CN112995855A - 一种滤波器步长系数确定方法、装置和降噪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种滤波器步长系数确定方法、装置和降噪装置，涉及主动噪声控制领域。滤波器步长系数确定方法，其特征在于，应用于具有滤波器的电子设备，所述方法包括：确定输入信号的当前能量值；基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值；在所述目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定所述预设能量阈值为输出能量值；基于所述输出能量值确定所述步长系数。方法应用于滤波器步长系数确定装置。本发明提供的方法可以避免由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，提高了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及主动噪声控制领域，尤其涉及一种滤波器步长系数确定方法、装置和降噪装置。
背景技术
随着人们交通出行的日益频繁，环境噪声已经严重的影响到人们出行的质量。传统的降噪手段主要包括通过隔音材料吸收噪音，但受限于布置空间、材料特性和成本等因素，传统的降噪手段对高频噪声去除效果较高，但对低频噪声的去除效果不理想。基于此，主动降噪开始逐步成为降噪手段中的研究主流，主动降噪与传统降噪的手段不同。
主动降噪也即是主动噪声控制（Active Noise Cancellation，ANC），是通过声波干涉相消的原理，通过接收以及分析外界噪声的频率、幅度和相位，并驱动喇叭产生于外界噪声频率一致、幅度相当和相位相反的声音，以抵消外界噪声从而实现对外界噪声的消除。
其中，数字ANC的核心是自适应滤波器，现有的数字ANC架构基于数字信号处理（Digital signal processing，DSP）进行语音处理，然而DSP中设置有冗余电路，处理效率较低，导致不能及时产生相反的相消声音，进一步的导致由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，降低了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滤波器步长系数确定方法、装置和降噪装置，以解决现有信号处理延迟产生的相消声音成为噪声，降低主动噪声控制的稳定性和可靠性的问题。
第一方面，本发明提供一种滤波器步长系数确定方法，应用于具有滤波器的电子设备，所述方法包括：
确定输入信号的当前能量值；
基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值；
在所述目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定所述预设能量阈值为输出能量值；
基于所述输出能量值确定所述步长系数。
采用上述技术方案的情况下，本发明实施例提供的滤波器步长系数确定方法，可以确定输入信号的当前能量值，基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值，在所述目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定所述预设能量阈值为输出能量值，基于所述输出能量值确定所述步长系数，从而基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声，处理效率较高，可以及时基于步长系数产生相反的相消声音，避免由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，提高了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值，包括：
按照预设比例对所述历史能量值进行计算，得到能量调节系数值；
将所述当前能量值和所述能量调节系数值相加，得到目标能量值。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述输出能量值确定所述步长系数，包括：
基于所述输出能量值从预设输出能量和步长系数对应关系查找到所述输出能量值匹配的所述步长系数；或，
基于所述输出能量值和Sigmoid函数确定所述步长系数。
在一种可能的实现方式中，在所述基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值之后，所述基于所述输出能量值确定所述步长系数之前，所述方法还包括：
在所述目标能量值大于或者等于预设能量阈值的情况下，确定所述目标能量值为所述输出能量值。
在一种可能的实现方式中，在所述基于所述输出能量值确定所述步长系数之后，所述方法还包括：
基于所述步长系数确定目标滤波器参数；
基于所述目标滤波器参数对所述滤波器的历史参数进行更新。
第二方面，本发明还提供一种滤波器步长系数确定装置，应用于电子设备，所述装置包括：处理器以及与处理器耦合的通信接口；所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如第一方面任一项所述的滤波器步长系数确认方法。
