基于DSP的语音信号FIR低通滤波器设计Word文档下载推荐.docx

1、可以调试、运行程序。但一般软件无法构造DSP中的外设，所以软件仿真通常用于调试纯软件的算法和进行效率分析等，本次设计将使用硬件仿真（Emulator）。在使用软件仿真方式工作时，无需连接板卡和仿真器等硬件。双击桌面上图标：进入CCS设置窗口。在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：图 2-1 Emulator选项图接着在下面的窗口中按标号顺序进行如下选择：图 2-2 Emulator配置图在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：图 2-3 Emulator配置完成图在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置:图 2-4 配置完成图以上设置完成后，CCS已经被设置成Emulator的方式（用仿真器连接硬件

2、板卡的方式），并且指定通过ICETEK-5100USB 仿真器连接ICETEK-VC5509-A 2.1.3 语音编解码芯片TLV320AIC23原理ICETEK-VC5509-A 评估板上有一个语音编解码芯片 TLV320AIC23。TLV320AIC23内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigmadelta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比

3、分别可以达到90dB和100dB。图 2-5 TMS320VC5509与TLV320AIC23的连接示意图 系统中AIC23的主时钟12MHz直接由外部的晶振提供。MODE接数字地,表示利用I2C控制接口对AIC23传输控制数据。CS接数字地,定义了I2C总线上AIC23的外设地址,通过将CS接到高电平或低电平,可以选择AIC23作为从设备在I2C总线上的地址。SCLK和SDIN是AIC23控制端口的移位时钟和配置数据输入端,分别与VC5509的I2C模块端口SCL和SDA相连。收发时钟信号CLKX1和CLKR1由AIC23的串行数据输入时钟BCLK提供,并由AIC23的帧同步信号LRCIN、

4、LRCOUT启动串口数据传输。DX0和DR0分别与AIC23的DIN和DOUT相连,从而完成VC5509与AIC23间的数字信号通信。2.1.4 FIR滤波器原理 对于一个FIR滤波器系统，它的冲击响应总是又限长的，其系统函数可记为： （2-a）其中N-1是FIR的滤波器的阶数，为延时结，h（n）为端口信号函数。最基本的FIR滤波器可用下式表示： （2-b）其中x（n-k）输入采样序列，h（k）是滤波器系数，N是滤波器的阶数Y（N）表示滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列y（n）与x（n）、h（n）的关系，如下： （2-c）2.1.5 滤波器系数的生成在Matlab的Start菜单中选

5、择Toolboxes - Filter Design - Filter Design &Analysis Tools（fdatool），或者在命令行中输入fdatool来启动滤波器设计分析器。启动成功后界面如图所示。图 2-6 fdatool界面图 在选项中选择或输入滤波器参数，然后点击“Design Filter”按钮，完成滤波器的设计。具体参数及设计成功后的结果如图图 2-7 滤波器图图 2-8 系数生成图2.1.5 FIR滤波器的DSP实现 FIR滤波器的输出表达式为 （2-d）式中为滤波器系数 x（n）表示滤波器在n时刻的输入 y（n）为n时刻的输出。它的基本算法是一种乘法-累加运算

6、即不断地输入样本x（n） 经过延时后，再进行乘法-累加，最后输出滤波结果y（n）。 该次设计中采用的是循环缓冲法设计FIR低通滤波器，循环缓冲区法的特点如下: （1）对于N级FIR滤波器在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区滑窗用来存放最新的N个输入样本。（2）从最新样本开始取数（3）读完最后一个样本最老样本后，输入最新样本来代替最老样本而其他数据位置不变。图 2-9 FIR滤波器循环缓冲示意图2.2软件设计2.2.1系统分析通过麦克风利用芯片AIC23进行带噪声的语音信号采集，由于AIC本身自带A/D转化，采集得到的数据传输保存于MCBSP数据接收寄存器DDR。DSP对MCBSP中的数据进行F

7、IR滤波，并送给MCBSP中的数据发送寄存器DXR。DXR中数据回传给AIC23，并利用它带的D/A转换进行输出，从而能听到滤波后的信号。2.2.2系统流程图主程序流程图：2.2.2 实现代码主程序:/ 测试时音频插孔J5接音源，J7接扬声器。#include 5509.hutil.hvoid wait（ unsigned int cycles ）;void EnableAPLL（ ）;extern int fir（int *,int *,unsigned int,int ）;void main（） SDRAM_init（）; EnableAPLL（）; PLL_Init（40）; AIC23

8、_Init（）; PLL_Init（120）; for（;） AIC23_Mixer（）; AIC2323_Mixer（）; void wait（ unsigned int cycles ） int i; for （ i = 0 ; i cycles ; i+ ） void EnableAPLL（ ） /* Enusre DPLL is running */ *（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 = 4; wait（ 25 ）; *（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 = 0; / MULITPLY

