实验二 基于语音信号的fir滤波器设计与实现

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1、实验二基于语音信号的FIR滤波器设计与实现一、实验目的1.掌握利用matlab的滤波器设计工具设计FIR滤波器系数2.熟悉FIR数字滤波器工作原理及其编程设计3.了解ICETEK-C6713-A板上语音codec芯片TLV320AIC23的设计和程序控制原理4.掌握分析FIR滤波器滤除噪声与干扰的方法5.学习使用CCS图形观察窗口观察与分析输入波形及其频谱二、实验设备1．PC兼容机一台；操作系统为WindowsXP2．ICETEK-C6713A-S60实验箱一台。3．USB连接电缆一条三．实验原理1．TLV320AIC2

2、3芯片性能指标及控制方法：①初始化配置：DSP通过总线将配置命令发送到AIC23，配置完成后AIC23开始工作。②语音信号的输入：AIC23通过其中的AD转换采集输入的语音信号，每采集完一个信号后，将数据发送到DSP的McBSP接口上，DSP可以读取到语音数据，每个数据为16位无符号整数，左右通道各有一个数值。③语音信号的输出：DSP可以将语音数据通过McBSP接口发送给AIC23，AIC23的DA器件将他们变成模拟信号输出。2．数字FIR滤波器设计：FDATOOL是一个基于MATLAB的滤波器设计和分析工具。通过设置相

3、关参数，从MATLAB工作空间导出滤波器，直接指定滤波器系数，可以快速设计出FIR数字滤波器。参数选取提示：采用64阶低通滤波，汉明窗(HammingWindow)函数，截止频率为7000Hz，采样频率为48000Hz。3．程序流程图：四、实验步骤1．实验准备：准备连接音频输入、输出设备：①将音频线一端插头插到ICETEK-AIC23板的音频输入口(J4/J5)，另一端插到计算机的音频输出口。②将音频线一端插头插到ICETEK-AIC23板的音频输出口(J6/J7)，另一端插到ICETEK-SG-A板的扬声器输入口。2．

4、设置CodeComposerStudio3.3在硬件仿真（Emulator）方式下运行；并启动CodeComposerStudio3.3；3．建立新的工程文件：工程目录为：E:DSP_LAB12041102audiofilter4．编辑输入程序：供参考的基本代码在E:DSP_LAB实验二FIR_audio目录下（播放的音乐在audio子目录下），将所有后缀为asm、c、h、cmd的文件复制到E:DSP_LAB12041102目录下。其中的滤波器系数（fHnL[FIRNUMBER]）和单频干扰系数（noi

5、s[FIRNUMBER]）为空，需要通过matlab进行设计。滤波器设计工具在命令窗口中敲入fdatool即可打开，单频干扰系数可以调用sin函数生成。5．编译源文件、下载可执行程序。同实验一。2．设置观察窗口，观察滤波效果显示：①执行View→WatchWindow打开观察窗口。②打开aic23_loopback.c，通过“QuickWatch”,将变量(比如bCode)加入观察窗口。通过改变bCode的值来实现原始信号（0）/加噪信号（1）/滤波信号（其它值）的输出切换③采用实验一的方法，通过CCS内部画图功能，观察

6、中间结果。3．运行程序，听效果使用计算机提供的声源：启动播放语音文件E:DSP_LAB实验二audio子目录下的mp3文件，并选择播放器参数为循环播放;按“F5”键，可以听到立体声线路输入的语音信号。这时的语音信号并没有经过滤波处理。修改观察窗口中bCode的值为1，此时语音信号中被加入单频噪声；修改观察窗口中bCode的值为2，此时启动FIR滤波；听效果。反复修改bCode的值成0，1，2，比较原声，加载噪声之后的音频以及滤波后的声音。4．通过FDATOOL设计不同类型、通带的滤波器，反复实验上述效果，记录不同滤

7、波器条件下的语言变化。5．结束运行，关闭工程，退出CCS。五、实验结果1．通过播放音乐可以明显的区分加噪过程和滤波过程。2．通过CCS内部画图功能，可以看到如下结果：图1原始信号频谱图通过频谱图可以看出原始信号频谱比较集中，在低频和高频处各有两个尖峰，但是在其他位置几乎没有频谱分量，试听过程中，音乐清晰。图2加噪信号频谱图在加入噪声后，信号在高频部分的分量减少，低频部分的尖峰由一个变为两个，同时在其他位置也出现频谱分量，在试听过程中，也能听到比较大的刺啦声，效果明显。图3（a）滤波器频率特性（Hamming窗）（b）过低

8、通滤波器信号频谱图在通过低通滤波器后，我们可以明显的看到高频分量消失，试听过程中部分高音消失，音乐声音变小，但仍能听到声音。图4（a）滤波器频率特性（Hamming窗）（b）过带通滤波器信号频谱图在通过带通滤波器后，可以明显的看到信号的频率被限制在一定的频带范围内，低频分量和高频分量均被抑制。根据带通滤波器的设计不同