一种自适应滤波的系数更新方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及自适应降噪领域，尤其设及一种自适应滤波的系数更新方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着近年来技术的进步，通信技术日益发展，各种新兴通信层出不穷，但最主要的 通信方式仍然是语音通信，用户也越来越关屯、语音通信质量。而在使用电子、网络通信设备 或免提通信设备时，使用者经常会在接收端听到自己的声音，运种现象称为通信回声现象。 通信回声严重影响通信质量，在极端情况下可引起啸叫，使通信无法进行。针对通信回声现 象，常用的解决方案是在通信设备内置回声消除（echo cancellation,简称EC)系统W抑制 回声能量，提高通信质量。
[0003] 回声消除系统可简化为自适应理论中的系统辨识问题，其核屯、是自适应滤波器， 通过自适应算法对滤波器系数进行自适应更新，W实现最佳滤波。请参阅图1，其是自适应 系统辨识原理图。若将声学传播信道的冲激响应序列记为H=化，h2,…，hN]，其中N为序列 长度，设k时刻输入信号为X化)=Wk-l)，x化-2)，…，x化-N) ] dX化)与Η卷积加上背景噪声 V化)干扰得到回声信号cKk)，其中cKk)的计算公式如下：
[0004] d(k)=X(k)H^+v(k)
[0005] 为消除cKk)，W自适应滤波器W化）= [wi化），W2化），。'，巧^10]自适应辨识冲激响 应H，WX化)与W化)的卷积结果y化)作为cKk)的估计值，两者相减W抑制回声能量。
[0006] 为辨识冲激响应H，需要对滤波器的系数进行自适应更新，通常采用归一化最小均 方(NorMalized Least Mean Square,简称NLMS)算法对所有系数进行迭代更新，具体的系 数迭代更新方程为：
[0009] 式中，μ为收敛因子，取值范围为0<μ<1;|ΡΤ脚|g为输入信号序列X化)的二次范数， 计算公式为||X化）II =X化)χτ化），I义作为NLMS算法的归一化因子，可通过自回归方式 得到，自回归算法如下：
[0010]
[0011] 综上可知，NLMS算法迭代一次约需算2N次加法、2N次乘法。
[0012] 因声学信道延时的不确定性，为保证充分辨识冲激响应序列，在某些极端条件下， 自适应滤波器需要上千个系数，而过长的滤波器将导致自适应系统收敛速度下降、计算复 杂度增加，进而将严重影响自适应系统的性能。
【发明内容】
[0013] 本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种降低滤波器有效长度、提高系 统收敛速度、降低算法复杂度的自适应滤波的系数更新方法。
[0014] 本发明是通过W下技术方案实现的：一种自适应滤波的系数更新方法，包括如下 步骤：
[0015] 步骤1:将k时刻的滤波器W化)的长度等分为Μ段;其中Μ为大于1的整数；
[0016] 步骤2:求取每段滤波器的系数的二次范数；
[0017] 步骤3:将一矩形窗在该Μ段滤波器上移动，对窗口内的各分段滤波器系数的二次 范数进行累加 W获得最大累加值；
[0018] 步骤4: W最大累加值所在窗口内的各滤波器分段作为滤波器活跃系数分段Wa 化），其余滤波器分段则为非活跃系数分段Wn-a化）；
[0019] 步骤5:对滤波器系数进行迭代更新，且每次迭代时更新滤波器的全部活跃系数分 段Wa化)并循环更新一段非活跃系数分段Wn-a化），W获得下一时刻k+1的滤波器系数。
[0020] 相比于现有技术，本发明提出的自适应滤波器系数更新方法利用声学传播信道的 稀疏性，在滤波器内通过移动窗积分法对信道进行延时估计W定位活跃系数位置，并通过 精确辨识全部活跃系数完成声学传播信道的自适应辨识。进一步地，在每次迭代时更新滤 波器的全部活跃系数，使得活跃系数更新频率得到提高，进而加快系统收敛速度;通过循环 更新一段非活跃系数W降低非活跃系数更新频率，进而降低滤波器有效长度；同时，非活跃 系数仍能获得一定的更新频率，从而确保了系统的跟踪能力。本发明提出的自适应滤波器 系数更新方法可大幅降低滤波器有效长度，提高系统收敛速度，降低了算法复杂度。
