專利名稱：：基于對(duì)數(shù)變換的脈沖噪聲有源控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及脈沖噪聲的有源控制方法，尤其是涉及脈沖噪聲的前饋有源控制自適應(yīng)濾波方法。二
背景技術(shù)：
：脈沖噪聲是一種廣泛存在的噪聲信號(hào)，通常以非高斯a穩(wěn)定分布來描述其概率模型，a越小則脈沖性越強(qiáng)。非高斯a穩(wěn)定分布的一個(gè)重要性質(zhì)是只有當(dāng)0〈p〈a時(shí)，其P階統(tǒng)計(jì)矩才存在，也就是說，脈沖噪聲的二階統(tǒng)計(jì)量不存在(趨于無窮大)。因此，傳統(tǒng)的基于二階矩(均方誤差)的有源噪聲控制方法，如濾波最小均方(Filtered-xLeastMeanSquare,FxLMS)就不適合于脈沖噪聲的有源控制。數(shù)位學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在脈沖噪聲環(huán)境下，F(xiàn)xLMS會(huì)遭遇算法不收斂等穩(wěn)定性問題，并提出了相關(guān)改進(jìn)方法Leahy等人提出了最小化p范數(shù)(Filtered-xLeastMeanp-norm，F(xiàn)xLMP)的算法(Leahyetal.，"AdaptiveFilteringofStableProcessesforActiveAttenuationofImpulsiveNoise，"inProc.IEEEICASSP1995，vol.5，pp.2983-2986，May1995);Sun等人提出了一禾中簡化的FxLMS算法(Sunetal.，"AdaptiveAlgorithmforActiveControlofImpulsiveNoise，"Jr.SoundVibr.，vol.291，no.1—2，pp.516—522，Mar.2006);Akhtar等人擴(kuò)展了S皿的方法，以預(yù)先估計(jì)的統(tǒng)計(jì)閾值來約束FxLMS算法以增強(qiáng)其穩(wěn)定性(Akhtaretal.，"ImprovingperformanceofFxLMSalgorithmforactivenoisecontrolofimpulsivenoise，，，Jr.SoundVibr.，vol.327，no.3-5，pp.647-656.Nov.2009)。這些方法需要獲取脈沖噪聲的先驗(yàn)知識(shí)，或者預(yù)先估計(jì)脈沖噪聲的特征參數(shù)。2006年Gonzalez等人指出非高斯a穩(wěn)定分布的脈沖噪聲是一個(gè)對(duì)數(shù)階矩有限的隨機(jī)過禾呈("Zero-orderstatistics:Amathematicalframeworkfortheprocessingandcharacterizationofveryimpulsivesignals,，，IEEETrans.SignalProcess.，vol.54，no.10，pp.3839-3851，Oct.2006)，據(jù)此，本發(fā)明定義誤差信號(hào)對(duì)數(shù)變換的均方值為代價(jià)函數(shù)，通過最小化該代價(jià)函數(shù)來調(diào)整自適應(yīng)濾波器的系數(shù)，從而形成一種脈沖噪聲的有源控制方法。三
發(fā)明內(nèi)容1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種基于對(duì)數(shù)變換的脈沖噪聲有源控制方法。2、技術(shù)方案①依據(jù)Gonzalez等人的理論證明和圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，脈沖噪聲是一個(gè)對(duì)數(shù)階矩有限的隨機(jī)過程，即脈沖噪聲幅度絕對(duì)值的對(duì)數(shù)變換可以用高斯分布來描述。②定義誤差信號(hào)e(n)對(duì)數(shù)變換的均方值為代價(jià)函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>這里設(shè)定當(dāng)|e(n)I《1時(shí)，|e(n)I=1。③由(1)式可得如下梯度▽/(")=V((l。g|e(")|)2)=21。g|e(")|V(l。g|e(")|)=2l。g|e(")|V(l。g|rf(")—Wr(")[S(n)*X(")]|)(2)=-2鄉(xiāng)"(e("))i^^斷)*x(")]用(2)式的梯度可得自適應(yīng)濾波器系數(shù)W(n)的更新方法W("+1)=W(")+//，"[^")*(3)K")|其中，n為時(shí)間序列號(hào)，y為步長因子，x'(n)為次級(jí)通道模型濾波后的參考信號(hào)，sign(e(n))為符號(hào)函數(shù)。3、有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是在于(l)無需脈沖噪聲的先驗(yàn)知識(shí)，也無需估計(jì)脈沖噪聲的特征參數(shù)，因此更利于實(shí)用。(2)魯棒性好，噪聲衰減性能好。四圖1是脈沖噪聲信號(hào)原始概率分布圖(a)及其對(duì)數(shù)變換的概率分布圖(b)。圖2是基于對(duì)數(shù)變換的單通道前饋有源噪聲控制系統(tǒng)示意圖。圖3是實(shí)驗(yàn)中采用的主通道、次級(jí)通道的頻率響應(yīng)圖。圖4是對(duì)a=1.2的脈沖噪聲的有源控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果。