基于DSP的FIR滤波器的设计与实现(2)

一、课题的目的与意义
数字信号处理（DSP）包括两重含义：数字信号处理技术（Digital Signal Processing）和数字信号处理器（Digital Signal Processor）。数字信号处理（DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法、对信号进行采集、滤波、增强、压缩、估值和识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的，其应用范围涉及几乎所有的工程技术领域。数字信号处理是一门理论和实践密切结合的课程，开设课题的目的是让学生在学习了数字信号处理课程之后并能把所学的理论知识与实际的工程应用联系起来，在熟练掌握数字信号处理的基本原理基础上，能结合工程实际学习更多的DSP实现技术及其应用技能。
数字滤波器是数字信号处理的重要组成部分，可作为应用系统对信号的前置处理。同时用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受外界影响等优点外，还具有灵活性好的特点，可对DSP芯片编程来实现数字滤波的参数修改，进而十分方便地修改滤波器的特性。因此基于DSP的数字滤波被广泛应用于语音、图像、软件无线电等领域，具有广阔的发展空间
FIR滤波器具有严格的线性相位，可以具有任意的幅度特性，且是可物理实现的因果系统，因此被广泛地应用在现代通信技术当中，如解调器中的位同步与位定时提取、自适应均衡去码间串扰以及话音的自适应编码等。可见对FIR滤波器的研究是具有非常重要的现实意义的。
二、课程发展现状和前景展望
数字信号处理是目前应用日益广泛、发展十分迅猛的技术，它是消费类电子产品、通信产品、工业、国防等应用技术的基础，而且应用范围还在不断扩大，它实际上已经被应用在我们日常生活中的许许多多方面之中，你可以在象洗衣机、医学用扫描仪等等日常生活中常见的工具里发现它。数字信号处理器(DSP)芯片从1980年开始为人们所使用，它引发了工业设计的革命。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机和消费类电子产品等领域的基础器件。现在主要DSP厂家包括德州仪器（TI）、朗讯（AT&T）、摩托罗拉、模拟器件公司（ADI）等。其中TI DSP产品遍及全球，占世界市场45％的份额，每2个数字蜂窝电话中就有1个采用TI产品，全世界90％的硬盘和33％的MODEM均采用TI DSP技术。
滤波是现代数字信号处理的重要研究内容，在信号分析、图像处理、模式识别、自动控制等领域得到了广泛应用。目前Wiener滤波、Kalman滤波和自适应滤波等一些线性滤波方法已经得到了很快的发展，其中自适应滤波器是目前数字滤波器领域中最为活跃的分支。随着科学技术的发展,电话,光缆,微波等通信方式已发展得日益完善,语音质量空前提高.但在某些领域,周围噪声比较大,所需的语音信号很容易被周围噪声所污染，基于DSP实现并进行了去噪处理,速度快并且性能稳定,也就是利用LMS算法实现自适应滤波器来消除噪声。而随着现代数字信号处理技术的发展，非线性数字信号处理方法在信号处理领域中的地位和作用显得越来越重要，因为从自然现象和社会现象中涌现出来的大量信号处理问题是非线性的。线性数字信号处理方法虽然在理论上比较成熟，且实现相对简单，但它对非线性问题的处理结果在大多数情况下是不十分理想的。近二十年来，非线性数字信号处理技术已取得了长足进展，其中包括对非线性数字滤波器的研究。受到人们日益重视的一些非线性滤波方法包括小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等，它们都是现代数字信号处理领域的前沿研究课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。
三、课题的主要内容和要求
本课题是“基于DSP的FIR滤波器的设计与实现”，就是根据数字信号处理的基本理论，用窗函数法实现FIR滤波器，对语音信号进行滤波。然后在以TI公司的TMS3205410 DSP为核心处理器的DSP实验箱上进行硬件和软件实现。
1、  用窗函数法实现FIR带通与低通滤波器，通过调用四种窗口函数，截取不同的滤波原型，低通滤波器满足以下性能要求：
采样频率fs=250kHz，通带截止频率fp=20kHz，阻带截止频率fs=30kHz，最大通带衰减Ap=3dB,最小阻带衰减As=50dB。
2．用时间抽取法实现FFT/IFFT算法，通过此算法，对信号进行频域分析、频域处理；
3．自适应滤波器是目前数字滤波器领域中最为活跃的分支，讨论采用经过改进的LMS（最小圴方误差）算法实现自适应滤波器；
4．研究DSP的结构特点，重点了解TI公司的TMS3205410 DSP器件；
5．掌握DSP系统的构成及软硬件设计方法,掌握CCS软件的调试方法；
6．以TI公司的TMS3205410 DSP为核心处理器，在DSK上实现FIR滤波器系统，编写相应软件；
7．编写设计说明书。
四、研究方法、步骤和措施；
使用窗函数法设计线性相位设计FIR数字滤波器，用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定DSP上的实现。实现时，先在CCS仿真开发，然后将程序加载到TMS320VC5410上实时运行，来实现了目标要求。
本设计的主要步骤和措施如下：
（1）    确定指标和逼近：根据实际的需要确定滤波器的各项指标并且建立目标数字滤波器模型；
（2）    性能分析和计算机仿真：
（3）    FIR滤波器的MATLAB设计：利用MATLAB的求阶函数和FIR滤波器的设计函数，可以快速地设计出所需的数字滤波器；
（4）    采用经过改进的LMS算法实现自适应滤波器；
（5）    用专用的DSP芯片TMS3205410实现数字滤波器，解决定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题；
（6）    根据系统的要求和选用的DSP芯片TMS3205410编写相应的程序：采用了两种语言结合编写的方法来设计软件程序；
（7）    上机调试；