基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪及其工作方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪及其工作方法，所述智能主动降噪仪由改进FxLMS算法、自主设计的RISC

【技术实现步骤摘要】
基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪及其工作方法


[0001]本专利技术属于音频信号处理领域，特别涉及一种改进FxLMS算法的智能主动降噪仪。

技术介绍

[0002]目前市面上常用的降噪方法为被动降噪法，按照使用材料和部位又可分为减振噪声治理、吸音噪声治理和隔音噪声治理。减振噪声治理是通过减轻设备的机械振动从而减弱噪声的产生，对噪声源有一定的削弱作用，但无法满足多样化环境降噪的需求；吸音噪声处理主要采用室内墙面安装吸音棉等来增大噪声传播过程的衰减，达到降噪目的，该方法安装成本、材料成本高，且降噪效果一般；隔音噪声处理包括安装隔音玻璃、隔音板等阻断噪声的传播过程，同样存在成本高和安装繁琐的问题，难以满足多样化的降噪需求。
[0003]被动降噪法所需成本高，效果不佳且易存在安全隐患。同时市场上主动降噪产品多只用于耳机降噪与车载降噪，大空间范围的主动降噪产品稀少、效果不明显且技术尚不完善且造价昂贵，无法为环境降噪提供一种有效的降噪途径。
[0004]本专利技术设计了一种改进FxLMS算法的智能主动降噪仪。本专利技术创新点在于采用改进FxLMS算法、RISC
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V架构降噪内核、高效率电源、AGC自增益控制电路和高功率音频信号放大电路，确保了系统的稳定性及算法实际降噪效果。所设计的改进FxLMS算法的智能主动降噪仪经过验证，结果表明当输入激励为压缩机噪声数据时，经过多个步骤实现了高达26dB的噪声衰减，尤其是在误差麦克风处，测量噪声降低高达20dB，收敛时间为60ms。
[0005]CN113851103A，一种基于RISC
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V自定义指令集拓展的音频降噪加速器系统、方法，属于集成电路
，主要包括：E203_CORE、NICE_CORE、NICE_Interface、E203_SOC、音频编解码WM8731模块、音频降噪FxLMS算法。其中E203_CORE通过NICE_Interface与NICE_CORE相连接，E203_CORE、NICE_CORE与相关外设端口一同组成E203_SOC，E203_SOC与音频编解码WM8731模块相连接，音频降噪FxLMS算法通过软件编程下载到RISC
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V处理器核内运行。创新点在于相比较ARM指令集架构的处理器而言，采用RISC
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V自定义指令集的处理器能够对音频降噪FxLMS算法中特定的运算部分进行加速；本专利技术可以更加优化面积、功耗、颗粒度等问题，同时提高算法的灵活性和可行性。优化了传统FxLMS算法，加快了硬件处理速度，使系统的噪声跟踪预测精度提高了15％；运用自主设计电源和音频处理电路，使得本专利技术相对其他产品鲁棒性更强，对噪声处理能力更强，且造价更低。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪。本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪，其包括：FPGA模块、RISC
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V架构降噪内核、ADC采样电路、DAC输出电路、AGC自增益放大电路、高效率电源、音频放大器、前置处理电路、误差麦克风，其中，所述高功率电源分别与RISC
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V架构降噪内核、ADC采样电路、DAC输出电路、AGC自增益放大电路、音频放大器、前置处理电路、误差麦克风相连接并供电，所述
ADC采样电路分别与前置处理电路、RISC
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V架构降噪内核相连接，前置处理电路还与误差麦克风相连接，DAC输出电路还分别与RISC
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V架构降噪内核、AGC自增益放大电路相连接，AGC自增益放大电路与音频放大器相连接，所述FPGA模块用于改进FxLMS算法的硬件实现，RISC
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V架构降噪内核用于优化FPGA运算速度、ADC采样电路用于FPGA读取前置电路输出音频信号幅值、DAC输出电路用于输出FPGA经过运算的反向音频信号，AGC自增益控制电路用于防止电路产生啸叫的可能性，音频放大器用于将信号放大并通过扩音器输出，前置处理电路用于噪声的滤波放大处理，误差麦克风用于采集噪声信号。
[0008]进一步的，所述RISC
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V架构降噪内核为自主设计的FPGA内核，该系统架构主要包括E203_CORE、NICE协处理器接口、NICE_CORE、RISC
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V处理器SOC、音频编解码WM8731模块和音频降噪FxLMS算法，其中E203_CORE通过NICE协处理器接口与NICE_CORE相连接，E203_CORE、NICE_CORE与相关外设端口一同组成RISC
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V处理器SOC，RISC
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V处理器SOC与音频编解码WM8731模块相连接，音频降噪FxLMS算法是最小均方滤波算法，用于处理噪声信号，音频降噪FxLMS算法通过软件编程下载到RISC
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V处理器核内运行。
[0009]进一步的，还包括一个FIR滤波器，其作为FxLMS算法基础被设置在算法内部，通过权值系数为W(n)的FIR滤波器产生，由于每产生一个次级声源y(n)便会通过最小均方算法进行权值系数W(n)的更新，即自动连续地适应于给定信号，获得期望响应完成的自适应滤波。
