TWI624830B - 一種仿射組合的回聲消除方法與系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種仿射組合的回聲消除方法與系統，利用仿射組合的回聲消除方法結合能快速收斂但不可抗脈衝雜訊的仿射投影演算法(Affine Projection Algorithm,APA)和收斂速度慢但可抗脈衝雜訊的時變步階仿射投影演算法(Variable Step-Size Affine Projection Algorithm,VSSAPA)，並且以介於0與1之間仿射組合函數訊號作為所述二演算法的輸出權重，使得仿射組合的回聲消除系統可以達到快速收斂且抗脈衝雜訊的優點。更佳地，本發明之仿射組合函數訊號可進一步使用非線性轉換模組優化，使得仿射組合的回聲消除系統可以達到更好的回音往返耗損增強(Echo Return Loss Enhancement,ERLE)效能。
Description
本發明係有關於以仿射投影演算(Affine Projection Algorithm)為基礎的仿射組合方法，針對遠端通訊系統之聲學回聲消除(Acoustic echo cancellation,ACE)方法與系統。
第一圖係顯示一遠端(本地端)環境10中的通訊系統100與一近端環境20中的通訊系統200相互通訊之示意圖。該遠端環境10中的通訊系統100與該近端環境20中的通訊系統200皆具備用以放出已接收的音訊之輸出裝置(如喇叭110、210)、用以接收由環境中的使用者11、21產生的音訊之接收裝置(如麥克風120、220)以及消除回聲的回聲消除系統130、230。
當輸入訊號x(n)由遠端環境10中的通訊系統100發送至近端環境20中的通訊系統200，並透過喇叭210放出音訊(即使用者11之音訊)時，使用者11之音訊經過近端環境20中不同路徑或通道一次或多次反射後再進入麥克風220產生回聲，為了避免該回聲與使用者21之音訊於喇叭210播放時重疊而無法辨識，因此，麥克風220接收到包含回聲訊號
y(n)(請參考第二圖)及雜訊的期望訊號d(n)後，會將期望訊號d(n)回傳至通訊系統100中的回聲消除系統130將回聲消除後，再由喇叭110播放，因此，使用者11於遠端環境10中，不會受自己語音回聲訊號y(n)干擾。
此外，音訊在通訊系統100、200的傳遞過程中會受到雜訊源30(請參考第二圖)的影響，使二通訊系統100、200接收到的音訊夾雜不同的背景雜訊，雜訊源30所產生的背景雜訊包含白雜訊、脈衝雜訊等等，而背景雜訊的種類或是大小都可能影響回聲消除系統130、230的效能。
為了提升通訊系統之訊號處理能力，因此通訊系統發展出各種可適性濾波器技術，而可適性濾波器仰賴不同可適性演算法以解決不同問題，以解決通道均衡、通道辨識、噪聲消除、回聲消除等問題。其中，最常見的三種可適性演算法是最小均方演算法(Least Mean Square,LMS)、正規化最小均方演算法(Normalize Least Mean Square,NLMS)以及仿射投影演算法(Affine Projection Algorithm,APA)。
以上三種演算法在複雜的輸入訊號的情況下，又以能快速收斂之APA效能表現最佳，但容易因為脈衝雜訊而收斂發散。因此時變步階仿射投影演算法(Variable Step-Size Affine Projection Algorithm,VSSAPA)被提出，以保守的估算方式有效抑制因脈衝雜訊造成收斂發散，卻也因為較保守的估算方式，即使是在沒有雜訊的環境中，VSSAPA的收斂速度及收斂值都會比APA差。
當通訊系統使用APA能達到快速收斂的功效時，
然而於高脈衝雜訊的環境下，卻會因為高脈衝雜訊干擾，導致演算法無法收斂，進而喪失演算法的性能；另一方面，若通訊系統使用VSSAPA以達到能抵抗脈衝雜訊，於低脈衝雜訊時的環境下，反而因為保守的估算方式，導致收斂速度相當緩慢，而造成演算法功效不佳。
因此開發出可適性濾波器以快速收斂且抗脈衝雜訊及其系統，是亟待提出的解決方案。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提出一種仿射組合的回聲消除方法與系統，透過仿射投影演算法的仿射組合來達到抗脈衝雜訊干擾及快速收斂。
