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一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-04-26
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-08-17
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-03-22
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-04-26
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610263451.3 申请日 2016-04-26
公开/公告号 CN105788605B 公开/公告日 2019-03-22
授权日 2019-03-22 预估到期日 2036-04-26
申请年 2016年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 G10L21/0208G10L19/02 主分类号 G10L21/0208
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 5 被引证专利数量 0
非专利引证 1、蔡萍,傅平.用于声学回波抵消的自适应滤波算法《.闽江学院学报》.2009,第49-52页. 文昊翔,陈隆道,蔡忠法.改进仿射投影符号算法及其在电子回声消除中的应用《.电子学报》.2012,第1229页-第1234页. Tiange Shao,Yahong Rosa Zheng,JacobBenesty.An affine projection signalgorithm robust against impulsiveinterferences《.IEEE Signal ProcessingLetters》.2010,第327-330页.;
引用专利 CN104410761A、CN103457887A、CN1286862A、CN104410761A、CN103561184A 被引证专利
专利权维持 6 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 西南交通大学 当前专利权人 聊城来通国际贸易有限公司
发明人 赵海全、喻翌 第一发明人 赵海全
地址 四川省成都市二环路北一段111号 邮编 610031
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 四川省 申请人所在市 四川省成都市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
成都博通专利事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
陈树明
摘要
本发明公开了一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法,其步骤主要是:A、采集远端传来的语音信号x(n)和近端麦克风收集的期望信号d(n);B、计算自适应滤波器的输出y(n);C、回声抵消—将d(n)减去y(n)得到的误差信号e(n)作为消除回声后的干净信号传送给远端;D、将自适应滤波器的输入矩阵X(n)正交变换为解相关矩阵U(n);E、更新自适应滤波器的抽头权向量;F、令n=n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。该方法除了对双通话有好的鲁棒性外,还有收敛速度快、稳态误差低的优点。
  • 摘要附图
    一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
  • 说明书附图:图1
    一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
  • 说明书附图:图2
    一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
  • 说明书附图:图3
    一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
  • 说明书附图:图4
    一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-11-25 专利权的转移 登记生效日: 2022.11.11 专利权人由蚌埠立超信息科技有限公司变更为聊城来通国际贸易有限公司 地址由233000 安徽省蚌埠市燕山路8319号(上理大科技园6号302室)变更为252000 山东省聊城市经济技术开发区蒋官屯街道黑龙江路16号智能光电信息产业园综合楼302室
2 2019-03-22 授权
3 2016-08-17 实质审查的生效 IPC(主分类): G10L 21/0208 专利申请号: 201610263451.3 申请日: 2016.04.26
4 2016-07-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法,其步骤如下:
A、获取信号
将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n);同时,对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n);
B、计算自适应滤波器的输出y(n)
将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1),构成当前时刻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,L表示自适应滤波器抽头数,L=512或1024,上标T代表转置;
计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),y(n)=wT(n)x(n),其中,w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量,其长度等于L,初始值为零向量;
C、回声抵消
将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),得到的误差信号e(n)作为消除回声后的近端信号再传送给远端,即e(n)=d(n)-y(n);
D、正交变换
D1、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n-1),...,x(n-M+1),生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n),X(n)=[x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)],其中,M为仿射投影阶数,其取值范围为8-15;
D2、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个期望信号d(n),d(n-1),...,d(n-M+1),生成当前时刻n的期望信号向量D(n),D(n)=[d(n),d(n-1),...,d(n-M+1)]T;
D3、对当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)的列向量进行正交变换,得到K=M个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n),
其中,k为解相关列向量uk(n)的序号,l为迭
代参数,l=1,2,…,k-1;
再将这K个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n)构成当前时刻n的自适应滤波器的解相关输入矩阵U(n),U(n)=[u1(n),u2(n),...,uk(n),...,uK(n)];
D4、根据当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)与当前时刻n的自适应滤波器解相关输入矩阵U(n),算出当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n),Γ(n)=[U-1(n)X(n)]T,其中,U-1(n)为U(n)的逆矩阵;
D5、将当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)的逆矩阵Γ-1(n)与当前时刻n的期望信号向量D(n)相乘,得到当前时刻n的解相关期望信号向量D'(n)=Γ-1(n)D(n);
E、更新自适应滤波器的抽头权向量
计算下一时刻n+1的自适应滤波器抽头权向量
其中:sgn[·]表示符号函数
运算,μ为步长,其取值范围为0<μ<0.02;
F、令n=n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于语音通信的自适应回声消除技术领域。

