專利名稱:使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及信號(hào)處理,更具體地涉及使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù):
眾所周知可以用工作在有影響的整個(gè)頻帶上的全帶自適應(yīng)濾波器(fullbank adaptive filter)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)噪聲消除系統(tǒng)。當(dāng)干擾信號(hào)是白噪聲時(shí),最小均方(LMS)算法及其變形在干擾信號(hào)為白噪聲時(shí)經(jīng)常被用于使全帶濾波器具有相對(duì)低計(jì)算復(fù)雜性和足夠的性能。然而,由于大量特征值展開和緩慢收斂,該全帶LMS解決方案因具有彩色干擾信號(hào)而受到性能的顯著降低的損害。此外,當(dāng)增加LMS濾波器的長(zhǎng)度時(shí),LMS算法的收斂速度降低并且計(jì)算要求提高。這在應(yīng)用中是有問題的,例如聲學(xué)回聲消除,其需要長(zhǎng)自適應(yīng)濾波器以模擬返回信道響應(yīng)和延遲。這些問題在便攜式應(yīng)用中尤其重要,其中必須保持處理能力。
因此,對(duì)于很多自適應(yīng)系統(tǒng),子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)變成了一種令人感興趣和可行的選擇。該SAF方法采用一個(gè)濾波器組來將全帶信號(hào)輸入分成多個(gè)頻帶,每個(gè)作為一個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸入。這種子帶分解大大地降低了這些自適應(yīng)濾波器的更新速度和長(zhǎng)度,從而導(dǎo)致了更低的計(jì)算復(fù)雜性。
通過臨界采樣,子帶信號(hào)通常被最大地在SAF系統(tǒng)中抽樣。這導(dǎo)致輸入信號(hào)的白化和提高的收斂性能。例如,存在一種具有臨界采樣的SAF系統(tǒng)(在IEEE Trans.Signal processing,1992年8月出版的第SP-40卷,第8期,第1862-1875頁(yè),由A.Gilloire和M.Vetterli發(fā)表的“Adaptive Filter in Subbands with Critical SamplingAnalysis,Experiments and Applications to Acoustic Echo Cancellation”(“具有臨界采樣的子帶自適應(yīng)濾波器對(duì)聲學(xué)回聲消除的分析、試驗(yàn)和應(yīng)用”))。
然而,最大的抽樣/臨界采樣產(chǎn)生了混淆問題?;煜д娴某霈F(xiàn)需要在相鄰的子帶或者間隙濾波器組(gap filterbank)之間采用自適應(yīng)交叉濾波器。帶有交叉濾波器的系統(tǒng)收斂較慢并且具有較高的計(jì)算消耗,同時(shí)間隙濾波器組產(chǎn)生顯著的信號(hào)失真。
因此期望提供一種使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng),使高速處理、低功率消耗和高質(zhì)量變得更容易。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種消除或者減輕至少上述一個(gè)缺點(diǎn)的方法和系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的方法,該方法包括步驟分析初始信號(hào),該初始信號(hào)具有受到不期望的信號(hào)的影響的信號(hào),和響應(yīng)所述不期望的信號(hào)的參考信號(hào),以在許多子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào);在每個(gè)子帶中使用自適應(yīng)濾波器處理頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào),包括操作至少所述頻域參考信號(hào)以改進(jìn)每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器的收斂;和合成所述自適應(yīng)處理模塊的輸出以輸出其中所述參考的影響已經(jīng)被消除的時(shí)域信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于分析初始信號(hào)的分析濾波器組,該初始信號(hào)具有受到不期望的信號(hào)的影響的信號(hào),和響應(yīng)所述不期望的信號(hào)的參考信號(hào),以在許多子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào);用于處理所述頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)的處理模塊,包括每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器,和操作至少所述頻域參考信號(hào)以改進(jìn)每個(gè)自適應(yīng)濾波器的收斂的模塊;和用于合成所述處理模塊的輸出的合成濾波器組,以輸出其中所述參考的影響已經(jīng)被消除的時(shí)域信號(hào)。
通過參考下面說明、附加的權(quán)利要求和附圖,將進(jìn)一步理解本發(fā)明的其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
從以下結(jié)合附圖的說明中將可以進(jìn)一步理解本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)系統(tǒng)的方框圖;圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖;圖4A-4C是顯示圖3的信號(hào)頻譜圖;圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)的方框圖;圖6是顯示了話音在0dB SNR白噪聲下的沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化和通過抽樣白化三種情況的平均標(biāo)準(zhǔn)化濾波器MSE(測(cè)量的均方誤差)的曲線;圖7是顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加強(qiáng)白化的參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣的特征值的曲線;圖8是顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加強(qiáng)白化的MSE誤差的曲線;圖9是顯示具有不同階的仿射投影算法(APA)的MSE的曲線;圖10是顯示用于回聲消除的自適應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用的方框圖;圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的用于回聲消除的過采樣SAF系統(tǒng)的方框圖;圖12是顯示圖11的自適應(yīng)處理模塊(APB)的第一個(gè)實(shí)施例的框圖;圖13是顯示圖11的APB的第二個(gè)實(shí)施例的框圖;圖14是顯示圖11的APB的第三個(gè)實(shí)施例的框圖;圖15是顯示圖11的APB的第四個(gè)實(shí)施例的框圖;圖16是顯示擴(kuò)散噪聲(diffuse noise)的相關(guān)函數(shù)的圖;圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的框圖;圖18是顯示圖17的自適應(yīng)處理模塊(APB)和非自適應(yīng)處理模塊(NAPB)的一個(gè)實(shí)施例的框圖;圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的抗串音APB的框圖;圖20是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的示意圖;圖21是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例過采樣SAF系統(tǒng)的示意圖;圖22是顯示圖21的子帶處理模塊的一個(gè)例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-3舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的子帶自適應(yīng)濾波器(SAF)系統(tǒng)。