JPH02291712A - Method and device for eliminating noise - Google Patents

Method and device for eliminating noise

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JPH02291712A
JPH02291712A JP11320189A JP11320189A JPH02291712A JP H02291712 A JPH02291712 A JP H02291712A JP 11320189 A JP11320189 A JP 11320189A JP 11320189 A JP11320189 A JP 11320189A JP H02291712 A JPH02291712 A JP H02291712A
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JP
Japan
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noise
output
signal
multiplier
input terminal
Prior art date
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Application number
JP11320189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Sugiyama
昭彦 杉山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

PURPOSE:To shorten the converging time by controlling a step size based on a fact that the mean electric power of the remaining noises is reduced together with the convergence of a coefficient and at the same time subtracting sequentially the signal component electric power which disturbs the detection of the remaining noises after obtaining the estimated value of the signal component electric power. CONSTITUTION:An averaging circuit 8 calculates the estimated value of the signal component electric power, and a subtracter 9 subtracts the estimated value from the output signal of a multiplier 7 to obtain the output signal of an averaging circuit 10 via a polarity detector 12. The input of the circuit 10 is almost equal to +1 right after an adaptive filter 3 is started and then set at + or -1 in the same probability with progress of adaptation of the filter 3. Thus the positive value which increases gradually and set at zero together with convergence of the filter 3 is obtained as the output of the circuit 10. This positive value is multiplied by a constant and then by an original step size (a). As a result, an effective step size is set large at first and then set equal to the size (a) after convergence of the filter 3. Thus the converging time is shortened.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、主入力端子に混入して信号に妨害を与えるノ
イズをアダプテイブ・フィルタによって除去するための
方法及び装置に関する。このような装置は一般にノイズ
・キャンセラと呼ばれており、自動車内、航空機乗務員
及び潜水夫と地上との通信等に際して背景雑音を消去す
るために用いられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method and apparatus for removing noise that enters a main input terminal and interferes with a signal by using an adaptive filter. Such a device is generally called a noise canceller, and is used to cancel background noise in automobiles, during communications between aircraft crews, divers, and the ground.

(従来の技術) 主入力端子に混入して信号に妨害を与えるノイズをアダ
プテイブ・フィルタによって除去するための公知の技術
としてノイズ・キャンセラが知られている(プロシーデ
イングス・オブ・アイイーイーイ−(PROCEEDI
NGSO.FIEEE)63巻12号、1975年、1
692−1716ページ参照; 以下、[文献1])。
(Prior Art) A noise canceler is known as a well-known technology for removing noise that enters the main input terminal and interferes with the signal using an adaptive filter (Proceedings of IEE).
N.G.S.O. FIEEE) Volume 63, No. 12, 1975, 1
See pages 692-1716; hereinafter, [Reference 1]).

ノイズ.キャンセラはノイズ源から主入力端子までノイ
ズが通る経路のインパルス応答を近似する伝送関数を持
つ適応(アダブティブ)・フィルタを用いて、主入力端
子に混入するノイズ成分に対応した疑似ノイズ(ノイズ
・レプリカ)を生成することにより、主入力端子に混入
して信号に妨害を与えるノイズを抑圧するように動作す
る。この時、アダプティブ・フィルタの各タップ係数は
、ノイズと信号が混在した混在信号からノイズ・レプリ
カを差し引いた差信号と参照入力端子にて得られる参照
ノイズとの相関をとることにより逐次修正される。この
ようなアダプテイブ・フィルタの係数修正すなわちノイ
ズ・キャンセラの収束アルゴリズムの代表的なものとし
てLMSアルゴリズム(LMS  ALGORITHM
)(文献1)とラーニング・アイデンティフィケーショ
ン・メソッド(LEARNING  IDENTIFI
CATIONMETHOD;LIMXアイイーイーイー
・トランザクションズ・オン・オートマティック・コン
トロール(IEEETRANSACTIONSON  
AUTOMATICCONTROL)12巻3号、19
67年、282−287 ’<−ジ参照; 以下、[文
献2J)が知られている。
noise. The canceller uses an adaptive filter that has a transfer function that approximates the impulse response of the path that noise takes from the noise source to the main input terminal. ), it operates to suppress noise that mixes into the main input terminal and interferes with the signal. At this time, each tap coefficient of the adaptive filter is successively corrected by correlating the difference signal obtained by subtracting the noise replica from the mixed signal containing noise and signal with the reference noise obtained at the reference input terminal. . The LMS algorithm (LMS ALGORITHM) is a typical example of the convergence algorithm of the noise canceler that corrects the coefficients of such an adaptive filter.
) (Reference 1) and the Learning Identification Method (LEARNING IDENTIFI)
CATION METHOD; LIMX IEEE Transactions on Automatic Control
AUTOMATIC CONTROL) Volume 12, No. 3, 19
See 1967, 282-287'<-ji; Hereinafter, [Reference 2J) is known.

