DSP課程研發(fā)設(shè)計報告

1、課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱：DSP原理與應(yīng)用系 部：二系學生姓名：班 級：學 號：成 績：指導教師：開課時間：2010-2011學年2學期目錄一、設(shè)計的要求1二、設(shè)計原理12.1、FIR濾波器的特點 122、FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu) 12.3、FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法 2三、設(shè)計步驟33.1語音采集的采集與分析 33.2用MATLAB 給原始信號加噪聲 5四、設(shè)計一定參數(shù)的濾波器 74.1用MATLAB 設(shè)計濾波器 74.2、用FIR濾波器濾除高頻 11五、設(shè)計體會 17六、參考文獻 17基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設(shè)計、設(shè)計的要求1、系統(tǒng)地理解和掌握高速數(shù)字信號處理器的特

2、點和基本概念。2、了解TMS320054x DSP匯編語言的特點，掌握TMS320C54x DSP常用的開發(fā)工具，掌握集成開發(fā)環(huán)境 CCS的使用，熟練掌握利用CCS進行程序開發(fā)的一般過程。3、掌握匯編語言程序的編寫方法，匯編器和鏈接器的用法，能利用匯編指令實現(xiàn)高速數(shù)字信號處理器的一些典型用法。DSP技術(shù)在通訊、4、在DSP應(yīng)用方面得到系統(tǒng)鍛煉，通過該課程的學習為今后從事使用 控制等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用、研究和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，為進入社會增加一種工作技能。編寫源代碼程序，并在DSP開發(fā)環(huán)境5、要求認真查閱所需資料， 按照選題編制程序框圖, 中進行調(diào)試，最終實現(xiàn)課題所要求的功能。二、設(shè)計原理在數(shù)字信號

3、處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語音處理、圖像處理、模式識別、頻譜分析等應(yīng)用中的基本處理算法。用DSF芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點外，還具有靈活性好等特點。2.1、FIR濾波器的特點(1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個n值處不為零;系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|>0處收斂，在|z|>0處只有零點，有限z平面只有零點，而全部極點 都在z=0處個果系統(tǒng))；(3)結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)(例如頻率抽樣結(jié)構(gòu)) 中也包含有反饋的遞歸結(jié)構(gòu)。2.2、FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波是將輸入的信號序列，按規(guī)定的算法進行處理，

4、從而得到所期望的輸出序列。一個線性位移不變系統(tǒng)的輸出序列 y(n)和輸入序列x(n)之間的關(guān)系，應(yīng)滿足常系數(shù)線性差分方程:(1)N 4My(n)八 bix(n-i)-' aiy(n-i)n_0i =0i =1x(n):輸入序列，y(n):輸出序列，ai、bi :濾波器系數(shù)，N:濾波器的階數(shù)。在式(1)中，若所有的 ai均為0,則得FIR濾波器的差分方程:N 4y(n)八 hx(n -i)i =0對式(2)進行z變換，可得FIR濾波器的傳遞函數(shù):FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)是一個分節(jié)的延時線，把每一節(jié)的輸出加權(quán)累加，得到濾波器 的輸出。FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示：x(n-1)x(n)-

5、o y(n)x(n-N+1)圖2.1 FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖 FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)為有限長序列。FIR濾波器具有線性相位特性。若h(n)為實數(shù)，且滿足偶對稱或奇對稱的條件，則偶對稱：h(n )= h(N-1- n) ;奇對稱：h(n)= -h(N-1- n) 。在數(shù)字濾波器中，F(xiàn)IR濾波器具有如下幾個主要特點： FIR濾波器無反饋回路，是一種無條件穩(wěn)定系統(tǒng)； FIR濾波器可以設(shè)計成具有線性相位特性。2.3、FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法常用的FIR濾波器的設(shè)計方法有窗函數(shù)設(shè)計法和頻率抽樣設(shè)計法。窗函數(shù)法設(shè)計的 基本思想是設(shè)計一個有限長濾波器頻率響應(yīng)來逼近理想濾波器的頻率響應(yīng)。設(shè)理想濾波

