語音濾波實驗報告

1、DSPDSP 技術(shù)及應用課程設(shè)計技術(shù)及應用課程設(shè)計語音濾波處理院院系系 ：機電工程學院專業(yè)（班級專業(yè)（班級） ：電子信息工程 2 班姓姓名名：洪育欽學學號號: :20134082033指 導 教 師指 導 教 師 ：韓楊楊職職稱稱 ：助教完 成 日 期完 成 日 期 ：2016 年 6 月 16 日成成績績 ：目錄目錄1.引言.11.2 設(shè)計的目的.11.3 設(shè)計指標要求.22 濾波器的基礎(chǔ)知識.22.1 濾波器的定義.22.2 濾波器的功能.32.3 濾波器的特點.32.4 FIR 數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計.43.FIR 濾波器設(shè)計與實現(xiàn)過程.53.1 FIR 濾波器設(shè)計指標.53.2 FIR

2、 濾波器設(shè)計過程.63.2.2 FIR 濾波器的 matlab 實現(xiàn).63.2.3 FIR 濾波器的 CCS 實現(xiàn).83.3 FIR 濾波器設(shè)計結(jié)果.94.設(shè)計過程中遇到的問題及解決的辦法.11參 考 文 獻.12附 錄. 121語音信號的 FIR 濾波器處理1.引言隨著信息時代和數(shù)字世界的到來， 數(shù)字信號處理已成為如今一門極其重要的學科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號處理在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。數(shù)字信號處理器，也稱 DSP 芯片，是針對數(shù)字信號處理需要而設(shè)計的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、相結(jié)合的產(chǎn)物。一門主流技術(shù)，隨

3、著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展， 計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為使它在電子信息、通信、軟件無線電、自動控制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用。數(shù)字濾波是語音處理、 圖像處理、 頻譜分析等應用中的基本處理算法。 DSP 是一種處理數(shù)字信號的專用微處理器, 主要應用于實時快速地實現(xiàn)各種信號的數(shù)字處理算法。 用 DSP 芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點。數(shù)字濾波器分為有限沖激響應濾波器 （FIR 濾波器） 和無限沖激響應濾波器（IIR 濾波器） 。FIR 濾波器屬于經(jīng)典濾波器，優(yōu)點就是由于不存在系統(tǒng)極點，F(xiàn)IR 濾波器是絕對穩(wěn)定的系統(tǒng)，F(xiàn)IR 濾波器

4、還確保了線性相位，在信號處理中占有極其重要的地位。數(shù)字濾波器一直以來就是數(shù)字信號處理器（DSP）最廣為人知的應用，F(xiàn)IR 濾波器的單位沖激響應 b(n)為有限長序列,若 b(n)為實數(shù), 且滿足偶對稱:b(n)= b(N- 1- n)的條件, 稱為系數(shù)對稱 FIR 濾波器。 系數(shù)對稱 FIR濾波器在數(shù)字信號處理中應用十分廣泛。1.2 設(shè)計的目的2通過課程設(shè)計，加深對 DSP 芯片 TMS320C54x 的結(jié)構(gòu)、工作原理的理解，獲得 DSP 應用技術(shù)的實際訓練，掌握設(shè)計較復雜 DSP 系統(tǒng)的基本方法。通過使用匯編語言編寫具有完整功能的圖形處理程序或信息系統(tǒng)， 使學生加深對所學知識的理解，進一步鞏

5、固匯編語言講法規(guī)則。學會編制結(jié)構(gòu)清晰、風格良好、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適當?shù)膮R編語言程序，從而具備解決綜合性實際問題的能力。1.31.3 設(shè)計指標要求設(shè)計指標要求(1）設(shè)計一個低通濾波器（參數(shù)自定）（2）濾波器的設(shè)計的原理介紹（3）FIR 濾波器的設(shè)計（4）FIR 濾波器的 DSP 實現(xiàn)（5）FIR 濾波器的檢驗（用語音信號通過濾波器后查看濾波效果是否達到設(shè)計要求。 ）2 2 濾波器的基礎(chǔ)知識濾波器的基礎(chǔ)知識2.12.1 濾波器的定義濾波器的定義Finite Impulse Response)濾波器：有限長單位沖激響應濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件， 它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相

6、頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR 濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著廣泛的應用。沖激響應之所以是“有限的”是因為在濾波器中沒有反饋出現(xiàn)；如果你輸入一個沖激就是一個“1”樣本后出現(xiàn)許多“0”的樣本的信號，那么零將在樣本“1”通過了所有的延遲線的系數(shù)后出現(xiàn)。32.22.2 濾波器的功能濾波器的功能功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過， 而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質(zhì)上是一個選頻電路。把信號能夠通過的頻率范圍，稱為通頻帶或通帶；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；理想濾波器

