基于FPGA的音频信号处理.pdf

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1、毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于FPGA的音频信号处理指导老师：陈嘉庚学生：华电子班级：T483-2学号：7专业：电子信息科学与技术（电子信息工程）时间：2008年3月1日湖北汽车工业学院毕业设计（开题报告）“基于FPGA的音频信号处理”开题报告音频信号的处理在语音、声纳、地震、通信系统、机械振动、遥感预测、故障诊断等众多领域都得到广泛应用。对音频信号的处理时主要应用数字信号处理技术，灵活方便的实现复杂信号的处理任务，达到高精度、高稳定性和高机动性。随着数字技术日益广泛的应用，以现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGa

2、teArray）为代表的ASIC器件得到了迅速的普及和发展，器件的集成度和速度都在高速增长。FPGA既具有门阵列的高逻辑密度和高可靠性，又具有可编程逻辑器件的用户可编程性，可以减少系统的设计和维护的风险，降低产品成本，缩短设计周期。目前，信号处理技术、通信技术和多媒体技术的迅猛发展都得益于DSP技术的广泛应用。但是对于便携式和家用的语音系统而言，基于一般的DSP芯片的设计方案并不理想。首先DSP的芯片成本以及开发成本在现阶段仍然是比较高的，尤其是芯片成本，远远不及大批量ASIC芯片成本之低。其次便携式的设备对体积要求十分苛刻，限制了一部分DSP芯片

3、的使用，而体积正是ASIC芯片的优点之一。本文提出了一种基于FPGA的音频信号的处理的硬件电路实现方案。采用FIR滤波器和IIR滤波器的算法，将音频信号的高音和低音部分分离出来形成左右声道，通过耳机放大器输出，可以直接驱动耳机或有源音箱。一、课题研究背景（一）国内外的研究现状1、数字信号处理大都采用DSP与FPGA现在方兴未艾的移动通信许多关键技术:CDMA技术，软件无线电，多用户检测等技术都依靠高性能的DSP与FPGA来实现。第三代数字蜂窝通信系统和其它方兴为艾的高性能通信系统如宽带通信、MPEG-4和视频点播等的快速发展对DSP&FPGA提出了

4、许多新的要求。例如，对4096ＭＨz的Ｗ-CDMA工作模式的软件无线电解决方案来说，所需的最高计算能力是每路约400MIPS，即1600MIPS。随着超大规模集成电路技术的发展，芯片做得越来越小，制造线宽越来越窄，集成的晶体管越来越多，时钟频率越来越高。软件无线电技术的发展和实用取决于高速集成电路，如DSP与FPGA、模/数、数/模的技术发展情况。为了达到最大的灵活性，人们希望在天线输入/输出端和终端模拟输1湖北汽车工业学院毕业设计（开题报告）入/输出接口进行模/数变换(ADC)和数/模变换(DAC)，由DSP与FPGA完成其间所有的处理任务，只要

5、更改下载软件就可以满足用户需要其中最具挑战性和最重要的部分就是以DSP与FPGA为核心的实时信号处理器。2、我国FPGA技术和产品的研究开发相对国外落后我国在DSP技术和产品的研究开发成绩斐然，我国DSP技术起步较早，基本上与国外同步发展，而在FPGA方面的起步较晚。全国有100来所高等院校从事DSP与FPGA的教学和科研，除了一部分DSP芯片需要从国外进口外，在信号处理理论和算法方面，与国外处于同等水平。而在FPGA信号处理和系统方面，有了喜人的进展，正在进行与世界先进国家同样的研究。（二）课题研究的意义1、数字信号处理的良好应用前景数字信号处理

6、是起源于十七和十八世纪数学的一个学科，今天它在各个科学和技术领域中，已经成为一种重要的现代化工具。数字信号处理技术及其应用，目前正以惊人的速度向前发展着。随着大规模集成电路的出现和数字部件的成本下降、体积缩小及运算速度提高，数字信号处理的应用日益广泛。数字滤波技术是数字信号处理的重要组成部分，数字滤波的概念和模拟滤波器相同，只是信号的形式和实现滤波的方式不同，使得数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能等特点。数字滤波器可用于图像处理和识别、语音处理和识别、通信、雷达、人工

7、智能、核技术等多个领域。2、充分发挥FPGA/CPLD的优势数字滤波器的实现方法通常有以下几种：(1)采用在通用计算机系统中加上专用的加速处理机的方法；(2)采用通用的可编程DSP芯片实现的方法；(3)采用专用DSP芯片的方法，与通用DSP芯片相比，这种芯片将相应的滤波算法在芯片内部用硬件实现，不需要编程；(4)采用普通硬件组合的方法，即采用加法器、乘法器、延时器设计专用的滤波器电路；(5)采用EDA技术和FPGA/CPLD的方法等。上述几种方法中，第(1)种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟。第(2)、(5)种方法都可以通过编程来实

8、现各种数字滤波，相比而言，第(2)种因有专用的指令故编程较容易，而第(5)种方法速度快、成本低、效率高。第(3)、(4)种