基于RISC-V架构改进的DFxLMS-DANC主动降噪系统及方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于RISC

【技术实现步骤摘要】
基于RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC主动降噪系统及方法


[0001]本专利技术属于音频信号处理领域，特别涉及一种基于RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC算法设计。

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。而现在的主动降噪法的核心为LMS算法，但是由于过于冗余的代码量和大规模的计算量使主动降噪的效果并不理想并且硬件资源的开销过大，不适合量产主动降噪设备。
[0003]CN113851103A，专利技术人的另一件申请，一种基于RISC 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 v处理器核内运行。创新点在于采用RISC
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V架构降噪内核、RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块、扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统，确保了系统稳定性的同时还保证了系统开销以及运算速度的提高所带来的降噪效果好的正面影响。所设计的由扩散滤波x最小均方算法去约束次级路径分布式主动噪声控制系统DFxLMS
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DANC算法经过验证，结果表明，在4个节点的情况下与基于多误差FxLMS的MANC系统相比，所提出的DFxLMS
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DANC算法在计算乘法和加法数量上分别减少42％和4.6％，在实际的噪声环境下相同条件比传统FxLMS算法系统的性能提高40％。

技术实现思路

[0004]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RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC主动降噪系统及方法。本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC主动降噪系统，其包括：RISC
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V架构降噪内核、RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块、扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统、参考麦克风、误差麦克风，其中，所述RISC
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V架构降噪内核分别与RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块、参考麦克风、误差麦克风相连接，所述RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块包含扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统，所述扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统上运行由扩散滤波x最小均方算法去约束次级路径分布式主动噪声控制系统DFxLMS
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DANC算法，
DFxLMS
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DANC算法基于FPGA可编辑逻辑门阵列硬件实现，其中，RISC
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V架构降噪内核用于优化FPGA运算速度，RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块用于创建NICE协处理器接口对接FPGA，扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统用于提高扩散滤波x最小均方FxLMS算法和约束次级路径，参考麦克风用于采集前端原生音频信号，误差麦克风用于采集噪声信号。
[0006]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，包括蜂鸟E203_CORE、NICE协处理器接口、NICE_CORE、RISC
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V处理器SOC和音频降噪DFxLMS
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算法，其中蜂鸟E203_CORE通过NICE协处理器接口与NICE_CORE相连接，蜂鸟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与外部音频接收相连接，音频降噪DFxLMS算法是分布式最小均方滤波算法，用于处理多通道噪声信号，音频降噪DFxLMS算法通过芯来工具链NucleiStudio编程下载到RISC
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V处理器核内运行。
[0007]进一步的，还包括一个自适应无限脉冲响应IIR滤波器，其作为DFxLMS算法基础处理被设置在算法内部，通过两个IIR滤波器A(z)和B(z)组成，在IIR滤波器基础上对次级路径进行建模合成期望信号d(n)和估计值IIR滤波器输出信号如公式(1)所示：
[0008][0009]其中x(n)为参考噪声信号，i为对应递归的第i个IIR滤波器A(z)的权值系数，j为对应递归的第j个IIR滤波器B(z)的权值系数，x(n
