语音滤波实验报告

1、DSPDSP 技术及应用课程设计技术及应用课程设计语音滤波处理院院系系 ：机电工程学院专业（班级专业（班级） ：电子信息工程 2 班姓姓名名：洪育钦学学号号: :20134082033指 导 教 师指 导 教 师 ：韩杨杨职职称称 ：助教完 成 日 期完 成 日 期 ：2016 年 6 月 16 日成成绩绩 ：目录目录1.引言.11.2 设计的目的.11.3 设计指标要求.22 滤波器的基础知识.22.1 滤波器的定义.22.2 滤波器的功能.32.3 滤波器的特点.32.4 FIR 数字滤波器的窗函数设计.43.FIR 滤波器设计与实现过程.53.1 FIR 滤波器设计指标.53.2 FIR

2、 滤波器设计过程.63.2.2 FIR 滤波器的 matlab 实现.63.2.3 FIR 滤波器的 CCS 实现.83.3 FIR 滤波器设计结果.94.设计过程中遇到的问题及解决的办法.11参 考 文 献.12附 录. 121语音信号的 FIR 滤波器处理1.引言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。数字信号处理器，也称 DSP 芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术，随

3、着信息处理技术的飞速发展， 计算机技术和数字信号处理技术逐渐发展成为使它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。数字滤波是语音处理、 图像处理、 频谱分析等应用中的基本处理算法。 DSP 是一种处理数字信号的专用微处理器, 主要应用于实时快速地实现各种信号的数字处理算法。 用 DSP 芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点。数字滤波器分为有限冲激响应滤波器 （FIR 滤波器） 和无限冲激响应滤波器（IIR 滤波器） 。FIR 滤波器属于经典滤波器，优点就是由于不存在系统极点，FIR 滤波器是绝对稳定的系统，FIR 滤波器

4、还确保了线性相位，在信号处理中占有极其重要的地位。数字滤波器一直以来就是数字信号处理器（DSP）最广为人知的应用，FIR 滤波器的单位冲激响应 b(n)为有限长序列,若 b(n)为实数, 且满足偶对称:b(n)= b(N- 1- n)的条件, 称为系数对称 FIR 滤波器。 系数对称 FIR滤波器在数字信号处理中应用十分广泛。1.2 设计的目的2通过课程设计，加深对 DSP 芯片 TMS320C54x 的结构、工作原理的理解，获得 DSP 应用技术的实际训练，掌握设计较复杂 DSP 系统的基本方法。通过使用汇编语言编写具有完整功能的图形处理程序或信息系统， 使学生加深对所学知识的理解，进一步巩

5、固汇编语言讲法规则。学会编制结构清晰、风格良好、数据结构适当的汇编语言程序，从而具备解决综合性实际问题的能力。1.31.3 设计指标要求设计指标要求(1）设计一个低通滤波器（参数自定）（2）滤波器的设计的原理介绍（3）FIR 滤波器的设计（4）FIR 滤波器的 DSP 实现（5）FIR 滤波器的检验（用语音信号通过滤波器后查看滤波效果是否达到设计要求。 ）2 2 滤波器的基础知识滤波器的基础知识2.12.1 滤波器的定义滤波器的定义Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件， 它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相

6、频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。冲激响应之所以是“有限的”是因为在滤波器中没有反馈出现；如果你输入一个冲激就是一个“1”样本后出现许多“0”的样本的信号，那么零将在样本“1”通过了所有的延迟线的系数后出现。32.22.2 滤波器的功能滤波器的功能功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过， 而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器

7、在通带内的电压增益为常数， 在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。2.32.3 滤波器的特点滤波器的特点优点：（1）很容易获得严格的线性相位，避免被处理的信号产生相位失真，这一特点在宽频带信号处理、阵列信号处理、数据传输等系统中非常重要；（2）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，还可得到多带幅频特性；（3）极点全部在原点（永远稳定） ，无稳定性问题；（4）任何一个非因果的有限长序列，总可以通过一定的延时，转变为因果序列，所以因果性总是满足；（5）无反馈运算，运算误差小。缺点：（1）因为无极点，要获得好的过渡带特性，需以较高的阶数为代价；

