一种用于电话通信的非线性回声消除方法及系统

本发明涉及电话通信领域，尤其是指一种用于电话通信的非线性回声消除方法及系统。

背景技术：

1、电话通信中的回声主要是由声音信号在传输过程中的反射和延迟造成的，包括声学回声和电学回声，这两者都会降低通话质量。回声消除作为电话通信领域不可或缺的一项重要技术，主要用来解决双端通信中回声干扰问题。现有的自适应回声消除算法通常根据线性框架进行建模，但在实际电话通信场景中，由于声学器件的小型化和廉价化，信号可能产生非线性失真，使得回声信号具有非线性特性。在这种情况下，线性自适应回声消除算法可能出现性能下降的问题。

2、此外，在一些特殊环境中，未知系统的输出信号可能受到脉冲噪声的污染。为了加强自适应滤波器的抗脉冲干扰能力，一系列非线性鲁棒仿射投影类自适应滤波器被提出，例如核仿射投影符号滤波器，核类仿射投影滤波器，仿射投影核风险敏感均值p次幂滤波器等。这些核自适应滤波器虽然能取得较好的滤波效果，但它们的权值向量长度会随迭代增加，具有较大的计算复杂度。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中缺乏兼具非线性回声消除能力、抗脉冲干扰能力和较低计算复杂度的自适应滤波器，提供一种用于电话通信的非线性回声消除方法及系统，在提高自适应滤波器非线性回声消除能力的同时，加强了自适应滤波器针对脉冲干扰的鲁棒性，且具有较低的计算复杂度。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电话通信的非线性回声消除方法，包括：

3、获取输入信号采样值，根据所述输入信号采样值分别构建输入向量和预采样矩阵；

4、获取期望信号采样值，根据所述期望信号采样值构建期望向量；

5、根据所述预采样矩阵生成低秩近似矩阵；

6、根据所述低秩近似矩阵和所述输入向量生成映射后的输入矩阵；

7、根据所述映射后的输入矩阵和所述期望向量生成误差信号向量；

8、根据所述误差信号向量生成非线性函数向量；

9、根据所述非线性函数向量和所述映射后的输入矩阵生成梯度累加矩阵；

10、根据所述梯度累加矩阵更新回声消除器的权值向量；

11、其中，基于学生氏t核将所述预采样矩阵转换成包含有非线性元素的所述低秩近似矩阵；

12、基于奈斯特隆方法来根据所述低秩近似矩阵和所述输入向量生成映射后的输入矩阵；其中，基于所述预采样矩阵中的向量个数确定所述奈斯特隆方法的近似阶数，基于所述近似阶数确定所述低秩近似矩阵中索引值的范围，基于所述索引值的范围对所述学生氏t核进行近似处理；在所述近似阶数的临界值到来前，所述近似阶数越大，所述近似处理得到的滤波精度越大；

13、基于符号函数来根据所述误差信号向量生成所述非线性函数向量；

14、基于自适应梯度法来根据所述梯度累加矩阵更新自适应滤波器的权值向量。

15、在本发明的一个实施例中，根据所述输入信号采样值分别构建输入向量和预采样矩阵，根据所述期望信号采样值构建期望向量，包括：

16、所述输入向量表示为：

17、；

18、其中，为当前时刻及其之前连续个时刻的输入信号采样值，为采样长度，上标表示转置运算符；

19、所述预采样矩阵表示为：

20、；

21、其中，为个维的预采样向量，所述预采样向量互不相交；其中，所述奈斯特隆方法的所述近似阶数为所述预采样向量的个数；以及，所述回声消除器的权值向量长度为所述近似阶数；

22、所述期望向量表示为：

23、；

24、其中，为所述当前时刻及其之前连续个时刻的所述期望信号采样值。

25、在本发明的一个实施例中，根据所述预采样矩阵生成低秩近似矩阵，包括：

26、所述低秩近似矩阵表示为：

27、；

28、其中，和分别为所述学生氏t核的自由度和核宽，和为所述索引值。

29、在本发明的一个实施例中，所述映射后的输入矩阵表示为：

30、；

31、其映射关系为：

32、；

33、其中，为所述低秩近似矩阵k的特征值降序排列构成的对角矩阵，为与对应的特征向量矩阵。

34、在本发明的一个实施例中，根据所述映射后的输入矩阵和所述期望向量生成误差信号向量，包括：

35、所述误差信号向量为：

36、；

37、其中，为所述回声消除器在时刻的个抽头权值构成的权值向量。

38、在本发明的一个实施例中，根据所述误差信号向量生成非线性函数向量，包括：

39、所述非线性函数向量为：

40、；

41、其中，为所述误差信号向量的个元素，为符号函数，为向量形式的符号函数。

42、在本发明的一个实施例中，根据所述非线性函数向量和所述映射后的输入矩阵生成梯度累加矩阵，包括：

43、所述梯度累加矩阵为：

44、；

45、其中，表示对角矩阵。

46、在本发明的一个实施例中，根据所述梯度累加矩阵更新回声消除器的权值向量，包括：

47、采用所述自适应梯度法进行推导，所述自适应滤波器的权值向量的更新公式推导为：

48、；

49、其中，为迭代步长值，为正则化参数，为维单位矩阵。

50、第二方面，为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于电话通信的非线性回声消除系统，包括数据获取模块、构建模块、第一计算模块和第二计算模块；

51、所述数据获取模块被配置为：获取输入信号采样值和期望信号采样值；

52、所述构建模块被配置为：根据所述输入信号采样值分别构建输入向量和预采样矩阵，根据所述期望信号采样值构建期望向量；

53、所述第一计算模块被配置为：根据所述预采样矩阵生成低秩近似矩阵；根据所述低秩近似矩阵和所述输入向量生成映射后的输入矩阵；

54、所述第二计算模块被配置为：根据所述映射后的输入矩阵和所述期望向量生成误差信号向量；根据所述误差信号向量生成非线性函数向量；根据所述非线性函数向量和所述映射后的输入矩阵生成梯度累加矩阵；根据所述梯度累加矩阵更新回声消除器的权值向量；

55、其中，基于学生氏t核将所述预采样矩阵转换成包含有非线性元素的所述低秩近似矩阵；

56、基于奈斯特隆方法来根据所述低秩近似矩阵和所述输入向量生成映射后的输入矩阵；其中，基于所述预采样矩阵中的向量个数确定所述奈斯特隆方法的近似阶数，基于所述近似阶数确定所述低秩近似矩阵中索引值的范围，基于所述索引值的范围对所述学生氏t核进行近似处理；在所述近似阶数的临界值到来前，所述近似阶数越大，所述近似处理得到的滤波精度越大；

57、基于符号函数来根据所述误差信号向量生成所述非线性函数向量；

58、基于自适应梯度法来根据所述梯度累加矩阵更新自适应滤波器的权值向量。

59、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

60、本发明提供了一种用于电话通信的非线性回声消除方法及系统，通过奈斯特隆方法近似学生氏t核来构建映射后的输入矩阵，在提高自适应滤波器消除非线性回声能力的同时，具有较低的计算复杂度；采用符号函数来构建非线性函数向量，加强了自适应滤波器针对脉冲干扰的鲁棒性；采用自适应梯度法来更新自适应滤波器的权值向量，实现了算法的优化。