第3図は、従来のノイズ.キャンセラの一構成例を示し
たブロック図である。主入力端子1において検出された
信号とノイズとの混在信号は、減算器4に供給される。
Figure 3 shows conventional noise. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a canceller. A mixed signal of a signal and noise detected at the main input terminal 1 is supplied to a subtracter 4 .

一方、参照入力端子2において検出された参照ノイズは
アダプティブ・フィルタ3に供給される。アダプテイブ
・フィルタ3によって発生されたノイズ・レプリカが、
減算器4にて混在信号から減算されることによってノイ
ズ成分が消去され、信号が出力端子6へ供給される。減
算器4の出力は同時に乗算器5へ供給されて20倍され
、アダプティブ・フィルタ3の係数更新に使用される。
On the other hand, the reference noise detected at the reference input terminal 2 is supplied to the adaptive filter 3. The noise replica generated by the adaptive filter 3 is
The subtracter 4 subtracts the noise component from the mixed signal to eliminate the noise component, and the signal is supplied to the output terminal 6. The output of the subtracter 4 is simultaneously supplied to the multiplier 5, multiplied by 20, and used to update the coefficients of the adaptive filter 3.

ここにαは定数で、ステップ・サイズと呼ばれる。いま
、信号をsk(但し、kは時刻を示す指標)、参照ノイ
ズをnk、消去しようとするノイズをvk,skが受け
る付加ノイズをσkとすると、入力端子1より減算器4
に供給される信号ukは次式で表される。
Here α is a constant and is called the step size. Now, let us assume that the signal is sk (where k is an index indicating time), the reference noise is nk, the noise to be erased is vk, and the additional noise received by sk is σk.
The signal uk supplied to is expressed by the following equation.

uk=sk+vk+ak..............
.....  (1)ノイズ・キャンセラの目的は、式
(1)におけるノイズ成分vkのレプリカ9kを生成し
、ノイズを消去することである。第3図において、アダ
プテイブ・フィルタ3、減算器4、乗算器5からなる閉
ループ回路を用いて、適応的にノイズ・レプリカ9kを
生成することにより、減算器4の出力信号として次式に
示す差信号dkを得ることができる。但し、一般にσk
は、sl(に比較して十分小さいと考えられるから、こ
れを無視している。すると、減算器4の出力dkは次の
ように表せる。
uk=sk+vk+ak. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. .. (1) The purpose of the noise canceller is to generate a replica 9k of the noise component vk in equation (1) and cancel the noise. In FIG. 3, by using a closed loop circuit consisting of an adaptive filter 3, a subtracter 4, and a multiplier 5 to adaptively generate a noise replica 9k, the output signal of the subtracter 4 is a difference expressed by the following equation. A signal dk can be obtained. However, in general σk
is considered to be sufficiently small compared to sl(, so this is ignored.Then, the output dk of the subtractor 4 can be expressed as follows.

dk=sk+vk−% ..............
.....  (2)式(2)において、(vk−Ok
)は残留ノイズと呼ばれる。
dk=sk+vk-%. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. .. (2) In equation (2), (vk-Ok
) is called residual noise.

LMSアルゴリズムを仮定すれば、アダプティブ・フィ
ルタ3のm番目の係数cm,kは次式に従って更新され
る。
Assuming the LMS algorithm, the m-th coefficient cm,k of the adaptive filter 3 is updated according to the following equation.

Cm,k ” Cm,k−1 + 20”k”m,k−
1−・−・−  (3)N個の係数全てに関する式(3
)を行列形式で表せば、ck=ck1+2a・dk−n
k1 ............  (4)となる。こ
こに、ckとnkはそれぞれ次式で与えられる。
Cm,k" Cm,k-1 + 20"k"m,k-
1-・-・- (3) Equation (3
) is expressed in matrix form, ck=ck1+2a・dk−n
k1. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. (4) becomes. Here, ck and nk are respectively given by the following equations.

Cl(”[CO+CI,”’+CN−1]  +.+.
.+.+++...++.(5)nk”[”O+nlv
”’+nN−1]  ...............
  (6)一方、文献2(LIMアルゴリズム)では式
(4)の代りに、式(7)に従って係数の更新が行なわ
れる。
Cl("[CO+CI,"'+CN-1] +.+.
.. +. +++. .. .. ++. (5) nk”[”O+nlv
”'+nN-1] ........
(6) On the other hand, in Document 2 (LIM algorithm), coefficients are updated according to equation (7) instead of equation (4).

ck=ck−1+(2p/Nσn2)dk”k−1−・
・− (7)pは、LIMに対するステップ・サイズ、
σ。はアダプテイブ・フィルタ3に入力される平均電力
である。
ck=ck-1+(2p/Nσn2)dk"k-1-・
- (7) p is the step size for LIM,
σ. is the average power input to the adaptive filter 3.

