專利名稱：嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線可視門鈴領(lǐng)域，尤其是一種嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法。

背景技術(shù)：
語(yǔ)音是多媒體通信終端服務(wù)中的重要部分。語(yǔ)音傳輸從最初的“傻瓜”電話到后來(lái)的數(shù)字電話、無(wú)線電話，再到綜合語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻的多媒體通信歷經(jīng)了一個(gè)多世紀(jì)，一直以來(lái)語(yǔ)音傳輸都有一個(gè)問(wèn)題，就是語(yǔ)音回音。語(yǔ)音回音問(wèn)題一直困擾著用戶，它嚴(yán)重影響了語(yǔ)音傳輸業(yè)務(wù)的QoS(Quality of Service)。因此回音抵消就成了主要的設(shè)計(jì)問(wèn)題之一，也是在語(yǔ)音解決方案的整體設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的一部分。語(yǔ)音回音主要包括聲學(xué)回音和電學(xué)回音，而隨著通信的數(shù)字化以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電學(xué)回音在物理器件上能得到很好的控制，然而聲學(xué)回聲仍然嚴(yán)重影響語(yǔ)音業(yè)務(wù)的QoS。聲學(xué)回聲是指揚(yáng)聲器播出的聲音在被接收方聽到的同時(shí)，也通過(guò)多種路徑被麥克風(fēng)拾取到。
近些年來(lái)針對(duì)語(yǔ)音回音問(wèn)題，各種回音抵消技術(shù)飛速發(fā)展，歸納起來(lái)大概有三種一是網(wǎng)絡(luò)衰減法，二是語(yǔ)音回音抑制法，三是現(xiàn)代自適應(yīng)濾波技術(shù)。第一種方法是在發(fā)送和接收方向上分別插入一個(gè)衰減器，所以，回音的衰減比話音的衰減大2倍。然而，話音衰減隨著傳輸距離的增加而增加，最后可能導(dǎo)致話音電平降到無(wú)法聽清楚的地步。第二種方法通過(guò)開啟發(fā)送路徑或在發(fā)送路徑上插入較大的衰減來(lái)達(dá)到控制回音的目的。理想情況下，回音抑制器應(yīng)在遠(yuǎn)端用戶說(shuō)話時(shí)開啟發(fā)送路徑而在遠(yuǎn)端用戶接收時(shí)關(guān)閉發(fā)送路徑，但是這很難做到。第三種方法是估計(jì)回音路徑的特征參數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)模擬的回音路徑，得出模擬回音信號(hào)，從接收信號(hào)中減去該信號(hào)，實(shí)現(xiàn)回音抵消。這種技術(shù)依靠自適應(yīng)算法，自適應(yīng)算法的好壞決定了回音抵消效果的好壞。要保證語(yǔ)音業(yè)務(wù)傳送穩(wěn)健性的自適應(yīng)算法通常有非常復(fù)雜的計(jì)算度和較長(zhǎng)的收斂時(shí)間。
在回音抵消器自適應(yīng)濾波中應(yīng)用最多的是有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，而對(duì)于自適應(yīng)FIR系統(tǒng)由于簡(jiǎn)單且計(jì)算代價(jià)小，最小均方(LMS)和歸一化最小均方(NLMS)算法應(yīng)用最多。然而這兩種算法雖然計(jì)算代價(jià)相對(duì)較小，但是其收斂太慢。遞歸最小平方(RLS)算法收斂快，但是其計(jì)算代價(jià)太大?；匾舻窒鬟€包括雙端通話檢測(cè)器，在雙端通話發(fā)生時(shí)它能保證通話質(zhì)量。通常DTD算法有三類基于能量的檢測(cè)、基于相關(guān)性的檢測(cè)和基于回聲路徑的檢測(cè)?；谀芰康臋z測(cè)算法簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低，但在低信噪比的情況下誤判率高；基于相關(guān)性的檢測(cè)判斷較為準(zhǔn)確，但其計(jì)算復(fù)雜度太高；基于回聲路徑的檢測(cè)復(fù)雜度稍低，但其在回聲路徑改變時(shí)容易誤判。其中回聲路徑?jīng)_激響應(yīng)方差檢測(cè)算法具有較低的計(jì)算復(fù)雜度，并且通過(guò)收斂因子的調(diào)節(jié)避免了對(duì)于回聲路徑改變時(shí)的敏感性。