JP2012501152A - 前白色化を伴うlmsアルゴリズムによって適応させられる適応フィルタの更新済みフィルタ係数を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図8
Description
この出願は、全体が参照によりここに組み込まれる、2008年8月25日に出願された米国特許仮出願第61/091,527号の優先権を主張する。
図2は適応LMSフィルタシステムモデルを示す。図1および図2の、同じ参照符号により示されている図形要素は基本的に同じである。図2において、未知システム1と、未知システム1をモデル化する適応フィルタ2とは、入力信号x(n)によって刺激される。実際の出力とモデル化された出力との間の誤差e(n)を判定するために、フィルタ2の出力信号は未知システム1の出力信号から差し引かれる。適応フィルタ2のための更新済みフィルタ係数は、以下でより詳しく論じられるように誤差信号e(n)、入力信号x(n)および前のフィルタ係数に応じて更新ステージ3により生成される。
1. LMSアルゴリズムと同様に、第1の欠点は、入力信号が白色雑音でなければNLMSアルゴリズムが未知システムの最適近似に収束することが保証されないことである。この欠点は、未知システムへの入力信号が完全には制御されない応用例におけるNLMSアルゴリズムの有用性を低下させる。
2. 第2の欠点は、正規化を加えることによって、著しい計算の複雑さが該アルゴリズムに加わることである。フィルタ長さN(すなわち、N個のフィルタ係数を有する)の適応フィルタを考慮するとき、正規化項を決定するために、現在の入力サンプルのパワーと前のN−1個の入力サンプルのパワーとの和が計算されなければならず、次にその和が反転させられなければならない。このような正規化換算係数の強行的計算は、サンプル当たりにN個の積和(multiply−accumulate(MAC))演算(MAC演算は2つの数の積を計算し、その積をアキュムレータに加えるa+b・c→a)と、1つの反転演算(除算)とを必要とするであろう:
は更新されるフィルタ係数の番号であり、Nは適応フィルタのフィルタ係数の総数を示す。適応フィルタのN個のフィルタ係数の全てが更新される場合、方程式8はi=0、1、・・・、N−1について計算される。項
EM=(1−kM 2)・EM−1 (方程式16)
EMをエネルギー推定値として使用するとき、正規価値または正規化換算回数は1/EMに好ましく対応する。
1. 適応長さNのFIRフィルタ(すなわち適応フィルタ22あるいはLPC白色化フィルタにおける線形予測子)のフィルタ出力の計算にはサンプル当たりにN個のMACが必要である。
2. 長さNのLMSフィルタ係数更新を行うにはN個のMACが必要である。
3. LPC解析ウィンドウの長さ(すなわち、線形予測子のフィルタ係数を計算するために使用されるウィンドウの長さ)は、LMSフィルタ次数Nに等しくなるように選択される。
4. 長さNの解析ウィンドウでの長さMのLPCフィルタについてのLPC解析はN・(M+1)のMACを必要とする。
5. LPC解析更新期間(更新レートの逆数)は、LMSフィルタの長さの1/2に等しくなるように選択される。
6. 1つの割算は24個のMACを必要とする。
7. 図6および8に示されているように2つのLPC白色化フィルタが使用される。
X1=A+B+C+D+E1+F1+G (方程式19)
X2=A+B+C+D+E2+F2+G (方程式20)
である。
S=100・(1−(X2/X1)) (方程式21)
Claims (33)
- LMSアルゴリズムにより適応させる適応フィルタ(22)の少なくとも1つの更新済みフィルタ係数を決定する方法であって、
フィルタリング済み信号を出力する第1白色化フィルタ(25')のフィルタ係数を決定するステップと、
前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定する過程で得られた1つ以上の計算された値に基づいて正規化値を決定するステップであって、前記正規化値は前記フィルタリング済み信号の前記エネルギーと関連することを特徴とする、前記正規化値を決定するステップと、
前記フィルタリング済み信号および前記正規化値に依存して前記適応フィルタ(22)の少なくとも1つの更新済みフィルタ係数を決定するステップと、
を具備する方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記第1白色化フィルタは、前記フィルタリング済み信号として残差信号を出力するLPC白色化フィルタ(25')であることを特徴とする方法。
- 請求項1又は請求項2に記載の方法において、前記正規化値を決定する前記ステップは、
前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定する過程で得られた前記1つ以上の計算された値に基づいて前記フィルタリング済み信号のエネルギー推定値を決定するステップ
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項3に記載の方法において、前記正規化値を決定する前記ステップは、
前記エネルギー推定値を反転させるステップ
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の方法において、前記第1白色化フィルタは前記フィルタリング済み信号として残差信号を出力するLPC白色化フィルタ(25')であり、前記LPC白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数は自己相関方程式を解くためのダービンのアルゴリズムと組み合わされた自己相関方法に本質的に対応する方法に基づいて決定されることを特徴とする方法。
- 請求項6に記載の方法において、前記エネルギー推定値はダービンのアルゴリズムの反復数jの二乗予測誤差Ejに対応することを特徴とする方法。
- 請求項6又は請求項7に記載の方法において、前記エネルギー推定値はダービンのアルゴリズムの最後の反復の二乗予測誤差EMに対応することを特徴とする方法。
- 請求項8に記載の方法において、前記二乗予測誤差EMは、ダービンのアルゴリズムの終わりから2番目の反復の二乗予測誤差EM−1に基づいて決定されることを特徴とする方法。
- 請求項9に記載の方法において、前記エネルギー推定値は2つの積和演算により決定されることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法において、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数は適応的に更新されることを特徴とする方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数が更新されるごとに更新済み正規化値が決定されることを特徴とする方法。
