CN101536342A - 用于信号的自适应滤波的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于自适应滤波的一种方法，其中在自适应的范畴内借助与参考信号等效的一个数值通过评估来对自适应滤波所必要的参考信号的水平进行确定，其中根据从要滤波的传输信道提取的至少一个信号的电功率来进行所述的滤波，并且通过一个数学函数根据至少所提取的信号的该电功率来确定该等效量。另外本发明还涉及具有用于实施该方法的工具的一种装置。

Description

用于信号的自适应滤波的方法和装置

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的用于信号的自适应滤波的方法以及根据权利要求12的基本概念部分所述的用于信号的自适应滤波的一种装置。

已知的是，为了实现自适应滤波，使用尤其被用作参照的滤波器的输出信号与实施自适应滤波的滤波器的输出信号相比较，并根据比较结果来匹配该自适应滤波器的参数。

在已公开的自适应滤波中在此遵循的是不同出发点。比如一些自适应滤波器规定在固定的自适应速度情况下在要求尽可能快地自适应(如果仅存在回波)与在双工通话时要求不调整该自适应滤波器之间进行折衷，其中该自适应速度越高，这越频繁地出现。

尤其在采用自适应滤波器的情况下，在所谓的回波消除器中，其中该回波消除器主要被应用在电信中并且尤其被应用在通过基于因特网协议(IP)的网络-所谓的IP语音(VoIP)的-语音传输中，其问题在于，该参考信号叠加了强烈变化的干扰信号。在该应用领域中还涉及所谓的双工通话(Gegensprechen)，也即两个远离的通信用户同时的通话，其中该参考信号代表本地信号、所谓的本地用户的近端信号和由此来自远端用户侧的回波的叠加。

最佳的自适应特性从而需要自适应的速度与参考信号和干扰信号之比相匹配，其中对此通常必须确定参考信号的水平。

对此，比如在EP 1 320 941 B1中已公开，对在被用作参考信号的在传输段上出现的残余回波与一个远端(所谓的Far-End)信号之间的放大系数进行评估，并由此确定残余回波的水平。其他的方法再次基于的是根据在近端信号与远端信号之间的相关而对残余回波的评估。

本发明的任务是，提供尤其针对回波消除而优化的一种方法以及用于自适应滤波的装置。

该方法任务从权利要求1前序部分的特征出发通过其特征部分的特征、以及通过从权利要求12的基本概念部分所述的装置通过其特征部分的特征而得到解决。

按照本发明的方法，在自适应的范畴内通过借助一个与参考信号等效的量进行评估而对自适应滤波所必要的参考信号的水平进行确定，其中根据从要滤波的传输信道所提取的至少一个信号的电功率来进行滤波，并根据至少所提取信号的电功率通过数学函数来确定所述的等效量。在此，功率在数字信号处理中理解为所谓的均方值，因为这也是功率计算的基础。

优选地，为了确定等效量，该数学函数有利地使用了一个第一功率，其中该第一功率由本地用户所输出的信号(S_in)以及该传输信道的回波信号得出，因为这些信号已经代表了良好的指标。

代替地或者优选补充地，如此地得到用于确定该等效量的另一改进方案，即该数学函数使用了一个第二功率，该第二功率由本地用户所输出的信号以及差值信号得出，该差值信号由该传输信道的回波信号和被补偿的回波信号产生。

对于前述的改进方案代替地或者优选补充地，如果为了确定该等效量该数学函数使用了由该自适应滤波器所评估的、该传输信道的回波信号的一个第三功率，那么也可以实现另一有利的优化。

通常，在这种改进方案中通过该数学函数、作为对该传输信道的回波信号的一个第四功率的评估来实现对该等效量的确定，其中该第四功率基于该第一功率、第二功率和第三功率被评估，因为基于这三个数值的评估尤其在采用本发明的用于回波消除的方法时对于自适应的有效性是有利的。

所述评估在此优选地按照以下的公式

$P_{\mathrm{Echo},\mathrm{est}}=P_{\mathrm{diff}}\·\sqrt{\frac{P_{\mathrm{Sin}}}{P_{\mathrm{est}}}}$

其中

$P_{\mathrm{diff}}=\frac{1}{2}\·(P_{\mathrm{Sin}}-P_{\mathrm{err}})$

并且其中

P_sin   表示第一功率

P_err   表示第二功率

P_est         表示第三功率

P_Echo，est     表示第四功率。

根据前述公式的评估尤其在采用根据本发明的用于回波消除任务的方法中具有非常好的特性以及自适应滤波的速度和有效性，因为如同在模拟中所确定的，其实现了对参考信号的极其精确的评估。