第二方面提供的滤波器步长系数确定装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的滤波器步长系数确定方法的有益效果相同，此处不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种降噪装置，包括：
音频接收单元，所述音频接收单元包括第一麦克风和第二麦克风；
前馈滤波电路，所述前馈滤波电路的输入端与第一麦克风电连接；所述前馈滤波电路至少包括自适应滤波器，以及与所述自适应滤波器电连接的有限冲击响应滤波器；
反馈滤波电路，所述反馈滤波电路的输入端与所述第二麦克风，所述反馈滤波电路的输出端与所述前馈滤波电路的输入端电连接；
信号叠加电路，所述反馈滤波电路的输出端和所述前馈滤波电路的输出端均与所述信号叠加电路的输入端电连接；
与所述信号叠加电路的输入端电连接的音频生成器；所述音频生成器还与所述反馈滤波电路的输入端电连接；
以及与所述信号叠加电路的输出端电连接的音频播放器。
在一种可能的实现方式中，所述前馈滤波电路包括第一自适应滤波器和第一有限冲击响应滤波器；
其中，所述第一自适应滤波器的输入端和所述第一有限冲击响应滤波器的输入端均与所述第一麦克风电连接，所述反馈滤波电路的输出端与所述第一自适应滤波器的输入端电连接，第一自适应滤波器的输出端与所述第一有限冲击响应滤波器的输入端，第一有限冲击响应滤波器的输出端与所述信号叠加电路的输入端电连接。
在一种可能的实现方式中，所述反馈滤波电路包括固定滤波器、第二自适应滤波器以及第二有限冲击响应滤波器；
其中，所述第二自适应滤波器的输出端和所述第二有限冲击响应滤波器的输入端电连接；所述固定滤波器的输入端分别与所述第二自适应滤波器的输入端和所述第二有限冲击响应滤波器的输出端电连接；所述第二有限冲击响应滤波器的输出端和所述第二麦克风的输出端电连接；所述固定滤波器的输出端和所述信号叠加电路的输入端电连接；所述第二自适应滤波器的输入端和所述第二有限冲击响应滤波器的输入端均与所述音频生成器的输入端电连接；所述固定滤波器的输入端和所述前馈滤波电路电连接。
在一种可能的实现方式中，所述固定滤波器包括无限冲击响应滤波器，所述无限冲击响应滤波器以乘法器和累加器为中心。
第四方面提供的降噪装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的滤波器步长系数确定方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种降噪装置的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种滤波器步长系数确认方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的另一种滤波器步长系数确定方法的流程示意图；
图4示出了本申请实施例提供的一种降噪装置的算法示意图；
图5示出了一种初级路径的幅度信息和相位信息示意图；
图6示出了一种次级路径的幅度信息和相位信息示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种更新滤波器参数的示意图；
图8示出了本申请实施例提供的一种滤波器参数更新示意图；
图9示出了本申请实施例提供的一种固定滤波器的结构示意图；
图10示出了本申请实施例提供的一种滤波器结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图；
图12为本发明实施例提供的芯片的结构示意图。
附图标记：
02-前馈滤波电路；03-反馈滤波电路；04-信号叠加电路；05-音频生成器；06-音频播放器；011-第一麦克风；012-第二麦克风；021-自适应滤波器；022-有限冲击响应滤波器；091-第一采样率转换器；071-第一模数转换器；092-第二采样率转换器；072-第二模数转换器；093-第三采样率转换器；08-数模转换器；073-第三模数转换器；041-第一累加器；094-采样率转换器；042-第二累加器；043-第三累加器；400-电子设备；410-处理器；420-通信接口；440-通信线路；430-存储器；4101-第一处理器；4102-第二处理器；500-芯片；540-总线系统。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
图1示出了本申请实施例提供的一种降噪装置的结构示意图，如图1所示，降噪装置包括：音频接收单元、前馈滤波电路02、反馈滤波电路03、信号叠加电路04、音频生成器05和音频播放器06。该音频接收单元包括第一麦克风011和第二麦克风012；前馈滤波电路02的输入端与第一麦克风011电连接；前馈滤波电路02至少包括自适应滤波器021，以及与自适应滤波器021电连接的有限冲击响应滤波器022。
反馈滤波电路03的输入端与第二麦克风012，反馈滤波电路03的输出端与前馈滤波电路02的输入端电连接；反馈滤波电路03的输出端和前馈滤波电路02的输出端均与信号叠加电路04的输入端电连接；与信号叠加电路04的输入端电连接的音频生成器05；音频生成器05还与反馈滤波电路03的输入端电连接；以及与信号叠加电路04的输出端电连接的音频播放器06。
