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专利号: 2021108877384
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:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,包括:RISC v处理器SOC、IIS音频传输接口电路、音频编解码WM8731模块、音频降噪FxLMS算法,其中,所述RISC v处理器SOC与IIS音频传输接口电路相连接,IIS音频传输接口电路与音频编解码WM8731模块相连接,音频降噪FxLMS算法则通过软件编程的方式下载到RISC v处理器核内进行运行;

所述RISC v处理器SOC包括E203_CORE、指令紧耦合存储器(ITCM)、数据紧耦合存储器(DTCM)、中断控制器(PLIC和CLINT)、系统存储总线、ROM只读存储器、片外Flash存储器、JTAG调试接口、协处理器接口、NICE_CORE、外设设备总线、UART串口、IIC接口及IIS接口组成;其中,E203_CORE为处理器核用于运行指令并按照顺序执行指令,同时根据指令内容控制相应的部件对数据信息进行处理,指令紧耦合存储器用于存储指令供处理器核获得指令字,数据紧耦合存储器用于存储数据供处理器核获得操作数,中断控制器中的CLINT则用于生成软件中断和计时器中断,PLIC则用于多个外部中断源的优先级仲裁和派发,系统存储总线用于处理器对存储器的访问,ROM只读存储器用于存储固化的软核文件,片外Flash存储器用于存储编译汇编后的C语言程序,JTAG调试接口用于在线调试,协处理器接口用于处理器核与协处理器核之间通信传输,NICE_CORE用于对处理器核中传来的数据进行加速处理,外设设备总线用于处理器核与各个外设接口之间的通信传输,UART串口用于把ADCDATA和DACDATA传输至上位机进行保存,便于用MATLAB对数据进行分析,IIC接口用于处理器核对音频编解码WM8731模块进行寄存器的配置,及IIS接口用于处理器核与音频编解码WM8731模块之间的通信传输;

通过片外Flash存储器保存C语言程序编译汇编链接之后产生的可执行文件,系统启动之后,首先蜂鸟E203核进行初始化,然后根据指令执行访问外设总线上的IIC接口电路,根据指令首先通过IIC接口配置音频编解码模块WM8731;通过参考麦克风采集声音信号和目标噪声叠加之后的声源信号,通过误差麦克风采集到残余噪声,将采集到的声源信号和残余噪声经过WM8731模块的音频数据接收端,通过模块其内置的ADC转换模块,将模拟信号转变成数字信号,之后通过一个模块内置的数字滤波器模块进行滤波处理,把滤波后的数字信号通过IIS接口电路传输到外设总线上;然后根据指令从外设总线上获取滤波后的数字信号并传输至E203_CORE内按照FxLMS算法的软件实现流程进行处理;之后又根据指令执行将处理之后的数字信号传输至外设总线,将经过降噪FxLMS算法处理之后的数字信号进行输出,再通过IIS外设接口电路传输至WM8731音频编解码模块中进行DAC转换,将处理之后的数字信号转变成模拟信号,通过音频数据发送端传输至次级声源得到反相噪声;最后得到的反相噪声与目标噪声干涉相消,从而进行音频的主动降噪实现音频降噪系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,所述IIS音频传输接口电路接收来自音频编解码模块采集处理之后的数字信号,并根据传输采样率和传输字节位数进行左右声道的传输,同时IIS音频传输接口电路还用于配置FIFO的宽度和深度,以满足对不同传输情况下的要求,并且也用于传输来自RISC v软核降噪处理之后的数字信号,使该数字信号能正确的传输至音频编解码模块进行DAC处理并产生次级声源。

3.根据权利要求2所述的一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,所述音频编解码模块WM8731的内部设置有一个内置的ADC和一个DAC以及一个数字滤波器,通过MIC或者LINE传输采集模式,采集外部的待处理声源,经过其内置ADC进行模拟信号到数字信号的转变,然后将得到的数字信号经过内置数字滤波器进行滤波处理,得到输出数据ADCDATA,然后通过RISC v软核处理之后的数据DACDATA输入到音频编解码模块中的DAC,进行数字信号到模拟信号的转换,将转换之后的模拟信号通过MIC进行输出。

