自适应回波抵消与噪声消除技术研究

论文摘要

在电话中回波和噪声是不可避免的，随着电视网络会议等免提系统的发展，对自适应回波抵消器（AEC）提出了更高的要求，需要更高效的控制算法满足实时性强、通信质量高等要求。由于回波是实时变化的，而自适应滤波器具有在未知环境中快速跟踪实时变化信号的功能，所以自适应滤波技术被广泛的应用于回声消除领域中。干扰信号对通讯系统影响是非常严重的所以必须消除，在构建一个通讯系统时，可能会遇到的问题有声学回声、噪声及双方讲话的干扰，为了消除这些干扰获得较好的通信质量，本文采用了一种具有回声抵消和噪声消除功能的抵消器结构，并主要研究了回声抵消中的两个核心技术：去除电子元器件引起的非线性变化，并分析了控制自适应过程的算法；双端同时讲话的保护算法。本文所做的主要工作包括：（1）简要介绍有关声回波抵消技术的背景知识，包括回声噪声消除的意义、国内外的研究现状和发展趋势，并对自适应回声噪声消除的技术难点作了介绍。（2）在介绍了自适应回声抵消原理后，就常用的线性回波抵消算法如最小均方误差（LMS）、归一化最小均方误差算法（NLMS）、递归最小二乘算法（RLS）和仿射投影算法（AP），分别从算法描述、收敛性能和在自适应回波抵消中的适用性作了分析，最后就回声抵消的各种技术指标对上述算法作了比较。（3）对于因放大器扬声器等引起的非线性失真，可能会使得传统的AEC失去抵消效果，因此本文在介绍了使用Pseudo-相干函数的辨识方法后，得出一种适用于无记忆非线性环境的自适应回声抵消器，并分别分析了辨识非线性的系数和自适应过程的控制算法。在介绍了几种变步长LMS算法的基础上引入了一种改进的基于Sigmoid函数的变步长算法，通过计算机仿真结果来体现了改进算法在AEC中的适用性。（4）在通话时经常会发生双方同时说话的情况，本文在简单介绍了双端检测的发展后指出了使用DTD的一些技术难点和缺陷，因此采用了一种无须DTD就能区分DT和EPC，同时具有双讲保护功能的步长控制方法。（5）考虑到噪声对回声抵消结果的影响，本文主要采用基于最优维纳滤波器的消噪法，将其与AEC结合得出一种联合噪声消除的自适应回声抵消器结构，并分别以噪声和实际语音为输入信号，验证了该结构的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 回声抵消和噪声消除的背景与意义
• 1.2 国内外的研究现状以及其发展趋势
• 1.3 自适应回声抵消和噪声消除的技术难点
• 1.4 主要研究内容与论文结构安排
• 第二章 自适应回声抵消技术
• 2.1 声回波抵消的方法
• 2.1.1 基于线性回波抵消的方法
• 2.1.2 基于非线性回波消除的方法
• 2.2 自适应回声抵消的原理
• 2.2.1 声回波抵消原理
• 2.3 自适应回声消除的常用算法
• 2.3.1 LMS 算法
• 2.3.1.1 LMS 算法描述
• 2.3.1.2 收敛特性
• 2.3.1.3 LMS 算法特点及性能分析
• 2.3.1.4 对声回波抵消算法的适用性
• 2.3.2 归一化最小均方误差（NLMS）算法
• 2.3.2.1 算法描述
• 2.3.2.2 收敛特性
• 2.3.2.3 对声回波抵消算法的适用性
• 2.3.3 递推最小二乘（RLS）算法
• 2.3.3.1 算法描述
• 2.3.3.2 收敛特性
• 2.3.3.3 对声回波抵消算法的适用性
• 2.3.4 仿射投影算法
• 2.4 各种算法性能比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 具有非线性预处理的 AEC 结构
• 3.1 基于 Pseudo-MSC 准则的非线性辨识方法
• 3.2 具有非线性预处理的 AEC
• 3.2.1 更新非线性系数
• 3.2.2 非线性系统辨识性能仿真分析
• 3.2.3 线性块 AEC 系数更新
• 3.2.3.1 AEC 中回声抵消自适应算法
• 3.2.3.2 改进算法的收敛性分析
• 3.3 仿真条件及结果分析
• 3.3.1 仿真条件和准备
• 3.3.2 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 双端讲话检测算法
• 4.1 双方对讲检测方法的发展
• 4.2 不需双讲检测器的检测算法
• 4.3 算法仿真性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结合噪声消除的回声抵消器设计、仿真及性能分析
• 5.1 噪声消除方法
• 5.1.1 基于谱减法的噪声消除方法
• 5.1.2 噪声消除仿真结果分析
• 5.2 结合声学回声抵消与噪声消除的结构及其仿真分析
• 5.2.1 具有回声抵消和噪声消除功能的结构
• 5.2.2 仿真结果验证分析
• 5.2.2.1 回声抵消性能比较
• 5.2.2.2 语音信号为输入时的仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及科研成果