[发明专利]一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置及FPGA实现

说明书

本发明请求保护一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置及FPGA实现，其包括动量MFxLMS算法软件部分和FPGA硬件部分，其中，动量MFxLMS算法软件部分包括噪声信号滤波模块、MFxLMS算法模块、次级通道建模模块、白噪声产生器及主通道路径模块；FPGA硬件部分包括WM8731音频编解码器、IIC控制模块、寄存器配置模块、时钟发生模块、2个音频接收模块、音频发送模块、2个FIFO模块以及ANC算法模块，本发明的主动噪声控制算法不仅能降低计算复杂度、建模准确度、稳态性能以及收敛速度，而且利用FPGA的并行处理能力使得算法有更快的运行速度。

技术领域

本发明属于音频信号处理领域，尤其涉及到一种基于动量MFxLMS算法的对低频噪声消除的主动噪声控制系统(ANC)中次级通道建模方法的研究以及硬件平台的搭建。

背景技术

随着经济的发展和城市化的不断推进，城市噪声已经变成一个亟待解决的问题。在2018年全国“12369环保举报联网管理平台”统计数据显示，涉及噪声的举报占比为35.3％，仅次于大气污染，排名第二。在城市噪声中交通干线两侧的交通噪声又是最显著的。国家生态环境部在2019年的《中国环境噪声污染防治报告》中指出，2018年全国城市中在交通干线两侧的检测数据显示白天未达到国家标准为6％，夜晚未达到国家标准的为49.6％。2018年直辖市和省会城市中在交通干线两侧的检测数据表明，白天未达标率为17.3％，夜晚未达标率为79.8％。上述调查结果表明在城市道路两侧的居民长期生活在噪声超标的环境下。

目前噪声的控制途径主要可以针对噪声源、噪声接收者、噪声的传播途径三个方面。日常生活中主要针对噪声的传播途径进行控制，包括吸声处理、隔声处理、声屏障以及消声器等。这些消除噪声的方法被称为无源或被动式的控制(Passive Noise Control)方法，基本原理是使噪声的声波与声学材料或结构相互作用而消耗声能。无源降噪方案中对于阻性消声设备在中高频段的降噪效果比较理想，而针对于低频段的噪声降噪效果较差；在无源降噪的设备中针对于抗性消声设备，可以对特定低频的噪声有很强的降噪效果，但因为降噪频率较窄，且体积比较庞大，只能针对特殊的大型场合，但不适合一般城市居民楼中的室内噪声消除。为了消除低频段的噪声而产生的另外一种消除噪声的方法：有源噪声控制(Active Noise Control)。有源噪声控制的基本原理是人为主动的产生一个与主噪声幅值相同、相位相反的干涉波来降低主噪声源的能量。有源噪声控制又被称为主动噪声控制。

主动噪声控制利用声波的相消干涉原理，根据杨氏干涉理论可以知道，在初级声源和次级声源振幅相同，相位相反就可以降低初级噪声源的声压级。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于动量MFxLMS算法及FPGA的主动噪声控制装置。本发明的技术方案如下：

一种基于动量MFxLMS算法及FPGA的主动噪声控制装置，其包括动量MFxLMS算法软件部分和FPGA硬件部分，其中，

动量MFxLMS算法软件部分包括噪声信号滤波模块、MFxLMS算法模块、次级通道建模模块、白噪声产生器及主通道路径模块，其中噪声信号滤波模块是将原始的噪声信号通过滤波器输出y(n)，再通过次级通道产生抗噪声信号y’(n)与主通道路径的期望信号d(n)结合，最终达到减少扬声器周围环境声压的效果。MFxLMS算法模块用于获得更好的建模精度和稳定性，对步长值采用梯度下降的方法，使用建模精度△S的变化来决定步长是否需要变化。次级通道建模模块用于白噪声产生器用于在对次级路径进行实时建模的时候，使用白噪声发生器对次级路径注入高斯白噪声；主通道路径模块利用输入信号X(n)经过P(Z)这一主通道路径得到期望信号d(n)。