开题报告 黎浩

修晶辨我大孥本科生毕业设计（论文）开题报告题目数字音频自适应噪声抵消器硬件设计姓名：黎浩学号：201206030126指导教师：马令坤班级：电子信息工程121所在院系：电气与信息工程学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称数字音频自适应噪声抵消器硬件设计课题来源科研课题课题类型工程设计类指导教师马令坤学生姓名黎浩学号201206030126专业电子信息工程课题的意义以及国内外发展状况:一、背景和研究意义：随着现代工业化进程的日益加快，噪声污染成为人类公害之一，影响着人们日常的生活、学习和工作。日常生活中噪声来源十分广泛，长期生活和工作在噪声环境下，易使人心情烦躁且容易疲劳，从而影响人的注意力和工作效率，特别是对那些要求注意力高度集中的复杂作业的人影响更大。人们在日常的长途电话通话、无线通信中，回波干扰严重影响通信的质量；在工程实际应用中，水下侦察系统的发射器与接收器间的串扰，大大妨碍了目标定位距离的测量；在精密仪器使用过程中，50赫兹的电源电磁场对标准信号发生器正弦波形的纯度干扰影响了测量精度。在工程实际中，人们经常会遇到强噪声背景下的微弱信号的检测问题。例如在超声波无损检测领域，因传输介质的不均匀等因素导致有用信号与高噪声信号叠加在一起。腹部胎儿的心电信号埋藏在母亲心电等强背景噪声中以及强噪声背景下的语音识别等。由于这些干扰噪声常常是非平稳的和随时间变化的，很难采用传统的滤波方法实现噪声消除，而自适应噪声抵消技术在这方面具有很好的降噪功能。由于在实际信号传播路径及在信号处理过程中，噪声对信号的干扰在绝大多数情况下是不可避免的。因此，对噪声的消除和抑制已成为人们一直追求的心声，更是信号处理中极其重要的工作。集中的复杂作业的人影响更大。自适应噪声抵消器是基于自适应滤波器原理的一种扩展，它是以噪声干扰为处理对象，将干扰噪声抑制掉或进行非常大的衰减，以提高信号传递和接收的信噪比质量。自适应噪声抵消器，把自适应滤波器的期望信号输入端改为信号混合噪声干扰的原始输入端，而将它的输入端改为噪声干扰端，由横向滤波器的参数调节输出以将原始输入中的噪声干扰抵消掉，系统误差输出就是有用信号。随着信号处理学科领域理论与技术的不断进步，自适应信号处理已成为信号与信息处理学科的一个重要分支，自适应信号处理技术亦成为智能信息处理的重要基础。近些年来，随着数字微处理器与计算机技术飞速发展和广泛应用，自适应噪声抵消技术已成为信息学科中最为活跃的领域之一。在如今人们越来越追求工作效率和生活质量的社会里，如何有效地消除和抑制噪声成为人们研究的一个热门课题。而自适应噪声抵消技术是一种能够有效地降低或消除噪声背景下干扰噪声的信号处理技术，所以研究自适应噪声抵消技术有着非常重要的意义。二、国内外发展状况：自适应噪声抵消研究早期研究始于1957年到1960年间，由豪厄尔斯(P.Howells)和普尔鲍姆(P.Applebaum)以及他们的同事们在通用电气公司完成的。他们使用取自一个辅助天线参考输入和一个简单的两个权的自适应滤波器，设计并制造了天线旁办噪声抵消系统，用以消除混杂在有用信号中的噪声和干扰。在早期研究工作年代里，只有少数人对自适应系统感兴趣，而多权自适应滤波器的研制也才刚刚开始。直到1959年，维德罗（B.Widrow）和霍夫（M.Hoff）在斯坦福大学发明了最小均方（LMS）自适应算法和模式识别方案，称之为Adaline元件（AdaptivelinearThresholdLogicElement自适应线性门逻辑元件）。与此同时，罗森布拉特在康乃尔（Cornell）宇航实验室建造模拟人类视觉神经控制系统的电子设备；前苏联莫斯科自动学和遥控力学研究所的艾日曼及其同事们，也在制造一种自动梯度搜索机器；英国的加布尔和他的助手们也在研制自适应滤波器。在20世纪60年代的初期和中期，有关自适应信号处理的理论研究和实践、应用工作得到了加强，文献中出现了数百篇关于自适应、自适应控制、自适应滤波（包括时域和空域）和自适应信号处理方面的文章。自适应滤波在数字通信中的重要商业应用，是这一时期勒凯在贝尔实验室工作形成的。1965年，第一个自适应噪声抵消系统在斯坦福大学建成，这个系统的目的是抵消心电放大器和记录仪输出端的60赫兹干扰。自1965年以来，自适应噪声抵消技术已经在许多其他问题上得到成功应用，包括心电图的周期性干扰的消除，以及消除长途电话传输线上的回声等。瑞格勒和康普顿所写的一篇关于自适应天线的文章，推广了最初由紊厄尔斯和阿普尔鲍姆所完成的工作。随着自适应空域滤波概念的不断完善，一类由维德罗、格里菲思（L.J.Griffiths）等人研制出来的基于“引导信号”算法的自适应波束形成器应用于自适应阵列信号处理；1969年至1972年间，由格里菲思和弗罗斯特（O.L.Frost）等人发明了又一类和“引导算法”相似的“线性约束”自适应天线算法。