基于DSP的语音信号FIR低通滤波器设计VIP

科信学院DSP 应用系统（三级项目）（2014/2015 学年第二学期）课程名称 ： DSP 原理与应用 题 目 ：基于 DSP 的语音信号 FIR 低通滤波器设计专业班级 ： 信息 1221 学 号 ： 学生姓名 ： Liu 指导教师 ： 设计成绩 ： 2015 年 7 月 10 日1、项目设计目的通 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 、 数 字 滤 波 器 的 设 计 过 程 ， 了 解FIR 的 原 理 和 特 性 ， 熟 悉 设 计 FIR 数 字 滤 波 器 的 原 理 ， 学 习 FIR 滤 波 器 的 DSP 的 实 现 原 理 ，学 习 使 用 CCS 的 波 形 观 察 窗 口 观 察 输 入 /输 出 信 号 波 形 和 频 谱 变 化 情 况 。2、项目设计正文2.1 硬件设计2.1.1 方案设计本次设计基于 ccs3.3 运行环境下，使用 ICETEK-VC5509-EDU 实验箱（包括仿真器） 、麦克风输入设备、耳机输出相关设备等完成此次设计。主要是通过实验箱上 AIC23 芯 片 实 时 采 集 语 音 信号 ， 进 行 FIR 低 通 滤 波 ， 使 用 MATLAB 环 境 下 的 FDAtool 工 具 来 产 生 低 通 滤 波 器 系 数 ， 用DSP 汇 编 语 言 或 C 语 言 进 行 编 程 实 现 FIR 运 算 对 语 音 信 号 进 行 滤 波 处 理 ， 并 且 与 CCS 算 法库 中 的 dsplib 中 的 算 法 相 比 较 ， 对 所 设 计 的 FIR 滤 波 器 各 项 指 标 进 评 价 。2.1.2 CCS 开发环境配置CCS 可以工作在纯软件仿真环境中，就是由软件在 PC 机内存中构造一个虚拟的 DSP 环境，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 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 Sigma delta 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 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、 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)10NnnHzhz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 。n最 基 本 的 FIR 滤 波 器 可 用 下 式 表 示 ：(2-b)10Nkynxk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 择 Toolboxes - Filter Design - Filter Design void EnableAPLL( );extern int fir(int *,int *,unsigned int,int );void main()SDRAM_init();EnableAPLL();PLL_Init(40);AIC23_Init();PLL_Init(120);开始初始化：EMIF、CPU频率、AIC23调用 AIC23_Mixer 子程序处理音频数据输入/输出开始初始化语音缓冲区和工作变量等待 McBSP 通道 0 传送结束读取语音数据保存于左声道缓冲区调用 fir2 计算 FIR 滤波输出滤波结果保存于右声道缓冲区原声音送左声道，滤波后送右声道输出for(;)AIC23_Mixer();AIC2323_Mixer();void wait( unsigned int cycles )int i;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 输 出Write(pMCBSP0 - dxr2, rNX-1);/ 将 经 过 滤 波 后 的 数 据 送 右 声