简化子带结构无次级路径有源控制方法
【专利摘要】本发明公布了一种简化子带结构无次级路径有源控制方法。该方法对时延修正参考信号，正交时延修正参考信号以及误差信号做子带分解，全带自适应滤波器不做子带划分。无需次级路径建模，依次判断每个子带合适参考信号类型及该子带相应更新方向，直接更新全带自适应滤波器系数。其显著优点：无需次级路径建模，直接更新全带自适应滤波器系数，系统结构设计简单。
【专利说明】简化子带结构无次级路径有源控制方法
—.【技术领域】
[0001]本发明涉及无次级路径建模的有源控制方法，针对宽带信号提出了一种简化子带结构无次级路径的有源控制方法。
二.【背景技术】
[0002]大多有源控制算法需要次级声源和误差传声器间的传递函数，即次级路径模型。前馈有源控制算法常采用滤波最小均方(FxLMS)算法，当真实次级路径传递函数和次级路径模型间差别较大时，FxLMS算法可能不稳定。Zhou等为避免对次级路径建模，提出一种无次级路径建模算法(D.Zhou and V.DeBrunner, uK new active noise control algorithmthat requires no secondary path identification based on SPR property,，，IEEETrans.Signal Processing, vol.55, n0.5, pp.1719-1729, May2007)。这种算法无需对次级路径建模，在更新自适应滤波器系数的过程中，通过判断残余噪声能量降低与否，在0°和180°两个方向选择更新过程中步长前的符号，以降低算法残差。但当信号频率对应的次级路径传递函数的相位与自适应滤波器系数更新方向间的相位差接近+90°时，算法收敛较慢。Wu等对之做了改进,将算法改在频域实施,且引入±90°两个更新方向(M.Wu,G.Chen,and X.Qiu, “An improved active noise control algorithm without secondary pathidentification based on the frequency-domain subband architecture,，’IEEE Trans,on Speech andAudio Processing, vol.16, pp.1409-1419, Nov2008),提高了这种情况下Zhou等算法的收敛速度。
[0003]当参考信号为宽带信号时，Zhou等和Wu等的算法均指出可采用子带结构将参考信号、误差信号以及自适应滤波器均做子带分解，并通过子带参考信号和子带误差信号调整对应子带自适应滤波器权系数，之后通过权变换的方法将各子带自适应滤波器系数堆砌为全频带自适应滤波器系数。
[0004]Morgan等提出了无延迟子带自适应滤波算法(D.R.Morgan and J.C.Thi,“Adelayless subband adaptive filter architecture,，，IEEE Trans.Signal Processing,vol.43, pp.1819-1830，1995)，在他们的算法中，控制声源的输入信号为全通带自适应滤波器的输出信号而非采用的子带自适应滤波器输出信号，从而避免信号通路中引入的延迟，并同时保证子带自适应滤波的优点。
[0005]Courville等(M.Courville and P.Duhamel,“Adaptive filtering in subbandsusing a weighted criterion，，，IEEE Trans.Signal Processing, vol.56,pp.2359-2371,1998.)曾提出过一种子带结构，对全带参考信号、期望信号以及误差信号做子带分解，而全带自适应滤波器系数不做子带分解，并采用子带信号更新全带自适应滤波器系数，避免了堆砌过程。
[0006]DeBrunner 等(V.DeBrunner, L.DeBrunner, and L.Wang, “Subband adaptivefilering with delay compensation for active noise control,，，IEEE Trans.SignalProcessing, vol.52，pp.2932-2937，2004)将该子带结构应用到有源控制系统，通过子带滤波参考信号和子带误差信号更新全带自适应滤波器系数，分析子带误差信号组成，从而补偿由次级路径和分析滤波器组对误差信号造成的时延。
[0007]中国专利CN101393736B公开一种无次级路径建模的有源控制方法，该方法在频域实施，在0° ,180° ,90°，-90°四个方向搜索合适的更新方向，对单频和窄带信号均有很好的效果，系统结构简单，易于实现。然而当参考信号为宽带噪声时，该方法可能无法搜索到合适的更新方向，且对如何采用无次级路径建模有源控制方法实现宽带有源降噪并未提及。
[0008]根据Wu等提出的频域子带结构无次级路径有源控制算法(M.Wu, G.Chen, andX.Qiu, “An improved active noise control algorithm without secondary pathidentification based on the frequency-domain subband architecture,，’IEEE Trans,on Speech andAudio Processing, vol.16, pp.1409-1419, Nov2008),在该算法中可将宽带噪声做子带分解划分为多个窄带信号，依次对每个子带在0° ,180° ,90°，-90°四个方向中搜索合适的更新方向，并调整每个子带滤波器系数，然后将子带滤波器系数经过权变换堆砌为全带自适应滤波器系数，然而该算法中需要子带个数较多，且需要经过权变换合成全带滤波器系数，增加计算量。据此，本发明的方法是在Wu等算法上的一种改进，采用简化子带结构，将时延修正参考信号，正交时延修正参考信号和误差信号做子带分解，而全带自适应滤波器不做子带划分，依次判断每个子带参考信号类型，并搜索该子带更新方向，然后直接更新全带自适应滤波器系数，实现宽带噪声有源控制，系统结构简单，能有效减少子带个数，且计算量小。三.
