【正文】 器時(shí)，要根據(jù)給定的濾波器性能指標(biāo)選擇窗口寬度 N 和窗函數(shù) w(n)。 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn)方案 一個(gè)典型的 DSP 系統(tǒng)如圖 32所示 圖 23 典 型 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成 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 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 8 頁(yè) 共 34 頁(yè) 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。 TMS320VC5402 是定 點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器。它采用先進(jìn)的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有 8條 16 位的總線，其中包括 4 條程序 /數(shù)據(jù)總線和 4 條地址總線，各條總線的作用如下 :①程序總線 PB 傳輸來(lái)自程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即數(shù) 。②三條數(shù)據(jù)總線 CB, DB, EB相互連接不同的單元，如中央處理單元、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、程序地址產(chǎn)生邏輯、片內(nèi)外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其中， CB 和 DB 傳輸從程序存儲(chǔ)器讀來(lái)的數(shù)據(jù)， EB 傳輸待寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù) 。.PAB, CAB, DAB 和 EAB 這 4 條地址總線傳輸指令執(zhí)行所需要的地址。圖 33為 TMS320C54X DSP 的內(nèi)部硬件組 成框圖。 CPU 采用并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，使其能在一條指令周期內(nèi)，高速地完成多項(xiàng)算術(shù)運(yùn)算。CPU 的基本組成如下 :① 40 位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 (ALU)，包括一個(gè) 40 位桶形移位寄存器和 2個(gè)獨(dú)立的 40 位累加器 。② 17X17 位并行乘法器，與 40 位專用加法器相連，用于非流水線式單周期乘法 /累加 (MAC)運(yùn)算 :③比較、選擇和存儲(chǔ)單元 (CSSU)，用于加法 /比較選擇。④指數(shù)編碼器，可以在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算 40 位累加器中數(shù)值的指數(shù)。 DSP5402 的片上外圍電路包括 :通用 u0 引腳 (XF 和 BIO )，定時(shí)器，時(shí)鐘發(fā)生器，一個(gè)與外部 處理器通信的 8位的 HPI (Host Port Interface)接口，兩個(gè)多通道緩沖串行口 McBSP (Multichannel BSP )。器片內(nèi)存儲(chǔ)器的種類只要有以下幾種 :雙訪問(wèn) RAM (DARAM )，單訪問(wèn) RAM (SRAM)和 ROM. RAM 一般映射在數(shù)據(jù)空間。 DRAM 一般由若干塊構(gòu)成，由于每塊 DARAM 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以被訪問(wèn) 2 次，中央處理單元和片內(nèi)外設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一次讀和一次寫操作。根據(jù)需要，通過(guò)改變處理器狀態(tài)寄存器的三個(gè)位 MP/MC, OVLY 和 DROM 來(lái)靈活地改變存儲(chǔ) 器的配置。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間還有一塊特殊的區(qū)域， OOH08H。這塊區(qū)域包含的是存儲(chǔ)器映像寄存器，它包含了 DSP 中所有的寄存器，可以通過(guò)讀這塊存儲(chǔ)器來(lái)了解各個(gè)寄存器的值，或者通過(guò)寫這塊寄存器來(lái)改變寄存器的值。因此編程時(shí)不能隨便向這個(gè)區(qū)域存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，除非根據(jù)需要來(lái)改變相應(yīng)寄存器的值，否則會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行結(jié)果錯(cuò)誤。 