6、 器的頻率響應(yīng)為Hd(ejw)，其單位抽樣響應(yīng)用hd(n)表示。通常選擇Hd(ejw)為具有分段常 數(shù)特性的理想濾波器，因此hd( n)是無限長非因果的，不能直接作為FIR數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)。窗函數(shù)設(shè)計法就是截取 hd( n)的一段為有限長因果序列，并選擇合適的窗函 數(shù)進行加權(quán)作為FIR數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)。窗函數(shù)法設(shè)計線性相位 FIR濾波器的一般步驟為：(1) 首先是給定所要求的頻率響應(yīng)函數(shù)Hd(ejw)；(2) 求理想濾波器的單位抽樣響應(yīng)人(用二命也(宀叫血(3) 由過渡帶帶寬及阻帶最小衰減的要求，選定窗函數(shù)w(n)，并估計窗口長度N ；(4) 求得所設(shè)計的FIR濾波器的單位抽樣

7、響應(yīng)（5）求FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)h（二）七心hn«0三、設(shè)計步驟3.1語音信號的采集與分析（1）錄制語音，并命名為“ wjj”，保存在相應(yīng)的位置（C盤）。單擊開始菜單一一程序一一附件一一娛樂一一錄音機，然后設(shè)計屬性：單擊文件一一屬性，在彈出的文本框中單擊立即轉(zhuǎn)換一一設(shè)計格式（PCM）屬性（8000KHZ 16位單聲道16KB/秒，然后點擊確定。開始錄音。（2）用MATLAB寸原始語音信號進行分析，畫出它的時域波形和頻譜。程序如下：fs=22050;x1wjj.wav');sou nd(x1,22050);%播放語音信號y1=fft(x1,1024);%對信號做1024點FF

8、T變換f=fs*(0:511)/1024;figureplot(x1)%做原始語音信號的時域圖形title（'原始語音信號');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');figure(2)freqz(x1)%繪制原始語音信號的頻率響應(yīng)圖title（'頻率響應(yīng)圖'）figure(3)subplot(2,1,1);plot(abs(y1(1:512)%做原始語音信號的 FFT頻譜圖title（'原始語音信號FFT頻譜')subplot(2,1,2);plot(f,abs(y1(1:512);

9、title('原始語音信號頻譜')xlabel('Hz');ylabel('幅值');圖3.1原始語音信號圖頻率響應(yīng)圖藍出詈)OJSMd圖3.2頻率響應(yīng)圖圖3.3原始語音信號FFT頻譜和信號頻譜圖3.2用MATLAB給原始信號加噪聲給原始的語音信號加上一個高頻余弦噪聲，頻率為（56Khz任選），形成噪聲文件。再對加噪后的語音進行分析，并畫出其信號時域和頻譜圖。程序如下：fs=22050;x1=wavread( 'C:wjj.wav '); f=fs*(0:511)/1024;t=0:1/fs:(le ngth(x1)-1)/fs;

10、 Au=0.03;d=Au*cos(2*pi*5500*t)' x2=x1+d;sou nd(x2,22050);y2=fft(x2,1024);figure (4) ;plot(t,x2)title('加噪后的信號');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');figure(5) subplot(2,1,1);plot(f,abs(y1(1:512);title('原始語音信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');subplot(2

11、,1,2);plot(f,abs(y2(1:512);title('加噪后的信號頻譜)；xlabel('Hz'); ylabel('fuzhi');圖3.4 加噪后的信號wjj1.wav ')；%用于生成噪聲語音加噪后的信號通過比較圖1和圖4,可以看出，加噪聲后的信號的幅值明顯比原始信號的幅值高。原始語音信號頻譜加噪后的信號頻譜圖3.5原始語音和加噪后的信號頻譜對比圖四、設(shè)計一定參數(shù)的濾波器4.1用MATLAB設(shè)計濾波器使用fir2函數(shù)設(shè)計一個35階低通濾波器，信號的采樣頻率為 8000Hz，濾波器的通帶截 止頻率為3100Hz，阻帶截止頻率為