其中，第一麦克风获取的参考信号（x(n)）经过初级路径（P(z)）也即是空气路径传播到第二麦克风时产生初级噪声信号（d(n)），同时参考信号（x(n)）经过前馈滤波电路处理与当前时刻的误差信号（e(n)）经过反馈滤波电路处理后相叠加，产生叠加信号（y(n)），并经由音频播放器产生次级声后在音频播放器处干涉相消，其中，音频播放器可以是扬声器。
在本申请中，第一麦克风可以被称为参考麦克风。
其中，自适应滤波器的响应速度和精度将决定降噪装置的整体性能，其中，基于主动噪声控制（FxLMS）算法模型中的相应公式：
其中，y(n)表示叠加信号；x(n)表示参考信号，也即是输入信号；d(n)表示初级噪声信号；e(n)表示当前时刻的误差信号；w(n)表示滤波器的级数系数，也即是乘法器；
表示步长系数；
表示滤波器的级数系数，也即是目标滤波器参数。
进一步的，在本申请中，
，其中，
表示输入矩阵特征值。
在本申请中，关于步长系数的确定，首先可以设定初始步长系数，其中，初始步长系数是在初始化收敛阶段和未知系统参数发生变化时，步长比较大，可以通过初始步长系数使得步长有较快的收敛速度和时变系统的跟踪速度，待逐步收敛后可以根据输入信号的当前能量值和步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声。
可选的，参见图1，前馈滤波电路02包括第一自适应滤波器021和第一有限冲击响应滤波器022；
其中，第一自适应滤波器021的输入端和第一有限冲击响应滤波器022的输入端均与第一麦克风011电连接，反馈滤波电路03的输出端与第一自适应滤波器021的输入端电连接，第一自适应滤波器021的输出端与第一有限冲击响应滤波器022的输入端，第一有限冲击响应滤波器022的输出端与信号叠加电路04的输入端电连接。
可选的，参见图1，反馈滤波电路03包括固定滤波器031、第二自适应滤波器032以及第二有限冲击响应滤波器033；
其中，第二自适应滤波器032的输出端和第二有限冲击响应滤波器033的输入端电连接；固定滤波器031的输入端分别与第二自适应滤波器032的输入端和第二有限冲击响应滤波器033的输出端电连接；第二有限冲击响应滤波器033的输出端和第二麦克风012的输出端电连接；固定滤波器031的输出端和信号叠加电路04的输入端电连接；第二自适应滤波器032的输入端和第二有限冲击响应滤波器033的输入端均与音频生成器05的输入端电连接；固定滤波器031的输入端和前馈滤波电路02电连接。
可选的，参见图1，降噪装置还包括模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）08和采样率转换器，其中，模数转换器包括和第一麦克风011的输出端连接以及和第一采样率转换器091的输入端电连接的第一模数转换器071，还包括和第二采样率转换器092的输入端电连接的第二模数转换器072，还包括和第二麦克风012的输入端以及和第三采样率转换器的093的输入端电连接的第三模数转换器073。数模转换器08的输入端和信号叠加电路04的输出端电连接，数模转换器08的输出端和音频播放器06的输入端电连接。
信号叠加电路04包括依次电连接的第一累加器041、采样率转换器094和第二累加器042。
参见图1，降噪装置还包括和第二有限冲击响应滤波器的输出端以及第三采样率转换器093的输出端连接的第三累加器043。
本发明实施例提供的降噪装置，可以通确定输入信号的当前能量值，基于当前能量值和历史能量值确定目标能量值，在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定预设能量阈值为输出能量值，基于输出能量值确定步长系数，以进一步的，可以基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声，处理效率较高，可以及时基于步长系数产生相反的相消声音，避免由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，提高了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
图2示出了本申请实施例提供的一种滤波器步长系数确认方法的流程示意图，该滤波器步长系数确定方法应用于具有滤波器的电子设备。该滤波器可以为
如图2所示，该滤波器步长系数确定方法包括：
步骤101：确定输入信号的当前能量值。
在本申请中，输入信号可以是第一麦克风采集的噪音信号。
可以通过输入信号乘以输出信号（
）的方式，确定输入信号的当前能量值，在本申请中，当前能量值越大则步长系数越小。
步骤102：基于当前能量值和历史能量值确定目标能量值。
在本申请中，可以按照预设比例对历史能量值进行计算，得到能量调节系数值；将当前能量值和能量调节系数值相加，得到目标能量值。可以避免步长系数出现突变，并且使得步长系数具有记忆性。
步骤103：在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定预设能量阈值为输出能量值。