圖1-3中的SAF系統(tǒng)10A-10C具有改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂性能的功能。通過使用過采樣加權(quán)疊加(WOLA)濾波器組來實(shí)現(xiàn)該SAF系統(tǒng)。在美國(guó)專利第6,236,731號(hào)文件、美國(guó)專利第6,240,192號(hào)文件和由R.Brennan和T.Schneider發(fā)表在1998年的Proc.IEEE Int.Symp.Circuits and Systems的第569-572頁(yè)上“A Flexible FilterbankStructure for Extensive Signal Manipulations In Digital Hearing Aids”(“用于數(shù)字助聽器中的大量信號(hào)處理的靈活的濾波器組結(jié)構(gòu)”)中描述了這種過采樣WOLA濾波器組,在此引用作為參考??梢允褂脭?shù)字信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種過采樣WOLA濾波器組。
這種過采樣WOLA濾波器組具有用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成過采樣子帶信號(hào)的WOLA分析濾波器組、用于使用自適應(yīng)濾波器處理過采樣子帶信號(hào)的子帶信號(hào)處理器、和用于組合這些子帶信號(hào)的WOLA合成濾波器組。過采樣子帶信號(hào)的頻譜不是白的。當(dāng)例如使用2和4的過采樣因子時(shí),它們的頻譜帶寬分別限于π/2和π/4。通過比較的臨界采樣系統(tǒng)產(chǎn)生從dc到π的整個(gè)范圍內(nèi)的子帶信號(hào)。在下面說明的SAF系統(tǒng)10A-10C中,過采樣子帶信號(hào)被白化以提高自適應(yīng)濾波器的收斂速度。因此由子帶分解產(chǎn)生的降低的頻譜動(dòng)態(tài)的固有好處不會(huì)由于過采樣而損失。
下面詳細(xì)說明圖1中的SAF系統(tǒng)10A。SAF系統(tǒng)10A具有通過頻譜加強(qiáng)在過采樣子帶信號(hào)的頻譜范圍內(nèi)使其白化的功能,這提高了最小均方(LMS)算法的收斂速度。在SAF系統(tǒng)10A中,一個(gè)未知的設(shè)備P(z)12由一個(gè)自適應(yīng)濾波器W(z)14模擬。
該SAF系統(tǒng)10A包括WOLA分析濾波器組16和18,和許多子帶處理模塊。圖1中舉例說明了用于子帶i的子帶處理模塊5A。這個(gè)模塊包括強(qiáng)調(diào)濾波器(emphasis filter)gper(z)20和22、一個(gè)LMS模塊24、一個(gè)二級(jí)的自適應(yīng)濾波器Wpre(z)26和一個(gè)加法器28。該子帶處理模塊5A可以被用于每個(gè)子帶。
WOLA分析濾波器組16接收參考信號(hào)x(n)。WOLA分析濾波器組18接收經(jīng)由設(shè)備P(z)12的初始信號(hào)d(n)。WOLA分析濾波器組16和18將它們的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成許多過采樣子帶信號(hào)。
在WOLA分析期間,以M/OS的因子抽樣子帶信號(hào),其中M是濾波器的數(shù)量,OS是過采樣因子。在這個(gè)階段,子帶信號(hào)不再是全帶的了。在WOLA分析濾波器16和18的輸出端,即圖1中的點(diǎn)1和2處,它們的帶寬是π/OS。因此,頻譜是彩色的,但是是可預(yù)知的、不變的方式。然后強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)20和22在點(diǎn)1和2處分別放大信號(hào)的高頻部分,以獲得幾乎白的頻譜。二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre(z)26的輸入,即在點(diǎn)3處的信號(hào)被強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)20的輸出白化。
加法器28將強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)22的輸出和二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre(z)26的輸出相加。LMS模塊24接收強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)20的輸出和加法器28的輸出,并且調(diào)整二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wpre(z)26的濾波器系數(shù)。LMS模塊24可以實(shí)現(xiàn)任何LMS算法的通用變型。典型地,因?yàn)槠浞€(wěn)定性和低計(jì)算成本而使用泄漏(leaky)標(biāo)準(zhǔn)化LMS算法。在每個(gè)子帶中,將自適應(yīng)濾波器Wpre(z)26的系數(shù)復(fù)制到自適應(yīng)濾波器W(z)14中。在每個(gè)子帶中,自適應(yīng)濾波器W(z)采用點(diǎn)1處的未加強(qiáng)形式的子帶信號(hào)作為其輸入。
SAF系統(tǒng)10A還包括一個(gè)加法器30,其接收來自自適應(yīng)濾波器W(z)14的輸出和在點(diǎn)2處的信號(hào),并且輸出子帶信號(hào)ei(n)。
在過采樣WOLA濾波器組的合成濾波器組(圖中未示出)中將信號(hào)ei(n)(i=0,1,…,k-1)結(jié)合。在這種情況下,合成濾波器組處理沒有受到強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)22和24影響的信號(hào)。
強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)22和24的設(shè)計(jì)取決于在WOLA濾波器組中使用的過采樣因子OS。強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)20和22的濾波器增益(G)是一個(gè)取決于WOLA分析濾波器形態(tài)的設(shè)計(jì)參數(shù)。如果給出過采樣WOLA濾波器組參數(shù),則子帶信號(hào)的頻譜特性就被確定了,并且一個(gè)恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)調(diào)濾波器被設(shè)計(jì)出來。這些濾波器可以被作為有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器、無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器、或者其他濾波器類型。
