【正文】 術(shù)運(yùn)算。.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。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。 TMS320VC5402 是定 點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器。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。為此，用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器時(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)。 上邊只考慮了矩形窗，如果我們使窗的主瓣寬度盡可能地窄，旁瓣盡可能地小，可以獲得性能更好的濾波器，能否改變窗的形狀而達(dá)到這個(gè)目的呢？回答是肯定的。從能量的角度來看，頻譜泄漏也是能量的泄漏，因?yàn)榧哟昂笫乖瓉硇盘?hào)集中的窄頻帶內(nèi)的能量分散到無(wú)限的頻帶寬度范圍內(nèi)。由傅立葉變換性質(zhì)可知 ,時(shí)間域內(nèi)的乘積對(duì)應(yīng)于頻率域的卷積 ,即 )()()()( fWfXtwtx ??? （ 29） 這里， x(t)是頻寬有限信號(hào)，而 w(t)是頻寬無(wú)限信號(hào)， ? 表示互為 Fourier 變換對(duì)。信號(hào)是無(wú)限長(zhǎng)的，而在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)只能采取有限長(zhǎng)信號(hào)，所以需要將信號(hào)“截?cái)唷薄? 為了改善 FIR 濾波器性能，要求窗函數(shù)的主瓣寬度盡可能窄，以獲得較窄的過渡帶；旁瓣相對(duì)值盡可能小，數(shù)量盡可能少，以獲得通帶波紋小 ,阻帶衰減大，在通 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 7 頁(yè) 共 34 頁(yè) 帶和阻帶內(nèi)均平穩(wěn)的特點(diǎn)，這樣可使濾波器實(shí)際頻率響應(yīng)更好地逼近理想頻率響應(yīng)。 （ 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(duì)值越大，旁瓣越多， 波紋越多。時(shí)間域內(nèi)的乘積（ 27）式要求實(shí)際頻率響應(yīng)為這兩個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)在頻域內(nèi)的卷積（卷積定理），即得到圖形為圖 22（ 下 圖）。 經(jīng)過加矩形窗后所得的濾波器實(shí)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。 為了獲得線性相位， FIR 濾波器 h(n)必須滿足中心對(duì)稱條件（即 73 式），序列 h(n)的延遲為 ? ? 2/1?? N? 。即我們可采用矩形窗函數(shù) w(n)將無(wú)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(xué)上表示為： h(n)= ??nhd w(n) (27) 這里應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，加窗函數(shù)不是可有可無(wú)的，而是將設(shè)計(jì)變?yōu)槲锢砜蓪?shí)現(xiàn)所必須的。如何變成物理上可實(shí)現(xiàn)呢？一個(gè)自然的想法是只取其中的某些項(xiàng) ，即只截取 ??nhd 中的一部分，比如n=0,? ,N1， N 為正整數(shù)。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(duì)。 表 21 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的主要方法 函數(shù)設(shè)計(jì)方法 說明 工具函數(shù) 窗函數(shù)法 理想濾波器加窗處理 fir1( 單頻帶 ) ， fir2(多頻帶 ) ， kaiserord 最優(yōu)化設(shè)計(jì) 平方誤差最小化逼近理 想 幅 頻 響 應(yīng) 或ParkMcClellan 算法產(chǎn)生等波紋濾波器 firls ， remez,remezord 約束最小二乘逼近 在滿足最大誤差限制條件下使整個(gè)頻帶平方誤差最小化 fircls,fircls1 升余弦函數(shù) 具有光滑、正弦過渡帶的低通濾波器設(shè)計(jì) Fircos 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 5 頁(yè) 共 34 頁(yè) 窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)給定的性能指標(biāo)確定濾波器的系數(shù) b，即系統(tǒng)單位脈沖序列 h(n)，它是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。對(duì)于一個(gè) 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(hào)簡(jiǎn)單地延遲常數(shù)個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)。理論上可以證明（這里從略）：當(dāng) FIR 濾波器的系數(shù)滿足下列中心對(duì)稱條件： )1()()1()( nNbnbnNbnb ??????? 或 （ 23） 時(shí)，濾波器設(shè)計(jì)在逼近平直幅頻特 性的同時(shí)，還能獲得嚴(yán)格的線性相位特性。 圖 21 語(yǔ)音處理的 硬件連接示意圖 FIR 濾波器的原理及特點(diǎn) FIR 數(shù)字濾波器原理及設(shè)計(jì)方法分類 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 4 頁(yè) 共 34 頁(yè) 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。 在報(bào)告中繪制程序的流程圖，并文字說明。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 2 頁(yè) 共 34 頁(yè) 設(shè)計(jì)步驟及要求 本題目通過 DSP 處理器控制 TLC320AD50 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、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(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。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。它利用改進(jìn)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(diǎn)，并有專門設(shè)計(jì)的適用于數(shù)字信號(hào)處理的指令系統(tǒng)等。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 。根據(jù)其單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性可分為兩類：無(wú)限沖激響應(yīng) (IIR)濾波器和有限沖激響應(yīng) (FIR)濾波器。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 1 頁(yè) 共 34 頁(yè) 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。濾波的目的。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。 與單片機(jī)相比， DSP 有著更適合于數(shù)字濾波的特點(diǎn)。 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。通過課程設(shè)計(jì)完成基本技能的訓(xùn)練，如查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)、程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試等，提高學(xué)生分析 問題、解決問題的能力。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； 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。 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 3 頁(yè) 共 34 頁(yè) 2 設(shè)計(jì)總體方案 語(yǔ)音信號(hào)的采集 所需的硬件主要是 DSP、 DRAM、 TLC320AD50、 TLC2272，語(yǔ) 音信號(hào)從麥克風(fēng)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，編寫 DSP 程序，將采集的數(shù)字信號(hào)存入 DSP 的 DRAM，然后經(jīng)某一事件觸發(fā)，將信號(hào)回放出去，信號(hào)由耳機(jī)輸出 。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。線性相位FIR 濾波器的相位滯后和群延遲在整個(gè)頻帶上是相等且不變的。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(wú)相位失真。 FIR 濾波器的理想頻率響應(yīng)，可寫成復(fù)數(shù)形式的 Fourier 級(jí)數(shù)形式： ? ? ? ????????nnjdjd enheH ?? (24) 式中， hd(n)是對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)序列。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(wú)限長(zhǎng)序列，因此 ??zHd 是物理上不可實(shí)現(xiàn)的。這種處理相當(dāng)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(dāng)于一個(gè)矩形，我們稱之為矩形窗。 截取之后的濾波器傳遞函 數(shù)變?yōu)椋? 基于 FIR 的語(yǔ)音信號(hào)濾波 第 6 頁(yè) 共 34 頁(yè) ????? 10 )()(NnnznhzH (28) 式中， N 為窗口寬度， H(z)是物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。 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(wú)限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長(zhǎng)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(jì)法。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。 圖 22 FIR 濾波器理想與實(shí)際頻率響應(yīng) 由圖可看出，加矩形窗后使實(shí)際頻率響應(yīng)偏離理想頻率響應(yīng)，主要影響有三個(gè)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。 （ 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