為達成快速收斂及抗脈衝雜訊之目的，本發明之仿射組合的回聲消除方法(An Affine Combination Of Echo Cancellation Method)，可調整快速收斂的APA及抗脈衝雜訊VSSAPA的輸出權重，以在不同環境下使用具優勢的演算法消除回聲干擾。
本發明提出一種仿射組合的回聲消除系統，包含一仿射投影演算法(APA)模組、一時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組、一第一減法器、一第二減法器、一仿射組合模組、一第一乘法器、一第二乘法器及一加法器。其中，仿射投影演算法(APA)模組接收一輸入訊號以輸出一APA之輸出訊號，以及時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組接收該輸入訊號以輸出一VSSAPA之輸出訊號。接著由第一減法器將環境聲音訊號減去該APA之輸出訊號後，輸出一APA
之殘響訊號，以及第二減法器將環境聲音訊號減去該VSSAPA之輸出訊號後，輸出一VSSAPA之殘響訊號。
本發明系統透過仿射組合模組接收該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號，以輸出一仿射組合函數訊號，第一乘法器接收該APA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，並且依該仿射組合函數訊號調整該APA之輸出訊號倍率，輸出一調整後APA之輸出訊號；同樣地，第二乘法器接收該VSSAPA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，並且依該仿射組合函數訊號調整該VSSAPA之輸出訊號倍率，輸出一調整後VSSAPA之輸出訊號。較佳地，其中該仿射組合函數訊號介於0與1之間。
最後，加法器接收該調整後APA之輸出訊號和該調整後VSSAPA之輸出訊號，輸出一組合後輸出訊號。因此，該組合後輸出訊號可包含快速收斂的APA及抗脈衝雜訊的VSSAPA之二特性。
本發明提出一種仿射投影演算法的仿射組合模組包含一第三乘法器、一第四乘法器、一第二加法器及一第一除法器，其中，第三乘法器接收一APA之殘響訊號後，對該APA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，以輸出一第一瞬時殘響平方訊號；同樣地，第四乘法器接收一VSSAPA之殘響訊號後，對該VSSAPA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，輸出一第二瞬時殘響平方訊號。接者第二加法器將該第一瞬時殘響平方訊號和該第二瞬時殘響平方訊號相加，以輸出第一總和訊號。最後，第一除法器將該第一瞬時殘響平方訊號除
以該第一總和訊號後，輸出該仿射組合函數訊號。
本發明仿射組合模組輸出的仿射組合函數訊號為λ(n)，該APA之瞬時殘響平方訊號為(n)及該VSSAPA之瞬時殘響平方訊號為(n)，該仿射組合函數訊號介於0與1之間並滿足下列運算式：
較佳地，該仿射組合模組進一步包含一非線性轉換函數模組smf以輸出一優化後的仿射組合函數訊號，該仿射組合函數訊號為λ(n)，第一參數為τ1及第二參數為τ2，該優化後的仿射組合函數訊號可表示為：
其中第一參數τ1為0.45及第二參數τ2為0.55，該優化後的仿射組合函數訊號介於0和1之間。
本發明提出一種回聲消除系統係利用仿射組合的回聲消除方法，其步驟包含：接收一系統輸入訊號，並透過一輸出裝置將該系統輸入訊號輸出至一環境中；透過一收音裝置，於環境中接收一環境輸入訊號；透過一仿射投影演算法(APA)模組，接收該系統輸入訊號，輸出一APA之輸出訊號；透過一時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組，接收該系統輸入訊號，輸出一VSSAPA之輸出訊號；一第一減法
