CN107483029B - 一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自适应滤波器的长度调节方法，所述滤波器设有参考信号延时模块和可变长度模块；所述滤波器的长度调节方法包括以下步骤：S1：获取滤波器系数W(k)；S2：判断||W(k)||是否小于En，若是，则结束；若否，则执行步骤S3；其中，所述En为能量下限值；S3：对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)；S4：计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)；S5：计算最大系数WNW,i max(k)，并标记为imax；S6：计算点p和点b。S7：如果1≤b≤imax‑kb，增加远端滤波器延时，并且滤波器长度变为L(k)＝L(k‑1)‑b；如果imax+kp≤p＜L，滤波器长度变为L(k)＝p；kb和kp分别表示表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值，本发明还提供了一种用于实现上述方法的长度调节装置。

Description

一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法及装置
技术领域
本发明涉及一种voip通讯领域，特别是一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法及装置。
背景技术
在voip通信中，回声消除是一个很重要的部分，回声消除模块一般至少包括一个线性滤波器，用于估计回声并消除回声。线性滤波器的长度是一个重要的参数，如果滤波器长了，能够处理的延时相对比较长，但是要付出更多的运算量，更长的收敛时间；如果滤波器过短，只能处理短延时的回声，可能没有办法处理回声的拖尾效应。如果系统是非因果的，长的滤波器反而会导致误差增大，导致多重回声等反效果。
请同时参阅图1，其为现有技术的自适应滤波器基本流程示意图。
这里用NLMS算法为例说明滤波器的更新，其中NLMS算法的滤波器更新公式如下：
Figure GDA0003272369860000011
其中k＝0,1,...表示时刻；W(k)＝[w1(k) w2(k) … wL(k)]表示滤波器系数，L是滤波器长度；X(k)＝[x1(k) x2(k) … xL(k)]是参考信号，e(k)＝d(k)-W*(k)X(k)是误差信号d(k)，W*(k)分别是期望信号和最优滤波器系数；μ是更新步长。
一般的算法使用误差的能量e2(k)值及其函数变换来调节滤波器的长度。
然而，现有技术仍然存在以下的缺点和不足：
通过收敛后的误差来判断滤波器长度的方法特别容易受到信号非线性畸变和信噪比降低的影响。因为这些情况滤波器无法收敛到合适的值，同时因此无法降低滤波器的长度。而另外如果系统因为延时不准确，造成了非因果的情况，滤波器系数越长，误差反而会越大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种voip通讯中的自适应滤波器长度调节的方法。
本发明通过以下的方案实现：一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法，所述滤波器设有参考信号延时模块和可变长度模块；所述滤波器的长度调节方法包括以下步骤：
S1：滤波器获取滤波器系数W(k)；
S2：滤波器判断||W(k)||是否小于En，若是，则结束长度调节；若否，则滤波器执行步骤S3；其中，所述En为能量下限值；
S3：滤波器对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)；
S4：滤波器计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；
S5：滤波器计算最大系数WNW,i max(k)，并标记为i max；
S6：滤波器计算点p：计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure GDA0003272369860000021
其中0＜λp≤1；
滤波器计算点b：从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure GDA0003272369860000022
其中0＜λb≤1；
λb，λp表示能量聚集的度，是预设值；
S7：如果1≤b≤i max-kb，通过所述参考信号延时模块增加远端滤波器延时，并且通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b；
如果i max+kp≤p＜L，通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝p；
kb和kp分别表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的归一化系数
Figure GDA0003272369860000023
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中的窗口
Figure GDA0003272369860000024
加窗后的归一化系数
Figure GDA0003272369860000025
作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中的最大系数WNW,i max(k)＝max(WNW,n(k))。
本发明还提供了一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节装置，所述滤波器中包括参考信号延时模块和可变长度模块，该滤波器的长度调节装置包括：
滤波器系数获取模块，用于获取滤波器系数W(k)；
判断模块，用于判断||W(k)||是否小于En，若是，这结束操作，若否，则继续执行；所述En为能量下限值；
归一化模块，用于对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)；
加窗模块，用于计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；
最大系数计算模块，用于计算最大系数WNW,i max(k)，并标记为i max；
