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一種高階音頻均衡濾波器的設計實(shí)現

作者: 時(shí)間:2011-03-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

器作為高品質(zhì)音響不可或缺的關(guān)鍵附屬調節設備,在音效調整修飾方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用。一般器有數字和模擬兩種實(shí)現方法,模擬方法用有源和無(wú)源組實(shí)現,受器件溫度等特性的影響,難以達到較高的可靠性和一致性,且成本較高。數字實(shí)現方法采用數字,具有較高的靈活性和可靠性。常用的數字有IIR和FIR兩種。IIR濾波器結構簡(jiǎn)單,所需的存儲空間小,但其相位是非線(xiàn)性;FIR濾波器是線(xiàn)性相位濾波器,這對高品質(zhì)音效處理是必要的。本文通過(guò)在FPGA內設計了1 024階FIR濾波器實(shí)現數字濾波,通過(guò)系數的重載實(shí)現多種頻率響應的均衡特性。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/187575.htm

  1 總體概述

  文中設計的FIR均衡濾波器采用多相濾波結構,用時(shí)間換取空間,節省FPGA內部資源,以達到在固定資源下的最大階數。實(shí)現結構框圖如圖1所示。

數字濾波器實(shí)現結構框圖

圖1 數字濾波器實(shí)現結構框圖

  輸入序列以及濾波系數分別存儲在緩存陣列中,在時(shí)鐘同步下由控制模塊通過(guò)生成相應的讀寫(xiě)地址及使能信號,使其按照一定次序輸出到乘累加模塊進(jìn)行運算,并輸出最終結果。系數可通過(guò)外部輸入重載,以實(shí)現不同的均衡特性。EP1C3系列FPGA共有13個(gè)M4K塊,每個(gè)為256 ×18位,取數據和系數的位寬為16位。為了充分利用有限資源,并考慮處理速度及音頻信號速率要求,取每個(gè)緩存子模塊的存儲深度為256,即將乘累加模塊復用256次,每256個(gè)系統時(shí)鐘周期運算一個(gè)采樣點(diǎn)數據,輸出一個(gè)濾波結果。每個(gè)緩存子模塊占用一個(gè)M4K塊,連續4個(gè)子模塊串聯(lián),就可實(shí)現256 x4=1 024階的要求,再考慮系數占用的空間,總共消耗8個(gè)M4K塊。這也是在有限資源下能實(shí)現的最高階數。

  2 各模塊實(shí)現

  2.1 輸入序列緩存模塊

  輸入序列緩沖模塊采用雙口RAM模塊實(shí)現,將4個(gè)級聯(lián)使用,如圖2所示。4個(gè)子塊使用相同的讀寫(xiě)地址及使能信號,采樣數據從第一個(gè)子塊輸入,第一個(gè)子塊的數據輸出端與下一級子塊的輸入端直接相連,依次類(lèi)推。每個(gè)緩存子塊的數據y1~y4都輸出給乘累加模塊進(jìn)行運算。

輸入序列緩沖模塊實(shí)現框圖

圖2 輸入序列緩沖模塊實(shí)現框圖

  該模塊的關(guān)鍵是讀寫(xiě)地址的控制,寫(xiě)地址waddr必須滯后讀地址raddr一個(gè)時(shí)鐘周期,這樣子塊當前輸出數據會(huì )在下個(gè)時(shí)鐘寫(xiě)入下一個(gè)子塊的相應單元。256個(gè)周期后,子塊的數據整體移到下一個(gè)子塊。


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