基于Nios Ⅱ數(shù)字音頻處理系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、當(dāng)今，數(shù)字音頻信號處理技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了模擬音頻信號處理技術(shù)，數(shù)字音頻處理技術(shù)(DSP)隨著信息技術(shù)的發(fā)展和提高其本身也得到了良好的發(fā)展，并且向著更高的處理速度，更加高的工作效率以及更加經(jīng)濟的方向逐漸邁進。數(shù)字音頻處理技術(shù)的核心就是數(shù)字濾波器的設(shè)計，數(shù)字濾波器的作用是將采集到的語音信號按照一定的算法基礎(chǔ)進行變換處理后，得到一個滿足要求的輸出信號，保留信號有用的頻率成分將不需要的頻率成分濾除掉。因此數(shù)字濾波在數(shù)字信號處理技術(shù)中占有重要的作

2、用，也是整個DSP技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)。根據(jù)數(shù)字濾波器的原理可知，數(shù)字濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，其中使用很多的乘法器、累加器和邏輯算術(shù)單元。因此，無論從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、體積以及系統(tǒng)的工作效率上都大大制約了傳統(tǒng)數(shù)字音頻處理系統(tǒng)的設(shè)計。伴隨著專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的技術(shù)革新以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field-ProgrammableGateArrayprogrammablegatearray）在數(shù)字音頻處理

3、系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方面都展現(xiàn)出了性能穩(wěn)定、靈活性高和功耗低等諸多優(yōu)勢，利用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)是國內(nèi)外的研究的熱點。
　　本論文介紹了目前了數(shù)字信號濾波技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展趨勢。詳細(xì)闡述了片上可編程系統(tǒng)(SOPC)技術(shù)，以及其軟硬件相結(jié)合的開發(fā)環(huán)境。利用Altera公司所提供的DE2開發(fā)板作為硬件開發(fā)平臺，提出一種基于NiosⅡ的數(shù)字音頻信號處理系統(tǒng)解決方案，結(jié)合FPGA邏輯器件的特性

4、，設(shè)計了一種全新的數(shù)據(jù)處理算法，并且基于傳統(tǒng)的濾波算法的基礎(chǔ)上進行改良和創(chuàng)新，提出了一種更加高效的四路并行處理的濾波算法，加快了系統(tǒng)的效率提高了系統(tǒng)的能力。
　　首先本系統(tǒng)采用NiosⅡ軟核處理器作為總控制器，將音頻輸入數(shù)據(jù)利用全相位數(shù)據(jù)預(yù)處理法進行預(yù)處理，其目的是將音頻信號中因截斷效應(yīng)所產(chǎn)的誤差降低，本論文采用一種基于單窗全相位預(yù)處理的算法方案。從處理后的結(jié)果清晰看出，數(shù)字音頻信號的波形表現(xiàn)的很是平穩(wěn)，截斷處理后的信號波形的首尾

5、相同平滑，在特定時間點，波形不會失真，泄露也得到了抑制，而且系統(tǒng)函數(shù)的統(tǒng)計特征（均值、方差、自相關(guān)函數(shù)）也是很穩(wěn)定，結(jié)果截斷誤差降低了許多。其次，本論文的核心是在傳統(tǒng)ⅡR數(shù)字濾波器的算法原理基礎(chǔ)上進行了改進，提出并設(shè)計了一種基于巴特沃斯低通濾波器的四路并行處理的新的濾波算法，提出了基于SOPC系統(tǒng)的片上可編程的軟硬件結(jié)合實現(xiàn)方案。利用NiosⅡ軟核處理器作為中心控制終端，將預(yù)處理模塊的輸出數(shù)據(jù)作為濾波函數(shù)模塊的輸入數(shù)據(jù)，這樣再對預(yù)處理后