在兩倍過采樣的情況下,子帶頻譜的下半部具有相對(duì)高的能量并且與包含非常少能量的頻譜的上半部相比相對(duì)平坦。在這種情況下,強(qiáng)調(diào)濾波器gpre(z)放大頻譜的高頻部分。因此,該濾波工作產(chǎn)生白化的信號(hào)頻譜。
可替代地,如圖2所示,高通噪聲可能被加到帶通信號(hào)中以將其白化?,F(xiàn)在詳細(xì)說明圖2的SAF系統(tǒng)10B。該SAF系統(tǒng)10B包括通過添加的噪聲來白化的功能。
如上所述在WOLA分析濾波器16和18中處理參考信號(hào)x(n)和初始信號(hào)d(n)。該SAF系統(tǒng)10B包括一個(gè)子帶處理模塊。圖2中說明了用于子帶i的子帶處理模塊5B。該子帶處理模塊5B包括加法器28和32,用于估計(jì)在點(diǎn)1處的信號(hào)的平均功率G的估計(jì)模塊36,用于混合平均功率G和來自高通噪聲源的信號(hào)a(n)的混合模塊38,LMS模塊24和二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1(z)40。在點(diǎn)1處的信號(hào)的平均功率G被用于調(diào)制高通噪聲a(n)。加法器32將點(diǎn)1處的信號(hào)和混合模塊38的輸出G·a(n)相加。通過將G·a(n)加到在點(diǎn)1處的信號(hào),二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1(z)40的輸入,即在3處的信號(hào)被白化。加法器28將在2處的信號(hào)和二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1(z)40的輸出相加。LMS模塊24接收加法器32和34的輸出,并且調(diào)整二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1(z)40的濾波器系數(shù)。二級(jí)自適應(yīng)濾波器W1(z)40的系數(shù)被復(fù)制到自適應(yīng)濾波器W(z)14。該自適應(yīng)濾波器W(z)14處理點(diǎn)1處的沒有通過添加噪聲處理的信號(hào)。加法器30接收來自自適應(yīng)濾波器W(z)14的輸出和在2處的信號(hào),并輸出子帶信號(hào)ei(n)。
現(xiàn)在詳細(xì)說明圖3的SAF系統(tǒng)10C。該SAF系統(tǒng)10C包括通過抽樣來白化的功能。
如上所述在WOLA分析濾波器16和18中處理參考信號(hào)x(n)和初始信號(hào)d(n)。該SAF系統(tǒng)10C包括一個(gè)子帶處理模塊。圖3中說明了用于子帶i的子帶處理模塊5C。該子帶處理模塊5C包括抽樣模塊42和44,LMS模塊24,加法器28和二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)48。得自參考輸入x(n)和初始輸入d(n)的在點(diǎn)1和2處的子帶信號(hào)分別由通過在模塊42和44處DEC<=OS的因子被進(jìn)一步抽樣。通過將DEC設(shè)成小于OS通常獲得最好的性能。假設(shè),沒有一般性的損失,該DEC被設(shè)為DEC=OS-1。通過抽樣在點(diǎn)1處的信號(hào),到二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)48的輸入,即在點(diǎn)3處的信號(hào)被白化。加法器28將模塊44的輸出和二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)48的輸出相加。LMS模塊24接收模塊42和44的輸出,并且調(diào)整二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)48的濾波器系數(shù)。二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)48的濾波器系數(shù)在模塊50被擴(kuò)大。在點(diǎn)4處被擴(kuò)大了的濾波器系數(shù),即模塊50的輸出被復(fù)制到自適應(yīng)濾波器W(z)14。該自適應(yīng)濾波器W(z)14處理點(diǎn)1處的沒有在模塊42和50被處理過的信號(hào)。加法器30接收來自自適應(yīng)濾波器W(z)14的輸出和在點(diǎn)2處的信號(hào),并輸出子帶信號(hào)ei(n)。
對(duì)于大于2的過采樣因子OS,通過抽樣來白化是最有效的;而對(duì)于等于或者小于2的過采樣因子OS,通過頻譜加強(qiáng)或者通過添加噪聲來白化是最有效的。
圖4A顯示了圖3中的在點(diǎn)1和2的信號(hào)頻譜。圖4B顯示了圖3中的在點(diǎn)3的信號(hào)頻譜。圖4C顯示了圖3中的點(diǎn)4的信號(hào)頻譜。如圖4B所示,由DEC因子的抽樣將帶寬增加到π(OS-1)/OS(對(duì)于OS=4,3π/4),而沒有產(chǎn)生帶內(nèi)的混疊現(xiàn)象。由于增加了帶寬,在LMS模塊24上的LMS算法現(xiàn)在收斂得更快了。為了能使用自適應(yīng)濾波器W(z)14,二級(jí)自適應(yīng)濾波器Wd(z)的濾波器參數(shù)被擴(kuò)大OS-1倍。這樣可以建立圖4C所示的頻帶內(nèi)圖像。然而,因?yàn)楫?dāng)ω>π/OS時(shí)在點(diǎn)1的低通信號(hào)不包含重要的能量,所以這些頻譜圖將不會(huì)帶來誤差。
在過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的SAF系統(tǒng)10A-10C(被稱作過采樣SAF系統(tǒng))被應(yīng)用在廣泛的技術(shù)領(lǐng)域中,包括自適應(yīng)降噪、麥克風(fēng)陣列的自適應(yīng)定向信號(hào)處理(adaptive directional signal processing)、助聽器的反饋降低和聲學(xué)的回聲消除。包含在子帶處理模塊5A-5C中的邏輯取決于特定的應(yīng)用。
參考信號(hào)x(n)或者初始信號(hào)d(n)中的一個(gè)可以是響應(yīng)講話者的受到干擾噪聲污染的數(shù)字信號(hào),另一個(gè)可以是響應(yīng)干擾噪聲的數(shù)字信號(hào)。在這種情況下,過采樣SAF系統(tǒng)消除了在傳輸話音過程中的噪聲。通過使用LMS算法將這兩種信號(hào)的相關(guān)成分去除,子帶處理模塊5A-5C從期望信號(hào)中去除了被污染的部分。因?yàn)楝F(xiàn)在過采樣子帶信號(hào)在他們的頻譜中被白化,因此過采樣SAF系統(tǒng)高速進(jìn)行噪聲消除,進(jìn)而增強(qiáng)了由聽者感受到的信號(hào)。
過采樣SAF系統(tǒng)可被用于聲學(xué)的回聲消除或者聲學(xué)的反饋消除。在用于回聲消除的情況中,參考信號(hào)x(n)或者初始信號(hào)d(n)中的一個(gè)可以是具有受到回聲影響的期望信號(hào)的數(shù)字信號(hào),而另一個(gè)可以是響應(yīng)該回聲的數(shù)字信號(hào)。
在LMS模塊24上的LMS參數(shù),例如LMS步長(zhǎng),在每個(gè)子帶中可以不同。例如,當(dāng)較低的子帶包含話音內(nèi)容時(shí),較低的子帶可以具有較小的步長(zhǎng),而較高的子帶可能由于相對(duì)低的話音內(nèi)容而更適合較大的步長(zhǎng)。除了上述的LMS技術(shù),例如遞歸最小平方的其他技術(shù)也可以被應(yīng)用。
