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      自適應濾波器的收斂檢測的制作方法

      文檔序號:7570124閱讀:295來源:國知局
      專利名稱:自適應濾波器的收斂檢測的制作方法
      背景技術
      本發(fā)明廣泛地涉及自適應濾波器,尤其是檢測能消除回波信號的自適應濾波器裝置的收斂性的技術。
      在電通信領域中,例如具有對講裝置及在蜂窩式電話中,經常希望允許用戶操縱通信設備而不需連續(xù)占用用戶的一只或更多只手。這樣在一些場合例如在汽車中是一個重要因素,因為在其中駕駛員全神貫注地握著電話設備不僅可能會危及他或她的安全,也會危及正在同一條路上的其他人的安全。
      為適應這些重大需要,開發(fā)了一種被稱為“免手提”的電話設備,其中各種電話元件被安裝在免手提環(huán)境中,因而不再需要握住它們。例如在汽車應用中,蜂窩式電話的話筒可以被安裝在遮陽板上,而揚聲器可以是一種安裝在儀表板上的部件,或者也可以是一種與汽車的立體聲設備相關的部件。由于元件是以這種方式安裝的,一個蜂窩式電話用戶不必握著蜂窩式單元或其受話器就可連續(xù)通話。
      對于免手提裝置的一個問題是其聽筒除了拾取蜂窩式電話用戶的聲音外,還有拾取來自蜂窩式電話遠端揚聲器的聲音的傾向??傊捎谕ㄐ畔到y(tǒng)引入的時延,由揚聲器傳出的聲音可由本次呼叫的另一端(所謂“遠端”)的個體當作他或她自己的回波聽到。這樣一種回波可降低語音質量,因此需要減小這種回波。改善這種回波的解決辦法包括使用一個自適應回波消除濾波器或一個回波衰減器。


      圖1中描述了一個具有常規(guī)的回波消除器的典型的“免手提”移動電話,其中該回波消除器是以自適應濾波器裝置形式表現(xiàn)的。一個免手提通信設施例如可以是一個內部安裝了移動電話的自動內心(automotive interior)。這種環(huán)境可對其中的聲信號傳播產生影響,這種影響一般是未知的。以下稱這種類型的環(huán)境為貫穿這一特性的未知系統(tǒng)H(z)。話筒105試圖用于檢測用戶的聲音,但也具有不希望有的效果,即能檢測到從揚聲器109中發(fā)出的音頻信號。正是這種不希望有的作用將回波信號引入系統(tǒng)。回波消除電路100可被用來消除由話筒105產生的信號中包含的回波分量。這種回波消除電路100可在數字信號處理器(DSP)內提供。由話筒105接收的信號120,被放大器122放大并由模數(A/D)轉換器124轉換為數字形式。將數字化的話筒信號126提供給回波消除電路100,以用于回波處理,并由無線電收發(fā)機110最后發(fā)射。由無線電收發(fā)機110接收的輸入信號112被A/D轉換器132轉換為數字形式,并且隨后將數字化輸入信號134提供給回波消除電路100。數字化輸入信號134在回波消除電路100中通過最小均方(LMS)互相關器103和自適應有限脈沖響應(FIR)濾波器101進行采樣。接著,在被提供給揚聲器109之前,數字化輸入信號134被從回波消除電路100輸出到數模(D/A)轉換器136,隨后到放大器138。由回波消除電路100產生的一輸出信號130在被D/A轉換器132進行數模轉換之后,被提供給無線電收發(fā)機110。該無線電收發(fā)機110與一基站(未示出)通信。
      在操作中,自適應有限脈沖響應(FIR)濾波器101產生一個回波估計信號102,該信號通常被稱為

      信號?;夭ü烙嬓盘?02是數字化輸入信號134和濾波器信號101的m個濾波器加權系數(hi)序列的卷積(看等式1)。u^(n)=&Sigma;i=0m-1hix(n-i)]]>等式1其中x(n)是輸入信號,m是加權系數的數目,以及n是采樣數。
      當加權系數被正確設置時,濾波器101產生一脈沖響應,該響應與未知系統(tǒng)H(z)內的揚聲器109產生的響應大體相等。從接收的數字化話筒信號126中減去由濾波器101產生的回波估計信號102(在等式2中指定的u(n)),以產生一個誤差信號e(n)107(看等式2)。
      等式2 e(n)=u(n)-

      (n)理論上,通過回波估計信號102的減法將由揚聲器109引入的來自未知系統(tǒng)H(z)的回波響應從數字化話筒信號126中消除。典型地,需要用200到400個加權系數(以下成為“系數”)在典型的免手提環(huán)境中有效消除回波。
      可看出回波消除器的效率直接與濾波器101將未知系統(tǒng)H(z)的脈沖響應重復的好壞能力相關。這依次地與濾波器101保持的系數hi的設置直接相關。
