语音通信中的自适应噪声对消系统设计

文章摘要：取μ=0．5，采用128阶的自适应滤波器进行语音消噪，由图5可以看出经过0．03 s对消系统的输出与原始信号相似。自适应滤波器的Wj，需要迭代多次才能达到理想值即E[ej2]E趋势于[Eej2)min需要一个过程，鉴于步长因而会显著影响系统的对消效果，下面重点考察了μ取不同时的学习曲线，如图所示。由图6可以看出： (1)随着μ值变大，系统的学习速度明显变快；(2)信号非平稳时，过大的μ值容易引起系统失调，0．1处的均方误差明显变大。因而μ的取值应当折衷考率:一方面当噪声非平稳时，系统的学习时间应小于一个音的平稳时间(约0．1 s)；另一方面，尽量减小系统失调。细对比可以发现：μ=0．25时的学

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取μ=0．5，采用128阶的自适应滤波器进行语音消噪，由图5可以看出经过0．03 s对消系统的输出与原始信号相似。

自适应滤波器的Wj，需要迭代多次才能达到理想值即E[ej2]E趋势于[Eej2)min需要一个过程，鉴于步长因而会显著影响系统的对消效果，下面重点考察了μ取不同时的学习曲线，如图所示。

由图6可以看出：
(1)随着μ值变大，系统的学习速度明显变快；

(2)信号非平稳时，过大的μ值容易引起系统失调，0．1处的均方误差明显变大。因而μ的取值应当折衷考率:一方面当噪声非平稳时，系统的学习时间应小于一个音的平稳时间(约0．1 s)；另一方面，尽量减小系统失调。细对比可以发现：μ=0．25时的学习时间已经小于一个节的平稳时间，这比μ=0．1时已经大大改善，所以将长因子取为0．25就可以满足系统需要。

3 系统实现

3．1 电路设计

自适应对消系统的信号处理器采用TI公司的定点DSP-TMS320VC5509，其内核时钟可以稳定工作在200 MHz，完成两次乘累加(MAC)运算仅需要一个指令周期(5 ns)。

系统有两个麦克风通道，其中一个用于采集原输入，另一个用于采集参考输入。两通道的电路形式完全一致，信号调理与模数转换电路如图7所示。其中16 b Codec AD73311通过同步串行接口与DSP相连。AD73311的参考输出经过AD8058的Buffer 作为麦克风的直流偏置；驻极体麦克风信号采用交流耦合输入，放大电路的增益为50，以适应模数转换器的动态范围。AD733ll采集数据会周期性地触发接收中断，通知DSP接收数据并做相应处理。

3．2软件设计

自适应滤波对系统的实时性要求很高，因而将权系数递推、滤波、噪声对消放在采样中断服务程序中完成。软件设计采用了DSP专门用于自适应滤波的指令LMS，该指令可以在1个指令周期内完成2个并行操作：乘累加(MAC)和权系数递推。该指令大大提高了代码效率，增强了自适应信号处理的实时性。

TI-DSP开发环境CCS5000提供了相应的DSP库Dsplib的支持，库中包含自适应滤波在内的常规数字信号处理函数，其中绝大部分为汇编代码，代码效率高。库函数提供C语言函数原型声明，允许C程序直接访问，降低了数字信号处理编程的难度。

自适应滤波的库函数对缓冲区首地址的对齐要求严格，软件用伪语句"#pragma DATA SECTION()"对cmd文件的存储器分配进行了特定的约束，从而更加合理地利用DSP芯片的运算资源。

4结 语

经过反复实验，样机已经能在特定的安装条件下解决语音通信中的去噪问题。

为保证两通道的噪声成分具有足够的相关性，麦克风的安装间距应小于20 cm，说话人(信号)距离原始输入端应小于5 cm，否则系统输出会出现大量未抵销的不相关的噪声分量。

实验中发现，增加原始输入端的延迟有利于改善噪声的对消效果。经分析，这与自适应滤波器的工作状态有关，若参考输入端的噪声超前于原始输入信号(不同步)，自适应滤波器实际上是一个预测器，预测的难度比滤波要高些且不容易实现。比较简单的解决方法是对原始输入端增加软件延迟，从而提高了对消系统对噪声源位置的适应能力。

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