自适应滤波器、方法、介质及电子设备

技术领域

本公开涉及信号处理技术领域，具体地，涉及一种自适应滤波器、方法、介质及电子设备。

背景技术

在现实生活中，当人们使用手机开启免提电话或视频会议终端以进行视频会议时，由于扬声器的外放会导致扬声器播放的声音再次被麦克风采集到，从而导致回声问题。通常来说，回声信号会严重影响通话质量和降低语音识别的准确性，因此需要采用自适应滤波器对产生的回声进行消除。目前常用的自适应滤波器算法（也即回声消除算法）一般是归一化最小均方（Normalized Least Mean Square，NLMS）算法、最小均方（Least MeanSquare，LMS）算法等自适应算法。然而，普通的NLMS算法虽然计算速度快但是收敛速度慢，而RLS算法虽然收敛速度快但计算效率高。

发明内容

本公开的目的是提供一种自适应滤波器、方法、介质及电子设备，不仅能够消除回声，而且还能够有效地平衡计算复杂度和收敛速度。

根据本公开的第一实施例，提供一种自适应滤波方法，包括：利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，得到不同的权重分解向量；利用所述不同的权重分解向量构建不同的权重迭代方式；利用所述不同的权重迭代方式对所述权重矩阵进行更新；利用更新后的权重矩阵对采集到的回声信号进行自适应滤波。

可选地，所述利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，得到不同的权重分解向量，通过下述公式来实现：

其中，

可选地，所述初始化的权重矩阵为随机矩阵或单位矩阵。

可选地，所述不同分解方式的特征矩阵为奇异值分解矩阵。

可选地，所述利用所述不同的权重分解向量构建不同的权重迭代方式，通过以下公式来实现：

其中，

可选地，所述利用所述不同的权重迭代方式对所述权重矩阵进行更新，通过下述公式实现：

其中，

根据本公开的第二实施例，提供一种自适应滤波器，包括：转换模块，用于利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，得到不同的权重分解向量；构建模块，用于利用所述不同的权重分解向量构建不同的权重迭代方式；更新模块，用于利用所述不同的权重迭代方式对所述权重矩阵进行更新；滤波模块，用于利用更新后的权重矩阵对采集到的回声信号进行自适应滤波。

可选地，所述转换模块利用以下公式得到所述不同的权重分解向量：

其中，

可选地，所述初始化的权重矩阵为随机矩阵或单位矩阵。

可选地，所述不同分解方式的特征矩阵为奇异值分解矩阵。

可选地，所述构建模块通过以下公式来构建所述不同的权重迭代方式：

其中，

可选地，所述利用所述不同的权重迭代方式对所述权重矩阵进行更新，通过下述公式实现：

其中，

根据本公开的第三实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现根据本公开第一实施例所述方法的步骤。

根据本公开的第四实施例，提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现根据本公开第一实施例所述方法的步骤。

通过采用上述技术方案，通过利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换得到不同的权重分解向量，从而将现有的自适应滤波设计准则转化成至少两个独立的子设计准则，也即，将自适应滤波器的需要估计的权重矩阵转换成利用两个不同的权重迭代方式进行估计，因此不仅能够消除回声，而且还能够有效地平衡计算复杂度和收敛速度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开一种实施例的自适应滤波方法的流程图。

图2是根据本公开一种实施例的自适应滤波器的示意框图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据本公开一种实施例的自适应滤波方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤S11至S14。

在步骤S11中，利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，得到不同的权重分解向量。

初始化的权重矩阵可以为随机矩阵或单位矩阵。

不同分解方式的特征矩阵可以为奇异值分解矩阵或者其它类型的特征矩阵，只要能够实现权重矩阵的转换即可，也即只要能够将权重矩阵转换成不同的权重分解向量即可。

在步骤S12中，利用不同的权重分解向量构建不同的权重迭代方式。

在步骤S13中，利用不同的权重迭代方式对权重矩阵进行更新。

在步骤S14中，利用更新后的权重矩阵对采集到的回声信号进行自适应滤波。

这里，采集到的回声信号指的是在免提电话、视频会议等场景中利用麦克风采集到的扬声器外放的音频信号。

通过采用上述技术方案，通过利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换得到不同的权重分解向量，从而将现有的自适应滤波设计准则转化成至少两个独立的子设计准则，也即，将自适应滤波器的需要估计的权重矩阵转换成利用两个不同的权重迭代方式进行估计，因此不仅能够消除回声，而且还能够有效地平衡计算复杂度和收敛速度。