具有高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，包括單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作，塊存儲(chǔ)器傳輸指令， 32 位長(zhǎng)操作數(shù)指令，同時(shí)讀入 2 或 3個(gè)操作數(shù)的指令，能并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令，條件存儲(chǔ)指令和從中斷快速返回。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 9 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 24TMS320C54X DSP 的內(nèi)部硬件組成框圖 FIR 濾波器的 Matlab 設(shè)計(jì) MATLAB 被稱為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，又稱為“草稿紙式”的語(yǔ)言，它具有不同于其他語(yǔ)言如 Fortran、 C 語(yǔ)言等的特點(diǎn)，是邊解釋邊執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。 MATLAB 是一款具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能的軟件，其輸出結(jié)果可視化，編程效率極高，用極少的代碼即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)行，因此它使工程技術(shù)人員擺脫了繁瑣的程序代碼，以便快速地驗(yàn)證自己的模型和算法。 fir1 就是采用經(jīng)典窗函數(shù)法設(shè)計(jì)線性相位 FIR 數(shù)字濾波器的函數(shù)，且具有標(biāo) 準(zhǔn)低通，帶通，高通 ,帶阻等類型。函數(shù)調(diào)用格式為： b=fir1(n,wn[,39。ftype39。,window]) 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 10 頁(yè) 共 34 頁(yè) 式中， n為 FIR 濾波器的階數(shù)，對(duì)于高通 ,帶阻濾波器， n 需取偶數(shù)； wn為濾波器截止頻率，范圍為 0~1（歸一化頻率）。對(duì)于帶通 ,帶阻濾波器， wn=[w1,w2](w1w2)；對(duì)于多帶濾波器，如 wn=[w1， w2， w3,w4],頻率分段為： 0ww1， w1ww2， w2ww3，w3ww4。 ‘ ftype39。為濾波器的類型：缺省時(shí)為低通或帶通濾波器； 39。high39。為高通濾波器；‘ stop39。為帶阻 濾波器， 39。DC139。為第一頻帶為通帶的多帶濾波器； 39。DC039。為第一頻帶為阻帶的多帶濾波器。 window 為窗函數(shù)列向量，其長(zhǎng)度為 n+1。缺省時(shí)，自動(dòng)取哈明窗。 MATLAB 提供的窗函數(shù)有 boxcar、 hanning、 hamming、 bartlett、 blackman、 kaiser、 chebwin，調(diào)用方式見(jiàn)上節(jié)。 b 為 FIR 濾波器系數(shù)向量，長(zhǎng)度為 n+1。 FIR 濾波器的傳遞函數(shù)具有下列形式： nznbzbzbbzb ??? ?????? )1()3()2()1()( 21 ? (421) 用函數(shù) fir1 設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器的群延遲為 n/2?？紤]到 n 階濾 波器系數(shù)個(gè)數(shù)為 N，即n+1，這里的延遲與前面所講的 (N1)/2 的延遲一致。注意這里的濾波器的最小階數(shù)比窗函數(shù)的長(zhǎng)度少 1。 硬件連接 及通信協(xié)議 硬件連接 根據(jù)圖 34 和圖 35 的時(shí)序，則容易實(shí)現(xiàn) TLC320AD50C 與 TMS320VC5402 的硬件連接，如圖 36 所示。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 11 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 36 TLC320AD50C 與 TMS320VC5402 的硬件連接 TLC320AD50C 的 MCLK 外接 的晶振， TMS320VC5402 的 FSX 和 FSR 由TLC320AD50C 設(shè)置。如果選擇 D7=0， N=8，則采樣速率為 8kHz。 通信協(xié)議 TLC320AD50C 的通信有兩種格式：一次通信格式和二次通信格式。 一次通信格式的 16 位都用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。 DAC 的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由寄存器 1 的 D0位決定。啟動(dòng)和復(fù)用時(shí)，缺省值為 15+1 位模式，最后一位要求二次通信。如果工作在 16 位傳輸模式，則必須由 FC產(chǎn)生二次通信請(qǐng)求。 二次通信格式則用來(lái)初始化和修改 TLC320AD50C 內(nèi)部寄存器的值。在二次通信中可以通過(guò)向 DIN 寫數(shù)據(jù)來(lái)初始化。 