器，將環境輸入訊號減去該APA之輸出訊號，輸出一APA之殘響訊號；一第二減法器，將環境輸入訊號減去該VSSAPA之輸出訊號，輸出一VSSAPA之殘響訊號；透過一仿射組合模組，接收該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號，依該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號運算，輸出介於0到1之間的一仿射組合函數訊號；透過一第一乘法器，接收該APA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該APA之輸出訊號倍率，輸出一調整後APA之輸出訊號；透過一第二乘法器，接收該VSSAPA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該VSSAPA之輸出訊號倍率，輸出一調整後VSSAPA之輸出訊號；透過一第一加法器，接收該調整後APA之輸出訊號和該調整後VSSAPA之輸出訊號，輸出一組合後輸出訊號；以及透過一第三減法器，接收該環境輸入訊號和該組合後輸出訊號，輸出一系統殘響訊號。
較佳地，其中該回聲消除方法的該仿射組合模組包含一非線性轉換函數模組，該仿射組合模組輸出介於0到1之間的該仿射組合函數訊號前，該仿射組合函數訊號將先透過非線性轉換函數模組優化後，以輸出一優化後的仿射組合函數訊號，該優化後的仿射組合函數訊號介於0到1之間，用以提供該第一乘法器和該第二乘法器使用。
特別的是，該回聲消除方法的該非線性轉換函數模組能更準確選擇出最適合的演算法之輸出比例，使回聲消除系統係利用仿射組合的回聲消除方法有更好的回音往返耗
損增強(Echo Return Loss Enhancement,ERLE)效能。
本發明前述各方面及其它方面依據下述的非限制性具體實施例詳細說明以及參照附隨的圖式將更趨於明瞭。
10‧‧‧遠端環境
20‧‧‧近端環境
30‧‧‧雜訊源
40‧‧‧加法器
11、21‧‧‧使用者
100、200‧‧‧通訊系統
110、210‧‧‧喇叭
120、220‧‧‧麥克風
130、230‧‧‧回聲消除系統
140~142、148c‧‧‧減法器
145‧‧‧加法器
143~144、148a、148b‧‧‧乘法器
148d‧‧‧除法器
146‧‧‧APA模組
147‧‧‧VSSAPA模組
148‧‧‧仿射組合模組
149‧‧‧非線性轉換函數模組
x(n)‧‧‧輸入訊號
y(n)‧‧‧回聲訊號
d(n)‧‧‧期望訊號
w(n)‧‧‧環境中的背景雜訊
η(n)‧‧‧脈衝雜訊
(n)‧‧‧組合後的輸出訊號
(n)‧‧‧APA之輸出訊號
(n)‧‧‧VSSAPA之輸出訊號
λ(n)‧‧‧仿射組合函數訊號
λ'(n)‧‧‧優化後的仿射組合函數訊號
(n)‧‧‧組合後的估計環境響應
e(n)‧‧‧組合後的殘響訊號
ea(n)‧‧‧APA殘響訊號
eb(n)‧‧‧VSSAPA殘響訊號
第一圖係通訊系統示意圖。
第二圖係通訊系統流程方塊示意圖。
第三圖係本發明實施例一之仿射組合的回聲消除系統架構圖。
第四圖係本發明實施例一之仿射組合模組架構圖。
第五圖係本發明實施例二之仿射組合的回聲消除系統架構圖。
第六圖係本發明二實施例、APA及VSSAPA之模擬結果。
以下舉出具體實施例以詳細說明本案之內容，並以圖式作為輔助說明。說明中提及之符號係參照圖式符號。值得注意的是，說明中提及之「包含」係為一開放式的用語，應解釋成「包含但不限定於」。
此外，所屬領域中具有通常知識者應了解，同一元件/產品常具有不同之稱呼方式，例如「乘法器」或「倍增器」，因此與本說明中所提及之同領域且功能相似之元件/產品應當然被包含於本說明書範圍之中。
本發明係一種仿射組合的回聲消除方法，根據環境推算出適當的權重，根據此權重決定濾波器輸出包含APA和VSSAPA之輸出權重，以獲得適合於此環境下的組合後的輸出訊號，提高系統能獲得的收斂速度和抗脈衝雜訊的效能。
請參考第二圖係顯示本發明仿射組合的回聲消系統應用於遠端環境10中的通訊系統100與近端環境20中的通訊系統200之示意圖。當遠端環境10中之麥克風120接收到聲音訊號(即為輸入訊號x(n))後，該輸入訊號x(n)進入近端環境20中的喇叭210，以及遠端環境10中的回聲消除系統130。
該輸入訊號x(n)透過喇叭210輸出到近端環境20中，由通訊系統200的麥克風220接收到由輸入訊號x(n)之回聲訊號y(n)，該回聲訊號y(n)於通訊系統200傳遞中，會夾雜背景雜訊w(n)和脈衝雜訊η(n)，產生一期望訊號d(n)，如第二圖中所示，該回聲訊號y(n)係藉由一加法器40再加入背景雜訊w(n)及脈衝雜訊η(n)後，以輸出期望訊號d(n)，而於此領域之通常知識者可知該加法器40並非通訊系統100、200實際包含的加法器40，該表示法亦適用於第三圖及第五圖。
