利用DSP實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波

1、DSP系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) DSP課程設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：利用DSP實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波 2013 年 7 月 12 日目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求12 理論分析2.1 TMS320C55x概況2.2 自適應(yīng)濾波器原理2.3 自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)2.4 LMS算法與RLS算法2.5 自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用3 設(shè)計(jì)思路4 程序分析4.1 左右分聲道濾波4.2 LMS自適應(yīng)算法5 調(diào)試過程與實(shí)現(xiàn)效果5.1 調(diào)試過程5.2 實(shí)現(xiàn)效果6 總結(jié)6.1 完成情況6.2 遇到的困難6.3 體會(huì)與感悟7 參考文獻(xiàn)附：原始程序清單1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求本課程設(shè)計(jì)的目的是通過利用DSP實(shí)現(xiàn)信號(hào)自適應(yīng)濾波這一過程，是自己更加透徹的理解信號(hào)的

2、采集方法和濾波方法，學(xué)會(huì)調(diào)用DSPLIB庫(kù)中的LMS函數(shù)，進(jìn)行自適應(yīng)濾波。同時(shí)通過對(duì)DSP信號(hào)處理器及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器以及DMA的編程，提高自身的C語言編程能力和使用DSP硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法的能力。本設(shè)計(jì)分為基本部分和發(fā)揮部分?；静糠郑海?）設(shè)計(jì)數(shù)字濾波算法或調(diào)用DSPLIB中函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波； （2）利用C語言對(duì)A/D、D/A進(jìn)行初始化； （3）利用C語言對(duì)DMA進(jìn)行初始化； （4）編寫DMA終端服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)濾波； （5）利用CCS信號(hào)分析工具分析信號(hào)的頻譜成分，確定濾波器的參數(shù)。發(fā)揮部分：（1）比較不同自適應(yīng)濾波器的濾波效果； （2）在實(shí)驗(yàn)板的Line

3、in輸入端接入正弦信號(hào)，分左右聲道分別采集并濾波。2 理論分析2.1 TMS320C55x概況C55xDSP芯片是C5000系列的新一代產(chǎn)品，與C54x的源代碼兼容。與C54x相比，C55x處理速度明顯提高，功耗明顯降低。如300MHz的C55x與120MHz的C54x相比，C55x的處理速度比C54x提高了5倍，功耗只有C54x的1/6。與C54x相比，C55x的結(jié)構(gòu)上復(fù)雜得多，采用了近似雙CPU結(jié)構(gòu)。C55x具有2個(gè)MAC單元、4個(gè)40為累加器，能夠在單周期內(nèi)作2個(gè)17位17位的乘法運(yùn)算。C55x具有12組獨(dú)立總線，即1組程序讀總線，1組程序地址總線，3組數(shù)據(jù)讀總線，2組數(shù)據(jù)寫總線，5組數(shù)

4、據(jù)地址總線，其指令單位每次可從存儲(chǔ)器中讀取32為程序代碼（C54x只能讀取16位）。C55x含有指令高速存儲(chǔ)器（Cache），以減少對(duì)外部存貯器的訪問，改善了數(shù)據(jù)吞吐量并降低了功耗。C55x采用了16字節(jié)的可改變字節(jié)寬度指令（C54x的指令長(zhǎng)度為固定的16位），從而提高了代碼的密度。2.2 自適應(yīng)濾波器原理常規(guī)濾波器具有固定的濾波特性，對(duì)于輸入信號(hào)濾波器根據(jù)這個(gè)特性產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。但是在實(shí)際應(yīng)用往往不是這樣，即對(duì)濾波器輸出的要求是明確的，而濾波器特性是無法預(yù)先知道的。例如電話系統(tǒng)，回波相消器的理想輸出是無回波信號(hào)，這個(gè)要求是明確的，而系統(tǒng)本身卻不能一開始就確定下來，因?yàn)樗Q于電話系統(tǒng)話路傳輸

5、條件的變化，像這樣的應(yīng)用需求就需要通過自適應(yīng)濾波技術(shù)來解決。下圖是自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。其中想x（n）為濾波器的輸入信號(hào)，wi（n）為濾波器的權(quán)值系數(shù)，d（n）為濾波器的期望信號(hào)，e（n）為濾波器的估計(jì)誤差信號(hào)。l=0,1，L-1，L為濾波器的階數(shù)。 自適應(yīng)濾波器的目的是，以迭代方式逐步調(diào)整濾波器系數(shù)wl（n），使誤差信號(hào)e（n）的能量（或幅度）不斷減少。定義濾波器的輸入信號(hào)向量為：x（n）=x（n），x（n-1），x（n-L+1）T濾波器系數(shù)矢量為：w（n）=w0（n），w1（n），wL-1（n）T其中上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算符，則濾波器輸出為：y（n）=或 y(n)=wT（n）x（n）=x