在本申请中，在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，由于主动噪声控制算法稳定后，当前时刻的误差信号在接近零处变化不大，因此不具有缓慢变化的特性，使得步长在自适应稳态阶段仍然具有较大的变化，则在本申请中，设定预设能量阈值，当目标能量值小于该预设能量阈值时，可以将预设能量阈值设定为输出能量值，避免输入信号能量过小时导致步长在自适应阶段仍具有较大的变化，提高了步长计算过程中的稳定性和可靠性。
在本申请中，在确定输出能量值之后，可以对输出能量进行归一化处理。
步骤104：基于输出能量值确定步长系数。
在本申请中，可以基于输出能量值从预设输出能量和步长系数对应关系查找到输出能量值匹配的步长系数。
其中，可以预存预设输出能量和步长系数对应关系表，则在确定输出能量值之后，可以通过查表的方式确定步长系数，提高步长系数的确定精度和确定速度。其中，对应关系表可以是512级的分辨率查表，本申请实施例对此不作具体限定，可以根据实际应用场景做标定调整。
在本申请中，还可以基于输出能量值和Sigmoid函数确定步长系数，在确定步长系数之后，可以基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声。
其中，步长系数可以控制自适应滤波器快速高效找到最佳值。Sigmoid函数是一个在生物学中常见的S型函数，也称为S型生长曲线。 在信息科学中，由于其单增以及反函数单增等性质，Sigmoid函数常被用作神经网络的阈值函数，将变量映射到0-1之间。
本发明实施例提供的滤波器步长系数确定方法，可以通确定输入信号的当前能量值，基于当前能量值和历史能量值确定目标能量值，在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定预设能量阈值为输出能量值，基于输出能量值确定步长系数，以进一步的，可以基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声，处理效率较高，可以及时基于步长系数产生相反的相消声音，避免由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，提高了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
可选的，图3示出了本申请实施例提供的另一种滤波器步长系数确定方法的流程示意图，该滤波器步长系数确定方法应用于具有滤波器的电子设备。如图3所示，该滤波器步长系数确定方法包括：
步骤201：确定输入信号的当前能量值。
为了清楚描述本发明实施例提供的滤波器步长系数确定方法，下面结合图1描述降噪装置的降噪原理。
图4示出了本申请实施例提供的一种降噪装置的原理示意图。如图4所示，第一麦克风获取的参考信号（x(n)）经过初级路径（P(z)）也即是空气路径传播到第二麦克风时产生初级噪声信号（d(n)），同时参考信号（x(n)）经过前馈滤波电路 FF_W(z)处理与当前时刻的误差信号（e(n)）经过反馈滤波电路FB_W(z)处理后相叠加，产生叠加信号（y(n)），并经由音频播放器产生次级声后在音频播放器处干涉相消，其中，音频播放器可以是扬声器。
在本申请中，第一麦克风可以被称为参考麦克风，则可以首先测量初级路径，其中，初级路径中包括测试设备的延时信息和频率特性。示例的，图5示出了一种初级路径的幅度信息和相位信息示意图，如图5所示，(A)表示幅度信息示意图，横轴表示频率，纵轴表示幅度，（B）表示相位信息示意图，横轴表示频率，纵轴表示相位。
在本申请中，第二麦克风可以被称为误差麦克风，则可以测量次级路径，也即是音频播放器（扬声器）到第二麦克风的路径。其中，次级路径中包括测试设备的延时信息和频率特性。示例的，图6示出了一种次级路径的幅度信息和相位信息示意图，如图6所示，(A)表示幅度信息示意图，横轴表示频率，纵轴表示幅度，（B）表示相位信息示意图，横轴表示频率，纵轴表示相位。
进一步的，参见图4，可以基于参考信号（x(n)）和次级路径的传递函数C(z)进行滤波，得到滤波后的参考信号 xf (n)，其中，传递函数C(z)和传递函数C ∧ (Z)表征降噪装置中的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的扬声器到第二麦克风的延时特性和频率特性，传递函数是器件固定的。
再进一步的，参见图4，可以确定出初级噪声信号d(n)和滤波后的参考信号 xf (n)的维纳解，图4中的 FF_W(z)IIR表示的是固定滤波器，LMS1表示的是第一自适应滤波器，LMS2表示的是第二自适应滤波器，SZ_W(z)表示的是第二有限冲击响应滤波器， FF_W(z)表示的是第一有限冲击响应滤波器，Music也即是音频信号输入至第二有限冲击响应滤波器。
其中，自适应滤波器的响应速度和精度将决定降噪装置的整体性能，其中，基于主动噪声控制（FxLMS）算法模型中的相应公式：
其中，y(n)表示叠加信号；x(n)表示参考信号，也即是输入信号；d(n)表示初级噪声信号；e(n)表示当前时刻的误差信号；w(n)表示滤波器的级数系数，也即是乘法器；
表示步长系数；
表示滤波器的级数系数，也即是乘法器。
进一步的，在本申请中，
，其中，
