【正文】 用。數(shù)字濾波是語音信號處理、圖像處理、模式識別、頻譜分析等應用的基本處理算法。 本文介紹了數(shù)字濾波器的設計基礎及用窗函數(shù)法設計 FIR 濾波器的方法，運用 MATHLAB 語言實現(xiàn)了低通濾波器的設計并用 CCS 進行觀察效果 。其工作原理是接收模擬信號，轉換為 0或 1的數(shù)字信號。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。 由 Ti 公司提供專業(yè)的開發(fā) 工具 CCS，自帶 DSP/BIOS 操作系統(tǒng)，能夠直接編寫適合 DSP 開發(fā)工程及文件，滿足 DSP 程序設計要求。 本設計主要是使用 DSP 對語音噪聲信號進行處理，使用 CCS 開發(fā)工具編寫程序，同時利用 MATLAB 操作 DSP 器件的存儲器和寄存器。因此， FIR濾波器在 通信 、圖像處理、模式識別等領域都有著廣泛的應用。 濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數(shù)，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。隨著數(shù)字式電子計算機 (一般簡稱計算機 )技術的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機對信號進行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。 濾波，本質上是從被噪聲畸變和污染了的信號中提取原始信號所攜帶的信息 的過程。 FIR 濾波器原理 FIR 濾波器 (有限長單位沖激響應濾波器 )是在數(shù)字信號處理（ DSP）中經(jīng)常使用的兩種基本的濾波器之一，另一個為 IIR 濾波器。 不論哪一種濾波器設計方法，都要求出濾波器的單位沖激響應 h(n)，然后才能在時域中實現(xiàn)頻域中的濾波。 在時域，設濾波器的單位沖激響應 h(n)為一 N點序列，即 0≤n≤N 1時 h(n)的值不為零，根據(jù)離散 傅氏變換的性質，則可以將濾波器的輸入序列 x（ n）的響應 y（ n）表示為 x（ n）與 h(n)的卷積和，即： 這就是濾波系統(tǒng)的差分方程，它給濾波器的實現(xiàn)奠定了理論基礎。 卷積和運算主要有以下幾個步驟： (1) h(n)序列 N 個 點數(shù)值的存儲 由于 h(n)是根據(jù)濾波性能要求已經(jīng)設計好的有限長單位沖激響應，故其 N個點的數(shù)值是已知的，因此可以存放在 ROM 或 RAM 當中，且對應著 N個不同的地址，便于尋址。 (3) 乘法器 用以完成兩個數(shù)值的乘法，即 h(m)x（ nm），也就是將存儲器中 N 地址所對應的 N 個固定數(shù)值 h(m)分 別與 N 個移位寄存器中的不斷變化的 N 個變化數(shù)值 x（ nm）相乘。當濾波器的下一個輸入值即 x（ n +1）到來時，累加器清零，并重新將下一組 x（ n +1）所對應的 N 個乘積進行累加，所得到的和就是y（ n +1）。而傅里葉變換是研究整個時間域和頻率域的關系。做法是從信號中截取一個時間片段，然后用觀察的信號時間片段進行周期延拓處理，得到虛擬的無限長的信號，然后就可以對信號進行傅里葉變換、相關分析等數(shù)學處理。 為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對信號進行截短，截斷函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗。又從采樣定理可知，無論采樣頻率多高，只要信號一經(jīng)截短，就不可避免地引起混疊，因此信號截短必然導致一些誤差。 濾波器的特點 優(yōu)點： （ 1）很容易獲得嚴格的線性相位，避免被處理的信號產(chǎn)生相位失真，這一特點在寬頻帶信號處理、陣列信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中非常重要； （ 2） 可以在幅度特性隨 意設計的同時，保證精確、嚴格的線性相位 ，還可得到多帶幅頻特性； （ 3）極點全部在原點（永遠穩(wěn)定），無穩(wěn)定性問題； （ 4）任何一個非因果的有限長序列，總可以通過一定的延時，轉變?yōu)橐蚬蛄校砸蚬钥偸菨M足； （ 5）無反饋運算，運算誤差小。 3 FIR 濾波器的 Matlab 設計 . 總體方案設計 本次課程設計所采用的主要軟件為 Matlab。 課程設計利用窗函數(shù)法設計 FIR 數(shù)字濾波器，并利用 MATLAB 作為輔助工具仿真濾波前后的時域波形和頻譜。之后根據(jù)仿真結果使用 MATLAB 的設計分析工具 FDATOOL 產(chǎn)生濾波器參數(shù) 。 語音信號的采集 使用 PC 機上的聲卡和 WINDOWS 操作系統(tǒng)可以進行數(shù)字信號的采集。按下錄音按鈕 ,接著對話筒錄音 ,錄音結束后屏幕左側將顯示所錄聲音的長度。如圖 所示，以文件名“ voice”保存入 matlab 當前工作路徑 中。 matlab 具體處理 FIR 濾波器的 matlab 實現(xiàn) FIR 參數(shù)設定及頻域響應特性 根據(jù)上述要求在 matlab 中采用 fir2 函數(shù)設計低通 FIR 濾波器，其程序代碼為： f=[0 1]。 b=fir2(36,f,m)。 在 MATLAB 中產(chǎn)生一個 文件供 CCS 輸入，在 matlab 中輸入的代碼為 ： x=wavread(39。)。 plot(abs(y(1:1000)))。 fid=fopen(39。,39。)。1651 1 00E2 1000\n39。 fprintf(fid,39。,x1)。 本次 FIR 濾波器 設計的 的參數(shù)選取 指標如下 ： 采用 37階低通濾波器，漢明窗 (Hamming Window)函數(shù)， 通帶截止頻率為 1500 Hz，阻帶截止頻率為 2021 Hz，通帶波紋為 ，阻帶波紋為 ，采樣頻率為 8000Hz。設計成功后的結果如圖下圖所示。在出現(xiàn)的對話框中選擇輸出文件類型為 file,輸出系數(shù)類型為 signed 16bit integer。 錯誤 !未指定書簽。 在 CCS 中編寫匯編語言程序，進行調試，實現(xiàn) FIR 濾波的功能。另外根據(jù)板上的存儲器配置方式 ,編寫存儲器配置文件 文件 ,將 MATLAB生成 的 和 文件拷貝到工程文件夾下。使用 CCS 提供的集成編輯環(huán)境，對頭文件、鏈接命令文件和源程序進行編輯。如出現(xiàn)語法錯誤，將在構建窗口中顯示錯誤信息。 （ 4）下載程序、輸入數(shù)據(jù)，執(zhí)行程序，對結果和數(shù)據(jù)進行分析和算法評估。 CCS 程序流程圖 程序分析 FIR 濾波器的 DSP 實現(xiàn)主要有線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法兩種。其特點： （ 1）對于 N級的 FIR 濾波器，在數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個 N單元的緩沖區(qū)（滑窗），用來存放最新的 N個輸入樣本； （ 2）