【正文】 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 6 頁(yè) 共 22 頁(yè) FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn)方案 圖 3 DSP 系 統(tǒng) 構(gòu)成 的濾波器 如上圖 3 所示 DSP 系統(tǒng)構(gòu)成的濾波器，其中的輸入信號(hào)可以是麥克風(fēng)輸出的語(yǔ)音信號(hào)、電話線的已調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)，可以是編碼后在數(shù)字鏈路上傳輸或存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里的攝像機(jī)圖像信號(hào)等輸入號(hào)。首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流，由耐奎斯特樣定理可知為了保證信息完整抽樣頻率至少是輸入帶限信號(hào)最高頻率的 2倍。之后輸入 DSP 芯片的是以抽樣形式表示的數(shù)字信號(hào)， DSP 芯片對(duì)輸入信號(hào)行處理，如進(jìn)行一系列的 累 乘累加操作，最后經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字樣值經(jīng) D/A 換成為模擬樣值再經(jīng)過(guò)內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形 。 FIR 濾波器的 DSP 軟件實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，一種是用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，本次課程設(shè)計(jì)采用用 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，其軟件流程圖如下圖 4 所示 圖 4 C 語(yǔ)言程序流程圖 開始 濾波結(jié)束 輸入語(yǔ)音信號(hào)數(shù)據(jù) 定義濾波器系數(shù) 為原始信號(hào)和數(shù)據(jù)指定寄存器 做濾波算法 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 7 頁(yè) 共 22 頁(yè) TMS320F2812 芯片介紹 TMS320F2812 是 TI公司的一款用于控制的高性能、高性價(jià)比的 32位定點(diǎn) DSP 芯片。該芯片兼容 TMS320LF2407 指令系統(tǒng) 最高可在 150MHz 主頻下工作，并帶有18K16 位 0 等待周期片上 SRAM 和 128K16 位片上 FLASH。 其片上外設(shè)主要包括 2 8路 12 位 ADC（最快 80ns 轉(zhuǎn)換時(shí)間）、 2路 SCI、 1 路 SPI、 1 路 McBSP、 1 路 eCAN等，并帶有兩個(gè)事件管理模塊 （ EVA、 EVB） ，分別包括 6路 PWM／ CMP、 2 路 QEP、3 路 CAP、 2路 16位定時(shí)器 （ 或 TxPWM／ TxCMP）。 另外，該器件還有 3個(gè)獨(dú)立的 32位 CPU定時(shí)器，以及多達(dá) 56個(gè)獨(dú)立編程的 GPIO 引腳，可外擴(kuò)大于 1M16 位程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙 16 16 位乘加和 32 32位乘 法 加操作，因而可兼顧控制和快速 運(yùn)算的雙重功能。 TMS320F2812 芯片具有如下功能； (1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； (2)程序和數(shù)據(jù)空間分離，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù) 。 (3)片內(nèi)具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)； (4)具有低開銷或大開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持 。 (5)具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器可以并行執(zhí)行多個(gè)操作； (6)支持流水線操作，使取值、譯碼、和執(zhí)行等操作可重疊執(zhí)行 TLV320AIC23 芯片介紹 TLV320AIC23 是 TI 公司推出的一款高性能立體聲音頻編解 碼器，內(nèi)置耳機(jī)輸出 放大器 ，支持 mic 和 line in 二選一的輸入方式。輸入和輸出都具有可編程的增益調(diào)節(jié)功能。TLV320AIC23 的模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換器 (ADC)和數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (DAC)集成在芯片內(nèi)部．采用先進(jìn)的? ? 過(guò)采樣技術(shù)．可以在 8kHz 至 96kHz 的采樣率下提供 16bit、 20bit、 24bit 和 32bit的 采樣數(shù)據(jù) 。 ADC 和 DAC 的輸出信噪比分別可達(dá) 90dB 和 100dB。同時(shí) 。 TLV320AIC23還 具有很低的功耗 (回放模式為 23mW。節(jié)電模式為 15μw)。上述優(yōu)點(diǎn)使得 TLV320AIC23成為一款非常理想的音頻 編解碼器 ，與 TI 的 DSP 系列相配合更是相得益彰。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 8 頁(yè) 共 22 頁(yè) 程序調(diào)試結(jié)果 啟動(dòng) CCS，輸入實(shí)驗(yàn)程序代碼，進(jìn)行編譯并加載到 DSP 中。采用單步運(yùn)行或執(zhí)行到光標(biāo)處，或全速運(yùn)行，并打開波形觀察窗口，跟蹤觀察其執(zhí)行過(guò)程和濾波效果。先打開項(xiàng)目，然后編譯、加載實(shí)驗(yàn)程序，然后點(diǎn)擊菜單 debug— Go main 就進(jìn)入預(yù)先編譯的實(shí)驗(yàn)程序 然后打開波形觀察窗口，路徑是 View— Graph— Time/Frequence，將顯示類型，圖形名稱，起始地址，抽樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)類型等分別進(jìn)行設(shè)置如下圖 5 所示。其中 PA 指原始信號(hào)的時(shí)域波形， PB 指濾波后的時(shí)域波形， 128 指抽樣點(diǎn)數(shù)，程序運(yùn)行后的波形如下圖 6 所示。同理要觀察頻域的原始波形和濾波后的波形，也按上述步驟操作，其波形觀察窗口如下圖 7 所示，其中 PC 指原始 的時(shí)域 信號(hào)的 經(jīng)過(guò)傅里葉變換所得到的頻域波形， PD 指濾波后的時(shí)域信號(hào)的經(jīng)過(guò)傅里葉變換所得到的頻域波形，其波形輸出圖如圖 8所示。