随着人们在自适应信号处理领域的不断深入研究，自适应抵消理论和技术得到了广大研究人员重视，特别是超大规模集成电路技术和计算机信息技术的迅速发展，出现了许多性能优越的高速数字信号处理专用芯片和高性能的通用计算机，这为信号处理特别是自适应信号处理的发展和应用提供了十分优越的条件。当前，国内外研究自适应噪声抵消系统以数字信号处理器为核心及其相关自适应处理算法为技术支撑的数字式抗噪声处理器为主，代表着当今噪声处理技术的发展方向。基于自适应噪声抵消技术的数字式自适应抗噪抵消系统已成功的应用于语音信号干扰消除、心电图的周期性干扰的消除、长途电话传输线上的回声消除以及50赫兹电源电磁场对标准信号发生器正弦波形的干扰消除等。目前，数字式自适应噪声抵消器的研究热点集中在选择优秀的数字信号处理器与寻求收敛速度快，计算复杂性低，数值稳定性好的相关自适应滤波算法。其中宽带噪声抵消的多通道自适应系统，以及利用了人工神经网络的有源降噪系统解决的多通道信号处理是当前研究的热点。人们对数字式自适应消噪系统的研究亦是当今自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一。本课题的研究内容、方法、手段及预期成果：一、研究内容：（1）了解自适应滤波器的基本原理，基本结构、自适应滤波器在噪声对消应用和几种常用的最佳准则。（2）学习TMS320VC5509A最小单元，数字音频处理TLV320AIC23工作原理，片外存储器HY57V641620（SDRAM）,AT25F1024（EEPROM）。（3）熟悉了解双通道同步采集原理。（4）利用DSP开发环境CCS，利用C代码编写标准LMS算法。二、方法（1）利用TI公司的高性能数字信号处理器芯片（TMS320VC5509A）构建自适应噪声消除系统，该系统在TMS320VC5509A芯片的基础上进行了外部接口电路扩展包括存储器、音频信号采集电路、电源和监控电路以及JTAG接口等。（2）采用TI公司的一款高性能立体声音频多媒体数字语音编解码器TLV320AIC23，利用TMS320VC5509A片内多通道缓冲串口（McBSP1），通过I2C总线来对AIC23进行控制，从而实现具有较强功能的语音处理系统。（3）在DSP集成开发环境CCS（CodeComposerStudio）下进行调试。（4）在硬件仿真模式下，通过软件编程完成了自适应噪声抵消器的自适应滤波算法设计，实现了噪声抵消器的有效消噪功能。三、方案：系统框图四、难点：本设计的主要难度在于对DSP整体结构的把握程度以及对CCS编译环境的掌握程度上，如果不熟悉编译环境，无法正常完成CCS硬件仿真器软件实现。熟悉C环境下的编写是难点。要有C基础，并且明白C编写的流程图。CCS环境下的软硬件实现不太容易，需要掌握大量数字信号处理，知道结合C程序实现编译。在时间和工作量上都需要大的投入。五、预期成果：在完成本设计之后，本系统能够实现对实时噪声的抵消功能。

任务完成的阶段安排及时间安排:1周收集毕业设计相关资料2周学习自适应噪声抵消其的基本原理及实现的核心硬件3周学习DSP基础理论知识，熟悉TMS5509A的作用功能适用场合4周完成开题报告5周完善基本方案，构建硬件系统6周学习基于CCS软件仿真器算法实现基本原理7周学习基于CCS硬件仿真器软件实现基本原理8周毕业设计中期检查。9周编写C程序实现软件仿真10周熟悉CCS环境下硬件仿真流程，绘制流程图11周完成CCS环境下硬件仿真12周完善设计方案，完成预期的设计目标。13周检验设计结果。14周整理设计结果，撰写毕业论文。15周完善毕业论文，准备毕业答辩。16周完成毕设答辩参考文献：何振亚.自适应信号处理[M].北京：科学出版社，2002.刘世金，张榆锋，陈文略等.在噪声抵消应用中自适应滤波算法性能的仿真比较[J].系统仿真学报，2006,18(5):1178-1180.DimitrisG.Manolakis,Vinayk.Ingle,StephenM.Kogon.统计与自适应信号处理[M].北京：电子工业出版社，2003.赵春晖，乔景禄，孙圣和.一类多结构元自适应广义形态滤波器[J].中国图象图形学报，1997,2(11):806-810.童诗白.模拟电子技术基础[M].北京.高等教育出版社.2006年5月。谭浩强.C语言程序设计[M].北京.清华大学出版.2010年8月。沈福民.自适应信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.陈金鹰.DSP技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2