σ。はスアップ・サイズμの値を前記平均電力に反比例
させ、安定な収束を行なわせるために用いられる。σ1
を求めるためにはいくっがの方法があるが、例えば式(
8)によって求めることができる。
σ. is used to make the value of the up size μ inversely proportional to the average power and to achieve stable convergence. σ1
There are many ways to calculate, for example, the formula (
8).

式(4)と式(7)におけるステップ・サイズは、アダ
プテイブ・フィルタの収束の速度と収束後の残留ノイズ
ルベルを規定する。LMSの場合には、αが大きいほど
収束は速くなるが、残留ノイズルベルは大きくなる。反
対に、十分小さい残留ノイズルベルを達成するためには
、それに見合った小さいαを採用する必要があり、収束
速度の低下を招く。LIMのステップ.サイズPについ
ても、同様である。
The step size in equations (4) and (7) defines the speed of convergence of the adaptive filter and the residual noise level after convergence. In the case of LMS, the larger α, the faster the convergence, but the larger the residual noise level. On the other hand, in order to achieve a sufficiently small residual noise level, it is necessary to adopt a commensurately small α, which leads to a decrease in the convergence speed. LIM steps. The same applies to the size P.

収束速度と残留ノイズのステップ・サイズに対する相反
する要求を満たすために、■Sアルゴリズムが提案され
ている。(アイイーイーイー・トランザクションズ・オ
ン・アクーステイクス・スピーチ・アンド・シクナル・
フロセシンク(IEEETRANSACTIoNSON
  ACOUSTICS,  SPEECH  AND
  SIGNALPROCESSING)34巻2号、
1986年、309−316ページ参照; 以下、[文
献3J)VSアルゴリズムは、式(4)のLMSアルゴ
リズムのステップ・サイズαの代りに、ステップ・サイ
ズ行列Aを用い、Aの各成分の大きさ?アダプティブ・
フィルタの収束の進み具合によって制御している。各係
数に対して共通のステップ・サイズではなく、ステップ
・サイズ行列Aで与えられる個別のステップ・サイズを
用いることにより、自己相関行列成分の大きさのバラツ
キに対応した最適なステップ・サイズを各係数に用いる
ことができ、収束速度の向上をはかることができる。実
際の係数更新は次式による。
In order to meet the conflicting demands on convergence speed and residual noise step size, the ■S algorithm is proposed. (IEEEE Transactions on Acoustakes Speech and Sequential
FROSSE SYNC (IEEEETRANSACTIoNSON
ACOUSTICS, SPEECH AND
SIGNAL PROCESSING) Volume 34, No. 2,
1986, pp. 309-316; Hereinafter, [Reference 3J) VS algorithm uses a step size matrix A instead of the step size α of the LMS algorithm in equation (4), and the size of each component of A is ? Adaptive
It is controlled by the progress of convergence of the filter. By using individual step sizes given by the step size matrix A instead of a common step size for each coefficient, the optimal step size corresponding to the variation in the size of the autocorrelation matrix components can be determined for each coefficient. It can be used as a coefficient to improve convergence speed. The actual coefficient update is based on the following equation.

