一种抵消直流偏置的自适应滤波算法制造技术

本发明专利技术提供一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，包括以下步骤：采集输出时刻的参考信号作为自适应滤波模块的输入信号；自适应滤波模块根据其自适应滤波器系数对输入信号进行滤波并添加常数项作为输出信号；根据滤波模块的输出信号和输出时刻的期望信号计算得到输出时刻的误差信号；根据误差函数计算每次自适应滤波器系数的梯度的更新值和常数项的梯度的更新值；根据自适应滤波器系数的梯度的更新值，计算得到自适应滤波器收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值计算得到常数项收敛权系数；自适应滤波模块根据其自适应滤波器收敛权系数对输入信号进行滤波计算并添加更新后的常数项作出输出信号。本发明专利技术动态地改变自适应滤波器权系数。滤波器权系数。滤波器权系数。

【技术实现步骤摘要】
一种抵消直流偏置的自适应滤波算法


[0001]本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种抵消直流偏置的自适应滤波算法。

技术介绍

[0002]现有技术中，麦克风接收到模拟信号后，会通过模数转换器(ADC)，将模拟信号转化为数字信号。ADC的工作原理是将检测到的模拟信号的输入电压与参考电压进行比较，并将差值量化为指定位数的数字样本。参考电压表示为ADC的“零值”。一般情况下，参考电压应该是恒定的。然而，当有噪声、ADC组件的误差等因素的影响下，参考电压会产生变化，这就在数字输出中引入了直流偏置(可能是缓慢时变的)。在频域，直流偏置会在零频率(直流)附近产生峰值。常用的LMS算法自适应滤波算法，在控制策略中，没有考虑直流偏置的影响，制约了其在此类场景下的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，引入直流偏置量，动态地改变自适应滤波器权系数。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，包括以下步骤：
[0005]S1，输入信号获取：采集输出时刻的参考信号作为自适应滤波模块的输入信号；
[0006]S2，信号滤波：自适应滤波模块根据其自适应滤波器系数对输入信号进行滤波并添加常数项作为输出信号；
[0007]S3，误差信号计算：根据滤波模块的输出信号和输出时刻的期望信号计算得到输出时刻的误差信号；
[0008]S4，滤波器更新值计算：根据误差函数计算每次自适应滤波器系数的梯度的更新值和常数项的梯度的更新值；
[0009]S5，滤波器更新：根据自适应滤波器系数的梯度的更新值，计算得到自适应滤波器收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值计算得到常数项更新值；
[0010]S6，自适应滤波模块根据其自适应滤波器收敛权系数对输入信号进行滤波计算并添加常数项更新值作为输出信号。
[0011]上述技术方案中，步骤S4中，将所述误差信号函数取平方、求期望得到损失函数，将所述损失函数对自适应滤波器系数求偏导运算，得到自适应滤波器的梯度的更新值；将所述损失函数对常数项求偏导运算，得到常数项的梯度的更新值。
[0012]上述技术方案中，步骤S5中，根据自适应滤波器系数的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到自适应滤波器系数的更新公式，根据所述自适应滤波器系数的更新公式反复运算得到自适应滤波器收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到常数项的更新公式，根据所述常数项的更新公式反复运算得到常数项收敛权系数。
[0013]上述技术方案中，步骤S1中，所述参考信号为:
[0014]x(n)＝[x(n)，x(n
‑
1)，
…
，x(n
‑
N+1)]T
[0015]其中，x(n)表示参考信号，n表示时刻，上标T表示转置操作，N表示参考信号长度。
[0016]上述技术方案中，步骤S2中，所述自适应滤波模块输出信号y(n)的计算公式如下：
[0017]y(n)＝x(n)
T
w(n)+b(n)
[0018]其中，w(n)表示自适应滤波器系数，b(n)表示常数项。
[0019]上述技术方案中，步骤S3中，所述输出时刻的误差信号e(n)的计算公式如下：
[0020]e(n)＝d(n)+x(n)
T
w(n)+b(n)
[0021]其中，d(n)表示期望信号。
[0022]上述技术方案中，步骤S4中所述损失函数J的计算公式如下：
[0023]J＝E(e2(n))
[0024]其中，E表示期望运算。
[0025]上述技术方案中，步骤S4中，自适应滤波器系数的梯度的更新值如下：
[0026][0027]常数项的梯度的更新值如下：
[0028][0029]上述技术方案中，步骤S5中，所述自适应滤波器系数的更新公式如下：
[0030]w(n+1)＝w(n)
‑
2μe(n)x(n)
[0031]所述常数项的更新公式如下：
