【正文】 數(shù)據(jù)，有利于運(yùn)行速度的提升和減少因處理數(shù)據(jù)量太大而死機(jī)的可能，能處理信息量的音頻信號(hào)。 因此，我們小組選擇TMS320VC5416芯片來進(jìn)行開發(fā)。 開發(fā)系統(tǒng) 在這次語音信號(hào)濾波處理設(shè)計(jì)中，我們小組采用ICETEK5100PP系列開發(fā)系統(tǒng)，其外觀圖如圖9所示: 圖9 ICETEK5100PP開發(fā)系統(tǒng)外觀圖其各部件的說明如下：：JTAG接口，其各管腳定義如圖10所示：圖10 JTAG管腳定義：MPSD接口，其各管腳定義如圖11所示:圖11 MPSD仿真接口各管腳定義 系統(tǒng)工作環(huán)境 ICETEK5100PP開發(fā)系統(tǒng)對(duì)主的硬件要求如下：ICETEK5100PP采用并口與計(jì)算機(jī)相連接，在使用開發(fā)系統(tǒng)之前需要正確配置并行端口和開發(fā)系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)置。ICETEK5100PP可以再SPP和EPP模式下工作，所以要把計(jì)算機(jī)的并行端口配置為SPP或EPP模式。其中，修改并行端口工作模式需要在計(jì)算機(jī)的BIOS中操作。 系統(tǒng)板 本次設(shè)計(jì)中，我們將會(huì)選用ICETEK—VC5416A作系統(tǒng)板，其實(shí)物圖如圖12所示：圖12 ICETEK—VC5416A實(shí)物圖其中各接口具體如下：A. JTAG仿真插座，與ICETEK5100PP開發(fā)板的a接口相連；B. 四位設(shè)置撥碼開關(guān)；C. HPI設(shè)置跳線JJ2；D. U320：四位撥動(dòng)開關(guān)輸入；E. +5V電源插座；F. 電源指示；G. 四位用戶可控指示燈：D3~D6；H. P3擴(kuò)展插座；I. PI擴(kuò)展插座；J. 標(biāo)準(zhǔn)RS232接口；K. 語音輸入輸出接口：MIC IN、LINE IN、HEDA PHONE、LINE OUT； L. P2擴(kuò)展插座；M. P4擴(kuò)展插座；N. 復(fù)位按鈕；DSP系統(tǒng)板ICETEK—VC5416A的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：精度為12bit，同相位最多采集路數(shù)為6，兩路工作時(shí)，最高采集數(shù)率為450K/路，而6路工作時(shí)，則是150K/路，信號(hào)輸入范圍為0~5V，而信號(hào)耦合方式既可以是直流也可以使交流；DSP系統(tǒng)板ICETEK—VC5416A的數(shù)模轉(zhuǎn)換：精度為12bit,路數(shù)為4路，其交換數(shù)率為100K（10us），輸出范圍為0~5V；DSP系統(tǒng)板ICETEK—VC5416A的周邊設(shè)計(jì)：其主處理器是TMS320VC5416，內(nèi)部存儲(chǔ)空間為128K16bit，具有看門狗功能設(shè)計(jì)。 硬件電路連接—VC5416A的JTAG上，如圖13所示：計(jì)算機(jī)開發(fā)系統(tǒng)ICETEK5100PP系統(tǒng)板ICETEK—VC5416ASPP/EPP/ECPJTAG 圖13 硬件電路各部件連接說明，將開發(fā)系統(tǒng)ICETEK5100PP與計(jì)算機(jī)相連； UP CCS圖標(biāo)，配置并啟動(dòng)CCS軟件；3軟件編程實(shí)現(xiàn)分功能模塊寫，代碼amp。 軟件仿真實(shí)現(xiàn) MATLAB簡介MATLAB是美國Mathworks公司于1984年正式推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，適用于工程應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域的分析設(shè)計(jì)和復(fù)雜計(jì)算，是一種功能性很強(qiáng)、效率高、便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，為用戶提供方便和友好的界面環(huán)境。濾波器的設(shè)計(jì)就包含在該工具箱的Signal中，它提供了很多種FIR濾波器設(shè)計(jì)方法。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行，等等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)字濾波器在MATLAB的實(shí)現(xiàn) 其設(shè)計(jì)流程如圖14所示：初始化產(chǎn)生需要慮波信號(hào) 畫出原始信號(hào)頻譜圖 生成fir濾波器 進(jìn)行濾波 畫出濾波后信號(hào)頻譜圖 圖14 Matlab中設(shè)計(jì)流程圖在Matlab中，可以利用矩形窗、三角窗、漢寧窗、漢明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等設(shè)計(jì)FIR濾波器，在本次課程設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用漢寧窗設(shè)計(jì)出FIR濾波器。