CN216930301U - 一种基于lms自适应滤波器语音降噪系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，涉及扬声器技术领域，包括信号放大电路、模数转换器、FPGA模块、数模转换器以及功率放大器；信号放大电路的信号输入端电连接语音信号，信号放大电路的输出端与模数转换器的信号输入端电连接，模数转换器的信号输出端与FPGA模块的输入端电连接，FPGA模块内集成有LMS算法，FPGA模块通过LMS算法对语音信号进行降噪；本实用新型采用FPGA模块，并在FPGA模块内集成有LMS算法，通过LMS算法可依据外部信号特性动态地改变其滤波器相关参数来达到最佳滤波状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及扬声器技术领域，具体涉及一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统。
背景技术
当我们使用移动智能设备进行语音通信时，往往处在各种各样的非稳态、时间多变的噪音环境中，不同声音的混叠以及不规则多路径传播使得声音的传播质量低下。
语音降噪一方面是提高语音信号的清晰度，方便接收者能正确得到发送者的信息。另外一方面通过在信号源出滤除无用干扰还可以有效的提信噪比便于传输。
通常语音降噪处理算法通过无先验信息的语音降噪算法。在无先验信息语音降噪算法中，常用的有基于统计模型算法、信号子空间算法、维纳滤波算法等。这些算法在应用处理平稳噪声效果显著，但是对于变化很快的非平稳噪声，降噪性能不佳。
实用新型内容
为解决现有技术问题，本实用新型提供一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，包括信号放大电路、模数转换器、FPGA模块、数模转换器以及功率放大器；
所述信号放大电路的信号输入端电连接语音信号，所述信号放大电路的输出端与所述模数转换器的信号输入端电连接，所述模数转换器的信号输出端与所述FPGA模块的输入端电连接，所述FPGA模块内集成有LMS算法，所述FPGA模块通过LMS算法对语音信号进行降噪；
所述FPGA模块的输出端与所述数模转换器的信号输入端电连接，所述数模转换器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端电连接，所述功率放大器的信号输出端与扬声器电连接。
进一步的方案是，所述信号放大电路包括一级放大电路、滤波电路及次级放大电路，所述一级放大电路与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述次级放大电路连接；其中，
所述一级放大电路，用于接收输入信号并输出第一放大信号；
所述滤波电路，用于接收所述第一放大信号并对所述第一放大信号进行滤波，输出第二放大信号；
所述次级放大电路，用于接收所述第二放大信号，并对所述第二放大信号的放大倍数进行调节。
进一步的方案是，所述第一斩波稳零放大器包括主放大器及校零放大器；所述主放大器的输入端与所述校零放大器的输出端连接，以使所述主放大器校零。
进一步的方案是，所述第一斩波稳零放大器还包括补偿偏置电路；其中，所述补偿偏置电路与所述主放大器连接，所述补偿偏置电路还与所述校零放大器连接，所述补偿偏置电路用于使所述主放大器及所述校零放大器在宽频带内有平坦的响应。
进一步的方案是，所述功率放大器包括主电源电路和电流放大电路；
所述主电源电路包括整流电路与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；
所述电流放大电路包括驱动电路与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6；
所述整流电路的输出与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的一端连接，所述整流电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接；
所述驱动电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接；所述第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的发射极都相互连接用于整个电路的输出。
进一步的方案是，所述整流电路包括变压器、整流二极管和高频滤波电容。
本实用新型的有益效果：
本实用新型采用FPGA模块，并在FPGA模块内集成有LMS算法，通过LMS算法可依据外部信号特性动态地改变其滤波器相关参数来达到最佳滤波状态；
本实用新型通过设置一级放大电路、滤波电路及次级放大电路，形成一种信号放大电路，采用两级信号放大，从而在获得高倍数信号放大的同时进一步提高了信噪比，提升了小信号放大效率；
本实用新型克服现有的功率放大器的电源和电流放大级用导线连接而存在的内阻过大、容易受到外部的干扰、接插件易接触不良等产生的影响，将电流放大电路和主电源电路两者连接，实现抗干扰的目的。
附图说明
图1为本实用新型实施例一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中信号放大电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中信号放大电路的电路图；
图4为本实用新型实施例中放大器的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本实用新型的一个实施例公开了一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，包括信号放大电路、模数转换器、FPGA模块、数模转换器以及功率放大器；
信号放大电路的信号输入端电连接语音信号，信号放大电路的输出端与模数转换器的信号输入端电连接，模数转换器的信号输出端与FPGA模块的输入端电连接，FPGA模块内集成有LMS算法，FPGA模块通过LMS算法对语音信号进行降噪；
FPGA模块的输出端与数模转换器的信号输入端电连接，数模转换器的信号输出端与功率放大器的信号输入端电连接，功率放大器的信号输出端与扬声器电连接。
本实施例中的降噪系统具体实施过程为：
S1：采用独立成分分析(ICA)获取先验信息。
先验信息的获取直接影响着语音降噪后后的效果，获取方法通常有主成(PCA)分析、独立成分(ICA)分析。
PCA分析是采用线性组合的方式分析信息，新特征是旧特征的线性组合，这样可以使得样本方差最大化从新旧的映射中获取数据中的固有变异性。ICA分析是建立在成分的相互统计独立性基础之上与PCA不通，ICA基于高阶统计特性的分析，该统计方法更能贴近实际语音环境。
S2：选择LMS算法进行降噪
将S1中收集到的基于ICA高阶统计特性的语音信息作为辅助输入得到比较全面的噪声信息，由于语音噪声的不断变化高阶统计特效得到的数据也会随之改变，采用传统的滤波器算法难以实现非平稳性变化，而LMS算法可依据外部信号特性动态地改变其滤波器相关参数来达到最佳滤波状态。
S3：利用可编程逻辑器件实现