6、T（n）w（n）誤差信號(hào)為：e（n）=d（n）-y（n）=d（n）-wT(n)x（n）定義性能函數(shù)為：=e2（n）可以得到濾波器系數(shù)更新公式：w(n+1)=w（n）+e（n）x（n）其中，為收斂因子。2.3 自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)可以是IIR型結(jié)構(gòu)，也可以是FIR型結(jié)構(gòu)。但在實(shí)際用中，一般都是采用FIR型，其主要原因是FIR結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更容易，其權(quán)系數(shù)的修正就調(diào)節(jié)了濾波器的性能。同時(shí)還可以保證其穩(wěn)定性，對(duì)于IIR濾波器，當(dāng)自適應(yīng)處理過程中，極點(diǎn)移出單位圓之外時(shí)，就會(huì)使濾波器產(chǎn)生不穩(wěn)定。用FIR型結(jié)構(gòu)作為自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)，并不會(huì)影響它的應(yīng)用范圍，因?yàn)閺囊郧暗闹R(shí)可知道，一個(gè)

7、穩(wěn)定的IIR濾波器總是可以用足夠多階的FIR濾波器來近似代替。一個(gè)自適應(yīng)的FIR濾波器的結(jié)構(gòu)，可以是橫向結(jié)構(gòu)，對(duì)稱橫向結(jié)構(gòu)以及格形結(jié)構(gòu)。2.3.1 橫向型結(jié)構(gòu)橫向型結(jié)構(gòu)是在大多數(shù)應(yīng)用情況下所采用的最主要的自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)，如下圖所示。濾波器的輸出y（n）表示為：其中X（n）=x(n),x(n-1),x(n-x+1)為輸入矢量，w(n)=w(n),w(n),w(n)是權(quán)系數(shù)矢量，T為轉(zhuǎn)置符，N為時(shí)間序列，N為濾波器的階數(shù)。由表達(dá)式可見，y(n)實(shí)際是兩矢量的內(nèi)積既把x（n）與w（n）相卷的結(jié)果。2.3.2 對(duì)稱橫向型結(jié)構(gòu)如果N階FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)為實(shí)數(shù)，且滿足對(duì)稱性的條件，即：h

8、(n)=h(N-1-n)則稱為對(duì)稱橫向性結(jié)構(gòu)，如下圖所示。在具有嚴(yán)格的線性特性的語音處理、波形傳輸系統(tǒng)、圖象處理等方面得到廣泛應(yīng)用。這種關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱的FIR濾波器的輸出y(n)可由下面的表達(dá)式給出其中N為階數(shù)，它一定是偶數(shù)。注意，對(duì)于定點(diǎn)處理器，上式的相加運(yùn)算可能產(chǎn)生溢出。為此有時(shí)需要對(duì)歸一化的輸入數(shù)據(jù)在右移一位。2.3.3 格形結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器另一種迭代FIR濾波器結(jié)構(gòu)是格形結(jié)構(gòu)。格形結(jié)構(gòu)的引出是用Durbin 算法求解自適應(yīng)濾波器的最佳權(quán)系數(shù)所導(dǎo)出來的。在使用LMS算法求解自適應(yīng)濾波器最佳權(quán)系數(shù)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，最佳權(quán)系數(shù)滿足一個(gè)線性方程組，該方程組的系數(shù)矩陣具有toeplitz性質(zhì)，即該

9、矩陣為對(duì)稱矩陣，且方陣的任一子方陣的對(duì)角線上的元是相等的。具有Toeplitz性質(zhì)的線性方程可以按下列思路求解：先假設(shè)導(dǎo)出了只有N-1元的方程組的解，并由此推出N元方程組的解。這是一種遞推算法，應(yīng)用于最佳權(quán)系數(shù)估值，就形成了Durbin算法。這里不做詳細(xì)推倒了，直接給出格式結(jié)構(gòu)，下圖所示：它是基于一系列預(yù)測(cè)誤差濾波器的去相關(guān)傳輸結(jié)構(gòu)。格形結(jié)構(gòu)的誤差預(yù)測(cè)器的遞推公式如下：其中，是前向預(yù)測(cè)誤差，是后向預(yù)測(cè)誤差，是反射系數(shù)，m是階數(shù)序列值，M是串聯(lián)的總級(jí)數(shù)。格式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是按階遞歸，故增加或減少級(jí)數(shù)不會(huì)影響存在的階數(shù)設(shè)計(jì)。 要用格形濾波器進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)處理，首先要知道，這些系數(shù)可以使用Durbin算法

10、，由自相關(guān)系數(shù)的估值來算出，運(yùn)算量很大。可以使用下列反射系數(shù)的遞推方程來遞推估計(jì)。在諸如噪聲消除器、信道均衡器、在線信號(hào)增強(qiáng)器等自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用中，可以采用格形結(jié)構(gòu)。這種格形抽頭結(jié)構(gòu)完成兩類最佳估計(jì)：一類是格形誤差預(yù)測(cè)器，輸出分別為前向預(yù)測(cè)誤差和后向預(yù)測(cè)誤差；另一類是多路回歸濾波器，其特性用下列方程表示：從上面算法可以看出，格形抽頭自適應(yīng)濾波器的計(jì)算要復(fù)雜得多，但計(jì)算量的增加卻帶來很多好處。首先是收斂速度比橫向結(jié)構(gòu)來得快，同時(shí)穩(wěn)定性更好。其次，系數(shù)量化精度的影響很小，對(duì)于的低位數(shù)要求也使舍入誤差很小。另外，格式結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器還提供了誤慶差預(yù)測(cè)值和反射系數(shù)最佳值，后者在作其他分析時(shí)有明顯物理

