基于DSP6713實現(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)建了驗證該音頻信號處理算法的硬件平臺，并在集成開發(fā)環(huán)境CCS通過DSP的軟件編程完成其工程實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，該濾波器計算復(fù)雜度低，實現(xiàn)速度快，具有良好的實時性和濾波效果。
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，則產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，但是，在實際應(yīng)用中對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)等特性無法預(yù)先知道就會限制對需要處理的數(shù)字信號實現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)濾波技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字信號處理領(lǐng)域中的一個重要方面，其特點是不需要知道所處理信號的統(tǒng)計特性，而且能夠自動適應(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)濾波大多用在實時處理的情況，所以其實時實現(xiàn)問題是自適應(yīng)濾波器的一項重要指標(biāo)。在諸多的自適應(yīng)算法中，最小均方算法(LMS)由于其設(shè)計和實現(xiàn)都較為簡單被廣泛采用。
TMS320C6713是TI公司開發(fā)的一款新型浮點DSP芯片，它基于超長指令字結(jié)構(gòu)(VLIW)，非常適合于做高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)運算，被認(rèn)為是TI公司運算能力最強(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)建了音頻信號處理系統(tǒng)，對音頻信號的IIR格型自適應(yīng)濾波處理算法進(jìn)行硬件驗證。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
開發(fā)板系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。模擬音頻信號首先通過高性能前置運算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，本文使用CIRRUS公司最新專業(yè)級音頻芯片CS4272，該芯片使用了一個差分模擬結(jié)構(gòu)，采樣率高達(dá)192 kHz，實際信噪比超過90 dB。接著數(shù)字音頻信號經(jīng)過FPGA通過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)部存儲區(qū)以利于處理器進(jìn)行高速運算，經(jīng)過DSP處理后的數(shù)據(jù)同樣通過DSP的McBSP口輸出到FPGA，然后通過DAC輸出到前置運算NE5532進(jìn)行放大后輸出。電路中同時還接了一個單片機(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)試以及實時跟蹤等功能，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)化功能和一些實時分析及編程方案。此外，CCS的調(diào)試和仿真具有很強(qiáng)的功能：允許中斷點、剖析點及探測點三種斷點設(shè)置，分別實現(xiàn)程序斷點、實時分析和數(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，不可避免地會涉及到大量對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片級支持庫CSL作為一個組件，多數(shù)CSL模塊都由對應(yīng)函數(shù)、宏、類和表示符號組成，利用這些模塊可以非常方便地完成對DSP片上外設(shè)的配置和控制的編程工作，從而簡化了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硬件特殊性對用戶程序代碼的影響，以方便對用戶代碼在不同器件間的移植工作。