【发明内容】
[0009]1.发明目的:提出一种简化子带结构无次级路径有源控制方法。该方法无需次级路径建模，根据各个子带参考信号类型以及该子带更新方向一起直接更新全带自适应滤波器系数，系统结构简单，易于实现。
[0010]2.技术方案
[0011]本发明的目的通过以下技术方案实现一种简化子带结构无次级路径有源控制方法，其步骤为:
[0012](I)计算实验中所用电路板电时延T1 = Q/fs,其中fs为采样频率，Q为参考信号从控制器参考信号输入端到控制信号输出端延迟的采样点数。
[0013](2)计算实验中声时延τ2，计算公式为x2 = l/c，其中，I为次级声源与误差传感器之间的距离，c为声速，一般环境中取340m/s。
[0014](3)基于步骤(1)电时延T1和步骤⑵声时延τ2，计算总的时延τ = τ ^ τ 2,总时延对应直达声时延点数为Λ，计算公式为Λ = τ?；，其中fs为采样频率。
[0015](4)设计希尔伯特滤波器
[0016]用matlab中firls函数设计一个长度为L的希尔伯特滤波器片(z)，即通过运行firls(L’，f,g,’hilbert’)，其中L’ = L_l,为希尔伯特滤波器阶数,数组f是以π为单位的频带边缘频率，且O < f < 1，数组g为在f所给频率上的幅度响应。f和g数组的长度必须相同且是偶数，可得到希尔伯特滤波器时域脉冲响应h’ = [h’ ^h’ 1;h’ 2，...，h\_J。
[0017](5)设计原型滤波器[0018]用matlab中firl函数设计一个长度为K的原型低通滤波器Htl(Z)，即通过运行firl(K’，Wn)，其中K’ =K-1，为原型低通滤波器阶数，Wn是以π为单位的归一化截止频率，可得到原型低通滤波器时域脉冲响应h = [h0, h1； h2,..., hr] ο
[0019](6)产生时延修正参考信号
[0020]时延修正参考信号r(n)为参考信号x(n)经由纯时延滤波器ζ_Λ滤波得到，计算公式为r(n) =χ(η-Λ)，其中Λ为估计次级路径直达声时延采样点数。
[0021](7)产生正交时延修正参考信号
[0022]正交时延修正参考信号卩(均由参考信号χ(η)通过希尔伯特滤波器分(ζ)得到，在希尔伯特滤波器通带频率范围内，？(《)与r (η)各频率点对应相位之间差值为90°。计算公式为:
[0023]
【权利要求】
1.一种简化子带结构无次级路径有源控制方法，其特征为: (1)产生时延修正参考信号和正交时延修正参考信号，并对此两类参考信号和误差信号做 子带分解，全频带自适应滤波器不做子带划分； (2)无需次级路径建模，依次判断每个子带参考信号类型，并搜索该子带合适的更新方向； (3)更新全带自适应滤波器系数。
2.如权利要求1所述的一种简化子带结构无次级路径有源控制方法，其特征在于时延修正参考信号r (η)和正交时延修正参考信号为:
3.如权利要求1所述的一种简化子带结构无次级路径有源控制方法，其特征在于判断每个子带参考信号类型以及搜索子带合适更新方向的方法为:分别对子带时延修正参考信号匕仏)和子带正交时延修正参考信号匕(幻，在0°和180°两种可能更新方向中搜索判断，从而选择合适的更新方向以及相应子带参考信号类型。
4.如权利要求1所述的一种简化子带结构无次级路径有源控制方法，其特征在于更新全带自适应滤波器系数的方法为:
【文档编号】H03H21/00GK103840794SQ201410114263
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】高敏, 卢晶, 邱小军 申请人:南京大学