基于DSP的音频信号处理的滤波分析

华南师范大学DSP原理与应用技术课程设计课程名称：DSP原理与应用技术课程题目：基于DSP的音频信号处理的滤波分析指导老师：专业班级：2015级电路与系统姓名：学号：201502016年7月20日基于DSP的音频信号处理的滤波分析摘要：数字处理器（DSP）有很强的数据处理能力，它在高速数字信号处理领域有广泛的应用，例如数字滤波、音频处理、图像处理等。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等[1]。使用可编程的DSP芯片实现数字滤波可以通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性[2]，本设计是利用DSP芯片TMS320VC5409的实验室开发板设计实现高阶FIR带通数字滤波器。本设计利用了matlab的fdatool工具箱产生FIR滤波器的参数，matlab的fdatool工具提供了一个很强大且十分便捷的方式去获得FIR滤波器的的C程序头文件。关键词：DSPTMS320VC5409高阶FIR带通数字滤波器fdatool工具箱AbstractDigitalprocessor(DSP)hasastrongabilityofdataprocessing,ithasextensiveapplicationinthefieldofhighspeeddigitalsignalprocessing,suchasdigitalfilter,audioprocessing,imageprocessing,etc.Comparedwithanalogfilters,digitalfilterwithoutdrift,abletohandlelowfrequencysignal,thefrequencyresponsecanbemadeveryclosetotheidealcharacteristics,andcanreachhighprecision,easyintegration,etc.UsingprogrammableDSPchiptorealizedigitalfilteringbymodifyingtheparametersoffilterisveryconvenienttochangethefiltercharacteristics,thisdesignistheuseofDSPchipTMS320VC5409laboratorydevelopmentboarddesignrealizationofFIRbandpassdigitalfilter.FdatoolbookdesignusingthematlabtoolboxtoproducetheparametersofFIRfilter,thematlabfdatooltoolkitprovidesaverypowerfulandconvenientwaytogaintheFIRfilterCprogramheaderfiles.Keywords:DSPTMS320VC5409AhighorderbandpassFIRdigitalfilterFdatooltoolkit目录第一章绪论.........................................................51.1设计背景....................................................51.2设计目的....................................................61.3主要设计内容................................................6第二章系统开发平台与环境...........................................72.1CCS开发环境................................................72.1.1CCS概述............................................72.1.2CCS集成开发环境......................................82.2本设计的系统的构成..........................................92.2.1采用的开发平台介绍....................................92.2.2本系统的特点及设计过程...............................112.3用Matlab的FDATool生成FIR滤波器参数......................122.3.1FDATool的介绍.......................................122.3.2FDATool简要设计流程................................13第三章FIR滤波器的设计..........................................143.1FIR滤波器的基本理论......................................143.1.1FIR滤波器的特点....................................143.1.2FIR滤波器的基本结构................................153.2FIR滤波器设计总框图.......................................16第四章系统软件设计..............................................174.1程序流程图.................................................174.2程序源代码.................................................184.3程序调试...................................................19第五章系统功能验证..............................................22第六章设计总结..................................................24参考文献...........................................................25第一章绪论1.1设计背景随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为如今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字信号处理（DSP）包括两重含义：数字信号处理技术（DigitalSignalProcessing）和数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）。数字信号处理（DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法、对信号进行采集、滤波、增强、压缩、估值和识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的，其应用范围涉及几乎所有的工程技术领域[3]。在信号处理中，滤波就显得非常重要。在数字信号处理过程中，经常需对信号进行过滤、检测、预测等处理，这些任务的完成都要用到滤波器。数字滤波器是数字信号处理的基本方法。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类:无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器，在结构上是非递归型的。它可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确严格的线性相位。所以FIR数字滤波器广泛地应用于数字信号处理领域。数字处理器（DSP）有很强的数据处理能力，它在高速数字信号处理领域有广泛的应用，例如数字滤波、音频处理、图像处理等。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等[4]。使用可编程的DSP芯片实现数字滤波可以通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，下面主要说明利用型号为TMS320VC5409的DSP芯片为基础的实验板设计实现FIR数字滤波器。1.2设计目的用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性。因此，我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理，优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。我们将通过DSP设计平台，实现较为重要的FIR滤波器系统。从而通过本课题的研究，掌握滤波器的设计技术，为通信、信号处理等领域实用化数字滤波器设计提供技术准备。本科题的研究，将为今后设计以DSP为核心部件的嵌入式系统集成提供技术准备，这不仅具有重要的理论意义，同时还具有重要的实际意义[5]。同时本设计还结合了matlab的fdatool工具去设计生产FIR滤波器的参数，可以很好的实现音频信号的滤波，即可以很好达到实验设计要求。FIR滤波器可以设计为线性相位，并且总是稳定的。在多数情况下，FIR滤波器的阶数通常为高阶的，这时直接计算滤波器的参数变的非常困难，这时利用matlab可以非常方便的计算出要设计的FIR滤波器[6]。1.3主要设计内容本课题是基于TI公司近年推出的高性能定点DSPTMS320VC5409设计滤波器系统，如：有限冲击响应滤波器（FIR）。本次课题的主要任务，就是掌握DSP芯片开发技术，完成如下工作：1、用窗函数法实现高阶带通FIR滤波器，以便滤除带噪声的音频信号中的噪声；2、用时间抽取法实现FFT/IFFT算法，通过此算法，对信号进行频域分析、频域处理；3、研究DSP的结构特点，了解TI公司的TMS320VC5409DSP器件，掌握DSP系统的构成及软硬件设计方法和CCS软件的调试方法；并以TI公司的TMS320VC5409DSP为核心处理器的实验套件上实现FIR滤波器系统。第二章系统开发平台与环境2.1CCS开发环境本节将介绍CCSCodeComposerStudio的基本开发环境、软件开发过程、CCS组件。CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，它便于实时、嵌入式信号处理程序的编制和测试，能够加速开发进程，提高工作效率。2.1.1CCS概述CCS全称是CodeComposerStudio它提供了基本的代码生成工具，具有一定的调试、分析能力，在CCS下的程序开发过程如图2.1示：图2.1程序开发过程CCS包括：1、CCS代码生成工具2、CCS集成开发环境IDE3、DSP/BIOS插件程序和APIRTDX插件，主机接口和API等。2.1.2CCS集成开发环境调试DSP目标程序，它主要由几个主要的窗口组成：工程组显示窗口、程序内容显示窗口、编辑信息提示窗口和主要工具栏。另外，在编辑过程中还可以显示诸如存储器观察窗口、变量监视框、图形显示框等调试界面，他们为程序编写调试提供多种手段为软件开发提供了极大的方便[7]。图2.2就是基本编辑界面。在利用CCS编程的过程中，不可避免的要遇到如何将程序变量分配到内存中去的问题。因为，即使DSP的存储空间比较大，速度也十分快，但是如果内存空间分配不当的话，还是会出现空间不够行速度下降，甚至程序跑飞的情况，这样会时程序调试起来十分麻烦。所以，一定要分配好内存空间CCS提供了两种分配空间的方法：利用cmd文件或rcp文件分配空间，其中cmd文件是纯文本格式的描述性的空间分配方式,它的优点是程序员对空间的可控制性较高，可以将不同的块分配到指定的地址，并规定长度。但它对于初学者来说，要求对C5410的内存空间的分配有较清楚的认识，否则容易将数据分配到不该分配的地方，引起程序运行的冲突，甚至程序跑飞。所以，一般在编程过程中，使用rcp文件对程序进行内存分rcp文件全称是re