本發明回聲消除系統130基於仿射投影演算法(APA)與時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)運算處理該輸入訊號x(n)，並決定該APA和VSSAPA之輸出的比例，以獲得適合於此遠端環境10下組合後的輸出訊號(n)。然後，該通訊系統100透過減法器140將期望訊號d(n)減去組合後輸出訊
號(n)後，得到通訊系統100的殘響訊號e(n)以傳遞給通訊系統200。
此外，於此領域通常知識者可知輸入訊號的純量表示為小寫斜體x(n)、輸入訊號的向量表示為小寫粗體x(n)、輸入訊號的矩陣表示為X(n)，上述不同寫法皆表示同一訊號的不同形式，合先敘明。
第三圖係本發明實施例一之仿射組合的回聲消除系統130架構圖。該輸入訊號x(n)同時進入近端環境20及採用仿射組合的回聲消除方法之回聲消除系統130。當輸入訊號x(n)經過回聲消除系統130處理後，二演算法依據目前環境下之效能計算出仿射組合函數訊號λ(n)，以組合出適當的組合後的輸出訊號(n)。
當輸入訊號x(n)透過喇叭210輸入至近端環境20中，該輸入訊號x(n)經過環境響應後，麥克風220接收到回聲訊號y(n)，在通訊系統100中的減法器140實際接收到的係期望訊號d(n)，期望訊號d(n)係包含背景雜訊w(n)、脈衝雜訊η(n)、以及回聲訊號y(n)。特別地，該回聲訊號y(n)與組合後輸出訊號(n)於理想上應為近似。
產生組合後的輸出訊號(n)後，減法器140將接收到的期望訊號d(n)減去組合後的輸出訊號(n)，以獲得組合後的殘響訊號e(n)以傳送至遠端環境10中的喇叭110撥放。
請繼續參照第三圖，回聲消除系統130包含：仿射投影演算法(APA)模組146、時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組147、二減法器141、142、二乘法器143、144、一加法器145及一仿射組合模組148。
當輸入訊號x(n)進入回聲消除系統130後，回聲消除系統130將輸入訊號x(n)分別輸入仿射投影演算法(APA)模組146和時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組147，以計算二演算法依據目前環境下之效能。
當輸入訊號x(n)進入仿射投影演算法(APA)模組146後，APA演算法為了增加對輸入訊號x(n)的敏感度，將輸入訊號向量x(n)=[x(n),x(n-1),...,x(n-L+1)] T 變成多階的矩陣，K是投影階數，L是濾波器長度，且K<L，因此得到輸入訊號矩陣X(n)及APA之輸出訊號(n)：X(n)=[x(n), x(n-1),..., x(n-K+1)]T (3)
因此，(n)為APA的估計環境響應表示如下：
其中，T為轉置，δ a為一極小值，I K×K為單位矩陣，diag{}為對角矩陣函數，μ a (n)為APA之步階函數，該APA之步階函數μ a (n)表示如下：
μ aP(n)=μ a ,P=0,1,2,...,(K-1) (7)
仿射投影演算法(APA)模組146將輸入訊號x(n)經過上述運算後，可得到APA之輸出訊號(n)。
另一方面，輸入訊號x(n)進入時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組147後，將會保持上述公式(3)將輸入訊號x(n)變成矩陣，時變步階值會影響演算法的更新量，當雜訊來臨時，演算法會偵測雜訊的能量來調整適合的步階值，因此，演算法在雜訊中也能穩定收斂，因此，VSSAPA之輸出訊號(n)及其更新式如下：
其中，(n-1)為期望訊號之瞬時功率，(n-1)為VSSAPA之輸出信號之瞬時功率，P為標號，VSSAPA之步階函數μ b(n)可表示如下：
時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組147將輸入訊號x(n)經過上述運算後，可得到VSSAPA之輸出訊號(n)。
此時，期望訊號d(n)分別進入減法器141，將期望訊號d(n)減去APA之輸出訊號(n)得到一APA之殘響訊號e a (n)，而減法器142將期望訊號d(n)減去VSSAPA之輸出訊號(n)得到VSSAPA之殘響訊號e b (n)。該二殘響訊號e a (n)及e b (n)將作為仿射組合模組148推算二演算法效能之依據。
第四圖係本發明實施例一之仿射組合模組148架構圖，仿射組合模組148係依據該二演算法之效能(在此為瞬時殘響平方訊號)，推算出決定該二演算法之輸出比例的一比例函數，該比例函數在此稱為仿射組合函數訊號λ(n)。