如果该自适应滤波器作为回波消除器来工作，并且该自适应滤波器在加法节点上基于第五功率的平衡而被复位至自适应的起始状态，其中该加法节点用回波消除信号来生成该自适应滤波器的输出信号，那么回波变化就明显更好地被检测，其中所述的回波变化否则就难以与由于用户的同时通话而引起的双工通话干扰相区分。如果由于回波变化而导致了该自适应过程的失谐，也即生成错误的系数，那么通过这种识别以及复位就适时地开始该滤波器的重新自适应。

在此优选地通过一个第五功率的绝对值超过一个第一阈值来进行所述的复位，使得在该方法的优化中存在设置特别合适的阈值的进一步的自由度，其中这可以通过模拟或通过实验性的试运行来实现。

在该方法的另一有利的改进方案中，如果所述超过的持续时间持续地达到了体现为一个时间段的第二阈值，那么就进行所述的复位。由此，仅短时出现的尖峰被捕捉，并防止其不正确地触发重新自适应。此外，这同样可以通过对该第二阈值进行灵活地选择以及调节而为该方法改善了识别率，其中这又可以通过模拟或通过实验性的试运行来实现。

在一种改进方案中，该第一阈值根据与双工通话的一个指标成比例的值以及根据该第二功率和第三功率来确定。由此，该第一阈值的自由度有利地如下地被优化利用：如在该改进方案中所述，其根据当前出现的数值自动地调节和匹配，使得错误识别明显地被最小化，直至近似被消除，其中一种改进方案证实是尤其有利的，其中根据以下公式来确定该第一阈值

$P_{\mathrm{\Δ}}=s\·\sqrt{P_{\mathrm{est}}\·P_{\mathrm{err}}},$ 其中

s     表示与指标成比例的值，

P_err  表示该第二功率，

P_est   表示该第三功率以及

P_Δ     表示该第四功率。

本发明的自适应滤波器通过用于实施前述方法措施的工具而有利地支持本发明方法的实现。

本发明的其他细节以及优点从在图1和2中所示的实施例出发来详细解释。其中：

图1示出了执行本发明方法的一种回波消除器的框图，其中该回波消除器用于优化所确定的功率以进行参考信号评估，

图2示出了执行本发明方法的一种回波消除器的框图，其中该回波消除器用于优化所确定的功率以基于功率平衡来识别回波变化并控制该消除器。

在图1中示出了执行本发明方法的一种回波消除器的框图，其中该回波消除器用于优化所确定的功率以进行参考信号评估。

从而在示意性示图中示出了在回波路径之间、也即在第一端口S_out、和第二端口S_in、以及第三端口R_in之间的箭头之间的根据本发明而构造的回波消除器，其中在该第一端口S_out上要发送的语音信号被输出至该回波路径上，在该第二端口S_in上回波信号从该回波路径到达，在该第三端口R_in上要接收的语音信号从该回波路径输入并通过一个第四端口R_out被输出到该回波路径。

还示出了实现自适应滤波的一个自适应块AB，其中该自适应块生成对于自适应必需的系数和和基于此的输出信号、评估的回波信号，该信号为了清除回波而被传输至一个加法器SUM，在此它被扣除了在该回波路径上通过该第二端口S_out所接收的带有回波的信号并且在理想情况下被完全清除回波后通过该第一端口S_out而被输出。

另外还可以看出，该自适应块具有在当前技术中所公开的为此所需的处理块，其中为了实施本发明的方法至少改变了该自适应控制装置AC。

为了控制该自适应块AB，如图所示，除了其他常规的信号之外，借助本发明的方法而评估的回波信号P_echo，est的功率以及近端信号P_sin的功率被传输给该自适应控制装置AC。

根据这些信号，该自适应控制装置AC能够计算优化匹配的系数，其中这些系数实现了改善的回波消除。

根据本发明，此外借助所示的能量确定器EE由输出信号、近端信号以及所评估的回波信号来确定前述信号的功率水平P_sin、P_err、P_est，并将其传输至根据本发明而构造的评估装置ES，其中该输出信号由残余回波和近端用户的信号组合而成，该近端信号由回波和近端用户的信号组合而成。

该回波评估装置ES由此基于以下公式来进行评估

$P_{\mathrm{Echo},\mathrm{est}}=P_{\mathrm{diff}}\·\sqrt{\frac{P_{\mathrm{Sin}}}{P_{\mathrm{est}}}}$