11、意義。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使格式結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。2.4 LMS算法與RLS算法 2.4.1 LMS算法LMS算法是上世紀(jì)50到60年代通用電子公司在研制天線的過程中為抑制旁瓣而提出的。隨后又發(fā)展出了歸一化算法和加遺忘因子LMS算法。1977年，Makjoul提出了格型濾波器，并由此發(fā)展出了LMS自適應(yīng)格型濾波器算法。Herzberg等人提出了延時(shí)LMS（DLMS）算法；2002年尚勇等人提出了并行延時(shí)LMS算法；此外還有附屬LMS算法、數(shù)據(jù)塊LMS算法等。LMS算法具有低計(jì)算復(fù)雜度、在平穩(wěn)環(huán)境中收斂性好、均值無偏的收斂到維納解等優(yōu)點(diǎn)，使LMS算法成為應(yīng)用最廣的自適應(yīng)算法。由于LMS算法廣泛的應(yīng)用，

12、所以為了解決實(shí)際問題，基于基本LMS算法的新的LMS算法不斷地被提出。本設(shè)計(jì)就是使用LMS算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的自適應(yīng)濾波的。2.4.2 RLS算法盡管LMS算法的應(yīng)用廣泛，但是它也有缺點(diǎn)。當(dāng)環(huán)境噪聲不是平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)時(shí)，LMS算法很難自適應(yīng)的跟蹤統(tǒng)計(jì)特性變化的外部噪聲干擾，因而其收斂效果一般。而基于RLS的自適應(yīng)濾波算法克服了上述缺點(diǎn)，能在非平穩(wěn)環(huán)境下取得較滿意的濾波效果。RLS算法是在LMS算法的基礎(chǔ)上而來的，所不同的是在求均方誤差時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是變化的。且隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間先后順序分別乘了加權(quán)因子。即RLS算法的均方誤差變?yōu)椋海╧）= 式中：（k，n）是加權(quán)因子，滿足0（k，n）1，n=1，

13、2，k，也稱作遺忘因子。這樣會(huì)使多次迭代之前的信號(hào)被遺棄掉，當(dāng)濾波器工作于非平穩(wěn)環(huán)境時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)仍可能服從統(tǒng)計(jì)變化的一些特性2.4.3 兩種算法對(duì)比LMS算法只是用以前各時(shí)刻的抽頭參量等作該時(shí)刻數(shù)據(jù)塊評(píng)估時(shí)的平均誤差均方最小的準(zhǔn)則，而未用現(xiàn)時(shí)刻的抽頭參量等來對(duì)以往各時(shí)刻的數(shù)據(jù)塊作重新評(píng)估后的累計(jì)平方誤差最小的準(zhǔn)則，所以LMS算法對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的適應(yīng)性差。RLS算法的基本思想是力圖使在每個(gè)時(shí)刻對(duì)所有已輸入信號(hào)而言重估的平方誤差的加權(quán)和最小，這使得RLS算法對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的適應(yīng)性要好。與LMS算法相比，RLS算法采取時(shí)間平均，因此，所得出的最優(yōu)濾波器依賴于用于計(jì)算平均值的樣本數(shù)，而LMS算法是基于集平

14、均而設(shè)計(jì)的，因此穩(wěn)定環(huán)境下LMS算法在不同計(jì)算條件下的結(jié)果是一致的。 而無論從運(yùn)算復(fù)雜度上還是從存儲(chǔ)量方面，LMS算法都是非常高效的自適應(yīng)算法。以算法復(fù)雜度為例，LMS算法只需要2L次乘法和加法運(yùn)算，其復(fù)雜度比RLS算法小得多。而且LMS算法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒有計(jì)算穩(wěn)定性問題，而這是RLS算法無法回避的。因此綜上LMS算法是目前使用最廣泛的自適應(yīng)算法，這一點(diǎn)在與定點(diǎn)DSP相關(guān)的工程實(shí)例中體現(xiàn)的十分突出。2.5 自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用2.5.1 自適應(yīng)預(yù)測(cè)下圖中給出了自適應(yīng)預(yù)測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。原始信號(hào)d(n)的延時(shí)x(n)是自適應(yīng)濾波器的輸入信號(hào)，y(n)為預(yù)測(cè)信號(hào)輸出，e(n)為預(yù)測(cè)誤差。d(n)延