      提供一個動態(tài)改變系數hi的裝置以允許濾波器101適應未知系統(tǒng)H(z)的變化,這種做法是很有益的。在具有免手提蜂窩裝置的汽車中,當窗或汽車門被打開或關閉時,可發(fā)生這種變化。一個眾所周知的系數匹配方案是最小均方根(LMS)處理,該方案是由Widrow及Hoff于1960年首次引入的,并因為其有效及健全的特性而被頻繁使用。對于應用到回波消除問題時,LMS處理是一個隨機梯度步幅方法,該方法使用一梯度的粗(有噪聲的)估計g(n)=e(n)x(n),以實現(xiàn)一遞增步幅,有助于使話筒信號e(n)中回波信號的能量最小,其中x(n)是相應于等式x(n)=[x(n)x(n-1)x(n-2)......x(n-m+1)]的矢量標記。由LMS處理e(n)x(n)產生的更新信息被用來確定下一次采樣中系數的值。
      以下給出計算下一系數值的等式hi(n+1)=hi(n)+μe(n)x(n-i),i=0......m-1 等式3其中x(n)是一個數字化輸入信號134,(hi)是一個濾波器加權系數,i指定一個專用系數,m是系數的數量,n是采樣數,μ是一個步幅或更新增益參數。
      LMS方法在遞增部分中產生信息,該遞增部分中的每一個都可以有一個正的或負的值。可將由LMS處理產生的信息提供給一濾波器,以更新該濾波器的系數。
      再參見圖1,常規(guī)的回波消除電路100包括一用來向濾波器101提供系數更新信息104的LMS互相關器103。在這個裝置中,LMS互相關器103監(jiān)視代表從數字化話筒信號126中減去由濾波器101產生的回波估計信號102的校正信號107。如上所述產生了回波估計信號102,它被使用在由LMS互相關器103提供給濾波器101的更新信息104上。濾波器101的系數hi,如等式3所述對更新信息104進行累加。
      在如圖1描述的常規(guī)回波消除器電路中,在FIR濾波器系數被充分調整,以便于提供一個未知系統(tǒng)H(z)的脈沖響應的合理的逼近之前需要可觀的一段時間。一旦回波消除器電路充分調節(jié)提供未知系統(tǒng)的脈沖響應的合理逼近,就稱該系統(tǒng)為已“收斂”。在這種匹配之前或之中(即,先于收斂),濾波器101通常和在收斂時一樣也是不工作的。例如,在一個被說明的回波消除裝置中,當系統(tǒng)經歷了匹配后還可能在遠端聽到殘余回波。因此,在匹配中需要提供輔助處理(例如回波抑制),以便在這種匹配間隙抑制回波。這僅僅涉及對話筒信號的衰減,這種衰減不僅會減少回波分量,還會對減小來自免手提設施中用戶的所需的話音信號具有有害作用。因此,需要了解匹配何時結束,即何時濾波器101收斂,以便確定何時解除輔助回波抑制處理。
      概述本發(fā)明的目的是提供用來確定自適應濾波器裝置何時收斂的方法和裝置。
      本發(fā)明還有另一目的是提供輔助信號處理,可根據收斂的指示而對信號處理進行修改、引用及撤消。
      本發(fā)明進一步的目的是提供一個可被用來修正匹配處理的收斂度的指示。
      根據本發(fā)明的系統(tǒng)包括一些方法和裝置,用來檢測具有匹配處理的濾波器設備的收斂度。根據本發(fā)明的典型實施例,收斂的確定包括將在一預定時間段(收斂判定周期)內濾波器裝置中產生的一定量的匹配和在同一周期內積累的基準值進行比較。所述比較值提供了一個體現(xiàn)所述濾波器裝置收斂狀態(tài)的標準化收斂值。根據本發(fā)明的另一方面,可以使用該收斂值引用或撤消輔助信號處理。另一方面,可以使用收斂狀態(tài)調節(jié)一匹配處理。
      本發(fā)明的一個典型實施例將一個收斂檢測合并入一自適應濾波器裝置。在這種實施例中,該裝置包括一個第一(或主)濾波器和一個第二(或“增量”)濾波器。在一個收斂判定周期內,通過一匹配處理反復更新第二濾波器的系數。在收斂判定周期結束時,將第二濾波器的系數送到收斂判定設備。收斂判定設備決定這一周期中的匹配量,該匹配量由收斂判定周期結束時的第二濾波器的系數狀態(tài)表示。收斂判定可包括將第二濾波器的系數和相應于在同一周期內提供的一個系統(tǒng)輸入信號的累加的基準值相比較。
      收斂判定結果表明濾波器裝置匹配的程度,或在專用收斂判定周期內濾波器收斂的程度。所做的指示有利(即裝置被移動得更靠近收斂)時,則將第二濾波器的系數提供給第一濾波器,以更新其系數,之后,第二濾波器系數復位,以便開始為下一次收斂判定周期累加匹配信息。
      在另一種結構中,可用一個存儲設備替代第二濾波器(增量濾波器)。在這種實施例中,在收斂判定期間內,由匹配處理反復地更新信號濾波器的系數。在同一期間內,所述存儲器對匹配處理更新的信息進行累加。在收斂判定周期結束時,將所產生的匹配信息送至收斂判定模塊,以判定收斂狀態(tài)。這種判定可包括與收斂判定周期中向系統(tǒng)輸入的信號相應的基準值相比較,以提供一個標準化收斂值。在每次收斂判定后,存儲器被清空。
