电话会议系统中多路回声消除理论与应用研究

论文摘要

在电话会议系统中,回声是不可避免的。随着电话会议和免提电话的实用化,对声学回声消除的研究一直是国际上研究的热点。对多通路声学回声信号消除技术的研究成果与单通路声学回波消除相比还相差甚远,仅仅处于探索阶段,还有很多理论问题及研究方法、研究手段、实现技术等都需要人们共同努力研究。在多路回声消除中,当多个传输的语音来源于同一个声源时,待解的自适应滤波器的正规方程是奇异的,回波消除器不能提供一个唯一的回波路径解。另外,多路回波消除的本质问题在于多路输入信号之间的强相关性。由于输入信号之间存在着强相关性,自相关矩阵的条件数变差,特征值发散程度很大。这会降低一般梯度自适应算法的收敛速度,使各种递归自适应算法的数值稳定性变差,输入信号间的相关性还会引起权系数向量的失调问题。在电话会议系统中回声消除的核心问题是自适应算法的收敛速度和计算复杂度,如果收敛速度很慢,或者计算复杂度很高,都不能及时跟踪回声通道的变化,残留回声会严重影响会议效果。一般情况下,收敛速度的提高是以牺牲计算复杂度为代价的,本文是以保证收敛速度和降低计算复杂度为目标,尽量在收敛速度和计算复杂度之间找到平衡点,以求最佳的实时效果本文力求打破传统的思维模式,不是对同一语音信号采取同一方法进行处理,而是充分利用语音信号在频域的分布特点,即低频段语音聚集的能量多,高频段语音聚集的能量少,在不同的频域段采取不同的自适应处理方法作为本文的创新点。在综合分析了两路仿射投影算法和归一化最小均方误差算法后发现,两路仿射投影算法虽然收敛速度快,但计算复杂度明显高于两路归一化最小均方误差算法。另外,考虑到分析滤波器组(子带滤波器)在不同的通道进行了抽取,并对得到的信号进行自适应滤波,这样每个子带自适应滤波器通常比全频带滤波器具有更短的冲激响应，计算复杂度得到很大降低。基于上面的分析,本文综合利用两路仿射投影算法和归一化最小均方误差算法,分析滤波器组的优势,以及语音信号频域的分布特点,提出了组合算法,并对结果进行了仿真试验。实验结果表明组合算法具有与仿射投影算法相近的收敛速度,但计算复杂度达到了明显降低,更适合回声消除系统中的实时性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 回波消除问题及原因
• 1.2.1 解不唯一问题
• 1.2.2 解的失调问题
• 1.3 目前研究状况
• 1.3.1 多路回声消除算法
• 1.3.2 回波消除中的预处理方法
• 1.3.3 基于盲信号分离的回波消除方法
• 1.3.4 双端对讲检测
• 1.3.5 残留回声,噪声消除部分
• 1.4 本文的主要内容及章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 两路快速仿射投影算法
• 2.1. 单路仿射投影算法介绍
• 2.1.1 算法推导
• 2.1.2 仿真结果
• 2.2 两路快速仿射投影算法
• 2.2.1 两路快速仿射投影算法引出
• 2.2.2 仿真结果
• 2.3 改进快速两路仿射投影算法
• 2.3.1 改进快速两路仿射投影算法推导
• 2.3.2 FAP2算法的参数求取
• 2.3.3 仿真结果
• 2.4 本章总结
• 第三章 两路归一化最小均方误差算法
• 3.1 单路归一化最小均方误差算法
• 3.1.1 单路归一化最小均方误差算法介绍
• 3.1.2 仿真结果
• 3.2 改进的归一化最小均方误差算法
• 3.2.1 改进的归一化最小均方误差算法推导
• 3.2.2 改进的NLMS算法性能分析
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 新的两路NLMS算法
• 3.3.1 新的两路NLMS算法推导
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 分析滤波器组设计
• 4.1 分析滤波器组引出
• 4.1.1 双通道正交镜像滤波器组
• 4.1.2 无混叠双通道滤波器组
• 4.1.3 无混叠滤波器组仿真
• 4.2 余弦调制L通道滤波器组
• 4.2.1 滤波器组的引出
• 4.2.2 原型低通滤波器设计
• 4.2.3 八带滤波器组设计仿真
• 4.3 利用雷米兹交替算法设计半带滤波器
• 4.3.1 雷米兹交替算法介绍
• 4.3.2 半带滤波器设计仿真
• 4.4 分析滤波器组设计仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 组合算法回声消除系统设计
• 5.1.语音信号能量分布特点
• 5.2 回声消除总体结构设计
• 5.3 计算复杂度分析
• 5.4 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要研究内容
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间完成的主要论文