9、*（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 = 0x3000; / COUNT *（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 |= 0x4F8; /*（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 |= 0x800 / MODE *（ ioport volatile unsigned short* ）0x1f00 |= 2; wait（ 30000 ）; / APLL Select *（ ioport volatile unsigned short* ）0x1e80 = 1;

10、/ DELAY wait（ 60000 ）;子程序1：#define AUTIODATALEFT 0x0d000#define AUTIODATARIGHT 0x17000int *pAudioLeft,*pAudioRight;int www=0;int left, right;int *pLeft,*pRight;int lft, rgt;void AIC23_Mixer（） PC55XX_MCSP pMCBSP0 = （PC55XX_MCSP）C55XX_MSP0_ADDR; int *pl,*pr,nAudioCount; pAudioLeft=pl=（int *）AUTIODATAL

11、EFT; pAudioRight=pr=（int *）AUTIODATARIGHT; nAudioCount=0; for （ i=0;i spcr2, SPCR2_XRDY）;/等待数据传输完成 left=（*pl）= Read（pMCBSP0 - ddr1）; / 读入左声道数据 right = Read（pMCBSP0 - ddr2）; / 读入右声道数据 xNX-1=left/16;/ 防止滤波时数据溢出 rNX-1=lowpassfir（）; （*pr）=rNX-1; / 数组r的最后一个单元为当前输出 Write（pMCBSP0 - dxr1, left）; / 将原始数据送左声道

12、输出 dxr2, rNX-1）; / 将经过滤波后的数据送右声道输出 nAudioCount+; pl+; pr+; / 循环使用缓冲区 if （ nAudioCount=1024 ） nAudioCount=0; / break point pl=pAudioLeft; pr=pAudioRight;NX-1;i+ ） / 重新调整输入序列（供fir2使用） xi=xi+1;int lowpassfir（） int i,y_out=0; for（i=0;i+） y_out+=（xNX-i+hi）; return （y_out）;子程序2：void AIC2323_Mixer（） int *p

13、ll,*prr,nCount,i; pLeft=pll=（int *）AUTIODATALEFT; pRight=prr=（int *）AUTIODATARIGHT; nCount=0;i+） ini=0;/等待数据传输完成 lft=（*pll）= Read（pMCBSP0 - rgt = Read（pMCBSP0 - / 读入右声道数据 inNX-1=lft/16; fir2（in, h, out, db, NX, NH）; / 调用滤波程序计算当前输出 （*prr）=outNX-1; dxr1, lft）; dxr2, outNX-1）;/将经过滤波后的数据送右声道输出 nCount+;

14、pll+; prr+; if （ nCount nCount=0; pll=pLeft; prr=pRight; ini=ini+1;2.2.3 仿真结果在View的Graph中单击Time/frequency出现graph property dialog框。将显示类型，图形名称，起始地址，抽样点数，数据类型等分别进行设置，输出各种波形。输出滤波前的信号时域波形语音输入波形图: 图 2-10 语音输入（时域） 图 2-11 语音输入（频域） 图 2-12 滤波语音输出（时域） 图 2-13 滤波语音输出（频域） 图 2-14 滤波器（时域） 图 2-15 滤波器（频域） 图 2-16 库函数滤

15、波语音输出（时域） 图 2-17 库函数滤波语音输出（时域） 图 2-18 库函数与自编函数滤波对比图通过分析仿真图可知，自己编写的函数基本与库函数中FIR算法没有差异，该滤波器性能较好。3、项目设计总结在这次课程设计中，我了解到了数字滤波是信号处理技术中的重要部分，研究了数字滤波器的基本理论知识以及它实现方法。学习了数字滤波器的结构、设计理论，掌握了各种数字滤波器的原理和特性。并且复习了MATLAB的相关知识，并且利用MATLAB与CCS设计了低通滤波器以及高通滤波器，还研究了如何在定点DSP中实现数字滤波器的算法，掌握了CCS环境下的程序开发方法、调试工具的使用及优化级别的选择等。学会利用

16、MATLAB软件编程实现FIR滤波器设计。利用DSP来快速设计FIR数字滤波器的方法。在今后的工作和学习生活中，综合运用模拟电子、数字电子和DSP基本原理等课程中所学的理论知识去独立完成一个项目的设计。不仅要完善以上的MATLAB设计方法，更要学会利用多种途径设计各种DSP最小系统，熟练C语言编程。4、参考文献1戴明桢等编着.TMS320C54X DSP 结构原理及应用. 北京：航空航天大学出版社，第2版，2007；2彭启琮编着.DSP技术的发展与应用.北京：高等教育出版社，2002；3胡广书编着.数字信号处理理论、算法与实现.北京：清华大学出版社，2005；4王秀芳，关凌涛.基于MatLab与DSP的滤波器的快速设计方法期刊文章.现代计算机，2008，总第二七七期：97-995赵秀玲.基于定点DSP的FIR数字滤波器的研究与设计硕士论文.曲阜师范大学，2007.15-32课程设计评 语成 绩指导教师（签字） 年 月 日注：此表必须在同一页面。