      根據本發(fā)明的典型實施例的一種方法,該方法用來判定自適應濾波器裝置內的收斂度,它包括對與收斂判定周期內產生的一定量的匹配相應的累加值進行估計。該方法也可包括和與收斂判定期間內積累的系統(tǒng)輸入信號總和相應的積累值相比較,以提供一個標準化收斂值根據本發(fā)明的另一面,在收斂判定周期中反復地檢測收斂狀態(tài)。這樣做允許在所述裝置為專用采樣而發(fā)生發(fā)散的情況下,對專用采樣輸出更多所需的信號。也可為在收斂判定期間結束時執(zhí)行的收斂判定間的匹配處理的調節(jié)而提供中間檢測。
      因為能夠判定自適應濾波器裝置的收斂狀態(tài),所以這里可提供在其中能引用輔助信號處理的判定點。另外,通過對收斂狀態(tài)進行判定,由在匹配的不同階段提供調整而對濾波器裝置進行最佳控制是可能的。例如,在匹配處理初期,能盡可能快地適應系統(tǒng)(例如使用高更新增益μ-看等式3)是很有利的,而隨后的收斂可通過很好地協(xié)調濾波器裝置(例如,減小更新增益μ)而改善系統(tǒng)特性。
      有關附圖的簡短說明由閱讀以下和附圖一起進行的詳細說明,會更容易理解本發(fā)明的預先說明的內容及其它目的、特征和優(yōu)點,其中圖1描繪了具有常規(guī)回波消除系統(tǒng)的免手提裝置的框圖;圖2描繪了根據本發(fā)明第一實施例的回波消除系統(tǒng);圖3描繪了根據本發(fā)明第二實施例的回波消除系統(tǒng);
      圖4是顯示了根據本發(fā)明一實施例的處理的流程圖;以及圖5是顯示了根據本發(fā)明另一實施例的處理的流程圖。
      詳細說明所給出的以下詳細說明是關于其中使用了話筒和揚聲器的免手提通信環(huán)境中提供的回波消除裝置。必須注意文章中的回波消除裝置僅僅是用于說明的目的,并不能被解釋為本發(fā)明所需的應用。本發(fā)明可應用于包含一自適應濾波器裝置的任一系統(tǒng),在所述自適應濾波器裝置中可自適應地修正濾波器系數,以便模仿一系統(tǒng)響應,并產生一合適的被濾波的輸出信號及/或實現(xiàn)該濾波器裝置的收斂。
      在圖2中顯示了根據本發(fā)明第一實施例的裝置,象應用于上文提到的回波消除系統(tǒng)。在被描述的裝置中,由一個A/D轉換器252將無線電收發(fā)機210產生的輸入信號X轉換為數字形式。該數字化的輸入信號240被提供給回波消除電路200,在該電路中,信號240被LMS互相關器230、收斂判定設備234、第二有限脈沖響應濾波器203(FIR2)及第一有限脈沖響應濾波器201(FIR1)中的每一個采樣。接著數字化輸入信號240又被D/A轉換器246轉換回模擬形式,并被放大器248放大,之后輸出到揚聲器209。未知系統(tǒng)H(z)接收來自揚聲器209的話音輸入信號。話筒205對來自未知系統(tǒng)H(z)的聲音信號采樣,以產生一個話筒信號220。該話筒信號220一般被放大器222放大,之后被A/D轉換器224轉換為數字格式,以產生一個數字化話筒信號226。來自未知系統(tǒng)H(z)的聲音信號(即數字化話筒信號226)既可包括一所需信號(例如用戶的聲音)又可包括來自揚聲器209的聲音信號。該揚聲器聲音信號可被話筒205拾取,并被遠端用戶作為他或她自己的聲音感覺到。
      在圖2所描述本發(fā)明的典型實施例中,提供了回波消除電路200,以消除由揚聲器209導入的回波信號??梢砸詳底中盘柼幚砥鞯男问交蛘呤前谝粋€單個芯片上的作為一個消除回波成分的裝置及一個收斂判定設備而提供一個回波消除電路200。在典型實施例中,第一和第二濾波器201、203是有限脈沖響應(FIR)濾波器。然而,根據本發(fā)明的一種裝置另一方面可包括數字無限脈沖響應(IIR)濾波器,或任何具有可被自適應修正的系數的其它濾波器。
      第一濾波器201輸出一個第一回波估計信號212,該信號在第一累加器點204處被從數字化話筒信號226中減掉,以產生一個第一誤差信號255。該第一誤差信號255被提供給第二累加器點206的一個輸入端,該信號在此處減去由第二濾波器203提供的第二回波估計信號214,以產生一個第二誤差信號207。
      為能自適應地修正第一和第二濾波器201、203的系數,LMS互相關器230對第二誤差信號207和數字化輸入信號240二者都進行采樣。一個更新信息信號232是由LMS互相關器230產生的,并被用來更新第二濾波器203的系數。
      第二濾波器203的系數被LMS互相關器230周期性地更新。經過更長一段時期,在第二濾波器203的系數被復位后,第一濾波器201的系數被來自第二濾波器203的系數更新??赏ㄟ^將第二濾波器203的系數加到第一濾波器201的系數上來執(zhí)行對第一濾波器201系數的更新。這可由以下等式表示hi,1=hi,1+hi,2,i=0......m-1 等式4其中hi,1和hi,2分別是第一及第二濾波器201和203的第i個系數,且m是第一及第二濾波器201、203中每一個的系數數目。
      在最佳實施例中,在這種更新之后,第二濾波器203的系數被設置為零(看等式5),因而允許第二濾波器對下一周期內的LMS更新進行大致的累加。