改進(jìn)收斂速度的其他方法是使用對(duì)特征值擴(kuò)展問題在根本上更少敏感的自適應(yīng)策略。這些策略的一種是被稱為仿射投影算法(APA)的自適應(yīng)算法。該APA形成了標(biāo)準(zhǔn)的LMS(NLMS)和遞歸最小平方(RLS)自適應(yīng)算法之間的結(jié)合。在APA中結(jié)合了RLS算法(其被期望更大程度地對(duì)特征值擴(kuò)展問題不敏感)的快速收斂和NLMS的低計(jì)算要求的優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)在將詳細(xì)說明具有仿射投影的SAF系統(tǒng)。
在NLMS中,新的自適應(yīng)濾波器加權(quán)使最后輸入向量最適合對(duì)應(yīng)的期望信號(hào)。在APA中,這種適合擴(kuò)展到P-1個(gè)過去的輸入向量(P是APA的階數(shù))。用于第P階的APA的自適應(yīng)算法可以被總結(jié)如下1)更新Xn和dn2)en=dn-XnTWn*]]>3)Wn+1=Wn+μXn(XnHXn+αI)-1en*]]>其中Xn一個(gè)包含P個(gè)過去的輸入向量的L×P矩陣dnP個(gè)過去的期望信號(hào)樣本的向量Wn在時(shí)刻n的自適應(yīng)濾波器加權(quán)α調(diào)整因子μ自適應(yīng)步長(zhǎng)在Electronics and Communications In Japan,第67-A卷,第5期第19-27頁(yè)由K.Ozeki和T.Umeda于1984年2月發(fā)表的“An adaptivealgorithm filtering using an orthogonal projection to the affine subspaceand its properties”(“使用正交投影來仿射子空間的自適應(yīng)算法濾波及其性能”)和在IEEE Tran.on Signal Processing的第43卷第2期第444-453頁(yè)由M.Montazeri和P.Duhamel于1995年2月發(fā)表的“A set ofalgorithms linking NLMS and block RLS algorithms”(“聯(lián)結(jié)NLMS和塊RLS算法的一套算法”)中研究了APA的收斂。隨著投影階數(shù)P的增加,APA的收斂速度更少地依賴于特征值的擴(kuò)展。增加APA階數(shù)以自適應(yīng)算法的計(jì)算復(fù)雜性為代價(jià)導(dǎo)致更快的收斂。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的SAF系統(tǒng)10D。該SAF系統(tǒng)10D包括WOLA分析濾波器組16和18,和許多APA子帶處理模塊。圖5中舉例說明了用于子帶i的子帶處理模塊5D。該子帶處理模塊5D包含使用APA適應(yīng)其加權(quán)Wi(n)(n時(shí)刻)的自適應(yīng)濾波器。
該SAF系統(tǒng)10D可以在一個(gè)過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)。為了計(jì)算簡(jiǎn)單,可以應(yīng)用階數(shù)P=2的APA,以在復(fù)雜性上的最小增加產(chǎn)生更快的收斂。在這種情況下,矩陣XnHXn由R近似(參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣),如在in proc.of Inter.Workshop on Acoustic Echo and NosieControl上由V.Myllyla于2001年9月發(fā)表的“Robust fast affineprojection algorithm for acoustic echo cancellation”(用于聲學(xué)回聲消除的強(qiáng)健快速仿射投影算法)中所說明的。
對(duì)于P=2,只估計(jì)前兩個(gè)自相關(guān)系數(shù)(r(0)和r(1))并且接著將矩陣R解析地轉(zhuǎn)置就可以了。可以使用一階遞歸平滑濾波器來估計(jì)r(0)和r(1)。
將任何兩種或者多種在圖1-3和圖5中說明的技術(shù)組合以獲得更高的性能是可能的。例如,由抽樣的白化通過增加參考信號(hào)的有效帶寬提高了收斂速度。由頻譜加強(qiáng)的白化通過限制阻帶衰減由此增加最小的特征值,如前一樣提高了收斂。
圖6顯示了0dB SNR白噪聲中的話音的平均標(biāo)準(zhǔn)化濾波器MSE(均方誤差)。在圖6中,(a)代表了沒有白化的MSE,(b)代表了通過頻譜加強(qiáng)白化的MSE,(c)代表了通過抽樣白化的MSE。SAF系統(tǒng)被用于噪聲消除,其中,SAF系統(tǒng)接收來自雙麥克風(fēng)的輸入。在這種情況下,通過抽樣白化比其他兩種方法收斂得更快。因?yàn)樽赃m應(yīng)濾波器工作在低頻上,所以通過抽樣白化比通過加強(qiáng)頻譜白化或者添加噪聲白化需要更少的計(jì)算。
在由S.Weiss發(fā)表在1998年5月的PhD.Thesis,Signal ProcessingDivision,University of Strathclyde,Glasgow上的“On Adaptive Filteringin Oversampled Sub-bands”(“有關(guān)過采樣子帶中的自適應(yīng)濾波器”)文章,和S.Weiss等發(fā)表在1999年的33rd Asilomar Conference on Signals,Systems,and Computers,Monterey,CA,上的“Polyphase Analysis ofSubband Adaptive Filters”(“子帶自適應(yīng)濾波器的多相分析”)的文章中說明了SAF系統(tǒng)的詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型。
圖7顯示了沒有白化、通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化、和通過抽樣和頻譜加強(qiáng)白化的參考信號(hào)的自相關(guān)矩陣的理論的特征值。通過下面的參考文獻(xiàn)給出的分析公式來計(jì)算這些特征值,該參考文獻(xiàn)是Dennis R.Morgan在1995年3月的IEEE Trans.Speech and Audio Proc.第3卷,第2期,第126-136頁(yè)發(fā)表的“Slow Asymptotic Convergence ofLMS Acoustic Echo Cancelers”(“LMS聲學(xué)回聲消除器的慢速漸近收斂”)。小的特征值導(dǎo)致慢的收斂。在低指數(shù)區(qū)域可以看見改進(jìn)。作為上述技術(shù)的結(jié)果,即通過頻譜加強(qiáng)白化、通過抽樣白化或通過這些方法的組合,特征值比沒有白化的特征值變得更大。
在圖7中,當(dāng)通過頻譜加強(qiáng)白化和通過抽樣白化都有改進(jìn)時(shí)(由特征值的增加來證明),兩種方法的組合是更有希望的。這個(gè)結(jié)論是通過圖8所示的均方誤差(MSE)結(jié)果來確定的。圖8顯示了沒有白化;通過頻譜加強(qiáng)白化;通過抽樣白化;和通過抽樣和頻譜加強(qiáng)白化的MSE。圖9顯示具有P=1,2,4和5的階數(shù)的APA的MSE誤差。P=1的APA產(chǎn)生NLMS系統(tǒng)。如圖所示,增加APA階數(shù),同時(shí)改進(jìn)了收斂速率和MSE。
現(xiàn)在詳細(xì)說明用于回聲消除的快速自適應(yīng)技術(shù)。在回聲消除中,由于與每個(gè)回聲路徑有關(guān)的長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間而需要長(zhǎng)濾波器長(zhǎng)度,它可能導(dǎo)致緩慢的收斂。以下討論的快速自適應(yīng)技術(shù)允許使用長(zhǎng)濾波器長(zhǎng)度的回聲消除系統(tǒng)以高速消除回聲??焖僮赃m應(yīng)技術(shù)還可以被用于其他的應(yīng)用,例如噪聲消除。
