開(kāi)題報(bào)告 黎浩

修晶辨我大孥本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目數(shù)字音頻自適應(yīng)噪聲抵消器硬件設(shè)計(jì)姓名：黎浩學(xué)號(hào)：201206030126指導(dǎo)教師：馬令坤班級(jí)：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(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)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(jì)課題來(lái)源科研課題課題類型工程設(shè)計(jì)類指導(dǎo)教師馬令坤學(xué)生姓名黎浩學(xué)號(hào)201206030126專業(yè)電子信息工程課題的意義以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r:一、背景和研究意義：隨著現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)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(xí)和工作。日常生活中噪聲來(lái)源十分廣泛，長(zhǎng)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(duì)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?cè)谌粘５拈L(zhǎng)途電話通話、無(wú)線通信中，回波干擾嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量；在工程實(shí)際應(yīng)用中，水下偵察系統(tǒng)的發(fā)射器與接收器間的串?dāng)_，大大妨礙了目標(biāo)定位距離的測(cè)量；在精密儀器使用過(guò)程中，50赫茲的電源電磁場(chǎng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器正弦波形的純度干擾影響了測(cè)量精度。在工程實(shí)際中，人們經(jīng)常會(huì)遇到強(qiáng)噪聲背景下的微弱信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題。例如在超聲波無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，因傳輸介質(zhì)的不均勻等因素導(dǎo)致有用信號(hào)與高噪聲信號(hào)疊加在一起。腹部胎兒的心電信號(hào)埋藏在母親心電等強(qiáng)背景噪聲中以及強(qiáng)噪聲背景下的語(yǔ)音識(shí)別等。由于這些干擾噪聲常常是非平穩(wěn)的和隨時(shí)間變化的，很難采用傳統(tǒng)的濾波方法實(shí)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(shí)際信號(hào)傳播路徑及在信號(hào)處理過(guò)程中，噪聲對(duì)信號(hào)的干擾在絕大多數(shù)情況下是不可避免的。因此，對(duì)噪聲的消除和抑制已成為人們一直追求的心聲，更是信號(hào)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(kuò)展，它是以噪聲干擾為處理對(duì)象，將干擾噪聲抑制掉或進(jìn)行非常大的衰減，以提高信號(hào)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(hào)輸入端改為信號(hào)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?yàn)V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(hào)。隨著信號(hào)處理學(xué)科領(lǐng)域理論與技術(shù)的不斷進(jìn)步，自適應(yīng)信號(hào)處理已成為信號(hào)與信息處理學(xué)科的一個(gè)重要分支，自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)亦成為智能信息處理的重要基礎(chǔ)。近些年來(lái)，隨著數(shù)字微處理器與計(jì)算機(jī)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?cè)絹?lái)越追求工作效率和生活質(zhì)量的社會(huì)里，如何有效地消除和抑制噪聲成為人們研究的一個(gè)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(hào)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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：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?cè)谕ㄓ秒姎夤就瓿傻?。他們使用取自一個(gè)輔助天線參考輸入和一個(gè)簡(jiǎn)單的兩個(gè)權(quán)的自適應(yīng)濾波器，設(shè)計(jì)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(hào)中的噪聲和干擾。在早期研究工作年代里，只有少數(shù)人對(duì)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(kāi)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(shí)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(shí)，羅森布拉特在康乃爾（Cornell）宇航實(shí)驗(yàn)室建造模擬人類視覺(jué)神經(jīng)控制系統(tǒng)的電子設(shè)備；前蘇聯(lián)莫斯科自動(dòng)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(dòng)梯度搜索機(jī)器；英國(guó)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(jì)60年代的初期和中期，有關(guān)自適應(yīng)信號(hào)處理的理論研究和實(shí)踐、應(yīng)用工作得到了加強(qiáng)，文獻(xiàn)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(shí)域和空域）和自適應(yīng)信號(hào)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(shí)期勒凱在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作形成的。