12、3500Hz。在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。歸一化頻率的計算方法：f=實際頻率/（采樣頻率/2），則將截止頻率歸一化后的截止頻率值為 0.775、0.875。4.1.1 用 matlab 求 fir2 的參數(shù)：運行下列程序：f=0 0.775 0.875 1m=11 0 0b=fir2(34,f,m)得到的數(shù)據(jù)f =00.77500.87501.0000m =110 0b =Columns 1 through 70.0000-0.00030.0007-0.00130.0017-0.0012-0.0012Columns 8 through 140.0059-0.01210.0170-0

13、.01640.00580.0175-0.0528Colu mns 15 through 210.0950-0.13560.16500.82420.1650-0.13560.0950Columns 22 through 28-0.05280.01750.0058-0.01640.0170-0.01210.0059Columns 29 through 35-0.0012-0.00120.0017-0.00130.0007-0.00030.0000、FIR濾波器的程序流程圖開始初始化工作變l=L 量r調(diào)用波形 序產(chǎn)生混（高頻加孩發(fā)生子程 昆疊的波形氐頻1調(diào)用FIR濾波子程 序計算當前輸出FIR濾波用

14、濾波器系數(shù)乘以保 存的N-1個輸入值和 當前輸入值并求和返回計算結(jié)果、濾波程序：#in elude "myapp.h"#i nclude "ICETEK-VC5509-EDU.h"#in clude "sca ncode.h"#in clude <math.h>#defi ne FIRNUMBER 35#define SIGNAL1F 3100#define SIGNAL2F 3500#define SAMPLEF 8000#define PI 3.1415926float In putWave();float FIR()

15、;float fHnFIRNUMBER=0.0000, -0.0003, 0.0007, -0.0013 , 0.0017, -0.0012 , -0.0012,0.0059, -0.0121, 0.0170, -0.0164, 0.0058, 0.0175, -0.0528,0.0950 , -0.1356 , 0.1650 , 0.8242 , 0.1650 , -0.1356 , 0.0950 , -0.0528 ,0.0175 , 0.0058 , -0.0164 , 0.0170 , -0.0121 , 0.0059 ,-0.0012, -0.0012 , 0.0017 , -0.0

16、013 , 0.0007 , -0.0003 , 0.0000;float fXn FIRNUMBER= 0.0 ;float fin put,fOutput;float fSig nal1,fSig nal2;float fStepSig nal1,fStepSig nal2;float f2PI;int i;float fIn256,fOut256;int nln,n Out;main ()nln=0; nO ut=0;f2PI=2*PI;fSig nal1=0.0;fSig nal2=PI*0.1;fStepSig nal1=2*PI/30;fStepSig nal2=2*PI*1.4;

17、while ( 1 )fin put= In putWave();flnnln =fl nput;nln+; nln %=256;fOutput=FIR();fOut nOut=fOutput;nO ut+;/* break poi nt */if ( nOut>=256 )n Out=0;float In putWave()for ( i=FIRNUMBER-1;i>0;i-)fXn i=fX n i-1;fXn 0=si n(double)fSig nal1)+cos(double)fSig nal2)/6.0;fSig nal1+=fStepSig nal1;if ( fSi

18、g nal1>=f2PI )fSig nal1-=f2PI;fSig nal2+=fStepSig nal2;if ( fSig nal2>=f2PI )fSig nal2-=f2PI;return(fX n 0);float FIR()float fSum;fSum=0;for ( i=0;i<FIRNUMBER;i+ )fSum+=(fX n i*fH ni);return(fSum);FIR濾波器的DSP實現(xiàn)程序采用C語言編寫，濾波器時頻特性如圖 4.2和圖4.5所示。圖4.1圖4.4圖4.3圖4.2圖4.5圖4.64.2、用FIR濾波器濾除高頻噪聲、對生成的加噪語音進

19、行噪聲濾波，并對濾波后的語音進行分析 語音信號的FIR濾波程序流程圖如下：初始化：EMIF、 CPU 頻率、AIC23調(diào)用 AIC23_Mixer 子程序處理音頻數(shù) 據(jù)輸入/輸出422、語音信號的FIR濾波程序#i nclude "55O9.h"#include "util.h" #include "audio.h" / AIC23 Con trol Register addresses#defi ne AIC23_LT_LINE_CTL 0x00 / 0#defi ne AIC23_RT_LINE_CTL 0x02 / 1#defi

