CN102117620A - 一种双滤波器传递滤波器系数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双滤波器传递滤波器系数的方法及装置，通过采用归一化的品质因子表示滤波器的收敛程度，由于该品质因子与输入信号的能量无关，因此方便了用来判定滤波器是否收敛的阈值的设置，提高了阈值设置的准确性，进而有助于提高双滤波器的回声消除效果，保障双滤波器装置回声消除机制的正常运行。

Description

一种双滤波器传递滤波器系数的方法及装置

技术领域

本发明涉及回声消除技术，尤指一种用于回声消除的双滤波器传递滤波器系数的方法及装置。

背景技术

回声是由于声波反射导致的声音重复。在通话过程中，如果说话人听到自己讲话的延迟后的声音，则存在回声问题。

根据回声的产生原因，回声可以分为声学回声和电学回声两类。电学回声是由于电路阻抗不匹配造成的。声学回声是指扬声器播放出来的声音被麦克风拾取后发回远端，这就使得远端谈话者能听到自己的声音。声学回声又分为直接回声和间接回声。直接回声是指扬声器播放出来的声音未经任何反射直接进入麦克风。间接回声是指扬声器播放的声音经不同的路径一次或多次反射后进入麦克风所产生的回声集合。

参见图1，图1为现有技术中一种自适应双滤波器回声消除的系统。自适应回声消除的基本思想是估计回声路径的脉冲响应，产生一个模拟的回音路径，得出估计的回声信号，从接收信号中减去该信号，进而实现回声消除。具体在图1中，H(q^-1)等效为实际房间的脉冲响应，远端输入信号x(n)经过H(q^-1)形成房间的实际回声信号y(n)，实际输入话筒的声音信号d(n)＝v(n)+y(n)，其中v(n)为本地通话者的声音。双滤波器的工作就是模拟H(q^-1)，即回声产生信道，得出模拟的回声信号，进而消除d(n)中远端输入信号x(n)形成的回声信号y(n)，使输出的残差信号e(n)能逼近v(n)。

在双滤波器系统中，自适应辅助滤波器用来自适应逼近H(q^-1)，向非自适应的主滤波器传递滤波器系数；主滤波器根据从辅助滤波器得到的滤波器系数估计回声信号，输出消除回声后的残差信号。

中国国家知识产权局于1998年11月25日公开了一种自适应双滤波器回声消除方法，公开号为CN1200210A，其中提供了一种双滤波器传递滤波器系数的方法，在判定辅助滤波器的收敛程度好于主滤波器、并且辅助滤波器的收敛程度足够好时，将辅助滤波器的滤波器系数传递给主滤波器。具体为：

在q_a＞Aq_p+B时，认为辅助滤波器的收敛程度好于主滤波器；

在

时，认为辅助滤波器收敛的足够好。

其中，q_i为滤波器的品质标准， $q_i=\frac{E{\hat{y}}_i\left(n\right)d\left(n\right)}{{\mathrm{Ee}}_i^2\left(n\right)},i=a,p,$ NL为测量到的噪声电平，A，B，C，α均为预设的常数。

在上述公式时，品质因子q_i的取值与输入信号的能量有关，取值范围不归一化，为(-∞，+∞)，这样预设常数A，B，C，α在实际环境中很难设置的比较合适，使辅助滤波器在没有收敛好时，便将它的滤波器系数传递给了主滤波器，致使主滤波器不能很好的消除回声，严重影响了双滤波器的回声消除效果，回声消除系统效果恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双滤波器传递滤波器系数的方法及装置，应用本发明提供的技术方案能够使辅助滤波器在合适的时机将自身的滤波器系数传递给主滤波器，保障双滤波器装置的回声消除效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双滤波器传递滤波器系数的方法，适用于回声消除的双滤波器；其中，双滤波器中的辅助滤波器用于逼近回声产生信道，将滤波器系数传递给主滤波器；主滤波器用于估计回声信号，该方法包括：

获取双滤波器的输入信号d(n)、以及主滤波器产生的回声估计信号和辅助滤波器产生的回声估计信号

计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_a}^2}};$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；；