7、在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)， 在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實際濾波器的通帶和阻帶之間存在一定頻率范圍的過渡帶。2.32.3 濾波器的特點濾波器的特點優(yōu)點：（1）很容易獲得嚴格的線性相位，避免被處理的信號產(chǎn)生相位失真，這一特點在寬頻帶信號處理、陣列信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中非常重要；（2）可以在幅度特性隨意設(shè)計的同時，保證精確、嚴格的線性相位，還可得到多帶幅頻特性；（3）極點全部在原點（永遠穩(wěn)定） ，無穩(wěn)定性問題；（4）任何一個非因果的有限長序列，總可以通過一定的延時，轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚬蛄校砸蚬钥偸菨M足；（5）無反饋運算，運算誤差小。缺點：（1）因為無極點，要獲得好的過渡帶特性，需以較高的階數(shù)為代價；

8、（2）無法利用模擬濾波器的設(shè)計結(jié)果，一般無解析設(shè)計公式，要借助計算機輔助設(shè)計程序完成。42.2.4 4 FIRFIR 數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計窗函數(shù)設(shè)計的基本思想是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器， 然后將它的脈沖響應截斷以得到一個線性相位和因果的 FIR 濾波器。 因此這種方法的重點在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。對于給定的濾波器技術(shù)指標，選擇濾波器長度和具有最窄主瓣寬度和盡可能小的旁瓣衰減的某個窗函數(shù)。任何數(shù)字濾波器的頻率響應都是 w 的周期函數(shù)，它的傅立葉級數(shù)展開其中的 Wc 為濾波器的歸一化的截止頻率。傅立葉系數(shù) hd(n)實際上就是理想數(shù)字濾波器的

9、沖激響應。 獲得有限沖激響應數(shù)字濾波器的一種可能方法就是把無窮級數(shù)截取為有限項級數(shù)來近似，而吉布斯(Gibbs)現(xiàn)象使得直接截取法不甚令人滿意。窗函數(shù)法就是用被稱為窗函數(shù)的有限加權(quán)系列W(n)來修正傅立葉級數(shù)， 以求得要求的有限沖激響應序列 h(n)，即有:h(n)=hd(n)W(n)w(n)是有限長序列，當 nN-1 及 nGraphTime/Frequency，出現(xiàn)選項窗口，設(shè)置相應選項，觀察濾 波效果。濾波前的信號：濾波后的效果：114.4.設(shè)計過程中遇到的問題及解決的辦法設(shè)計過程中遇到的問題及解決的辦法1、在我們確定濾波器參數(shù)時，剛開始我們忽略了采樣定理，結(jié)果設(shè)計出來的低通濾波器是錯誤

10、的，經(jīng)過在 Matlab 軟件的工具包里，設(shè)計低通濾波器，如圖 18 的界面，經(jīng)過測試，如果條件不符合采樣定理的就會出現(xiàn)錯誤提示界面，我們最后修改正確了。2、為了實現(xiàn)語音及噪聲的通過設(shè)計的濾波器進行驗證，需要制作一個語音及噪聲的.dat 文件， 以供 CCS 信號輸入， 對軟件不熟練的我們不懂的怎么應用？答：通過到圖書館借相應的書來自學，學習 MATLAB 的生成.dat 文件的相關(guān)命令語句，以及請教其他同學。通過不斷的討論和研究，知道了要對信號進行采樣，再通過 fopen 語句等，才能生成 dat 文件3、通過 MATLAB 輔助，求出的 b 系數(shù)，剛開始在 CCS 里面表示時，用x*327

11、68/10000（x 為 b 系數(shù)的整數(shù)部分） ，結(jié)果在編譯時出現(xiàn)了問題。另外，當求得的系數(shù)存在有大于四位時，也會出現(xiàn)錯誤？12答：經(jīng)過學習和與隊員研究討論，發(fā)現(xiàn)這是因為一些大于 1 的系數(shù)，即是大于四位的整數(shù)除去 10000， 才會出現(xiàn) warning， 我們剛開始用的是 32768， 即 Q15,會使運算結(jié)果溢出，于是把 32768 改為了 1024，即 Q10,這樣后就解決了存在的問題，4、通過 load data 時，在配置地址和長度時，我們沒有忘記按照自己設(shè)定的起始地址及長度，結(jié)果顯示出來的圖像與真實的有極大的偏差。答：把 Address 和 Length 的參數(shù)填寫自己在生成 da

12、t 文件是所設(shè)置的值一致，最后濾波輸出波形正確。參參 考考 文文 獻獻【1】鄒彥 DSP 原理及應用. 北京：電子工業(yè)出版社. 2009【2】劉樹棠. 信號與系統(tǒng). 第二版. 西安交通大學出版社. 2008【3】劉衛(wèi)國. MATLAB 程序設(shè)計與應用 第二版. 高等教育出版社. 2008【4】程佩青. 數(shù)字信號處理教程. 第三版. 清華大學出版社. 2009附附 錄錄1.主程序 fir.asm：.title FIR.ASM.mmregs13.def start.bss yn,1xn .usect xn,37hn .usect hn,37indata .usect indata,300outda

13、ta .usect outdata,256.datafir_coff:.word-10*1024/10000,-36*1024/10000.word0*1024/10000,65*1024/10000.word32*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.word417*1024/10000,316*1024/10000.word-524*1024/10000,-848*1024/10000.word598*1024/10000,3108*1024/10000 .word 4375*1024/10000.word3108*1024/10000,598*1024/10000.word-848*1024/10000,-524*1024/10000.word316*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*10