|
|
|
BC/NW 2006, №1 (8): 9.2 Модификация
кубического фильтра Вольтерра в задачах нелинейной эхокомпенсации А.Г. Коврижных, Б.Н. Меньшиков, Ю.А. Брюханов (ЯрГУ, Ярославль) Наличие акустических и электрических эхо-сигналов в
телефонных сетях представляет собой хорошо известную проблему на протяжении
последних четырех десятилетий. Ее решение в классе линейных адаптивных фильтров
[1, 2] в ряде случаев не позволяет получить требуемый уровень подавления
эхо-сигнала [3]. Примерами являются нелинейные искажения в эхо-тракте,
обусловленные наличием аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований
речевого сигнала [3, 4, 5], каналы мобильной связи и др. При этом в реальных эхо-трактах, как
показывают экспериментальные данные, наблюдаются не только квадратичные [3, 4, 5],
но и кубические нелинейности [6, 7]. Таким образом, актуальна задача нелинейной
эхокомпенсации, связанная с необходимостью эффективного подавления эхо-сигнала,
возникающего в телефонных сетях, с учетом нелинейного характера эхо-тракта. В
качестве его модели может быть использован адаптивный полиномиальный фильтр
Вольтерра [8]. Выбор адаптивного алгоритма для перестройки
коэффициентов фильтра также играет существенную роль, так как определяет не
только скорость сходимости, но и суммарную вычислительную сложность его
реализации. Разработанные для решения задач нелинейной идентификации на базе
кубических фильтров Вольтерра [7] адаптивные алгоритмы предполагают наличие
ряда априорных сведений о входном сигнале. Кроме того, эти алгоритмы отличаются
значительной вычислительной сложностью по сравнению с алгоритмами на основе
минимизации среднеквадратичной ошибки. Поэтому для решения данной проблемы
предлагается новый подход, основанный на аппроксимации стандартной структуры
неоднородного кубического фильтра и использовании нормализованного алгоритма наименьших
квадратов (НМНК) для подстройки измененных полиномиальных ядер. Предложен вариант универсальной модификации,
позволяющий построить нелинейный эхокомпенсатор для решения задач не только
электрической, но и акустической эхокомпенсации. Достигнуто значительное
снижение вычислительной сложности нелинейного эхокомпенсатора на базе рассматриваемого фильтра с использованием
алгоритма НМНК. Приведены все необходимые формулы для расчета
производительности цифрового сигнального процессора, необходимого для
соответствующей аппаратной реализации. Применение разработанной модификации
позволило получить выигрыш в 11-12 дБ согласно критерию ERLE [3] по
сравнению с линейным адаптивным фильтром при нелинейной модели эхо-тракта. Литература
1.
Haykin S. Adaptive filter theory. 3rd ed., Prentice Hall
Inc, Englewood Cliffs, NJ, USA, 1996. 2.
Уидроу
Б., Стирнз С.Д. Адаптивная обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1989. 440
с. 3.
Agazzi O. Nonlinear echo cancellation of data
signals. IEEE Trans. Comm., November 1982., V. 30, P. 2421-2433. 4.
Stenger A., Trautmann L., Rabenstein R.
Nonlinear acoustic echo cancellation with 2nd order adaptive Volterra filters.
Proc. ICASSP 99, 5.
Kellerman W. Nonlinear line echo cancellation
using a simplified second order Volterra filter // Int. Conf. on Acoustic,
Speech and Signal Proc. Seattle, WA, 2002, P. 2508-2511. 6.
Favier G., Kibangou A.Y., Khouaja A. Nonliear
system modeling by means of Volterra models. Approaches for parametric
complexity reduction. ISA-2004 Symposium Proc. P. 367-375. 7.
Therrien C.W., Li X., Jenkins W.K.
Computationally Efficient Algorithms for Third Order Adaptive Volterra Filters
// Proc. of the 1998 Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing, 8.
Mathews V.J. Adaptive polynomial filters //
IEEE SP Magazine, 1991, P. 10-26. |