基于DSP的语音信号FIR滤波系统的实现

第１０卷第５期　２００８年５月　蘧错　Ｖｏｌ＿１０　Ｎｏ．５　Ｍａｌｖ．２００８　基于ＤＳＰ的语音信号ＦＩＲ滤波系统的实现　徐向美．黄乡生木　（东华理工大学电子与机械工程学院，江西　抚州　３４４０００）　摘　要：介绍了一种用ＤＳＰ，－￣片ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９Ａ为语音信号进行ＦＩＲ滤波处理的实现方法。　本方案采用ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３来采集语音信号，然后调用ｄｓｐｌｉｂ中的函数ＦＩＲ２对语音信号进行滤　波．从而改善了声音质量。　关键词：ＤＳＰ技术；语音信号采集；ｎＲ滤波　０　引言　在现代通信系统中，各种数字滤波器已经得　到了广泛的应用。然而，设计实际滤波器时，既　要考虑滤波器的幅度特性，又要考虑相位特性，　所以．本文提出了用ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９Ａ对　语音信号进行ＦＩＲ滤波的系统实现方法。该方法　耗、低成本等特点，可在有限的功率条件下保持　最好的性能。其片内有两个ＭＡＣ，而且在一个机　器周期内，每个ＭＡＣ可同时完成１７ｘ１７位的乘法　和一个４０位的加法或减法运算，因而运算速度非　常快。　２　ＦＩＲ滤波器的原理及特点　通过ＦＩＲ滤波器能在保证幅度特性同时，保　利用ＤＳＰ中一款高性能多媒体数字语音编解码器　ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３来采集语音信号，采集到的语音信　号再经一系列变换进行ＦＩＲ滤波，最终输出高质　量的语音信号。　证严格的线性相位特性。一般情况下，假如ＦＩＲ　滤波器的单位脉冲响应长度ｈ　ｎ）为Ｎ，则其系统　函数Ｈ　）为：　Ⅳ一ｌ　１系统主要器件　本设计选用高性能的多媒体数字语音编解码　Ｈ（ｚ）－－　ｈ（ｎ）ｚ　ｎ－－Ｏ　式中，日　）是的（Ⅳ＿１）次多项式，它　平面　上有（Ⅳ＿１）个零点，其原点ｚ＝Ｏ是（Ⅳ－１）阶重极　点。因此，日　）能永远保持稳定。　本系统采用窗函数法设计ＦＩＲ滤波器，设希　器ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３来进行语音信号的采集。　ＴＬｖ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ公司生产的一款高性能的多媒　体数字语音编解码器，它的内部ＡＤＣ和ＤＡＣ转换　模块带有完整的数字滤波器，数据传输宽度可以　望设计的滤波器传输函数为Ｈｄ（ｅ　，ｈａ（１７，）是与　其对应的单位脉冲响应，那么有：　是ｌ６位、２０位、２４位和３２位，采样频率范围可从　８　ｋＨｚ到９６　ｋＨｚ，并可通过控制接口来编辑该器件　的控制寄存器。ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３支持ＳＰＩ，Ｉ２Ｃ两种　控制模式，其控制模式由ＭＯＤＥＭ管脚决定。本　系统采用Ｉ２Ｃ模式。　ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９Ａ是ＴＩ公司Ｃ５０００　ＤＳＰ系列中　Ｈｄ（ｅ　）：∑ｈ　ｅ　“　ＣＨａ（ｅ　ｅ　如果能够由已知的Ｈ　ｅ　）求出　ｎ），那么，　经过Ｚ变换就可得到滤波器的系统函数。但是在　实际应用中，边界频率处会有不连续点，因而会　产生很大的误差。为了避免产生很大的误差，本　的新一代数字信号处理产品。对Ｃ５４Ｘ有很好的　继承性，并与Ｃ５４ｘ源代码兼容，从而能有效地保　护用户在软件上的投资。此外，它还具有低功　收稿日期：２００７—１１－１５　设计采用了汉明窗（ｈａｍｍｉｎｇ），也就是采用一种　删．ｅｃｄａ．ｃｎ　２００８．５电子元器件主用　５１　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１Ｏ卷第５期　电手元器件主用　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏ１．１Ｏ　Ｎｏ．５　２００８年５月　Ｍａｙ．２００８　改进的升余弦窗进行ＦＩＲ滤波器的设计。