15、時(shí)自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)+-y(n)e(n)x(n)自適應(yīng)預(yù)測(cè)的最主要應(yīng)用例子是語音信號(hào)的波形編碼。為了提高信道容量，壓縮編碼技術(shù)是很重要的手段。自適應(yīng)濾波器利用語音信號(hào)相鄰采樣值的相關(guān)性，可使預(yù)測(cè)的誤差信號(hào)e(n)平均來講比輸入信號(hào)小得多，因而把誤差信號(hào)量化并傳輸給接收端所需要的位數(shù)要少得多。這種波形編碼就是自適應(yīng)差分脈沖編碼（ADPCM），它保證以32kbps的速率完成語音無失真?zhèn)鬏敗?.5.2 自適應(yīng)均衡器下圖中給出另一類應(yīng)用系統(tǒng)自適應(yīng)均衡器的框圖。x(n)為接收信號(hào)加上信道噪聲，它是所接收的信號(hào)通過信道濾波的結(jié)果。d(n)為檢測(cè)碼（傳輸模式）或偽隨機(jī)碼（訓(xùn)練模式）.y(n) 為均衡輸出碼，e

16、(n)為碼簡(jiǎn)串?dāng)_剩余，再加上噪聲。自適應(yīng)濾波器是自適應(yīng)技術(shù)在電訊中很重要的應(yīng)用，其目的是減小信道產(chǎn)生的幅度和相位失真。因?yàn)樵跀?shù)字傳輸系統(tǒng)中，每個(gè)數(shù)碼的傳送會(huì)因信道的影響，產(chǎn)生時(shí)域上展寬即會(huì)造成接收信號(hào)中數(shù)碼的交疊，形成碼間干擾。自適應(yīng)濾波器用來分離各個(gè)數(shù)碼，減少碼間串?dāng)_。在很多情況下，信道是時(shí)變的，或預(yù)先根本不可知的，此時(shí)使用自適應(yīng)技術(shù)就尤為重要。2.5.3 自適應(yīng)回波消除器在電話系統(tǒng)中，用戶設(shè)備都是雙向走線，從用戶到中心局間的電話網(wǎng)采用雙線分別攜帶進(jìn)來的語音信號(hào)和出去的語音信號(hào)。這樣做，可以使導(dǎo)線對(duì)與中心局終端混頻線圈形成橋式平衡。但在實(shí)際應(yīng)用中，橋式平衡很難完全滿足，就使遠(yuǎn)距離談話者的語音

17、信號(hào)中的一部分以回波的形式返回到原端，影響話音信號(hào)的質(zhì)量。尤其是在衛(wèi)星通信這樣的大型線路中，回波返回的延遲時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾百毫秒，對(duì)話音的影響和損害就非常嚴(yán)重。為此，可以在網(wǎng)絡(luò)的兩端安裝自適應(yīng)回波消除器，如圖所示。其中，X（n）為遠(yuǎn)端回波信號(hào)加上近端信號(hào)，y(n)為遠(yuǎn)端回波信號(hào)的估計(jì)，e(n)為近端信號(hào)和回波估計(jì)剩余。自適應(yīng)回波消除器在長(zhǎng)距離話音通訊、高性能電話會(huì)議系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中已經(jīng)成了必不可少的組成部分，并不斷有新的應(yīng)用出現(xiàn)。2.5.4 自適應(yīng)噪聲消除器自適應(yīng)噪聲消除器還可以用來構(gòu)成自適應(yīng)的噪聲消除器，其結(jié)構(gòu)如圖所示原始輸入信號(hào)d(n)中的噪聲估計(jì)，并把估計(jì)值y(n)與原始信道信號(hào)相減以達(dá)

18、到噪聲消除的結(jié)果。噪聲消除器的應(yīng)用十分廣泛，例如心電圖記錄儀的干擾消除，語音信號(hào)的鎮(zhèn)噪，飛機(jī)、汽車、船艙內(nèi)大量噪聲的抑制，天線旁瓣干擾的消除以及消除50HZ紋波等等。自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上面所講的幾種。這些只是在通信中幾個(gè)最常見的應(yīng)用。實(shí)際上，自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用要廣闊的多。像瞬間頻率跟蹤、外來干擾檢測(cè)、聲音多普勒提取、在線系統(tǒng)識(shí)別、圖象信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、波束整形以及自適應(yīng)控制等等。3 設(shè)計(jì)思路首先對(duì)DMA、A/D和D/A進(jìn)行初始化。然后編寫DMA通道傳輸程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，外部模擬信號(hào)先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，利用MCBSP的接收寄存器接收數(shù)據(jù)。之后編寫自適應(yīng)濾波算法程序，或

19、調(diào)用DSPLIB中的自適應(yīng)函數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波。濾波后信號(hào)存放數(shù)據(jù)區(qū)滿發(fā)出中斷，請(qǐng)求信號(hào)輸出。利用DMA方式傳輸輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。4 程序分析4.1 左右分聲道濾波下面是源程序中關(guān)于左右分聲道濾波的代碼段：lefti = gBufferRcvPing2*i; righti = gBufferRcvPing2*i+1;gBufferXmtPing2*i = leftouti;gBufferXmtPing2*i+1 = righti; 其中g(shù)BufferRcvPing是存放所讀入數(shù)據(jù)的數(shù)組，gBufferXmtPing是存放要輸出數(shù)據(jù)的數(shù)組，left是左聲道讀入的數(shù)據(jù)，right