[0021] 进一步地，在步骤3中，获得每段滤波器系数的二次范数并组成新序列，将长度为L 的矩形窗在该新序列上移动，每移动一个位置，都对窗口内各分段滤波器系数的二次范数 进行累加，W获得最大累加值;其中L为大于1的整数。
[0022] 进一步地，在步骤4与步骤5之间，还包括步骤4A:将k时刻的输入信号X化)等分成Μ 段，且将输入信号亦对应地分为输入信号活跃系数分段Xa(k)和输入信号非活跃系数分段 Xn-a化），并代入滤波器系数更新公式对滤波器系数进行更新。
[0023] 进一步地，在步骤4中，滤波器系数更新方程为：
[0027] 其中，μ为收敛因子，取值范围为0<μ<1 ;X化)为输入信号，|义(1)|^为输入信号序列X 化)的二次范数，cKk)为回声信号，e化)为输出信号;Wi化)为从Wn-a化)中循环提取的一段滤 波器分段;对应地，Xi化)为从Xn-a化)中循环提取的一段输入信号分段。
[0028] 本发明同时还提供一种自适应滤波的系数更新装置，包括滤波器，所述滤波器包 括
[0029] 一一滤波器分段模块，用于将k时刻的滤波器W化)的长度等分为Μ段；
[0030] --二次范数获取模块，用于求取每段滤波器系数的二次范数；
[0031 ] 一一最大累加值获取模块，用于将一矩形窗在该Μ段滤波器上移动，对窗口内的各 分段滤波器系数的二次范数进行累加 W获得最大累加值;其中Μ为大于1的整数；
[0032] 一一滤波器活跃系数分段和非活跃系数分段获取模块，用于W最大累加值所在窗 口内的各滤波器分段作为滤波器活跃系数分段Wa化），其余滤波器分段则为非活跃系数分 gWn-a(k)；
[0033] 一一滤波器系数更新模块，用于对滤波器系数进行迭代更新，且每次迭代时用于 更新滤波器的全部活跃系数分段Wa(k)并循环更新一段非活跃系数分段Wn-a化），W获得下 一时刻k+1的滤波器系数。
[0034] 相比于现有技术，本发明提出的自适应滤波器系数更新方法利用声学传播信道的 稀疏性，在滤波器内通过移动窗积分法对信道进行延时估计W定位活跃系数位置，并通过 精确辨识全部活跃系数完成声学传播信道的自适应辨识。进一步地，在每次迭代时更新滤 波器的全部活跃系数，使得活跃系数更新频率得到提高，进而加快系统收敛速度;通过循环 更新一段非活跃系数W降低非活跃系数更新频率，进而降低滤波器有效长度；同时，非活跃 系数仍能获得一定的更新频率，从而确保了系统的跟踪能力。本发明提出的自适应滤波器 系数更新方法可大幅降低滤波器有效长度，提高系统收敛速度，降低了算法复杂度。
[0035] 为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
【附图说明】
[0036] 图1是自适应系统辨识原理图；
[0037] 图2是典型的采样频率为8k化的声学传播信道冲激响应序列的坐标图；
[0038] 图3是本发明自适应滤波的系数更新方法的流程图；
[0039] 图4是与冲激序列位置相对应的滤波器活跃系数分段位置坐标图；
[0040] 图5是本发明自适应滤波的系数更新装置的模块图。
【具体实施方式】
[0041] 请参阅图2,其是典型的采样频率为8k化的声学传播信道冲激响应序列的坐标图， 其中，横坐标代表时间K，纵坐标代表幅度A，符号t表示延时时间，S表示活跃系数区间。因声 学传播信道主要由幅度衰减、声延时与混响构成，导致冲激响应序列具有典型的稀疏性，即 序列中大部分系数幅值为零值或极小值W模拟延时;产生声强能量的大幅值系数称为活跃 系数，因幅度衰减与混响效应，活跃系数在时域聚集，且数量只占系数总量极少一部分。根 据稀疏性，长延时声学传播信道只有活跃系数产生声强能量;对于小幅值、零值系数非活跃 系数仅用于模拟延时，并不产生能量，因此仅需辨识活跃系数即可完成对声学传播信道的 精确辨识。
[0042] 本发明基于声学传播信道稀疏性的性质，通过自适应滤波器对滤波器的长度和输 入的输入信号进行分段，确定活跃系数和非活跃系数的位置，并利用滤波器滤除后的输出 信号e化)构造迭代更新方程，实现对滤波器系数的自适应更新。
[0043] 请参阅图3，其是本发明自适应滤波的系数更新方法的流程图。该自适应滤