1、 實驗題目：音頻信號處理實驗班級： 姓名： 學號： 日期： 2016年6月10日一、 實驗目的：1. 了解音頻 codec 芯片的程序控制原理。2. 掌握常用濾波器的設計方法。3. 掌握濾波器在 DSP 中的實現方法和驗證方法。4掌握音頻信號的時頻分析方法。二、實驗原理：1. 音頻 codec 芯片性能指標及控制方法- 初始化配置：DSP 將配置命令發送到音頻 codec 芯片，配置完成后音頻 codec 芯片開始工作。- 聲音信號的輸入：采集的聲音數據可以是點數據或塊數據。- 聲音信號的輸出：DSP 將處理好的聲音數據發送給音頻 codec 芯片，輸出模擬信號。2. 音頻濾波處理音

2、頻處理設備是指對音頻信號進行修飾和加工處理的部件、裝置和設備。音頻處理設備通常是圍繞調音臺連接的，因此又稱為周邊設備。通過改變相應的聲音物理參量的方法來達到改變響度、音調、音色等。常用的有濾波器、均衡器、延時混響等等。本實驗要求選擇一種音頻處理功能，設計相應的數字信號處理算法，并在 DSP 實驗箱中實現。3算法推導長度為M的因果有限沖擊響應濾波器由傳輸函數H(z)描述：它是次數為M-1的的一個多項式。在時域中，上述有限沖激響應濾波器的輸入輸出關系為：其中y（n）和x（n）分別是輸出和輸入序列。根據系數 h 是偶對稱為了簡化運算產生如下計算方法 根據這個公式，即可設計出理想的fir濾波器。4.

3、程序流程圖MATLAB仿真： dsp仿真實驗：開始開始定義全局變量讀取原始信號定義變量以及指定系數的文件：將K_FIR_BFFR定為32對原始信號加噪處理分析原始信號和加噪信號頻譜指定寄存器確定fir濾波器的各個參數進行FIR計算輸出根據fir1函數實現fir帶阻濾波器的設計結束輸出濾波器系數h和生成dat文件結束三、儀器設備：1.硬件：計算機一臺。2.軟件：MATLAB R2012a 3Ccs2.24. DM642 實驗箱，耳機，麥克風。四、實驗步驟：（一）、MATLAB仿真實驗： 1、原始信號獲取與處理（1）選取一段事先錄制好的wav音頻文件(“原始信號.wav”)，作為實驗的原始語音信號

4、。部分程序如下：y,fs,nbits=wavread('原始信號.wav');（2）對該信號進行加噪處理。分別在6000Hz、6100Hz、6200Hz、6300Hz、6400Hz五個頻率點加一段正弦波或余弦波信號，以此作為噪聲。部分程序如下：n= length(y); %求出語音信號的長度m=0:n-1;w=2*m/n;s=0.03*cos(2*pi*4800*m/fs)'+0.04*sin(2*pi*4900*m/fs)'+0.02*cos(2*pi*5000*m/fs)'+0.03*sin(2*pi*5100*m/fs)'+0.04*sin

5、(2*pi*5200*m/fs)'x=y+s;（3）分別對原始信號和加噪后的信號進行時域和頻域分析。%原始信號波形figure(1)Y=fft(y,n); %傅里葉變換subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信號波形');subplot(2,1,2);plot(w,abs(Y);title('原始信號頻譜')%加噪后信號波形figure(2)X=fft(x,n);subplot(2,1,1);plot(x);title('加噪聲后信號波形');subplot(2,1,2);plot(w,abs(X);title(&

6、#39;加噪聲后信號頻譜')；2、實現fir帶阻濾波器的設計（1）根據希望達到的效果確定通帶邊界頻率、通帶截止頻率、阻帶邊界頻率和阻帶截止頻率。 （2）根據上一步結果確定fir帶阻濾波器的過渡帶寬。 （3）根據第二步結果確定濾波器的階數。 （4）確定截止頻率（5）利用fir1函數實現fir帶阻濾波器的設計 （6）利用設計好的濾波器對加噪后的信號進行濾波（7）根據前面設計好的fir帶阻濾波器獲取濾波器的系數Fir濾波器程序如下：fs1=2500;fp1=5400;fp2=5600;fs2=9000; Bt=(f p 1*2/fs-fs1*2/fs)*pi;N1=ceil(6.6*pi/B

7、t);N=N1+mod(N1+1,2);wn1=(f s 1+fp1)/2,(fs2+fp2)/2;wn=wn1*2/fs; hn=fir1(N-1,wn,'stop');fir_x=filter(hn,1,x);生成濾波器系數h：fid=fopen('C:UsersZXCDesktopxishu.txt','wt');m,n=size(hn); for i=1:1:m for j=1:1:n if j=n fprintf(fid,'%0.4fn',hn(i,j); else fprintf(fid,'%0.4f,'

8、;,hn(i,j); end endendfclose(fid); 3、將加噪后的原始信號生成dat文件 （1） 根據前面的結果生成加噪信號的dat文件（“xishu.dat”），以便dsp仿真使用。fid=fopen('C:UsersZXCDesktopxishu.dat','w');fprintf(fid,'1651 1 0 0 0n');for k=1:length(y1) y1(k) = round(y1(k);if y1(k)<16 fprintf(fid,'0x000%xn',y1(k);elseif y1(k)