8、（2）无法利用模拟滤波器的设计结果，一般无解析设计公式，要借助计算机辅助设计程序完成。42.2.4 4 FIRFIR 数字滤波器的窗函数设计数字滤波器的窗函数设计窗函数设计的基本思想是要选取某一种合适的理想频率选择性滤波器， 然后将它的脉冲响应截断以得到一个线性相位和因果的 FIR 滤波器。 因此这种方法的重点在于选择某种合适的窗函数和一种理想滤波器。对于给定的滤波器技术指标，选择滤波器长度和具有最窄主瓣宽度和尽可能小的旁瓣衰减的某个窗函数。任何数字滤波器的频率响应都是 w 的周期函数，它的傅立叶级数展开其中的 Wc 为滤波器的归一化的截止频率。傅立叶系数 hd(n)实际上就是理想数字滤波器的

9、冲激响应。 获得有限冲激响应数字滤波器的一种可能方法就是把无穷级数截取为有限项级数来近似，而吉布斯(Gibbs)现象使得直接截取法不甚令人满意。窗函数法就是用被称为窗函数的有限加权系列W(n)来修正傅立叶级数， 以求得要求的有限冲激响应序列 h(n)，即有:h(n)=hd(n)W(n)w(n)是有限长序列，当 nN-1 及 nGraphTime/Frequency，出现选项窗口，设置相应选项，观察滤 波效果。滤波前的信号：滤波后的效果：114.4.设计过程中遇到的问题及解决的办法设计过程中遇到的问题及解决的办法1、在我们确定滤波器参数时，刚开始我们忽略了采样定理，结果设计出来的低通滤波器是错误

10、的，经过在 Matlab 软件的工具包里，设计低通滤波器，如图 18 的界面，经过测试，如果条件不符合采样定理的就会出现错误提示界面，我们最后修改正确了。2、为了实现语音及噪声的通过设计的滤波器进行验证，需要制作一个语音及噪声的.dat 文件， 以供 CCS 信号输入， 对软件不熟练的我们不懂的怎么应用？答：通过到图书馆借相应的书来自学，学习 MATLAB 的生成.dat 文件的相关命令语句，以及请教其他同学。通过不断的讨论和研究，知道了要对信号进行采样，再通过 fopen 语句等，才能生成 dat 文件3、通过 MATLAB 辅助，求出的 b 系数，刚开始在 CCS 里面表示时，用x*327

11、68/10000（x 为 b 系数的整数部分） ，结果在编译时出现了问题。另外，当求得的系数存在有大于四位时，也会出现错误？12答：经过学习和与队员研究讨论，发现这是因为一些大于 1 的系数，即是大于四位的整数除去 10000， 才会出现 warning， 我们刚开始用的是 32768， 即 Q15,会使运算结果溢出，于是把 32768 改为了 1024，即 Q10,这样后就解决了存在的问题，4、通过 load data 时，在配置地址和长度时，我们没有忘记按照自己设定的起始地址及长度，结果显示出来的图像与真实的有极大的偏差。答：把 Address 和 Length 的参数填写自己在生成 da

12、t 文件是所设置的值一致，最后滤波输出波形正确。参参 考考 文文 献献【1】邹彦 DSP 原理及应用. 北京：电子工业出版社. 2009【2】刘树棠. 信号与系统. 第二版. 西安交通大学出版社. 2008【3】刘卫国. MATLAB 程序设计与应用 第二版. 高等教育出版社. 2008【4】程佩青. 数字信号处理教程. 第三版. 清华大学出版社. 2009附附 录录1.主程序 fir.asm：.title FIR.ASM.mmregs13.def start.bss yn,1xn .usect xn,37hn .usect hn,37indata .usect indata,300outda

13、ta .usect outdata,256.datafir_coff:.word-10*1024/10000,-36*1024/10000.word0*1024/10000,65*1024/10000.word32*1024/10000,-88*1024/10000.word-93*1024/10000,90*1024/10000 .word 184*1024/10000,-47*1024/10000 .word-297*1024/10000,-71*1024/10000.word417*1024/10000,316*1024/10000.word-524*1024/10000,-848*1024/10000.word598*1024/10000,3108*1024/10000 .word 4375*1024/10000.word3108*1024/10000,598*1024/10000.word-848*1024/10000,-524*1024/10000.word316*1024/10000,417*1024/10000.word-71*1024/10000,-297*1024/10000.word-47*1024/10000,184*1024/10000 .word 90*1024/10000,-93*1024/10000 .word-88*10