[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

权利要求书

1.一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置，其特征在于，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)；

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，WM8731音频编解码器利用其AD模块将外界噪声进行解码后给FPGA进行处理，再利用其DA模块给扬声器，IIC控制模块用于驱动WM8732音频编解码器以及寄存器的配置，时钟发生模块用于产生采集时钟、数据位同步时钟以及WM8731的主时钟，2个音频接收模块用于对外界噪声和误差信号进行采集，音频发送模块用于给扬声器产生一个与外界噪声相反的信号，2个FIFO模块用于对输入音频数据进行缓存，以及ANC算法模块用于对输入的音频数据做出实时的自适应处理，其中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算法模块均封装在一起，输入端WM8731音频编解码器分别与参考噪声麦克风、FIFO模块相连接，输出端WM8731音频编解码器分别与FIFO模块、误差噪声麦克风、扬声器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置，其特征在于，所述MFxLMS算法模块选择变步长算法VSS-LMS，

变步长算法VSS-LMS具体包括：

VSS-LMS算法用于对次级路径建模滤波器进行权系数的更新，开始的时候建模滤波器采用小步长，随着信号[d(n)-y′(n)]降低，采用大步长对建模滤波器的权系数进行更新，用以提升建模滤波器的收敛速度，进而提高整个系统的收敛速度以及降噪量。

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置，其特征在于，所述动量FxLMS算法只比LMS算法增加了权系数相关而引入的动量项，其中函数ΔS为次级路径在线建模的精度实时值，将ΔS作为步长是否进行下降检测的函数，同时设置T₁、T₂两个下降阈值；

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置，其特征在于，还包括对降噪性能的大小和次级通道建模的精确度进行评价的步骤，具体包括：

其中R：ANC系统的降噪性能的好坏；e(n)：ANC系统主控制自适应滤波器的误差函数；d(n)：ANC系统主控制自适应滤波器的期望信号；△S：ANC系统中次级通道建模的精确度大小；S_i(n)：ANC系统中实际次级通道的路径函数；ANC系统中模拟次级通道的路径函数。

5.根据权利要求1所述的一种基于自适应MFxLMS算法的主动降噪装置，其特征在于，所述FPGA硬件部分，充分利用FPGA可现场编程的灵活性进行建模的特点将电路模块分为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。