基于DSP芯片的语音信号FIR滤波系统

摘要

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。

随着微处理技术的快速发展，微处理器芯片的集成度从最早的几千个晶体管发展到现在的上亿个晶体管，字长从4位提高到了64位，正是这些技术的飞速发展引发了一轮又一轮的信息产业革命，而人们的生活、学习和工作方式也在以计算机技术、通信技术为核心的信息技术的影响下发生着前所未有的改变。

然而在这次设计中，比较核心的是数字滤波器，数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域。滤波的目的。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。与IIR滤波器相比，FIR滤波器只有零点，除原点外．在z平面上没有极点，因此总是稳定的和可实现的；更重要的是，FIR 滤波器在满足一定的对称条件下，可以获得严格的线性相位特性，这一点是IIR 滤波器难以实现的。因此。它在高保真的信号处理．如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。

对于本设计主要是利用一个DSP芯片来进行语音采集系统的设计，而数字信号处理技术的发展使得采用数字化的方法实时的处理语音信号成为可能。早期的语音信号处理均是采用模拟处理，对声音信号最常用的滤波、相关、谱分析等运算，部分采用模拟电路来实现的。这种传统的模拟方法处理语音信号，硬件设备昂贵，不能升级、产品生命周期短，而采用数字处理技术处理语音信号具有抗干扰性强、便于传输和处理等优点，代表着语音处理技术的发展方向。DSP芯片高速、可编程的特点使其非常适合于语音信号处理领域。

一、设计所用软件介绍

1.1 FIR滤波器及它的工作原理

FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，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。

在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A/D器件进行模数转换，把模拟信号转化为数字信号；为了使信号处理能够不发生失真，信号的采样速度必须满足奈

奎斯特定理，一般取信号频率上限的4-5倍做为采样频率；一般可用速度较高的逐次逼进式A/D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D/A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。

1.2 CCS软件

CCS（Code Composer Studio数据设计工作室）代码调试器是一种合成开发环境。它是一种针对标准TMS320调试器接口的交互式方法。CCS目前有CCS1.1，CCS1.2 和CCS2.0等三个不同时期的版本，又有CC2000 ( 针对C2XX )，CCS5000 ( 针对C54XX )和CCS6000 (针对C6X )三个不同的型号。我们所使用的是CCS50002.0的版本。

CCS5000具有以下特性：

TI编译器的完全集成的环境：

CCS5000目标管理系统，内建编辑器，所有的调试和分析能力集成在一个Windows 环境中。

对C和DSP汇编文件的目标管理：

目标编辑器保持对所有文件及相关内容的跟踪。它只对最近一次编译中改变过的文件重新编译，以节省编译时间。

高集成的编辑器调整C和DSP汇编代码：

CCS5000的内建编辑器支持C和汇编文件的动态语法加亮显示。使用户能很容易地阅读代码和当场发现语法错误。

编辑和调试时的后台编辑：

用户在使用编译器和汇编器时没有必要退出系统到DOS环境中，因为CCS5000会自动将这些工具装载在它的环境中。在其窗口中，错误会加亮显示只要双击错误就可以直接到达出错处。

在含有浮点并行调试管理器(PDM)的原有的MS窗口下支持多处理器CCS5000在Windows95和Windows-me中支持多处理。PDM(调试管理器)允许将命令传播给所有的或所选择的处理器。

在任何算法点观察信号的图形窗口探针：

图形显示窗口使用户能够观察时域或频域内的信号。对于频域图，FFT(快速傅立叶变换)在主机内执行，这样就可以观察所感兴趣的部分而无须改变它的DSP代码。图显示也可以同探针连接，当前显示窗口被更新时，探针被指定，这样当代码执行到达该点时，就可以迅速地观察到信号。

文件探针在算法处通过文件提取或加入信号或数据：

CCS5000允许用户从PC机读或写信号流。而不是实时的读信号，这就可以用已知的例子来仿真算法。

图形分析：

CCS5000的图形分析能力在其环境中是集成的。

在后台(系统命令)执行用户的DOS程序：

用户可以执行CCS5000中的DOS程序，并将其输出以流水方式送到CCS5000的输出窗口。且允许用户将应用程序集成到CCS5000。

技术状态观察窗口：

CCS5000的可视窗口允许用户进入C表达式及相关变量。结构、数组、指针都能很简单地递归扩展和减少，以便进入复杂结构。

代数分解窗口：

允许用户选择查看写成代数表达式的C格式，提高可读性。

目标DSP上的帮助：

DSP结构和寄存器上的在线帮助可以使用户不必查看技术手册。

用户扩展：

扩展语言(GEL)使得用户可以将自己的菜单项加到CCS5000的菜单栏中。