20、 ne AIC23_LT_HP_CTL 0x04 / 2#defi ne AIC23_RT_HP_CTL 0x06 / 3#defi ne AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL 0x08 / 4#defi ne AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL 0x0A / 5#defi ne AIC23_POWER_DOWN_CTL 0x0C / 6#defi ne AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT 0x0E / 7#defi ne AIC23_SAMPLE_RATE_CTL 0x10 / 80x1E / F - Writing 0 to this reg trigger

21、s#defi ne AIC23_DIGF_ACTIVATE 0x12 / 9 #defi ne AIC23_RESET_REG reset / AIC23 Control Register setti ngs#defi ne lt_ch_vol_ctrl0x0017 /* 0 */0x0079 /* 2 */0x0079 /* 3 */0x0000 /* 4 */0x0000 /* 5 */0x0002 /* 6 */#defi ne rt_ch_vol_ctrl0x0017 /* 1 */ #defi ne lt_ch_headph_ctrl #defi ne rt_ch_headph_ct

22、rl #defi ne alog_au_path_ctrl #defi ne digi_au_path_ctrl #defi ne pow_mgt_ctrl_ctrl #defi ne digi_au_i ntf_ctrl 0x000D /* 7 */#defi ne au_FS_TIM_ctrl 0x0000 /* 8 MCLK=12M Hz, Sample Rate setti ng */#defi ne digi_i ntf1_ctrl 0x0001 /* 9 */#defi ne digi_i ntf2_ctrl 0x00FF /* 10 */#defi ne DIGIF_FMT_MS

23、0x40#defi ne DIGIF_FMT_LRSWAP 0x20 #defi ne DIGIF_FMT_LRP0x10#defi ne DIGIF_FMT_IWL0x0c#defi ne DIGIF_FMT_FOR0x03#defi ne DIGIF_FMT_IWL_160x00#defi ne DIGIF_FMT_IWL_200x04#defi ne DIGIF_FMT_IWL_240x08#defi ne DIGIF_FMT_IWL_320xc0 #defi ne DIGIF_FMT_FOR_MSBRIGHT 0x00#defi ne DIGIF_FMT_FOR_MSLEFT 0x01

24、#defi ne DIGIF_FMT_FOR_I2S0x02#defi ne DIGIF_FMT_FOR_DSP0x03#defi ne POWER_DEV0x80#defi ne POWER_CLK0x40#defi ne POWER_OSC0x20#defi ne POWER_OUT0x10#defi ne POWER_DAC0x08#defi ne POWER_ADC0x04#defi ne POWER_MIC0x02#defi ne POWER_LINE0x01#defi ne SRC_CLKOUT0x80#defi ne SRC_CLKIN0x40#defi ne SRC_SR#de

25、fi ne ANAPCTL_BYP0x3c0x020x010x200x180x0c0xc00x200x100x080x040x020x010x08#defi ne SRC_BOSR#defi ne SRC_MO #defi ne SRC_SR_44#define SRC SR 32 #defi ne SRC_SR_8 #define ANAPCTL STA #defi ne ANAPCTL_STE #define ANAPCTL DAC #defi ne ANAPCTL_INSEL #defi ne ANAPCTL_MICM #defi ne ANAPCTL_MICB #define DIGP

26、CTL DACM#defi ne DIGPCTL_DEEMP0x06#defi ne DIGPCTL_ADCHP0x01#defi ne DIGPCTL_DEEMP_DIS0x00#defi ne DIGPCTL_DEEMP_320x02#defi ne DIGPCTL_DEEMP_440x04#defi ne DIGPCRL_DEEMP_480x06#defi ne DIGIFACT_ACT0x01#defi ne LT_HP_CTL_LZC0x80#defi ne RT_HP_CTL_RZC0x80void AIC23_Write( un sig ned short regaddr, un

