開題報告 黎浩

修晶辨我大孥本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目數(shù)字音頻自適應(yīng)噪聲抵消器硬件設(shè)計姓名：黎浩學(xué)號：201206030126指導(dǎo)教師：馬令坤班級：電子信息工程121所在院系：電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告表課題名稱數(shù)字音頻自適應(yīng)噪聲抵消器硬件設(shè)計課題來源科研課題課題類型工程設(shè)計類指導(dǎo)教師馬令坤學(xué)生姓名黎浩學(xué)號201206030126專業(yè)電子信息工程課題的意義以及國內(nèi)外發(fā)展狀況:一、背景和研究意義：隨著現(xiàn)代工業(yè)化進程的日益加快，噪聲污染成為人類公害之一，影響著人們?nèi)粘５纳?、學(xué)習和工作。日常生活中噪聲來源十分廣泛，長期生活和工作在噪聲環(huán)境下，易使人心情煩躁且容易疲勞，從而影響人的注意力和工作效率，特別是對那些要求注意力高度集中的復(fù)雜作業(yè)的人影響更大。人們在日常的長途電話通話、無線通信中，回波干擾嚴重影響通信的質(zhì)量；在工程實際應(yīng)用中，水下偵察系統(tǒng)的發(fā)射器與接收器間的串擾，大大妨礙了目標定位距離的測量；在精密儀器使用過程中，50赫茲的電源電磁場對標準信號發(fā)生器正弦波形的純度干擾影響了測量精度。在工程實際中，人們經(jīng)常會遇到強噪聲背景下的微弱信號的檢測問題。例如在超聲波無損檢測領(lǐng)域，因傳輸介質(zhì)的不均勻等因素導(dǎo)致有用信號與高噪聲信號疊加在一起。腹部胎兒的心電信號埋藏在母親心電等強背景噪聲中以及強噪聲背景下的語音識別等。由于這些干擾噪聲常常是非平穩(wěn)的和隨時間變化的，很難采用傳統(tǒng)的濾波方法實現(xiàn)噪聲消除，而自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)在這方面具有很好的降噪功能。由于在實際信號傳播路徑及在信號處理過程中，噪聲對信號的干擾在絕大多數(shù)情況下是不可避免的。因此，對噪聲的消除和抑制已成為人們一直追求的心聲，更是信號處理中極其重要的工作。集中的復(fù)雜作業(yè)的人影響更大。自適應(yīng)噪聲抵消器是基于自適應(yīng)濾波器原理的一種擴展，它是以噪聲干擾為處理對象，將干擾噪聲抑制掉或進行非常大的衰減，以提高信號傳遞和接收的信噪比質(zhì)量。自適應(yīng)噪聲抵消器，把自適應(yīng)濾波器的期望信號輸入端改為信號混合噪聲干擾的原始輸入端，而將它的輸入端改為噪聲干擾端，由橫向濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)輸出以將原始輸入中的噪聲干擾抵消掉，系統(tǒng)誤差輸出就是有用信號。隨著信號處理學(xué)科領(lǐng)域理論與技術(shù)的不斷進步，自適應(yīng)信號處理已成為信號與信息處理學(xué)科的一個重要分支，自適應(yīng)信號處理技術(shù)亦成為智能信息處理的重要基礎(chǔ)。近些年來，隨著數(shù)字微處理器與計算機技術(shù)飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)已成為信息學(xué)科中最為活躍的領(lǐng)域之一。在如今人們越來越追求工作效率和生活質(zhì)量的社會里，如何有效地消除和抑制噪聲成為人們研究的一個熱門課題。而自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)是一種能夠有效地降低或消除噪聲背景下干擾噪聲的信號處理技術(shù)，所以研究自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)有著非常重要的意義。二、國內(nèi)外發(fā)展狀況：自適應(yīng)噪聲抵消研究早期研究始于1957年到1960年間，由豪厄爾斯(P.Howells)和普爾鮑姆(P.Applebaum)以及他們的同事們在通用電氣公司完成的。他們使用取自一個輔助天線參考輸入和一個簡單的兩個權(quán)的自適應(yīng)濾波器，設(shè)計并制造了天線旁辦噪聲抵消系統(tǒng)，用以消除混雜在有用信號中的噪聲和干擾。在早期研究工作年代里，只有少數(shù)人對自適應(yīng)系統(tǒng)感興趣，而多權(quán)自適應(yīng)濾波器的研制也才剛剛開始。