【正文】 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。同時(shí) 。 (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。 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。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)過處理后的數(shù)字樣值經(jīng) D/A 換成為模擬樣值再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形 。其具體操作流程為： 把 Hd( ?je )展成 Fs，得 Hd(n)； 對(duì) Hd(n)自然截短到所需的長(zhǎng)度； 將截短后 Hd(n)的右移 M個(gè)采樣間隔，得 h(n)； 將 h(n)乘以合適的窗口，即得所要濾波器的沖擊響應(yīng)，窗函數(shù)以 n=M 對(duì)稱。ftype39。 通過實(shí)驗(yàn)箱和仿真軟件 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放，并采集語(yǔ)音信號(hào)。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 5 頁(yè) 共 22 頁(yè) 3 設(shè)計(jì)的步驟和過程 語(yǔ)音信號(hào)的錄放 在選擇模轉(zhuǎn)換芯片型號(hào)時(shí)，需要考慮 A/D 的轉(zhuǎn)換精度、采樣速率以及芯片的工作電壓和接口電壓?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序 導(dǎo)入到 MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶直接進(jìn)行下載就可以用。 設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介： MATLAB 介紹： MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù) 學(xué)軟件 ，用于算法 開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及 數(shù)值計(jì)算 的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。窗設(shè)計(jì)的基本思想是，首先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)睦硐脒x頻濾波器（它總是具有一個(gè)非因果，無(wú)限持續(xù)時(shí)間脈沖響應(yīng)），然后街區(qū)（加窗）它的脈沖響應(yīng)得到線性相位和因果 FIR 濾波器。它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí) ,保證精確嚴(yán)格的線性相位。 DSP 芯片主要是將轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)的語(yǔ)音信號(hào)用 DSP 算法對(duì)其進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)傳送到輸出端。 二、 課程設(shè)計(jì) 內(nèi)容 ： 通過 DSP 處理器通過 A/D 采集音頻信號(hào)，在 CCS 軟件中分析音頻信號(hào)的頻譜圖，使用 Matlab 設(shè)計(jì)相應(yīng)的 FIR 數(shù)字濾波器（低通 ）并得到濾波器 H(z)的系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)，編寫 DSP 程序（ C 語(yǔ)言或匯編）對(duì)已采集信號(hào)進(jìn)行處理，最后在 CCS 軟件中得到處 理后音頻信號(hào)的頻譜圖，比較濾波前后信號(hào)的頻譜圖。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 1 頁(yè) 共 22 頁(yè) 目的、內(nèi)容和要求 一、 課程設(shè)計(jì) 目的 ： 通過本次課程設(shè)計(jì) ，要求學(xué)生對(duì) DSP 這門課程所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、理論加以理解，學(xué)以致用。 三、課程設(shè)計(jì) 要求： 使用 Matlab 對(duì) FIR 濾波器的設(shè)計(jì)； 編寫 FIR 濾波處理的 DSP 程序，查看并記錄處理后的信號(hào)頻譜； 通過 D/A 實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，回放處理后的聲音； 正確 、完整的 闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ； 繪制程序的流程圖，并文字說(shuō)明 。如下圖 1 所示為本題目的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。 FIR 濾波器是有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，它具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：語(yǔ)音信號(hào)的采集與輸入 對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)A/D 轉(zhuǎn)換 DSP 信號(hào)處理器 設(shè)計(jì) FIR 濾波器編寫 DSP 程序 對(duì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)D/A 轉(zhuǎn)換 回放語(yǔ)音信號(hào) 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 3 頁(yè) 共 22 頁(yè) (1)可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位；避免被處理的信號(hào)產(chǎn)生相位失真，這一特點(diǎn)在寬頻帶信號(hào)處理、陣列信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中非常重要； (2)由于 FIR 濾波器的 單位脈沖響應(yīng) h(n)是有限長(zhǎng)序列，因此 FIR 濾波器沒有不穩(wěn)定的問題； (3)由于 FIR 濾波器一般為非遞歸的結(jié)構(gòu)，因此在有限精度運(yùn)算下，不會(huì)出現(xiàn)遞歸結(jié)構(gòu)中極性震蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象，誤差較小。我們用 )( jweHd 表示理想的選頻濾波器，它在通帶上具有單位增益和線性相位，在阻帶上具有零 響應(yīng)。 MATLAB 應(yīng)用非常之廣泛 。 CCS 介紹： CCS 是一種針對(duì) TMS320 系列 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境，在 Windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤分析等工具。聲音信號(hào)經(jīng) ADC 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)，輸入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，TMS320F2812 從中提取數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)部由各種處理算法將錄進(jìn)的音頻信號(hào)進(jìn)行快速運(yùn)算和處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號(hào)再輸入到輸出緩沖區(qū)中，經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換器還原成模擬的聲音信號(hào)。通過采集得到一組輸入信號(hào)。,window]) （ 31） 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）。利用所求得的單位抽樣響應(yīng)，即可用硬件構(gòu)成濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù) H(z)。 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。 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。輸入和輸出都具有可編程的增益調(diào)節(jié)功能。 TLV320AIC23還 具有很低的功耗 (回放模式為 23mW。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)行過程和濾波效果。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 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 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 FFT后的頻域波形 PD。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。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。 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。在解決困難的過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 。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) 。 //MCBSP 接收數(shù)據(jù)變量數(shù)組 Uint16 PA[128]。 原始語(yǔ)音信號(hào)的頻域?yàn)V波后的波形 double npass,h[51],u,y,xmid[51]。 //初始化 TLV320AIC23，設(shè)置內(nèi)部寄存器 void mcbsp_init(void)。 //延遲 void Delay0(Uint16 numbers)。 // Enable master mode, normal phase, // enable talk, and SPI int disabled. =0x0080。 // Set so breakpoints don39。 //Address (bits 159) 0001111 Delay0(10)。 //LRS (bits 8) 1 Left/right line simultaneous volume/mute update Enabled //LIM (bits 7) 0 Left line input mute 0 = Normal //XX (bits 65) 00 Reserved //LIV[4:0] (bits 40) 10111 Left line input volume control (10111 = 0 dB default) //0000 0001 0001 0111 =0x0317。 //REG2 Left Channel Headphone Volume Control asm( nop)。 //Address (bits 159) 0000011 Delay0(10)。 //REG4 Analog Audio Path Control Delay0(10)。 //X (bits 84) 00000 Reserved //DACM (bits 3) 0 DAC soft