这种改　进的升余弦窗与普通的窗函数相比。其能量更加　集中在主瓣中。主瓣的能量约占９９．９６％，第一旁　瓣的峰植比主瓣小４０　ｄｂ，但主瓣宽度和汉明窗相　同，仍为８＇ｒｒｌＮ。其窗函数为：　ｔｏ．（，Ｏ＝［０．５４—０．４６ＣＯＳ（　２７ｒ　ｎ）］　ｏＮ㈤　本设计采用６４阶滤波参数，低通滤波，选用　的截止频率为２４００　Ｈｚ，采样频率为４８０００　Ｈｚ。增　益为４８　ｄＢ。　３语音信号的ＦＩＲ滤波器实现　３．１硬件描述　语音信号的ＦＩＲ滤波硬件可在ＩＣＥＴＥＫ—　ＶＣ５５０９一ＥＤＵ系统平台上实现。本设备以　ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９Ａ为核心，是配备有ＡＤ／ＤＡ、键　盘、液晶等Ｉ，Ｏ在内的完整ＤＳＰ开发系统，可利用　ＤＳＰ的多通道缓冲串１３　ｆＭＣＢＳＰ）和ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３　进行数据采集和传送。ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３能在数字和　模拟电压下工作。且与ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ型ＤＳＰ的Ｉ，Ｏ　３１电压相兼容。因而能实现与ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ　ＤＳＰ　中ＭＣＢＳＰ（多通道缓冲串１３）端１３的无缝连接，　从而使系统设计更加简单。其具体的硬件电路图　如图１所示。　ＳＣＬ　ＳＣＬＫ　ＳＤＡ　ＳＤＩＮ　ＣＬＫＲＫＸ００　．＿１　　・■－－－Ｊ　ＢＣＬＫ　Ｍ。器　ＦＳⅫ　．＿１　ＬＲＣＯＵＴ　ＦＳＲＤ　＿●—－＿Ｊ　ＤＸ０　ＤＩＮ　ⅡＣＩＮ　入　ＤＲＤ　ＤＯＵＴ　ＬＯＵＴ　出　图１　ＤＳＰ与ＴＶ３２０ＡＩＣ２３的连接图　３．２软件设计　对于用ＤＳＰ器件设计的语音信号滤波器，其　系统软件设计可使用ＣＣＳ（Ｃｏｄｅ　Ｃｏｍｐｏｓｅｒ　Ｓｔｕｄｉｏ）　软件来进行调试。设计调试时，首先应对ＥＭＩＦ、　ＣＰＵ、ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３进行初始化配置，然后再调　用ＡＩＣ—Ｍｉｘｅｒ子程序来处理音频数据的输人和输　出。　在子程序中．首先初始化语音缓冲区和工作　变量，等待ＭＣＢＳＰ通道０传送结束后，再采集语　音信号．然后传送到ＭＣＢＳＰ并保存于左声道缓冲　５２　电寻元器件焘用　２，００８．５　１／３１／，Ｙｌ／３．ｅｃｄ　ｃｎ　区，此时即可调用ＦＩＲ２计算ＦＩＲ滤波输出。滤波　后的结果存放于右声道缓冲区，最后将滤波后的　信号输出到ＭＣＢＳＰ接１３，再将此信号传送到　ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３中，经ＤＡ转换后输出。具体的软件　流程图如图２所示。　初始化：ＥＭＩＦ、ＣＰＵ频率、ＡＩＣ２３　调用ＡＩＣＭｉｘｅｒ子程序处理音频数据输Ａ／输出　（ａ）主程序　初始化语音缓冲区和工作变量　等待ＭＣＢＳＰ通道０传送结束　保存于左声道缓冲区　调用ｆａ＇２计算ＦＩＲ滤波输出　滤波结果保存于右声道缓冲区　原声音送左声道，滤波结果送右声道，输出￣ＭＣＢＳＰ　（ｂ）ＡＩＣ—Ｍｉｘｅｒｆｆ＂￥Ｉ序　图２系统软件流程　４结束语　本设计通过硬件电路测试证明．当未进行　ＦＩＲ滤波时．声音中含有的高频杂音将明显地影　响听觉效果。但是在进行滤波以后，高频杂音去　掉了，声音质量明显的改善了。因此，在实际应　用中对语音信号进行ＦＩＲ滤波，可以很好的将噪　音部分去掉，因此可见，本设计具有一定的现实　意义。　参考文献　【１】　丁玉美，高西全．数字信号处理（第二版）【Ｍ】．西安：西　安电子科技大学出版社，２ｏ００，１Ｏ．　【２】　李双勋．ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３在音频处理中的应用［Ｊ】．ｔ！ｔ外电　子元器件，２００３，（１Ｏ）．　『３１　汪春梅，孙洪波，任治刚．ＴＭＳ３２０Ｃ５０００系列ＤＳＰ系统　设计与开发实例【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００４．