ck=ck−1+2A−dk・nk−1 ......
......  (9)A=[aij] aij=O  for i+j ≠Ofori=j am,mは、対応するm番目のタップの傾き成分■,k
の極性sgn[。,klを抽出し、該極性の変化パター
ンによって大きさが制御される。但し、■,kはm,k
”2゜αm,m”k’nm,k−1−・・−・−・(1
0)で与えられる。dk= vk− Okが成立する理
想的な場合には、m,kの極性が直接収束の進み具合を
表すが、一般にdk= sk+ vk− %で表される
ようにdkはskの影響を受けるので、これを軽減する
ために、?gn[■,klがm。回連続して変化したと
きにはαエ,mを1/2シ、m1回連続して等しいとき
にはα。,mを2倍する。すなわち、同一極性の連続、
もしくは極性の変化の連続を検出することによって、等
価的にsk+vk−Okジk−9kが成立するようにし
ていることがVSアルゴリズムの特徴である。但し、α
。,mの変化範囲には制限があり、最大値αmax=1
lλ、αminは収束後の残留ノイズによって規定され
る。ここに、λは自己相関行列の最大固有値である。こ
の方法が問題なく動作するか否かは、Skとvk−%の
関係に大きく依存する。前記。,kの極性変化パターン
はskの信号対雑音比(Signal−to−Nois
e Ratio;SNR)とスペクトラムの関数となる
。SNRが良いときは、skl > Ivk− %lが
ほとんど常に成立し、前記極性検出に深刻な影響を与え
る。SNRが信号と雑音の瞬時電力の数学的期待値の比
であることを考慮すれば、仮にSNRが悪くても、sk
がより多くの高周波数成分を持つほど瞬間的にISkl
 > Ivk− %lとなる確率は高くなる。別の言い
方をすれば、Skがより多くのピークとデイップを持つ
ほど、SNRが十分悪くても、いくつかのピークでls
klがIvk− 9kはり大きくなる可能性が高くなる
ck=ck-1+2A-dk・nk-1. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. .. .. (9) A=[aij] aij=O for i+j ≠Ofori=j am,m is the slope component of the corresponding m-th tap■,k
The polarity of sgn[. , kl, and the magnitude is controlled by the polarity change pattern. However, ■, k is m, k
"2゜αm,m"k'nm,k-1-・・・・−・(1
0). In an ideal case where dk = vk- Ok holds true, the polarity of m and k directly represents the progress of convergence, but dk is generally influenced by sk, as expressed by dk = sk + vk- %. So, to alleviate this? gn [■, kl is m. If it changes continuously, αe, m is 1/2, and if it is equal to m1 times in a row, α. , m is multiplied by 2. That is, a succession of the same polarity,
Alternatively, a feature of the VS algorithm is that by detecting a series of changes in polarity, sk+vk-Okjik-9k is equivalently established. However, α
. , m has a limited range of variation, and the maximum value αmax=1
lλ and αmin are defined by residual noise after convergence. Here, λ is the maximum eigenvalue of the autocorrelation matrix. Whether this method works without problems depends largely on the relationship between Sk and vk-%. Said. , k is determined by the signal-to-noise ratio (Signal-to-Noise ratio) of sk.
e Ratio (SNR) and spectrum. When the SNR is good, skl > Ivk-%l almost always holds, which seriously affects the polarity detection. Considering that the SNR is the ratio of the mathematically expected values of the instantaneous power of the signal and the noise, even if the SNR is bad, the sk
The more high-frequency components there are, the more instantaneously ISkl
> Ivk- %l becomes more likely. Stated another way, the more peaks and dips Sk has, the more the SNR is bad enough that some peaks
There is a high possibility that kl will be much larger than Ivk-9k.

(発明が解決しようとする問題点) これらの影響を最小限に押さえるためには、前記m。と
mエを大きく、αminを小さくしなければならないが
、これはvSアルゴリズムの優位性を減少させる。さら
に、式(7)からわかるように、■Sアルゴリズムでは
係数と同じ数のステップ・サイズをメモリ内に保持しな
ければならず、タップ数が増すほどたくさんのメモリが
必要になり、ハード・ウェアの負担となる。本発明の目
的は、収束時間が短くハード・ウェア規模の小さい、ア
ダプテイブ・フィルタによるノイズ除去の方法及び装置
を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to minimize these effects, the above m. and m must be made large and αmin small, which reduces the superiority of the vS algorithm. Furthermore, as can be seen from equation (7), the ■S algorithm must maintain the same number of step sizes as coefficients in memory, and as the number of taps increases, more memory is required, and the hardware becomes a burden. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for noise removal using an adaptive filter, which has a short convergence time and a small hardware scale.

(問題点を解決するための手段) 本発明のノイズ除去方法は、主入力端子へ混入するノイ
ズを除去するために、ノイズだけを入力とする参照入力
端子で得られる参照信号に基づきアダプテイブ・フィル
タでノイズ・レプリカを生成し、前記主入力端子にて得
られる受信信号とノイズとが混在した混在信号から該ノ
イズ.レプリカを差引いた差信号を小さくするように動
作するノイズ・キャンセラにおいて、前記差信号を二乗
して差信号電力を求め、該差信号電力から該差信号電力
を平均化したものを差引いて極性をとり、さらに平均化
して得られた値に対応して前記アダプテイブ.フィルタ
の係数修正量を適応的に変化させることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The noise removal method of the present invention uses an adaptive filter based on a reference signal obtained at a reference input terminal that receives only noise as input, in order to remove noise mixed into the main input terminal. A noise replica is generated from the mixed signal obtained at the main input terminal in which the received signal and noise are mixed. In a noise canceller that operates to reduce the difference signal obtained by subtracting the replica, the difference signal power is obtained by squaring the difference signal, and the polarity is determined by subtracting the averaged difference signal power from the difference signal power. The above-mentioned adaptive. It is characterized by adaptively changing the coefficient correction amount of the filter.

