[发明专利]频域幅值自适应滤波器设计方法及装置、电子设备

说明书

本发明公开了一种频域幅值自适应滤波器设计方法及装置、电子设备，该方法包括：对时域参考信号与麦克风信号进行时频分析，得到各自的频域幅值；基于参考信号频域幅值与滤波器得到回声频域幅值初步估计信号，并获得残差信号；利用残差信号与参考信号对滤波器系数进行更新，得到本帧滤波器最优解；基于本帧滤波器最优解与参考信号重新进行回声估计，得到回声频域幅值二次估计；基于回声频域幅值二次估计和麦克风信号频域幅值得到维纳滤波系数，根据获得的维纳滤波系数对麦克风信号滤波得到自适应滤波输出信号。

技术领域

本发明涉及音频信号处理技术领域，尤其是一种频域幅值自适应滤波器设计方法及装置、电子设备。

背景技术

20世纪60年代，贝尔电话实验室的Kelly第一个提出把自适应滤波器用于回声消除。该原理如图1所示：利用数字滤波器模拟真实的回声路径h，参考信号x(n)与数字滤波器/卷积生成估计的回声信号/从麦克风信号d(n)中减去估计的回声信号/即可得到回声消除后的信号e(n)，再利用一定的准则更新滤波器/的系数即可跟踪变化的回声路径实现自适应回声消除的目的。

根据数字信号处理理论可知，信号经快速傅里叶变换(FFT,fast Fouriertransform)后，时域的卷积可表现为频域的点乘，复杂度从o(n^2)降至o(n*log2(n))。为实现线性卷积，通常还需将FFT前的数据进行补零以防止发生混叠，实际情况实现线性卷积用的更多的频域处理方法是重叠保留法。重叠保留法的实现原理如图2所示：首先将当前帧参考信号x(n)与前一帧参考信号进行串联，得到2的指数个数的时域序列，然后直接进行FFT生成频域信号X(k)，k为频率索引；信号X(k)与滤波器的频响是时域滤波器进行补零后的傅里叶变换)进行点乘生成估计的回声频域信号/将/进行逆傅里叶变换(IFFT)生成回声时域信号/信号/的前一半是循环卷积结果，只取后一半作为回声估计；用麦克风信号d(n)减去估计的回声信号/后半部分得到回声消除后的信号e(n)；利用残差信号e(n)和参考信号x(n)进行滤波器更新，为了在频域实现线性卷积，残差信号e(n)在经过FFT前需要补零，且在滤波器更新项计算过程中还需要进行一次FFT和一次IFFT操作。

由以上可知，重叠保留法需要进行3次FFT和2次IFFT操作，除此以外，该算法还有以下特点：1)输出的残差信号是时域信号；2)输出残差信号直接与前一帧输出进行串联得到连续的时域输出信号；3)该算法对参考信号x(n)与麦克风信号d(n)之间的时延关系比较敏感。为了优化重叠保留法，有人提出了基于循环卷积的自适应滤波算法，如图3所示：首先将当前帧参考信号x(n)与前一帧参考信号进行串联，得到2的指数个数的时域序列，然后加窗并进行FFT生成频域信号X(k)；同时也对麦克风信号d(n)进行与x(n)类似的操作，获得麦克风频域信号D(k)。信号X(k)与滤波器的频响进行点乘生成估计的回声频域信号将麦克风频域信号D(k)减去回声频域信号/即可得到回声消除后的残差信号E(k)。信号E(k)可以通过IFFT变换到时域并加窗生成输出信号，也可以经过频域降噪或其他处理后再生成时域信号。

循环卷积的自适应滤波相比重叠保留法的自适应滤波，能够省去至少三个FFT计算量，且对于参考信号和麦克风信号的时延关系不那么敏感。但是当麦克风采集的回声信号非线性非常大时，这两个自适应滤波器的收敛效果都会比较有限。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种频域幅值自适应滤波器设计方法及装置、电子设备，以解决当麦克风采集的回声信号非线性非常大时，自适应滤波器的收敛效果比较有限的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种频域幅值自适应滤波器设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，对时域参考信号与麦克风信号进行时频分析，得到各自的频域幅值；

步骤S2，基于参考信号频域幅值与滤波器得到回声频域幅值初步估计信号，并获得残差信号；

步骤S3，利用残差信号与参考信号对滤波器系数进行更新，得到本帧滤波器最优解；