【正文】 和存儲單元 (CSSU)，用于加法 /比較選擇。.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。 TMS320VC5402 是定 點的數(shù)字信號處理器。為此，用窗函數(shù)法設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器時，要根據(jù)給定的濾波器性能指標選擇窗口寬度 N 和窗函數(shù) w(n)。從能量的角度來看，頻譜泄漏也是能量的泄漏，因為加窗后使原來信號集中的窄頻帶內(nèi)的能量分散到無限的頻帶寬度范圍內(nèi)。信號是無限長的，而在進行信號處理時只能采取有限長信號，所以需要將信號“截斷”。 （ 2）過渡帶兩側(cè)形成肩峰和波紋，這是矩形窗函數(shù)頻率響應(yīng)的旁瓣引起的，旁瓣相對值越大，旁瓣越多， 波紋越多。 經(jīng)過加矩形窗后所得的濾波器實際頻率響應(yīng)能否很好地逼近理想頻率響應(yīng)呢？圖 22 示意給出了理想濾波 器加矩形窗后的情況。即我們可采用矩形窗函數(shù) w(n)將無限脈沖響應(yīng) ??nhd 截取一段 h(n)來近似為 ??nhd ，這種截取在數(shù)學上表示為： h(n)= ??nhd w(n) (27) 這里應(yīng)該強調(diào)的是，加窗函數(shù)不是可有可無的，而是將設(shè)計變?yōu)槲锢砜蓪崿F(xiàn)所必須的。這說明濾波器的頻率響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)互為Fourier 變換對。對于一個 N 階的線性相位 FIR 濾波器，群延遲為常數(shù)，即濾波后的信號簡單地延遲常數(shù)個時間步長。 圖 21 語音處理的 硬件連接示意圖 FIR 濾波器的原理及特點 FIR 數(shù)字濾波器原理及設(shè)計方法分類 基于 FIR 的語音信號濾波 第 4 頁 共 34 頁 FIR 濾波器的傳遞函數(shù)為： ?????? 10 )()()()( NnnznhzX zYzH （ 21） 可 得 FIR 濾波器的系統(tǒng)差分方程為： ???????????????10)()()()()1()1()1()1()()0()(NmnxnbmnxmbNnxNbnxbnxbny ? 因此， FIR 濾波器又稱為卷積濾波器。 基于 FIR 的語音信號濾波 第 2 頁 共 34 頁 設(shè)計步驟及要求 本題目通過 DSP 處理器控制 TLC320AD50 采集音頻信號，在 CCS 軟件中分析音頻信號的頻譜圖，使用 Matlab 設(shè)計相應(yīng)的 FIR 數(shù)字濾波器（低通、帶通、帶阻等）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 語言或匯編）對已采集信號進行處理，最后在 CCS 軟件中得到處理后音頻信號的頻譜圖，比較濾波前后信號的頻譜圖。它利用改進的哈佛總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有硬件乘法器、累加器，使用流水線結(jié)構(gòu)，具有良好的并行特點，并有專門設(shè)計的適用于數(shù)字信號處理的指令系統(tǒng)等。根據(jù)其單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時域特性可分為兩類：無限沖激響應(yīng) (IIR)濾波器和有限沖激響應(yīng) (FIR)濾波器。濾波的目的。 與單片機相比， DSP 有著更適合于數(shù)字濾波的特點。通過課程設(shè)計完成基本技能的訓練，如查閱設(shè)計資料和手冊、程序的設(shè)計、調(diào)試等，提高學生分析 問題、解決問題的能力。 基于 FIR 的語音信號濾波 第 3 頁 共 34 頁 2 設(shè)計總體方案 語音信號的采集 所需的硬件主要是 DSP、 DRAM、 TLC320AD50、 TLC2272，語 音信號從麥克風輸入后經(jīng)過 TLC2272（雙路低噪聲） 濾波，通過 AD50 的 A/D 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，編寫 DSP 程序，將采集的數(shù)字信號存入 DSP 的 DRAM，然后經(jīng)某一事件觸發(fā)，將信號回放出去，信號由耳機輸出 。線性相位FIR 濾波器的相位滯后和群延遲在整個頻帶上是相等且不變的。 FIR 濾波器的理想頻率響應(yīng)，可寫成復(fù)數(shù)形式的 Fourier 級數(shù)形式： ? ? ? ????????nnjdjd enheH ?? (24) 式中， hd(n)是對應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)序列。這種處理相當于將 ??nhd ,n=∞ ~∞與函數(shù) w(n)相乘， w(n)具有下列形式： ??? ?? ??? Nn Nnnnw 0,1 ,0,0)( w(n)相當于一個矩形，我們稱之為矩形窗。 這種方法的基本原理是用一定寬度的矩形窗函數(shù)截取無限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長的脈沖響應(yīng)序列，從而得到 FIR 濾波器的脈沖響應(yīng)，故稱為 FIR 濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法。 圖 22 FIR 濾波器理想與實際頻率響應(yīng) 由圖可看出，加矩形窗后使實際頻率響應(yīng)偏離理想頻率響應(yīng)，主要影響有三個方面： （ 1）理想幅頻特性陡直邊緣處形成過渡帶，過渡帶寬取決于矩形窗函數(shù)頻率響應(yīng)的主瓣寬度。 