また、本発明のノイズ除去装置は、主入力端子へ混入し
て信号と混在するノイズを除去する際に、参照入力端子
からの参照ノイズを受けてノイズ・レプリカを発生する
アダプティブ・フィルタと、前記ノイズ・レプリカを信
号とノイズよりなる主入力端子からの混在信号から差引
く第1の減算器と、該第1の減算器の出力を二乗する第
1の乗算器と、該第1の乗算器の出力を平均化する第1
の平均化回路と、前記第1の乗算器の出力から前記第1
の平均化回路の出力を差引く第2の減算器と、該第2の
減算器の出力の極性を検出する極性検出器と、該極性検
出器の出力を平均化する第2の平均化回路と、該第2の
平均化回路の出力を定数倍する第2の乗算器と、該第2
の乗算器の出力と前記第1の減算器の出力を乗算する第
3の乗算器とを少なくとも具備し、該第3の乗算器の出
力を用いて前記アダプティブ・フィルタの係数を更新す
るように構成したことを特徴とする。
Further, the noise removal device of the present invention includes an adaptive filter that receives reference noise from a reference input terminal and generates a noise replica when removing noise that enters the main input terminal and mixes with the signal; a first subtractor that subtracts a noise replica from a mixed signal from a main input terminal consisting of a signal and noise; a first multiplier that squares the output of the first subtractor; and a first multiplier that squares the output of the first subtractor. The first to average the output of
and an averaging circuit of the first multiplier.
a second subtracter that subtracts the output of the averaging circuit, a polarity detector that detects the polarity of the output of the second subtractor, and a second averaging circuit that averages the output of the polarity detector. , a second multiplier that multiplies the output of the second averaging circuit by a constant;
at least a third multiplier for multiplying the output of the multiplier by the output of the first subtracter, and updating the coefficients of the adaptive filter using the output of the third multiplier. It is characterized by having been configured.

(作用) 本発明のアダプティブ・フィルタによるノイズ除去の方
法及び装置は、残留ノイズの平均電力が係数の収束と共
に小さくなることを用いてステップ・サイズの大きさを
制御し、このとき残留ノイズ検出の妨害となる信号成分
電力はその推定値を求めて逐次差引くことにより、収束
時間を短縮することができる。
(Operation) The noise removal method and device using an adaptive filter of the present invention controls the step size by using the fact that the average power of residual noise becomes smaller as the coefficients converge, and at this time, the residual noise detection method and apparatus control the step size. The convergence time can be shortened by calculating the estimated value of the signal component power that causes interference and subtracting it sequentially.

(実施例) 次に図゛面を参照して本発明について詳細する。(Example) Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

同図において、第3図と同一の参照番号を付与された機
能ブロックは第3図と同一の機能を有するものとする。
In this figure, functional blocks given the same reference numbers as in FIG. 3 have the same functions as in FIG. 3.

第1図と第3図の相違点は、乗算器5に供給されるステ
ップ・サイズが残留ノイズの大きさに従って変化する点
にある。これに伴って、ステップ・サイズを制御する乗
算器7及び11、平均化回路8及び10、減算器9、極
性検出器12が付加されている。ステップ・サイズ制御
に必要な信号は残留ノイズvk−%であるが、直接残留
ノイズだけを検出することは出来ない。信号skが残留
ノイズvk−Okに対して妨害となる。平均化回路8及
び減算器9は、信号skの影響を除去する効果を持つ。
The difference between FIG. 1 and FIG. 3 is that the step size supplied to the multiplier 5 changes according to the magnitude of the residual noise. Along with this, multipliers 7 and 11 for controlling the step size, averaging circuits 8 and 10, a subtracter 9, and a polarity detector 12 are added. Although the signal required for step size control is the residual noise vk-%, it is not possible to directly detect only the residual noise. The signal sk becomes a disturbance to the residual noise vk-Ok. The averaging circuit 8 and the subtracter 9 have the effect of removing the influence of the signal sk.

