【正文】 ()(NmnxnbmnxmbNnxNbnxbnxbny ? 因此， FIR 濾波器又稱為卷積濾波器。設(shè)計(jì)步驟包括： DSP 與 TLC320AD50 接口電路的原理圖繪制； DSP 控制 TLC320AD50 的程序編寫與調(diào)試； TLC320AD50 模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，采集聲音信號(hào)，查看并記錄信號(hào)頻譜； 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 第 5 頁 共 34 頁 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； 用 TLC320AD50 實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，回放處理后的聲音； 按要求編寫課程設(shè)計(jì) 報(bào)告書，正確 、完整的 闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 通過本次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理、 DSP 技術(shù)課程以及其他有關(guān)先修課程 的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決具體問題，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和發(fā)展。與 IIR 濾波器相比， FIR濾波器只有零點(diǎn) ，除原點(diǎn)外．在 z 平面上沒有極點(diǎn)，因此總是穩(wěn)定的和可實(shí)現(xiàn)的；更重要的是， FIR 濾波器在滿足一定的對(duì)稱條件下，可以獲得嚴(yán)格的線性相位特性，這一點(diǎn)是 IIR 濾波器難以實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字濾波是譜分析、通信信號(hào)處理等的基本算法，它能夠滿足濾波器對(duì)幅度和相位的嚴(yán)格要求，解決了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，同時(shí)又有很高的可編程性和靈活性。 七是自動(dòng)控制 ,如引擎控制、聲控、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等 。 三是語音 , 如語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音存儲(chǔ)等 。 TECHNOLOGY DSP 原理及 其 應(yīng)用 課程設(shè)計(jì) 題目 ： 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí) : 電子 0601 班 專 業(yè)： 電子信息工程 所在院 (系 ): 電氣學(xué)院 指導(dǎo)教師： 起止日期： 1 月 4 日 － 1 月 14 日 2020 年 1 月 基于 FIR的語音信號(hào)濾波 第 2 頁 共 34 頁 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 摘要 DSP( Digital Signal Processing) 也就是我們常說的數(shù)字信號(hào)處理 , 它是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備 , 以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理 , 以得到符合人們需要的信號(hào)形式。 DSP 芯片在信號(hào)處理、通信、雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 四是圖形 /圖像 , 如二維和三維圖形處理 , 圖像壓縮與傳輸?shù)?。 八是醫(yī)療 , 如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)等 。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字信號(hào)處理器； DSP； 濾波 ； TLC320AD50； 基于 FIR的語音信號(hào)濾波 第 3 頁 共 34 頁 目 錄 1 緒論 ......................................................................................................................................4 原理 及目的 ………………………………………………………………………… .4 設(shè)計(jì)步驟及要求 ……………………………………………………………… .........4 2 設(shè)計(jì) 總體方案 ………………………………………………………………………… … .5 語音信號(hào)的采集 ………………………………………………… ..............................5 FIR 濾波器的原理及特點(diǎn) ………………………………………………………… .6 窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法 …………………………………………………………………… ………… .7 FIR濾波器的 DSP實(shí)現(xiàn)方案 ………………… ……………………… ..…… … … … 10 FIR濾波器的 Matlab設(shè)計(jì) ……………… …………… ………………… …… ...… .12 硬件連接 及通信 協(xié)議 ………………………………………………………… ...… .13 3 軟件設(shè)計(jì) ………… …………………………………………………………………… … 14 用 MATLAB 控制串口接收數(shù)據(jù) ………………………………………………… ...15 matlab設(shè)計(jì) fir帶通濾波器 ………………………………………………………… 16 4 程序編寫及調(diào)試結(jié)果 …………………………………………………………………… 18 程序 ……………………………………………………………………………… ...18 運(yùn)行步驟與結(jié)果 ………………………………………………………………… ...24 6 心得 體會(huì) …… …………………………………………………………………………… 26 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………… ..28 附錄 ……………………………………………………………………………… .