语音信号源通过信号放大电路进行滤波和放大后，再经模数转换器转换后送入FPGA，FPGA内集成LMS算法，对语音信号进行降噪处理，生成满足一定特性的次级源信号，通过数模转换器变成模拟信号后再经功率放大器放大，驱动扬声器发出次级源声波。本实施例通过LMS算法可依据外部信号特性动态地改变其滤波器相关参数来达到最佳滤波状态。
如图2-3所示，在本实施例中，信号放大电路包括一级放大电路、滤波电路及次级放大电路，一级放大电路与滤波电路连接，滤波电路与次级放大电路连接；其中，
一级放大电路，用于接收输入信号并输出第一放大信号；
滤波电路，用于接收第一放大信号并对第一放大信号进行滤波，输出第二放大信号；
次级放大电路，用于接收第二放大信号，并对第二放大信号的放大倍数进行调节。
在信号处理中，要尽量避免噪声的影响，但设备中通常存在噪声，因此在设计电路过程中，必须考虑引入噪声的影响。而且，在信号输入端，第一个设备的噪声系数是最重要的，因为其他设备都会对第一个设备的噪声进行增益。同时，提高第一个设备的放大倍数可以有效的减少其他设备噪声的影响。因此，为了减小最后输出信号受到的噪声影响，第一个运放要采用高精度低噪运放，斩波稳零式运放噪声较小，可以利用斩波稳零放大器作为所述信号放大电路中的第一个设备，即采用第一斩波稳零放大器CSA1及第二斩波稳零放大器CSA2，可以顺利减小噪声对信号的影响。但是，由于斩波稳零放大器一般会选择高增益的设计，对于外部干扰的抵抗能力也会变弱。由于斩波稳零放大器会放大所有接收的信号，所以需要在放大过程中添加滤波电路，滤波电路可以通过电阻与电容的组合形成RC滤波电路，滤波电路也可以采用其他滤波电路，本实施例设置滤波电路实现只通过期望的目标信号，在放大过程中同时抑制了高频噪声，满足对微小信号初级处理的要求。
在本实施例中，第一斩波稳零放大器包括主放大器及校零放大器；主放大器的输入端与校零放大器的输出端连接，以使主放大器校零。
在本实施例中，第一斩波稳零放大器还包括补偿偏置电路；其中，补偿偏置电路与主放大器连接，补偿偏置电路还与校零放大器连接，补偿偏置电路用于使主放大器及校零放大器在宽频带内有平坦的响应。
如图4所示，在本实施例中，功率放大器包括主电源电路和电流放大电路，主电源电路包括整流电路与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，整流电路包括变压器、整流二极管和高频滤波电容，整流电路的输出端与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的一端连接，整流电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接。
电流放大电路1包括驱动电路与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6，驱动电路用于电压的放大用来驱动后级电流的放大，驱动电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接；第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的发射极都相互连接用于整个电路的输出。
本实施例通过上述设置克服现有的功率放大器的电源和电流放大级用导线连接而存在的内阻过大、容易受到外部的干扰、接插件易接触不良等产生的影响，将电流放大电路和主电源电路两者连接，实现抗干扰的目的。
最后说明的是，以上仅对本实用新型具体实施例进行详细描述说明。但本实用新型并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本实用新型范围内。
Claims (6)
1.一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
包括信号放大电路、模数转换器、FPGA模块、数模转换器以及功率放大器；还包括第一斩波稳零放大器；
所述信号放大电路的信号输入端电连接语音信号，所述信号放大电路的输出端与所述模数转换器的信号输入端电连接，所述模数转换器的信号输出端与所述FPGA模块的输入端电连接，所述FPGA模块内集成有LMS算法，所述FPGA模块通过LMS算法对语音信号进行降噪；
所述FPGA模块的输出端与所述数模转换器的信号输入端电连接，所述数模转换器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端电连接，所述功率放大器的信号输出端与扬声器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
所述信号放大电路包括一级放大电路、滤波电路及次级放大电路，所述一级放大电路与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述次级放大电路连接；其中，
所述一级放大电路，用于接收输入信号并输出第一放大信号；
所述滤波电路，用于接收所述第一放大信号并对所述第一放大信号进行滤波，输出第二放大信号；
所述次级放大电路，用于接收所述第二放大信号，并对所述第二放大信号的放大倍数进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
所述第一斩波稳零放大器包括主放大器及校零放大器；所述主放大器的输入端与所述校零放大器的输出端连接，以使所述主放大器校零。
4.根据权利要求3所述的一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
所述第一斩波稳零放大器还包括补偿偏置电路；其中，所述补偿偏置电路与所述主放大器连接，所述补偿偏置电路还与所述校零放大器连接，所述补偿偏置电路用于使所述主放大器及所述校零放大器在宽频带内有平坦的响应。
5.根据权利要求1所述的一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
所述功率放大器包括主电源电路和电流放大电路；
所述主电源电路包括整流电路与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；
所述电流放大电路包括驱动电路与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6；
所述整流电路的输出与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的一端连接，所述整流电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接；
所述驱动电路的输出端与第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的一端连接；所述第一电流放大管Q1、第二电流放大管Q2、第三电流放大管Q3、第四电流放大管Q4、第五电流放大管Q5和第六电流放大管Q6的发射极都相互连接用于整个电路的输出。
6.根据权利要求5所述的一种基于LMS自适应滤波器语音降噪系统，其特征在于：
所述整流电路包括变压器、整流二极管和高频滤波电容。
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