【正文】 fault) //0000 0101 1111 1001 =0x07f9。 //Address (bits 159) 0000001 Delay0(10)。 //REG0 Left line input channel volume control asm( nop)。 // Enable SPI } void aic23_init(void) { 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 14 頁(yè) 共 22 頁(yè) =0x1e00。 // Baud rate,100KHZ。 // Reset SPI =0x004F。 //MCBSP 發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)32 位 void mcbsp_read_rdy(void)。 void spi_init(void)。 原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域?yàn)V波后的波形 Uint16 PC[128]。 //MCBSP 接收數(shù)據(jù)變量 Uint16 write_data2,write_data1。 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。 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。 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。在本次實(shí)習(xí) 過(guò)程中的確遇到了不少問(wèn)題。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(tīng)覺(jué)效果。其中采樣頻率 fs = 8000Hz，截止頻率 fstop = 3000Hz。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。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。 ADC 和 DAC 的輸出信噪比分別可達(dá) 90dB 和 100dB。 (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(kāi)銷或大開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持 。 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）。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。 本課程設(shè)計(jì)采用的是用矩形窗來(lái)設(shè)計(jì)低通濾波器。函數(shù)調(diào)用格式為： b=fir1(n,wn[,39。利用緩沖區(qū)的目的是進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，系統(tǒng)中各模塊是并行運(yùn)行的，一部分信號(hào)正在ADC 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而另一部分信號(hào)則在 DSP 處理器中進(jìn)行算法處理，整個(gè)系統(tǒng)是以流水線的方式進(jìn)行工作的。 CCS 功能十分強(qiáng)大，其主要功能如下： 具有集成可視化代碼編程界面，用戶可通過(guò)其界面編寫(xiě) C、匯編、 CMD 文件等； 含有集成代碼生成工具包括匯編器，和鏈接器等將代碼的編輯、編譯、鏈接、和調(diào)試等諸多功能集成到一個(gè)軟件中； 高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法加亮顯示使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤； 提供 GEL 工具， 利用 GEL 擴(kuò)展語(yǔ)言，用戶可以 編寫(xiě)自己的控制面板 /菜單設(shè)置 GEL 菜單選項(xiàng)，方便直觀的修改變量配置參數(shù)等。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++， JAVA 的支持。而要得到一個(gè)因果的線性相位濾波器，它的 hd(n)長(zhǎng)度為 N，必須滿足公式 23 )1()( ???? nNhnh （ 23） h(n)可以看做是 hd(n)與窗函數(shù) w(n)的乘積，如公式 24 所示 h(n)= hd(n)w(n) （ 24） 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 4 頁(yè) 共 22 頁(yè) 這種操作叫做加窗，其中根據(jù) w(n)的不同定義，可以得到不同的窗結(jié)構(gòu)在頻域中，因果 FIR 濾波器響應(yīng) )( jweH 由 )( jweHd 和窗響應(yīng) )( jwew 的周期卷積得到 ，公式如下 : )( jweH = )( jweHd )( jwew? （ 25） 常用的窗函數(shù)有矩形窗、三角形 （ Bartlett） 窗、漢寧 （ Hanning） 窗、哈明 （ Hamming）窗、布萊克曼 （ Blackman） 窗、 凱澤 （ Kaiser） 窗等。 其相應(yīng)的 z 變換為 如公式 22 所示，其中 zi 為 N1 階多項(xiàng)式 （ 22） 普通的直接型 FIR 濾波器結(jié)構(gòu)如 下 圖 2 所示 ： 圖 2 FIR 濾波器的直接型結(jié)構(gòu) 窗函數(shù)的設(shè)計(jì)原理 FIR 濾波器通常采用窗函數(shù)方法來(lái)設(shè)計(jì)。 FIR 濾波器是有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器 ,在結(jié)構(gòu)上是非遞歸型的。 其中語(yǔ)音信號(hào)的采集與回放是采用 TLV320AIC23 芯片，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字處理與回放。培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，以及團(tuán)隊(duì)合作能力。 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。 基于 FIR的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 2 頁(yè) 共 22 頁(yè) 2 設(shè)計(jì) 基本 原理 及軟件簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)總體方案 本題目 通過(guò) DSP 處理器通過(guò) 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(xiě) 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。 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 FIR 濾波器的原理及特點(diǎn) 數(shù)字濾波器有兩類： IIR 數(shù)字濾波器和 FIR 數(shù)字濾波器。 FIR 濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （ 21） 式中： N 為 FIR 濾波器的抽頭數(shù)； x(n)為第 n 時(shí)刻的輸入樣本； h(i)為 FIR 濾波器第i 抽頭系 數(shù)。 為了從 hd(n)得到一個(gè) FIR 濾波器，必須同時(shí)在兩邊截取 hd(n)。 MATLAB 的 基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件 的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。 CCS 有兩種工作模式： 即軟件仿真器模式和硬件在線編程模式 ，其軟件仿真器模式可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機(jī)上模擬 DSP 的指令集和工作機(jī)制用于前期算法的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試；其硬件在線編程模式，可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在 DSP 芯片上，與硬件開(kāi)發(fā)板組合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。根據(jù)這次設(shè)計(jì)要求，選擇的芯片是 TI 公司的 TLV320AIC23 芯片。 FIR 濾波器的 Matlab 設(shè)計(jì) 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。 常用的窗函數(shù)有矩形窗、三角形 （ Bartlett） 窗、漢寧（ Hanning） 窗、哈明 （ Hamming） 窗、布萊克曼 （ Blackman） 窗、凱澤 （ Kaiser） 窗等。 如下公式 W( e ?j )為矩形窗頻譜函數(shù)， ： w(? )為矩形窗幅度函數(shù)存在如下關(guān)系； W( e ?j )=w(? )e ??j? 式中 ： w(? )=sin( 2/N? )/sin( 2/? ) 2/1??N? （ 32） 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)。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。 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) 。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) 。節(jié)電模式為 15μw)。先打開(kāi)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(kāi)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。 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)