一种扬声器非线性自适应控制方法和装置与流程

本发明涉及扬声器音质控制，更具体的涉及一种扬声器非线性自适应控制方法和装置。

背景技术：

1、扬声器单元在低频段的振幅大，由于非理想的悬挂、振膜、磁路等造成的非线性失真增大，降低扬声器单元的低频重放质量。在扬声器单元的设计和生产中优化其结构，可以有效降低其低频的非线性失真，此外，还可以使用信号处理方法，对输入信号进行精确控制，补偿扬声器单元的非线性响应，从而降低扬声器单元的失真，扬声器非线性控制通常有两个关键步骤，首先是对扬声器非线性模型精确建模，预测扬声器单元非线性响应，然后是根据非线性响应生成对应的预失真信号，叠加到输入信号中，通过扬声器播放，达到补偿非线性失真的效果。

2、现有方法通常需要对扬声器非线性系统进行精确的建模，但是由于扬声器一致性问题，即使是同型号的扬声器单元，固定的非线性模型较难以匹配不同的扬声器样品，此外，扬声器工作中状态发生改变，比如温度上升，可能偏离固定的非线性模型，可能导致非线性模型不匹配，补偿效果降低，甚至失效。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种扬声器非线性自适应控制方法，包括：

2、根据扬声器的目标响处理后的输入音频信号向量，确定目标音频信号向量；

3、根据扩展函数处理后的输入音频信号向量，确定扩展音频向量；

4、利用自适应权重网络和电声路径传输函数处理扩展音频向量，确定非线性控制输出信号向量；

5、根据目标音频信号向量和非线性控制输出信号向量的向量差，确定误差信号向量；

6、利用梯度下降算法处理误差信号向量的数量积，确定误差信号向量的数量积的期望的最小值对应的自适应权重网络和扩展函数的动态参数，根据动态参数确定后的扩展函数和自适应权重网络，处理输入音频信号向量，获得补偿非线性失真后的扬声器音频信号。

7、可选的，利用自适应权重网络和电声路径传输函数处理扩展音频向量，确定非线性控制输出信号向量的步骤，包括：

8、根据带有权重更新系数的误差信号向量和经电声路径传输函数处理后扩展音频向量的乘积，确定第一叠加向量因子；

9、根据当前时刻的权重参数向量和当前时刻的第一叠加向量因子之和，更新下一时刻的权重参数向量；

10、根据扩展音频向量的转置向量和权重参数向量的乘积确定的自适应权重网络处理输入音频向量，获得扬声器输入音频向量；

11、利用电声路径传输函数处理扬声器输入音频向量，获得非线性控制输出信号向量。

12、可选的，根据当前时刻的权重参数向量和当前时刻的第一叠加向量因子之和，更新下一时刻的权重参数向量的表达式，包括：

13、w(n+1)＝w(n)+μwe(n)g′(n)

14、其中，μwe(n)g′(n)表示第一叠加向量因子，g′(n)表示第一滤波输出信号，表示路径滤波函数，μw表示权重更新系数，w(n)表示下一时刻的权重参数向量，w(n+1)表示下一时刻的权重参数向量，g(n)表示长度为n的抽头延时输入信号x(n)＝[x(n)，x(n-1，...，x(n-n+1)]t的扩展函数，e(n)表示误差信号向量；

15、g(n)＝{1，x(n)，e-a(n)|x(n)|sin[πx(n)]，e-a(n)|x(n)|cos[πx(n)]，...，e-a(n)|x(n)|sin[bπx(n)]，e-a(n)|x(n)|cos[bπx(n)]，x(n-1)，e-a(n)|x(n-1)|sin[πx(n-1)]，e-a(n)|x(n-1)|cos[πx(n-1)]，...，e-a(n)|x(n-1)|sin[bπx(n-1)]，e-a(n)|x(n-1)|cos[bπx(n-1)]，...，x(n-n+1)，e-a(n)|x(n-n+1)|sin[πx(n-n+1)]，e-a(n)|x(n-n+1)|cos[πx(n-n+1)]，...，e-a(n)|x(n-n+1)|sin[bπx(n-n+1)]，e-a(n)|x(n-n+1)|cos[bπx(n-n+1)]}t

