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從理論到實(shí)踐:DSP教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱中的音頻濾波實(shí)驗(yàn)案例精選

創(chuàng)龍教儀 ? 2024-08-30 13:03 ? 次閱讀
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2?

產(chǎn)品概述

DSP 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱

3409a506-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.jpg

產(chǎn)品型號(hào):TL6748-PlusTEB

處理器TI TMS320C6748

應(yīng)用專業(yè):電子、電信、通信等相關(guān)專業(yè)

應(yīng)用課程:數(shù)字信號(hào)處理》、《音視頻編解碼》、《圖像處理與識(shí)別》、《電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》

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基于CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭采集LCD顯示實(shí)驗(yàn)

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圖像類實(shí)驗(yàn)

基于CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭的灰度轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)攝像頭的采集與顯示

2?

案例分享

一、實(shí)驗(yàn)名稱:3-9 音頻信號(hào)的濾波實(shí)驗(yàn)

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>

(1)掌握Matlab輔助設(shè)計(jì)濾波器系數(shù)的方法;

(2)實(shí)現(xiàn)音頻混噪及IIR濾波器濾除;

(3)在LCD上顯示音頻信號(hào)的FFT計(jì)算結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)原理:

(1)音頻接口

音頻接口采用的是24.576MHz晶振,實(shí)驗(yàn)板上共有3個(gè)音頻端口,分別是LINE IN、MIC IN和LINE OUT,音頻數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線進(jìn)行讀寫(xiě),McASP的時(shí)鐘來(lái)自于晶振時(shí)鐘,分頻后可得到幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)。

341c42b0-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(2)TLV320AIC3106 音頻芯片

數(shù)據(jù)精度支持 16/20/24/32 bit 。

支持速率 8kHz ~ 96kHz 采樣率。

控制總線可選為 SPI 或 I2C。

音頻串行數(shù)據(jù)總線支持4種協(xié)議格式:I2S, 左對(duì)齊格式,右對(duì)齊格式,DSP格式。

有可編程PLL 可以靈活產(chǎn)生時(shí)鐘。

3430c1d6-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(3)音頻芯片功能框圖

在框圖底部分別是供電部分、時(shí)鐘產(chǎn)生部分、SPI或I2C串行總線控制部分。

芯片通過(guò)左右聲道采集輸入的音頻模擬信號(hào)。

經(jīng)過(guò)ADC采樣后得到數(shù)字化的音頻數(shù)據(jù)。

數(shù)字化音頻數(shù)據(jù)通過(guò)音頻串行總線接口傳輸?shù)紻SP。

DSP處理之后的數(shù)字化音頻從DSP通過(guò)音頻串行總線接口再傳輸?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/dac/" target="_blank">DAC。

音頻經(jīng)過(guò)DAC還原為可輸出的模擬信號(hào)。

最后,通過(guò)耳機(jī)或者音箱輸出音頻模擬信號(hào)。

344c0d10-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(4)音頻芯片的工作流程

音頻模擬信號(hào)通過(guò)左右聲道分別采樣,經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)McASP傳輸?shù)紻SP,在DSP處理完成后再通過(guò)McASP傳輸?shù)紻AC,最后經(jīng)過(guò)DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后,分左右聲道輸出。

347b6dbc-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(5)IIR濾波器

IIR無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(infinite impulse response digital filter)是對(duì)單位沖激的輸入信號(hào)的響應(yīng)為無(wú)限長(zhǎng)序列的數(shù)字濾波器。

可分為一維、二維或多維無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器。

它的輸出y(n)由當(dāng)前的和過(guò)去的輸入信號(hào)x(n)及過(guò)去的輸出信號(hào)共同決定。IIR的幅頻特性精度很高,不是線性相位的,可以應(yīng)用于對(duì)相位信息不敏感的音頻信號(hào)上。

對(duì)于IIR濾波器,沖激響應(yīng)理論上應(yīng)會(huì)無(wú)限持續(xù),其輸出不僅取決于當(dāng)前和過(guò)去的輸入信號(hào)值,也取決于過(guò)去的信號(hào)輸出值。其系統(tǒng)函數(shù)如下:

348f5a84-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的差分工程如下:

34a0f5e6-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(6)IIR濾波器特性

系統(tǒng)函數(shù)可以寫(xiě)成封閉函數(shù)的形式。

IIR濾波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時(shí)、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成,可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式,都具有反饋回路。

在設(shè)計(jì)上可以借助成熟的模擬濾波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等。

相位特性不好控制,對(duì)相位要求較高時(shí),需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。

(7)IIR濾波器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器實(shí)質(zhì)上就是找到一個(gè)使其頻率響應(yīng)H(Z)滿足給定的通帶截止頻率、通帶衰減系數(shù)、阻帶截止頻率及阻帶衰減系數(shù)的可以在物理上實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)函數(shù)H(Z)。具體實(shí)現(xiàn)步驟:

先確定需要一個(gè)什么樣的濾波器,巴特沃斯型,切比雪夫型,還是其它型的濾波器。

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和這個(gè)濾波器的計(jì)算公式來(lái)確定其階數(shù)、傳輸函數(shù)的表達(dá)式。

通過(guò)雙線性變換得到其數(shù)字域的差分方程。MATLAB FIR 濾波器輔助設(shè)計(jì),生成濾波器系數(shù)。

打開(kāi) Matlab 軟件,并打開(kāi)"Filter Designed&Analaysis Tool"工具,在彈出的界面中按照所需濾波器修改以下參數(shù):

濾波器類型:高通Highpass;

濾波方式:切比雪夫Ⅱ型IIR(Chebyshev Type II);

濾波器階數(shù):Minimum order;

采樣頻率:8000Hz;

阻帶截止頻率:100Hz;

通帶截止頻率:3400Hz。

34b45262-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

轉(zhuǎn)換為單精度再導(dǎo)出生成包含濾波器系數(shù)的.h頭文件,將該頭文件的數(shù)據(jù)拆分復(fù)制,即可用于IIR函數(shù)。

34c7c310-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(8)程序流程設(shè)計(jì)

首先進(jìn)行I2C和McASP的管腳復(fù)用配置;

接著使能EDMA3的PSC和配置GPIO模塊;

然后初始化DSP中斷和配置按鍵中斷,進(jìn)行音頻芯片的初始化,并將McASP初始化為EDMA方式,初始化LCD,自定義生成一段噪聲備用;

最后進(jìn)行按鍵檢測(cè),如果USER0按鍵按下,進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的混合噪聲或IIR濾波或者是恢復(fù)原聲,如果是USER1按鍵按下,則在LCD上顯示計(jì)算的音頻數(shù)據(jù)FFT結(jié)果。

34cbd0d6-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

三、實(shí)驗(yàn)操作:

(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)使用的硬件接口為L(zhǎng)INE IN和LINE OUT接口,所需硬件為實(shí)驗(yàn)板、仿真器、電源、音頻線、耳機(jī)和音樂(lè)播放器。本次操作是使用手機(jī)來(lái)播放音樂(lè)。

34d2f500-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(2)硬件連接

使用音頻線連接LINE IN、CON10音頻接口和手機(jī),手機(jī)播放音樂(lè);

在LINE OUT 、CON11接口插上耳機(jī)或者音箱;

連接仿真器和電腦USB接口;

將撥碼開(kāi)關(guān)撥到DEBUG模式01111,連接實(shí)驗(yàn)箱電源,撥動(dòng)電源開(kāi)關(guān)上電。

34ffb6ee-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

(3)軟件操作

導(dǎo)入工程,選擇Demo文件夾下的對(duì)應(yīng)工程;

編譯工程;

將CCS連接實(shí)驗(yàn)箱并加載程序;

點(diǎn)擊運(yùn)行程序;

在LCD屏幕上實(shí)時(shí)顯示采集并做了灰度轉(zhuǎn)換處理的圖像;

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先點(diǎn)擊黃色按鈕暫停程序運(yùn)行,再點(diǎn)擊紅色按鈕退出CCS與實(shí)驗(yàn)箱的連接,最后實(shí)驗(yàn)箱斷電即可。

35302bda-668d-11ef-89ff-92fbcf53809c.png

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