      hi,2=0,i=1......m-1等式5借助于復位操作,濾波器裝置的響應性能被部分地保持。即一旦復位,第二濾波器203的系數就易于接收來自LMS互相關器230的具有較低溢出風險的附加更新232。此外,因為對第一濾波器的系數進行更新及將第二濾波器203的系數復位,受第一和第二濾波器201、203合并影響而提供的濾波能力全部被第一濾波器201執(zhí)行,所以濾波器性能的質量也得以保持。
      收斂判定設備234根據來自第二濾波器203的系數及對作為數字化輸入信號240形式的基準輸入信號的采樣而產生指示器信號236及254。在本發(fā)明的典型應用中,將收斂指示器信號236及254分別提供給一個多路復用器(MUX)250和一殘余回波抑制設備208。收斂指示信號236被提供給MUX250的控制端口(CTL)。為向殘余回波抑制設備208進行輸出,根據輸入到其控制端上的值,MUX 250或者可以提供第一誤差信號255(輸入1),或者可以提供第二誤差信號207(輸入2)。殘余回波抑制設備208的啟動是受收斂指示器信號254的控制。根據收斂指示器信號254指出的收斂度,殘余回波抑制可被逐步地引入或消除。殘余回波抑制在操作初始狀態(tài)的期間被典型地運用,同時濾波器與所述回波響應匹配。在穩(wěn)定操作時,殘余回波抑制設備208受到控制,以至讓信號通過其輸入端到達其輸出端而不發(fā)生變化。接著,由殘余回波抑制設備208輸出的信號被D/A轉換器235轉換為模擬形式,之后被提供給無線電收發(fā)機210。
      控制器260控制回波消除電路200的操作。該控制器260可以是板上(on-board)電路(描述過的)、板下(off-board)控制或由軟件控制。對于以上選擇對象中的任何一個,典型控制器260是通過如上所述地控制信息的傳送、定時收斂計算及I/O功能而操縱回波消除電路200的。那些本領域普通技術人員根據當前這里的說明可以不費力地制作和使用合適的控制器260。
      在圖4的流程圖中說明了圖2中根據本發(fā)明的一種裝置的運行處理。對以下說明的裝置進行操作的控制信號通常是由控制器260提供的。在以下說明的典型實施例中,每秒鐘做一次收斂判斷。一個一秒收斂判定周期包含8000個采樣周期。用于回波消除電路200的采樣速率為每秒種采樣8000次。對采樣周期1至8000中的每一個,相應于根據流程圖內方框410至455發(fā)生的動作包括對第二濾波器203系數的更新。在收斂判定期間內最后一個采樣周期中(例如在第8000個采樣周期結束時),可以產生與流程圖框460至490相應的步驟。
      通過將采樣周期計數器i復位為零而使在框405處開始了一個新的判定周期。對每一個采樣周期,采樣數計數器i被加1(框410)。數字化輸入信號240被LMS互相關器230、收斂判定設備234、第二濾波器203及第一濾波器201中的每一個采樣(框415)。該數字化輸入信號240接著被D/A轉換器246轉換回模擬形式,再被放大器248放大并將其提供給揚聲器209(框420),以向未知系統(tǒng)H(z)產生一個聲音信號。
      (在方框425處)話筒205對未知系統(tǒng)H(z)采樣。該信號被適量放大,并被轉換以產生一數字化話筒信號226。在框430處,由數字化話筒信號226中減去第一回波估計信號212,以產生一個第一誤差信號255。在方框435處,由第一誤差信號255中減去第二回波估計信號214,以產生一個第二誤差信號207。在框440處,該第二誤差信號207被LMS互相關器230采樣。在框445處,LMS互相關器230向第二濾波器203提供信息232,用來更新第二濾波器203的系數。同由LMS互相關器230的采樣相一致,為輸出目的將第二誤差信號207提供給MUX 250(框450)。
      緊隨每次采樣周期而對采樣周期計數器i進行檢測(框455),以查看采樣周期是否已結束(即8000個采樣周期是否已結束)。如果8000個采樣周期還未結束,則通過計數器i增加繼續(xù)在410處執(zhí)行采樣處理。然而,如果已經運行了8000個采樣周期(即,i=8000),就對收斂度進行判定(框460)。對做這種判定的技術將在以下做更詳細的說明。
      如果在做最后一個判定期間,收斂度被改善了(判決框465),則在將第二濾波器203的系數復位(框475)后,將第二濾波器203的系數加到第一濾波器201框(470)的系數上。如果在判決框465處收斂度并未改善,則將第二濾波器203的系數復位而不更新第一濾波器201的系數。
      接著對收斂狀態(tài)進行檢查以確定該裝置是否已收斂(判決框480)。如果收斂未被指出,或收斂度認為其值得,則可調用或增加殘余回波抑制(框490)。如果收斂被檢測到,或收斂度認為其值得,則可能會消除或減小殘余回波抑制(框485)。在任何一種情況下,新周期在框405處開始。
