[发明专利]一种基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构

摘要

本发明请求保护一种基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构。本发明创新点在于针对ANC系统中FxLMS改进算法提出了一种由状态机产生多种不同信号来控制ANC系统运行的FPGA硬件实现结构。ANC系统通过音频编解码器模块(6)对参考噪声信号进行模数转换，然后通过控制信号模块(3)运行权值更新模块(1)和FIR滤波器模块(2)从而得到ANC系统的输出信号，同时通过变功率白噪声产生器和性能监视模块实现次级通道在线和离线建模的相互转换，最终得到具有较高建模精度和降噪性能的ANC系统FxLMS改进算法的硬件结构。该系统硬件结构简单、易适应环境变化以及硬件实现资源较少。

主权项

1.一种基于ANC系统中FxLMS改进算法的FPGA硬件结构，其特征在于，包括：权值更新模块(1)、FIR有限单位脉冲响应滤波器模块(2)、控制信号模块(3)、变功率白噪声产生器(4)、性能监视模块(5)及WM8731音频编解码器(6)，其中，权值更新模块(1)，用于通过输入信号x’(n)、误差信号f(n)和μw计算主通道控制滤波器抽头系数，以及通过随机白噪声v(n)、误差信号f(n)和μs(n)计算次级通道控制滤波器抽头系数；FIR滤波器模块(2)，用于产生主通道滤波器的输出y(n)、次级通道滤波器的输出和参考噪声信号的滤波信号x’(n)；控制信号模块(3)，用于产生包括读写寄存器地址在内的控制信号来处理FxLMS滤波x最小均方算法的运行；FxLMS滤波x最小均方算法改进主要在于通过变功率白噪声产生器和性能监视模块实现次级通道在线和离线建模的相互转换；变功率白噪声产生器模块(4)，用于产生ANC系统中次级通道的训练信号即随机白噪声，并对其功率进行分配调度，然后注入到次级通道中；性能监视模块(5)，采用μSmax‑μS＜α和20log10|f(n)|＜0两个等式对次级通道辅助随机白噪声的连续注入进行控制，μSmax表示次级通道步长参数的最大值μS表示次级通道步长参数，|f(n)|表示次级通道误差信号，n表示迭代次数，1×10‑5＜α＜1×10‑3，进而使得次级通道可以进行在线建模和离线建模的相互转换；WM8731音频编解码器模块(6)，用于对参考噪声信号和误差麦克风信号进行模数转换，从而传进到FxLMS算法中，同时该音频编解码器模块有输入和输出两个端口，并且在输入端口有两路声道，用来接收参考噪声信号和误差麦克风信号；输入初始参考噪声信号x(n)和误差麦克风信号e(n)分别经过WM8731音频编解码器模块(6)、权值更新模块(1)和次级通道模拟滤波器S’(z)从而产生主通道自适应滤波器的期望信号d(n)、输出信号y(n)和滤波信号x’(n)，其中S’(z)是由次级通道建模滤波器模拟次级通道路径产生，与此同时，通过模块控制信号模块(3)产生的信号控制变功率白噪声产生器模块(4)发出随机白噪声信号v(n)与主控制自适应滤波器的输出信号y(n)结合，并一起注入到次级通道路径中，产生的信号再与期望信号d(n)相减，得到误差信号e(n)，而e(n)就是表示ANC系统降噪性能的物理量。