其中

$P_{\mathrm{diff}}=\frac{1}{2}\·(P_{\mathrm{Sin}}-P_{\mathrm{err}}).$

如前所解释的回波的功率给该自适应控制装置AS用作控制基础。

图2同样示出了一种回波消除器的框图，其中，与之前的附图描述相对应地，相同的单元被设置有相同的符号。

与前面的描述相反，在该图中所示的用于实施本发明方法的回波消除器用于优化所确定的功率，以基于功率平衡来识别回波变化并控制该消除器。

在此，本发明的所示的实施例同样具有一个能量确定器，其中该能量确定器由前述的相同的信号来生成相同的功率水平P_sin、P_err、P_est。

与第一实施例不同，对于将这些信号传输到回波评估器代替地或者补充地，这些信号被转发到一个用于检测回波变化的检测装置，其中该检测装置按照以下公式来平衡功率水平P_sin、P_err、P_est

P_Δ＝P_err+P_est-P_Sin，其中

$P_{\mathrm{\Δ}}=s\·\sqrt{P_{\mathrm{est}}\·P_{\mathrm{err}}}$

其中s表示粗略识别双工通话效果的结果，该双工通话也称为“DoubleTalk”。由此，在该回波消除器的加法节点SUM上实施了平衡，其完全满足G168-2004对线路回波消除器所提出的要求，因为它实现了在很少的几秒内对回波变化的识别以及必要时所需的重新自适应。此外，该方法的出众之处在于，需要非常少的计算功率，并从而在具有高信道数量的应用中也保证了最佳的功能。

Claims (12)

1.用于自适应滤波的方法，其中在自适应的范畴内通过借助与参考信号等效的量(P_Δ，P_Echo，est)的评估来对自适应滤波所需的参考信号的水平进行确定，其特征在于

a)根据从要滤波的传输信道提取的至少一个信号(S_in，S_out，R_in，R_out)的电功率(P_Sin，P_err，P_est)来进行所述的滤波，

b)通过数学函数根据至少被提取的信号(S_in，S_out，R_in，R_out)的电功率(P_Sin，P_err，P_est)来确定所述的等效量(P_Δ，P_Echo，est)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述的等效量(P_Δ，P_Echo，est)，该数学函数使用了由本地用户所输出的信号(S_in)和该传输信道的回波信号而得到的第一功率(P_Sin)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定所述等效量(P_Δ，P_Echo，est)，所述数学函数使用了由该本地用户所输出的信号(S_in)和一个差值信号而得到的第二功率(P_err)，其中该差值信号由该传输信道的回波信号和被补偿的回波信号来生成。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了确定所述等效量(P_Δ，P_Echo，est)，所述数学函数使用了由该自适应滤波器所评估的第三功率(P_est)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述数学函数来实现对该传输信道的回波信号的第四功率(P_Echo，est)的评估，其中该第四功率根据该第一功率(P_Sin)、该第二功率(P_err)以及该第三功率(P_est)来被评估。

6.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述评估按照以下公式来确定

$P_{\mathrm{Echo},\mathrm{est}}=P_{\mathrm{diff}}\·\sqrt{\frac{P_{\mathrm{Sin}}}{P_{\mathrm{est}}}}$

其中

$P_{\mathrm{diff}}=\frac{1}{2}\·(P_{\mathrm{Sin}}-P_{\mathrm{err}})$

并且其中

P_Sin       表示第一功率

P_err       表示第二功率

P_est       表示第三功率

P_echo，est 表示第四功率。

7.尤其根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

a)该自适应滤波器作为回波消除器工作，

b)该自适应滤波器在加法节点上基于第五功率(P_Δ)的平衡被复位到所述自适应的起始状态，其中该加法节点使用回波消除信号来生成该自适应滤波器的输出信号(S_out)。

8.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，通过第五功率(P_Δ)的绝对值超过第一阈值(P_Δ，max)来进行所述的复位。

9.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，如果所述超过的持续时间持续地达到体现为一个时间段的第二阈值，那么就进行所述的复位。

10.根据前两个权利要求之一所述的方法，其特征在于，该第一阈值(P_Δ，max)基于与双工通话的一个指标成比例的一个值(s)以及基于该第二功率(P_err)和第三功率(P_est)来确定。

11.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，根据如下的公式来确定该第一阈值(P_Δ，max)

$P_{\mathrm{\Δ}}=s\·\sqrt{P_{\mathrm{est}}\·P_{\mathrm{err}}},$ 其中

s          表示与该指标成比例的值，

P_err       表示该第二功率，

P_est       表示该第三功率以及

P_Δ        表示该第四功率。

12.自适应滤波器，其特征在于具有用于实施根据前述权利要求之一所述的方法的装置。

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