這里我們明確兩個概念：截斷和頻譜泄漏。截斷后的信號也必須是頻寬無限信號，這樣就是有限頻帶的信號分散到無限頻帶中去，這樣就產(chǎn)生了所謂頻譜泄漏。其實數(shù)字信號處理的前驅(qū)者們設(shè)計了不同于矩形窗的很多窗函數(shù)，這些窗函數(shù)在主瓣和旁瓣特性方面各有特點，可滿足不同的要求。之后輸入 DSP 芯片的是以抽樣形式表示 基于 FIR 的語音信號濾波 第 8 頁 共 34 頁 的數(shù)字信號， DSP 芯片對輸入信號行處理，如進行一系列的乘累加操作，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。其中， CB 和 DB 傳輸從程序存儲器讀來的數(shù)據(jù)， EB 傳輸待寫入存儲器的數(shù)據(jù) 。CPU 的基本組成如下 :① 40 位算術(shù)邏輯運算單元 (ALU)，包括一個 40 位桶形移位寄存器和 2個獨立的 40 位累加器 。器片內(nèi)存儲器的種類只要有以下幾種 :雙訪問 RAM (DARAM )，單訪問 RAM (SRAM)和 ROM. RAM 一般映射在數(shù)據(jù)空間。這塊區(qū)域包含的是存儲器映像寄存器，它包含了 DSP 中所有的寄存器，可以通過讀這塊存儲器來了解各個寄存器的值，或者通過寫這塊寄存器來改變寄存器的值。 MATLAB 是一款具有強大的矩陣運算、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現(xiàn)復(fù)雜的運行，因此它使工程技術(shù)人員擺脫了繁瑣的程序代碼，以便快速地驗證自己的模型和算法。,window]) 基于 FIR 的語音信號濾波 第 10 頁 共 34 頁 式中， n為 FIR 濾波器的階數(shù)，對于高通 ,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）。high39。為第一頻帶為通帶的多帶濾波器； 39。缺省時，自動取哈明窗。考慮到 n 階濾 波器系數(shù)個數(shù)為 N，即n+1，這里的延遲與前面所講的 (N1)/2 的延遲一致。如果選擇 D7=0， N=8，則采樣速率為 8kHz。啟動和復(fù)用時，缺省值為 15+1 位模式，最后一位要求二次通信。 系統(tǒng)復(fù)位后，必須通過 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。 2. 設(shè)定 MATLAB 和 DSP 的握手方式，可通過串口目標的 FlowControl屬性設(shè)定。在子程序中 , 首先初始化語音緩沖區(qū)和工作變量 , 等待 MCBSP通道 0傳送結(jié)束后 , 再采集語音信號 , 然后傳送到 MCBSP并保存于左 聲道緩沖區(qū) , 此時即可調(diào)用 材料 計算 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輸出到 MCBSP 接口 , 再將此信號傳送到 TMS320C5410中 。使用發(fā)送中斷產(chǎn)生送出濾波之后的數(shù)字語音 信號；使用接收中斷存貯輸入的數(shù)據(jù)，并設(shè)置新數(shù)據(jù)到達標志。 w2=2*fc2/fs。 //數(shù)字濾波器頻率響應(yīng) t = (0:100)/Fs。利用 MATLAB 的濾波器設(shè)計函數(shù) fir1 設(shè)計了一個具有線性相位的數(shù)字低通 FIR 濾波器，得到了該濾波器的濾波系數(shù)及幅頻特性曲線、相頻特性曲線，并且用 MATLAB 的仿真工具 SIMULINK 仿真了該 FIR濾波器的濾波過程；通過線性緩沖區(qū)法對 FIR 濾波器在 DSP 芯片 C54x 的實現(xiàn)做了理論上的分析。在實際應(yīng)用中，只需要按照要求修改濾波器的參數(shù)，并對程序作微小的改動，即可實現(xiàn)不同要 求的 FIR 濾波器。 //定義子地址寄存器映射位置 SPSD0 .set 039h。 //發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 1 映射地址 DXR20 .set 022h。 //定義 SPCR10 的映射子地址 SPCR2 .set 01h //定義 SPCR20 的映射子地址 RCR1 .set 02h //接收控制寄存器 1 映射子地址 RCR2 .set 03h //接收控制寄存器 2 映射子地址 XCR1 .set 04h //發(fā)送控制寄存器 1 映射子地址 XCR2 .set 05h //發(fā)送控制寄存器 2 映射子地址 SRGR1 .set 06h //采樣率發(fā)生器寄存器 1 映射子地址 SRGR2 .set 07h //采樣率發(fā)生器寄存器 2 映射子地址 基于 FIR 的語音信號濾波 第 17 頁 共 34 頁 MCR1 .set 08h //多通道控制寄存器 1 映射子地址 MCR2 .set 09h //多通道控制寄存器 2 映射子地址 RCERA .set 0ah //接收通道控制寄存器 1 映射子地址 RCERB .set 10bh //接收通道控制寄存器 2 映射子地址 XCERA .set 0ch //發(fā)送通道使能寄存器 A 映射子地址 XCERB .set 0dh //發(fā)送通道使能寄存器 B 映射子地址 PCR .set 0eh //引腳控制寄存器映射子地址 .if BSP = 0 //條件匯編，因為 5402有兩個同步緩沖口如果 BSP=0則使用同步緩沖口 0 SPSA .set SPSA0 //由于同步緩沖口采用子地址尋址方式 SPSD .set SPSD0 RDRR .set DRR10 RDXR .set DXR10 .endif .if BSP = 1