關(guān)于DSP的語音信號(hào)FIR濾波和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

0 引 言

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，各種數(shù)字濾波器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，設(shè)計(jì)實(shí)際濾波器時(shí)，既要考慮濾波器的幅度特性，又要考慮相位特性，所以，本文提出了用DSP芯片TMS320VC5509A對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行FIR濾波的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。該方法利用DSP中一款高性能多媒體數(shù)字語音編解碼器TLV320AIC23來采集語音信號(hào)，采集到的語音信號(hào)再經(jīng)一系列變換進(jìn)行FIR濾波，最終輸出高質(zhì)量的語音信號(hào)。

1系統(tǒng)主要器件

本設(shè)計(jì)選用高性能的多媒體數(shù)字語音編解碼器TLV320AIC23來進(jìn)行語音信號(hào)的采集。TLV320AIC23是TI公司生產(chǎn)的一款高性能的多媒體數(shù)字語音編解碼器，它的內(nèi)部ADC和DAC轉(zhuǎn)換模塊帶有完整的數(shù)字濾波器，數(shù)據(jù)傳輸寬度可以是16位、20位、24位和32位，采樣頻率范圍可從8 kHz到96 kHz，并可通過控制接口來編輯該器件的控制寄存器。TLV320AIC23支持SPI，I2C兩種控制模式，其控制模式由MODEM管腳決定。本系統(tǒng)采用I2C模式。

TMS320VC5509A是TI公司C5000 DSP系列中的新一代數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)品。對(duì)C54X有很好的繼承性，并與C54x源代碼兼容，從而能有效地保護(hù)用戶在軟件上的投資。此外，它還具有低功耗、低成本等特點(diǎn)，可在有限的功率條件下保持最好的性能。其片內(nèi)有兩個(gè)MAC，而且在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，每個(gè)MAC可同時(shí)完成17×17位的乘法和一個(gè)40位的加法或減法運(yùn)算，因而運(yùn)算速度非?？?。

2 FIR濾波器的原理及特點(diǎn)

通過FIR濾波器能在保證幅度特性同時(shí)，保證嚴(yán)格的線性相位特性。一般情況下，假如FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)長度h（n）為N，則其系統(tǒng)函數(shù)H （x）為：

式中，H（z）是的（N-1）次多項(xiàng)式，它在z平面上有（N-1）個(gè)零點(diǎn)，其原點(diǎn)z=0是（N-1）階重極點(diǎn)。因此，H（z）能永遠(yuǎn)保持穩(wěn)定。

本設(shè)計(jì)采用64階濾波參數(shù)，低通濾波，選用的截止頻率為2400 Hz，采樣頻率為48000 Hz，增益為48 dB。

3語音信號(hào)的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)

3.1硬件描述

語音信號(hào)的FIR濾波硬件可在ICETEK-VC5509-EDU系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。本設(shè)備以TMS320VC5509A為核心，是配備有AD／DA、鍵盤、液晶等I／O在內(nèi)的完整DSP開發(fā)系統(tǒng)，可利用DSP的多通道緩沖串口（MCBSP）和TLV320AIC23進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳送。TLV320AIC23能在數(shù)字和模擬電壓下工作，且與TMS320C55x型DSP的I／O口電壓相兼容，因而能實(shí)現(xiàn)與TMS320C55x DSP中MCBSP（多通道緩沖串口）端口的無縫連接，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡單。其具體的硬件電路圖如圖1所示。

3.2軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于用DSP器件設(shè)計(jì)的語音信號(hào)濾波器，其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可使用CCS（Code Composer Studio）軟件來進(jìn)行調(diào)試。設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)EMIF、CPU、TLV320AIC23進(jìn)行初始化配置，然后再調(diào)用AIC_Mixer子程序來處理音頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

在子程序中，首先初始化語音緩沖區(qū)和工作變量，等待MCBSP通道0傳送結(jié)束后，再采集語音信號(hào)，然后傳送到MCBSP并保存于左聲道緩沖區(qū)，此時(shí)即可調(diào)用FIR2計(jì)算FIR濾波輸出，濾波后的結(jié)果存放于右聲道緩沖區(qū)，最后將濾波后的信號(hào)輸出到MCBSP接口，再將此信號(hào)傳送到TLV320AIC23中，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出。具體的軟件流程圖如圖2所示。

4結(jié)束語

本設(shè)計(jì)通過硬件電路測試證明，當(dāng)未進(jìn)行FIR濾波時(shí)，聲音中含有的高頻雜音將明顯地影響聽覺效果。但是在進(jìn)行濾波以后，高頻雜音去掉了，聲音質(zhì)量明顯的改善了。因此，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行FIR濾波，可以很好的將噪音部分去掉，因此可見，本設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

編輯：jq