      可以提供另一個根據本發(fā)明的典型實施例,以在LMS處理錯誤地提供了能使裝置產生輕微誤差的更新信息的情況下,可以輸出第一誤差信號255或第二誤差信號207中較好的一個。可能發(fā)生這種情況的場合是一種所謂“雙向對講”的場合,在這種場合中交談的雙方同時說話。在此情況下,LMS互相關可在互相關處理中產生暫時的人為因素(誤差),該誤差導致對采樣產生能使設備發(fā)散而不是收斂的LMS更新信息。如果雙方具有相似地聲音時,這可能會特別成問題。人工誤差可引起匹配朝著為特定采樣設置的錯誤相關輕微發(fā)散??墒褂秒p向對講檢測器、或可通過在收斂判定期內執(zhí)行一中間收斂檢測、或若干檢測來檢測匹配的發(fā)散。
      再回頭參見圖2,在雙向對話場合或其它錯誤的互相關的情況下,為在一個采樣周期內向無線電收發(fā)機210進行輸出,選擇第一誤差信號255將比第二誤差信號207有利,在該采樣周期中更新信息將會使濾波器的操作發(fā)生發(fā)散。例如,由于處于雙向對講的場合而使LMS的輸出232反映出輕微的發(fā)散,這意味第二濾波器203的系數使收斂狀態(tài)更糟而不是被改善。結果,由第一誤差信號255中減去第二回波估計信號214而產生第二誤差信號207,該信號207在消除一個回波時比第一誤差信號255具有更少的效果。因此,在這種情況下,可能需要輸出第一誤差信號255。
      在圖5的流程圖中說明了根據本發(fā)明一個方面的用來改善一些情況的一種方法,在這些情況中比如雙向對講等條件而導致在采樣期間的若干部分中匹配發(fā)散。圖5中描述的處理與在圖4中的處理有所不同;然而在每個采樣周期都對發(fā)散進行檢測,以做一個判定,即是否輸出第一誤差信號255比第二誤差信號207有利。必須理解可以以較低的頻率檢測發(fā)散,以便對發(fā)散采樣進行定位檢測。
      參見圖5,通過將采樣周期計數器i復位為零而在框505處開始一個新判定周期。對每一個采樣周期,采樣計數器i被加1(框510)。根據一典型實施例,在判決框515處,采樣周期計數器i被檢測,以查看是否已運行了8000個采樣周期。如果8000個采樣周期還未完成,則數字化輸入信號240被互相關器230、第二濾波器203及第一濾波器201采樣。接著,該數字化輸入信號被轉換回模擬形式,被放大并被輸出給揚聲器209。之后,話筒205對由揚聲器240產生的話音信號以類似于圖4中說明的方式進行采樣。
      分別由第一和第二濾波器201和203產生和輸出的第一和第二回波估計信號212和214(框525處)。由此,第一和第二誤差信號255和207如預先說明的那樣被產生了。在框530處,第二濾波器203被LMS的輸出232更新,且收斂判定設備234執(zhí)行一個中間檢測。
      對于所述匹配是否已發(fā)散的判定是在判定框535處作的。如果發(fā)散未被指出,則收斂判定設備234輸出一個控制信號236至MUX 250以選擇輸入2,以便選擇一個第二誤差信號207輸出到殘余回波抑制單元208。如果檢測到有發(fā)散,則由收斂判定設備234選定第一誤差信號255,以便由MUX 250得到一個輸出。采樣周期于是跳轉到下一次采樣,且計數器i相應地增加(框510)。
      如果在判定框515中確定了采樣周期計數器i等于8000,則收斂判定周期內的收斂判定是在框550處作的。所述收斂判定是以與圖4中流程圖所說明的處理相一致的方式執(zhí)行的。然而根據本發(fā)明的另一方面,與給定的收斂判定期內產生的若干匹配相應,可以以一定的數量調用殘余回波抑制(框570)。例如,可以控制殘余回波抑制設備208,以便當所述濾波器裝置收斂時,提供一個逐漸降低數目的殘余回波抑制。根據這樣一個實施例,可將一個收斂值與預定義的門限值比較,以使用適當的步幅逐步引入殘余回波抑制。另一方面,收斂值可被用來提供一定量的與收斂值相應而連續(xù)變化的殘余回波抑制。
      在另一個方案中,可使用一個雙向對講檢測系統(tǒng)(未示出),其中對雙向對講產生的指示可導致選第一誤差信號225而不選第二誤差信號207用于輸出。對雙向對講的檢測也可被用來預防用LMS更新信息更新第二濾波器203。在一個給定的收斂判定期間內,產生的雙向對講的頻率可被監(jiān)視,并被用來控制由第二濾波器203到第一濾波器201的系數信息的傳輸。如果在收斂判定期間內有有限數量的雙向對講,則第二濾波器203的系數可被原封不動或以輕微的改變形式(例如可用比例系數乘以第二濾波器的系數)傳送。可依據在一給定收斂期間內指出的若干雙向對講數量而適當地對這樣一個比例系數進行調整。例如,對過度數量的雙向對講的指示可導致被傳輸系數的值或系數傳輸全體的刮痕(scraping)顯著地降低。