請參照第四圖，仿射組合模組148包含二乘法器148a、148b、加法器148c及除法器148d。其中仿射組合模組148分別由乘法器148a和乘法器148b對APA之殘響訊號e a (n)及VSSAPA之殘響訊號e b (n)取瞬時殘響平方訊號，以得到APA之瞬時殘響平方訊號(n)及VSSAPA之瞬時殘響平方訊號(n)。
其中，該二演算法之瞬時殘響平方訊號σ e 2(n)如下：
k為承舊值，當k=10時，代表要讀入前9次加上這次共10筆的殘響訊號。因此，k越大，殘響訊號的收斂跳動就會越穩定；反之，則殘響訊號的收斂跳動就會相當頻繁，可理解第四圖為當k=1時的仿射組合模組架構圖。
此外，由殘響訊號推算出瞬時殘響平方訊號不限
定於特定的算法，只要能推算出瞬時殘響平方訊號皆可套用公式(12)，皆是本說明書包含之範圍中。
得到二演算法之瞬時殘響平方訊號(n)、(n)後，加法器148c將APA之瞬時殘響平方訊號(n)及VSSAPA之瞬時殘響平方訊號(n)相加得到一總和訊號，再透過除法器148d將APA之瞬時殘響平方訊號(n)除以該總和訊號，得到一仿射組合函數訊號λ(n)。由上述可知，仿射組合模組148之運算公式如下：
其中，E{}表示取期望值運算。當演算法之效能較差時，該演算法之殘響亦會變大，透過上述系統處理得到與雜訊存在一關係的仿射組合函數訊號λ(n)。在雜訊較小時，APA之瞬時殘響平方訊號(n)較小，仿射組合函數訊號λ(n)向0靠近；反之，APA之瞬時殘響平方訊號(n)較大，仿射組合函數訊號λ(n)則向1靠近，其中仿射組合函數訊號λ(n)介於0到1之間。
如第三圖中所示，仿射組合模組148輸出的仿射組合函數訊號λ(n)進入一乘法器143，該乘法器143依所述仿射組合函數訊號λ(n)調整所述APA輸出訊號為(1-λ(n))×(n)，輸出一調整後APA輸出訊號。即，在雜訊較小的情況下，APA的效能較佳，仿射組合函數訊號λ(n)亦小，而1-λ(n)則大，因此調整後APA輸出訊號之比例較大。
同時，所述仿射組合函數訊號λ(n)進入一乘法器
144，乘法器144依所述仿射組合函數訊號λ(n)調整所述VSSAPA輸出訊號為λ(n)×(n)，輸出一調整後VSSAPA輸出訊號。即，在雜訊較大的情況下，VSSAPA的效能較佳，仿射組合函數訊號λ(n)亦大，因此調整後VSSAPA輸出訊號之比例較大。
然後，藉由一加法器145接收所述調整後APA之輸出訊號(n)和所述調整後VSSAPA之輸出訊號(n)，輸出一組合後輸出訊號(n)。因此，本發明提出仿射組合之回聲消除系統130之組合後的輸出訊號(n)及組合後的估計環境響應(n)，可表示為下列(14)及(15)公式：
其中，(n)為APA的估計環境響應，(n)為VSSAPA的估計環境響應。
最後，遠端環境10中的通訊系統100透過減法器140將期望訊號d(n)減去組合後的輸出訊號(n)得到通訊系統100的組合後的殘響訊號d(n)，再將組合後的殘響訊號d(n)傳送給喇叭110。
因此，本發明提出的回聲消除系統130能根據當時的雜訊源30調整最佳之組合後的輸出訊號(n)，該回聲消除系統130克服因環境中的雜訊程度不同而造成演算法效能不佳的問題，並且達到快速收斂且抗脈衝雜訊之目的。
第五圖係本發明實施例二之仿射組合的回聲消除系統架構圖，於第五圖可見實施例二進一步包含非線性轉換函數模組149相較於實施例一的仿射組合函數訊號，實施例二提出的λ(n)能更準確選擇出最適合的演算法之輸出比例，使演算法有更好的ERLE。
本實施例二與第三圖之實施例一大致相同，例如，該回聲消除系統130將輸入訊號x(n)分別輸入仿射投影演算法(APA)模組146以及一時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組147，進行與實施例一相同步驟以輸出APA之輸出訊號(n)及VSSAPA之輸出訊號(n)，以及透過二減法器141、142個別算出殘響訊號e a (n)、e b (n)。
不同之處在於前揭步驟後，實施例二進一步使仿射組合模組148之輸出仿射組合函數訊號λ(n)再由非線性轉換函數模組149優化，已獲得到一優化後的仿射組合函數訊號λ'(n)，並且二乘法器143、144係依據優化後的仿射組合函數訊號λ'(n)推算出二演算法之輸出訊號的比例，因此加法器145以組合出適當之組合後的輸出訊號(n)可以有更好的效果。