背景技术

[0002] 在语音通信过程中,凡是需要同时使用麦克风和扬声器的地方,都不可避免的出现声学回声。远端说话者的声音通过近端扬声器播放出来,直接或间接地被近端麦克风接收,传回远端,使远端说话者听到自己的声音,这就是声学回声。声音从扬声器到麦克风的传播路径,叫做回声路径,它的脉冲响应向量表示为wo。声学回声是影响语音通话质量的最主要因素。因此,如何采取有效的方法来消除回声,提高语音通信质量是信号处理领域非常热门的课题之一。虽然研究人员提出了不同类型的回声消除方法如使用吸音的壁纸材料来减少声音的反射和回声抑制器,但是大多数声学回声消除技术都存在诸多弊端如成本很高、对用户进行限制、降低通话质量。
[0003] 目前,为了消除回声,国际上公认的最有效的是自适应回声消除技术。本质上,自适应语音回声消除也是一个辨识回声路径的脉冲响应的问题,即自适应滤波器可以根据环境的变化调整自适应滤波器权值(也是回声路径脉冲响应的估计值),得到语音回声的估计值(自适应滤波器的输出信号),然后从近端麦克风接收到的信号中减去该估计值,得到干净的信号并将其传送给远端,实现消除回声的目的。由于语音信号是一个高度有色且非平稳的信号,因此相比归一化最小均方(Normalized least mean square,简称NLMS)算法,仿射投影算法(Affine projection algorithm,简称APA)有更快的收敛速度。这是因为APA算法滤波器权值向量的每次迭代更新中使用了最近M个输入向量(M叫做仿射投影阶数),从而具有对有色输入信号的解相关能力。并且,这种能力随着仿射投影阶数M的增加而增强。
[0004] 在实际通话中,经常会出现双端通话的情况,即电话两端的通话者同时讲话,相当于近端麦克风接收到了很大的噪声(这里把除了回声以外的所有声音都作为噪声)。在这种情况下,APA算法将遭受性能的下降,甚至是发散的。为此,很多符号算法被提出,这类算法只与噪声的符号(即正、负)相关,与噪声的幅度无关,从而提高自适应滤波器对双端通话的鲁棒性。2010年,得益于仿射投影算法和符号算法各自的优点,T.Shao等提出了仿射投影符号算法(T.Shao,Y.R.Zheng,and J.Benesty,“An affine projection sign algorithm robust against impulsive interference,”IEEE Signal Process.Lett.,vol.17,no.4,pp.327–330,2010.),简称APSA。然而,APSA算法并没有像APA算法那样具有很强的解相关能力。因此,在语音回声消除中,APSA算法的收敛速度和稳态误差并不理想,即使它对于双端通话情况有好的鲁棒性。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法,该方法对语音信号的解相关能力强,收敛速度快,回声消除效果好。
[0006] 本发明实现其发明目的所采用的技术方案是,一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法,其步骤如下:
[0007] A、获取信号
[0008] 将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n);同时,对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n);
[0009] B、计算自适应滤波器的输出y(n)
[0010] 将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1),构成当前时刻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,L表示自适应滤波器抽头数,L=512或1024,上标T代表转置;
[0011] 计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),y(n)=wT(n)x(n),其中,w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量,其长度等于L,初始值为零向量;
[0012] C、回声抵消
[0013] 将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),得到的误差信号e(n)作为消除回声后的近端信号再传送给远端,即e(n)=d(n)-y(n);
[0014] D、正交变换
[0015] D1、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n-1),...,x(n-M+1),生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n),X(n)=[x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)],其中,M为仿射投影阶数,其取值范围为8-15;
[0016] D2、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个期望信号d(n),d(n-1),...,d(n-M+1),生成当前时刻n的期望信号向量D(n),D(n)=[d(n),d(n-1),...,d(n-M+1)]T;
[0017] D3、对当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)的列向量进行正交变换,得到K=M个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n),其中,k为解相关列向量uk(n)的序号,l为迭
代参数,l=1,2,…,k-1;
[0018] 再将这K个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n)构成当前时刻n的自适应滤波器的解相关输入矩阵U(n),U(n)=[u1(n),u2(n),...,uk(n),...,uK(n)];
[0019] D4、根据当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)与当前时刻n的自适应滤波器解相关输入矩阵U(n),算出当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n),Γ(n)=[U-1(n)X(n)]T,其中,-1U (n)为U(n)的逆矩阵;
[0020] D5、将当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)的逆矩阵Γ-1(n)与当前时刻n的期望信号向量D(n)相乘,得到当前时刻n的解相关期望信号向量D'(n)=Γ-1(n)D(n);
[0021] E、更新自适应滤波器的抽头权向量
[0022] 计算下一时刻n+1的自适应滤波器抽头权向量其中:sgn[·]表示符号函数
运算,μ为步长,其取值范围为0<μ<0.02;
[0023] F、令n=n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。
[0024] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0025] 本发明提出利用正交变换方法对远端语音进行解相关,得到解相关的语音信号。由于解相关的语音信号在时序上具有相互正交特性,不再相关。从而大大简化了滤波器权值的更新计算,其收敛速度快,回声消除效果好。
[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施方案

