[發明專利]一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置及FPGA實現

有效

• 申請號: 202010350303.1
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111627415B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 袁軍;李軍;呂韋喜;周怡;王巍
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置，其特征在于，包括動量MFxLMS算法軟件部分和FPGA硬件部分，其中，

動量MFxLMS算法軟件部分包括噪聲信號濾波模塊、MFxLMS算法模塊、次級通道建模模塊、白噪聲產生器及主通道路徑模塊，其中噪聲信號濾波模塊是將原始的噪聲信號通過濾波器輸出y(n)，再通過次級通道產生抗噪聲信號y’(n)與主通道路徑的期望信號d(n)結合，最終達到減少揚聲器周圍環境聲壓的效果；MFxLMS算法模塊用于獲得更好的建模精度和穩定性，對步長值采用梯度下降的方法，使用建模精度△S的變化來決定步長是否需要變化；次級通道建模模塊用于白噪聲產生器用于在對次級路徑進行實時建模的時候，使用白噪聲發生器對次級路徑注入高斯白噪聲；主通道路徑模塊利用輸入信號X(n)經過P(Z)這一主通道路徑得到期望信號d(n)；

FPGA硬件部分包括WM8731音頻編解碼器、IIC控制模塊、寄存器配置模塊、時鐘發生模塊、2個音頻接收模塊、音頻發送模塊、2個FIFO模塊以及ANC算法模塊，WM8731音頻編解碼器利用其AD模塊將外界噪聲進行解碼后給FPGA進行處理，再利用其DA模塊給揚聲器，IIC控制模塊用于驅動WM8732音頻編解碼器以及寄存器的配置，時鐘發生模塊用于產生采集時鐘、數據位同步時鐘以及WM8731的主時鐘，2個音頻接收模塊用于對外界噪聲和誤差信號進行采集，音頻發送模塊用于給揚聲器產生一個與外界噪聲相反的信號，2個FIFO模塊用于對輸入音頻數據進行緩存，以及ANC算法模塊用于對輸入的音頻數據做出實時的自適應處理，其中IIC控制模塊、寄存器配置模塊、時鐘發生模塊、2個音頻接收模塊、音頻發送模塊、2個FIFO模塊以及ANC算法模塊均封裝在一起，輸入端WM8731音頻編解碼器分別與參考噪聲麥克風、FIFO模塊相連接，輸出端WM8731音頻編解碼器分別與FIFO模塊、誤差噪聲麥克風、揚聲器相連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置，其特征在于，所述MFxLMS算法模塊選擇變步長算法VSS-LMS，

變步長算法VSS-LMS具體包括：

VSS-LMS算法用于對次級路徑建模濾波器進行權系數的更新，開始的時候建模濾波器采用小步長，隨著信號[d(n)-y′(n)]降低，采用大步長對建模濾波器的權系數進行更新，用以提升建模濾波器的收斂速度，進而提高整個系統的收斂速度以及降噪量。

3.根據權利要求1所述的一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置，其特征在于，所述動量FxLMS算法只比LMS算法增加了權系數相關而引入的動量項，其中函數ΔS為次級路徑在線建模的精度實時值，將ΔS作為步長是否進行下降檢測的函數，同時設置T₁、T₂兩個下降閾值；

4.根據權利要求1所述的一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置，其特征在于，還包括對降噪性能的大小和次級通道建模的精確度進行評價的步驟，具體包括：

其中R：ANC系統的降噪性能的好壞；e(n)：ANC系統主控制自適應濾波器的誤差函數；d(n)：ANC系統主控制自適應濾波器的期望信號；△S：ANC系統中次級通道建模的精確度大小；S_i(n)：ANC系統中實際次級通道的路徑函數；ANC系統中模擬次級通道的路徑函數。

5.根據權利要求1所述的一種基于自適應MFxLMS算法的主動降噪裝置，其特征在于，所述FPGA硬件部分，充分利用FPGA可現場編程的靈活性進行建模的特點將電路模塊分為IIC控制模塊，寄存器配置模塊，時鐘發生模塊，2個音頻接收模塊，音頻發送模塊，2個FIFO模塊。