乗算器7の出力はdkの二乗になるから、次式で与えら
れる。
Since the output of the multiplier 7 is the square of dk, it is given by the following equation.

dk2=(sk+vk−%)2...........
.... (11)平均化回路8では、入力信号に対し
て時定数の長い移動平均をとる。時定数の長い移動平均
は、近似的に数学的期待値の推定値とみなすことができ
るので、これをE[・]で表す。一般にSkとnk、従
ってskとvkは互いに独立なので、数学的期待値の性
質を考慮して平均化回路8の出力は、 E[(sk+vk−9k)”]=E[sk21+E[(
vk−%)2] . (12)となる。式(12)の第
2項は急速に減衰することを考慮すると、式(13)を
得る。
dk2=(sk+vk-%)2. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. (11) The averaging circuit 8 takes a moving average with a long time constant for the input signal. Since a moving average with a long time constant can be approximately regarded as an estimated value of a mathematical expected value, it is expressed as E[·]. In general, Sk and nk, and therefore sk and vk, are independent of each other, so taking into account the properties of mathematical expectation values, the output of the averaging circuit 8 is: E[(sk+vk-9k)'']=E[sk21+E[(
vk-%)2]. (12). Considering that the second term in equation (12) decays rapidly, equation (13) is obtained.

E[(Sk+Vk−%)2]−E[sk21  ...
.......  (13)従って、減算器9の出力は
、(sk+vk−9k)2−E[sk2]となる。極性
検出器12で減算器9の出力信号の極性を検出した後、
平均化回路10で人力信号に対して時定数の短い移動平
均をとる。丁によって時定数の短い移動平均を表せば、
平均化回路10の出力は式(14)で与えられる。
E[(Sk+Vk-%)2]-E[sk21. .. ..
.. .. .. .. .. .. .. (13) Therefore, the output of the subtracter 9 is (sk+vk-9k)2-E[sk2]. After the polarity detector 12 detects the polarity of the output signal of the subtractor 9,
An averaging circuit 10 takes a moving average with a short time constant for the human input signal. If we express a moving average with a short time constant by d, we get
The output of the averaging circuit 10 is given by equation (14).

式(14)において、アダプテイブ・フィルタが動作開
始直後は(vk− %)2が十分大きく、1sk2−E
[sk2]14 (vk− Ok)2が成立つため式(
15)のように近似することができる。
In equation (14), immediately after the adaptive filter starts operating, (vk-%)2 is sufficiently large and 1sk2-E
[sk2]14 (vk-Ok)2 holds true, so the formula (
15) can be approximated as follows.

msgn{2sk・(vk−vk)+(vk−?k)2
} ..− (15)平均化回路10の入力である式(
15)右辺の極性は2sk.(vk−4k)によって決
まる。2sk・(vk%)>0の確率は1/2、128
kl < Ivk− +klなる確率は0より大きいの
で、平均化回路10の入力は1/2以上の確率で+1と
なる。一方、アダプティブ・フィルタ収束後はIsk2
一E[sk2]I、21sk−(vk−4k)l、(v
k−Ok)2が平均ゼロの独立ランダム過程になるため
、 となる。以上の説明からわがるように、平均化回路8は
skの推定値を与える。続いて、減算器9で前記推定値
を乗算器7の出力信号から差引き、極性検出器12を経
て平均化回路10の出力信号として式(14)の右辺を
得る。平均化回路10の入力は、アダプテイブ・フィル
タが動作開始直後はほとんど+1で、アダプテイブ・フ
ィルタの適応化が進むと共に同確率で±1となる。従っ
て、平均化回路10の出力として、徐々に増加しアダプ
テイブ・フィルタの収束と共にゼロに近づく正の値が得
られる。この値を定数倍して本来のステップ・サイズα
に乗算して用いることにより、実効的なステップ・サイ
ズを、最初は大きく、収束後は本来のステップ・サイズ
αに等しくし、収束時間の短縮をはかることができる。
msgn{2sk・(vk-vk)+(vk-?k)2
} . .. - (15) Equation (
15) The polarity of the right side is 2sk. (vk-4k). The probability of 2sk・(vk%)>0 is 1/2, 128
Since the probability that kl < Ivk- +kl is greater than 0, the input to the averaging circuit 10 will be +1 with a probability of 1/2 or more. On the other hand, after the adaptive filter converges, Isk2
1E[sk2]I, 21sk-(vk-4k)l, (v
Since k-Ok)2 becomes an independent random process with zero mean, it becomes. As can be seen from the above description, the averaging circuit 8 provides an estimated value of sk. Subsequently, the estimated value is subtracted from the output signal of the multiplier 7 by the subtracter 9, and the right side of equation (14) is obtained as the output signal of the averaging circuit 10 via the polarity detector 12. The input to the averaging circuit 10 is almost +1 immediately after the adaptive filter starts operating, and becomes ±1 with the same probability as the adaptive filter progresses. Therefore, the output of the averaging circuit 10 is a positive value that gradually increases and approaches zero as the adaptive filter converges. Multiply this value by a constant to get the original step size α
By multiplying .