16、其中，a(n)表示自适应指数因子。

17、可选的，根据扩展音频向量的转置向量和权重参数向量的乘积，确定自适应权重网络的表达式，包括：

18、y(n)＝gt(n)w(n)

19、其中，y(n)表示自适应权重网络，gt(n)表示扩展音频向量的转置向量。

20、可选的，扩展音频向量的确定步骤，包括：

21、根据带有指数因子更新系数的误差信号向量，和扩展音频向量对自适应指数因子求偏导后的信号向量，经过路径滤波后获得的参数因子信号向量，以及权重参数向量的乘积，确定第二叠加向量因子；

22、根据当前时刻的自适应指数因子和当前时刻的第二叠加向量因子之和，更新下一时刻的自适应指数因子；

23、根据带有自适应指数因子的扩展函数处理输入音频信号向量，确定扩展音频向量。

24、可选的，根据当前时刻的自适应指数因子和当前时刻的第二叠加向量因子之和，更新下一时刻的自适应指数因子的表达式，包括：

25、a(n+1)＝a(n)+μae(n)z′t(n)w(n)

26、其中，μae(n)z′t(n)w(n)表示第二叠加向量因子，

27、表示扩展音频向量对自适应指数因子求偏导后再经过路径滤波函数处理的第二滤波输出信号，z′(n)计算方法为：

28、z′(n)＝{0，0，-|x′(n)|e-a(n)|x′(n)|sin[πx′(n)]，-|x′(n)|e-a(n)|x′(n)|cos[πx′(n)]，...，-|x′(n)|e-a(n)|x′(n)|sin[bπx′(n)]，-|x′(n)|e-a(n)|x′(n)|cos[bπx′(n)]，...，0，-|x′(n-n+1)|e-a(n)|x′(n-n+1)|sin[πx′(n-n+1)]，-|x′(n-n+1)|e-a(n)|x′(n-n+1)|cos[πx′(n-n+1)]，...，-|x′(n-n+1)|e-a(n)|x′(n-n+1)|sin[bπx′(n-n+1)]，-|x′(n-n+1)|e-a(n)|x′(n-n+1)|cos[bπx′(n-n+1)]}t

29、其中，

30、其中，x′(n)表示经过路径滤波函数处理后的输入音频向量。

31、本发明另一方面还提供一种扬声器非线性自适应控制装置，包括：

32、参考音频模块，用于根据扬声器的目标响处理后的输入音频信号向量，确定目标音频信号向量；

33、中间处理模块，用于根据扩展函数处理后的输入音频信号向量，确定扩展音频向量；

34、非线性控制音频模块，用于利用自适应权重网络和电声路径传输函数处理扩展音频向量，确定非线性控制输出信号向量；

35、反馈调节模块，用于根据目标音频信号向量和非线性控制输出信号向量的向量差，确定误差信号向量，利用梯度下降算法处理误差信号向量的数量积，确定误差信号向量的数量积的期望的最小值对应的自适应权重网络和扩展函数的动态参数，根据动态参数确定后的扩展函数和自适应权重网络，处理输入音频信号向量，获得补偿非线性失真后的扬声器音频信号。

36、本发明另一方面还提供一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如第一方面所述的扬声器非线性自适应控制方法。

37、本发明另一方面还提供一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如第一方面所述的扬声器非线性自适应控制方法。

38、本发明实施例提供一种扬声器非线性自适应控制方法和装置，与现有技术相比，其有益效果如下：

39、本发明提出一种降低扬声器非线性失真的非线性自适应控制系统，该系统利用反馈信号，自适应地更新非线性滤波器系数，可以适应不同的扬声器样品，同时实时跟踪扬声器状态，使得非线性控制效果保持最佳。