自适应声学回声抵消算法的研究

论文摘要

自适应声学回声抵消是现代电话会议系统、车载电话等免提式通话设备中的关键技术之一,可以为免提通话设备提供全双工通信。如何提出改进的自适应滤波回声抵消算法实现高性能回声抵消器是近些年来研究的热点。自适应声学回声抵消的理论主要来源于自适应滤波算法。自适应滤波声学回声抵消还存在以下问题:典型房间场地的混响时间长,为了能够将产生的声学回声抵消掉,自适应滤波器可能上千阶,采用这种自适应滤波器对回波通道建模,运算量非常大;语音信号的强相关性,导致自适应算法收敛慢,不能跟踪回波通道的变化,回声抵消的效果比较差;在双端会话时,近端会话将作为能量很大的噪声进入到自适应滤波器中,从而导致自适应滤波器系数发散;立体声学系统能够提供更加真实的会话环境,然而立体声学回声的抵消又带来了新的问题。本文通过研究上述回声抵消依然存在的问题,提出改进的自适应声学回声抵消算法。本文主要的研究工作及成果如下:1.针对房间场地冲激响应时间长,造成自适应滤波回声抵消算法计算量大和自适应过程收敛缓慢的问题,提出了一种改进的过采样无延迟子带双通道滤波回声抵消算法,该算法在保证子带方法能够节省计算量及提高收敛性能的同时,将子带自适应滤波器映射到全带滤波器,减少了信号的延迟;比较残余回声功率来更新前置非自适应滤波器,使系统工作在较小残余回声功率下,仿真结果表明了算法的有效性。2.针对自适应回声抵消滤波器的权系数在双边会话的情况下变得不稳定,而额外的双端会话检测器不仅代价高,而且冻结的滤波器权系数可能使滤波器的系数已偏离最优解,使回声抵消性能恶化的问题,提出了时变功率谱的无双端会话检测算法,该算法在双端会话的情况下,不需要对双端会话的状态进行检测也能使回声抵消正常进行,仿真结果表明了算法的有效性。3.在上述研究单扬声器-房间场地-麦克风系统回声抵消的基础上,进一步研究了二维立体声学回声抵消系统。通过分析常规的线性组合自适应立体声学回声抵消器在最小均方条件下不能唯一确定回声路径的冲激响应,提出了一种改进的准确估计立体回声路径的回声抵消算法,提高了立体回声抵消的收敛性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 自适应声学回声抵消研究的背景及意义
• 1.2 声学回声抵消的国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 自适应滤波器及声学回声抵消算法
• 2.1 自适应滤波声学回声抵消模型
• 2.2 自适应滤波器原理
• 2.2.1 线性最优滤波器
• 2.2.2 横向自适应滤波器
• 2.2.3 最速下降法
• 2.3 自适应滤波算法
• 2.3.1 最小均方算法
• 2.3.2 归一化最小均方算法
• 2.3.3 自适应声学回声抵消 LMS 及NLMS 算法仿真
• 2.3.4 其它的一些自适应回声抵消算法
• 2.4 自适应滤波器的保护算法
• 2.4.1 解相关预处理
• 2.4.2 会话状态的检测
• 2.5 小结
• 第三章 子带滤波声学回声抵消改进算法
• 3.1 改进子带滤波声学回声抵消算法的提出
• 3.2 多速率系统
• 3.2.1 抽取和插值
• 3.2.2 滤波器组
• 3.3 改进的过采样无延迟子带双通道滤波回声抵消算法
• 3.3.1 子带信号的产生
• 3.3.2 子带到全频带的映射
• 3.3.3 双通道滤波器系数的更新
• 3.4 仿真试验与结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 无双端会话检测自适应声学回声抵消算法
• 4.1 无双端会话检测自适应声学回声抵消算法的提出
• 4.2 随机信号通过线性系统后的自相关和功率谱
• 4.3 无双端会话检测自适应声学回声抵消算法
• 4.4 仿真试验与结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 回声路径准确辨识的立体声学回声抵消算法
• 5.1 回声路径准确辨识的立体声学回声抵消算法的提出
• 5.2 线性组合自适应滤波器立体声学回声抵消辨识的不确定性
• 5.3 多方程准确辨识立体声学回声路径冲激响应
• 第六章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录：部分源程序