JPH11112290A - Firフィルタの適応方法 - Google Patents

Firフィルタの適応方法

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Publication number
JPH11112290A
JPH11112290A JP20376798A JP20376798A JPH11112290A JP H11112290 A JPH11112290 A JP H11112290A JP 20376798 A JP20376798 A JP 20376798A JP 20376798 A JP20376798 A JP 20376798A JP H11112290 A JPH11112290 A JP H11112290A
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JP
Japan
Prior art keywords
signal
noise
power
input signal
fir filter
Prior art date
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Pending
Application number
JP20376798A
Other languages
English (en)
Inventor
Imre Varga
ヴァルガ インレ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Thomson Brandt GmbH
Original Assignee
Deutsche Thomson Brandt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Thomson Brandt GmbH filed Critical Deutsche Thomson Brandt GmbH
Publication of JPH11112290A publication Critical patent/JPH11112290A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H21/00Adaptive networks
    • H03H21/0012Digital adaptive filters

Landscapes

  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音声及び音楽信号の適応デジタル信号処理で
頻繁に用いられ、LMSまたはNLMSアルゴリズムが
適応に用いられる適応FIRフィルタを提供する。 【解決手段】 NLMSアルゴリズムの適応特性はLM
Sアルゴリズムと対照的に正規化の結果として信号レベ
ルと独立である。しかしながらNLMSアルゴリズムは
適応特性が信号の信号対ノイズ比に独立ではないという
欠点をなお有する。LMSアルゴリズムを用いる代わり
に一方でNLMSアルゴリズムが、他方で入力信号パワ
ーの値の可能な全範囲にわたる単一の第三のアルゴリズ
ムの使用が望ましい。これは入力信号の信号対ノイズ比
の非線形関数により選択されるステップの大きさを用い
ることにより、一般化されたLMSアルゴリズムで達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はFIRフィルタの適
応方法に関する。
【0002】
【従来の技術】適応デジタルフィルタは信号処理で種々
の目的に用いられている。FIR(有限インパルス応
答)フィルタは最も頻繁に用いられる。これらのフィル
タに対する応用は例えば音声及び音楽信号のエコー及び
混信(インターフェア)ノイズの抑制でなされている。
多くのアルゴリズムがFIRフィルタの適応のために利
用可能である。LMS(最小平均二乗)及びNLMS
(正規化されたLMS)アルゴリズムは最も実際的な応
用で用いられる2つの重要な基本的アルゴリズムを構成
する。
【0003】FIRフィルタ係数h1,h2,...,
hNの適応のためのLMSアルゴリズムは以下の形を有
する hi(n+1)=hi(n)+a*e(n)*x(n−
i),i=1,2,...,N ここで n:離散時間指標、 a:ステップの大きさ=一定値、 x(n):入力信号のサンプル、 d(n):最初の信号のサンプル、 y(n):フィルタ出力信号のサンプル、 e(n):誤差信号のサンプル、 e(n)=d(n)−y(n) NLMSアルゴリズムではステップの大きさは入力信号
Px(n)のパワーの瞬間値に対して正規化され、故に
以下の形となる: hi(n+1)=hi(n)+a*e(n)*x(n−
i)/Px(n),i=1,2,...,N Px(n)はこの場合には例えば以下の反復により決定
される(一次低域通過フィルタ) Px(n+1)=(1−q)*Px(n)+q*x^2
(n) NLMSアルゴリズムの適応特性はLMSアルゴリズム
と対照的に正規化の結果として信号レベルと独立であ
る。これは会話又は音楽のような非定常状態の信号を処
理する必要のある応用で利点となる。そのような場合で
はしばしばLMSアルゴリズムは例えば音響エコー及び
