江苏省大学生创新训练计划项目研究总结报告

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1、附件3江苏省大学生创新训练计划项目研究总结报告—、项目研究背景及意义20世纪集成电路的发展为数字音频技术提供了良好的发展空间，使数字音频技术得到了迅猛的发展。随着音频处理技术的发展，它们对音质、体积、功耗和处理速度的要求越来越苛刻，作为其分支Z—•的语音识别技术也得到了广泛的应用。但这种技术都还未达到令人满意的程度，问题在于如何有效提高识別准确率。而此时,随着科技的发展，电子电路的设计止逐渐摆脱传统的设计模式，采用FPGA来设计电子电路正成为设计的趋势。这是因为采用FPGA设计电子电路不仅开发时间短，资金投入相对少，且可将电路板级产品集成为芯片级产品。从冃前的情况來看

2、，数字音频处理技术已经逐渐取代模拟音频处理技术，并且得到了迅速的普及和发展。音频处理的数字化是利用数字滤波算法对采集到的音频信号进行变换处理來实现的。传统的数字滤波器采用乘法和累加（MAC）结构，需要进行多次的乘法和加法运算。由于乘法器庞人的结构，占用了系统芯片上的人部分而积，耗费了大部分功率，使得音频处理系统在体积和处理速度上存在着不足，所以传统的数字滤波器不能很好地满足现代音频处理对体积小、功耗小、信号处理速度高的要求。因此，通过FPGA实现对数字音频的处理，有着重要的现实意义,能实现体积小、功耗低、高速度的要求。通过数字音频处理，把处理后的数据应用到语咅识别，将

3、对语咅识别的准确率和速度产牛积极的影响，使语咅识别技术更广泛地应用到人们的生活中。对音频信号进行数字处理的有关技术，包括模/数和数/模转换、数据的传输、记录、存储、混合以及英他处理技术。与音乐和语音有关的信号则是音频信号的主要对彖，这些信号需要在处理过程中满足高保真的要求，而通信技术中的语音处埋则需要满足可懂度准则。数字音频技术的主要优点是能提高音频信号的质量，增强抗T扰能力，而且数字音频设备使用血广，适于大规模生产。二、课题人员分工三、课题研究方法、步骤利用FPGA开发板模块，在硕件基础上先编写硕件电路测试软件，再利用模块化设计思想编写基于FPGA的嵌入式系统软件。

4、具体设计技术路线为：首先进行开发方案的选择，接下来分别进入试验设计、性能测试、改进和提高、总结阶段。截至2015年4月9日，我们实现了项目齐个模块的主耍功能，完成了模块连接以及最终成品的调试工作。项口实施按预期计划进行，并取得了较好的预期成果。项口具体实施进展情况如下：2014年5月-9月：购买了FPGA开发板及部分元器件、在网上下载了包括用户手册、开发例程、视频教程等多种资料，并认真学习。确定了各软件模块功能，完成部分程序设计。主要完成的工作有：1.确定系统设计的具体方案，对方案的可行性进行了论证。通过学习，熟练应用基于ALTERA公司的FPGA芯片CycloneI

5、IEP2C8Q208C8的核心板及QuartusII开发软件。2.完成音频信号实时采集、编解码程序的设计。3.使用VHDL编写了咅频编解码器的控制程序，通过QuartusII搭建软件模块,并进行仿真。2014年10月-12月：通过Matlab/Simulink实现数字滤波器的设计与仿真，完成各模块软硬件联调，对系统性能进行进一步优化。2015年1月-4月：在前期T作基础上，根据所完成的软件系统，撰写了一篇紅MS口适应滤波器及DSP-Builder实现》研究论文，并完成结题材料。四、课题研究的过程（实验原理、过程）1.基于FPGA的音频信号的数字化采集和重放咅频编解码芯

6、片需配合专用CPU控制器方町实现咅频信号的数字化采集和重放等功能。利用FPGA作为语音芯片的控制芯片，先用VHDL编制底层程序模块及顶层程序模块，然后将程序通过QuartusII9.0进行编译、仿真和下载，配置到FPGA芯片屮，从而完成咅频信号的采集和咅频信号的实时重放，实现咅频信号的实时数字化传输或存储。语音信号采集和重放框图如图1所示，对于单声道的音频编解码器而言，语音信号源提供相应的语音信号，通过语音PCM编码芯片将模拟的语音信号转换为数字信号形成PCM编码格式，产生数据帧同步信号FST、位时钟信号BCLKT,为了保证数字化传输的同步，需要在PCM编码格式中加入

7、同步头。FPGA处理数据，恢复位时钟信号BCLKR、帧同步信号FSR,并去除所加的同步头。将数据发送给语音PCM编码芯片实现语音信号实时重放。图1语背信号采集和重放框图2.LMS滤波器的原理与结构(1)LMS滤波器的原理根据LMS算法构成的自适应滤波器原理框图如图2所示。图2自适应滤波器框图由于误差信号为参数可调线性滤波器的输出与期望信号相减的结果，自适应算法可以根据误差信号白动控制参数可调线性滤波器的参数，以实现白适应过程，算法决定了这个闭合反馈环路的口适应过程所需的时间。LMS算法是基于最小均方误差准则，在梯度法的基础上，通过改进均方误差梯度的估