自适应滤波算法的研究及在VoIP系统上的应用

摘要

随着技术的发展，人们对通信服务质量的要求不断提高，其中就包括噪声消除。自适应滤波技术作为当前主流的噪声消除模块，其理论模型最早于1960年由Widrow和Hoff提出，已被大量应用于通信、雷达、车载系统、医学等众多领域。而近几年由于虚拟运营商的兴起，各类VoIP(Voice over Internet Protocol)软件层出不穷，突破了原先固定运营商的限制。人们对于各类VoIP软件褒贬不一，其中语音的服务质量成为人们选择一款VoIP软件的重要标准。因此良好的噪声消除能力是对VoIP软件的一项重要考验。
　　现今LMS算法存在收敛速度和稳态误差上的矛盾，当步长因子过大，则收敛速度快，但误差变化较大;当步长因子过小，则收敛速度很慢但是误差稳定。针对于此矛盾，本文提出了一种基于DCT的变步长LMS算法。该算法融合了Lorentzian函数的变步长算法的优势，引入Lorentzian函数来实现算法中步长因子的变化，建立步长因子和误差的某种非线性函数关系，使步长因子动态变化。同时融入变换域的思想，通过DCT来实现算法收敛速度的进一步提升，充分利用了DCT的去相关能力和Lorentzian函数的快速收敛能力。本文完成的内容主要如下:
　　(1)研究了自适应滤波技术的原理及大体框架。对固定步长LMS算法和变步长LMS算法进行算法分析和仿真实验，通过对算法的性能进行比较，得出算法的优缺点。
　　(2)通过对离散余弦变换理论的研究来进一步了解变换域LMS算法的实现原理。并且将离散余弦变换和离散傅里叶变换进行比较来分析两种变换的优势。
　　(3)通过将变步长LMS算法的思想与变换域LMS算法的思想相融合，结合两种思想的优点来提出一种基于DCT的变步长LMS算法。对提出的算法进行算法推导和仿真分析，并且通过实际语音信号的实验来测试其优越性。
　　(4)本文设计研究了一款基于iOS的VoIP软件，对软件的整体框架和各模块的具体设计实现进行了一定的分析。并且通过对软件新增噪声消除模块来改善软件的语音服务质量，并对系统进行测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自适应滤波算法研究现状

1．2．2 VoIP研究现状

1．3 论文主要研究内容与结构安排

第2章 自适应滤波系统中的关键算法分析

2．1 自适应滤波系统的基本原理

2．2 LMS自适应滤波算法

2．2．1 LMS算法原理

2．2．2 LMS算法性能分析

2．3 变步长LMS自适应滤波算法

2．3．1 变步长LMS算法原理

2．3．2 变步长LMS算法性能分析

2．4 离散余弦变换理论

2．4．1 DCT原理

2．4．2 DCT的正交性

2．4．3 DFT原理

2．4．4 DCT和DFT的性能比较

2．5 本章小结

第3章 基于DCT的变步长LMS算法的研究

3．1 变换域LMS算法的原理分析

3．2 基于DCT的LMS算法

3．2．1 DCT-LMS算法的原理

3．2．2 DCT-LMS算法的收敛性能

3．3 基于DCT的变步长LMS算法分析

3．4 算法仿真分析

3．4．1 LMS算法仿真实验

3．4．2 变步长LMS算法仿真实验

3．4．3 基于DCT的变步长LMS算法的性能仿真分析

3．4．4 基于DCT的变步长LMS算法对语音滤波的仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于iOS的VoIP系统的设计与实现

4．1 基于iOS的VoIP系统的框架分析

4．2 基于iOS的VoIP系统的界面设计

4．2．1 登录界面的实现

4．2．2 用户列表界面和拨号界面的实现

4．2．3 呼叫界面的实现

4．2．4 来电界面的实现

4．2．5 通话界面的实现

4．3．1 SIP信令模块的实现

4．3．2 语音采集模块的实现

4．3．3 语音播放模块的实现

4．3．4 语音编解码模块的实现

4．3．5 语音传输模块的实现

4．4 自适应滤波算法在VoIP系统上的实现

4．4．1 自适应噪声消除原理

4．4．2 自适应滤波算法在噪声消除上的实现

4．4．3 实验结果与分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果