圖10顯示了回聲消除自適應(yīng)系統(tǒng)的一種應(yīng)用。一個(gè)遠(yuǎn)端(FE)聲學(xué)輸入信號(hào)102在FE麥克風(fēng)(MIC)104上被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)x(t),將該電信號(hào)發(fā)送到近端(NE)揚(yáng)聲器106。NE麥克風(fēng)(MIC)110然后接收來自NE揚(yáng)聲器106的聲學(xué)回聲信號(hào)108(被稱作FE回聲)。NE麥克風(fēng)110還接收NE輸入信號(hào)112(例如話音和噪聲),并將總信號(hào)(=FE回聲108+NE輸入112)轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)d(t)。電信號(hào)x(t)被提供給自適應(yīng)濾波器118。加法器114將電信號(hào)d(t)和自適應(yīng)濾波器118的輸出相加以產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)e(t)。自適應(yīng)濾波器118將誤差信號(hào)e(t)最小化以消除FE回聲108。一旦已經(jīng)達(dá)到收斂,自適應(yīng)濾波器118本質(zhì)上模擬NE揚(yáng)聲器106和NE麥克風(fēng)110的傳遞函數(shù),以及NE揚(yáng)聲器106和NE麥克風(fēng)110之間的聲學(xué)路徑的傳遞函數(shù)。經(jīng)過FE和NE側(cè)之間的各種(不期望的)電子路徑泄漏回到FE側(cè)的電信號(hào)也可能產(chǎn)生回聲。在以下的說明中,將討論聲學(xué)回聲。然而,說明的技術(shù)包括了聲學(xué)回聲、電回聲和二者的組合。
圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于回聲消除的過采樣SAF系統(tǒng)120A。該過采樣SAF系統(tǒng)120A被應(yīng)用到圖10的系統(tǒng)中,并且在子帶域上被實(shí)現(xiàn)。
過采樣SAF系統(tǒng)120A包括用于回聲消除的SAF系統(tǒng),該系統(tǒng)包括許多自適應(yīng)處理模塊(APB)130i(I=0,1,…,K-1)。該系統(tǒng)120A接收信號(hào)x(t)和s(t)。通過一個(gè)聲學(xué)設(shè)備124(例如圖1-3中的P(z)12)將信號(hào)x(t)轉(zhuǎn)換成x’(t)。信號(hào)x’(t)可以是回聲信號(hào)。在A/D轉(zhuǎn)換器126和128上分別對(duì)信號(hào)x(t)和d(t)(=信號(hào)x’(t)+信號(hào)s(t))進(jìn)行采樣。由WOLA分析濾波器組16和18分析A/D轉(zhuǎn)換器126和128的輸出x(n),d(n),以獲得復(fù)頻域子帶信號(hào)xi(n)和di(n)(i=0,1,…,K-1),其中K是子帶的數(shù)量。使用自適應(yīng)處理模塊(APB)處理子帶信號(hào)。成對(duì)的[xi(n),di(n)]被輸入到APB130i(i=0,1,…,K-1),其輸出復(fù)子帶信號(hào)ei(n)。然后這些復(fù)子帶信號(hào)ei(n)在WOLA合成濾波器組132中結(jié)合,該WOLA合成濾波器組132輸出時(shí)域回聲消除信號(hào)e(n)。
APB模塊1300,1301,…130K-1可以使用任何上述的收斂改進(jìn)技術(shù)來獲得快速收斂,例如,通過頻譜加強(qiáng)白化,通過添加噪聲白化,通過抽樣白化,仿射投影算法,或者這些技術(shù)中的兩種或者更多種的組合。
圖12顯示了圖11的APB的第一個(gè)實(shí)施例。在圖12中舉例說明了用于子帶i的APB。圖12的APB130i包括雙方通話重疊檢測(cè)器(DTD)140A,以控制自適應(yīng)濾波器118的自適應(yīng)處理。DTD 140A包括FE和NE語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器(VAD)142和144。FE VAD142對(duì)FE信號(hào)進(jìn)行操作。NE VAD144使用信號(hào)di(n)。它還包含邏輯146,當(dāng)出現(xiàn)雙方通話重疊(NE側(cè)和FE側(cè)都講話),單方通話(只有NE側(cè)或FE側(cè)中的一側(cè)講話),或者共同暫停(兩側(cè)都不講話)的情形時(shí),該邏輯基于兩種VAD結(jié)果指定。只有在FE單方通話期間,DTD 140A允許自適應(yīng)濾波器118的迅速自適應(yīng)。在其他情形,它停止或者放慢自適應(yīng)。
圖13顯示了圖11的APB的第二個(gè)實(shí)施例。在圖13中舉例說明了用于子帶i的APB。圖13的APB 130i包括DTD 140B。在DTD 140B中,從加法器114中輸出的誤差信號(hào)ei(n)被應(yīng)用于NE VAD 144上。使用誤差信號(hào)之后的推理如下。在該自適應(yīng)處理的開始階段,因?yàn)樽赃m應(yīng)濾波器118都是一致地等于0,所以誤差信號(hào)ei(n)幾乎與di(n)相同。當(dāng)DTD 140B允許自適應(yīng)濾波器118進(jìn)行自適應(yīng),更多的回聲可以從di(n)中消除。因此,DTD 140B檢測(cè)更多的FE單方通話的情況,并且自適應(yīng)濾波器118獲得更多的機(jī)會(huì)進(jìn)一步自適應(yīng)。這將依次更有效地消除回聲。這種循環(huán)技術(shù)改進(jìn)了DTD 140B的性能,并且因此改進(jìn)了回聲消除系統(tǒng)(120A)。當(dāng)存在高電平回聲時(shí),這種策略是特別有用的。
圖14顯示了圖11的APB的第三個(gè)實(shí)施例。在圖14中舉例說明了用于子帶i的APB。圖14的APB 130i包括DTD 140B和用于控制自適應(yīng)濾波器118的步長(zhǎng)的μ-自適應(yīng)模塊150。NE信號(hào)可以包含話音和噪聲,并且即使在DTD檢測(cè)到FE單方通話情形時(shí),也可能出現(xiàn)NE噪聲。如果選擇大的自適應(yīng)步長(zhǎng)(μ),將給自適應(yīng)處理器帶來問題。提供μ-自適應(yīng)模塊150以根據(jù)FE回聲(FEE)信號(hào)的電平相對(duì)于NE噪聲(NEN)信號(hào)的電平調(diào)節(jié)自適應(yīng)步長(zhǎng),即,根據(jù)|FEE|2/|NEN|2的比率。那樣使得自適應(yīng)濾波器118在NE噪聲出現(xiàn)時(shí)能獲得快速自適應(yīng)。
通過測(cè)量共同暫停時(shí)的di(n)的能量,獲得NEN能量的估計(jì)。為了估計(jì)FEE的能量,可以在FE單方通話期間從di(n)的能量中減去NEN能量估計(jì),即在共同暫停時(shí)的|di(n)|2→|NEN|2估計(jì)在FE單方通話中的|di(n)|2-|NEN|2估計(jì)→|FEE|2估計(jì)基于DTD 140B的結(jié)果和|FEE|2/|NEN|2的估計(jì),μ-自適應(yīng)模塊150變化步長(zhǎng)值。可能有不同的策略來使步長(zhǎng)適應(yīng)。通常隨著|FEE|2/|NEN|2比率的增長(zhǎng),使用更大的步長(zhǎng)。