[0010]进一步的，所述高功率电源由辅助板模块、AC
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DC模块、硬件执行模块和人机交互模块四个模块组成，电源系统通过将市电转换为0
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40V连续可调的直流电压；辅助板模块对市电输入浪涌进行防护和为数字控制模块和风扇供电；AC
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DC模块采用两级串联结构，前级是功率因数校正(PFC)，滤除电网谐波、提高功率因数(PF)，进而得到一个390V左右的直流电压；后级是开关变换器，通过变换器技术将PFC输出电压降低为一个48V的固定电压，然后将输出传递给可编程调整模块；可编程调整模块采用两级串联结构，前级是一个Buck型开关预调节器追踪调节得到预输出电压，后级是输出高精度、低纹波电压；数字控制模块主要实现输出状态显示警告、通道判断及输出和对可编程调整模块进行检测控制功能；电源输出纹波与噪声小于5mVrms，保障设备稳定运行，输出效率达到85％以上。
[0011]进一步的，所述ADC采样电路采用ADS1262芯片设计的32位10通道Δ
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ΣADC电路，DAC输出电路采用FPGA内部DAC输出电路，AGC自增益放大电路采用AD8367芯片设计的高带宽低失真的自增益放大电路，前置处理电路采用OPA388芯片设计的滤波放大电路。
[0012]一种基于任一项所述智能主动降噪仪的工作方法，其包括以下步骤：
[0013]步骤一，将高功率电源打开，整个电路通电，使得各个电路可以正常工作；
[0014]步骤二，降噪仪开始工作后，通过误差麦克风采集音频信号，经过前置处理电路进行滤波放大，使得音频信号能被ADC采样电路提取；
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪，其特征在于，包括：FPGA模块、RISC
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V架构降噪内核、ADC采样电路、DAC输出电路、AGC自增益放大电路、高功率电源、音频放大器、前置处理电路、误差麦克风，其中，所述高功率电源分别与RISC
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V架构降噪内核、ADC采样电路、DAC输出电路、AGC自增益放大电路、音频放大器、前置处理电路、误差麦克风相连接并供电，所述ADC采样电路分别与前置处理电路、RISC
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V架构降噪内核相连接，前置处理电路还与误差麦克风相连接，DAC输出电路还分别与RISC
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V架构降噪内核、AGC自增益放大电路相连接，AGC自增益放大电路与音频放大器相连接，所述FPGA模块用于改进FxLMS算法的硬件实现，RISC
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V架构降噪内核用于优化FPGA运算速度，ADC采样电路用于FPGA读取前置电路输出音频信号幅值，DAC输出电路用于输出FPGA经过运算的反向音频信号，AGC自增益控制电路用于防止电路产生啸叫的可能性，音频放大器用于将信号放大并通过扩音器输出，前置处理电路用于噪声的滤波放大处理，误差麦克风用于采集噪声信号。2.根据权利要求1所述的基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪，其特征在于，所述RISC
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V架构降噪内核为自主设计的FPGA内核，该系统架构主要包括E203_CORE、NICE协处理器接口、NICE_CORE、RISC
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V处理器SOC、音频编解码WM8731模块和音频降噪FxLMS算法，其中E203_CORE通过NICE协处理器接口与NICE_CORE相连接，E203_CORE、NICE_CORE与相关外设端口一同组成RISC
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V处理器SOC，RISC
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V处理器SOC与音频编解码WM8731模块相连接，音频降噪FxLMS算法是最小均方滤波算法，用于处理噪声信号，音频降噪FxLMS算法通过软件编程下载到RISC
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V处理器核内运行。3.根据权利要求1所述的基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪，其特征在于，还包括一个FIR滤波器，其作为FxLMS算法基础被设置在算法内部，通过权值系数为W(n)的FIR滤波器产生，由于每产生一个次级声源y(n)便会通过最小均方算法进行权值系数W(n)的更新，即自动连续地适应于给定信号，获得期望响应完成的自适应滤波。4.根据权利要求1所述的基于改进FxLMS算法的智能主动降噪仪，其特征在于，所述高功率电源由辅助板模块、AC
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DC模块、硬件执行模块和人机交互模块四个模块组成，电源系统通过将市电转换为0
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40V连续可调的直流电压；辅助板模块对市电输入浪涌进行防护和为数字控制模块和风扇供电；AC
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DC模块采用两级串联结构，前级是功率因数校正(PFC)，滤除电网谐波、提高功率因数(PF)，进而得到一个390V左右的直流电压；后级是...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小龙，袁军，周贺凯，魏建聪，胡露，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：