但由于其檢測(cè)過(guò)程基于濾波器系數(shù)的波動(dòng)，在自適應(yīng)濾波器未收斂時(shí)，極容易發(fā)生誤判。并且其檢測(cè)閾值過(guò)小，實(shí)際中不易選取?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)一種計(jì)算代價(jià)小同時(shí)又保證其收斂性能的回音抵消技術(shù)十分必要。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的嵌入式無(wú)線可視門鈴的回音抵消DTD算法的計(jì)算代價(jià)大、收斂性能差的不足，本發(fā)明提供一種計(jì)算代價(jià)小、能有效改善收斂性能的嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法，所述回音抵消方法包括以下步驟 1)、初始化濾波器系數(shù)為c(n)，其向量為C(n)，表示為[c(n)c(n-1)c(n-2)...c(n-L+1)]T；向量長(zhǎng)度L為濾波器長(zhǎng)度，并確定濾波器的迭代次數(shù)M和調(diào)整步長(zhǎng)因子μ，平滑因子門限α、β，回音路徑失配閾值；2)、獲取n時(shí)刻無(wú)線可視門鈴的遠(yuǎn)端信號(hào)為x(n)，其向量為X(n)，表示為[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-L+1)]T；真實(shí)回音路徑為h(n)，其向量為H(n)，表示為[h(n)h(n-1)h(n-2)...h(n-L+1)]T；近端語(yǔ)音信號(hào)為z(n)，其向量為Z(n)，表示為[z(n)z(n-1)z(n-2)...z(n-L+1)]T；背景噪聲為w(n)，其向量為W(n)，表示為[w(n)w(n-1)w(n-2)...w(n-L+1)]T；近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)為y(n)，其向量為Y(n)，表示為[y(n)y(n-1)y(n-2)...y(n-L+1)]T；誤差信號(hào)為e(n)，濾波器輸出為估計(jì)出的回聲副本信號(hào)s(n)，近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)y(n)等于背景噪聲w(n)、近端信號(hào)z(n)和回音信號(hào)x(n)×h(n)之和； 3)、判斷是否發(fā)生雙端通話，如否，則直接計(jì)算誤差信號(hào)并輸出，其中 濾波器輸出s(n)＝CT(n)x(n)(1) 回音估計(jì)誤差e(n)＝y(tǒng)(n)-s(n) (3) 如是，則更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)，再計(jì)算誤差信號(hào)，其中 濾波器系數(shù)調(diào)整C(n+1)＝C(n)+μe(n)X(n)(2) 在n時(shí)刻進(jìn)行i次迭代運(yùn)算，i的范圍為
，共迭代M次。經(jīng)推導(dǎo)得到的FIANLMS公式如公式(4)所示 其中 4)、白化遠(yuǎn)端信號(hào)，得到xw(n)，白化誤差信號(hào)，得到ew(n)；計(jì)算白化后的遠(yuǎn)端信號(hào)和誤差信號(hào)的協(xié)方差，并計(jì)算回音路徑失配值ΔH(n)，計(jì)算公式如下 其中 平滑因子門限α、β在0.9～1之間； 5)、判斷計(jì)算得到的ΔH(n)是否超過(guò)回音路徑失配閾值？如果超過(guò)，則置發(fā)生雙端通話標(biāo)志，并判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理；如果沒(méi)有超過(guò)，直接判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為其自適應(yīng)濾波器采用一種計(jì)算代價(jià)小而能改善收斂性能的算法快速迭代調(diào)整NLMS(FIANLMS)算法，其雙端通話檢測(cè)采用一種回聲路徑失配方差DTD算法，該算法能有效提高檢測(cè)性能。回音抵消模塊在整個(gè)軟件系統(tǒng)中處于語(yǔ)音壓縮模塊之前、語(yǔ)音解壓縮模塊之后，屏蔽了語(yǔ)音壓縮和解壓縮的影響。該回音抵消模塊在嵌入式無(wú)線可視門鈴系統(tǒng)中取得了較好的效果。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在節(jié)省計(jì)算代價(jià)，更容易獲得好的收斂性能且模塊一致性更好。