27、 sig ned short data) -un sig ned char buf2;buf0 = regaddr;buf1 = data;I2C_Write(I2C_AIC23, 2, buf);void McBSP0_I nitSlave()PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;/ Put the MCBSP in resetWrite(pMCBSP0 -> spcr1, 0);Write(pMCBSP0 -> spcr2, 0);/ Config frame parameters (32 bit, sin gle

28、 phase, no delay)Write(pMCBSP0 -> xcr1, XWDLEN1_32);Write(pMCBSP0 -> xcr2, XPHASE_SINGLE | XDATDLY_0);Write(pMCBSP0 -> rcr1, RWDLEN1_32);Write(pMCBSP0 -> rcr2, RPHASE_SINGLE | RDATDLY_0);/ Disable int frame gen erati on and en able slave w/ext frame sig nals on FSX/ Frame sync is active

29、high, data clocked on rising edge of clkx Write(pMCBSP0 -> pcr, PCR_CLKXP);/ Bring tran smitter and receiver out of resetSetMask(pMCBSP0 -> spcr2, SPCR2_XRST);SetMask(pMCBSP0 -> spcr1, SPCR1_RRST);void AIC23_I nit()I2C_I ni t();/ Reset the AIC23 and turn on all powerAIC23_Write(AIC23_RESET_

30、REG, 0);AIC23_Write(AIC23_POWER_DOWN_CTL, 0);AIC23_Write(AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL, ANAPCTL_DAC | ANAPCTL_INSEL); / 使用 麥克風音源AIC23_Write(AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL, 0);/ Tur n on volume for line in putsAIC23_Write(AIC23_LT_LINE_CTL,0x000);AIC23_Write(AIC23_RT_LINE_CTL,0x000);/ Configure the AIC23 for maste

31、r mode, 44.1KHz stereo, 16 bit samples/ Use 12MHz USB clockAIC23_Write(AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT, DIGIF_FMT_MS | DIGIF_FMT_IWL_16 |DIGIF_FMT_FOR_DSP);AIC23_Write(AIC23_SAMPLE_RATE_CTL, SRC_SR_44 | SRC_BOSR | SRC_MO);/ Turn on headpho ne volume and digital in terfaceAIC23_Write(AIC23_LT_HP_CTL, 0x07f);

32、 / 0x79 for speakersAIC23_Write(AIC23_RT_HP_CTL, 0x07f);AIC23_Write(AIC23_DIGF_ACTIVATE, DIGIFACT_ACT);/ Set McBSP0 to be tran smit slaveMcBSP0_l nitSlave();void AIC23_Disable()PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;I2C_Disable();/ Put the MCBSP in resetWrite(pMCBSP0 -> spcr1, 0);Writ

33、e(pMCBSP0 -> spcr2, 0);#defi ne AUTIODATALEFT 0x0d000#defi ne AUTIODATARIGHT 0x17000int *pAudioLeft,*pAudioRight;int www=0;void AIC23_Mixer()PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;int left, right;int *pl,*pr, nAudioCou nt;int i;pAudioLeft=pl=(i nt *)AUTIODATALEFT;pAudioRight=pr=(i nt

34、*)AUTIODATARIGHT;n AudioCou nt=0;for ( i=0;i<NX;i+) xi=0;for ( i=0;i<NH+2;i+) dbi=0;while(1)while (!ReadMask(pMCBSP0 -> spcr2, SPCR2_XRDY);/ 等待數(shù)據(jù)傳輸完成(*pl)=left = Read(pMCBSP0 -> ddr1);/ 讀入左聲道數(shù)據(jù)right = Read(pMCBSP0 -> ddr2);/ 讀入右聲道數(shù)據(jù)xNX-1=left/16;/防止濾波時數(shù)據(jù)溢出fir2(x, h, r, db, NX, NH);/調(diào)用濾波程序計算當前輸出/數(shù)組r的最后一個單元為當前輸出 將原始數(shù)據(jù)送左聲道輸出/將原始數(shù)據(jù)送左聲道輸出/將經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)送右聲道輸出 /循環(huán)使用緩沖區(qū)(*pr)=rNX-1;Write(pMCBSPO -> dxrl, left); / /Write(pMCBSPO -> dxrl, rNX-1); Write(pMCBSPO -> d