      必須估計到選擇一個較高的更新增益參數μ,將會引起更快的匹配。然而,它也可在處于互相關人為誤差的情況下引起較大的發(fā)散。由此,如上所述提供一個中間收斂檢測是很有利的,以便忽略由引起發(fā)散的采樣導出的相關更新信息。所以對于有可能更廣泛地使用雙向對講的應用,需要提供一個合適的檢測器或一個中間發(fā)散檢測。
      在最佳實施例中,在每一個預定的時間間隔內,通過用第二濾波器203系數的能量、電平或功率值(以下統(tǒng)稱為“ELP值”)除以數字化輸入信號240的累計ELP值,從而執(zhí)行框460、530或550中的收斂判定。該系數值代表一給定期間內對匹配調整的累加。這是源于這樣一個事實在整個期間內具有接收到的更新信息的系數,代表由LMS互相關器230提供的匹配的平均量。每個采樣周期提供每個單個的LMS信息更新信號232是一個小增加值。這個值可以是正的或負的。因此,該系數代表一給定期間內所有LMS更新信息的總和,并且實際上在該期間提供了匹配的平均值。
      當執(zhí)行收斂判定以產生指示收斂度的收斂值時,由該期間內累加的數字化輸入信號240給出的基準值將匹配的量標準化。這種方式的標準化允許在給定期間內所做的相對收斂估計。例如,當在專用期間存在一個小的動作(例如,在用戶間通話),則數字化輸入信號240及被轉換的數字化話筒信號226可能相對較小。由此,在電路中小量相應的匹配活動導致對第二濾波器系數的低ELP值。由數字化輸入信號240的低ELP值對該低ELP值進行標準化,以便由收斂判定設備234所產生的收斂值不會錯誤地指示設備的收斂狀態(tài)。
      等式6給出了對系數能量的計算系數能量=

      等式6其中m是第一和第二濾波器201、203中每一個的系數數。
      以下給出對系數電平的計算系數電平=

      等式7用系數數目除能量值,以給出對系數功率的計算。
      在一定期間內,代表數字化輸入信號240的能量、功率或電平的計算值可計算如下數字化輸入信號240的能量=

      等式8其中x(j)是第j個數字化輸入信號,且k是在該期間內的采樣數。
      數字化輸入信號240的電平=

      等式9通過用數字化輸入信號240的能量值除以該期間內采樣的數目,來執(zhí)行對該數字化輸入信號240的功率計算。
      在另一個實施例中,可將累加的數字化輸入信號當作滑動平均值進行計算。這種方法可能是合乎要求的,因為它的實現(xiàn)不太復雜。
      在可利用的處理硬件不能提供如上所述的滿精度ELP值的有效計算情況下,在使用它們進行計算之前,可能會將該系數式或數字化輸入信號值進行或是線性的或是對數的換算。例如,在那些處理硬件對值進行計算的最有效的且長度不超過16比特的地方,可將系數及數字化輸入信號值向下變換(例如通過舍位或者循環(huán)),以便保證能在16比特之內表述相應的被計算的ELP值。
      可以通過比較任意類型的ELP值(即能量、電平或功率)而提供合適的收斂值,因為通過為數字化輸入信號240對各種類型的ELP值進行累加,從而得到第二濾波器203的系數,其中只要被選擇的類型在收斂判定期之間是始終不變的,則這種累加就一直進行。因此,只要以這種方式確定的該收斂值始終不變,則可以用一個系數功率值除以一個輸入信號能量值,以確定一個收斂值。
      必須注意只有在為一個判定期間而累加的數字化輸入信號240的ELP值足夠大(即,輸入累加大于零)時,才能計算收斂值。如果在一收斂判定期內累加的輸入信號值為零或接近于零,則不可能有任何匹配。在這種情況下,收斂是不能被檢測的,所以原先的MUX輸出選擇及殘余回波抑制量應保持不變。
      根據本發(fā)明的另一方面,可用收斂值控制對輔助信號處理例如殘余回波抑制的應用。也可用收斂值控制匹配的參數(例如,更新增益μ)。一個低收斂值可表明該濾波器已經或接近收斂。一個較高的值可表明還需要更多的匹配或輔助處理。
      在圖2描述的設備中,來自收斂判定設備234的輸出236可被用來控制MUX 250,以便對輔助回波處理有選擇地向殘余回波抑制設備208或者輸出第一誤差信號255或者輸出第二誤差信號207。通常,第二誤差信號207要比第一誤差信號255稍好一點兒,因為存在回波估計信號214的進一步的減法操作。然而,在一收斂判定期間內,偶爾也會使用更新系數232更新第二濾波器203的系數,其中這種更新系數232將會導致在這一時期內比前一時期內更糟的收斂狀態(tài)。當這種情況發(fā)生時,最有利的方法是丟棄這些系數(即將其復位)而不把它們傳輸到第一濾波器201(看圖4的判決框465),之后根據上述圖5的輸出目的而使用第一誤差信號255。
      在操作時,第二濾波器203實際上的作用類似一個存儲器,用來在收斂判定期內存儲來自LMS互相關器230的更新信息232。因為在收斂判定期內已將信息進行了累加,所以實際上第二濾波器的系數包含收斂判定期內若干匹配的平均值。這是由于來自LMS互相關器230遞增的更新信息232的迭代特性,該特性表明試圖將第二誤差信號207中的回波信號成分的能量最小化。在將所述系數值提供給收斂判定設備234后,將它們與第一濾波器201的系數合并,以便使第一濾波器201的系數表示對目前已發(fā)生的匹配進行的累加。已更新了其系數的第一濾波器201去除以前由第一回波估計信號212清除的回波分量外,還去除了以前由第二回波估計信號214消除的回波信號。為避免對這種影響的加倍,將第二濾波器203的系數復位。
