语音滤波实验报告.docx

1、语音滤波实验报告DSP技术及应用课程设计语音滤波处理院 系 ：机电工程学院专业（班级）：电子信息工程2班姓 名：洪育钦学 号:20134082033指导教师：韩杨杨职 称：助教完成日期： 2016年 6月 16日成 绩 ： 目录1.引 言 11.2 设计的目的 11.3设计指标要求 22滤波器的基础知识 22.1 滤波器的定义 22.2 滤波器的功能 32.3滤波器的特点 32.4 FIR数字滤波器的窗函数设计 43.FIR滤波器设计与实现过程 53.1 FIR滤波器设计指标 53.2 FIR滤波器设计过程 63.2.2 FIR滤波器的matlab实现 63.2.3 FIR滤波器的CCS实现

2、83.3 FIR滤波器设计结果 94.设计过程中遇到的问题及解决的办法 11参 考 文 献 12附 录 12语音信号的FIR滤波器处理1.引 言随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为如今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术，随着信息处理技术的飞速发展，计算机技术和数字信号处理技术逐渐发展成为使它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等

3、高科技领域得到了越来越广泛的应用。数字滤波是语音处理、图像处理、频谱分析等应用中的基本处理算法。DSP 是一种处理数字信号的专用微处理器, 主要应用于实时快速地实现各种信号的数字处理算法。 用 DSP 芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点。数字滤波器分为有限冲激响应滤波器 （FIR滤波器） 和无限冲激响应滤波器（IIR滤波器）。FIR 滤波器属于经典滤波器，优点就是由于不存在系统极点，FIR 滤波器是绝对稳定的系统，FIR 滤波器还确保了线性相位，在信号处理中占有极其重要的地位。数字滤波器一直以来就是数字信号处理器（DSP）最广为人知的应用，FIR 滤波器的单位冲激响应

4、b(n)为有限长序列,若 b(n)为实数, 且满足偶对称:b(n)= b(N- 1- n)的条件, 称为系数对称FIR 滤波器。系数对称 FIR 滤波器在数字信号处理中应用十分广泛。1.2 设计的目的通过课程设计，加深对DSP芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，获得DSP应用技术的实际训练，掌握设计较复杂DSP系统的基本方法。通过使用汇编语言编写具有完整功能的图形处理程序或信息系统，使学生加深对所学知识的理解，进一步巩固汇编语言讲法规则。学会编制结构清晰、风格良好、数据结构适当的汇编语言程序，从而具备解决综合性实际问题的能力。1.3设计指标要求(1）设计一个低通滤波器（参数自定）（

5、2）滤波器的设计的原理介绍（3）FIR滤波器的设计（4）FIR滤波器的DSP实现（5）FIR滤波器的检验（用语音信号通过滤波器后查看滤波效果是否达到设计要求。）2滤波器的基础知识2.1 滤波器的定义Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。冲激响应之所以是“有限的”是因为在滤波器中没有反馈出现；如果你输入一个冲激就是一个“1”样本后出现许多“0”的

6、样本的信号，那么零将在样本 “1”通过了所有的延迟线的系数后出现。2.2 滤波器的功能功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。2.3滤波器的特点优点：（1）很容易获得严格的线性相位，避免被处理的信号产生相位失真，这一特点在宽频带信号处理、阵列信号处理、数据传输等系统中非常重要；（2）可

7、以在幅度特性随意设计的同时，保证精确、严格的线性相位，还可得到多带幅频特性；（3）极点全部在原点（永远稳定），无稳定性问题；（4）任何一个非因果的有限长序列，总可以通过一定的延时，转变为因果序列，所以因果性总是满足；（5）无反馈运算，运算误差小。缺点：（1）因为无极点，要获得好的过渡带特性，需以较高的阶数为代价；（2）无法利用模拟滤波器的设计结果，一般无解析设计公式，要借助计算机辅助设计程序完成。2.4 FIR数字滤波器的窗函数设计窗函数设计的基本思想是要选取某一种合适的理想频率选择性滤波器，然后将它的脉冲响应截断以得到一个线性相位和因果的FIR滤波器。因此这种方法的重点在于选择某种合适的窗函

