关于DSP的语音信号FIR滤波和系统的实现

0 引 言

在现代通信系统中，各种数字滤波器已经得到了广泛的应用。然而，设计实际滤波器时，既要考虑滤波器的幅度特性，又要考虑相位特性，所以，本文提出了用DSP芯片TMS320VC5509A对语音信号进行FIR滤波的系统实现方法。该方法利用DSP中一款高性能多媒体数字语音编解码器TLV320AIC23来采集语音信号，采集到的语音信号再经一系列变换进行FIR滤波，最终输出高质量的语音信号。

1系统主要器件

本设计选用高性能的多媒体数字语音编解码器TLV320AIC23来进行语音信号的采集。TLV320AIC23是TI公司生产的一款高性能的多媒体数字语音编解码器，它的内部ADC和DAC转换模块带有完整的数字滤波器，数据传输宽度可以是16位、20位、24位和32位，采样频率范围可从8 kHz到96 kHz，并可通过控制接口来编辑该器件的控制寄存器。TLV320AIC23支持SPI，I2C两种控制模式，其控制模式由MODEM管脚决定。本系统采用I2C模式。

TMS320VC5509A是TI公司C5000 DSP系列中的新一代数字信号处理产品。对C54X有很好的继承性，并与C54x源代码兼容，从而能有效地保护用户在软件上的投资。此外，它还具有低功耗、低成本等特点，可在有限的功率条件下保持最好的性能。其片内有两个MAC，而且在一个机器周期内，每个MAC可同时完成17×17位的乘法和一个40位的加法或减法运算，因而运算速度非常快。

2 FIR滤波器的原理及特点

通过FIR滤波器能在保证幅度特性同时，保证严格的线性相位特性。一般情况下，假如FIR滤波器的单位脉冲响应长度h（n）为N，则其系统函数H （x）为：

式中，H（z）是的（N-1）次多项式，它在z平面上有（N-1）个零点，其原点z=0是（N-1）阶重极点。因此，H（z）能永远保持稳定。

本设计采用64阶滤波参数，低通滤波，选用的截止频率为2400 Hz，采样频率为48000 Hz，增益为48 dB。

3语音信号的FIR滤波器实现

3.1硬件描述

语音信号的FIR滤波硬件可在ICETEK-VC5509-EDU系统平台上实现。本设备以TMS320VC5509A为核心，是配备有AD／DA、键盘、液晶等I／O在内的完整DSP开发系统，可利用DSP的多通道缓冲串口（MCBSP）和TLV320AIC23进行数据采集和传送。TLV320AIC23能在数字和模拟电压下工作，且与TMS320C55x型DSP的I／O口电压相兼容，因而能实现与TMS320C55x DSP中MCBSP（多通道缓冲串口）端口的无缝连接，从而使系统设计更加简单。其具体的硬件电路图如图1所示。

3.2软件设计

对于用DSP器件设计的语音信号滤波器，其系统软件设计可使用CCS（Code Composer Studio）软件来进行调试。设计调试时，首先应对EMIF、CPU、TLV320AIC23进行初始化配置，然后再调用AIC_Mixer子程序来处理音频数据的输入和输出。

在子程序中，首先初始化语音缓冲区和工作变量，等待MCBSP通道0传送结束后，再采集语音信号，然后传送到MCBSP并保存于左声道缓冲区，此时即可调用FIR2计算FIR滤波输出，滤波后的结果存放于右声道缓冲区，最后将滤波后的信号输出到MCBSP接口，再将此信号传送到TLV320AIC23中，经DA转换后输出。具体的软件流程图如图2所示。

4结束语

本设计通过硬件电路测试证明，当未进行FIR滤波时，声音中含有的高频杂音将明显地影响听觉效果。但是在进行滤波以后，高频杂音去掉了，声音质量明显的改善了。因此，在实际应用中对语音信号进行FIR滤波，可以很好的将噪音部分去掉，因此可见，本设计具有一定的现实意义。

编辑：jq