其中b為系統(tǒng)函數(shù)的分子系數(shù)，a為系統(tǒng)函數(shù)分母系數(shù)。主程序如下：fpd=1700。fsu=1850。 % FIR濾波器的上下截止頻率Rp=1。 % 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2。df=min((fsdfpd),(fpufsu))。wcu=fcu/fs*2*pi。 % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi。M=ceil(*pi/dw)+1。 % 定義時(shí)間范圍w_ham=hanning(M)。 % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_ham39。 % 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h_bs,1)。 硬件仿真實(shí)現(xiàn) CCS簡介DSP芯片的開發(fā)需要一套完整的軟、硬件開發(fā)工具,(CodeComPoserStudio)就是TI推出的用于開發(fā)其DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，它采用Windows風(fēng)格界面，集編輯、編譯、鏈接軟件仿真、硬件調(diào)試及實(shí)時(shí)跟蹤等功能于一體，極大的方便了DSP程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)。它們使用的是同一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。 MATLAB與CCS的連接 MATLAB輔助DSP開發(fā)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是建立MATLAB與DSP間的連接。 MathWorkS公司和TI公司共同開發(fā)的MATLABLinkforCCS開發(fā)工具(CCSLink)，實(shí)現(xiàn)了在MATLAB，TICCS開發(fā)環(huán)境和DSP硬件間的雙向連接，開發(fā)者可以利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標(biāo)DSP中的數(shù)據(jù)，可以大大簡化DSP軟件開發(fā)的分析、調(diào)試和驗(yàn)證過程，縮短軟件開發(fā)周期。CCSLink提供了3種連接對(duì)象:與CCS的連接對(duì)象可從MATLAB命令窗運(yùn)行CCS中的應(yīng)用程序，向目標(biāo)DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數(shù)據(jù)，檢查DSP狀態(tài)，開始/停止目標(biāo)DSP中運(yùn)行的程序。嵌入式對(duì)象在MATLAB環(huán)境中創(chuàng)建，該對(duì)象可代表嵌入在目標(biāo)C程序中的變量，由其可以直接對(duì)嵌入在目標(biāo)DSP存貯器/寄存器中的變量進(jìn)行操作。39。y=y(:,1)。f=fs*(0:511)/1024。Au=。 %噪聲為6kHz的余弦信號(hào)x2=y+d。 %播放加噪聲后的語音信號(hào)wavwrite(x2,39。)。 y1=fft(y,n)。 figure(1)。plot(y)。原始的信號(hào)波形39。subplot(2,1,2)。title(39。)。plot(f,abs(y2(1:512)))。噪音信號(hào)頻譜39。 figure(3)。title(39。)。title(39。)。% 歸一化? xto_ccs=round(32767*xout) 。fid=fopen(39。,39。)。1651 1 0 0 0\n39。% 輸出文件頭fprintf(fid,39。,xto_ccs)。 用Malab生成混入雜聲后的音頻文件：STM temp,AR1 。temp+1存輸入右聲道樣本 LDM DRR10,A STL A,*AR1 。是否FIR處理的分支 CMPM *AR4,1 BC FIR,TC B NOFIR根據(jù)寄存器數(shù)據(jù)內(nèi)容，判斷是否進(jìn)入FIR處理的分支（核心部分） FIR: SSBX FRCT STM temp,AR1 。 STM buffer+1,AR3 。將最新樣本存入fx[1],fx[0]保留空間,存FIR后的輸出暫存 STM buffer+25,AR2 。24 MACD *AR2,COEF,A STH A,*AR2 。把FIR后的數(shù)據(jù)輸出語音端口 NOP STLM A,DXR20 。在MATLAB中模擬語音濾波器的功能，將語音信號(hào)中的高頻噪聲去除，還原歌曲音頻。而在CCS上的各個(gè)系數(shù)是經(jīng)過量化處理的，因此系數(shù)和原始系數(shù)比較會(huì)有變化，令在CCS中仿真濾波的結(jié)果不如MATLAB中的好，但是并不影響它的正確性。