当η_a＞T₁且η_a＞η_p，将辅助滤波器的滤波器系数传递给主滤波器；其中，T₁为预先设置的阈值。

本发明还提供了一种用于回声消除的双滤波器装置，双滤波器中包括主滤波器和辅助滤波器，辅助滤波器用于逼近回声产生信道，将滤波器系数传递给主滤波器；主滤波器用于估计回声信号，该装置进一步包括：

所述控制单元，用于获取双滤波器的输入信号d(n)、以及主滤波器产生的回声估计信号

辅助滤波器产生的回声估计信号

并计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_a}^2}};$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为

的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；当η_a＞T₁且η_a＞η_p，指示辅助滤波器将其滤波器系数传递给主滤波器；其中，T₁为预先设置的阈值。

本发明所提供的一种双滤波器传递滤波器系数的方法及装置，通过采用归一化的品质因子表示滤波器的收敛程度，由于该品质因子与输入信号的能量无关，因此方便了用来判定滤波器是否收敛的阈值的设置，提高了阈值设置的准确性，进而有助于提高双滤波器的回声消除效果，保障双滤波器装置回声消除机制的正常运行。

附图说明

图1为现有技术中用于回声消除的双滤波器装置的结构图；

图2为本发明中方法的流程图；

图3为本发明中双滤波器装置的结构图。

具体实施方式

在本发明的技术方案，为了更加有效的进行回声消除，选用 ${\mathrm{\η}}_i=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_i}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_i}^2}}$ 作为品质因子来反应主滤波器和辅助滤波器的收敛程度，i＝a，p，a代表辅助滤波器、p代表主滤波器。其中，

得到的是双滤波器输入信号d(n)和滤波器产生的回声估计信号

的相关性，σd2和

分别是d(n)和的能量。可见，品质因子 ${\mathrm{\η}}_i=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_i}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_i}^2}}$ 分子和分母的除法运算抵消了输入信号幅值的影响，因此本发明品质因子的取值是归一化的，为(-1，+1)。这样用来评判滤波器是否收敛的阈值就非常容易设置，信号能量的大小不会影响本发明品质因子的大小。

参见图2，图2给出了本发明方法的流程图。具体为：在步骤201中，获取双滤波器的输入信号d(n)、以及主滤波器产生的回声估计信号

和辅助滤波器产生的回声估计信号

；在步骤202中，计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_a}^2}};$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为

的能量，通过递归式计算法 ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；在步骤203中，当满足判决条件时，将辅助滤波器的滤波器系数传递给主滤波器，判决条件为η_a＞T₁且η_a＞η_p；其中，T₁为预先设置的阈值，用于判断滤波器是否收敛。

其中，η_a＞T₁时，说明辅助滤波器收敛的足够好；η_a＞η_p时，说明辅助滤波器的收敛程度好于主滤波器，这样在辅助滤波器收敛的足够好，并好于主滤波器时将辅助滤波器的滤波器系数传递给主滤波器。其中，T₁的选择可以依据实际的应用场景选择，可以取0.8～0.9，即0.8≤T₁≤0.9。

另外，在本发明的技术方案中还可以当η_a＜T₂且η_p＞T₁，T₁＞T₂时，将主滤波器的滤波器系数传递给辅助滤波器。其中，T₂为预先设置的阈值，用于判定滤波是否器发散，具体的取值可以依据实际的应用场景选择，可以取0.2～0.3，即0.2≤T₂≤0.3，该方案是为了防止系统发散而设计的自动恢复方案，例如在双滤波器中输入了新的噪声，如发生了双端通话，或者通话环境引入了新的声源，这样就会在双滤波器中输入新的噪声，引起辅助滤波器发散。当η_a＜T₂时，说明辅助滤波器已经发散；当η_p＞T₁时，说明书主滤波器处于比较好的收敛状态，此时由于主滤波器还使用的是引入新噪声前的滤波器系数，还处于比较好的收敛状态，因此将主滤波器系数传递至辅助滤波器，有利于辅助滤波器的快速收敛，避免由于系统的振荡而影响回声消除的效果。