p点计算模块，用于计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure GDA0003272369860000031
其中0＜λp≤1；
b点计算模块，用于从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure GDA0003272369860000032
其中0＜λb≤1；所述λb，λp表示能量聚集的度，是预设值；
滤波器长度调整模块，用于当1≤b≤i max-kb，通过所述参考信号延时模块增加远端滤波器延时，并且通过所述参考信号延时模块将滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b；当imax+kp≤p＜L，通过所述参考信号延时模块将滤波器长度变为L(k)＝p；所述kb和kp分别表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值。
作为本发明的进一步改进，所述归一化模块中的归一化系数
Figure GDA0003272369860000033
作为本发明的进一步改进，所述加窗模块中的窗口
Figure GDA0003272369860000034
加窗后的归一化系数
Figure GDA0003272369860000035
作为本发明的进一步改进，所述最大系数计算模块中的最大系数WNW,i max(k)＝max(WNW,n(k))。
综上，相比于现有技术，本发明在传统的滤波器的结构上进行了调整，增加了延时模块和可变长度。然后，通过本发明的长度调节方法，可以实现动态调节滤波器长度，降低运算量，从而消除了现有技术的缺陷。
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
图1是现有技术的自适应滤波器的基本流程框图。
图2是本发明的自适应滤波器的基本流程框图。
图3是本发明的自适应滤波器的长度调节方法的步骤流程图。
图4是本发明的自适应滤波器的长度调节装置的模块框图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了解决现有技术中的缺陷，本发明通过分析滤波器系数的分布关系，来判断滤波器的收敛性。本发明的方法只能用在最优滤波器W*(k)符合以下特征的情况使用：
a)系数具有明显单峰值；
b)峰值前的系数比较小；
c)峰值后的系数呈现出衰减状态。
这三个条件符合声学回声消除应用的场景。第一条，表示有明显的主回声回路；第二条，表示主回声回路之前的回声小；第三条，表示回声回路有多条路径，并且为衰减状况。
请参阅图2，其为本发明的自适应滤波器的基本流程框图。本发明在传统的滤波器中加入参考信号延时模块和可变长度模块，提出的滤波器的结构如图2所示，在参考信号x(k)之后加入了延时模块，同时增加了可变长度函数L(k)。
具体的请同时参阅图3，其为本发明的自适应滤波器的长度调节方法的步骤流程图。基于上述的滤波器的结构，本发明提供了一种自适应滤波器的长度调节方法，具体包括以下步骤：
S1：获取滤波器系数W(k)。
S2：判断||W(k)||是否小于En，若是，则结束；若否，则执行步骤S3；其中，所述En为能量下限值。
通过WN(k)计算滤波器分布。使用WN(k)的时候需要保证||W(k)||≥En，其中En表示能量下限，小于该下限表示能量比较小，不进入后面的计算流程。
S3：对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)，
Figure GDA0003272369860000041
S4：计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；其中，窗口
Figure GDA0003272369860000042
加窗后的归一化系数
Figure GDA0003272369860000043
S5：计算最大系数WNW,i max(k)＝max(WNW,n(k))，并标记为imax。
S6：计算点p：计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure GDA0003272369860000051
其中0＜λp≤1。
计算点b：从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure GDA0003272369860000052
其中0＜λb≤1。
λb，λp表示能量聚集的度，是预设值。
例如当前滤波器长度L＝256，计算i max＝64，λb＝0.1，λp＝0.8，通过上面计算方法获得b＝50，p＝128。那么表示前面50个点只有占权重的10％，第64个点到第128个点占有权重的80％。
S7：如果1≤b≤i max-kb，增加远端滤波器延时，并且滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b。
如果i max+kp≤p＜L，滤波器长度变为L(k)＝p。
kb和kp分别表示表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值，保护i max前后的值不被截断。
另外，请同时参阅图4，其为本发明的自适应滤波器的长度调节装置的模块框图。为了实现上述的方法，本发明还提供了一种自适应滤波器的长度调节装置该滤波器的长度调节装置包括：滤波器系数获取模块1、判断模块2、归一化模块3、加窗模块4、最大系数计算模块5、p点计算模块6、b点计算模块7和滤波器长度调整模块8。
滤波器系数获取模块，用于获取滤波器系数W(k)；
判断模块，用于判断||W(k)||是否小于En，若是，这结束操作，若否，则继续执行；所述En为能量下限值；
归一化模块，用于对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)，
Figure GDA0003272369860000053
加窗模块，用于计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；所述窗口
Figure GDA0003272369860000061
加窗后的归一化系数
Figure GDA0003272369860000062
最大系数计算模块，用于计算最大系数WNW,i max(k)＝max(WNW,n(k))，并标记为imax。
