论文部分内容阅读
在众多自适应滤波器中，频域自适应滤波器因为计算效率高的优点，非常适合需要高阶FIR滤波器的声回声抵消应用。本文基于现有的频域自适应滤波器，针对它在声回声抵消应用中所存在的参考信号类型影响、算法处理延迟、多通道算法以及算法鲁棒性这四个问题，做了一些研究和探讨。
针对频域自适应滤波器在有色信号输入时，性能相对白噪声输入下降较多的问题，本文对频域自适应滤波器的滤波器系数更新部分进行频谱分析，得到了频域自适应滤波器性能受频谱泄漏影响的规律。
在频域自适应滤波器基础上，通过对滤波器系数更新部分的参考信号频谱、误差信号频谱和约束操作引入通用窗，提出加窗频域自适应滤波器。基于小步长和白噪声输入假设的稳态分析与数值仿真显示，使用对称缓变窗并具有完全约束的加窗频域自适应滤波器，它的失调虽然相对于传统频域自适应算法有少量增加，但它降低了有色信号的频谱泄漏，获得了与白噪声输入相接近的语音信号收敛速度；此外，它所具有的在其时域滤波器开始处收敛速度相对较快的特点，适合处理能量开始处集中并随时间衰减的声回声传播途径。相对于传统的频域自适应滤波器，加窗频域自适应滤波器提高了语音信号的收敛速度，它在声回声抵消应用中具有较高的实用价值。
针对频域滤波器具有的块延迟，传统多延迟频域自适应滤波器能降低块延迟，但性能有所下降，本文依据基于加窗频域自适应滤波器的时域收敛速度分布的分析，为具有高约束倍比的多延迟频域自适应滤波器引入对称缓变窗，提出加窗多延迟频域自适应滤波器。加窗多延迟频域自适应滤波器能保持原有多延迟算法的低块延迟优势，通过引入对称缓变窗去除有色信号输入时频谱泄漏的影响；通过提高约束倍比，以降低部分计算效率为代价，去除了加对称缓变窗后算法速度较低的部分，提高了白噪声和语音信号输入时的收敛速度。加窗多延迟频域自适应滤波器在实时性要求高、处理延迟敏感的声回声抵消应用中具有较高的实用价值。
针对多通道声回声抵消系统特点，本文在多通道频域自适应滤波器和多通道信号预处理两方面做了研究和改进。首先，引入了多通道加窗频域自适应滤波器，它能避免信号频谱中相关成分的泄漏能量对能量较小的独立成分的掩蔽，提高各通道信号中独立成分的利用率；其次，通过分析听觉掩蔽中瞬时掩蔽的带限效应，得到块预处理算法的最小块长要求，提出具有高处理音质的升采样块变换预处理。这个块预处理方法为各个通道参考信号添加不相关噪声，提高信号中独立成分的比例，同时，它利用频率升采样，在低处理延迟的条件下满足了最小块长要求，保证了预处理的音质。实验显示，使用多通道加窗频域自适应滤波器和升采样块变换预处理的多通道声回声抵消系统，在相同或更高处理音质的前提下，相对于使用传统多通道频域自适应滤波器或者半波截断预处理，具有更高的性能。
针对在声回声抵消应用中，近端传声器所受到的噪声以及近端讲话的干扰，本文提出了多误差回顾策略。多误差回顾策略通过一系列的候选更新步长来重新计算自适应滤波器的滤波误差，将这些滤波误差组块后进行评估，根据误差能量约束原则选择最优的候选更新步长用于自适应滤波器的最终更新。集成该策略在频域自适应滤波器中，它的计算开销较小，可提高声回声抵消系统在有近端干扰以及双边讲话时鲁棒性，并且它对回声途径改变有较高的反应速度。在回声途径发生改变时，即使双边讲话也同时存在，集成多误差回顾策略的频域自适应滤波器仍然能够立刻重新收敛。