，表现出了较好的稳定性。
权利要求
1.一种适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法，其特征是该方法包括以下步骤(1)初始化自适应处理相关参数；(2)获取参考信号和期望信号，并与之前获得的参考信号组成参考信号组X(k)；(3)通过逆矩阵迭代定理估计参考信号的相关矩阵的逆矩阵R-1(k)；R-1(k)=R^-1(k)[2I-R(k)R^-1(k)]]]>(4)更新参数参考信号的相关矩阵R(k)和相关数组r(k)；(5)通过下式校正R-1(k)，得到pi(k)＝R-1(k)[2ci-R(k)pi(k)]，i＝1+(kmodL)(6)根据当前自适应滤波器系数估计误差e(k)，并更新误差数组e(k)；(7)根据e(k)更新缓存η(k)和e(k)；(8)更新自适应滤波器系数w(k)；(9)等待下一个采样点后，返回步骤(2)；其中R^-1(k)]]>是当前迭代得到的参考信号的相关矩阵的逆矩阵的估计，R(k)是当前参考信号的相关矩阵，I是与R(k)同尺寸的单位阵；pi(k)是R-1(k)的第i列，ci表示第i个元素为1其它元素均为0的长度为L的列向量，mod表示整数取余操作。
全文摘要
本发明公开了一种适用于定点实现的快速仿射投影自适应处理方法，该方法可通过已知量，在有限的额外运算量的基础上，自动更新和校正参考信号的相关逆矩阵，以避免由求逆过程中的误差累积与传播所导致的自适应滤波过程不稳定甚至滤波器系数发散的问题，从而有效的控制自适应处理的稳定性。本发明所提出的改进型快速仿射投影自适应处理方法可满足高速自适应滤波处理应用的要求，具有较强的实用性。
文档编号H03H21/00GK1937034SQ20061009656
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者陈锴, 卢晶, 邱小军 申请人:南京大学