p点计算模块，用于计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure GDA0003272369860000063
其中0＜λp≤1；
b点计算模块，用于从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure GDA0003272369860000064
其中0＜λb≤1；所述λb，λp表示能量聚集的度，是预设值；
滤波器长度调整模块，用于当1≤b≤i max-kb，增加远端滤波器延时，并且滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b；当i max+kp≤p＜L，滤波器长度变为L(k)＝p；所述kb和kp分别表示表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值。
本发明的长度调节装置的原理与上述长度调节方法的原理相同，故不赘述。
综上，相比于现有技术，本发明在传统的滤波器的结构上进行了调整，增加了延时模块和可变长度。然后，通过本发明的长度调节方法，可以实现动态调节滤波器长度，降低运算量，从而消除了现有技术的缺陷。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法，其特征在于：所述滤波器设有参考信号延时模块和可变长度模块；该滤波器的长度调节方法包括以下步骤：
S1：滤波器获取滤波器系数W(k)；
S2：滤波器判断||W(k)||是否小于En，若是，则结束长度调节；若否，则滤波器执行步骤S3；其中，所述En为能量下限值；
S3：滤波器对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)；
S4：滤波器计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；
S5：滤波器计算最大系数WNW,imax(k)，并标记为i max；
S6：滤波器计算点p：计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure FDA0003272369850000011
其中0＜λp≤1；
滤波器计算点b：从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure FDA0003272369850000012
其中0＜λb≤1；
λb，λp表示能量聚集的度，是预设值；
S7：如果1≤b≤i max-kb，通过所述参考信号延时模块增加远端滤波器延时，并且通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b；
如果i max+kp≤p＜L，通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝p；
kb和kp分别表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值。
2.根据权利要求1所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法，其特征在于：所述步骤S3中的归一化系数
Figure FDA0003272369850000013
3.根据权利要求1所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法，其特征在于：所述步骤S4中的窗口
Figure FDA0003272369850000014
加窗后的归一化系数
Figure FDA0003272369850000015
4.根据权利要求1所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节方法，其特征在于：所述步骤S5中的最大系数WNW,imax(k)＝max(WNW,n(k))。
5.一种voip通讯中的自适应滤波器的长度调节装置，其特征在于：所述滤波器中包括参考信号延时模块和可变长度模块，该滤波器的长度调节装置包括：
滤波器系数获取模块，用于获取滤波器系数W(k)；
判断模块，用于判断||W(k)||是否小于En，若是，这结束操作，若否，则继续执行；所述En为能量下限值；
归一化模块，用于对滤波器系数进行归一化处理，获得归一化系数WN(k)；
加窗模块，用于计算加窗的滤波器归一化系数WNW(k)，具体通过使用一个长度为2Lw的窗口KW来计算加窗后的归一化系数WNW(k)，KW是设定的窗系数；
最大系数计算模块，用于计算最大系数WNW,imax(k)，并标记为i max；
p点计算模块，用于计算i max后面累计能量大于λp||W(k)||的点p，即
Figure FDA0003272369850000021
其中0＜λp≤1；
b点计算模块，用于从下标1开始累计，能量大于λb||W(k)||的点b，即
Figure FDA0003272369850000022
其中0＜λb≤1；所述λb，λp表示能量聚集的度，是预设值；
滤波器长度调整模块，用于当1≤b≤i max-kb，通过所述参考信号延时模块增加远端滤波器延时，并且通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝L(k-1)-b；当i max+kp≤p＜L，通过所述可变长度模块将滤波器长度变为L(k)＝p；所述kb和kp分别表示不能抛弃长度的最小值和最大值，是预设值。
6.根据权利要求5所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节装置，其特征在于：所述归一化模块中的归一化系数
Figure FDA0003272369850000023
7.根据权利要求5所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节装置，其特征在于：所述加窗模块中的窗口
Figure FDA0003272369850000024
加窗后的归一化系数
Figure FDA0003272369850000025
8.根据权利要求5所述的voip通讯中的自适应滤波器的长度调节装置，其特征在于：所述最大系数计算模块中的最大系数WNW,imax(k)＝max(WNW,n(k))。
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