因此，於實施例二中，仿射組合函數訊號λ(n)進一步由非線性轉換函數模組149優化，以得到優化後的仿射組合函數訊號λ'(n)，其中，λ'(n)介於0到1之間，第一參數τ 1為0.45，第二參數τ 2為0.55，其非線性函數如下：
上述非線性轉換函數模組於當仿射組合函數訊號λ(n)於0.45至0.5之間時，λ'(n)為2((λ(n)-τ1)/(τ2-τ1))2；而當仿射組合函數訊號λ(n)進一步縮限於0.5至0.55之間時，λ'(n)為1-2((λ(n)-τ 1)/(τ 2-τ 1))2；若當仿射組合函數訊號λ(n)小於0.45或是大於0.55則仿射組合函數訊號λ'(n)分別為0及1。
然後，將APA之輸出訊號(n)及VSSAPA之輸出訊號(n)分別透過乘法器143、144乘上λ'(n)及1-λ'(n)，以得到本回聲消除系統130的組合後輸出訊號(n)及組合後的估計環境響應(n)，可表示為下列(16)及(17)公式：
最後，遠端環境中的通訊系統100透過減法器140將期望訊號d(n)減去組合後輸出訊號(n)得到通訊系統200的組合後的殘響訊號e(n)，通訊系統100將組合後的殘響訊號e(n)傳遞給喇叭110。
請參考第六圖係顯示本發明仿射組合的回聲消除系統之APA及VSSAPA的模擬結果示意圖。本領域通常知識者能了解藉由ERLE以評估回聲消除系統的消除回聲的效
能。本發明提出之二實施例的ERLE可由模擬結果第六圖得知，分別於時間區間為2、3、4、5及6輸入一脈衝雜訊(impulsive noise)，可發現APA之ERLE表現最差。
而在相同情況下，實施例一之表現優於先前技術APA及VSSAPA。更佳地，實施例二加入了非線性轉換函數模組，可得到優越的ERLE表現。
參閱第六圖之模擬結果，本發明提出之仿射組合的回聲消除方法與系統能確實解決於脈衝雜訊的環境下不佳的消除回聲效能，於低脈衝雜訊的環境下，仍舊保持與先前技術的消除回聲效能。
綜上所述可知，本發明仿射組合的回聲消除方法係利用調整APA及VSSAPA之輸出訊號的權重以適應不同雜訊程度的環境，當雜訊較小時，APA之輸出訊號會得到比較高的權重，因此有快速收斂之效；當雜訊較大時，由於VSSAPA可避免演算法發散，因此提高VSSAPA之輸出訊號的權重，可使仿射組合的回聲消除方法可達到抗脈衝干擾之效，故本發明之仿射組合的回聲消除方法可達到更勝以往的收斂速度及抗脈衝雜訊之效果。
至此，本發明之仿射組合的回聲消除方法及系統的二實施例，已經由上述說明以及圖式加以說明。在本說明書中所揭露的所有特徵都可能與其他方法結合，本說明書中所揭露的每一個特徵都可能選擇性的以相同、相等或相似目的特徵所取代，因此，除了特別顯著的特徵之外，所有的本說明書所揭露的特徵僅是相等或相似特徵中的一個例子。
經過本發明較佳實施例之描述後，熟悉此一技術
領域人員應可瞭解到，本發明實為一新穎、進步且具產業實用性之發明，深具發展價值。本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然不脫如附申請範圍所欲保護者。
Claims (10)
- 一種仿射投影演算法的仿射組合模組，包含：一第一乘法器，接收一APA之殘響訊號，對該APA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，輸出一第一瞬時殘響平方訊號；一第二乘法器，接收一VSSAPA之殘響訊號，對該VSSAPA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，輸出一第二瞬時殘響平方訊號；一第一加法器，將該第一瞬時殘響平方訊號和該第二瞬時殘響平方訊號相加，輸出第一總和訊號；以及一第一除法器，將該第一瞬時殘響平方訊號除以該第一總和訊號，輸出一仿射組合函數訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述仿射組合模組，其中該仿射組合模組輸出的該仿射組合函數訊號為λ(n)，該第一瞬時殘響平方訊號為(n)及該第二瞬時殘響平方訊號為(n)，該仿射組合函數訊號介於0與1之間並滿足下列運算式：
- 如申請專利範圍第1項所述仿射組合模組，其中該仿射組合模組包含一非線性轉換函數模組smf以輸出一優化後的仿射組合函數訊號，該仿射組合函數訊號為λ(n)，第一參數為τ1及第二參數為τ2，該優化後的仿射組合函數訊號可表示為：