      在圖3所描述的第二實施例中,可以使用一個單濾波器301執(zhí)行本發(fā)明,其中在收斂判定期內,可使用累加器303對匹配信息進行累加。圖3中描述的設備與圖2中的設備相似,且其也以較小的規(guī)模運行。然而,不同點在于在給定收斂判定期間LMS更新信息332被累加入一存儲器如累加器303。另外,僅在一個濾波器301中累加系數。當檢測到收斂狀態(tài)時,為如先前所述的恰如其分的計算,存儲在累加器303中的累加信息被提供給收斂判定設備334。接著累加器303被清空,以在下一周期接收LMS更新信息。在這個實施例中,單濾波器301反復地接收并累加LMS更新信息332。存儲器303可被加在收斂判定設備334之內。
      已參照單個的實施例說明了本發(fā)明。但是,這對本領域技術人員是顯而易見的,即以不同于如上所述的最佳實施例中的方式的特別形式使本發(fā)明具體化是可能的。例如,可通過在一通用目的計算機中或在專用處理硬件的應用中執(zhí)行一算法,而實現(xiàn)對整體濾波器的處理。不用脫離本發(fā)明的主旨就可以做到這些。
      已在有助于回波消除的上下文中對本發(fā)明的典型應用予以說明。然而,本領域技術人員將會很容易地理解并識別出根據本發(fā)明操作的濾波設備和方法可被應用于任何一種可能會需要對濾波器設備收斂狀態(tài)進行判定或是一種應用的情況。通常需要已收斂濾波器設備的使用很適合于本發(fā)明的應用。各種使用了信號處理規(guī)范的應用也可被認為適于本發(fā)明的使用。這些包括但并不僅僅限于在高保真音頻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、測試系統(tǒng)及控制系統(tǒng)中的信號處理應用。
      僅僅用圖例說明了最佳實施例,并不能認為其能以任何方式對本發(fā)明進行限制。本發(fā)明的范圍是由附加權利要求而不是在先說明給出的,且所有落入該權利要求范圍的變化及等同物被確定為包括在本發(fā)明中。
      權利要求
      1.一種用來指示自適應濾波器裝置的匹配度的收斂測試裝置,該收斂測試裝置包括用來接收更新信息以控制自適應濾波裝置的運行的裝置;為一預定的時間段而對所述更新信息進行累加的裝置;以及用來由累加的更新信息中產生一信號的裝置,該信號指出該自適應濾波裝置的匹配度。
      2.如權利要求1的收斂測試裝置,其中所述更新信息包括自適應濾波裝置的系數。
      3.如權利要求1的收斂測試裝置,其中所述信號發(fā)生裝置包括基于將累加的更新信息與基準值相比而產生所述信號的裝置。
      4.如權利要求3的收斂測試裝置,其中該自適應濾波器設備是一個自適應回波消除濾波器;且所述基準值是提供給自適應回波消除濾波器的信號中導出的。
      5.如權利要求1的收斂測試裝置,其中所述累加裝置是一個至少提供該自適應濾波裝置一部分濾波操作的自適應濾波器。
      6.如權利要求1的收斂測試裝置,其中所述累加裝置包括一個存儲器設備;及將所述更新信息加到存儲在存儲設備中的值上的裝置。
      7.如權利要求1的收斂測試裝置,進一步包括在預定的時間段后將累加設備復位的裝置。
      8.如權利要求7的收斂測試裝置,其中所述自適應濾波裝置包括一個第一自適應濾波器和一個第二自適應濾波器,每一個提供該自適應濾波裝置的濾波操作中的至少一部分;所述累加裝置是第二自適應濾波器;所述更新信息包括用于第二自適應濾波器的系數;及所述收斂測試裝置進一步包括用來將累加系數由第二自適應濾波器傳輸到第一自適應濾波器的裝置。
      9.一種用來指示自適應濾波裝置的匹配度的方法,該方法包括接收用來控制所述自適應濾波裝置操作的更新信息;對用于一個預定時間段的更新信息進行累加;以及由累加的更新信號中產生一指示所述自適應濾波裝置匹配度的第一信號。
      10.如權利要求9的一種方法,其中所述更新信息包括用于自適應濾波裝置的系數。
      11.如權利要求9的一種方法,其中所述第一信號的產生包括將累加的更新信息與基準值做比較。
      12.如權利要求11的一種方法,其中所述基準值是由提供給該自適應濾波裝置的第二信號中導出的。
      13.如權利要求9的一種方法,其中累加步驟包括使用一個第一自適應濾波器,以執(zhí)行所述自適應濾波裝置的濾波操作中的至少一部分。
      14.如權利要求13的一種方法,其中所述方法進一步包括以下步驟提供第二自適應濾波器;及在預定時間段之后,將系數由第一自適應濾波器傳輸到第二自適應濾波器。
