CN105321524A - 一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于噪声消除领域，提供了一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法及装置，所述方法包括：设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器；前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号；反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。本发明通过自适应调整滤波器参数，反馈控制方案和前馈控制方案复用同一算法模块，降低了***复杂度。

Description

一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法及装置
技术领域
本发明属于噪声消除领域，尤其涉及一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法及装置。
背景技术
目前，有源噪声控制通过合理的控制算法驱动控制源产生合适的声信号，用于在误差传感器处抵消噪声，进而实现局部空间乃至整体空间的降噪。因其可以以较低的成本实现低频噪声的控制而受到人们的广泛关注。有源噪声控制的常用方法包括前馈控制和反馈控制，前馈控制适用于可获取噪声参考信号的场合，而反馈控制则适用于只能使用误差传感器的场合。为提升有源噪声控制的总体效果，结合前馈和反馈控制的前反馈混合控制***越来越受到人们的重视。文献[S.Elliott,SignalProcessingforActiveControl,AcademicPress]详细分析了两种控制方法的特点并给出混合控制的实现方案。混合控制既可以用模拟电路实现，也可以经由模数数模转换通过数字信号处理芯片实现。相比较而言，数字方案由于可自适应调整前反馈控制滤波器，且可以很容易地选择降噪频带，因此具备更高的灵活性。文献[S.Elliott,SignalProcessingforActiveControl,AcademicPress]给出的数字前反馈控制方案依赖于内模控制(InternalModelControl)，***复杂度较高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法及装置，旨在通过自适应控制方法调整滤波器参数，反馈控制方案和前馈控制方案复用同一算法模块，同时还可以降低了***复杂度。
本发明实施例是这样实现的，一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法，所述方法包括：
设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器；
前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号；
反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
进一步的，所述设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器均包括:设定阶数和设定自适应迭代系数。
进一步的，所述反馈控制滤波器与前馈控制滤波器在进行自适应迭代时复用同一个算法模块，采用相同的算法。
进一步的，所述算法包括：时域算法、频域算法或子带算法。
进一步的，所述方法适用的有源噪声控制场景包括：耳机用有源噪声控制***、车用有源噪声控制***以及室内空间有源噪声控制***。
本发明实施例的另一目的在于提供一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制装置，所述装置包括：
设定单元，用于设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器；
噪声控制单元，用于前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号；
自适应单元，用于反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
进一步的，所述设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器均包括:设定阶数和设定自适应迭代系数。
进一步的，所述反馈控制滤波器与前馈控制滤波器在进行自适应迭代时复用同一个算法模块，采用相同的算法。
进一步的，所述算法包括：时域算法、频域算法或子带算法。
进一步的，所述装置适用的有源噪声控制场景包括：耳机用有源噪声控制***、车用有源噪声控制***以及室内空间有源噪声控制***。
本发明实施例通过一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法，采用全数字自适应控制方案，可针对前馈、反馈和混合应用场景实现控制的切换；通过前反馈自适应***结合，可提升噪声消除效果；反馈控制方案直接提取误差信号进行滤波，省去了复杂的参考信号合成过程，有效地简化了***结构；同时反馈控制方案与前馈控制方案通过同一种结构实现，大大的降低了整个***的复杂度。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法的实现流程图；
图2是本发明第一实施例提供的迭代计算流程图；
图3是本发明第一实施例提供的迭代***流程图；
图4是本发明第一实施例提供的噪声控制效果图；以及
图5是本发明第二实施例提供的一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制装置的结构图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图1示出了本发明第一实施例提供的一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法的实现流程，详述如下：
在步骤S101中，设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器。
在具体实施过程中，首先需要设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器，设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器时均包括，首先需要设定阶数，之后需要设定自适应的迭代系数。
在步骤S102中，前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号。
在本发明实施例中，前馈控制滤波器首先对获取到的参考信号进行滤波处理，在进行滤波处理以后获取得到第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取得到的误差信号进行滤波，在进行滤波处理以后获取得到第二路控制信号，两路控制信号通过信号叠加得到总的控制信号，用于激励控制源以达到有源控制的目的，实现有源噪声的控制的目的。
在步骤S103中，反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
在本发明实施例中，反馈控制滤波器和前馈控制滤波器进行自适应迭代，具体迭代的计算流程如图2所示：其中x(n)表示前馈有源控制所需要的参考传感器采集信号，P(z)表示参考传感器到误差传感器的主通道传递函数，S(z)表示控制源输出到误差传感器的次级通道传递函数，则表示次级通道传递函数的估计结果，可以通过预先建模的方式得到。C1(z)表示前馈控制滤波器对应的传递函数，C2(z)表示反馈控制滤波器对应的传递函数，y1(n)和y2(n)分别表示前馈控制滤波器和反馈控制滤波器的输出，这两者叠加后得到控制源的激励信号y(n)，该信号通过次级通道得到控制信号ys(n)，r1(n)和r2(n)分别表示前馈控制滤波器和反馈控制滤波器参数自适应更新所需要用到的滤波参考信号，e(n)表示误差传感器采集到的误差信号。有源控制的目的就是让该控制信号与原始噪声信号d(n)作用后获得尽可能小的误差信号e(n)。以“Adaptation”采用标准时域FXLMS算法为例。对应的L阶时域FIR滤波器记为s(n),n＝1,2,…,L-1，C1(z)对应的M1阶时域FIR滤波器记为c1(n)，n＝1,2,…,M1-1,C2(z)对应的M2阶时域FIR滤波器记为c2(n)，n＝1,2,…,M2-1。前馈控制信号，即前馈控制滤波器的输出可表示为，反馈控制信号，即反馈控制滤波器的输出可表示为，控制源的激励信号可表示为，y(n)＝y1(n)+y2(n)前馈控制滤波器的自适应迭代算法为，c1(k)＝c1(k)-μ1r1(n-k)e(n)其中μ1表示前馈自适应迭代系数，而前馈滤波参考信号可表示为反馈控制滤波器的自适应迭代算法为c2(k)c2(k)-μ2r2(n-k)e(n)，其中μ2表示反馈自适应迭代系数，而反馈滤波参考信号可表示为 r 2 ( n ) = Σ k = 0 L - 1 s ( k ) e ( n - k ) .