[0032]b(n+1)＝b(n)
‑
2μe(n)
[0033]其中，μ为迭代步长。
[0034]上述技术方案中，步骤S4中，自适应滤波器系数的梯度的更新值通过如下公式获得：
[0035][0036]表示对n时刻第i个自适应滤波器系数求偏导，其中，i＝0，1，2
…
N
‑
1。
[0037]常数项的梯度的更新值通过如下公式获得：
[0038][0039]其中，表示对自适应滤波器系数w(n)求偏导运算，表示对b(n)求偏导运算。
[0040]本专利技术的有益效果是：在LMS算法的滤波输出中，加入常数偏置项，并推导处滤波器系数及常数项的迭代公式，动态地改变自适应滤波器权系数，可以有效抵消直流偏置。本专利技术可有效应用于声学系统建模，有源噪声控制，声学回声消除，信道均衡等领域。
附图说明
[0041]图1为本专利技术的算法原理框图；
[0042]图2为本专利技术的计算流程图；
[0043]图3为参考信号x(n)时域及功率谱估计图；
[0044]图4为期望信号d(n)时域及功率谱估计图；
[0045]图5为LMS算法误差信号e(n)时域及功率谱估计图；
[0046]图6为本专利技术的误差信号e(n)时域及功率谱估计图。
具体实施方式
[0047]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。
[0048]如图1所示，本专利技术的参考信号x(n)通过扬声器进行播放，声音经过扬声器、空气、麦克风等媒介，在麦克风处拾取的期望信号为d(n)。 自适应滤波器的自适应滤波系数为w(n)。
[0049]所述参考信号为：
[0050]x(n)＝[x(n)，x(n
‑
1)，
…
，x(n
‑
N+1)]T
ꢀꢀꢀ
(1)
[0051]其中，n表示时刻，上标T表示转置操作，N表示参考信号长度。
[0052]所述自适应滤波模块输出信号y(n)如下：
[0053]y(n)＝x(n)
T
w(n)+b(n)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0054]其中，w(n)表示自适应滤波器系数，b(n)表示常数项。
[0055]如图2所示，本专利技术提供了一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，包括以下步骤：
[0056]S1，输入信号获取：首先进行参数初始化(其中，所有参数的初始值设置为0，迭代步长μ设置为0.1)，采集输出时刻的参考信号作为自适应滤波模块的输入信号；
[0057]S2，信号滤波：自适应滤波模块根据其自适应滤波器系数对输入信号进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，其特征在于：包括以下步骤：S1，输入信号获取：采集输出时刻的参考信号作为自适应滤波模块的输入信号；S2，信号滤波：自适应滤波模块根据其自适应滤波器系数对输入信号进行滤波并添加常数项作为输出信号；S3，误差信号计算：根据滤波模块的输出信号和输出时刻的期望信号计算得到输出时刻的误差信号；S4，滤波器更新值计算：根据误差函数计算每次自适应滤波器系数的梯度的更新值和常数项的梯度的更新值；S5，滤波器更新：根据自适应滤波器系数的梯度的更新值，计算得到自适应滤波器收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值计算得到常数项更新值；S6，自适应滤波模块根据其自适应滤波器收敛权系数对输入信号进行滤波计算并添加常数项更新值作为输出信号。2.根据权利要求1所述的一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，其特征在于：步骤S4中，将所述误差信号函数取平方、求期望得到损失函数，将所述损失函数对自适应滤波器系数求偏导运算，得到自适应滤波器的梯度的更新值；将所述损失函数对常数项求偏导运算，得到常数项的梯度的更新值。3.根据权利要求2所述的一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，其特征在于：步骤S5中，根据自适应滤波器系数的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到自适应滤波器系数的更新公式，根据所述自适应滤波器系数的更新公式反复运算得到自适应滤波器收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到常数项的更新公式，根据所述常数项的更新公式反复运算得到常数项收敛权系数。4.根据权利要求3所述的一种抵消直流偏置的自适应滤波算法，其特征在于：步骤S1中，所述参考信号为:x(n)＝[x(n)，x(n
‑
1)，
…
，x(n
‑
N+1)]
T
其中，x(n)表示参考信号，n表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛鑫，向阳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：