较佳地，可以在η_a＜T₂且η_p＞T₁两个条件同时满足并持续一段时间后，再将主滤波器的滤波器系数传递至辅助滤波器，以免由于噪声的随机性而导致系统的动荡，这个时间可以选取为2分钟。

另外，d(n)和

能量的计算，可以采用递归式的能量计算法。具体可以根据下式得到， ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2,$ ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2,$ i＝a，p；其中，β为预先设定的递归因子，例如可以选择0.01。

以下描述本发明技术方案的另一方面。

参见图3，图3为本发明提供的一种双滤波器装置结构图，包括主滤波器和辅助滤波器，辅助滤波器用于逼近回声产生信道，将滤波器系数传递给主滤波器；主滤波器用于估计回声信号，输出消除回声后的残差信号，并进一步包括控制单元。

控制单元，用于获取双滤波器的输入信号d(n)，以及主滤波器产生的回声估计信号

辅助滤波器产生的回声估计信号并计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{{\hat{y}}_a}^2}},$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为

的能量，通过递归式计算法 ${\mathrm{\σ}\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；当η_a＞T₁且η_a＞η_p，指示辅助滤波器将其滤波器系数传递给主滤波器；其中，T₁为预先设置的阈值。其中，控制单元使用的T₁的取值范围可以为0.8≤T₁≤0.9。

控制单元还可以进一步用于当η_a＜T₂且η_p＞T₁，T₁＞T₂时，指示主滤波器将其滤波器系数传递给辅助滤波器；其中，T₂为预先设置的阈值。其中，控制单元使用的T₂的取值范围为0.2≤T₂≤0.3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双滤波器传递滤波器系数的方法，适用于回声消除的双滤波器；其中，双滤波器中的辅助滤波器用于逼近回声产生信道，将滤波器系数传递给主滤波器；主滤波器用于估计回声信号，其特征在于，该方法包括：

获取双滤波器的输入信号d(n)、以及主滤波器产生的回声估计信号和辅助滤波器产生的回声估计信号

计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_a}}^2}};$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为

的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；

当η_a＞T₁且η_a＞η_p，将辅助滤波器的滤波器系数传递给主滤波器；其中，T₁为预先设置的阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述T₁设置为0.8≤T₁≤0.9。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

当η_a＜T₂且η_p＞T₁，将主滤波器的滤波器系数传递给辅助滤波器；其中，T₂为预先设置的阈值，T₁＞T₂。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述T₂设置为0.2≤T₂≤0.3。

5.一种用于回声消除的双滤波器装置，双滤波器中包括主滤波器和辅助滤波器，辅助滤波器用于逼近回声产生信道，将滤波器系数传递给主滤波器；主滤波器用于估计回声信号，其特征在于，该装置进一步包括：

所述控制单元，用于获取双滤波器的输入信号d(n)、以及主滤波器产生的回声估计信号

辅助滤波器产生的回声估计信号

并计算主滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_p}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_p}}^2}}$ 和辅助滤波器的品质因子 ${\mathrm{\η}}_a=\frac{\mathrm{Ed}\left(n\right)\widehat{y_a}\left(n\right)}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\σ}}_{\widehat{y_a}}^2}};$ 其中，σ_d ²为d(n)的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_d^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_d^2+\mathrm{\β}{\left|d\left(n\right)\right|}^2$ 获得；

为

的能量，通过递归式计算法 $\mathrm{\σ}{\left(n\right)}_{\widehat{y_i}}^2=(1-\mathrm{\β})\mathrm{\σ}{(n-1)}_{\widehat{y_i}}^2+\mathrm{\β}{\left|\widehat{y_i}\left(n\right)\right|}^2$ 获得，i＝a，p，β为预先设定的递归因子；当η_a＞T₁且η_a＞η_p，指示辅助滤波器将其滤波器系数传递给主滤波器；其中，T₁为预先设置的阈值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述控制单元使用的T₁的取值范围为0.8≤T₁≤0.9。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

所述控制单元，进一步用于当η_a＜T₂且η_p＞T₁，T₁＞T₂时，指示主滤波器将其滤波器系数传递给辅助滤波器；其中，T₂为预先设置的阈值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述控制单元使用的T₂的取值范围为0.2≤T₂≤0.3。

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