- 如申請專利範圍第3項所述仿射組合模組，其中該第一參數τ1為0.45，該第二參數τ2為0.55，且該優化後的仿射組合函數訊號介於0與1之間。
- 一種仿射組合的回聲消除系統，包含：一仿射投影演算法(APA)模組，接收一輸入訊號以輸出一APA之輸出訊號；一時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組，接收該輸入訊號以輸出一VSSAPA之輸出訊號；一第一減法器，將環境聲音訊號減去該APA之輸出訊號，輸出一APA之殘響訊號；一第二減法器，將環境聲音訊號減去該VSSAPA之輸出訊號，輸出一VSSAPA之殘響訊號；一仿射組合模組，接收該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號，輸出一仿射組合函數訊號；一第一乘法器，接收該APA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該APA之輸出訊號倍率，輸出一調整後APA之輸出訊號；一第二乘法器，接收該VSSAPA輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該VSSAPA之輸出訊號倍率，輸出一調整後VSSAPA之輸出訊號；以及 一第一加法器，接收該調整後APA之輸出訊號和該調整後VSSAPA之輸出訊號，輸出一組合後輸出訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述回聲消除系統，其中該仿射組合函數訊號介於0與1之間。
- 如申請專利範圍第5或6項所述回聲消除系統，其中該仿射組合模組包含：一第三乘法器，接收該APA之殘響訊號，對該APA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，輸出一第一瞬時殘響平方訊號；一第四乘法器，接收該VSSAPA之殘響訊號，對該VSSAPA之殘響訊號取瞬時殘響平方訊號，輸出一第二瞬時殘響平方訊號；一第二加法器，將該第一瞬時殘響平方訊號和該第二瞬時殘響平方訊號相加，輸出一第一總和訊號；以及一第一除法器，將該第一瞬時殘響平方訊號除以該第一總和訊號，輸出該仿射組合函數訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述回聲消除系統，其中該仿射組合模組包含一非線性轉換函數模組smf以輸出一優化後的仿射組合函數訊號提供該回聲消除系統中的該第一乘法器和該第二乘法器運算，該仿射組合函數訊號為λ(n)，第一參數τ1為0.45及第二參數τ2為0.55，該優化後的仿射組合函數訊號介於0和1之間並且可表示為：
- 一種回聲消除系統係利用仿射組合的回聲消除方法，其步驟包含：接收一系統輸入訊號，並透過一輸出裝置將該系統輸入訊號輸出至一環境中；透過一收音裝置，於環境中接收一環境輸入訊號；透過一仿射投影演算法(APA)模組，接收該系統輸入訊號，輸出一APA之輸出訊號；透過一時變步階仿射投影演算法(VSSAPA)模組，接收該系統輸入訊號，輸出一VSSAPA之輸出訊號；一第一減法器，將該環境輸入訊號減去該APA之輸出訊號，輸出一APA之殘響訊號；一第二減法器，將該環境輸入訊號減去該VSSAPA之輸出訊號，輸出一VSSAPA之殘響訊號；透過一仿射組合模組，接收該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號，依該APA之殘響訊號和該VSSAPA之殘響訊號運算，輸出介於0到1之間的一仿射組合函數訊號；透過一第一乘法器，接收該APA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該APA之輸出訊號倍率，輸出一調整後APA之輸出訊號； 透過一第二乘法器，接收該VSSAPA之輸出訊號和該仿射組合函數訊號，依該仿射組合函數訊號調整該VSSAPA之輸出訊號倍率，輸出一調整後VSSAPA之輸出訊號；透過一第一加法器，接收該調整後APA之輸出訊號和該調整後VSSAPA之輸出訊號，輸出一組合後輸出訊號；以及透過一第三減法器，接收該環境輸入訊號和該組合後輸出訊號，輸出一系統殘響訊號。