8、数和一种理想滤波器。对于给定的滤波器技术指标，选择滤波器长度和具有最窄主瓣宽度和尽可能小的旁瓣衰减的某个窗函数。任何数字滤波器的频率响应都是w的周期函数，它的傅立叶级数展开其中的Wc为滤波器的归一化的截止频率。傅立叶系数hd(n)实际上就是理想数字滤波器的冲激响应。获得有限冲激响应数字滤波器的一种可能方法就是把无穷级数截取为有限项级数来近似，而吉布斯(Gibbs)现象使得直接截取法不甚令人满意。窗函数法就是用被称为窗函数的有限加权系列W(n)来修正傅立叶级数，以求得要求的有限冲激响应序列h(n)，即有:h(n)=hd(n)W(n)w(n)是有限长序列，当nN-1及nGraphTime/Freq

9、uency，出现选项窗口，设置相应选项，观察滤 波效果。滤波前的信号：滤波后的效果：4.设计过程中遇到的问题及解决的办法1、在我们确定滤波器参数时，刚开始我们忽略了采样定理，结果设计出来的低通滤波器是错误的，经过在Matlab软件的工具包里，设计低通滤波器，如图18的界面，经过测试，如果条件不符合采样定理的就会出现错误提示界面，我们最后修改正确了。2、为了实现语音及噪声的通过设计的滤波器进行验证，需要制作一个语音及噪声的.dat文件，以供CCS信号输入，对软件不熟练的我们不懂的怎么应用？ 答：通过到图书馆借相应的书来自学，学习MATLAB的生成.dat文件的相关命令语句，以及请教其他同学。通过

10、不断的讨论和研究，知道了要对信号进行采样，再通过fopen语句等，才能生成dat文件3、通过MATLAB辅助，求出的b系数，刚开始在CCS里面表示时，用x*32768/10000（x为b系数的整数部分），结果在编译时出现了问题。另外，当求得的系数存在有大于四位时，也会出现错误？答：经过学习和与队员研究讨论，发现这是因为一些大于1的系数，即是大于四位的整数除去10000，才会出现warning，我们刚开始用的是32768，即Q15,会使运算结果溢出，于是把32768改为了1024，即Q10,这样后就解决了存在的问题，4、通过load data时，在配置地址和长度时，我们没有忘记按照自己设定的起始

11、地址及长度，结果显示出来的图像与真实的有极大的偏差。答：把Address和Length的参数填写自己在生成dat文件是所设置的值一致，最后滤波输出波形正确。参 考 文 献【1】邹彦 DSP原理及应用. 北京：电子工业出版社. 2009【2】刘树棠. 信号与系统. 第二版. 西安交通大学出版社. 2008【3】刘卫国. MATLAB程序设计与应用 第二版. 高等教育出版社. 2008【4】程佩青. 数字信号处理教程. 第三版. 清华大学出版社. 2009附 录1.主程序fir.asm：.title FIR.ASM.mmregs.def start.bss yn,1xn .usect xn,37h

12、n .usect hn,37indata .usect indata,300outdata .usect outdata,256.datafir_coff:.word -10*1024/10000,-36*1024/10000 .word 0*1024/10000,65*1024/10000 .word 32*1024/10000,-88*1024/10000 .word -93*1024/10000,90*1024/10000 .word 184*1024/10000,-47*1024/10000 .word -297*1024/10000,-71*1024/10000 .word 417*

13、1024/10000,316*1024/10000 .word -524*1024/10000,-848*1024/10000 .word 598*1024/10000,3108*1024/10000 .word 4375*1024/10000.word 3108*1024/10000,598*1024/10000 .word -848*1024/10000,-524*1024/10000 .word 316*1024/10000,417*1024/10000 .word -71*1024/10000,-297*1024/10000 .word -47*1024/10000,184*1024/10000 .word 90*1024/10000,-93*1024/10000 .word -88*1024/10000,32*1024/10000 .word 65*1024/10000,0*1024/10000 .word -36*1024/10000,-10*1024/10000.textstart:ssbx frct ;使用小数运算 stm #hn,ar1 ;系数首地址 rpt #36 ;将系数移入循mvpd fir_coff,*ar1+ ;环缓冲区 stm #-1,ar0stm #outdata,ar5stm #indata,ar4