其中 采 樣頻率 fs = 8000Hz， 截止頻率 fstop = 3000Hz 為低通濾器濾除高頻部分。 圖 5 設(shè)置時(shí)域各項(xiàng)參數(shù) 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 6 原始信號(hào)時(shí)域波形及時(shí)域?yàn)V波后波形 圖 7 設(shè)置頻域各項(xiàng)參數(shù) 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 10 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 8 原始信號(hào)頻域 波形及頻域?yàn)V波后波形 結(jié)果分析 本次課程設(shè)計(jì)所用的 FIR低通通濾波器，其目的就是要濾除高頻部分。其中采樣頻率 fs = 8000Hz，截止頻率 fstop = 3000Hz。圖 6是原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形及時(shí)域?yàn)V波后的波形， 其中上一部分是原始語(yǔ)音信號(hào) 的時(shí)域波形 PA，下面的部分是原始語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)低通濾波器后時(shí)域的波形 PB,從圖 6可以看出幅值較 高的部分已經(jīng)濾去基本達(dá)到了濾波效果。圖 8是原始語(yǔ)音信號(hào)頻域波形及頻域?yàn)V波后的波形， 上面的部分為原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域的波形經(jīng)過(guò) FFT后頻域的波形 PC,下面的部分為原始語(yǔ)音信號(hào)濾波后的時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò) FFT后的頻域波形 PD。 從圖 8可以看出經(jīng)過(guò)頻域?yàn)V波后，高頻部分已經(jīng)明顯濾去，達(dá)到了濾波效果。實(shí)驗(yàn)證明： 未進(jìn)行 FIR濾波時(shí) , 聲音中含有的高頻雜音將明顯地影響聽覺(jué)效果。但是在進(jìn)行濾波以后 , 高頻雜音去掉了 , 聲音質(zhì)量明顯的改善了。因此 , 在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行 FIR濾波 , 可以很好的將噪音部分去掉。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 11 頁(yè) 共 22 頁(yè) 設(shè)計(jì)過(guò)程所遇到的困難及解決辦法 為期兩周的課程設(shè)計(jì) 很快就結(jié)束了， 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì) ，使我受益匪淺。在本次實(shí)習(xí) 過(guò)程中的確遇到了不少問(wèn)題。這是我第一次用 CCS 這 個(gè)軟件。剛開始，對(duì)于這軟件并不是很熟悉，所以導(dǎo)致花費(fèi)了很多時(shí)間用在熟悉這個(gè)軟件上。 這次的課程設(shè)計(jì)非常重要，難度也比較大。 它要求的數(shù)學(xué)知識(shí)多 ,包括高等代數(shù)、數(shù)值分析、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程等。 所以設(shè)計(jì)之初，我受困于基礎(chǔ)不扎實(shí)，舉步維艱，于是我用了三天時(shí)間把要用到的一些知識(shí)重新復(fù)習(xí)了一遍，才開始著手于設(shè)計(jì)。 本 設(shè)計(jì)是一個(gè)基 于 TMS320F2812的語(yǔ)音采集硬 件設(shè)計(jì)方案，敘述和分析了其中的幾個(gè)主要硬件模塊，包括信號(hào)采集 A/D、D/A 模塊、存儲(chǔ)器模塊、和電源模塊。同時(shí)對(duì)各個(gè)模塊與 DSP 芯片之間的接口電路進(jìn)行了詳細(xì)的論述和設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中的確遇到了很多問(wèn)題，如仿真軟件 CCS 的具體操作與使用方法等等，但最終通過(guò)查閱資料、請(qǐng)教同學(xué)等途徑使問(wèn)題得以解決。 本次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)抽象的理論知識(shí)，有了更為深刻的理解。在解決困難的過(guò)程中讓我獲得了許多專業(yè)方面的知識(shí)，拓展了視野，提高了理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力，激發(fā)了我們的探索精神 。當(dāng)然在實(shí)習(xí)的過(guò)程中，比需要強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)精神，一個(gè)人的 精力畢竟是有限的，遇到不懂的問(wèn)題要懂得禮賢下士，才能爬上知識(shí)的高峰。 結(jié)論 本次課程設(shè)計(jì) 把理論應(yīng)用到了實(shí)踐中，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)，也加深了自己對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，在解決困難的過(guò)程中，獲得了許多專業(yè)方面的知識(shí) ,拓展了視野。提高了理論水平和實(shí)際的動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了解決問(wèn)題的方法，激發(fā)了我們的探索精神。這樣的課程設(shè)計(jì)是很好的鍛煉機(jī)會(huì) ,希望老師以后也多安排一些這些方面的實(shí)習(xí)任務(wù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使我深入了解到課程設(shè)計(jì) 在大學(xué)學(xué)習(xí)的重要性，課程設(shè)計(jì)增強(qiáng)了我們的實(shí)踐動(dòng)手能力，也為大四 下 學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn) 。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 12 頁(yè) 共 22 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 顧衛(wèi)鋼 . 手把手教你學(xué) DSP基于 TMS320x281x 北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020. 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