由于前馈控制器和反馈控制器在进行自适应迭代时可以使用完全相同的参数更新算法，因此可以复用同一个自适应算法模块来进行自适应迭代，其中算法具体包括：时域算法、频域算法或子带算法。具体迭代的***流程如图3所示，该***噪声源、控制源和误差传感器都布放在一个管道中。噪声源的激励信号包括两部分。具体实施时一部分是带宽为100Hz-1000Hz的噪声信号，这部分信号同时作为参考信号，需要说明的是此实施例中略去了参考传感器，参考信号发送给前反馈混合控制***，另一部分是带宽为400Hz-520Hz的噪声信号，这部分信号不发送给控制***。前反馈混合控制***采集到参考信号和误差信号后，通过图2所描述的流程计算出控制信号用于激励控制源。其中为对比不同控制策略的噪声控制效果，本实施例采用三种不同模式进行控制：(1)仅开启前馈控制；(2)仅开启反馈控制；(3)开启前反馈混合控制。噪声控制效果如图4所示。从图4可以看出：其中横坐标表示频率，单位为Hz，纵坐标表示噪声级，单位为dB，仅开启前馈控制时，400Hz–520Hz区间几乎没有降噪效果；仅开启反馈控制时，400Hz–520Hz有降噪效果，但整个频带的降噪特性不明显；前反馈混合控制和有效结合两者有点，在全频带实现了较好的降噪。总体降噪性能上，前馈控制的降噪量为3.2dB，反馈控制的降噪量为6.4dB，前反馈混合控制降噪量则达到17.1dB。
其中需要说明的是本实施例只给出管道噪声抑制的典型数据，而本发明的前反馈混合控制方法可以适用于任意的有源噪声控制场景，其它场景包括但不限于耳机用有源噪声控制***、车用有源噪声控制***以及室内空间有源噪声控制***等。
本发明实施例通过上述方式，一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法，采用全数字自适应控制方案，可针对前馈、反馈和混合应用场景实现控制的切换；通过前反馈自适应***结合，可提升噪声消除效果；反馈控制方案直接提取误差信号进行滤波，省去了复杂的参考信号合成过程，有效地简化了***结构；同时反馈控制方案与前馈控制方案通过同一种结构实现，大大的降低了整个***的复杂度。
实施例二：
图5示出了本发明第二实施例提供的一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制装置的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
设定单元，用于设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器。
在具体实施过程中，设定单元用于设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器，设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器时均包括，首先需要设定阶数，之后需要设定自适应的迭代系数。
噪声控制单元，用于前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号。
在本发明实施例中，噪声控制单元用于获取得到最终的控制信号，前馈控制滤波器首先对获取到的参考信号进行滤波处理，在进行滤波处理以后获取得到第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取得到的误差信号进行滤波，在进行滤波处理以后获取得到第二路控制信号，两路控制信号通过信号叠加得到总的控制信号，用于激励控制源以达到有源控制的目的，实现有源噪声的控制的目的。
自适应单元，用于反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
在本发明实施例中，自适应单元根据获取得到的参数信息进行前馈控制滤波器的自适应迭代和反馈控制滤波器的自适应迭代，前馈控制滤波器和反馈控制滤波器共同构成前反馈控制滤波器，完成数字式前反馈自适应混合有源控制装置的自适应迭代，其中反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
本发明实施例通过上述方式，一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制装置，采用全数字自适应控制方案，可针对前馈、反馈和混合应用场景实现控制的切换；通过前反馈自适应***结合，可提升噪声消除效果；反馈控制方案直接提取误差信号进行滤波，省去了复杂的参考信号合成过程，有效地简化了***结构；同时反馈控制方案与前馈控制方案通过同一种结构实现，大大的降低了整个***的复杂度。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制方法，其特征在于，所述方法包括：
设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器；
前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号；
反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器均包括:设定阶数和设定自适应迭代系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反馈控制滤波器与前馈控制滤波器在进行自适应迭代时复用同一个算法模块，采用相同的算法。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述算法包括：时域算法、频域算法或子带算法。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用的有源噪声控制场景包括：耳机用有源噪声控制***、车用有源噪声控制***以及室内空间有源噪声控制***。
6.一种数字式前反馈自适应混合有源噪声控制装置，其特征在于，所述装置包括：
设定单元，用于设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器；
噪声控制单元，用于前馈控制滤波器对获取到的参考信号进行滤波并获得第一路控制信号，反馈控制滤波器对获取到的误差信号进行滤波并获得第二路控制信号；
自适应单元，用于反馈控制滤波器根据误差传感器采集到的误差信号进行自适应迭代，前馈控制器滤波器根据参考信号以及误差信号进行自适应迭代。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述设定前馈控制滤波器和反馈控制滤波器均包括:设定阶数和设定自适应迭代系数。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述反馈控制滤波器与前馈控制滤波器在进行自适应迭代时复用同一个算法模块，采用相同的算法。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述算法包括：时域算法、频域算法或子带算法。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置适用的有源噪声控制场景包括：耳机用有源噪声控制***、车用有源噪声控制***以及室内空间有源噪声控制***。
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