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专利号: 2018114048409
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,包括:权值更新模块(1)、FIR有限单位脉冲响应滤波器模块(2)、控制信号模块(3)、变功率白噪声产生器(4)、性能监视模块(5)及WM8731音频编解码器(6),其中,权值更新模块(1),用于通过输入信号x’(n)、误差信号f(n)和μw计算主通道控制滤波器抽头系数,以及通过随机白噪声v(n)、误差信号f(n)和μs(n)计算次级通道控制滤波器抽头系数;

FIR滤波器模块(2),用于产生主通道滤波器的输出y(n)、次级通道滤波器的输出和参考噪声信号的滤波信号x’(n);

控制信号模块(3),用于产生包括读写寄存器地址在内的控制信号来处理FxLMS滤波x最小均方算法的运行;FxLMS滤波x最小均方算法改进主要在于通过变功率白噪声产生器和性能监视模块实现次级通道在线和离线建模的相互转换;

变功率白噪声产生器(4),用于产生ANC系统中次级通道的训练信号即随机白噪声,并对其功率进行分配调度,然后注入到次级通道中;

性能监视模块(5),采用μS max‑μS<α和20log10|f(n)|<0两个等式对次级通道辅助随机白噪声的连续注入进行控制,μS max表示次级通道步长参数的最大值μS表示次级通道步长参‑5 ‑3

数,|f(n)|表示次级通道误差信号,n表示迭代次数,1×10 <α<1×10 ,进而使得次级通道可以进行在线建模和离线建模的相互转换;

WM8731音频编解码器(6),用于对参考噪声信号和误差麦克风信号进行模数转换,从而传进到FxLMS算法中,同时该音频编解码器模块有输入和输出两个端口,并且在输入端口有两路声道,用来接收参考噪声信号和误差麦克风信号;

输入初始参考噪声信号x(n)和误差麦克风信号e(n)分别经过WM8731音频编解码器(6)、权值更新模块(1)和次级通道模拟滤波器S’(z)从而产生主通道自适应滤波器的期望信号d(n)、输出信号y(n)和滤波信号x’(n),其中S’(z)是由次级通道建模滤波器模拟次级通道路径产生,与此同时,通过模块控制信号模块(3)产生的信号控制变功率白噪声产生器(4)发出随机白噪声信号v(n)与主控制自适应滤波器的输出信号y(n)结合,并一起注入到次级通道路径中,产生的信号再与期望信号d(n)相减,得到误差信号e(n),而e(n)就是表示ANC系统降噪性能的物理量;

所述FxLMS改进算法具体步骤为:首先通过计算次级通道建模滤波器的步长参数大小,当步长参数收敛到一定值时,认为ANC系统以及达到收敛,从而停止辅助白噪声的注入;之后,如果ANC系统突然受到环境的变化,导致次级通道变化,从而使得次级通道建模的精度下降,致使ANC系统不稳定,再通过计算f(n)的大小,重新注入辅助随机白噪声进入次级通道建模。

2.根据权利要求1所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,在整个ANC系统运行期间,所述次级通道通过性能监视模块(5)不断的在线建模和离线建模调整,实现和次级通道训练信号即辅助随机白噪声的相互转换。

3.根据权利要求1所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述ANC系统根据如下公式反映出其降噪性能的大小和次级通道建模的精确度:其中R:ANC系统的降噪性能的好坏;e(n):ANC系统主控制自适应滤波器的误差函数;d(n):ANC系统主控制自适应滤波器的期望信号;△S:ANC系统中次级通道建模的精确度大小;Si(n):ANC系统中实际次级通道的路径函数; ANC系统中模拟次级通道的路径函数;M表示次级通道滤波器阶数。

4.根据权利要求1所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述权值更新模块通过输入信号x’(n)、误差信号f(n)和μw计算主通道控制滤波器系数,以及通过随机白噪声v(n)、误差信号f(n)和μs(n)计算次级通道控制滤波器系数,具体公式为:

ω(n+1)表示主通道抽头系数更新值,μω(n)表示主通道步长参数;

μs(n)表示次级通道步长参数, 表示模拟次级通道滤波器。

5.根据权利要求4所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述FIR滤波器模块,用于产生主通道滤波器的输出y(n)、次级通道滤波器的输出 和参考噪声信号的滤波信号x’(n),具体公式为:T

y(n)=ω(n)*x(n)

其中 是对ANC系统中的次级通道的模拟,x(n)表示参考噪声信号,主通道滤波器W(z)和次级通道模拟滤波器 滤波器均通过控制信号模块(3)实现。

6.根据权利要求5所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述控制信号模块(3)包含两个输入:Coef_o是保存在DP_RAM中的更新块的输出信号;Xi(n)是系统中前一个模块的输出信号。

7.根据权利要求5所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述控制信号模块通过两个并行输入控制信号:(1)ADC_full是来自音频编解码器ADC的输出信号;当参考麦克风接收输入信号样本时,它会被激活;(2)通过up_counter块生成了Cnt_max,当计数器达到最大值时,系统激活Cnt_max信号。

8.根据权利要求1所述的基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构,其特征在于,所述ANC系统在进行次级通道建模的一开始,采用在线建模,使其能够准确的跟踪次级通道的变化,而当噪声降低到ANC系统趋于稳定时,关闭次级通道的在线建模即停止辅助白噪声的注入,采用离线建模。