，發(fā)現(xiàn)FIR濾波器沒有濾掉單頻噪聲。所以單頻噪聲的頻率也應(yīng)該自己先定義，F(xiàn)IR濾波器的截止頻率應(yīng)該以單頻噪聲的頻率為中心，這樣重新運(yùn)行后，結(jié)果正確。解決的方法是:利用matlab產(chǎn)生一個(gè)6khz的高頻信號(hào)與原來的語音信號(hào)相加，這時(shí)可以明顯的聽到語音信號(hào)中同時(shí)伴隨著刺耳的高頻噪音。解決的方法是，首先對(duì)音頻信息進(jìn)行采集，加上高頻噪聲后，再整體的觀察語音信號(hào)的波形、頻譜，對(duì)高頻段進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)滿足要求的濾波器。解決的方法是,經(jīng)過仔細(xì)的推敲，原因是導(dǎo)入時(shí)沒有正確的設(shè)定數(shù)據(jù)的起始地址，再重新設(shè)定地址為0x00E5和長度為256后，正確的顯示出了對(duì)應(yīng)的波形圖和頻譜圖。解決方法是，重新設(shè)定緩沖區(qū)的長度為40。其中，窗函數(shù)不僅有截?cái)嘧饔茫夷軌蚱鸬狡交墓δ?。?duì)不同類型的信號(hào)，因?yàn)橛刹煌拇昂瘮?shù)實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器其性能不同，因此在截?cái)嗵幚碇胁煌臑V波器所用的窗函數(shù)也不相同。主瓣寬度方面，三角形窗，漢寧窗以及哈明窗一樣，布萊克曼窗比以三種的主瓣要寬，表現(xiàn)在用布萊克曼窗的濾波器的過渡帶比用其他三種窗函數(shù)的要寬。旁瓣衰減的速率，三角形窗和哈明窗比較緩慢，漢寧窗相對(duì)前麗種要快，布萊克曼窗很快。所設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器的階數(shù)N不同，所得到的濾波器的過渡帶會(huì)不一樣，N越小，過渡帶越寬。因?yàn)閔amming窗的FIR濾波器使99．963％的能量集中在主瓣內(nèi)，旁瓣峰值小于主瓣峰值的1％，是各種窗函數(shù)中性能較好的一種，因此它被廣泛應(yīng)用。 針對(duì)采用不同的窗函數(shù)所造成的頻譜泄露問題，則要采用采用hamming窗，因?yàn)樗蓪?9．99％的能量集中在窗譜的主瓣內(nèi)，有效地消除頻譜泄漏，并能在一定程度上減少柵欄效應(yīng)。此過程中，我們不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的知識(shí)加以運(yùn)用，通過實(shí)際應(yīng)用掌握DSP的操作以及原理。 另外，此次設(shè)計(jì)的過程中，除了增加了對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)外，還增加了對(duì)MATLAB和CCS的認(rèn)識(shí)和了解，MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和圖形功能，雖然其執(zhí)行效率較低，但其編程效率與可讀性、可移植性要遠(yuǎn)高于其他高級(jí)語言。運(yùn)用它來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和高效率方面起到了至關(guān)重要的作用。開發(fā)設(shè)計(jì)人員可在不中斷程序運(yùn)行的情況下檢查算法的對(duì)錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)試，從而大大縮減了程序的開發(fā)時(shí)間。 附錄主函數(shù)：.title .mmregs .def start .def rxDatalevelN .set 25buffer .usect buffer,levelN+2 。輸入的數(shù)據(jù)保存區(qū)OUT .usect OUT,8192 。堆棧的長度 .bss kong,2 .bss Echo,1 .bss ncount,1 .bss temp,5 .bss temp1,1 .bss temp2,5。* 系統(tǒng)變量定義 *。6134。* mcBSP變量預(yù)定義 *。***************************************************。***************************************************AIC23_RESET_REG .set 0fhAIC23_POWER_DOWN_CTL .set 06h AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL .set 04hANAPCTL_DAC .set 10hAIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL .set 05hAIC23_LT_LINE_CTL .set 00hAIC23_RT_LINE_CTL .set 01hAIC23_DIGITAL_IF_FORMAT .set 07hDIG