但し、乗算器11の出力が1より小になったときには強
制的にこれを1に設定する。減算器9の出力として得ら
れる信号の振幅は、入力端子1に供給される信号強度に
大きく影響を受けるが、極性検出器12によってこの影
響を軽減することができ、広範囲の信号強度に対しパラ
メータの設定が容易になる。
However, when the output of the multiplier 11 becomes smaller than 1, it is forcibly set to 1. The amplitude of the signal obtained as the output of the subtractor 9 is greatly influenced by the signal strength supplied to the input terminal 1, but this influence can be reduced by the polarity detector 12, and the parameter can be adjusted over a wide range of signal strengths. The settings become easier.

第2図は平均化回路の一実施例で、漏れ係数13(0<
13<1)の一次漏れ積分回路として知られている。人
力端子21に供給された信号は乗算器22でp倍され加
算器23に供給される。加算器23の出力信号は出力端
子26に達すると共に遅延素子25に供給される。遅延
素子25で1クロック分遅延された信号は乗算器24で
1−13倍され、加算器23に供給される。
Figure 2 shows an example of the averaging circuit, with a leakage coefficient of 13 (0<
13<1) is known as a first-order leakage integration circuit. The signal supplied to the human input terminal 21 is multiplied by p in the multiplier 22 and supplied to the adder 23. The output signal of adder 23 reaches output terminal 26 and is also supplied to delay element 25 . The signal delayed by one clock in the delay element 25 is multiplied by 1-13 in the multiplier 24 and is supplied to the adder 23.

全体では、人力端子21に供給される信号が遅延素子2
5で1クロック遅延されてから加算器23で繰返し加算
されるので、積分されることになる。このとき、乗算器
24によって゛′漏れ2′が生じる。人力端子21に供
給される信号の平均値がほぼ一定の場合には、乗算器2
3と24の値からわかるように、出力端子26にて得ら
れる出力信号は徐々に増加した後、飽和する。定数pを
適当に選ぶことにより、この飽和値で前記人力信号の平
均値を近似することができる。pが小さい場合には1−
pH1となり、出力端子26の信号がほぼそのまま加算
器23に帰還され、時定数の長い移動平均化回路になる
。反対にpが大きいと、出力端子26から加算器23に
帰還される信号は急速に減衰し、入力端子21から乗算
器22をへて供給される現在の信号の寄与分が大きくな
るので、移動平均化回路の時定数は短くなる。従って、
第2図に示した平均化回路は、漏れ係数pを適当に設定
することにより、平均化回路8としても10としても使
用することができる。平均化回路8として使用するとき
は、入力信号21が乗算器7がらの信号、出力信号26
が減算器9への信号に相当し、平均化回路10に対して
は、入力信号21が減算器9からの信号、出力信号26
が乗算器11への信号に相当する。第2図では一例とし
て巡回型の平均化回路を示したが、トランスバーサル型
構成を持つ回路等も同様に使用できる。
In total, the signal supplied to the human input terminal 21 is transmitted to the delay element 2
5 is delayed by one clock and then repeatedly added by the adder 23, so that it is integrated. At this time, the multiplier 24 causes "leakage 2". When the average value of the signal supplied to the human input terminal 21 is approximately constant, the multiplier 2
As can be seen from the values 3 and 24, the output signal obtained at the output terminal 26 gradually increases and then saturates. By appropriately selecting the constant p, the average value of the human input signal can be approximated by this saturation value. 1- if p is small
The pH becomes 1, and the signal at the output terminal 26 is fed back almost unchanged to the adder 23, forming a moving averaging circuit with a long time constant. On the other hand, if p is large, the signal fed back from the output terminal 26 to the adder 23 will attenuate rapidly, and the contribution of the current signal fed from the input terminal 21 through the multiplier 22 will become large, so that the shift The time constant of the averaging circuit becomes shorter. Therefore,
The averaging circuit shown in FIG. 2 can be used as both averaging circuit 8 and 10 by appropriately setting the leakage coefficient p. When used as the averaging circuit 8, the input signal 21 is the signal from the multiplier 7, and the output signal 26
corresponds to the signal to the subtracter 9, and to the averaging circuit 10, the input signal 21 corresponds to the signal from the subtracter 9, and the output signal 26
corresponds to the signal to the multiplier 11. In FIG. 2, a cyclic averaging circuit is shown as an example, but a circuit having a transversal configuration can be similarly used.

既に説明したように、LIMとLMSの違いはステップ
・サイズμをアダプティブ・フィルタ3に入力される平
均電力On′で割ったものをαの代わりに使用すること
なので、これまで説明してきたステップ・サイズを可変
にする方法はそのまま適用することができる。
As already explained, the difference between LIM and LMS is that the step size μ divided by the average power On′ input to the adaptive filter 3 is used instead of α. The method of making the size variable can be applied as is.