自适应滤波器需要输入两个信号，一个称为参考信号，一个称为输入信号（也即采集到的回声信号）。自适应滤波的目的是要把输入信号中关于参考信号的那部分消除掉。由于参考信号经过环境的传播会有一些衰减，所以无法直接使用两者相减的方式来进行，这也是自适应滤波的作用。

自适应滤波的本质在于寻找一个有限脉冲响应（也即自适应滤波器需要估计的权重矩阵），使得该有限脉冲响应与参考信号卷积，得到采集到的回声信号与目标回声信号之间的差最小，也即：

其中，

通常可以采用LMS算法、NLMS算法等对自适应滤波器的需要估计的权重矩阵进行估计。以LMS算法为例，则：

其中，

利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，就能够得到不同的权重分解向量，也即利用下式进行转换：

其中，

将式（4）代入到式（2），则，误差信号可以转换为以下两个不同的权重迭代方式：

其中：

其中，

最后，根据式（3），自适应滤波器的权重矩阵迭代可以转换为：

其中，

得到了第

通过采用上述技术方案，通过将待估计的权重矩阵转换成不同的权重分解向量，就能够将自适应滤波器的需要估计的权重矩阵转换成利用两个不同的权重迭代方式进行估计，因此可以加快整个算法的收敛速度，而通过设置不同的经验参数D，则可以调控自适应滤波器的计算复杂度与收敛速度之间的平衡性，因此，根据本公开实施例的自适应滤波方法不仅能够消除回声，而且还能够有效地平衡计算复杂度和收敛速度。

图2是根据本公开一种实施例的自适应滤波器的示意框图。如图2所示，该自适应滤波器包括：转换模块21，用于利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换，得到不同的权重分解向量；构建模块22，用于利用所述不同的权重分解向量构建不同的权重迭代方式；更新模块23，用于利用不同的权重迭代方式对权重矩阵进行更新；滤波模块24，用于利用更新后的权重矩阵对采集到的回声信号进行自适应滤波。

通过采用上述技术方案，通过利用不同分解方式的特征矩阵对初始化的权重矩阵进行转换得到不同的权重分解向量，从而将现有的自适应滤波设计准则转化成至少两个独立的子设计准则，也即，将自适应滤波器的需要估计的权重矩阵转换成利用两个不同的权重迭代方式进行估计，因此不仅能够消除回声，而且还能够有效地平衡计算复杂度和收敛速度。

可选地，所述转换模块21利用以下公式得到所述不同的权重分解向量：

其中，

可选地，所述初始化的权重矩阵为随机矩阵或单位矩阵。

可选地，所述不同分解方式的特征矩阵为奇异值分解矩阵。

可选地，所述构建模块22通过以下公式来构建不同的权重迭代方式：

其中，

可选地，所述利用所述不同的权重迭代方式对所述权重矩阵进行更新，通过下述公式实现：

其中，

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图3是根据一示例性实施例示出的一种电子设备700的框图。如图3所示，该电子设备700可以包括：处理器701，存储器702。该电子设备700还可以包括多媒体组件703，输入/输出（I/O）接口704，以及通信组件705中的一者或多者。

其中，处理器701用于控制该电子设备700的整体操作，以完成上述的自适应滤波方法中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备700的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器702或通过通信组件705发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口704为处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信（Near FieldCommunication，简称NFC），2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件705可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。

在一示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）、数字信号处理器（DigitalSignal Processor，简称DSP）、数字信号处理设备（Digital Signal Processing Device，简称DSPD）、可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的自适应滤波方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的自适应滤波方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器702，上述程序指令可由电子设备700的处理器701执行以完成上述的自适应滤波方法。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。