何海 付仕明 葉順舟

【摘要】 DTD（雙端發(fā)聲檢測）是回聲抵消中的一項關(guān)鍵技術(shù)。其判定的準確與否直接影響自適應(yīng)濾波器的收斂性能，進而影響整個回聲抵消的性能。本文對當前主要的一些DTD算法進行了介紹。

【關(guān)鍵字】 回聲抵消 雙端檢測 DTD 能量檢測法 相關(guān)檢測法

一、引言

回聲抵消的基本原理如圖1所示。遠端信號x（k）通過聲學(xué)回波信道h產(chǎn)生回波y（k），然后混合近端聲音v（k）得到近端信號d（k）。通過使用自適應(yīng)濾波器h？來模擬信道h，可以使得）（？ky逼近回波，進而達到回波抵消的目的。

從上圖可以看出，回聲抵消的核心即是：盡快的預(yù)估出h？，使其盡可能的逼近真實的h。當前通常采用的，通過各種自適應(yīng)濾波算法預(yù)估h？，如：LMS，NLMS，AP等。若不存在v（k），這些自適應(yīng)濾波算法均能或快或慢的達到穩(wěn)態(tài)收斂，抵消掉絕大部分回波信號；但當存在v（k）時，等效于加入了大信號的噪聲，所以會極大影響自適應(yīng)算法的收斂速度，嚴重時會造成發(fā)散。

以商用中較為常見的一種自適應(yīng)算法NLMS算法為例：

在式（1.5）中，v（k）的存在將濾波器系數(shù)產(chǎn)生較大的誤差，甚至引起發(fā)散。

因此，一般的回聲抵消算法中都包含自適應(yīng)濾波和雙端檢測兩個主要部分，雙端檢測即是對當前語音通話狀態(tài)進行判定（近端講話，遠端講話和雙端講話），而雙端檢測算法的判定準確性高低直接決定著回聲抵消算法的優(yōu)劣。當判定為近端講話狀態(tài)時，自適應(yīng)濾波器既不進行濾波也不進行系數(shù)更新；判定為雙端講話的時不進行系數(shù)更新但是要進行自適應(yīng)濾波；只有在遠端語音狀態(tài)下既要進行濾波又要進行系數(shù)的更新。

二、雙端發(fā)聲檢測算法研究歷史與現(xiàn)狀

D. L. Duttweiler于1978年提出的Geigel算法[1]是一種最基本的雙端發(fā)聲檢測算法，它用先前遠端N個采樣點中最大幅值的信號乘以乘積因子0.5，如果大于當前遠端采樣點的信號幅值，則判定為雙端發(fā)聲。算法的理論基礎(chǔ)是，在典型的網(wǎng)絡(luò)回波抵消應(yīng)用中，回波路徑損耗為6dB這一經(jīng)驗事實，N值的確定取決于回波路徑的時延。在電回波抵消應(yīng)用中，回波信道環(huán)境相對固定，通過測定一個固定的回波路徑損耗值，就能很好的模擬信道，因而算法有很好的效果且實現(xiàn)簡單，運算復(fù)雜度低。但是它的局限性是比較門限的設(shè)定比較粗糙，難以普適于信道環(huán)境變化的場合。Geigel算法是能量比較法的典型代表。

H. Ye 和 B.X. Wu用遠端信號和誤差信號的互相關(guān)作為比較參數(shù)，提出了改進的算法——相關(guān)檢測法[2]。當不存在雙端發(fā)聲時，自適應(yīng)濾波器能很好地逼近回波信道，誤差信號中殘留的遠端信號較小，使得該相關(guān)值較小。以該相關(guān)值作為比較參數(shù)，當它大于0時，判定為雙端發(fā)聲。該算法實質(zhì)是通過判定自適應(yīng)濾波器的狀態(tài)進而判定雙講狀態(tài)，將濾波器未收斂完成與雙講狀態(tài)相對應(yīng)，但是由于回波信道或多或少會變換，自適應(yīng)濾波器會相應(yīng)的去自適應(yīng)，使得該算法雙講檢測的性能較差。

T.Gansler提出了一種基于遠端信號和話筒輸入信號相關(guān)性的算法[3]。優(yōu)點是實現(xiàn)簡單且復(fù)雜度不高。缺點是不能充分的對相關(guān)值進行歸一化，得門限值的設(shè)定極大的取決于輸入信號的統(tǒng)計特性和回聲路徑特性。