表示输入矩阵特征值。
在本申请中，关于步长系数的确定，首先可以设定初始步长系数，其中，初始步长系数是在初始化收敛阶段和未知系统参数发生变化时，步长比较大，可以通过初始步长系数使得步长有较快的收敛速度和时变系统的跟踪速度，待逐步收敛后可以根据输入信号的当前能量值和步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声。
在本申请中，可以通过输入信号乘以输出信号（
）的方式，确定输入信号的当前能量值，在本申请中，当前能量值越大则步长系数越小。
步骤202：按照预设比例对历史能量值进行计算，得到能量调节系数值。
在本申请中，预设比例的范围可以是八分之一到一，也即是，该预设比例可以是八分之一，可以是八分之二，还可以是八分之三、八分之四、八分之五、八分之六、八分之七或八分之八，本申请实施例对此不作具体限定，可以根据实际应用场景做标记调整。
具体的，可以将历史能量值乘以预设比例，得到能量调节系数值。
在按照预设比例对历史能量值进行计算，得到能量调节系数值之后，执行步骤203。
步骤203：将当前能量值和能量调节系数值相加，得到目标能量值。
将当前能量值和能量调节系数值相加，可以得到目标能量值，可以避免步长系数出现突变，并且使得步长系数具有记忆性。
在将当前能量值和能量调节系数值相加，得到目标能量值之后，执行步骤204或步骤205。
步骤204：在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定预设能量阈值为输出能量值。
在本申请中，在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，由于主动噪声控制算法稳定后，当前时刻的误差信号在接近零处变化不大，因此不具有缓慢变化的特性，使得步长在自适应稳态阶段仍然具有较大的变化，则在本申请中，设定预设能量阈值，当目标能量值小于该预设能量阈值时，可以将预设能量阈值设定为输出能量值，避免输入信号能量过小时导致步长在自适应阶段仍具有较大的变化，提高了步长计算过程中的稳定性和可靠性。
在本申请中，在确定输出能量值之后，可以对输出能量进行归一化处理。
在确定预设能量阈值为输出能量值之后，执行步骤206或步骤207。
步骤205：在目标能量值大于或者等于预设能量阈值的情况下，确定目标能量值为输出能量值。
在本申请中，设定预设能量阈值，当目标能量值大于或者等于该预设能量阈值时，可以确定目标能量值为输出能量值。
在确定目标能量值为输出能量值之后，执行步骤206或步骤207。
步骤206：基于输出能量值从预设输出能量和步长系数对应关系查找到输出能量值匹配的步长系数。
其中，可以预存预设输出能量和步长系数对应关系表，则在确定输出能量值之后，可以通过查表的方式确定步长系数，提高步长系数的确定精度和确定速度。其中，对应关系表可以是512级的分辨率查表，本申请实施例对此不作具体限定，可以根据实际应用场景做标定调整。
在基于输出能量值从预设输出能量和步长系数对应关系查找到输出能量值匹配的步长系数之后，执行步骤208。
步骤207：基于输出能量值和Sigmoid函数确定步长系数。
在本申请中，还可以基于输出能量值和Sigmoid函数确定步长系数，在确定步长系数之后，可以基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声。
在基于输出能量值和Sigmoid函数确定步长系数之后，执行步骤208。
步骤208：基于步长系数确定目标滤波器参数。
在本申请中，每次自适应滤波器参数更新时可以依次读取256个上一时刻的历史滤波器值和新计算的步长系数，基于历史滤波器值和步长系数得到目标滤波器系数。
其中，目标滤波器系数为：
。
在基于步长系数确定目标滤波器参数之后，执行步骤209。
步骤209：基于目标滤波器参数对滤波器的历史参数进行更新。
在对滤波器的历史参数进行更新的同时，将目标滤波器参数写入历史参数中。
示例的，图7示出了本申请实施例提供的一种更新滤波器参数的示意图，首先存储器（Xin-RAM）一次写入一个值，基于输入信号x(n)一次写入一个值，依次读出256个值（x (n)...x(n+256)），输入e(n)，e(n)表示当前时刻的误差信号，并同时进行u值计算，确定256个目标滤波器系数
，也即是运算得到256个fir-coef，得到临时目标滤波器系数文件夹，也即是fir-coef-temp，然后基于
确定目标滤波器参数，并对滤波器参数逐个进行更新，在对滤波器的历史参数进行更新的同时，将目标滤波器参数写入历史参数中，也即是将目标滤波器参数存储至滤波器系数存储器（Coef-RAM）。
示例的，图8示出了本申请实施例提供的一种滤波器参数更新示意图，得到临时目
标滤波器系数文件夹，也即是fir-coef-temp，然后基于
确
定目标滤波器参数fir-coef，也即是，通过读取历史滤波器参数
，并基于历史滤波器参
数和预设的右移Pro-m位（预设比例）得到能量调节系数值，将当前滤波器参数和能量调节
系数值进行相加，得到目标滤波器参数fir-coef，并对滤波器参数逐个进行更新，在对滤波
器的历史参数Old coef进行更新的同时，将目标滤波器参数写入历史参数中，也即是将目
