基于DSP6713實(shí)現的IIR格型自適應濾波器

摘要：區別于普通的FIR，IIR濾波器，為了使濾波器能夠按照某種準則自動(dòng)且較快地達到最佳濾波效果，采用了LMS自適應算法和格型濾波結構相結合的方法。它利用DSP技術(shù)在TMS320C6713開(kāi)發(fā)板上構建了驗證該音頻信號處理算法的硬件平臺，并在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS通過(guò)DSP的軟件編程完成其工程實(shí)現。實(shí)驗結果表明，該濾波器計算復雜度低，實(shí)現速度快，具有良好的實(shí)時(shí)性和濾波效果。
關(guān)鍵詞：TMS320C6713；IIR；自適應格型濾波器；LMS算法；CCS

0 引言
在數字信號處理中，常規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)生相應的輸出，但是，在實(shí)際應用中對濾波器的輸出要求往往是明確的，如果濾波器的權系數等特性無(wú)法預先知道就會(huì )限制對需要處理的數字信號實(shí)現最優(yōu)濾波。自適應濾波技術(shù)是現代數字信號處理領(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的統計特性，而且能夠自動(dòng)適應環(huán)境的變化，使得處理結果達到最優(yōu)。由于自適應濾波大多用在實(shí)時(shí)處理的情況，所以其實(shí)時(shí)實(shí)現問(wèn)題是自適應濾波器的一項重要指標。在諸多的自適應算法中，最小均方算法(LMS)由于其設計和實(shí)現都較為簡(jiǎn)單被廣泛采用。
TMS320C6713是TI公司開(kāi)發(fā)的一款新型浮點(diǎn)DSP芯片，它基于超長(cháng)指令字結構(VLIW)，非常適合于做高強度的數學(xué)運算，被認為是TI公司運算能力最強的處理器之一。本文使用合眾達公司開(kāi)發(fā)的一款基于TMS320C6713芯片的開(kāi)發(fā)板構建了音頻信號處理系統，對音頻信號的IIR格型自適應濾波處理算法進(jìn)行硬件驗證。

1 硬件系統設計
開(kāi)發(fā)板系統總體方案框圖如圖1所示。模擬音頻信號首先通過(guò)高性能前置運算NE5532進(jìn)行預放，然后進(jìn)入音頻ADC進(jìn)行A／D轉換得到串行輸出的數字音頻信號，本文使用CIRRUS公司最新專(zhuān)業(yè)級音頻芯片CS4272，該芯片使用了一個(gè)差分模擬結構，采樣率高達192 kHz，實(shí)際信噪比超過(guò)90 dB。接著(zhù)數字音頻信號經(jīng)過(guò)FPGA通過(guò)DSP的McBSP口進(jìn)入DSP芯片TMS320C6713。進(jìn)入DSP的數據存放在DSP的內部存儲區以利于處理器進(jìn)行高速運算，經(jīng)過(guò)DSP處理后的數據同樣通過(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)單片機芯片STC89LE52，它用于控制LED、按鍵、A／D、D／A轉換器以及與FPGA進(jìn)行數據通信。

2 CCS和CSL簡(jiǎn)介
CCS(Code Composer Studio)是TI公司推出的用于開(kāi)發(fā)DSP芯片的集成開(kāi)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的調試和仿真具有很強的功能：允許中斷點(diǎn)、剖析點(diǎn)及探測點(diǎn)三種斷點(diǎn)設置，分別實(shí)現程序斷點(diǎn)、實(shí)時(shí)分析和數據導入等功能。CCS為DSP芯片的開(kāi)發(fā)與設計提供了極大的便利，是目前使用最為廣泛的DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，其版本已發(fā)展至4．1甚至更高。
在DSP應用系統中，不可避免地會(huì )涉及到大量對DSP器件外設特別是片上外設的編程處理工作，這將消耗開(kāi)發(fā)工程師在開(kāi)發(fā)初期大量的精力。在TI公司的CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境中，提供了DSP片級支持庫CSL作為一個(gè)組件，多數CSL模塊都由對應函數、宏、類(lèi)和表示符號組成，利用這些模塊可以非常方便地完成對DSP片上外設的配置和控制的編程工作，從而簡(jiǎn)化了DSP片上外設的開(kāi)發(fā)工作，縮短了用戶(hù)程序的開(kāi)發(fā)周期，并且可以達到標準化控制管理片上外設的能力，減少DSP硬件特殊性對用戶(hù)程序代碼的影響，以方便對用戶(hù)代碼在不同器件間的移植工作。