本发明专利技术公开了一种时频域混合自适应有源噪声控制算法，该算法根据噪声传播的时延特点，将整个控制滤波器划分成两块，一块在时域上完成滤波以保证无时延，另一块采用频域滤波，但两块数据的滤波器更新都在频域上完成，这样既保证了算法对先到达噪声信号的零时延控制，又利用了多时延频域算法降低了整个系统的计算量，从而整体提升了多时延频域算法的适用性和性能。本发明专利技术的显著优点是突破了多时延频域自适应算法的时延限制，使其能够用于无时延要求的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有源噪声控制领域，提出了一种时频域混合自适应有源噪声控制算法。
技术介绍
针对传统噪声控制方法的不足，有源噪声控制提供了一种对低频噪声非常有效的控制方法，即通过人为引入控制声源和原始噪声相互作用以达到降噪目的。由于一般情况下原始噪声和控制环境是时变的，故需要自适应调节控制声源的输出波形以保持降噪系统的性能。现有机舱和轿车等闭空间的有源噪声控制的应用中，有源噪声控制系统实用的主要障碍之一是降噪带宽有限。这可通过采用较高的采样率改善，但较高的采样频率导致自适应滤波和抵消通道模型的滤波器阶数显著增加。对于较长阶数的有限冲击响应(FIR)滤波器的滤波和自适应更新，采用基于快速傅立叶变换(FFT)的频域算法可显著降低其计算量。而FFT的正交分解特性对输入信号进行了去相关，通过对每个频谱选择不同的收敛系数，频域算法的收敛速度也可能比相应的时域算法有大幅度提高。对有源噪声控制中最常用的滤波-X最小均方算法(FXLMS)，有两条途径实现对应的频域算法。第一条途径是最大限度地利用频域运算的特点降低计算量，把其中的控制信号生成(FIR滤波)和滤波器更新(LMS)都在频域完成；而第二条途径是在时域完成控制信号生成，仅在频域完成滤波器更新(Elliott，S. J. ,2001. SignalProcessing for Active Control. Academic Press, London)。现有的大部分有源噪声控制系统采用的是第二条途径，其原因是第一条途径引入至少一个FFT块数据大小的时延，即控制信号生成不是实时的，这不满足大多数有源控制系统的实时性要求。但第二条途径的缺点是其计算量的节省程度有限(Qiu, X. and Hansen, C. H. , 2003b. A comparison ofadaptive feedforward control algorithms for the practical implementation ofmultichannel active noise control. Proceedings of 8th International Congress onSound and Vibration Wespac, Melbourne, Australia)。这是由于控制信号生成在整个系统的运算量中占有一定比重，如30%，因此即使在频域完成滤波器更新能节省所有的滤波器更新所需的计算量，整个系统计算量节省的极限超不过30%。已有研究提出采用多时延频域(MultiDelay Frequency domain,简称MDF)算法来解决上述问题(Qiu X. , Hansen C. H. , 2007. Multidelay adaptive filters foractive noise control. Proceedings of 14th International Congress on Sound andVibration, Cairns, Australia)。MDF算法是一种灵活的自适应结构，即将较长的FIR滤波器分成若干段较短的FIR滤波器分别进行处理，对每个较短的FIR采用频域滤波和更新。这 是一种简化的频域算法。由于对每一小块采用了频域算法，故整个系统的计算量可以利用FFT得到降低；而又由于采用了较短的FFT块，故控制信号的时延得到降低，从而在某些有源控制中得到应用。在有源噪声控制中使用MDF算法的关键是块大小的划分，需要在计算量降低和时延之间根据实际噪声环境进行折中。块越大，计算量降低得越多，但时延越大。当块的大小是原滤波器的长度时，则等价于第一条途径的频域算法。较小的块则适合于短时延的场合，当块的长度为I各采样点时，则等价于到时域FXLMS算法。现有MDF算法在有源噪声控制中应用的主要障碍是其时延。虽然MDF算法由于使用短块数据作FFT，时延减少了很多，但对很多有实时要求的有源噪声控制应用不适用(Qiu, X. , Li, N. , Chen, G. and Hansen, C. Η. ,2006. The implementation of delaylesssubband active noise control algorithms, Proceedings of the 2006 InternationalSymposium on Active control of Sound and Vibration,Adelaide,Australia)。本专利技术提出采用时频域混合自适应算法来实现无时延的MDF算法。时频域混合自适应算法的思路是根据实际噪声传播的时延特点，确定噪声传播的能量随时间的分布，从而将整个控制滤波器先划分成两块，两块数据长度不一定相等，第I块通常比第2块短很多。第I块仅包含第I波到达的能量，这块 数据的滤波在时域上完成，必须是无时延的。而第2块一般比第I块长很多倍，采用频域滤波实现，允许有一定的时延。第2块数据选用MDF算法，但两块数据的滤波器的更新都在频域上完成。这样既保证了算法对先到达噪声信号的零时延控制，又利用了 MDF算法降低了整个系统的计算量，从而整体提升了 MDF算法的适用性和性能。本专利技术的显著特点是通过利用时频域混合自适应有源噪声控制算法，突破多时延频域自适应算法的时延限制，使其能够用于无时延要求的场合。
技术实现思路
I、专利技术目的提出了一种时频域混合自适应有源噪声控制算法。该算法采用时频域混合处理来实现无时延的MDF算法。2、技术方案附图I给出了时频域混合实现FIR滤波的框图。图中FIR滤波器的系数为w(n)=τ,上角标T表示矩阵或者矢量的转置,L是滤波器长度。X (η)是输入信号，y(n)是输出信号，η是时域样本序号。假设第I部分的长度是Lt，则余下部分的长度SLf = L-Lt。通常，Lf KLt大很多，因此整个滤波器w(n)可被分成K段，每段的长度 N = Lt = L/K， wH (n) = τ, k = O, · · · , Κ_1 (I)其中第I段滤波器(k = 0)的滤波在时域上实现，故没有引入任何时延。而其余K-I段滤波器在频域上实现以降低计算量。其代价是引入了 N或者Lt采样点的时延。对频域滤波，数据块的大小是N，但采用2N点FFT通过重叠保存方法去除循环卷积的影响。在第k个块滤波器的系数后面补加N个0，采用2N点FFT，得Wk (m) = FFT2n τ, k = O, · · ·，K-I (2)式中，m是块序号，每N个采样点增加I。假设在第η个采样点(n = mN是N的整数倍)，第m个数据块xN (m) = τ形成，将该块数据和之前各块数据一起用来计算整个滤波器的后K-I段的N个输出，输出的序号从样本η到样本η+Ν-1,\_yf(n), yf(n + \), yf(n + N-Y)^(3)式中是NX 2N矩阵，由一个NXN零矩阵On和一个NXN单位阵In串接而成。X2W(m) = FFr2/J表示一个 2NX 2N 对角矩阵，其第 i 个对角元素就是这个2N大小矢量的第i项。从样本η到样本η+Ν-1，块序号从m增加到m+Ι，整个滤波器w (η)在各个采样时刻的输出为y (n) = y本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱小军，陈东，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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