标滤波器参数存储至滤波器系数存储器（OLD Coef-RAM RFIP-256X18）。
在本申请中，滤波器可以采用横向滤波器架构，采用乘法器分时复用的方式，可以降低硬件资源。
在本申请中，采用固定滤波器就可以达到降噪性能和稳定性的平衡，图9示出了本申请实施例提供的一种固定滤波器的结构示意图，固定滤波器包括无限冲击响应滤波器，无限冲击响应滤波器以乘法器X和累加器Y为中心，累加器Y用于计算每个无限冲击响应级(包括第一级和第二级)的结果。其中，每个无限冲击响应滤波器级的运算需要5个周期来完成，其中，Z-1表示滤波器系数。
在本申请中，去除音乐通道也即是音频生成器所在通道，前馈滤波电路和反馈滤波电路执行完之后经过信号叠加电路，经由音频生成器生成频率相同、幅度相同以及相位相反的信号，以达到抵消外界噪声的效果。其中，音频生成器可以是扬声器。
在本申请中，可以确定出初级噪声信号d(n)和滤波后的参考信号 xf (n)的维纳解，第一有限冲击响应滤波器和第二有限冲击响应滤波器的长度可以是256阶，本申请实施例对此不作具体限定，可以根据实际应用场景做标记调整。
示例的，图10示出了本申请实施例提供的一种滤波器结构示意图，如图10所示，w (n)表示滤波器的级数系数，则w0(n)表示0级系数，w1(n)表示1级系数，w2(n)表示2级系数，wM-2(n)表示M-2级系数，wM-1(n)表示M-1级系数，x(n)表示参考信号，也即是输入信号，y(n)表示叠加信号；d(n)表示初级噪声信号；e(n)表示当前时刻的误差信号，其中，Z-1表示滤波器系数。
在本申请中，两路LMS可以共享步长系数计算单元乘法器和累加器，可以减少硬件开销。时钟频率为24.576兆赫兹（MHZ），信号频率为192千赫兹（KHZ），也即是在192KHZ允许128个周期来处理滤波器，因此对于第一有限冲击响应滤波器和第二有限冲击响应滤波器，可以采用4个乘法器。
示例的，本申请实施例提供的一种乘法器个数与计算时延关系，EQ就是滤波器，对于4频带滤波器，时钟频率在24.576兆赫兹（Mhz）、累加单位号为1，输出延迟时间为5个计算单位时间加上一个寄存器输出时间，则输出时间为0.244微秒；对于4频带滤波器，时钟频率在12.288兆赫兹（Mhz）、累加单位号为1，输出延迟时间为5个计算单位时间加上一个寄存器输出时间，则输出时间为0.488微秒。对于有限冲击响应滤波器，时钟频率在24.576Mhz，累加单位号为4，输出延迟时间为65个计算单位时间加上1个寄存器输出时间的，对应的输出时间为2.685微秒；对于有限冲击响应滤波器，时钟频率在12.288Mhz，累加单位号为4，输出延迟时间为65个计算单位时间加上1个寄存器输出时间的，对应的输出时间为5.371微秒。可知对于同一滤波器，始终频率越大，输出时间越短。
本发明实施例提供的滤波器步长系数确定方法，可以通确定输入信号的当前能量值，基于当前能量值和历史能量值确定目标能量值，在目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定预设能量阈值为输出能量值，基于输出能量值确定步长系数，以进一步的，可以基于步长系数调整步长，以使得步长达到很小的稳态失调噪声，处理效率较高，可以及时基于步长系数产生相反的相消声音，避免由于处理延迟产生的相消声音成为噪声，提高了主动噪声控制的稳定性和可靠性。
本发明还提供了一种滤波器步长系数确定装置，应用于电子设备，装置包括：处理器以及与处理器耦合的通信接口；处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如图2至图8任一项的滤波器步长系数确认方法。
本发明实施例中的电子设备可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。该装置可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机（ultra-mobile personal computer，UMPC）、上网本或者个人数字助理（personaldigital assistant，PDA）等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器（NetworkAttached Storage，NAS）、个人计算机（personal computer，PC）、电视机（television，TV）、柜员机或者自助机等，本发明实施例不作具体限定。
本发明实施例中的电子设备可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓（Android）操作系统，可以为ios操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本发明实施例不作具体限定。
图11示出了本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。如图11所示，该电子设备400包括处理器410。
