北邮信息工程信号与信息处理综合实验DSP实验三报告（FIR滤波器实现）

1、信号与信息处理综合实验报告信息与通信工程学院信号与信息处理综合实验报告（DSP部分）班级： 姓名： 学号： 序号： 日 期： 第9页 实验三 FIR滤波器实现一、实验目的进一步熟悉CCS v5的开发环境，掌握调试的要素，并理解FIR滤波的过程。二、 程序功能1、基本功能本程序的基本要求是：实现信号的滤波过程，并对工程进行优化，提高运行速度，使用音频输入输出端口进行测试。2、拓展功能l 如改变滤波器的系数、改变信源数据等；l 如自定义不同带宽的滤波器系数等；三、程序基本信息（一）、程序模块描述：1、通过AIC23输出混频信号： short inputTable TABLE_SIZE：存储经采样后

2、的输入信号，其中TABLE_SIZE是输入信号长度（本程序为48）。 void DSK6416_init()：设置所有的CPLD寄存器到上电状态，初始化内部BSL数据结构。在使用任何BSL函数之前都必须调用。DSK6416_AIC23_CodecHandle DSK6416_AIC23_openCodec (int id, DSK6416_AIC23_Config *Config)：打开AIC23编码器，并进行配置。参数说明：id：指定使用哪个编码器，DSK6416上为id=0；Config：指向包含编码器寄存器值的结构，该函数将以该结构中的值初始化寄存器。调用成功：返回编码器句柄；失败：返回

3、INV常数(-1)。当McBSP在使用中，才会出现失败Int16 DSK6416_AIC23_write(DSK6416_AIC23_CodecHandle hCodec, Int32 val)：向AIC23中写入要输出的信号值。参数说明：hCodec：编码器句柄；val：写入编码器的值。函数若返回TRUE：数据成功写入；返回FALSE：数据端口忙。 DSK6416_AIC23_closeCodec(DSK6416_AIC23_CodecHandle hCodec)：关闭编码器，其中hCodec是要关闭的编码器句柄。2、混频信号通过FIR进行滤波：该程序是第一个程序的拓展，增加了以下函数或模块

4、： short hFILTER_SIZE：存储FIR滤波器的系数，其中FILTER_SIZE为滤波器阶数加1。该FIR低通滤波器阶数为64。short input113：存储FIR滤波器的输入信号，是inputTable里存储的信号的拓展，为了消除滤波器边界效应的影响。 int output177：FIR滤波器的输出。输出声音信号时，截取output64到output111部分。 void Filter(short *input, short *h, int *output)：FIR低通滤波函数。参数说明：input：输入，h：滤波器系数，output：输出。该FIR低通滤波器通过MATLAB

5、的FDATOOL设计，其系数存储在h数组中，FIR滤波器可用如下方程描述：y=k=0N-1hN-1-kx(k)3、优化后的FIR滤波器：该程序仅保留第2个程序中的FIR部分，去掉了原程序中的通过AIC23发声的代码，并对相关模块进行了修改和优化，以下只对修改和优化部分进行说明。output数组长度被精简，去掉了受边界效应影响的数据。Filter函数作了如下改动：a.使用restrict关键字，让编译器知道在input，h和output之间没有相关性，更好的优化程序； b声明input和h都是字对齐的，意味着编译器能在存储器访问时用一条指令加载64位数据，减少读取数据的时间。 c.重新设计FIR

6、滤波算法。由于hFILTER_SIZE偶对称，FIR滤波公式可以变换为y=k=0N-1hkx(k)这样每个输出一个数据，都节省N次减法运算。4、功能拓展：本次实验我做了两个功能拓展：（1） 构造新信号并采样：该信号从原来信号修改而来，信号形式y=cos2f1+1.3cos(2f2)，其中f1=1KHz，f2=8KHz，采样率为48KHz，在MATLAB中输入信号并采样、转化成16bit数组如下：short inputTableTABLE_SIZE =28987, 20687, 3982, -4740, 2723, 18191, 25296, 15864, -1890,-11561, -4930

7、, 9837, 16384, 6547, -11454, -21207, -14493, 520, 7472, -1807, -19106, -28028, -20366, -4303, 3781, -4303, -20366, -28028, -19106, -1807, 7472, 520, -14493, -21207, -11454, 6547,16384, 9837, -4930, -11561, -1890, 15864, 25296, 18191, 2723,-4740, 3982, 20687,;信号波形图：（2） 设计新的滤波器：使用MATLAB的FDATOOL可以很方便的设

8、计一个新的滤波器。以下是采用FDATOOL设计滤波器的截图，里面包含了新滤波器的信息。设计的新滤波器仍为FIR低通型（曾尝试过设计IIR型，但生成的系数数组较为复杂），采用汉明窗进行设计。FIR滤波器的阻带边缘频率为2kHz，的阶数由下式确定：N=6.20.2=316.2是汉明窗的精确过度带宽。0.2是数字频率过渡带宽，它由过渡带宽（f=2kHz-0=2kHz）转换成数字频率（=2ffs=0.2）而得。为设计方便，取N=64。设计完成后可以利用FDATOOL生成如下的数组：short h65 =23, 27, 31, 35, 37, 37, 32, 20, 0, -29, -67, -113,

9、 -164, -215, -260, -293, -304, -287,-234, -140, 0, 185, 414, 680, 975, 1286, 1600,1901, 2175, 2405, 2579, 2688, 2725, 2688, 2579, 2405,2175, 1901, 1600, 1286, 975, 680, 414, 185, 0,-140, -234, -287, -304, -293, -260, -215, -164, -113,-67, -29, 0, 20, 32, 37, 37, 35, 31, 27, 23;利用该数组作为FIR的系数即可使用设计的新滤

10、波器。2、程序流程：三个程序中，因为原始的发声程序和优化程序都是混频信号通过FIR滤波的一部分，所以以下只给出该程序的流程图。四、功能测试记录 1、通过AIC23输出混频信号：略。 2、混频信号通过FIR进行滤波： 输入信号（滤波前信号）：滤波后信号：由于边界效应的问题，所以输出有失真。3、优化程序：未优化之前需要9万多个周期，优化后只需要1258个。 4、功能拓展：（1） 输入信号在CCS中的显示波形：（2） 输入信号通过原FIR滤波器后的输出波形：（3）输入信号通过新FIR滤波器后的输出波形：五、调试过程中的主要问题及难点输入信号通过原FIR滤波器和新FIR滤波器后的输出波形相比较而言，后者失真较大。这是新FIR滤波器的特性图：由该图可见，滤波器的旁瓣功率比较大，可能是造成失真大的原因，由于时间所限，未能作进一步优化。六、实验总结最后一次DSP实验，做起来并不难，但是包含的内容非常多