ノイズ抑制用の補正の場合のように実際全く適さない。
しかしながらNLMSアルゴリズムでもなお誤差信号e
(n)のパワーが比較的大きな場合には、入力信号の非
定常状態の性質のために入力信号x(n)のパワーPx
(n)が小さい場合ですら欠点を有し、故に適応はこの
場合に攪乱される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はノイズに対す
る適応又はノイズによる適応の混信を減少又は完全に防
止するFIRフィルタの適応に対する方法を特定するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的は請求項1に記
載される方法により達成される。誤差信号e(n)の比
較的大きなパワーは徐々に小さくなる入力信号x(n)
の瞬時のパワーPx(n)と関連して徐々に減少するス
テップの大きさを必要とし、換言すればLMSのような
適応を必要とする。他方で信号活性度に対応するPx
(n)の値が与えられた場合には一定のステップの大き
さを有するNLMS適応が用いられなければならない。
LMSアルゴリズムを用いる代わりに一方でNLMSア
ルゴリズムが、他方で入力信号パワーの値の可能な全範
囲にわたる単一の第三のアルゴリズムの使用が望まし
い。実際的にはこの二つのアルゴリズムは以下に示す単
一の式により表すことが可能である: hi(n+1)=hi(n)+aeff(n)*e(n
−i)*x(n−i)/Px(n),i=1,
2,...,N この場合に有効なステップの大きさaeffは以下に決
定されるように導入されている: aeff(n)=a0*Px(n) LMSアルゴリズムに対して aeff(n)=a0=一定 NLMSアルゴリズムに対して この有効なステップの大きさaeffはLMSアルゴリ
ズムに対してPx(n)の線形関数であり、NLMSア
ルゴリズムに対して一定である。
【0006】原理的に本発明による方法は有効なステッ
プの大きさは入力信号の瞬時の信号対ノイズ比(SN
R)の非線形関数により選択される。好ましくは信号の
パワーに依存する非線形関数はまず概略線形のプロファ
イルを有し、それから概略一定のプロファイルに連続的
に変化するように変化する。瞬時のSNRは非定常状態
の入力信号の拍動と共に変化する。小さな瞬時のSNR
が与えられた場合には有効なステップの大きさは本発明
による適応により減少され、換言するとLMSのような
適応がなされる。これによりシステムはノイズに対する
適応を防止され及び/又はノイズが適応を攪乱すること
を防止する。他方で有効なステップの大きさは信号活性
度に対応する瞬時のSNR値に対して一定であり、即ち
NLMSのような適応がなされる。結果として適応特性
はレベルとSNRの両方に対して大幅に独立となる。
【0007】ステップの大きさaeff(n)が以下の
式により計算されることが好ましい: aeff(n)=a0/(1+(c1/(c2+SNR
(n)))^c3) ここでSNR(n)は入力信号の信号対ノイズ比であ
り、a0は最大ステップの大きさであり、c1,c2,
c3は関数の一定値のパラメータである。
【0008】パラメータc1は用途に依存して選択さ
れ、パラメータc2には0から1の間の値を割り当て、
パラメータc3には1からの間の値を割り当てることが
特に好ましい。信号の信号対ノイズ比の決定は用途に依
存する。しかしながら入力信号のノイズパワーは好まし
くは測定され、これは信号休止中になされることが特に
好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の例示的な実施例を図を参
照して以下に説明する。図1は例えば電話機のハンドフ
リーモード用のエコー抑制用に用いられる種類の線形推
定用のフィルタ配置を示す。ストカスティック入力信号
x(n)(はるか向こうの会話者(far−end−s
peaker))から適応FIRフィルタAFは信号d
(n)(近くの会話者(near−end−speak
er)+エコー)に対する推定y(n)を決定する。こ
れに対する最適性の基準は平均値での誤差信号e(n)
=d(n)−y(n)の二乗が最小であることである。
誤差信号を決定するためにd(n)及びy(n)は加算
器Sへ入来される。例えば加算的なノイズ又ははるか向
こうの会話のような信号d(n)での混信は本発明によ
るアルゴリズムの適用により大幅に回避される。c2=
0...1,c3=1...2のように係数を選択する
ことはこの場合に好ましい。ノイズパワーはこの場合に
は低域通過フィルタにより信号x(n)の会話の休止中
の信号d(n)のパワーを測定することにより得られ
る。
【0010】図2は例えば音声入力に対する適応前方予
測(forward prediction)による単
一チャンネル抑制に対する例示的な実施例を示す。適応
FIRフィルタAFは好ましくは遅延段階Dにより好ま
しくはサンプルの間に遅延の後にのみ信号x(n)を供
給される。適応フィルタAFは入力信号x(n)から推
定y(n)を決定する。x(n)、y(n)は加算器S
に供給され、これはそれらからの誤差信号e(n)を決
定する。誤差信号e(n)は適応の目的で適応フィルタ