20、是右聲道讀入的數(shù)據(jù)，leftout是左聲道輸出的數(shù)據(jù)，right是右聲道輸出的數(shù)據(jù)。通過咨詢老師我們知道左/右聲道的數(shù)據(jù)分別存放在gBufferRcvPing數(shù)組的雙/單數(shù)地址。因此我們用前兩句代碼將左右聲道的數(shù)據(jù)區(qū)分到兩個(gè)數(shù)組，并在下面對(duì)兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。在處理完成后再將左右聲道的輸出數(shù)據(jù)按照同樣的規(guī)律傳輸給gBufferXmtPing數(shù)組進(jìn)行輸出。這樣就可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)書中的分左右聲道分別采集，并進(jìn)行濾波的要求。4.3 LMS自適應(yīng)算法下面是源程序中關(guān)于LMS自適應(yīng)濾波算法的代碼段：dlms(left,h1,leftout,des,delaybuff,step,16,128);dlms

21、(right,h2,rightout,des,delaybuff1,step,16,128);這是對(duì)信號(hào)進(jìn)行LMS算法自適應(yīng)濾波的代碼段，調(diào)用了DSPLIB庫(kù)函數(shù)。函數(shù)格式為：dlms(DATA*x, DATA*h, DATA*r, DATA*des, DATA*dbuffer, DATA step, ushort nh, ushort x)其中，x是長(zhǎng)度為nx的輸入向量，h是長(zhǎng)度為nh的系數(shù)向量，r是長(zhǎng)度為nx的輸出數(shù)據(jù)向量，des是期望輸出數(shù)組，dbuffer指向延時(shí)緩沖。函數(shù)是自適應(yīng)延時(shí)LMS FIR濾波，步長(zhǎng)step=2u，輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在dbuffer中，濾波輸出結(jié)果存儲(chǔ)在r中，該函數(shù)

22、使用LMS指令完成濾波和修改系數(shù)。5 調(diào)試過程與實(shí)現(xiàn)效果本次調(diào)試過程大致可分為兩部分，即對(duì)疊加了高頻信號(hào)的正弦信號(hào)進(jìn)行濾波和對(duì)疊加了高斯白噪聲的信號(hào)進(jìn)行濾波。下面將分別敘述調(diào)試過程和實(shí)現(xiàn)的效果。5.1 對(duì)疊加了高頻信號(hào)的正弦信號(hào)進(jìn)行濾波首先利用Matlab生成一個(gè)750Hz的正弦信號(hào)，其中疊加了5000Hz的正弦信號(hào)。將計(jì)算機(jī)的音頻輸出端口連接到DSP系統(tǒng)的信號(hào)輸入端口，計(jì)算機(jī)的音頻輸入端口連接到DSP系統(tǒng)的信號(hào)輸出端口。然后用CCS打開編寫好的工程，進(jìn)行編譯后開始運(yùn)行工程。在計(jì)算機(jī)上播放疊加了5000Hz信號(hào)的750Hz正弦信號(hào)，并打開虛擬儀器，利用虛擬儀器和CCS的信號(hào)分析工具共同來觀察波

23、形。觀察到波形如下：本次濾波的步長(zhǎng)step設(shè)置為150。圖（1）.第一次濾波前后信號(hào)時(shí)域波形（step=150）圖（2）.第一次濾波前后信號(hào)頻域波形（step=150）圖（1）中是由CCS觀察到的經(jīng)過濾波前后信號(hào)的時(shí)域波形。其中上方為濾波前信號(hào)，下方為經(jīng)過濾波的信號(hào)。可見濾波前的信號(hào)中疊加了明顯的高頻分量，而濾波后信號(hào)高頻分量大幅度較少，信號(hào)也比較平滑，較為接近原始信號(hào)。圖（2）是通過虛擬儀器觀察到濾波前后信號(hào)的頻域波形，下方是濾波前信號(hào)的頻域波形，下方是濾波后信號(hào)的頻域波形。通過此圖可以更加明顯的看出濾波的效果。濾波前信號(hào)頻譜有明顯的兩個(gè)譜峰，而經(jīng)過濾波后高頻的譜峰幾乎全部被濾除，濾波效果明

24、顯。第二次將濾波的步長(zhǎng)step調(diào)整為70，觀察濾波效果并與step=150時(shí)作對(duì)比。圖（3）.第二次濾波前后信號(hào)時(shí)域波形（step=70）圖（4）.第二次濾波前后信號(hào)頻域波形（step=70）圖（3）是第二次濾波前后信號(hào)的時(shí)域波形?？梢钥闯鰹V波效果也比較明顯，但是波形并不如第一次濾波平滑。這點(diǎn)在頻域波形中體現(xiàn)的更明顯，如圖（4）所示。上方為經(jīng)過濾波后信號(hào)的頻譜，可見高頻分量被明顯的衰減，但是仍有較大的參與，這點(diǎn)也與時(shí)域圖中觀察到的結(jié)果相吻合。除了這兩次濾波外，我還將step設(shè)置過從幾十到幾百的很多個(gè)數(shù)值，通過觀察效果可以簡(jiǎn)單地下一個(gè)結(jié)論：step增大會(huì)使濾波的效果變好，但是step增大會(huì)影響濾