(発明の効果) 以上詳細に述べたように、本発明によれば残留ノイズの
平均電力が係数の収束と共に小さくなることを用いてス
テップ・サイズの大きさを制御し、このとき残留ノイズ
の平均電力を検出するための妨害となる信号成分電力は
、その推定値を求めて逐次差引くことにより、収束時間
を短縮することができる。さらに、ステップ・サイズを
適応的に制御する回路は2乗算器、2平均化回路、減算
器及び極性検出器だけから構成されるため、ハード・ウ
エア規模の小さいアダプティブ・フィルタによるノイズ
除去の方法及び装置を提供することができる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, the step size is controlled by using the fact that the average power of the residual noise becomes smaller as the coefficients converge, and at this time, the average power of the residual noise is The convergence time can be shortened by calculating the estimated value of the signal component power that becomes an obstacle to detecting the power and subtracting it successively. Furthermore, since the circuit that adaptively controls the step size consists of only a squaring multiplier, a 2-averaging circuit, a subtracter, and a polarity detector, a noise removal method using an adaptive filter with small hardware scale and equipment can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロソク図、第2図は
平均化回路の一実施例を示すブロック図、第3図は従来
例を示すブロック図である。 第1図において、1は主入力端子、2は参照入力端子、
3はアダプテイブ・フィルタ、4及び9は減算器、5、
7及び11は乗算器、6は出力端子、8及び10は平均
化回路をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of an averaging circuit, and FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example. In FIG. 1, 1 is the main input terminal, 2 is the reference input terminal,
3 is an adaptive filter, 4 and 9 are subtractors, 5,
7 and 11 are multipliers, 6 is an output terminal, and 8 and 10 are averaging circuits, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)主入力端子へ混入するノイズを除去するために、ノ
イズだけを入力とする参照入力端子で得られる参照信号
に基づきアダプティブ・フィルタでノイズ・レプリカを
生成し、前記主入力端子にて得られる受信信号とノイズ
とが混在した混在信号から該ノイズ・レプリカを差引い
た差信号を小さくするように動作するノイズ・キャンセ
ラにおいて、前記差信号を二乗して差信号電力を求め、
該差信号電力から該差信号電力を平均化したものを差引
いて極性をとり、さらに平均化して得られた値に対応し
て前記アダプテイブ・フィルタの係数修正量を適応的に
変化させることを特徴とするノイズ除去方法。 2)主入力端子へ混入して信号と混在するノイズを除去
する際に、参照入力端子からの参照ノイズを受けてノイ
ズ・レプリカを発生するアダプテイブ・フィルタと、前
記ノイズ・レプリカを信号とノイズよりなる主入力端子
からの混在信号から差引く第1の減算器と、該第1の減
算器の出力を二乗する第1の乗算器と、該第1の乗算器
の出力を平均化する第1の平均化回路と、前記第1の乗
算器の出力から前記第1の平均化回路の出力を差引く第
2の減算器と、該第2の減算器の出力の極性を検出する
極性検出器と、該極性検出器の出力を平均化する第2の
平均化回路と、該第2の平均化回路の出力を定数倍する
第2の乗算器と、該第2の乗算器の出力と前記第1の減
算器の出力を乗算する第3の乗算器とを少なくとも具備
し、該第3の乗算器の出力を用いて前記アダプテイブ・
フィルタの係数を更新することを特徴とするノイズ除去
装置。
[Claims] 1) In order to remove noise mixed into the main input terminal, a noise replica is generated by an adaptive filter based on a reference signal obtained at a reference input terminal that receives only noise as input, and a noise replica is generated from the main input terminal. In a noise canceller that operates to reduce a difference signal obtained by subtracting the noise replica from a mixed signal obtained at an input terminal in which a received signal and noise are mixed, the difference signal power is obtained by squaring the difference signal. ,
The polarity is determined by subtracting the averaged difference signal power from the difference signal power, and the coefficient modification amount of the adaptive filter is adaptively changed in accordance with the value obtained by further averaging. noise removal method. 2) An adaptive filter that receives reference noise from a reference input terminal and generates a noise replica when removing noise that enters the main input terminal and mixes with the signal; a first subtracter that subtracts the mixed signal from the main input terminal, a first multiplier that squares the output of the first subtracter, and a first multiplier that averages the output of the first multiplier. an averaging circuit, a second subtracter that subtracts the output of the first averaging circuit from the output of the first multiplier, and a polarity detector that detects the polarity of the output of the second subtracter. a second averaging circuit that averages the output of the polarity detector; a second multiplier that multiplies the output of the second averaging circuit by a constant; a third multiplier that multiplies the output of the first subtracter, and uses the output of the third multiplier to
A noise removal device characterized by updating filter coefficients.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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