直到1959年，維德羅（B.Widrow）和霍夫（M.Hoff）在斯坦福大學(xué)發(fā)明了最小均方（LMS）自適應(yīng)算法和模式識別方案，稱之為Adaline元件（AdaptivelinearThresholdLogicElement自適應(yīng)線性門邏輯元件）。與此同時，羅森布拉特在康乃爾（Cornell）宇航實驗室建造模擬人類視覺神經(jīng)控制系統(tǒng)的電子設(shè)備；前蘇聯(lián)莫斯科自動學(xué)和遙控力學(xué)研究所的艾日曼及其同事們，也在制造一種自動梯度搜索機器；英國的加布爾和他的助手們也在研制自適應(yīng)濾波器。在20世紀60年代的初期和中期，有關(guān)自適應(yīng)信號處理的理論研究和實踐、應(yīng)用工作得到了加強，文獻中出現(xiàn)了數(shù)百篇關(guān)于自適應(yīng)、自適應(yīng)控制、自適應(yīng)濾波（包括時域和空域）和自適應(yīng)信號處理方面的文章。自適應(yīng)濾波在數(shù)字通信中的重要商業(yè)應(yīng)用，是這一時期勒凱在貝爾實驗室工作形成的。1965年，第一個自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)在斯坦福大學(xué)建成，這個系統(tǒng)的目的是抵消心電放大器和記錄儀輸出端的60赫茲干擾。自1965年以來，自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)已經(jīng)在許多其他問題上得到成功應(yīng)用，包括心電圖的周期性干擾的消除，以及消除長途電話傳輸線上的回聲等。瑞格勒和康普頓所寫的一篇關(guān)于自適應(yīng)天線的文章，推廣了最初由紊厄爾斯和阿普爾鮑姆所完成的工作。隨著自適應(yīng)空域濾波概念的不斷完善，一類由維德羅、格里菲思（L.J.Griffiths）等人研制出來的基于“引導(dǎo)信號”算法的自適應(yīng)波束形成器應(yīng)用于自適應(yīng)陣列信號處理；1969年至1972年間，由格里菲思和弗羅斯特（O.L.Frost）等人發(fā)明了又一類和“引導(dǎo)算法”相似的“線性約束”自適應(yīng)天線算法。隨著人們在自適應(yīng)信號處理領(lǐng)域的不斷深入研究，自適應(yīng)抵消理論和技術(shù)得到了廣大研究人員重視，特別是超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機信息技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)越的高速數(shù)字信號處理專用芯片和高性能的通用計算機，這為信號處理特別是自適應(yīng)信號處理的發(fā)展和應(yīng)用提供了十分優(yōu)越的條件。當前，國內(nèi)外研究自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)以數(shù)字信號處理器為核心及其相關(guān)自適應(yīng)處理算法為技術(shù)支撐的數(shù)字式抗噪聲處理器為主，代表著當今噪聲處理技術(shù)的發(fā)展方向?；谧赃m應(yīng)噪聲抵消技術(shù)的數(shù)字式自適應(yīng)抗噪抵消系統(tǒng)已成功的應(yīng)用于語音信號干擾消除、心電圖的周期性干擾的消除、長途電話傳輸線上的回聲消除以及50赫茲電源電磁場對標準信號發(fā)生器正弦波形的干擾消除等。目前，數(shù)字式自適應(yīng)噪聲抵消器的研究熱點集中在選擇優(yōu)秀的數(shù)字信號處理器與尋求收斂速度快，計算復(fù)雜性低，數(shù)值穩(wěn)定性好的相關(guān)自適應(yīng)濾波算法。其中寬帶噪聲抵消的多通道自適應(yīng)系統(tǒng)，以及利用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有源降噪系統(tǒng)解決的多通道信號處理是當前研究的熱點。人們對數(shù)字式自適應(yīng)消噪系統(tǒng)的研究亦是當今自適應(yīng)信號處理中最為活躍的研究課題之一。本課題的研究內(nèi)容、方法、手段及預(yù)期成果：一、研究內(nèi)容：（1）了解自適應(yīng)濾波器的基本原理，基本結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)濾波器在噪聲對消應(yīng)用和幾種常用的最佳準則。