に供給される。
【0011】前方予測のためにこの場合には適応は以下
の形を有する: hi(n+1)=hi(n)+aeff*e(n)*x
(n−i−1)/Px(n),i=1,2,...,N パラメータc1,c2,c3の適切な選択を得るために
LMSのような適応が小さな有用な信号レベル(低信
号、休止)に対して実施され、NLMSのような適応が
信号活性の高い、遷移の流動的な、c1により決定され
る場合になされる。ここでもまたc2=0...1,c
3=1...2の選択は好ましい。SNRの決定のため
にノイズのパワーは例えば信号休止中に入力信号のパワ
ーに対してそれを等化することにより推定されうる。
【0012】本発明は例えばノイズ抑制に対する前方予
測の場合又は音声エコーに対する補正の場合のような適
応デジタル信号処理で用いられる。特にそれは電話機、
ビデオ電話機、又は消費者電子装置の非常に広範な音声
制御に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】線形推定用の適応フィルタを示す。
【図2】適応前方予測子として用の適応フィルタを示
す。
【符号の説明】
e(n) 誤差信号 x(n) 入力信号 Px(n) パワー AF 適応FIRフィルタ d(n) 信号 y(n) 推定 D 遅延段階 S 加算器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FIRフィルタ係数の適応に対してアル
    ゴリズムが用いられ、このアルゴリズムに応じて、それ
    ぞれのFIRフィルタ係数はより早いFIRフィルタ係
    数及び有効なステップの大きさと誤差信号(e)と入力
    信号のパワーに正規化された入力信号(x)との積の和
    から特定の瞬間に対して形成されるFIRフィルタを適
    応させる方法であって、有効なステップの大きさは入力
    信号の瞬間の信号対ノイズ比の非線形関数に応じて選択
    されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 信号のパワーに依存する非線形関数はま
    ず概略線形のプロファイルを有し、それから概略一定の
    プロファイルに連続的に変るように変る請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 ステップの大きさaeffは、式:ae
    ff=a0/(1+(c1/(c2+SNR))^c
    3)により計算され、ここでSNRは入力信号の信号対
    ノイズ比であり、a0は最大ステップの大きさであり、
    c1,c2,c3は関数の一定値のパラメータである請
    求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 パラメータc1は用途に依存して選択さ
    れ、パラメータc2は0と1の間の値を有し、パラメー
    タc3は1と2の間の値を有する請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 信号対ノイズ比は信号のパワーとノイズ
    のパワーの比から得られ、入力信号のノイズのパワーは
    測定される請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 ノイズパワーは信号休止中に測定される
    請求項5記載の方法。
JP20376798A 1997-07-29 1998-07-17 Firフィルタの適応方法 Pending JPH11112290A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19732606:4 1997-07-29
DE1997132606 DE19732606A1 (de) 1997-07-29 1997-07-29 Verfahren zur Adaption von FIR-Filtern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11112290A true JPH11112290A (ja) 1999-04-23

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ID=7837236

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JP20376798A Pending JPH11112290A (ja) 1997-07-29 1998-07-17 Firフィルタの適応方法

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CN104038181B (zh) * 2014-06-05 2017-05-17 北京航空航天大学 一种基于nlms算法的自适应滤波器的构建方法
CN113078884B (zh) * 2021-03-15 2023-06-20 武汉理工大学 添加非线性拟合的自适应算法

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