      15.如權利要求9的收斂測試裝置,其中累加步驟包括在一存儲設備中存儲被累加的更新信息。
      16.如權利要求9的方法,進一步包括以下步驟在預定時間段后,將更新信息復位。
      17.如權利要求9的一種方法,進一步包括使用所述第一信號控制第二信號的處理的步驟。
      18.用來處理一自適應濾波器裝置中的系統(tǒng)信號的一種方法,其中該自適應濾波器具有用來更新濾波器系數的至少一個濾波器及一個調節(jié)裝置,所述方法包括以下步驟累加第一總和,該總和是在一預定時間段上向所述濾波系數提供的更新值;累加第二總和,該總和是在一預定時間段上系統(tǒng)輸入信號的值;及將第一總和與第二總和相比,以產生一個指示自適應濾波器裝置中收斂度的收斂值信號。
      19.如權利要求19所述的方法,進一步包括以下步驟使用所述收斂值控制系統(tǒng)信號的信號處理量。
      20.如權利要求19所述的方法,其中使用所述收斂值控制信號處理量的步驟包括撤消信號處理。
      21.如權利要求18所述的方法,其中所述自適應濾波裝置進一步包括一第二濾波器,以及其中所述方法進一步包括在預定時間段之后將至少一個濾波器的系數加到所述第二濾波器上的步驟。
      22.如權利要求21所述的方法,進一步包括以下步驟在所述預定時間段后,將至少一個濾波器的系數復位。
      23.一種對由一自適應濾波器裝置接收的第一信號執(zhí)行回波信號處理的方法,所述自適應濾波器裝置包括一濾波器、一調節(jié)裝置和一收斂判定設備,所述方法包括以下步驟累加自適應更新值的第一總和,該更新值是在一預定時間段提供給所述濾波器;累加第二信號值的第二總和,該第二信號值是在一預定時間段提供給所述自適應濾波器裝置;通過比較所述第一總和與第二總和而估計所述自適應濾波器裝置的收斂;如果收斂估計表明該自適應濾波除了一預定量外還未收斂,則對所述第一信號執(zhí)行信號處理。
      24.一種用來對來自系統(tǒng)的一個輸出信號進行濾波及用來提供一個能指示濾波器收斂度的收斂信號的自適應濾波器裝置,該裝置包括一個具有系數的濾波器;向所述濾波器系數提供自適應更新的裝置;以及對匹配量進行累加的裝置;以及一收斂判定設備,其中所述累加裝置,在一預定時間段內,既累加代表自適應更新值的第一總和,又累加代表輸入到系統(tǒng)的信號值的第二總和,并比較所述第一和第二總和,以提供一個指示所述濾波器裝置收斂度的收斂信號
      25.一種自適應濾波器裝置,用來監(jiān)視由第一系統(tǒng)接收的及向第二系統(tǒng)輸出的信號,還用來監(jiān)視并修改由第二系統(tǒng)輸出的信號以用于向第一系統(tǒng)輸出,該第一系統(tǒng)的裝置包括對由所述第二系統(tǒng)輸出的信號進行處理的裝置,所述濾波器裝置包括一個用來產生一校正信號及一系數更新信號的濾波器,其中所述校正信號是根據由所述第一系統(tǒng)收到的信號而產生的,且該校正信號被加到由所述第二系統(tǒng)的輸出的信號上,以用于向該第二系統(tǒng)輸出;一個用來產生系數更新信號及所述校正信號的匹配設備,其中所述系數更新信號是根據由第一系統(tǒng)接收到的所述輸入信號而產生的;在一預定時間段內,用來累加由所述匹配處理接收的信號的第一總和的裝置;在一預定時間段內,用來累加來自所述第一系統(tǒng)輸入信號的第二總和;將所述第一和第二總和比較的裝置;以及向對第一系統(tǒng)輸出的信號提供信號處理的裝置,其中所述信號處理的提供是依據所述比較。
      26.如權利要求25的一種自適應濾波器,其中所述比較裝置用所述第一總和除以所述第二總和。
      27.一個自適應濾波器裝置包括一個第一濾波器;一個與所述第一濾波器相連的一第二濾波器;一個與所述第二濾波器相連的一匹配設備;以及一個與所述第二濾波器及所述自適應元件相連的一收斂判定設備,其中,由所述自適應元件對所述第二濾波器的系數進行周期性的更新;由所述第二濾波器周期性地更新所述第一濾波器的系數;且通過將一預定時間段內對所述第二濾波器做的更新的系數累加值與同一時間段內的一標準值相比,所述收斂判定設備周期性地判定所述收斂的狀態(tài)。
      全文摘要
      對于自適應濾波器設備中的收斂度的檢測是在該自適應濾波器設備內,將經歷了一段預定時間而產生的一定量的匹配和在同一周期內累計的標準值進行比校而來的。可根據需要收斂的程度而產生、修改及撤消附加的信號處理。
      文檔編號H04B3/06GK1209227SQ96180065
      公開日1999年2月24日 申請日期1996年12月23日 優(yōu)先權日1995年12月27日
      發(fā)明者J·A·J·拉斯慕森 申請人:艾利森公司
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