[发明专利]一种混合频域自适应算法

说明书

本发明公开了一种混合频域自适应算法，通过分析NFBLMS和MFBLMS算法的误差收敛轨迹图，得到在NFBLMS和MFBLMS算法之间的最佳切换参数为误差能量；在收敛初期或声环境发生变化时执行NFBLMS算法以便快速收敛；通过分析计算NFBLMS算法在收敛初期的收敛速度，然后对误差总能量J(k)期望值J_m(k)的收敛曲线进行拟合估计；当J_m(k)降低幅度小于预定阈值时，从NFBLMS算法切换到MFBLMS算法，然后收敛到维纳解；当声环境发生变化时，将误差能量与参考信号能量的比值ξ(k)作为从MFBLMS算法向NFBLMS算法切换的参数；本发明运算量小，同时能保证混合算法的普遍适应性。

技术领域

本发明涉及一种混合频域自适应算法，属于音频处理技术领域。

背景技术

自适应滤波被广泛应用于语音增强、回声消除、有源噪声控制和通信系统等。最小均方(LMS)算法由于算法简单、稳定性好而被自适应滤波广泛使用，但是当LMS算法的参考信号自相关矩阵特征值分布差异较大时，它的收敛速度将变慢，且它的运算随着自适应滤波器长度的增加而显著增加。

为了减少自适应滤波的运算量，人们通常使用频域块最小均方(FBLMS)算法。当自适应滤波每个频带的步长被对应频带参考信号功率归一化时，FBLMS算法的收敛速度明显加快。虽然归一化FBLMS(NFBLMS)算法的收敛速度很快(Farhang-Boroujeny,B.,and Chan,K.S.,Analysis of the frequency-domain block LMS algorithm,IEEE Trans.SignalProcess.,48(8),2332–2342,(2000).)，但是当自适应滤波器长度不足或者系统非因果时，它的均方误差(MSE)稳态值会增加(Wu,M.,Yang,J.,Xu,Y.,and Qiu,X.J.,Steady-statesolution of the deficient length constrained FBLMS algorithm,IEEETrans.Signal Process.,60,6681–6687,(2012).)。修正FBLMS(MFBLMS)算法在增加少量运算量的前提下使得均方误差收敛到维纳解(Lu,J.,Qiu,X.J.,and Zou,H.S.,A modifiedfrequency-domain block LMS algorithm with guaranteed optimal steady-stateperformance,Signal Process.,104,27–32,(2014).)，但MFBLMS算法的收敛速度慢于NFBLMS算法(Lu,J.,Chen,K.,and Qiu,X.J.,Convergence analysis of the modifiedfrequency-domain block LMS algorithm with guaranteed optimal steady stateperformance,Signal Process.,132,165–169,(2017).)。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种混合频域算法，将NFBLMS和MFBLMS算法结合起来，分析了它们的收敛特性，提出了算法切换参数，在不同的时刻使用不同的算法，混合算法结合很快收敛到维纳解。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合频域自适应算法，包括以下步骤：

步骤1，通过分析NFBLMS和MFBLMS算法的误差收敛轨迹图，得到在NFBLMS和MFBLMS算法之间的最佳切换参数为误差能量。

步骤2，在收敛初期或声环境发生变化时执行NFBLMS算法以便快速收敛；通过分析计算NFBLMS算法在收敛初期的收敛速度，然后对误差总能量J(k)期望值J_m(k)的收敛曲线进行拟合估计；当J_m(k)降低幅度小于预定阈值时，从NFBLMS算法切换到MFBLMS算法，然后收敛到维纳解。