基于DSP6713實(shí)現(xiàn)的IIR格型自適應(yīng)濾波器

摘要：區(qū)別于普通的FIR，IIR濾波器，為了使濾波器能夠按照某種準(zhǔn)則自動(dòng)且較快地達(dá)到最佳濾波效果，采用了LMS自適應(yīng)算法和格型濾波結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法。它利用DSP技術(shù)在TMS320C6713開發(fā)板上構(gòu)建了驗(yàn)證該音頻信號(hào)處理算法的硬件平臺(tái)，并在集成開發(fā)環(huán)境CCS通過(guò)DSP的軟件編程完成其工程實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該濾波器計(jì)算復(fù)雜度低，實(shí)現(xiàn)速度快，具有良好的實(shí)時(shí)性和濾波效果。
關(guān)鍵詞：TMS320C6713；IIR；自適應(yīng)格型濾波器；LMS算法；CCS

0 引言
在數(shù)字信號(hào)處理中，常規(guī)濾波器或固定濾波器如FIR，IIR濾波器的特性被固定，即作用于輸入信號(hào)，則產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，但是，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)濾波器的輸出要求往往是明確的，如果濾波器的權(quán)系數(shù)等特性無(wú)法預(yù)先知道就會(huì)限制對(duì)需要處理的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)濾波技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面，其特點(diǎn)是不需要知道所處理信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，而且能夠自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的變化，使得處理結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。由于自適應(yīng)濾波大多用在實(shí)時(shí)處理的情況，所以其實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題是自適應(yīng)濾波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在諸多的自適應(yīng)算法中，最小均方算法(LMS)由于其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都較為簡(jiǎn)單被廣泛采用。
TMS320C6713是TI公司開發(fā)的一款新型浮點(diǎn)DSP芯片，它基于超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)(VLIW)，非常適合于做高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)運(yùn)算，被認(rèn)為是TI公司運(yùn)算能力最強(qiáng)的處理器之一。本文使用合眾達(dá)公司開發(fā)的一款基于TMS320C6713芯片的開發(fā)板構(gòu)建了音頻信號(hào)處理系統(tǒng)，對(duì)音頻信號(hào)的IIR格型自適應(yīng)濾波處理算法進(jìn)行硬件驗(yàn)證。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
開發(fā)板系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。模擬音頻信號(hào)首先通過(guò)高性能前置運(yùn)算NE5532進(jìn)行預(yù)放，然后進(jìn)入音頻ADC進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換得到串行輸出的數(shù)字音頻信號(hào)，本文使用CIRRUS公司最新專業(yè)級(jí)音頻芯片CS4272，該芯片使用了一個(gè)差分模擬結(jié)構(gòu)，采樣率高達(dá)192 kHz，實(shí)際信噪比超過(guò)90 dB。接著數(shù)字音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)FPGA通過(guò)DSP的McBSP口進(jìn)入DSP芯片TMS320C6713。進(jìn)入DSP的數(shù)據(jù)存放在DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)以利于處理器進(jìn)行高速運(yùn)算，經(jīng)過(guò)DSP處理后的數(shù)據(jù)同樣通過(guò)DSP的McBSP口輸出到FPGA，然后通過(guò)DAC輸出到前置運(yùn)算NE5532進(jìn)行放大后輸出。電路中同時(shí)還接了一個(gè)單片機(jī)芯片STC89LE52，它用于控制LED、按鍵、A／D、D／A轉(zhuǎn)換器以及與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2 CCS和CSL簡(jiǎn)介
CCS(Code Composer Studio)是TI公司推出的用于開發(fā)DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，它采用熟悉的Windows風(fēng)格界面，提供了基本的代碼生成工具，具有編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試以及實(shí)時(shí)跟蹤等功能，支持*．a(chǎn)sm，*．c，*．h，*．cmd等多種格式并最終生成*．out等可供下載至硬件電路運(yùn)行的二進(jìn)制格式文件，它還提供了多種C／C++代碼優(yōu)化功能和一些實(shí)時(shí)分析及編程方案。此外，CCS的調(diào)試和仿真具有很強(qiáng)的功能：允許中斷點(diǎn)、剖析點(diǎn)及探測(cè)點(diǎn)三種斷點(diǎn)設(shè)置，分別實(shí)現(xiàn)程序斷點(diǎn)、實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)入等功能。CCS為DSP芯片的開發(fā)與設(shè)計(jì)提供了極大的便利，是目前使用最為廣泛的DSP開發(fā)環(huán)境之一，其版本已發(fā)展至4．1甚至更高。
在DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，不可避免地會(huì)涉及到大量對(duì)DSP器件外設(shè)特別是片上外設(shè)的編程處理工作，這將消耗開發(fā)工程師在開發(fā)初期大量的精力。在TI公司的CCS開發(fā)環(huán)境中，提供了DSP片級(jí)支持庫(kù)CSL作為一個(gè)組件，多數(shù)CSL模塊都由對(duì)應(yīng)函數(shù)、宏、類和表示符號(hào)組成，利用這些模塊可以非常方便地完成對(duì)DSP片上外設(shè)的配置和控制的編程工作，從而簡(jiǎn)化了DSP片上外設(shè)的開發(fā)工作，縮短了用戶程序的開發(fā)周期，并且可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化控制管理片上外設(shè)的能力，減少DSP硬件特殊性對(duì)用戶程序代碼的影響，以方便對(duì)用戶代碼在不同器件間的移植工作。