9、<256 fprintf(fid,'0x00%xn',y1(k);elseif y1(k)<4096 fprintf(fid,'0x0%xn',y1(k);else fprintf(fid,'0x%xn',y1(k);endendfclose(fid);（二）、dsp仿真實驗：1、設置 Code Composer Studio2.2 在軟件仿真方式下運行 2、啟動 Code Composer Studio2.2。雙擊桌面上“CCS 2(C6000)”，啟動 Code Composer Studio2.2；3、打開工程單擊菜單“Proj

10、ect”->“Open”，打開先前fir實驗用的fir.pjt工程4、修改參數用之前MATLAB實驗獲得的fir帶阻濾波器系數h代替剛打開的fir工程的fir.c文件系數h，修改volume.h文件的FIRSIZE的大小為27。5、 編譯并下載程序單擊菜單“Project” -> “Rebuild All”；執行 File->Load Program ,在隨后打開的對話框中選擇剛剛建立debugfir.out 文件。6、輸入數據 (1) 移動光標到主函數的 dataIO()這一行, 右擊鼠標選擇 Toggle Probe Point 項。再右擊鼠標選擇 Toggle Brea

11、kPoint 項。如圖：(2) 打開 File 選單，選擇 File I/O 選項，打開 File I/O 對話框，在這個對話框中, 可以選擇輸入/輸出文件。(3) 在 File Input 屬性頁下, 點擊 Add File 按鈕。選擇本工程文件夾下的xishu.dat文件。如圖：(4) 單擊打開按鈕，把文件添加到 File Input 屬性頁下的列表框中，使“Wrap Around”前的對勾被選中，輸入 Address 為：inp_tempbuf, 長度為：8。(5) 選擇“Add probepoint”進入 Break /Probe /Profile Points 對話框，在 Probe

12、 Points 屬性欄中選中斷點，在 Connent 的屬性框中選擇輸入波形的位置，單擊 Replace 并單擊確定，完成設置。如圖：(6)打開 View 選單，選擇 Graph 下的 Time/Frequency 選項。(7)在 Graph Property 對話框中，修改以下選項為當前值。點擊OK按鈕，顯示輸入信號的時域波形（8）重復上兩步，修改以下選項為當前值。點擊OK按鈕，顯示輸出信號的時域波形（9）重復前面步驟步，修改以下選項為當前值。點擊OK按鈕，顯示輸入信號的頻域波形（10）重復前面步驟步，修改以下選項為當前值。點擊OK按鈕，顯示輸出信號的頻域波形（11）打開“Debug”選單，

13、選擇“Run”選項或按 F5 運行程序，觀察結果。（12）打開“Debug”選單，選擇“Halt”選項或按 Shift-F5 終止實驗結果。五、數據記錄：（一）、MATLAB仿真實驗： 1、獲取的原始音頻文件長度：n =12218 原始信號的時域和頻域波形： 加噪信號的時域和頻域波形：濾波后的時域和頻域波形2、設計的fir帶阻濾波器階數：N = 27 濾波器系數h：hn = -0.0001 0.0024 0.0023 -0.0118 -0.0051 0.0182 0.0019 0.0170 0.0098 -0.1192 -0.0178 0.2454 0.0092 0.6957 0.0092 0

14、.2454 -0.0178 -0.1192 0.0098 0.0170 0.0019 0.0182 -0.0051 -0.0118 0.0023 0.0024 -0.00013、fir帶阻濾波器（二）、dsp仿真實驗： 1000點時域：輸入：輸出：1000點頻域：輸入頻域：輸出頻域：六、實驗結果討論：在本實驗中，首先通過MATLAB讀取一段音頻，然后對音頻信號（在5000Hz處）用余弦和正弦混合信號進行加噪，對比加噪前后的聲音頻譜，可以看到，在5000Hz附近頻段上有明顯加進去的噪聲信號。之后用MATLAB設計一個fir帶阻濾波器，阻帶在5000Hz附近頻段，階數為27，用設計好的fir帶阻濾

15、波器對加噪后的聲音信號進行濾波處理，對比濾波前后的噪聲信號的頻譜圖，可以看到，噪聲信號已經明顯被濾除掉。 通過fir濾波器來獲得相應的濾波系數h，將h帶入到dsp中的fir濾波器中，然后通過dsp中的fir算法對加噪后的原始信號進行濾波處理，輸出濾波前后的信號頻譜，對比前后信號頻譜可以看到，中頻段處的噪聲信號已經被明顯濾除掉，實驗結果較理想。 對比MATLAB和dsp兩者的濾波效果，可以看到兩者的濾波效果較為相近，中頻段處的噪聲信號被明顯濾除。但是，由于噪聲信號是人為加進去的，噪聲點在5000Hz附近，而實際的原始聲音信號在5000Hz出也有信號，用本實驗方式設計的fir帶阻濾波器雖然能夠濾除掉加進去的噪聲信號，但是5000Hz頻段處的原始聲音信號也相應的被濾除，這樣造成原始信號有損失。因此本實驗設計的濾波器對噪聲信號濾除效果較好，但是實際應用效果并非很理想，這個需要進一步的改進，從而達到更理想的濾波效果。七、結論：通過本實驗，我對fir濾波器有了更深層次的理解，學會了如何用MATLAB和dsp來設計fir帶阻濾波器，從而對噪聲信號進行濾波處理。Fir濾波有幾個比較重要的參數，比如：通帶截止頻率、通帶邊界頻率、阻帶截止頻率、阻帶邊界頻率、濾波器階數等。通過這些參數，就可以設計出相應的fir濾波器，最后得到濾波器的系統函數，從而實現fir濾波，要想達到較好的濾波