如图11所示，上述处理器410可以是一个通用中央处理器（central processingunit，CPU），微处理器，专用集成电路（application-specific integrated circuit，ASIC），或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。
如图11所示，上述电子设备400还可以包括通信线路440。通信线路440可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
可选的，如图11所示，上述电子设备还可以包括通信接口420。通信接口420可以为一个或多个。通信接口420可使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信。
可选的，如图11所示，该电子设备还可以包括存储器430。存储器430用于存储执行本发明方案的计算机执行指令，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的计算机执行指令，从而实现本发明实施例提供的方法。
如图11所示，存储器430可以是只读存储器（read-only memory，ROM）或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器（random access memory，RAM）或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器（electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM）、只读光盘（compactdisc read-only memory，CD-ROM）或其他光盘存储、光碟存储（包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等）、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器430可以是独立存在，通过通信线路440与处理器410相连接。存储器430也可以和处理器410集成在一起。
可选的，本发明实施例中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本发明实施例对此不作具体限定。
在具体实现中，作为一种实施例，如图11所示，处理器410可以包括一个或多个CPU，如图11中的CPU0和CPU1。
在具体实现中，作为一种实施例，如图11所示，终端设备可以包括多个处理器，如图11中的第一处理器4101和第二处理器4102。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器，也可以是一个多核处理器。
图12是本发明实施例提供的芯片的结构示意图。如图12所示，该芯片500包括一个或两个以上（包括两个）处理器410。
可选的，如图12所示，该芯片还包括通信接口420和存储器430，存储器430可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供操作指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器（non-volatile random access memory，NVRAM）。
在一些实施方式中，如图12所示，存储器430存储了如下的元素，执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集。
在本发明实施例中，如图12所示，通过调用存储器存储的操作指令（该操作指令可存储在操作系统中），执行相应的操作。
如图12所示，处理器410控制终端设备中任一个的处理操作，处理器410还可以称为中央处理单元（central processing unit，CPU）。
如图12所示，存储器430可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器430的一部分还可以包括NVRAM。例如应用中存储器、通信接口以及存储器通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图12中将各种总线都标为总线系统540。
如图12所示，上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（digital signal processing，DSP）、ASIC、现成可编程门阵列（field-programmable gate array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
一方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令被运行时，实现上述实施例中由终端设备执行的功能。