1965年，第一個(gè)自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)在斯坦福大學(xué)建成，這個(gè)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(lái)，自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)已經(jīng)在許多其他問(wèn)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(zhǎng)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?yàn)V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(lái)的基于“引導(dǎo)信號(hào)”算法的自適應(yīng)波束形成器應(yīng)用于自適應(yīng)陣列信號(hào)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?cè)谧赃m應(yīng)信號(hào)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(jì)算機(jī)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(hào)處理專用芯片和高性能的通用計(jì)算機(jī)，這為信號(hào)處理特別是自適應(yīng)信號(hào)處理的發(fā)展和應(yīng)用提供了十分優(yōu)越的條件。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外研究自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)以數(shù)字信號(hào)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(dāng)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(yǔ)音信號(hào)干擾消除、心電圖的周期性干擾的消除、長(zhǎng)途電話傳輸線上的回聲消除以及50赫茲電源電磁場(chǎng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(diǎn)集中在選擇優(yōu)秀的數(shù)字信號(hào)處理器與尋求收斂速度快，計(jì)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(hào)處理是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。人們對(duì)數(shù)字式自適應(yīng)消噪系統(tǒng)的研究亦是當(dāng)今自適應(yīng)信號(hào)處理中最為活躍的研究課題之一。本課題的研究?jī)?nèi)容、方法、手段及預(yù)期成果：一、研究?jī)?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(duì)消應(yīng)用和幾種常用的最佳準(zhǔn)則。（2）學(xué)習(xí)TMS320VC5509A最小單元，數(shù)字音頻處理TLV320AIC23工作原理，片外存儲(chǔ)器HY57V641620（SDRAM）,AT25F1024（EEPROM）。（3）熟悉了解雙通道同步采集原理。（4）利用DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS，利用C代碼編寫標(biāo)準(zhǔn)LMS算法。二、方法（1）利用TI公司的高性能數(shù)字信號(hào)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(jìn)行了外部接口電路擴(kuò)展包括存儲(chǔ)器、音頻信號(hào)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(yǔ)音編解碼器TLV320AIC23，利用TMS320VC5509A片內(nèi)多通道緩沖串口（McBSP1），通過(guò)I2C總線來(lái)對(duì)AIC23進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)功能的語(yǔ)音處理系統(tǒng)。（3）在DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS（CodeComposerStudio）下進(jìn)行調(diào)試。（4）在硬件仿真模式下，通過(guò)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(jì)，實(shí)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(diǎn)：本設(shè)計(jì)的主要難度在于對(duì)DSP整體結(jié)構(gòu)的把握程度以及對(duì)CCS編譯環(huán)境的掌握程度上，如果不熟悉編譯環(huán)境，無(wú)法正常完成CCS硬件仿真器軟件實(shí)現(xiàn)。熟悉C環(huán)境下的編寫是難點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)不太容易，需要掌握大量數(shù)字信號(hào)處理，知道結(jié)合C程序?qū)崿F(xiàn)編譯。在時(shí)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(jì)之后，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)噪聲的抵消功能。

任務(wù)完成的階段安排及時(shí)間安排:1周收集畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料2周學(xué)習(xí)自適應(yīng)噪聲抵消其的基本原理及實(shí)現(xiàn)的核心硬件3周學(xué)習(xí)DSP基礎(chǔ)理論知識(shí)，熟悉TMS5509A的作用功能適用場(chǎng)合4周完成開(kāi)題報(bào)告5周完善基本方案，構(gòu)建硬件系統(tǒng)6周學(xué)習(xí)基于CCS軟件仿真器算法實(shí)現(xiàn)基本原理7周學(xué)習(xí)基于CCS硬件仿真器軟件實(shí)現(xiàn)基本原理8周畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)方案，完成預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。13周檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。14周整理設(shè)計(jì)結(jié)果，撰寫畢業(yè)論文。15周完善畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。16周完成畢設(shè)答辯參考文獻(xiàn)：何振亞.自適應(yīng)信號(hào)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(bào)，2006,18(5):1178-1180.DimitrisG.Manolakis,Vinayk.Ingle,StephenM.Kogon.統(tǒng)計(jì)與自適應(yīng)信號(hào)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(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，1997,2(11):806-810.童詩(shī)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(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京.清華大學(xué)出版.2010年8月。沈福民.自適應(yīng)信號(hào)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(jī)械工業(yè)出版社，2