五具體實(shí)施例方式下面以單通道前饋脈沖噪聲控制的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。1.系統(tǒng)構(gòu)成圖2是基于對(duì)數(shù)變換的單通道前饋有源噪聲控制系統(tǒng)的框圖。它包括一個(gè)參考麥克風(fēng)用于獲取參考信號(hào)x(n)，誤差麥克風(fēng)用于獲取誤差信號(hào)e(n)，一個(gè)次級(jí)聲源用于產(chǎn)生次級(jí)信號(hào)y(n)以抵消主噪聲d(n)。這里的x'(n)是參考信號(hào)x(n)經(jīng)過次級(jí)通道S(z)的估計(jì)值S(。濾波后得到，W(z)是自適應(yīng)濾波器。2.實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)采用的主通道P(z)和次級(jí)通道S(z)的有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)的階數(shù)分別是800和250，其頻率響應(yīng)如圖3所示，這里設(shè)定次級(jí)通道的估計(jì)值》(z)與S(z)完全相同，自適應(yīng)濾波器W(z)選用的是350階的有限沖擊響應(yīng)濾波器。脈沖噪聲信號(hào)利用隨機(jī)信號(hào)生成算法產(chǎn)生，選取的a=1.2，ii=2X10—5。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，其中圖(a)是原始的脈沖噪聲信號(hào)，圖(b)是采用本發(fā)明進(jìn)行有源控制后的噪聲信號(hào)。由圖可知，本發(fā)明能夠有效地衰減脈沖噪聲信號(hào)，并且在突發(fā)性的大幅度脈沖產(chǎn)生時(shí)(大約在圖4(a)中的第34000個(gè)樣本處)系統(tǒng)能夠保持很好的穩(wěn)定性和魯棒性。權(quán)利要求一種用于脈沖噪聲有源控制的自適應(yīng)濾波方法。該方法以誤差信號(hào)對(duì)數(shù)變換的均方值為代價(jià)函數(shù)，通過最小化該代價(jià)函數(shù)來調(diào)整自適應(yīng)濾波器的系數(shù)，包括以下幾個(gè)要點(diǎn)①依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，脈沖噪聲是一個(gè)對(duì)數(shù)階矩有限的隨機(jī)過程，即脈沖噪聲幅度絕對(duì)值的對(duì)數(shù)變換可以用高斯分布來描述；②定義誤差信號(hào)e(n)對(duì)數(shù)變換的均方值為代價(jià)函數(shù)J(n)＝E{(log|e(n)|)2}≈(log|e(n)|)2這里設(shè)定當(dāng)|e(n)|≤1時(shí)，|e(n)|＝1。③自適應(yīng)濾波器系數(shù)W(n)的更新方法<mrow><mi>W</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>W</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>μsign</mi><mrow><mo>(</mo><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><mi>log</mi><mo>|</mo><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mrow><mo>|</mo><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>[</mo><mover><mi>s</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow>其中，n為時(shí)間序列號(hào)，μ為步長因子，x′(n)為次級(jí)通道模型濾波后的參考信號(hào)，sign(e(n))為符號(hào)函數(shù)。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于脈沖噪聲有源控制的自適應(yīng)濾波方法。該方法以誤差信號(hào)對(duì)數(shù)變換的均方值為代價(jià)函數(shù)，通過最小化該代價(jià)函數(shù)來調(diào)整自適應(yīng)濾波器的系數(shù)，包括以下步驟(1)初始化自適應(yīng)濾波器系數(shù)W(n)；(2)獲取自適應(yīng)濾波器輸出與期望信號(hào)之間的誤差e(n)；(3)若|e(n)|≤1，則不更新濾波器系數(shù)，若|e(n)|＞1，則更新濾波器系數(shù)為其中n為時(shí)間序列號(hào)，μ為步長因子，x′(n)為次級(jí)通道模型濾波后的參考信號(hào)，sign(e(n))為符號(hào)函數(shù)。本方法無需脈沖噪聲的先驗(yàn)知識(shí)，也無需估計(jì)脈沖噪聲的特征參數(shù)，對(duì)脈沖噪聲具有很好的噪聲抑制能力和魯棒性，因而具有極大的實(shí)用價(jià)值。文檔編號(hào)H03H21/00GK101789771SQ20101001764公開日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年1月11日優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日發(fā)明者吳禮福,邱小軍申請(qǐng)人:南京大學(xué)