[0031] 实施例
[0032] 本发明的一种具体实施方式是,一种基于正交变换的仿射投影符号回声消除方法,其步骤如下:
[0033] A、获取信号
[0034] 将远端传来的语音信号采样得到当前时刻n的远端信号离散值x(n);同时,对近端麦克风收集到的回声信号采样得到当前时刻n的期望信号d(n);
[0035] B、计算自适应滤波器的输出y(n)
[0036] 将当前时刻n和前L-1个时刻的L个远端信号离散值x(n),x(n-1)...,x(n-L+1),构成当前时刻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,L表示自适应滤波器抽头数,L=512或1024,上标T代表转置;
[0037] 计算当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),y(n)=wT(n)x(n),其中,w(n)为当前时刻n的自适应滤波器抽头权向量,其长度等于L,初始值为零向量;
[0038] C、回声抵消
[0039] 将当前时刻n的期望信号d(n)减去当前时刻n的自适应滤波器的输出信号y(n),得到的误差信号e(n)作为消除回声后的近端信号再传送给远端,即e(n)=d(n)-y(n);
[0040] D、正交变换
[0041] D1、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个滤波器输入向量x(n),x(n-1),...,x(n-M+1),生成当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n),X(n)=[x(n),x(n-1),...,x(n-M+1)],其中,M为仿射投影阶数,其取值范围为8-15;
[0042] D2、用当前时刻n和前M-1个时刻的M个期望信号d(n),d(n-1),...,d(n-M+1),生成当前时刻n的期望信号向量D(n),D(n)=[d(n),d(n-1),...,d(n-M+1)]T;
[0043] D3、对当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)的列向量进行正交变换,得到K=M个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n),其中,k为解相关列向量uk(n)的序号,l为迭
代参数,l=1,2,…,k-1;
[0044] 再将这K个当前时刻n的自适应滤波器的解相关列向量uk(n)构成当前时刻n的自适应滤波器的解相关输入矩阵U(n),U(n)=[u1(n),u2(n),...,uk(n),...,uK(n)];
[0045] D4、根据当前时刻n的自适应滤波器输入矩阵X(n)与当前时刻n的自适应滤波器解相关输入矩阵U(n),算出当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n),Γ(n)=[U-1(n)X(n)]T,其中,U-1(n)为U(n)的逆矩阵;
[0046] D5、将当前时刻n的解相关系数矩阵Γ(n)的逆矩阵Γ-1(n)与当前时刻n的期望信号向量D(n)相乘,得到当前时刻n的解相关期望信号向量D'(n)=Γ-1(n)D(n);
[0047] E、更新自适应滤波器的抽头权向量
[0048] 计算下一时刻n+1的自适应滤波器抽头权向量其中:sgn[·]表示符号函数
运算,μ为步长,其取值范围为0<μ<0.02;
[0049] F、令n=n+1,重复A、B、C、D、E的步骤,直至通话结束。
[0050] 仿真实验:
[0051] 为了验证本发明的有效性,进行了仿真实验,并与算法APA和APSA在双端通话中进行了对比。
[0052] 一、仿真条件
[0053] 回声路径的脉冲响应wo是在高2.5m,宽3.75m,长6.25m,温度20℃,湿度50%的安静密闭房间内采集到的,其长度L为512,如图1所示。在双通话情况中,远端语音信号x(n)和T近端语音信号η(n)如图2、3所示。近端麦克风接收到的期望信号d(n)可通过公式d(n)=x(n)wo+v(n)+η(n)计算获得,其中,背景噪声v(n)是信噪比(SNR)为30dB的白色高斯噪声,η(n)表示近端语音信号。失调( 单位为分贝),被用于评价各方
法的性能。为了公平比较,这些算法的参数取值如表1所示。
[0054] 表1各方法的参数取值
[0055]
[0056] 图4是仿真实验中APA方法,APSA方法和本发明方法的1次实现的失调曲线。从图4可以看出,双通话发生在时刻n=2×104到4×104之间,在这期间APA算法是发散的,而APSA算法和本发明仍然是收敛的。这说明,本发明与APSA算法对于双通话有好的鲁棒性。另外,对比APSA算法,本发明有更好的性能,如收敛速度快和稳态失调小。

附图说明

[0027] 图1是本发明仿真实验中回声路径的脉冲响应。
[0028] 图2是本发明仿真实验中的远端语音信号。
[0029] 图3是本发明仿真实验中的近端语音信号。
[0030] 图4是仿真实验中APA方法、APSA方法和本发明方法的1次实现的失调曲线。
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