25、波的穩(wěn)定性，即step偏大時(shí)輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生震蕩，濾波效果時(shí)好時(shí)壞；此外，當(dāng)step過大或過小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無法收斂的可能，即毫無濾波效果。5.2 對(duì)疊加了高斯白噪聲的信號(hào)進(jìn)行濾波對(duì)疊加了高斯白噪聲的信號(hào)進(jìn)行濾波的過程與上一節(jié)類似。首先利用Matlab生成一個(gè)750Hz的正弦信號(hào)，其中疊加了高斯白噪聲信號(hào)，信噪比為7dB。將計(jì)算機(jī)的音頻輸出端口連接到DSP系統(tǒng)的信號(hào)輸入端口，計(jì)算機(jī)的音頻輸入端口連接到DSP系統(tǒng)的信號(hào)輸出端口。然后用CCS打開編寫好的工程，進(jìn)行編譯后開始運(yùn)行工程。在計(jì)算機(jī)上播放疊加了噪聲信號(hào)的750Hz正弦信號(hào)，并打開虛擬儀器，利用虛擬儀器和CCS的信號(hào)分析工具共同來觀察波形。觀察到

26、波形如下：本次濾波的步長(zhǎng)step設(shè)置為150。圖（5）.第一次濾波前后信號(hào)時(shí)域波形（step=150）圖（6）.第一次濾波前后信號(hào)頻域波形（step=150）圖（5）中是對(duì)疊加了噪音的信號(hào)進(jìn)行第一次濾波前后的信號(hào)時(shí)域波形。上方是疊加了噪聲的輸入信號(hào)，下方是濾波后的信號(hào)?？梢娡ㄟ^濾波后，信號(hào)明顯變得平滑和完整，十分接近原始750Hz的單正弦信號(hào)。圖（6）是濾波前后信號(hào)的頻域波形?？梢娤路降妮斎胄盘?hào)有較多的噪聲分量，而上方濾波后信號(hào)帶外噪聲明顯減少，這也與時(shí)域的波形相一致。第二次將濾波的步長(zhǎng)step調(diào)整為70，觀察濾波效果并與step=150時(shí)作對(duì)比。圖（7）.第二次濾波前后信號(hào)時(shí)域波形（step

27、=70）圖（8）.第二次濾波前后信號(hào)頻域波形（step=70）由以上兩圖可知，當(dāng)step調(diào)整為70后，對(duì)濾波的效果并無太大的影響。但是此后我又將step設(shè)置為相差更大的值。這是得到的結(jié)論與對(duì)疊加了高頻信號(hào)的正弦信號(hào)進(jìn)行濾波時(shí)相類似，即step較大時(shí)濾波效果較好，step較小時(shí)濾波穩(wěn)定性較好，但是當(dāng)step過大或過小時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法濾波的情況。說明一點(diǎn)，為了能在虛擬儀器上同時(shí)觀察濾波前后的波形，做以上測(cè)試時(shí)我們只對(duì)左聲道進(jìn)行了濾波處理，而右聲道是直接輸出。將左右聲道都進(jìn)行濾波處理時(shí)，得到的效果與單一聲道處理時(shí)完全一致。這也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)任務(wù)書中左右聲道分別采集信號(hào)，并進(jìn)行濾波的附加設(shè)計(jì)要求的可行性。通過

28、以上測(cè)試，可以初步認(rèn)為這一自適應(yīng)濾波系統(tǒng)可以滿足設(shè)計(jì)要求。7 參考文獻(xiàn)1趙洪亮. TMS320C55x DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2010.2李利. DSP原理及應(yīng)用（第二版）. 北京： 中國(guó)水利水電出版社，2012.3劉艷萍. DSP技術(shù)原理及應(yīng)用教程（第三版）. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2012.4張衛(wèi)寧. DSP原理與應(yīng)用教程. 北京： 科學(xué)出版社， 2008.5王麗芳，陳益平. 基于DSP的自適應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn). 北京：計(jì)算機(jī)仿真， 2009（9）. 281-284.附：原始程序#include #include #include #incl

29、ude /-Global data definition-/* Constants for the buffered ping-pong transfer */#define BUFFSIZE 256#define PING 0#define PONG 1#define step 300#pragma DATA_SECTION (gBufferXmtPing, buffer_sect);Int16 gBufferXmtPingBUFFSIZE; / Transmit PING buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferXmtPong, buffer_sect);In

30、t16 gBufferXmtPongBUFFSIZE; / Transmit PONG buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferRcvPing, buffer_sect);Int16 gBufferRcvPingBUFFSIZE; / Receive PING buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferRcvPong, buffer_sect);Int16 gBufferRcvPongBUFFSIZE; / Receive PONG buffer#pragma DATA_SECTION (left, buffer_sect);Int16