（2）學(xué)習TMS320VC5509A最小單元，數(shù)字音頻處理TLV320AIC23工作原理，片外存儲器HY57V641620（SDRAM）,AT25F1024（EEPROM）。（3）熟悉了解雙通道同步采集原理。（4）利用DSP開發(fā)環(huán)境CCS，利用C代碼編寫標準LMS算法。二、方法（1）利用TI公司的高性能數(shù)字信號處理器芯片（TMS320VC5509A）構(gòu)建自適應(yīng)噪聲消除系統(tǒng)，該系統(tǒng)在TMS320VC5509A芯片的基礎(chǔ)上進行了外部接口電路擴展包括存儲器、音頻信號采集電路、電源和監(jiān)控電路以及JTAG接口等。（2）采用TI公司的一款高性能立體聲音頻多媒體數(shù)字語音編解碼器TLV320AIC23，利用TMS320VC5509A片內(nèi)多通道緩沖串口（McBSP1），通過I2C總線來對AIC23進行控制，從而實現(xiàn)具有較強功能的語音處理系統(tǒng)。（3）在DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS（CodeComposerStudio）下進行調(diào)試。（4）在硬件仿真模式下，通過軟件編程完成了自適應(yīng)噪聲抵消器的自適應(yīng)濾波算法設(shè)計，實現(xiàn)了噪聲抵消器的有效消噪功能。三、方案：系統(tǒng)框圖四、難點：本設(shè)計的主要難度在于對DSP整體結(jié)構(gòu)的把握程度以及對CCS編譯環(huán)境的掌握程度上，如果不熟悉編譯環(huán)境，無法正常完成CCS硬件仿真器軟件實現(xiàn)。熟悉C環(huán)境下的編寫是難點。要有C基礎(chǔ)，并且明白C編寫的流程圖。CCS環(huán)境下的軟硬件實現(xiàn)不太容易，需要掌握大量數(shù)字信號處理，知道結(jié)合C程序?qū)崿F(xiàn)編譯。在時間和工作量上都需要大的投入。五、預(yù)期成果：在完成本設(shè)計之后，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對實時噪聲的抵消功能。

任務(wù)完成的階段安排及時間安排:1周收集畢業(yè)設(shè)計相關(guān)資料2周學(xué)習自適應(yīng)噪聲抵消其的基本原理及實現(xiàn)的核心硬件3周學(xué)習DSP基礎(chǔ)理論知識，熟悉TMS5509A的作用功能適用場合4周完成開題報告5周完善基本方案，構(gòu)建硬件系統(tǒng)6周學(xué)習基于CCS軟件仿真器算法實現(xiàn)基本原理7周學(xué)習基于CCS硬件仿真器軟件實現(xiàn)基本原理8周畢業(yè)設(shè)計中期檢查。9周編寫C程序?qū)崿F(xiàn)軟件仿真10周熟悉CCS環(huán)境下硬件仿真流程，繪制流程圖11周完成CCS環(huán)境下硬件仿真12周完善設(shè)計方案，完成預(yù)期的設(shè)計目標。13周檢驗設(shè)計結(jié)果。14周整理設(shè)計結(jié)果，撰寫畢業(yè)論文。15周完善畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。16周完成畢設(shè)答辯參考文獻：何振亞.自適應(yīng)信號處理[M].北京：科學(xué)出版社，2002.劉世金，張榆鋒，陳文略等.在噪聲抵消應(yīng)用中自適應(yīng)濾波算法性能的仿真比較[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2006,18(5):1178-1180.DimitrisG.Manolakis,Vinayk.Ingle,StephenM.Kogon.統(tǒng)計與自適應(yīng)信號處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.趙春暉，喬景祿，孫圣和.一類多結(jié)構(gòu)元自適應(yīng)廣義形態(tài)濾波器[J].中國圖象圖形學(xué)報，1997,2(11):806-810.童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京.高等教育出版社.2006年5月。譚浩強.C語言程序設(shè)計[M].北京.清華大學(xué)出版.2010年8月。沈福民.自適應(yīng)信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.陳金鷹.DSP技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2