圖15顯示了圖11的APB的第四個(gè)實(shí)施例。在圖15中舉例說明了用于子帶i的APB。圖15的APB130i包括兩個(gè)自適應(yīng)濾波器118A和118B,和加法器114A和114B。信號(hào)xi(n)被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器118A和118B。自適應(yīng)濾波器118B包含一個(gè)基本上用于DTD 140C的低階濾波器。DTD 140C與DTD 140A-140B相似。加法器114B將自適應(yīng)濾波器118B的輸出和信號(hào)di(n)相加,并輸出信號(hào)fi(n)。信號(hào)xi(n)和fi(n)被應(yīng)用到DTD 140C上。DTD 140C控制自適應(yīng)濾波器118B的自適應(yīng)過程,并且還經(jīng)由μ-自適應(yīng)模塊150控制自適應(yīng)過程118A。μ-自適應(yīng)模塊150基于DTD 140C的結(jié)果和估計(jì)來控制自適應(yīng)濾波器118A的自適應(yīng)步長(zhǎng)。自適應(yīng)濾波器118A與μ-自適應(yīng)模塊150一起工作并且與圖14中的自適應(yīng)濾波器118執(zhí)行相似。
低階自適應(yīng)濾波器118B可以比自適應(yīng)濾波器118A適應(yīng)得更快。即使在自適應(yīng)濾波器118A完全收斂之前,DTD 140C的NE VAD仍然會(huì)很好地執(zhí)行。在它的輸出(fi(n))上,大多數(shù)的回聲都被迅速消除了。
當(dāng)用于回聲消除的適應(yīng)濾波器由于長(zhǎng)回聲路徑具有高濾波器階數(shù)時(shí),自適應(yīng)濾波器可以緩慢地收斂。然而,在圖15中,提供低階自適應(yīng)濾波器118B以修正到DTD 140C的輸入。因此,圖15的APB允許回聲消除系統(tǒng)(120A)達(dá)到快速回聲消除。
現(xiàn)在詳細(xì)說明用于噪聲和回聲消除的自適應(yīng)和非自適應(yīng)處理的組合。
眾所周知,(最佳的)自適應(yīng)濾波器被估計(jì)如下(由Haykin,S.,在1996年第三版的Adaptive Filter Theory,Prentice Hall,Upper SaddleRiver中所述)W*(f)=Pxd(f)Pxx(f)···(1)]]>其中Pxd(f)=Σkrxd(k)e-j2πf···(2)]]>且rxd(k)是輸入信號(hào)x(n)和d(n)在延遲k上的互相關(guān)。在估計(jì)兩個(gè)輸入之間的傳遞函數(shù)中,互相關(guān)扮演了一個(gè)主要的角色。在弱相關(guān)的情況下,自適應(yīng)濾波器只去除噪聲的相關(guān)部分并且留下完整不相關(guān)部分。
假設(shè)輸入信號(hào)d(n)只包含噪聲并且沒有話音信號(hào)出現(xiàn)。兩個(gè)噪聲信號(hào)x(n)和d(n)表現(xiàn)相關(guān)的有效特征是相關(guān)函數(shù)Gxd(f),其在下面的等式(3)中說明(M.M.Goulding,在1990年11月的IEEE Trans.VehicularTech.,第39卷,弟4期,第316-326頁(yè)上發(fā)表的“Speech enhancement formobile telephony”(“用于移動(dòng)電話技術(shù)的話音增強(qiáng)”))Gxd(f)=|Pxd(f)|2Pxx(f)·Pdd(f)···(3)]]>對(duì)于每個(gè)頻率f,等式(3)通過0和1之間的一個(gè)值表現(xiàn)了兩個(gè)輸入信號(hào)的相關(guān),并且因此確定能通過自適應(yīng)濾波在那個(gè)頻率上去除噪聲的量。更精確地,自適應(yīng)濾波的降噪因子NR(f)滿足如下等式(4) 在擴(kuò)散噪聲場(chǎng)中,兩個(gè)麥克風(fēng)接收來自所有方向的等幅度和任意相位的噪聲信號(hào)。這產(chǎn)生了用于擴(kuò)散噪聲場(chǎng)的平方Sinc(幅度平方)相關(guān)函數(shù),如在A.G.Piersol發(fā)表的“Use of coherence and phase databetween two receivers in evaluation of noise environments”,刊登在1978年的Journal of Sound and Vibration,vol.56,no.2,第215-228頁(yè)中所描述的。
Gxd(f)=sin2(2πfd/c)(2πfd/c)2=Sinc2(2fdc)···(5)]]>其中,d是麥克風(fēng)間距且c是聲速(c=340m/s)。
圖16顯示對(duì)于d=38mm擴(kuò)散噪聲的相關(guān)函數(shù)。根據(jù)這個(gè)相關(guān)函數(shù),增加麥克風(fēng)間距d,將會(huì)降低在更多子帶中的自適應(yīng)濾波器的降噪能力。盡管兩個(gè)麥克風(fēng)的距離降低可以作為一個(gè)補(bǔ)救被提出,以下將說明這極大的加強(qiáng)了串音的問題。
很多實(shí)際的噪聲場(chǎng)是擴(kuò)散的。因此由兩個(gè)麥克風(fēng)記錄的噪聲只在低頻上相關(guān)。這暗示了用于噪聲消除的SAF系統(tǒng)只能部分的從d(n)中去除噪聲。還有一些其他可能的情況,其中在兩個(gè)麥克風(fēng)上的兩噪聲不具有越過各種頻率的平坦的相關(guān)函數(shù)(值1)。在這樣的情況下,SAF系統(tǒng)可以只部分地加強(qiáng)信號(hào)。
圖17顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120B。過采樣SAF系統(tǒng)120B處理輸入x(n)和d(n)中的相關(guān)和非相關(guān)噪聲。過采樣SAF系統(tǒng)120B還被應(yīng)用到回聲消除,其中期望信號(hào)被相關(guān)的回聲和非相關(guān)的回聲影響。過采樣SAF系統(tǒng)120B包括在每個(gè)子帶中的非自適應(yīng)處理模塊(NAPB)160i。將NAPB160i提供給每個(gè)APB130i。NAPB 160i執(zhí)行單麥克或者雙麥克非自適應(yīng)降噪。
圖18顯示圖17的APB和NAPB的第一個(gè)實(shí)施例。在圖18中,舉例說明用于子帶i的APB和NAPB。圖18中的NAPB 160i是用于消除在APB 130i的輸出上的剩余不相關(guān)噪聲的單麥克風(fēng)維納濾波器。
圖18的APB130i包括加法器114,自適應(yīng)濾波器(wi(n))118和接收信號(hào)xi(n)和加法器114的輸出ei(n)的LMS模塊24以調(diào)整自適應(yīng)濾波器118。圖18中的NAPB160i通過維納濾波估計(jì)來自退化形式的誤差信號(hào)ei(n)的(原始)誤差信號(hào)zi(n)。誤差信號(hào)ei(n)被用于增益計(jì)算162以調(diào)整自適應(yīng)濾波器164的增益。NAPB160i的維納濾波器不斷地改變?yōu)V波器164中的加權(quán)以使信噪比最大。誤差信號(hào)ei(n)包括APB130i中還沒有被去除的剩余不相關(guān)的噪聲。NAPB160i的維納濾波器還使用單信號(hào)ei(n)和由VAD 170提供的結(jié)果進(jìn)一步抑制這種噪聲。提供VAD170以控制APB130i中的LMS計(jì)算和NAPB160i中的增益計(jì)算162。
還可能有其它的單麥克或雙麥克降噪策略。因?yàn)橐呀?jīng)由APB階段估計(jì)了相關(guān)噪聲,由于NAPB的非自然信號(hào)和失真將比如果單獨(dú)使用NAPB的情況在輸出上具有更少的退化影響。NAPB在被用來去除輕微的干擾時(shí)工作得最好。對(duì)于擴(kuò)散的噪聲,因?yàn)樵陔p麥克上的低頻噪聲被相關(guān)并且將由APB階段被大部分地消除而不會(huì)產(chǎn)生非自然信號(hào),所以話音信號(hào)的重要低頻域?qū)⒉粫?huì)失真。