31、 left128; / #pragma DATA_SECTION (right, buffer_sect);Int16 right128; / #pragma DATA_SECTION (h1, buffer_sect);Int16 h116; #pragma DATA_SECTION (h2, buffer_sect);Int16 h216; #pragma DATA_SECTION (des, buffer_sect);Int16 des128=0, 3196,6270,9102,11585,13623,15137,16069,16384,16069,15137,13623,11585,9

32、102,6270, 3196,0, -3196,-6270,-9102,-11585,-13623,-15137,-16069,-16384,-16069,-15137,-13623,-11585,-9102,-6270, -3196,0, 3196,6270,9102,11585,13623,15137,16069,16384,16069,15137,13623,11585,9102,6270, 3196,0, -3196,-6270,-9102,-11585,-13623,-15137,-16069,-16384,-16069,-15137,-13623,-11585,-9102,-627

33、0, -3196,0, 3196,6270,9102,11585,13623,15137,16069,16384,16069,15137,13623,11585,9102,6270, 3196,0, -3196,-6270,-9102,-11585,-13623,-15137,-16069,-16384,-16069,-15137,-13623,-11585,-9102,-6270, -3196,0, 3196,6270,9102,11585,13623,15137,16069,16384,16069,15137,13623,11585,9102,6270, 3196,0, -3196,-62

34、70,-9102,-11585,-13623,-15137,-16069,-16384,-16069,-15137,-13623,-11585,-9102,-6270, -3196,;#pragma DATA_SECTION (leftout, buffer_sect);Int16 leftout128;#pragma DATA_SECTION (rightout, buffer_sect);Int16 rightout128;#pragma DATA_SECTION (delaybuff, buffer_sect);Int16 delaybuff18; #pragma DATA_SECTIO

35、N (delaybuff, buffer_sect);Int16 delaybuff18;#pragma DATA_SECTION (flag, buffer_sect);short flag14;#pragma DATA_SECTION (delaybuff1, buffer_sect);Int16 delaybuff118;/*-*/MCBSP_Config Mcbsp1Config = MCBSP_SPCR1_RMK( MCBSP_SPCR1_DLB_OFF, / DLB = 0 MCBSP_SPCR1_RJUST_LZF, / RJUST = 0,right justify the d

36、ata and zero fill the MSBs MCBSP_SPCR1_CLKSTP_DISABLE, / CLKSTP = 0 MCBSP_SPCR1_DXENA_ON, / DXENA = 1,DX delay enabler on 0, / Reserved = 0 MCBSP_SPCR1_RINTM_RRDY, / RINTM = 0 MCBSP_SPCR1_RSYNCERR_NO, / RSYNCER = 0 / MCBSP_SPCR1_RFULL_NO, / RFULL = 0 / MCBSP_SPCR1_RRDY_NO, / RRDY = 0 MCBSP_SPCR1_RRS

37、T_DISABLE / RRST = 0; Disable receiver ), MCBSP_SPCR2_RMK( MCBSP_SPCR2_FREE_NO, / FREE = 0 MCBSP_SPCR2_SOFT_NO, / SOFT = 0 MCBSP_SPCR2_FRST_FSG, / FRST = 1 ; Enable the frame-sync logic MCBSP_SPCR2_GRST_CLKG, / GRST = 1 ; The sample rate generator is take out of its reset state MCBSP_SPCR2_XINTM_XRD

38、Y, / XINTM = 0 MCBSP_SPCR2_XSYNCERR_NO, / XSYNCER =0 / MCBSP_SPCR2_XEMPTY_NO, / XEMPTY = 0 / MCBSP_SPCR2_XRDY_NO, / XRDY = 0 MCBSP_SPCR2_XRST_DISABLE / XRST = 0 Disable transimitter ), / 單數(shù)據(jù)相，接受數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16位,每相2個(gè)數(shù)據(jù) MCBSP_RCR1_RMK( MCBSP_RCR1_RFRLEN1_OF(1), / RFRLEN1 = 1 MCBSP_RCR1_RWDLEN1_16BIT / RWDLEN1

39、 = 2 ), MCBSP_RCR2_RMK( MCBSP_RCR2_RPHASE_SINGLE, / RPHASE = 0 MCBSP_RCR2_RFRLEN2_OF(0), / RFRLEN2 = 0 MCBSP_RCR2_RWDLEN2_8BIT, / RWDLEN2 = 0 MCBSP_RCR2_RCOMPAND_MSB, / RCOMPAND = 0 No companding,any size data, MSB received first MCBSP_RCR2_RFIG_YES, / RFIG = 1 Frame-sync ignore MCBSP_RCR2_RDATDLY_1

40、BIT / RDATDLY = 1 1-bit data delay ), MCBSP_XCR1_RMK( MCBSP_XCR1_XFRLEN1_OF(1), / XFRLEN1 = 1 MCBSP_XCR1_XWDLEN1_16BIT / XWDLEN1 = 2 ), MCBSP_XCR2_RMK( MCBSP_XCR2_XPHASE_SINGLE, / XPHASE = 0 MCBSP_XCR2_XFRLEN2_OF(0), / XFRLEN2 = 0 MCBSP_XCR2_XWDLEN2_8BIT, / XWDLEN2 = 0 MCBSP_XCR2_XCOMPAND_MSB, / XCO