圖1為回音抵消器結(jié)構(gòu)圖。
圖2為回音抵消器軟件模塊在系統(tǒng)軟件的層次圖。
圖3為回音抵消程序流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1～圖3，一種嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法，所述回音抵消方法包括以下步驟 1)、初始化濾波器系數(shù)為c(n)，其向量為C(n)，表示為[c(n)c(n-1)c(n-2)...c(n-L+1)]T；向量長(zhǎng)度L為濾波器長(zhǎng)度，并確定濾波器的迭代次數(shù)M和調(diào)整步長(zhǎng)因子μ，平滑因子門限α、β，回音路徑失配閾值； 2)、獲取n時(shí)刻無(wú)線可視門鈴的遠(yuǎn)端信號(hào)為x(n)，其向量為X(n)，表示為[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-L+1)]T；真實(shí)回音路徑為h(n)，其向量為H(n)，表示為[h(n)h(n-1)h(n-2)...h(n-L+1)]T；近端語(yǔ)音信號(hào)為z(n)，其向量為Z(n)，表示為[z(n)z(n-1)z(n-2)...z(n-L+1)]T；背景噪聲為w(n)，其向量為W(n)，表示為[w(n)w(n-1)w(n-2)...w(n-L+1)]T；近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)為y(n)，其向量為Y(n)，表示為[y(n)y(n-1)y(n-2)...y(n-L+1)]T；誤差信號(hào)為e(n)，濾波器輸出為估計(jì)出的回聲副本信號(hào)s(n)，近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)y(n)等于背景噪聲w(n)、近端信號(hào)z(n)和回音信號(hào)x(n)×h(n)之和； 3)、判斷是否發(fā)生雙端通話，如否，則直接計(jì)算誤差信號(hào)并輸出，其中 濾波器輸出s(n)＝CT(n)x(n)(1) 回音估計(jì)誤差e(n)＝y(tǒng)(n)-s(n) (3) 如是，則更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)，再計(jì)算誤差信號(hào)，其中 濾波器系數(shù)調(diào)整C(n+1)＝C(n)+μe(n)X(n)(2) 在n時(shí)刻進(jìn)行i次迭代運(yùn)算，i的范圍為
，共迭代M次。經(jīng)推導(dǎo)得到的FIANLMS公式如公式(4)所示 其中 4)、白化遠(yuǎn)端信號(hào)，得到xw(n)，白化誤差信號(hào)，得到ew(n)；計(jì)算白化后的遠(yuǎn)端信號(hào)和誤差信號(hào)的協(xié)方差，并計(jì)算回音路徑失配值ΔH(n)，計(jì)算公式如下 其中 平滑因子門限α、β在0.9～1之間； 5)、判斷計(jì)算得到的ΔH(n)是否超過(guò)回音路徑失配閾值？如果超過(guò)，則置發(fā)生雙端通話標(biāo)志，并判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理；如果沒(méi)有超過(guò)，直接判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理。
圖1中n時(shí)刻遠(yuǎn)端信號(hào)為x(n)，其向量為x(n)(可表示為[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-L+1)]T)；真實(shí)回音路徑為h(n)，其向量為H(n)(可表示為[h(n)h(n-1)h(n-2)...h(n-L+1)]T)；近端語(yǔ)音信號(hào)為z(n)，其向量為Z(n)(可表示為[z(n)z(n-1)z(n-2)...z(n-L+1)]T)；背景噪聲為w(n)，其向量為W(n)(可表示為[w(n)w(n-1)w(n-2)...w(n-L+1)]T)；近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)為y(n)，其向量為Y(n)(可表示為[y(n)y(n-1)y(n-2)...y(n-L+1)]T)。誤差信號(hào)為e(n)，自適應(yīng)濾波器系數(shù)為c(n)，其向量為C(n)(可表示為[c(n)c(n-1)c(n-2)...c(n-L+1)]T)，濾波器輸出為估計(jì)出的回聲副本信號(hào)s(n)，以上向量長(zhǎng)度為L(zhǎng)即濾波器長(zhǎng)度。
