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回波存在于通信传输系统中,一般可分为电学回波和声学回波。电学回波是由于混合交换器中阻抗不匹配,输入信号被混合变换器反射而产生。声学回波是由于环境反射和麦克风与扬声器之间的声学耦合产生,这种回波广泛存在于视频会议系统、车载免提系统和人机交互系统中。本文的研究范围限定于声学回波。
声学回波抵消技术主要有:(1)移频技术;(2)子带中心削波技术;(3)语音控制开关技术;(4)梳状滤波技术;(5)自适应回波抵消技术。以上这些方法中,自适应回波抵消技术是国际上公认的应用最为成功回波抵消技术,也是目前声学回波抵消领域中应用最为广泛的技术。其基本思想是估计回波路径的参数,利用自适应滤波器产生一个模拟的回波路径并产生模拟的回波信号,然后从接收信号中减去模拟信号从而实现回波抵消。常用自适应回波抵消器有FIR结构和IIR结构。IIR滤波器由于自身的稳定性问题,导致了其在自适应回波抵消中极少应用,因此绝大多数的自适应回波抵消系统都是基于FIR滤波器的。本文针对基于FIR滤波器的自适应声学回波抵消系统,从以下两个方面开展了一些研究工作:
1)研究了入耳主观听觉特性在回波抵消中的应用。在声学回波抵消应用中,人耳才是抵消效果的最终评判者,因此在回波抵消应用中应该充分考虑到人耳的主观特性。
本文中提出了两种算法:利用人耳听觉特性的回波抵消算法和利用人耳听觉掩蔽效应的子带双声道回波抵消算法。这两个算法在自适应滤波过程中都充分考虑到了人耳的特殊性,前一个算法在频域自适应算法中引入了人耳的频响特性,使自适应算法按照符合人耳主观特性的规律收敛,后一个算法则充分利用人耳的听觉掩蔽效应,在不引入“畸变”的前提下最大程度的改善双声道输入信号的相关性,从而提升自适应算法的收敛性。
2)研究了基于凸集投影技术的回波抵消算法。基于凸集投影技术的自适应滤波算法近些年来在回波抵消领域中受到了广泛的关注和研究,本文从三个方面研究了相关算法在回波抵消中的应用:a)在凸集投影技术的基础上,本文提出了一种峭度次梯度投影算法并通过仿真实验验证了该算法在声学回波抵消应用中的有效性。b)针对在回波抵消领域中研究较为深入的并行次梯度投影算法给出了一种新颖的步长因子寻优方法。c)从“角度寻优”的方向出发,给出了并行次梯度投影算法的一种加速算法。