系統(tǒng)復(fù)位后，必須通過(guò) DSP 的 DX 口向 TLC320AD50C 的 DIN 寫數(shù)據(jù)，如果采用一片TLC320AD50C，只需初始化其寄存器 寄存器 2 和寄存器 4。 由于通信數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 16 位，初始化時(shí)應(yīng)通過(guò) RCR1 和 XCR1 設(shè)置 McBSP 的傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 16?？紤]到 TLC320AD50C 復(fù)位后至少經(jīng)過(guò) 6 個(gè) MCLK 才可以脫離復(fù)位，故可以在此時(shí)間內(nèi)初始化 DSP 的串行口。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 12 頁(yè) 共 34 頁(yè) 3 軟件 設(shè)計(jì) 圖 31 MATLAB 的人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì) 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 13 頁(yè) 共 34 頁(yè) 用 MATLAB 控制串口接收數(shù)據(jù) 1. 先進(jìn)行串口的初始化操作，然后打開串口，用到的函數(shù)為： serial和 open。 2. 設(shè)定 MATLAB 和 DSP 的握手方式，可通過(guò)串口目標(biāo)的 FlowControl屬性設(shè)定。 3. 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，用到 fread 和 fwrite 函數(shù) 。 對(duì)于用 DSP器件設(shè)計(jì)的語(yǔ)音信號(hào)濾波器 , 其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可使用 CCS (Code Composer Studio)軟件來(lái)進(jìn)行調(diào)試。設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí) , 首先應(yīng)對(duì) 各個(gè)設(shè)備 進(jìn)行初始化配置 , 然后再調(diào)用子程序來(lái)處理音頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出。在子程序中 , 首先初始化語(yǔ)音緩沖區(qū)和工作變量 , 等待 MCBSP通道 0傳送結(jié)束后 , 再采集語(yǔ)音信號(hào) , 然后傳送到 MCBSP并保存于左 聲道緩沖區(qū) , 此時(shí)即可調(diào)用 材料 計(jì)算 FIR濾波輸出 , 濾波后的結(jié)果存放于右聲道緩沖區(qū) , 最后將濾波后的信號(hào)輸出到 MCBSP 接口 , 再將此信號(hào)傳送到 TMS320C5410中 。 通過(guò) DSP 的串口 0 輸入 /輸出數(shù)據(jù)。在串口通訊中，數(shù)據(jù)時(shí)鐘和幀同步信號(hào)都由AC01 產(chǎn)生，所以 VC5410 將使用外部時(shí)鐘和幀同步信號(hào)。串口設(shè)置代碼如下： stm 0,spsa0 stm 20xxh,spcr10 stm 1,spsa0 stm 0c0h,spcr20 stm 2,spsa0 stm 40h,39h stm 3,spsa0 stm 0,39h stm 4,spsa0 stm 40h,xcr10 stm 5,spsa0 stm 0,39h stm 0eh,spsa0 stm 0dh,pcr0 stm 7h,spsa0 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 14 頁(yè) 共 34 頁(yè) stm 8000h,39h rpt 0ffffh nop stm 00h,dxr10 ldm 22h,a stm 1,38h stm 0c1h,39h 完成串口設(shè)置后，還需要修改中斷向量表以便正確響應(yīng)串口 0 的接收和發(fā)送中斷請(qǐng)求。使用發(fā)送中斷產(chǎn)生送出濾波之后的數(shù)字語(yǔ)音 信號(hào)；使用接收中斷存貯輸入的數(shù)據(jù)，并設(shè)置新數(shù)據(jù)到達(dá)標(biāo)志。主循環(huán)在檢測(cè)到該標(biāo)志后，調(diào)用 FIR 濾波程序，完成對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理。 matlab設(shè)計(jì) fir帶通濾波器 [n,Wn,beta,ftype]=kaiserord([7 13 17 23],[0 1 0],[ ],100)。 //得出濾波器的階數(shù) n=38， beta= w1=2*fc1/fs。 w2=2*fc2/fs。 //將模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字濾波器的技術(shù)指標(biāo) window=kaiser(n+1,beta)。 //使用 kaiser窗函數(shù) b=f