- 如申請專利範圍第9項所述仿射組合的回聲消除方法，其中該仿射組合模組包含一非線性轉換函數模組，該仿射組合模組輸出介於0到1之間的該仿射組合函數訊號前，該仿射組合函數訊號將先透過該非線性轉換函數模組優化後，以輸出一優化後的仿射組合函數訊號，該優化後的仿射組合函數訊號介於0到1之間，用以提供該第一乘法器和該第二乘法器使用。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105116228A TWI624830B (zh) | 2016-05-25 | 2016-05-25 | 一種仿射組合的回聲消除方法與系統 |
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| TW105116228A TWI624830B (zh) | 2016-05-25 | 2016-05-25 | 一種仿射組合的回聲消除方法與系統 |
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| TW201742052A TW201742052A (zh) | 2017-12-01 |
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|---|---|
| TW (1) | TWI624830B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109040497A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-12-18 | 西南交通大学 | 一种基于m估计的成比例类仿射投影自适应回声消除方法 |
-
2016
- 2016-05-25 TW TW105116228A patent/TWI624830B/zh not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| H.-C. Shin, et al., "Variable Step-Size NLMS and Affine Projection Algorithms", IEEE Signal Processing Letters, vol. 11, no. 2, pp. 132-135, Feb 2004 |
| N. Bershad, et al., "An Affine Combination of Two LMS Adaptive Filters-Transient Mean-Square Analysis", IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, no. 5, pp. 1853-1864, May 2008. |
| N. Bershad, et al., "An Affine Combination of Two LMS Adaptive Filters-Transient Mean-Square Analysis", IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, no. 5, pp. 1853-1864, May 2008. H.-C. Shin, et al., "Variable Step-Size NLMS and Affine Projection Algorithms", IEEE Signal Processing Letters, vol. 11, no. 2, pp. 132-135, Feb 2004 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109040497A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-12-18 | 西南交通大学 | 一种基于m估计的成比例类仿射投影自适应回声消除方法 |
| CN109040497B (zh) * | 2018-07-24 | 2020-12-25 | 西南交通大学 | 一种基于m估计的成比例类仿射投影自适应回声消除方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201742052A (zh) | 2017-12-01 |
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