- 請求項12に記載の方法において、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数および前記正規化値は、前記適応フィルタ(22)および前記第1白色化フィルタ(25')の上流側での入力信号のサンプリングレートより低い更新レートで更新されることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、前記入力信号の統計的特性は前記正規化値の更新期間中本質的に不変であることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の方法において、正規化値を決定するステップおよび第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定するステップは1回実行され、その後は前記正規化値および前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数は固定されたままであることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の方法において、前記適応フィルタ(22)は前記フィルタリング済み信号を受け取ることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法において、
前記適応フィルタ(22)は前記第1白色化フィルタ(25')の上流側から信号を受け取り、
前記適応フィルタ(22)の前記少なくとも1つの更新済みフィルタ係数は、前記第1白色化フィルタ(25')と同じフィルタ係数を有する第2白色化フィルタ(26)によりフィルタリングされた誤差信号にさらに依存して決定される
ことを特徴とする方法。 - 請求項1乃至請求項17のいずれか1項に記載の方法において、前記適応フィルタ(22)の全てのフィルタ係数について更新済みフィルタ係数が決定されることを特徴とする方法。
- 請求項3乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法において、前記エネルギー推定値は前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定する間に決定されることを特徴とする方法。
- LMSアルゴリズムにより適応させる適応フィルタ(22)の少なくとも1つの更新済みフィルタ係数を決定するための装置であって、
フィルタリング済み信号を出力する第1白色化フィルタ(25')のフィルタ係数を決定するとともに、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定する過程で得られた1つ以上の計算された値に基づいて正規化値を決定するための手段であって、前記正規化値は前記フィルタリング済み信号の前記エネルギーと関連することを特徴とする、手段と、
前記フィルタリング済み信号および前記正規化値に依存して前記適応フィルタ(22)の少なくとも1つの更新済みフィルタ係数を決定するための更新ステージ(27')と、
を具備することを特徴とする装置。 - 請求項20に記載の装置において、フィルタ係数を決定するための前記手段(25')は、前記フィルタリング済み信号として残差信号を出力するLPC白色化フィルタ(25')のフィルタ係数を決定するように構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項20又は請求項21に記載の装置において、前記正規化値を決定するための手段(25')は、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数を決定する過程で得られた1つ以上の計算された値に基づいて前記フィルタリング済み信号のエネルギー推定値を決定するように構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項22に記載の装置において、フィルタ係数を決定するための前記手段(25')は、前記フィルタリング済み信号として残差信号を出力するLPC白色化フィルタ(25')のフィルタ係数を決定するように構成され、前記LPC白色化フィルタの前記フィルタ係数を決定するための手段は、自己相関方程式を解くためのダービンのアルゴリズムと組み合わされた自己相関方法に本質的に対応する方法に基づいて前記フィルタ係数を決定するように構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項23に記載の装置において、前記エネルギー推定値は、ダービンのアルゴリズムの最後の反復の前記二乗予測誤差EMに対応することを特徴とする装置。
- 請求項20乃至請求項24のいずれかに記載の装置において、正規化値を決定するための前記手段(25')は、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数が更新されるごとに更新済み正規化値を決定するように構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項25に記載の装置において、前記第1白色化フィルタ(25')の前記フィルタ係数と前記正規化値とは、前記適応フィルタ(22)および前記第1白色化フィルタ(25')の上流側の入力信号の前記サンプリングレートより低い更新レートで更新されることを特徴とする装置。
- LMSアルゴリズムにより適応させる適応フィルタ(22)と、
フィルタリング済み信号を出力する第1白色化フィルタ(25’)と、
前記第1白色化フィルタのフィルタ係数を決定するとともに、前記第1白色化フィルタの前記フィルタ係数を決定する過程で得られた1つ以上の計算された値に基づいて正規化値を決定するための手段(25’)であって、前記正規化値は前記フィルタリング済み信号の前記エネルギーと関連することを特徴とする、手段(25’)と、
前記フィルタリング済み信号および前記正規化値に依存して前記適応フィルタの少なくとも1つの更新済みフィルタ係数を決定するための更新ステージ(27‘)と、
を具備するフィルタシステム。 - 請求項27に記載のフィルタシステムにおいて、前記適応フィルタ(22)は前記フィルタリング済み信号を受け取ることを特徴とするフィルタシステム。
- 請求項27に記載のフィルタシステムにおいて、前記第1白色化フィルタ(25')と本質的に同じフィルタ係数を有する第2白色化フィルタ(26)をさらに具備し、前記更新ステージ(27)では前記第2白色化フィルタ(26)によりフィルタリングされた誤差信号を受け取ることを特徴とするフィルタシステム。
- 請求項27乃至請求項29のいずれか1項に記載のフィルタシステムにおいて、前記適応フィルタ(22)はFIRフィルタであることを特徴とするフィルタシステム。
- 請求項27乃至請求項30のいずれか1項に記載のフィルタシステムにおいて、前記第1白色化フィルタのフィルタ係数を決定するとともに正規化値を決定するための手段は共通ユニット(25’)を形成し、前記共通ユニットは、前記決定された正規化値を前記更新ステージに伝えることを特徴とするフィルタシステム。
- ソフトウェアプログラムであって、ソフトウェアが実行されたときに請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の前記方法を実行するための命令を具備することを特徴とするソフトウェアプログラム。
- LMSアルゴリズムにより適応させられる適応フィルタ(22)によって信号をフィルタリングする方法において、前記適応フィルタ(22)の少なくとも1つの更新済みフィルタ係数は請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の方法に従って決定されることを特徴とする方法。
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