………… ..29 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 第 4 頁 共 34 頁 1 緒論 原理 及目的 數(shù)字濾波器是一種用來過濾時(shí)間離散信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng)，通過對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來達(dá)到頻域。因此 ,在高保真的信號(hào)處理．如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 。初步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的獨(dú)立工作能力，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。 在報(bào)告中繪制程序的流程圖，并文字說明。根據(jù)系統(tǒng)頻率響應(yīng)， FIR 濾波器的頻率響應(yīng)表達(dá)式為： ? ? ??? ?? 10 )(Nn jnj enbeH ?? （ 22） 信號(hào)通過 FIR 濾波器不失真條件與（ 66）式所描述的相同，即濾波器在通帶內(nèi)具有恒定的幅頻特性和線性相位特性。這一特性使通帶頻率內(nèi)信號(hào)通過濾波器后仍保持原有波形 形狀而無相位失真。因此其單位脈沖響應(yīng)可由下式求得， ? ? ? ???? ?? ?? ?? deeHnh njjdd 21 (25) 求得序列 ??nhd 后，通過 z 變換，可得到 ??zHd ???????nndd znhzH )()( (26) 注意，這里 ??nhd 為無限長序列，因此 ??zHd 是物理上不可實(shí)現(xiàn)的。 截取之后的濾波器傳遞函數(shù)變?yōu)椋? ????? 10 )()(NnnznhzH (28) 式中， N 為窗口寬度， H(z)是物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。理想低通濾波器的頻率響應(yīng)如圖中左上角圖，矩形窗的頻率響應(yīng)為左下角圖。 （ 3）隨窗函數(shù)寬度 N 的增大，矩形窗函數(shù)頻率響應(yīng)的主瓣寬度減小，但不改變旁瓣的相對(duì)值。在信號(hào)處理中， “截?cái)唷北豢闯墒怯靡粋€(gè)有限長的“窗口”看無限長的信號(hào)，或者從分析的角度是無限長的信號(hào) x(t)乘以有限長的窗函數(shù) w(t)。頻譜泄漏是不可避免的，但要盡量減小。 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 第 10 頁 共 34 頁 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)。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 傳輸來自程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即數(shù) 。圖 33為 TMS320C54X DSP 的內(nèi)部硬件組成框圖。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)。根據(jù)需要，通過改變處理器狀態(tài)寄存器的三個(gè)位 MP/MC, OVLY 和 DROM 來靈活地改變存儲(chǔ)器的配置。 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。函數(shù)調(diào)用格式為： b=fir1(n,wn[,39。 ‘ ftype39。為帶阻濾波器， 39。為第一頻帶為阻帶的多帶濾波器。 b 為 FIR 濾波器系數(shù)向量，長度為 n+1。 基于 FIR 的語音信號(hào)濾波 第 13 頁 共 34 頁 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。 一次通信格式的 16 位都用來傳輸數(shù)據(jù)。 二次通信格式則用來初始化和修改 TLC320AD50C 內(nèi)部寄存器的值?？紤]到 TLC320AD50C 復(fù)位后至少經(jīng)過 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。 對(duì)于用 DSP器件設(shè)計(jì)的語音信號(hào)濾波器 , 其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可使用 CCS (Code Composer Studio)軟 件來進(jìn)行調(diào)試。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)。 matlab設(shè)計(jì) fir帶通濾波器 [n,Wn,beta,ftype]=kaiserord([7 13 17 23],[0 1 0],[ ],100)。 //使用 kaiser窗函數(shù) b=fir1(n,[w1 w2],window)。 //混和正弦波信號(hào) sf = filter(b,1,s)。用 MATLAB 仿真工具可以清晰地仿真出 FIR 濾波器的濾波過程，有利于理解濾波過程，且 可以判斷濾波結(jié)果的正確性。 //當(dāng)前使用 McBsp0 。 //接收數(shù)據(jù)寄存器 1 映射位置 DRR20 .set 020h。McBsp1 //內(nèi)存映射寄存器 SPSA1 .set 048h SPSD1 .set 049h DRR11 .set 041h DRR21 .set 040h DXR11 .set 043h DXR21 .set 042h 。set interrupts to e from serial ports not DMA 。Interleaved Data Sources 一欄中選擇 No 項(xiàng) 。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。要求掌握的基礎(chǔ)知識(shí)強(qiáng) ,其中 網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)是本課程的理論基礎(chǔ)。 剛開始學(xué)這門課的時(shí)候還有些不以為然，認(rèn)為這門課稍微看看就可以了，因?yàn)橐郧?曾經(jīng)學(xué)習(xí)過信號(hào)與系統(tǒng)，而數(shù)字信號(hào)處理只不過是它的一個(gè)重要分支而已。另一方面， MATLAB 這個(gè)軟件也是本次課程設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵所在。它綜合了數(shù)字信號(hào)處理所有的知識(shí)，是檢驗(yàn)自己靈活運(yùn)用理論知識(shí)并且巧妙設(shè)計(jì)程序的鑰匙。對(duì)于不同的信號(hào)要根據(jù)實(shí)際靈活的選擇所需濾波器的門類，這就需要自己認(rèn)真分析所需參數(shù)，考慮實(shí)際效果來定。但是剛開始都是艱難的，第一個(gè)模塊就花了自己將近一天的時(shí)間，而更深入下來發(fā)現(xiàn)