北邮信息工程信号与信息处理综合实验DSP实验三报告FIR滤波器实现Word文档下载推荐.docx

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实验三FIR滤波器实现

一、实验目的

进一步熟悉CCSv5的开发环境，掌握调试的要素，并理解FIR滤波的过程。

二、程序功能

1、基本功能

本程序的基本要求是：

实现信号的滤波过程，并对工程进行优化，提高运行速度，使用音频输入输出端口进行测试。

2、拓展功能

●如改变滤波器的系数、改变信源数据等；

●如自定义不同带宽的滤波器系数等；

三、程序基本信息

（一）、程序模块描述：

1、通过AIC23输出混频信号：

shortinputTable[TABLE_SIZE]：

存储经采样后的输入信号，其中TABLE_SIZE是输入信号长度（本程序为48）。

voidDSK6416_init（）：

设置所有的CPLD寄存器到上电状态，初始化内部BSL数据结构。

在使用任何BSL函数之前都必须调用。

DSK6416_AIC23_CodecHandleDSK6416_AIC23_openCodec（intid,DSK6416_AIC23_Config*Config）：

打开AIC23编码器，并进行配置。

参数说明：

id：

指定使用哪个编码器，DSK6416上为id=0；

Config：

指向包含编码器寄存器值的结构，该函数将以该结构中的值初始化寄存器。

调用成功：

返回编码器句柄；

失败：

返回INV常数（-1）。

当McBSP在使用中，才会出现失败

Int16DSK6416_AIC23_write（DSK6416_AIC23_CodecHandlehCodec,Int32val）：

向AIC23中写入要输出的信号值。

hCodec：

编码器句柄；

val：

写入编码器的值。

函数若返回TRUE：

数据成功写入；

返回FALSE：

数据端口忙。

DSK6416_AIC23_closeCodec（DSK6416_AIC23_CodecHandlehCodec）：

关闭编码器，其中hCodec是要关闭的编码器句柄。

2、混频信号通过FIR进行滤波：

该程序是第一个程序的拓展，增加了以下函数或模块：

shorth[FILTER_SIZE]：

存储FIR滤波器的系数，其中FILTER_SIZE为滤波器阶数加1。

该FIR低通滤波器阶数为64。

shortinput[113]：

存储FIR滤波器的输入信号，是inputTable里存储的信号的拓展，为了消除滤波器边界效应的影响。

intoutput[177]：

FIR滤波器的输出。

输出声音信号时，截取output[64]到output[111]部分。

voidFilter（short*input,short*h,int*output）：

FIR低通滤波函数。

input：

输入，h：

滤波器系数，output：

输出。

该FIR低通滤波器通过MATLAB的FDATOOL设计，其系数存储在h数组中，FIR滤波器可用如下方程描述：

3、优化后的FIR滤波器：

该程序仅保留第2个程序中的FIR部分，去掉了原程序中的通过AIC23发声的代码，并对相关模块进行了修改和优化，以下只对修改和优化部分进行说明。

output数组长度被精简，去掉了受边界效应影响的数据。

Filter函数作了如下改动：

a.使用restrict关键字，让编译器知道在input，h和output之间没有相关性，更好的优化程序；

b．声明input和h都是字对齐的，意味着编译器能在存储器访问时用一条指令加载64位数据，减少读取数据的时间。

c.重新设计FIR滤波算法。

由于h[FILTER_SIZE]偶对称，FIR滤波公式可以变换为

这样每个输出一个数据，都节省N次减法运算。

4、功能拓展：

本次实验我做了两个功能拓展：

（1）构造新信号并采样：

该信号从原来信号修改而来，信号形式

，其中

，采样率为48KHz，在MATLAB中输入信号并采样、转化成16bit数组如下：

shortinputTable[TABLE_SIZE]=

{

28987,20687,3982,-4740,2723,18191,25296,15864,-1890,

-11561,-4930,9837,16384,6547,-11454,-21207,-14493,520,

7472,-1807,-19106,-28028,-20366,-4303,3781,-4303,-20366,

-28028,-19106,-1807,7472,520,-14493,-21207,-11454,6547,

16384,9837,-4930,-11561,-1890,15864,25296,18191,2723,

-4740,3982,20687,

};

信号波形图：

（2）设计新的滤波器：

使用MATLAB的FDATOOL可以很方便的设计一个新的滤波器。

以下是采用FDATOOL设计滤波器的截图，里面包含了新滤波器的信息。

设计的新滤波器仍为FIR低通型（曾尝试过设计IIR型，但生成的系数数组较为复杂），采用汉明窗进行设计。

FIR滤波器的阻带边缘频率为2kHz，的阶数由下式确定：

6.2π是汉明窗的精确过度带宽。

0.2π是数字频率过渡带宽，它由过渡带宽（

）转换成数字频率（

）而得。

为设计方便，取N=64。

设计完成后可以利用FDATOOL生成如下的数组：

shorth[65]=

23,27,31,35,37,37,32,20,0,

-29,-67,-113,-164,-215,-260,-293,-304,-287,

-234,-140,0,185,414,680,975,1286,1600,

1901,2175,2405,2579,2688,2725,2688,2579,2405,

2175,1901,1600,1286,975,680,414,185,0,

-140,-234,-287,-304,-293,-260,-215,-164,-113,

-67,-29,0,20,32,37,37,35,31,

27,23

利用该数组作为FIR的系数即可使用设计的新滤波器。

2、程序流程：

三个程序中，因为原始的发声程序和优化程序都是混频信号通过FIR滤波的一部分，所以以下只给出该程序的流程图。

四、功能测试记录

1、通过AIC23输出混频信号：

略。

2、混频信号通过FIR进行滤波：

输入信号（滤波前信号）：

滤波后信号：

由于边界效应的问题，所以输出有失真。

3、优化程序：

未优化之前需要9万多个周期，优化后只需要1258个。

4、功能拓展：

（1）输入信号在CCS中的显示波形：

（2）输入信号通过原FIR滤波器后的输出波形：

（3）输入信号通过新FIR滤波器后的输出波形：

五、调试过程中的主要问题及难点

输入信号通过原FIR滤波器和新FIR滤波器后的输出波形相比较而言，后者失真较大。

这是新FIR滤波器的特性图：

由该图可见，滤波器的旁瓣功率比较大，可能是造成失真大的原因，由于时间所限，未能作进一步优化。

六、实验总结

最后一次DSP实验，做起来并不难，但是包含的内容非常多，不仅实验的主要内容FIR滤波器是数字信号处理课程的重要内容，而且还认识了DSK6416的AIC23发声模块，学习了MATLAB的滤波器设计功能，更重要的是这次实验认识了许多代码优化的内容，让我树立了一种观念，可以用的程序不一定是好的，好的程序一定是又快又好用的。

这三次DSP实验让我学到了很多，实践了很多，确实是受益匪浅。