• 各种自适应滤波器总结


    音质优化,回声消除试听:https://pan.baidu.com/s/1nvObNvz

    时域:

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    LMS滤波器

    参数更新公式:

     

    权重更新收到输入信号的能量影响较大,输入信号能量越大,步长取值应该较小,保证不容易发散。

    步长太大,容易发散。

    步长太小,稳定,但是收敛速度慢,相互矛盾。

    缺点:

    1.逐个点更新,计算量大

    2.瞬时跟踪能力较弱

    NLMS滤波器

    将输入信号的能量融合入权重更新公式,则

    优点:对于不太平稳的语音,相对LMS,也有较快的收敛性和平稳性。

    计算量问题:

    LMS算法:M阶自适应滤波器作用,有M次乘法,权重因子更新,则有M+1次乘法。M阶滤波器走一圈,则有2M+1次乘法。

    NLMS算法:需要加上额外的能量乘法计算,则有3M+2次乘法。

    计算量都正比于M阶系数。

    对于NLMS中能量的计算,可以用平均能量做平滑进行估计,减小计算量:

    AP算法:NLMS的一般化

    利用了P列历史数据,后续的参数计算都是矩阵计算,不再是逐个点计算。有更好更快的收敛性,但是 计算量变大为

    重复利用过去的数据来提高收敛速度,但数据重用也导致了计算复杂度的增大。

    当P为1时,退化成NLMS。 

    RLS算法:最小化加权重的均方误差和。

    越久的点,则占的权重就越小,符合实际情况,满足非平稳的特性。

    更新公式:

    其中,

    复杂度:

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    可变步长:

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    时延估计:

    DTD检测: 

    http://www.docin.com/p-1263426732.html

    http://www.docin.com/p-848898417.html&dpage=1&key=%E5%9B%9E%E9%9F%B3%E6%80%8E%E4%B9%88%E6%B2%BB

    《一种新的回音消除的双向通话检测算法》

    能量比较法

    GEIGEL法    简单误判率高

    相关函数法   计算量大

    回声路径估计法   复杂

    两矢量夹角法  就是下面那个公式

     

    如果v(n)由u(n)经过线性系统获得,则该系数为1,表示两者之间的线性关系,相关度。

    NLP后处理:

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    子带自适应滤波器的若干问题

    子带滤波器要完美重建需要满足一定条件,实际工程中,只需满足现实需求即可。

    优点:

    1.分成子带后,每个子带的信号变得相对平坦,频谱下采样后,有利于滤波器收敛。

    代码中,对子带频域信号进行循环偏移(时域抽取),只取前面FS/D。

    D决定了把频谱分成几个块,把这几个块进行循环右移动0~D-1,叠加在第一个块中。

    Hz(i) 送入第几个子带信号,进行下采样(频谱下采样最后得到 W/D带宽的窄带信号)。

    子带信号的时域和频域做法

    子带时域,每隔D次更新      恢复,先通过FFT变换,变成频域子带信号(已经偏移好了),之后如频域做法

    频域做法就是偏移叠加,取第一个块。    恢复全带过程:  重新组合,   频域全带   Ifft    时域全带

    相对于子带,过采样的好处,减少混叠。如果是严格下采样,相邻子带有混叠。

    将子带信号进行频谱下采样后,可以重新排列,组合成全带信号。

    因为子带 1,2,3 和 子带 7,6,5  共轭对称。所以仅需子带0,1,2,3,4可以恢复出全带信号。(i=1,2,...N/2-1)子带  与   N-i子带共轭对称。

    2.分成子带后,滤波器的阶数较低,计算量较小。

    3.分成子带后,有利于各个子带的并行处理。

    缺点:

    下采样会造成各个子带有混叠,而且混叠不可避免。对于单个子带来说,混叠相对于添加了噪声,这个会干扰自适应的过程。 

    为了减小混叠的影响,可以进行过采样,但是这会造成许多小的特征值(自相关矩阵),这称为子带边界效应。

    过采样的好处:减小混叠,均方误差较小;但是相对于严格下采样,一个快的初始收敛,慢的稳定收敛渐进线(边界效应,小的特征值),如图:

    解决的思路:1.融合自适应cross-filter滤波器进行混叠补偿。 2.采用MSAF。 3.采用闭环结构。最小化全局的均方误差,而不是子带。

    fir1(127,1/4)低通原型滤波器,Hi(z) = 原型滤波器  指数调制,为复数,所以频谱不会对称。

         

    四个子带; 过采样2倍,减小混叠,但是造成小的特征值;严格下采样,还是包含不希望的混叠分量。

    cross-filter,相邻子带之间相互影响的因素考虑进去:如图

    开环结构:

    对输入信号和期望信号都进行子带分解,每个子带滤波器都各自独立的进行自适应收敛,它不是全局均方误差最小化,而是

    各个子带均分误差之和最小。

    闭环结构:

    对输入信号和误差信号进行子带分解,最小化全局整频带的均方误差最小,有利于减小边界效应和混叠效应,合成时有时延对齐。

     

    PNLMS 加快收敛,误差较大

    IPNLMS(improved proportionate) 扩展了NLMS算法,使用不同的步长,针对不同的系数,收敛率不依赖于信号的能量强度。

    PMSAF 使用一系列子带信号 用全带滤波器

    PMSAF在自适应阶段使用子带信号,这是与IPNLMS最主要的区别。

    与之相似的是,步长的计算基于每个系数的幅度。

    基本思想:刚开始用大步长,后面用小步长。梯度大时,用小步长,梯度小时,用大步长。

    BLMS     分块的LMS时域算法

    FBLMS   分块的LMS频域实现算法,可能造成大的时延

    PFBLMS  分块频域快速块LMS,可以减小时延,处理长时回声

    PBFDAF  或者说FBLMS是MDF的特殊情况,h(n)不作分块,或者说分块为1.

    又称为MDF, 与FBLMS,不同的是,h(n)也做了分块,分段块频域自适应滤波,处理长时回声,时延小

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