多种类型噪声滤波

DSP系统课程设计

音频信号多种类型噪声滤波分析与处理

任课老师：钱满义

学院：电信学院

班级：

姓名：

学号： 142

同组成员班级：

同组成员姓名：

同组成员学号： 142

2017年4月20日

目录：

设计背景 (2)

设计要求 (4)

设计思路及原理 (5)

设计思路 (5)

设计原理 (6)

Matlab实验 (8)

噪声类型分析过程 (8)

噪声滤除方法 (11)

Matlab仿真过程 (11)

Matlab结果分析总结 (21)

DSP设计程序运行及结果 (21)

运行结果 (21)

运行结果分析 (25)

滤波算法程序段 (26)

设计过程中遇到的问题及解决方法 (28)

DSP设计感想 (29)

参考文献 (30)

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（Digital Signal Processing）和数字信号处理器（Digital Signal Processor）。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。

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。

音频信号(audio)是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。音频信号在信号采集、传输、处理等过程中常受到多种类型噪声的干扰，主要包含环境噪声、电子线路噪声、电源噪声等等。为了恢复原来的音频信号，常需要设计音频信号滤波算法用于抑制或者滤除音频信号中的噪声。

图1音频信号噪声产生的示意图

由于音频信号可能受到不同类型的干扰从而形成不同类型的噪声，可通过分析不同类型噪声的特点，设计适用的滤波算法实现噪声的抑制或滤除。

设计要求

1、利用Matlab分析实验提供的4份含噪音频信号的特征分析并设计实现适用于不同类型噪声的滤波方法。培养利用Matlab进行信号处理的仿真能力；

2、对A/D和D/A转换器及DSP信号处理器进行编程，培养使用DSP硬件平台实现信号采集与传输能力，同时利用DSP C语言实现对采集到的信号检测识别，即具有实时信号处理的能力。

设计思路及原理

设计思路

1、利用Matlab进行仿真分析

(1)分别读取含有不同种类噪声的音频文件提取音频对应的数据以及采样率，显示含噪信号的时域波形；

(2)从时、频域分别分析含噪信号中噪声类型特征；

(3)设计适用于不同种类噪声类型的滤波算法，利用Matlab设计含噪信号滤波处理，尝试进行滤波性能的定量分析。

2、利用C语言设计DSP程序，在信号处理平台上实现噪声滤波处理首先利用利用Matlab分析音频信号所含噪声特征，设计合适的滤波方法；在DSP对音频信号通过A/D采集，编写音频信号采集、滤波程序，实现音频信号的噪声滤波处理。实验步骤：

(1)音频信号的噪声分析

对实验提供的四份音频信号利用Matlab进行噪声信号的特征分析，对每种不同的噪声提出适用的滤波处理算法；

(2)音频信号的滤波算法实现与验证

利用Matlab编程实现滤波算法，通过滤波后的音频数据与原始不含噪声的音频数据进行对比分析，计算检验滤波算法的性能参数。(3)音频信号DSP平台采集

通过音频线连接计算机声卡至DSP板卡的音频输入口，初始化DSP的

A/D采集模块的硬件配置（采样率等），利用查询模式或者DMA模式

进行音频信号的采集，将采集到的音频信号存储到申请的缓冲区中。(4)时域信号的分析

将采集获得的音频信号利用Graph波形查看功能显示时域波形，并从

波形上分析音频信号的时域特征，并与Matlab数据进行比较等。

(5)滤波算法的DSP平台实现

在DSP平台上实现音频信号的滤波算法，利用DSP实现音频信号中多

种噪声类型的滤波处理。

(6)DSP滤波实现的性能验证

通过D/A播放滤波后的音频信号进行滤波性能的验证。

设计原理

(t x)(t y

信号采集与传输：

DSP数据流的输入和输出

信号处理：

Matlab算法仿真→Simulator下C算法仿真→DSP硬件处理

利用DSP实现信号实时FIR滤波需要分4个步骤：

第1步：利用MATLAB进行FIR滤波仿真

第2步：利用Simulator在CCS下进行FIR滤波仿真

第3步：编写利用DMA进行信号采集与传输程序，利用DSP进行快速信号采集与传输；

第4步：实时DMA采集外部信号，实现DSP信号实时FIR滤波

信号采集和滤波的流程图

在DMA采集和传输程序的主程序main_dma.c中的存储器处理子程序processBuffer()中嵌入滤波算法，则可以实现利用DSP实现信号实时滤波。

DSPLIB库与fir（）函数的调用方法