4.根据权利要求3所述的一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,在IIS音频传输接口电路中,来自音频编解码模块的ADCDATA作为接口电路传输的输入,来自RISC v软核处理之后的DACDATA作为接口电路传输的输出,同时该接口电路的位时钟信号来自RISC v软核中混合时钟管理单元电路mmcm‑ip核生成的12.288MHZ的时钟,在采用256fs采样率和16bits单一声道传输的情况下,产生左右声道切换时钟信号为48KHZ的LRCK。

5.根据权利要求1所述的一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,所述音频降噪FxLMS算法,编写以C语言为描述语言,通过IDE软件进行编译汇编链接下载可执行文件到RISC v软核中,通过指令的执行以软件方式实现FxLMS音频降噪算法。

6.根据权利要求5所述的一种基于RISC v软核的音频降噪系统,其特征在于,在音频降噪FxLMS算法的软件实现中,将待处理数字信号降噪处理后得到的数字信号,采用如下公式进行降噪处理:

y(n)=y(n)+w(n)(k‑2)x(n)e(n)=d(n)‑ys(n)

d(n)=p(n)*x(n)

ys(n)=s(n)*y(n)

其中y(n):次级声源、w(n)(k):权值系数、x(n):声源信号、e(n):误差信号、d(n):残余噪声、ys(n):通过次级路径的次级声源、p(n):声源信号到误差麦克风的参考信号、s(n):次级声源到误差麦克风次级路径产生的信号、 声源信号的估计值,其中对步长因子的约束具体为:

其中μ:FxLMS算法的步长;λmax:自相关矩阵的特征值的最大值。

7.一种基于权利要求1‑6任一项所述系统的音频降噪方法,其特征在于,包括以下步骤:

首先通过片外Flash存储器保存C语言程序编译汇编链接之后产生的可执行文件,系统启动之后,蜂鸟E203核进行初始化,根据指令执行访问外设总线上的IIC接口电路,根据指令通过IIC接口配置音频编解码模块WM8731;

其次,通过参考麦克风采集声音信号和目标噪声叠加之后的声源信号,通过误差麦克风采集到残余噪声,将采集到的声源信号和残余噪声经过WM8731模块的音频数据接收端,通过内置的ADC转换模块,将模拟信号转变成数字信号,通过WM8731模块内置的数字滤波器模块进行滤波处理,把数字信号通过IIS接口电路传输到外设总线上;

接着,从外设总线上获取滤波后的数字信号并传输至E203_CORE内按照FxLMS算法的软件实现流程进行处理;

然后又根据指令执行将处理之后的数字信号传输回外设总线,将经过降噪FxLMS算法处理之后的数字信号进行输出,再通过IIS外设接口电路传输至WM8731音频编解码模块中进行DAC转换,将处理之后的数字信号转变成模拟信号,通过音频数据发送端传输至次级声源得到反相噪声;

最后,反相噪声与目标噪声干涉相消,从而进行音频的主动降噪,实现音频降噪系统。

8.根据权利要求7所述的音频降噪方法,其特征在于,对音频传输接口IIS外设接口电路的主时钟MCLK、音频传输位时钟SCLK、左右声道切换时钟LRCK进行分频管理,按照如下公式计算出相应时钟

SCLK=2*fs*bits

LRCK=fs

fs表示采样频率;bits表示传输字节数。

9.根据权利要求8所述的音频降噪方法,其特征在于,所述硬件IIS接口电路,从IDLE状态进行接口使能和发送FIFO的非空状态的判断,如是则进入到START状态,在ws_f1_edge下进入WAIT1状态,判断位时钟的跳变沿和接口使能以及发送FIFO的非空状态的判断,如是则进入到左声道信号的发送,每个时钟沿进行重复传送,只到进入跳变沿则进行右声道信号的等待发送状态,重复如左声道状态一样的步骤即可保证传输左声道到右声道的传输过程的正确性。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7‑9任一项所述的音频降噪方法。