41、MPAND = 0 MCBSP_XCR2_XFIG_YES, / XFIG = 1 Unexpected Frame-sync ignore MCBSP_XCR2_XDATDLY_1BIT / XDATDLY = 1 1-bit data delay ), MCBSP_SRGR1_DEFAULT, MCBSP_SRGR2_DEFAULT, MCBSP_MCR1_DEFAULT, MCBSP_MCR2_DEFAULT, MCBSP_PCR_RMK( / MCBSP_PCR_IDLEEN_RESET, / IDLEEN = 0 MCBSP_PCR_XIOEN_SP, / XIOEN = 0 MCB

42、SP_PCR_RIOEN_SP, / RIOEN = 0 MCBSP_PCR_FSXM_EXTERNAL, / FSXM = 0 Tranmit frame-syn is provided by AIC23B MCBSP_PCR_FSRM_EXTERNAL, / FSRM = 0 Receive frame-syn is provided by AIC23B MCBSP_PCR_CLKXM_INPUT, / CLKR is input MCBSP_PCR_CLKRM_INPUT, / CLKX is input MCBSP_PCR_SCLKME_NO, / SCLKME=0 CLKG is t

43、aken from the McBSP internal input clock / MCBSP_PCR_CLKSSTAT_0, / The signal on the CLKS pin is low MCBSP_PCR_DXSTAT_0, / Drive the signal on the DX pin low / MCBSP_PCR_DRSTAT_0, / The signal on the DR pin is low MCBSP_PCR_FSXP_ACTIVEHIGH, / FSXP = 1 Because a falling edge on LRCIN or LRCOUT starts

44、 data transfer MCBSP_PCR_FSRP_ACTIVELOW, / FSRP = 1 MCBSP_PCR_CLKXP_FALLING, / CLKXP = 1 The falling edge of BCLK starts data transfer MCBSP_PCR_CLKRP_RISING / CLKRP = 1 ), MCBSP_RCERA_DEFAULT, MCBSP_RCERB_DEFAULT, MCBSP_RCERC_DEFAULT, MCBSP_RCERD_DEFAULT, MCBSP_RCERE_DEFAULT, MCBSP_RCERF_DEFAULT, M

45、CBSP_RCERG_DEFAULT, MCBSP_RCERH_DEFAULT, MCBSP_XCERA_DEFAULT, MCBSP_XCERB_DEFAULT, MCBSP_XCERC_DEFAULT, MCBSP_XCERD_DEFAULT, MCBSP_XCERE_DEFAULT, MCBSP_XCERF_DEFAULT, MCBSP_XCERG_DEFAULT, MCBSP_XCERH_DEFAULT ; DMA_Config dmaRcvConfig = DMA_DMACSDP_RMK( DMA_DMACSDP_DSTBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_DSTPACK

46、_OFF, DMA_DMACSDP_DST_DARAMPORT1, DMA_DMACSDP_SRCBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_SRCPACK_OFF, DMA_DMACSDP_SRC_PERIPH, DMA_DMACSDP_DATATYPE_16BIT ), /* DMACSDP */ DMA_DMACCR_RMK( DMA_DMACCR_DSTAMODE_POSTINC, DMA_DMACCR_SRCAMODE_CONST, DMA_DMACCR_ENDPROG_OFF,/* ENDPROG OFF */ DMA_DMACCR_WP_DEFAULT, DMA_DMACC

47、R_REPEAT_OFF, DMA_DMACCR_AUTOINIT_ON,/* AUTOINIT ON */ DMA_DMACCR_EN_STOP, DMA_DMACCR_PRIO_LOW, DMA_DMACCR_FS_DISABLE, DMA_DMACCR_SYNC_REVT1 ), /* DMACCR */ DMA_DMACICR_RMK( DMA_DMACICR_AERRIE_ON, DMA_DMACICR_BLOCKIE_OFF, DMA_DMACICR_LASTIE_OFF, DMA_DMACICR_FRAMEIE_ON, DMA_DMACICR_FIRSTHALFIE_OFF, D

48、MA_DMACICR_DROPIE_OFF, DMA_DMACICR_TIMEOUTIE_OFF ), /* DMACICR */ (DMA_AdrPtr)(MCBSP_ADDR(DRR11), /* DMACSSAL */ 0, /* DMACSSAU */NULL, /* DMACDSAL, to be loaded by submit */ 0, /* DMACDSAU */ BUFFSIZE, /* DMACEN */ 1, /* DMACFN */ 0, /* DMACFI */ 0 /* DMACEI */;DMA_Config dmaXmtConfig = DMA_DMACSDP_RMK( DMA_DMACSDP_DSTBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_DSTPACK_OFF, DMA_DMACSDP_DST_PERIPH, DMA_DMACSDP_SRCBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_SRCPACK_OFF, DMA_DMACSDP_SRC_DARAMP