濾波器輸出s(n)＝CT(n)x(n)(1) 濾波器系數(shù)調(diào)整C(n+1)＝C(n)+μe(n)X(n)(2) 其中μ稱為調(diào)整步長(zhǎng)因子，控制自適應(yīng)濾波器系數(shù)調(diào)整的幅度。
回音估計(jì)誤差e(n)＝y(tǒng)(n)-s(n) (3) 在n時(shí)刻進(jìn)行i次迭代運(yùn)算，i的范圍為
，共迭代M次。經(jīng)推導(dǎo)得到的FIANLMS公式如公式(4)所示。
其中 當(dāng)只有單端通話時(shí)自適應(yīng)濾波算法能夠保證通話質(zhì)量，但當(dāng)雙端同時(shí)說(shuō)話時(shí)由于原來(lái)已經(jīng)收斂的e(n)疊加一近端語(yǔ)音信號(hào)而變化很大似的濾波器發(fā)散，這樣對(duì)回音路徑的估計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此需要進(jìn)行雙端通話檢測(cè)，這里采用回聲路徑失配方差DTD算法。
回聲路徑失配方差DTD算法在其相關(guān)歸一化的基礎(chǔ)上采用平滑估計(jì)來(lái)近似計(jì)算，避免了平方根計(jì)算，在每個(gè)采樣點(diǎn)減少L次乘法運(yùn)算，大大降低計(jì)算代價(jià)。經(jīng)推導(dǎo)得到的回聲路徑失配方差DTD公式如公式(5)所示。
路徑失配 其中 平滑因子門限α、β在0.9～1之間，xw(n)和ew(n)分別為x(n)和e(n)白化后的信號(hào)。
系統(tǒng)語(yǔ)音為雙全工，因此語(yǔ)音部分室內(nèi)外機(jī)基本一致。如圖2所示，語(yǔ)音輸入經(jīng)過(guò)語(yǔ)音采集后，進(jìn)行回音抵消，再進(jìn)行語(yǔ)音壓縮，語(yǔ)音收發(fā)控制，語(yǔ)音解壓縮，再進(jìn)行回音抵消，語(yǔ)音播放?；匾舻窒谡Z(yǔ)音壓縮之前，語(yǔ)音解壓縮之后處理，這樣可以使得整個(gè)軟件系統(tǒng)層次更加分明，模塊移植性更好，而且回音抵消可以單獨(dú)調(diào)試，屏蔽了語(yǔ)音壓縮和解壓縮的影響。
參照?qǐng)D3，嵌入式無(wú)線可視門鈴系統(tǒng)的回音抵消模塊先對(duì)參數(shù)、白化濾波器響應(yīng)及一些語(yǔ)音幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化。FIANLMS自適應(yīng)濾波器中的迭代次數(shù)(M)選定為8，因?yàn)槊繋Z(yǔ)音為1024Bytes，是2Bytes采樣，因此濾波器長(zhǎng)度(L)選定為512，步長(zhǎng)因子(μ)取0.3；在基于回音路徑失配雙端通話檢測(cè)(DTD)算法中的平滑因子門限α＝0.93，β＝0.91，回音路徑失配閾值ΔHTH＝0.25。然后獲取近端語(yǔ)音幀和遠(yuǎn)端語(yǔ)音幀，再按照公式(4)進(jìn)行FIANLMS計(jì)算。語(yǔ)音幀buffer取3幀，語(yǔ)音能夠比較流暢，即最大延遲3幀時(shí)間，一般1.2～1.8幀就能計(jì)算完成，大概70～80ms(16fps)。如判定發(fā)生雙端通話則原自適應(yīng)濾波器系數(shù)不適用，需更新。然后按照公式(3)計(jì)算誤差信號(hào)e(n)并輸出。再計(jì)算遠(yuǎn)端語(yǔ)音x(n)的方差，然后通過(guò)白化濾波器白化遠(yuǎn)端語(yǔ)音和誤差信號(hào)。再按照公式(6)和公式(7)計(jì)算白化后的遠(yuǎn)端語(yǔ)音和白化后的誤差信號(hào)方差，從而按照公式(5)計(jì)算回音路徑失配值。如判定回音路徑失配值超過(guò)閾值(ΔHTH＝0.25)則置發(fā)生雙端通話標(biāo)志。當(dāng)語(yǔ)音通話結(jié)束時(shí)對(duì)初始化獲得的所有資源進(jìn)行釋放。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法，其特征在于所述回音抵消方法包括以下步驟