‑
i)为第n
‑
i次参考噪声信号参数，y(n
‑
j)为第n
‑
j次递归反馈的次级声源参数，y(n)为次级声源，a(n)和b(n)为IIR滤波器A(z)和B(z)的权值系数，N
a
和N
c
为IIR滤波器建模的阶数，自适应IIR的主动噪声控制滤波器输出是由当前项和递归项组成，成为一个反馈系统，在误差信号e(n)接近为0时，两个IIR滤波器必须满足公式(2)，其中，P(z)是主通道传递函数，S(z)为次级通道补偿，为次级通道补偿的期望值。
[0010][0011]进一步的，所述RISC
‑
V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块由变步长扩散滤波x最小均方算法CVS
‑
FxLMS模块、自适应无限脉冲响应IIR滤波器模块、次级通道建模滤波器模块三个模块组成，所述变步长扩散滤波x最小均方算法CVS
‑
FxLMS模块将建模步长因子μ
s
(n)的调节方式与主动控制滤波器步长因子μ
w
(n)的调节方式相结合；自适应无限脉冲响应IIR滤波器模块用于形成一个反馈系统，通过将反馈量传递给次级通道使系统趋于稳定状态；次级通道建模滤波器模块用于通过IIR滤波器的反馈控制使ANC系统达到稳定状态，并追踪初级噪声信号或者次级通道传递函数突然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RISC
‑
V架构改进的DFxLMS
‑
DANC主动降噪系统，其特征在于，包括：RISC
‑
V架构降噪内核、RISC
‑
V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块、扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统、参考麦克风、误差麦克风，其中，所述RISC
‑
V架构降噪内核分别与RISC
‑
V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块、参考麦克风、误差麦克风相连接，所述RISC
‑
V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块包含扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统，所述扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统上运行由扩散滤波x最小均方算法去约束次级路径分布式主动噪声控制系统DFxLMS
‑
DANC算法，DFxLMS
‑
DANC算法基于FPGA可编辑逻辑门阵列硬件实现，其中，RISC
‑
V架构降噪内核用于优化FPGA运算速度，RISC
‑
V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块用于创建NICE协处理器接口对接FPGA，扩散协作方法的低复杂度分布式主动噪声控制DANC系统用于提高扩散滤波x最小均方FxLMS算法和约束次级路径，参考麦克风用于采集前端原生音频信号，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RISC
‑
V架构改进的DFxLMS
‑
DANC主动降噪系统，其特征在于，所述RISC
‑
V架构降噪内核为自主设计的FPGA内核，包括蜂鸟E203_CORE、NICE协处理器接口、NICE_CORE、RISC
‑
V处理器SOC和音频降噪DFxLMS
‑
算法，其中蜂鸟E203_CORE通过NICE协处理器接口与NICE_CORE相连接，蜂鸟E203_CORE、NICE_CORE与相关外设端口一同组成RISC
‑
V处理器SOC，RISC
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V处理器SOC与外部音频接收相连接，音频降噪DFxLMS算法是分布式最小均方滤波算法，用于处理多通道噪声信号，音频降噪DFxLMS算法通过芯来工具链NucleiStudio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RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC主动降噪系统，其特征在于，还包括一个自适应无限脉冲响应IIR滤波器，其作为DFxLMS算法基础处理被设置在算法内部，通过两个IIR滤波器A(z)和B(z)组成，在IIR滤波器基础上对次级路径进行建模合成期望信号d(n)和估计值IIR滤波器输出信号如公式(1)所示：其中x(n)为参考噪声信号，i为对应递归的第i个IIR滤波器A(z)的权值系数，j为对应递归的第j个IIR滤波器B(z)的权值系数，x(n
‑
i)为第n
‑
i次参考噪声信号参数，y(n
‑
j)为第n
‑
j次递归反馈的次级声源参数，y(n)为次级声源，a(n)和b(n)为IIR滤波器A(z)和B(z)的权值系数，N
a
和N
c
为IIR滤波器建模的阶数，自适应IIR的主动噪声控制滤波器输出是由当前项和递归项组成，成为一个反馈系统，在误差信号e(n)接近为0时，两个IIR滤波器必须满足公式(2)，其中，P(z)是主通道传递函数，S(z)为次级通道补偿，为次级通道补偿的期望值。4.根据权利要求1所述的基于RISC
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V架构改进的DFxLMS
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DANC主动降噪系统，其特征在于，所述RISC
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V自定义指令集拓展的音频算法加速器模块由变步长扩散滤波x最小均方算法CVS
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FxLMS模块、自适应无限脉冲响应IIR滤波器模块、次级通道建模滤波器模块三个模块组成，所述变步长扩散滤波x最小均方算法CVS
‑
FxLMS模块将建模步长因子μ
s
(n)的调节
方式与主动控制滤波器步长因子μ
w
(n)的调节方式相结合；自适应无限脉冲响应IIR滤波器模块用于形成一个反馈系统，通过将反馈量传递...

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