現(xiàn)在詳細(xì)說明用于噪聲消除的抗串音子帶自適應(yīng)濾波。當(dāng)話音或者期望信號(hào)泄漏到參考(噪聲)麥克風(fēng)中時(shí),即在串音時(shí),自適應(yīng)噪聲消除系統(tǒng)的性能可能會(huì)受到限制。為了解決這個(gè)問題,已經(jīng)提出了時(shí)域中抗串音自適應(yīng)噪聲消除器(CTRANC)(由G.Michandani等發(fā)表在IEEE trans.On Circuits and Systems,11Analog and digital signalprocessing,第39卷,第10期,1992年10月,第681-694頁(yè)的”A newadaptive noise cancellation scheme in the presence of crosstalk”(”在出現(xiàn)串音時(shí)的新型自適應(yīng)噪聲消除方案”))。
現(xiàn)在詳細(xì)說明用于處理過采樣子帶信號(hào)的具有CTRANC的自適應(yīng)處理模塊(APB)。圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的抗串音APB。在圖19中,CTRANC是在子帶域上實(shí)現(xiàn)的。圖19的APB130i被應(yīng)用到圖11和圖17中的APB中。每個(gè)子帶中的APB130i具有自適應(yīng)濾波器Vi(n)182和Wi(N)184,加法器186和188。加法器186將信號(hào)xi(n)和自適應(yīng)濾波器Vi(n)182的輸出相加。加法器186的輸出ei(n)被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器Wi(n)184。加法器188將信號(hào)di(n)和自適應(yīng)濾波器Wi(n)184的輸出相加。加法器188的輸出fi(n)被應(yīng)用到自適應(yīng)濾波器Vi(n)182。自適應(yīng)濾波器Vi(n)182響應(yīng)信號(hào)ei(n)被調(diào)整。自適應(yīng)濾波器Wi(n)184響應(yīng)信號(hào)fi(n)被調(diào)整。
在收斂后,信號(hào)ei(n)提供增強(qiáng)的(子帶)話音信號(hào),而信號(hào)fi(n)提供沒有話音干擾的噪聲信號(hào)。
圖20顯示根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120C。該過采樣SAF系統(tǒng)120C包括用于初始信號(hào)的麥克風(fēng)陣列202A,該陣列具有許多麥克風(fēng)202j(j=1,2,…,n)和用于參考信號(hào)的麥克風(fēng)204。將麥克風(fēng)陣列202A的輸出提供給前置放大器206。將麥克風(fēng)204的輸出提供給前置放大器208。前置放大器206的輸出通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器210轉(zhuǎn)換,并然后提供給WOLA分析濾波器組16。前置放大器208的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器212轉(zhuǎn)換,并然后提供給WOLA分析濾波器組18。子帶處理模塊214i采用來自WOLA分析濾波器組16和18的子帶i內(nèi)的過采樣子帶信號(hào)作為其輸入。模塊214i可以與圖1-3和圖5的子帶處理模塊或者圖11的APB相似,或者可以具有圖17中的NAPB或者具有圖19的抗串音APB。
子帶處理模塊214i(i=0,1,…,n)的輸出由WOLA合成濾波器組132組合。數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器216轉(zhuǎn)換WOLA合成濾波器組132的輸出。
圖21顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的過采樣SAF系統(tǒng)120D。過采樣SAF系統(tǒng)120D處理許多參考信號(hào)。過采樣SAF系統(tǒng)120D包括一個(gè)麥克風(fēng)陣列,該陣列具有用于許多參考信號(hào)的許多麥克風(fēng)204j(j=1,2,…,n)和用于初始信號(hào)的麥克風(fēng)202。將麥克風(fēng)202的輸出提供給前置放大器206。將麥克風(fēng)204j的輸出提供給前置放大器208j。前置放大器206的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器210轉(zhuǎn)換,并然后被提供給WOLA分析濾波器組16。前置放大器208j的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器212j轉(zhuǎn)換,并然后提供給WOLA分析濾波器組18j。子帶處理模塊218i采用來自WOLA分析濾波器組16和181、182、…、18n的子帶i內(nèi)的過采樣子帶信號(hào)作為其輸入。模塊218i可以與圖20的子帶處理模塊相似。
例如,當(dāng)存在多于一個(gè)噪聲源時(shí),過采樣SAF系統(tǒng)120D被用于噪聲消除。一個(gè)麥克風(fēng)被用于每個(gè)噪聲源以提供一個(gè)參考信號(hào)。
圖22顯示了圖21中的子帶處理模塊218i的例子。圖22中的子帶處理模塊218i包括FIR濾波器202j(j=1,2,…,n)和LMS模塊24。濾波器220j采取WOLA分析濾波器組18j的輸出作為其輸入。加法器222將來自濾波器2201,…220n的輸出相加。加法器224將來自WOLA的分析濾波器組16的過采樣子帶信號(hào)和加法器222的輸出相加。參考信號(hào)自適應(yīng)地被濾波并且然后從初始信號(hào)中被減去。在圖22中顯示了FIR濾波器。然而濾波器220j可以是IIR濾波器或者其他任何濾波器。
根據(jù)本發(fā)明,包括用于處理過采樣子帶信號(hào)的自適應(yīng)濾波器的SAF系統(tǒng)達(dá)到了自適應(yīng)濾波器的快速收斂、高速處理和低功率消耗。因此,在WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的過采樣SAF系統(tǒng)優(yōu)選地應(yīng)用到回聲消除和噪聲消除。
在WOLA濾波器組中的子帶自適應(yīng)信號(hào)處理允許定制單獨(dú)頻帶的算法參數(shù)。例如,噪聲消除算法可以具有被設(shè)置成對(duì)于不同的子帶以不同的速率收斂的濾波器。此外,自適應(yīng)濾波器可以具有不同的長(zhǎng)度。根據(jù)應(yīng)用的需要,可能的參數(shù)的增長(zhǎng)量使得系統(tǒng)更加有效地被調(diào)整。在處理功率被限制或者希望被保存的情況中,自適應(yīng)濾波器組的更新可以交替進(jìn)行。
此外,輸入信號(hào)的過采樣允許每個(gè)子帶中的混疊電平實(shí)際上無需使用交叉濾波器或者間隙濾波器組就可以被消除。為了降低計(jì)算成本,可以使用接近一個(gè)非整數(shù)的抽樣率。
本發(fā)明的實(shí)施例不限于任何特別配置的過采樣WOLA濾波器組(即,子帶數(shù)量,采樣率,窗口長(zhǎng)度)。
本發(fā)明的SAF系統(tǒng)、過采樣SAF系統(tǒng)、噪聲和/或回聲消除系統(tǒng)可以通過具有上述功能的硬件、軟件或者硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。
