深圳市方中禾科技有限公司ANC主動降噪文章

音頻主動降噪系統的輸入兩路信號：第一路是有用信號和噪聲的疊加，第二路是參考噪聲。根據自適應VSSLMS算法，降噪系統利用第二路的參考噪聲抵消第一路中的噪聲并輸出有用信號。相對于被動降噪而言，主動降噪能夠根據輸入信號的變化調整自身的參數，更有效地去除噪聲。相比于經典濾波器（高通、低通等），主動降噪系統的自適應濾波器能夠去除與有用信號同頻的噪聲。  

音頻主動降噪系統在移動終端上應用較廣泛，例如摩托的麗音、三星的diamond voice、蘋果的MicPhone array等。這些技術大都是在串行計算的ARM平臺上處理語音信號且信號采樣率只有8KHz。人能夠聽到的音頻頻率范圍是20Hz到20KHz。根據奈奎斯特抽樣定理，系統的最低采樣頻率應該是音頻頻率的兩倍，即40KHz。移動終端上的主動降噪系統并不能滿足這一條件。本文提高了音頻的采樣頻率到了48KHz，使得主動降噪系統能夠采集到所有人耳聽到的音頻信號，提高音頻的可懂度、明亮度、清晰度。當采樣率為48KHz時，ARM平臺由于計算性能較弱，無法處理這樣信號。為了能夠處理采樣率較高的音頻信號，本文主動降噪系統是以復雜度較低的VSSLMS算法為核心并且選用并行計算的FPGA平臺來開發的。本文主動降噪系統中加入了校正功能，能夠在系統啟動時自動校正系統。通過分析，降噪系統的輸出信噪比提高最大可達15dB，最大增益是17dB。

本文首先研究了自適應算法，包括LMS算法和VSSLMS算法。VSSLMS算法是研究重點。VSSLMS算法有步長遺傳因子、瞬時誤差能量的權值、算法收斂步長的最大值、算法收斂步長的最小值等參數。通過Matlab仿真和分析，發現了這些參數大都是通過收斂步長來間接影響系統的性能。 其次，重點研究了一般的降噪系統并設計了以VSSLMS算法為核心的主動降噪系統。本文的主動降噪系統包括硬件系統和軟件系統。主動降噪系統的硬件平臺是由FPGA芯片和wm8731音頻芯片共同組成。運行于硬件平臺上的軟件系統是通過Quartus II設計的VerilogHDL程序，包括一個頂層模塊和五個子模塊。主動降噪系統的軟件系統實現了自動初始化，消噪和自調節等功能。降噪系統能夠完美地濾除噪聲并輸出高保真的有用信號。最后，本文分析了主動降噪系統的性能，包括信噪比、增益、失調量等。