使用FIR滤波器实现音频滤波实验指南

DSP Builder 入门与使用FIR 滤波器实现音频滤波
--DSP Builder 应用实例
主要内容
1. 设计要求
2. Audio ADC/DAC 配置
3. FIR 滤波器的设计
4. Quartus II 工程对DSP Builder 模块的调用
一、设计要求
(1) 原始音乐(夹带2KHz 的啸叫声)由电脑的媒体播放器播放后，经音频线连到Cyclone II
EP2C70 DSP Development Board(以下简称DSP 开发板)的LINE IN 音频输入口，DSP 开发板上音频codec 对模拟音频进行采样得到数字化音频；
(2) 在DSP 开发平台上设计FIR 滤波器滤除原始音乐中的单音啸叫得到较理想的音乐，
并通过DSP 开发板上音频codec 进行DAC 转换，通过耳机收听音乐效果。

二、Audio ADC/DAC配置
主要步骤：
（1）在DE2_default工程上修改
（2）从Bypass模式切换到DAC模式
第一步：修改I2C_A V_Config.v
在修改工程之前，下载原来的程序，用计算机播放器播放音乐并连到DE2的LINEIN输入端，用耳机可以听到效果。

但是这个声音并没有经过ADC和DAC，因此并需进行修改，否则无法测试滤波器的效果。

修改方法：
A_PATH_CTRL : LUT_DATA <= 16'h08F8; 将8改为0
SAMPLE_CTRL : LUT_DATA <= 16'h1002; 将2改为0
改完后结果如下图所示：
图1 修改I2C_A V_Config.v
此时编译工程，将不能再听到LINEIN输入的音乐，说明修改生效了。

第二步：Step 2: 修改AUDIO_DAC.v
（1）增加两个输入fir_in_data和fir_out_data，前者为fir滤波器的输入数据，也是ADC 采样后的数据，后者是fir滤波器滤波后的数据。

具体代码为：
input [DATA_WIDTH-1:0] fir_out_data;
input [DATA_WIDTH-1:0] fir_in_data;
图2 增加两个输入
（2）fir_in_data为ADC采样后的输出，现将其连入。

图3 将FLASH_Out改为fir_in_data
第三步：Step 3: 修改DE2_Default.v
主要内容
(1) 将ADC采集的数据进行串并转换得到并行数据
(2) 将并行数据送给fir_in_data
(3) ADC采集后的数据是双通道的，只需将左声道或右声道送给fir_in_data
（1）串并转换
将以下代码加入到系统顶层文件DE2_Default.v
//////////////////////////////added by sunshine (begin)
reg [3:0] count_ADC_l=0;
reg [3:0] count_ADC_r=0;
reg [15:0] fir_in_data_l=0;
reg [15:0] fir_in_data_r=0;
reg [15:0] ADC_data_l=0;
reg [15:0] ADC_data_r=0;
wire [15:0] fir_out_data;
///// ADC data serial to pararrel
always @(posedge AUD_BCLK)
begin
if(AUD_ADCLRCK)
begin
ADC_data_l[~count_ADC_l[3:0]]<=AUD_ADCDAT;
count_ADC_l <= count_ADC_l+1;
if(count_ADC_l==15)
begin
fir_in_data_r<=ADC_data_r;
count_ADC_r<=0;
end
end
else
begin
ADC_data_r[~count_ADC_r[3:0]]<=AUD_ADCDAT;
count_ADC_r <= count_ADC_r+1;
if(count_ADC_r==15)
begin
fir_in_data_l<=ADC_data_l;
count_ADC_l<=0;
end
end
end
//////////////////////////////added by sunshine (end)
图4 串并转换
（2）AUDIO_DAC重新连接
⏹AUDIO_DAC增加了两个输入fir_in_data和fir_out_data（已在第二步完成）
⏹将串并转换的数据送给fir_in_data，如下图所示
图5 重新对Audio_DAC进行元件例化
至此，我们将ADC和DAC都已连接好。

此时可以听到电脑播放器播放的音乐了。

三、FIR滤波器的设计
(1)启动FDATool（两种方式）
①Command Window
在命令窗口输入fdatool：
②通过菜单项打开
具体位置：
Start->Toolboxes->Filter Design->Filter Design&analysis Tool(fdatool) ③设置滤波参数
①设置参数为：带阻FIR滤波器，阶数128，汉明窗
采样频率48KHz，fc1=1980Hz，fc2=2020Hz
②点击Design Filter
此时出现滤波器频响曲线，注意参数的配置一定要符合滤波器性能要求，在要滤除的
频率处，衰减至少10db以上，这样效果才够好。

得到滤波器系数
③设计完后导出滤波参数（点击Export）
将滤波器参数导入工作区，名字默认为Num，直接点击Export
(2)将滤波参数保存为文本文件
将系数用记事本保存，这里记为coeff_116.txt
4、FIR模型的建立
(1) 完成上述操作，然后打开Simulink，调用FIR的IP CORE
①具体位置：
Simulink→Altera DSP Builder→MegaCore Functions→fir_compiler_v9_0
②双击model中的fir模块进行设置，第一步Step 1 parameterize。

③Step1→Edit Coefficient Set→Imported Coefficient Set
选择对应的滤波器配置文件（coeff_116.txt）后Apply→OK
④之后的界面，参数如下：
点击finish
⑤然后点击Step2生成（Generate）
(2) 导入音频文件
处理结果导出到workspace，再转存成文件
(3) 在工程目录下生成VHDL及Quartus II工程。