利用固定門限來判定雙端發(fā)聲，J.Benesty提出了一種基于回波信號和近端信號歸一化互相關(guān)值的方法[4]。雖然能較好的應(yīng)用于大多數(shù)場合，但和上面提到的算法一樣，近端噪聲的加入仍然會影響它的判決精確度。

上述算法的一個共同缺點是不能適應(yīng)聲回波抵消環(huán)境中回波信道不斷變化的特性。于是，出現(xiàn)了一種新的算法——雙濾波器法[5]。它引入的輔助濾波器和系數(shù)緩存的概念。這種結(jié)構(gòu)中含有兩個濾波器，信道的跟蹤由自適應(yīng)濾波器完成，而回波抵消則由自適應(yīng)濾波器和輔助濾波器共同完成。主濾波器系數(shù)的更新過程一直進行，不受基于雙端發(fā)聲檢測的回波抵消控制器的控制。當雙端發(fā)聲使得自適應(yīng)濾波器系數(shù)發(fā)散時，通過回波抵消控制器的控制，使用輔助濾波器的濾波結(jié)果，從而保證回波抵消性能；當發(fā)生信道變化時，由于自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新過程一直進行，保證了自適應(yīng)濾波器能夠快速跟蹤信道的變化，同時根據(jù)自適應(yīng)濾波器在信道變化后的收斂程度決定此時選擇自適應(yīng)濾波器的輸出結(jié)果y（k），還是輔助濾波器的濾波結(jié)果ya（k）。顯然，在以上兩種情況下，輔助濾波器體現(xiàn)的是在自適應(yīng)濾波器系數(shù)發(fā)散前對信道的一個較好的逼近或估計。所以為了判定什么時刻自適應(yīng)濾波器系數(shù)是信道的一個較好的逼近，以便于以此刻的自適應(yīng)濾波器系數(shù)構(gòu)造輔助濾波器，首先要定義一個數(shù)值量來反映自適應(yīng)濾波器系數(shù)逼近信道程度，可以用相關(guān)檢測法中的歸一化互相關(guān)值來估計。

由上可以看出，雖然雙濾波器法仍然存在門限值的選定，對噪聲的敏感等問題會引起濾波器的發(fā)散，但是它引入了備用策略，輔助濾波器的系數(shù)定期保存著當前對信道的最佳逼近。所以，當主濾波器發(fā)散時，馬上用輔助濾波器進行回復(fù)，使得整個回波抵消裝置不至于崩潰。但是，該算法的計算量偏大。

三、結(jié)束語

本文介紹了當前主要的一些雙端檢測算法。雙端檢測算法可以大致分為兩類：能量比較法和相關(guān)性比較法，各自存在優(yōu)缺點。能量比較法實現(xiàn)簡單，復(fù)雜度低，但是門限的選取較固定，難以適應(yīng)回聲環(huán)境變換的場合，性能較不可靠；而相關(guān)比較法對應(yīng)回聲環(huán)境變換的場合適應(yīng)性較好，相應(yīng)的，實現(xiàn)復(fù)雜度相對較高。雙濾波器法本質(zhì)上仍是能量比較法和相關(guān)比較法，只是增加了備份回退的策略。

參 考 文 獻

[1] D. L. Duttweiler， “A Twelve-channel Digital Echo Canceler，”IEEE Trans. Commun. Vol.26， No.5， pp.647-653， May 1978

[2] Hua Ye “A New Double-Talk Detection Algorithm Based on the Orthogonality Theorem”， IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS， VOL. 39， NO. 11， NOVEMBER 1991， pp.1542-1545

[3] Tomas Gander “A Double-Talk Detector Based on Coherence”， IEEE TRANSACTlONS ON COMMUNICATIONS， VOL. 44， NO. 11， NOVEMBER 1996， pp.1421-1427

[4] Benesty J， A new class of doubletalk detectors based on cross—correlation[J].IEEE Trans on Speech and Audio Processing，2000，8（2）：168-172

[5] 汪萌 一種使用雙濾波器的回波消除算法 數(shù)據(jù)采集與處理 2006.3