一方面，提供一种芯片，该芯片应用于终端设备中，芯片包括至少一个处理器和通信接口，通信接口和至少一个处理器耦合，处理器用于运行指令，以实现上述实施例中由降噪装置执行的功能。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘（digital video disc，DVD）；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘（solid state drive，SSD）。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种滤波器步长系数确定方法，其特征在于，应用于具有滤波器的电子设备，所述方法包括：
确定输入信号的当前能量值；
基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值；
在所述目标能量值小于预设能量阈值的情况下，确定所述预设能量阈值为输出能量值；
在所述目标能量值大于或者等于所述预设能量阈值的情况下，确定所述目标能量值为所述输出能量值；
基于所述输出能量值确定所述步长系数。
2.根据权利要求1所述的步长系数确定方法，其特征在于，所述基于所述当前能量值和历史能量值确定目标能量值，包括：
按照预设比例对所述历史能量值进行计算，得到能量调节系数值；
将所述当前能量值和所述能量调节系数值相加，得到目标能量值。
3.根据权利要求1所述的步长系数确定方法，其特征在于，所述基于所述输出能量值确定所述步长系数，包括：
基于所述输出能量值从预设输出能量和步长系数对应关系查找到所述输出能量值匹配的所述步长系数；或，
基于所述输出能量值和Sigmoid函数确定所述步长系数。
4.根据权利要求1~3任一项所述的步长系数确定方法，在所述基于所述输出能量值确定所述步长系数之后，所述方法还包括：
基于所述步长系数确定目标滤波器参数；
基于所述目标滤波器参数对所述滤波器的历史参数进行更新。
5.一种滤波器步长系数确定装置，其特征在于，应用于电子设备，所述装置包括：处理器以及与处理器耦合的通信接口；所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如权利要求1~4任一项所述的滤波器步长系数确认方法。
6.一种降噪装置，其特征在于，包括：
音频接收单元，所述音频接收单元包括第一麦克风和第二麦克风；
前馈滤波电路，所述前馈滤波电路的输入端与第一麦克风电连接；所述前馈滤波电路至少包括自适应滤波器，以及与所述自适应滤波器电连接的有限冲击响应滤波器；
反馈滤波电路，所述反馈滤波电路的输入端与所述第二麦克风，所述反馈滤波电路的输出端与所述前馈滤波电路的输入端电连接；
信号叠加电路，所述反馈滤波电路的输出端和所述前馈滤波电路的输出端均与所述信号叠加电路的输入端电连接；
与所述信号叠加电路的输入端电连接的音频生成器；所述音频生成器还与所述反馈滤波电路的输入端电连接；
以及与所述信号叠加电路的输出端电连接的音频播放器。
7.根据权利要求6所述的降噪装置，其特征在于，所述前馈滤波电路包括第一自适应滤波器和第一有限冲击响应滤波器；
其中，所述第一自适应滤波器的输入端和所述第一有限冲击响应滤波器的输入端均与所述第一麦克风电连接，所述反馈滤波电路的输出端与所述第一自适应滤波器的输入端电连接，第一自适应滤波器的输出端与所述第一有限冲击响应滤波器的输入端，第一有限冲击响应滤波器的输出端与所述信号叠加电路的输入端电连接。
8.根据权利要求6所述的降噪装置，其特征在于，所述反馈滤波电路包括固定滤波器、第二自适应滤波器以及第二有限冲击响应滤波器；
其中，所述第二自适应滤波器的输出端和所述第二有限冲击响应滤波器的输入端电连接；所述固定滤波器的输入端分别与所述第二自适应滤波器的输入端和所述第二有限冲击响应滤波器的输出端电连接；所述第二有限冲击响应滤波器的输出端和所述第二麦克风的输出端电连接；所述固定滤波器的输出端和所述信号叠加电路的输入端电连接；所述第二自适应滤波器的输入端和所述第二有限冲击响应滤波器的输入端均与所述音频生成器的输入端电连接；所述固定滤波器的输入端和所述前馈滤波电路电连接。
9.根据权利要求8所述的降噪装置，其特征在于，所述固定滤波器包括无限冲击响应滤波器，所述无限冲击响应滤波器以乘法器和累加器为中心。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 吕广强: "APF中一种改进的变步长LMS自适应谐波检测算法", 《电力系统保护与控制》 * |
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Denomination of invention: Method, device, and noise reduction device for determining filter step coefficient Effective date of registration: 20230324 Granted publication date: 20210813 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech sub branch Pledgor: Chengdu Aiqi Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023510000079 |
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