1)、初始化濾波器系數(shù)為c(n)，其向量為C(n)，表示為[c(n)c(n-1)c(n-2)...c(n-L+1)]T；向量長(zhǎng)度L為濾波器長(zhǎng)度，并確定濾波器的迭代次數(shù)M和調(diào)整步長(zhǎng)因子μ，平滑因子門限α、β，回音路徑失配閾值；
2)、獲取n時(shí)刻無(wú)線可視門鈴的遠(yuǎn)端信號(hào)為x(n)，其向量為X(n)，表示為[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-L+1)]T；真實(shí)回音路徑為h(n)，其向量為H(n)，表示為[h(n)h(n-1)h(n-2)...h(n-L+1)]T；近端語(yǔ)音信號(hào)為z(n)，其向量為Z(n)，表示為[z(n)z(n-1)z(n-2)...z(n-L+1)]T；背景噪聲為w(n)，其向量為W(n)，表示為[w(n)w(n-1)w(n-2)...w(n-L+1)]T；近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)為y(n)，其向量為Y(n)，表示為[y(n)y(n-1)y(n-2)...y(n-L+1)]T；誤差信號(hào)為e(n)，濾波器輸出為估計(jì)出的回聲副本信號(hào)s(n)，近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)y(n)等于背景噪聲w(n)、近端信號(hào)z(n)和回音信號(hào)x(n)×h(n)之和；
3)、判斷是否發(fā)生雙端通話，如否，則直接計(jì)算誤差信號(hào)并輸出，其中
濾波器輸出 s(n)＝CT(n)x(n)(1)
回音估計(jì)誤差 e(n)＝y(tǒng)(n)-s(n)(3)
如是，則更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)，再計(jì)算誤差信號(hào)，其中
濾波器系數(shù)調(diào)整C(n+1)＝C(n)+μe(n)X(n) (2)
在n時(shí)刻進(jìn)行i次迭代運(yùn)算，i的范圍為
，共迭代M次。經(jīng)推導(dǎo)得到的FIANLMS公式如公式(4)所示
其中
4)、白化遠(yuǎn)端信號(hào)，得到xw(n)，白化誤差信號(hào)，得到ew(n)；計(jì)算白化后的遠(yuǎn)端信號(hào)和誤差信號(hào)的協(xié)方差，并計(jì)算回音路徑失配值ΔH(n)，
計(jì)算公式如下
其中
平滑因子門限α、β在0.9～1之間；
5)、判斷計(jì)算得到的ΔH(n)是否超過(guò)回音路徑失配閾值？如果超過(guò)，則置發(fā)生雙端通話標(biāo)志，并判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟
2)，如果是，則結(jié)束處理；如果沒(méi)有超過(guò)，直接判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理。
全文摘要
一種嵌入式無(wú)線可視門鈴中的回音抵消方法，包括以下步驟1)初始化；2)獲取n時(shí)刻無(wú)線可視門鈴的遠(yuǎn)端信號(hào)、真實(shí)回音路徑、近端語(yǔ)音信號(hào)、背景噪聲、近端麥克風(fēng)輸入信號(hào)、誤差信號(hào)和濾波器輸出為估計(jì)出的回聲副本信號(hào)；3)判斷是否發(fā)生雙端通話，如否，則直接計(jì)算誤差信號(hào)并輸出，如是，則更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)，再計(jì)算誤差信號(hào)；4)白化遠(yuǎn)端信號(hào)和誤差信號(hào)，計(jì)算回音路徑失配值；5)判斷計(jì)算得到的ΔH(n)超過(guò)回音路徑失配閾值，置發(fā)生雙端通話標(biāo)志，并判斷是否結(jié)束處理，如果否，返回到步驟2)，如果是，則結(jié)束處理。本發(fā)明計(jì)算代價(jià)小、能有效改善收斂性能。
文檔編號(hào)H04M9/08GK101826328SQ201010158859
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者孟利民, 徐志江 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué), 杭州普諾科技有限公司