雖然已經(jīng)說明了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例,在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于消除對(duì)信號(hào)的不期望的影響的處理子帶信號(hào)的方法,該方法包括步驟分解初始信號(hào),該初始信號(hào)具有受到不期望信號(hào)的影響的信號(hào),和響應(yīng)所述不期望信號(hào)的參考信號(hào),以在多個(gè)子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào);在每個(gè)子帶中使用自適應(yīng)濾波器處理所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào),包括操作至少所述頻域參考信號(hào)以改進(jìn)每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器的收斂;和合成所述自適應(yīng)處理模塊的輸出以輸出在其中所述不期望信號(hào)的影響已經(jīng)被消除的時(shí)域信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括通過頻譜加強(qiáng)來白化所述自適應(yīng)濾波器的輸入的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括通過添加噪聲來白化所述自適應(yīng)濾波器的輸入的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括通過以因子(DEC)抽樣所述頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)來白化所述自適應(yīng)濾波器的輸入的步驟,其中所述因子(DEC)小于或等于過采樣因子(OS)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括實(shí)現(xiàn)仿射投影算法的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括實(shí)現(xiàn)遞歸最小平方算法的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括使用雙方通話重疊檢測(cè)器來控制所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)過程的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述操作步驟包括控制所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)步長(zhǎng)的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述處理步驟包括執(zhí)行用于消除不相關(guān)的噪聲的非自適應(yīng)降噪的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述處理步驟包括在每個(gè)子帶中使用兩個(gè)自適應(yīng)濾波器執(zhí)行抗串音自適應(yīng)處理的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述不期望信號(hào)是回聲信號(hào)或者噪聲信號(hào)。
12.一種用于消除對(duì)信號(hào)的不期望影響的處理子帶信號(hào)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括用于分析初始信號(hào)的分析濾波器組,該初始信號(hào)具有受到不期望信號(hào)影響的信號(hào),和響應(yīng)所述不期望信號(hào)的參考信號(hào),以在多個(gè)子帶中產(chǎn)生頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào);用于處理所述頻域初始信號(hào)和所述頻域參考信號(hào)的處理模塊,包括每個(gè)子帶中的自適應(yīng)濾波器模塊,和至少操作所述頻域參考信號(hào)的模塊,以改進(jìn)每個(gè)自適應(yīng)濾波器的收斂;和用于合成所述處理模塊的輸出的合成濾波器組,以輸出其中所述不期望信號(hào)的影響已經(jīng)被消除的時(shí)域信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊通過頻譜加強(qiáng)來白化所述自適應(yīng)濾波器的輸入。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊通過添加噪聲來白化所述自適應(yīng)濾波器的輸入。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊通過抽樣所述自適應(yīng)濾波器的輸入來白化每個(gè)子帶中所述自適應(yīng)濾波器的輸入。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊在每個(gè)子帶中實(shí)現(xiàn)仿射投影算法。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊在每個(gè)子帶中實(shí)現(xiàn)遞歸最小平方算法。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊包括雙方通話重疊檢測(cè)器以控制所述自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)過程。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述模塊控制每個(gè)自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)步長(zhǎng)。
20.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),還包括用于消除不相關(guān)的噪聲的非自適應(yīng)降噪模塊。
21.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述處理模塊包括在每個(gè)頻帶中具有一對(duì)自適應(yīng)濾波器的抗串音自適應(yīng)處理模塊,所述自適應(yīng)處理模塊處理所述頻域初始信號(hào)和頻域參考信號(hào)。
22.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其中所述不期望信號(hào)是回聲信號(hào)或者噪聲信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用自適應(yīng)濾波器處理子帶信號(hào)的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在過采樣WOLA濾波器組上實(shí)現(xiàn)的。輸入信號(hào)被過采樣。該系統(tǒng)包括用于每個(gè)子帶的自適應(yīng)濾波器,和改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂性能的功能。例如,通過白化過采樣子帶信號(hào)的頻譜和/或仿射投影算法。該系統(tǒng)應(yīng)用于回聲和/或噪聲消除。使用雙方通話重疊檢測(cè)器的自適應(yīng)步長(zhǎng)控制、自適應(yīng)處理控制可以被實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)用于降低不相關(guān)噪聲的非自適應(yīng)處理和/或抗串音自適應(yīng)噪聲消除。
文檔編號(hào)H04B3/23GK1689072SQ03824307
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者H·R·阿布塔利布, R·L·布倫南, H·謝赫扎德-納賈, D·孫 申請(qǐng)人:數(shù)字信號(hào)處理工廠有限公司