基于麥克風(fēng)陣列聲源定位系統的FPGA實(shí)現
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2 各模塊設計實(shí)現
2．1 FIR帶通濾波模塊
為了消除噪聲和回聲干擾的影響，首先需要進(jìn)行濾波。語(yǔ)音信號的帶寬是0．3～3．4 kHz，因而需要設計一個(gè)帶通濾波器濾除語(yǔ)音信號帶寬之外的噪聲。為了使處理過(guò)的信號相位不發(fā)生變化即保持線(xiàn)性相位，需要采用FIR濾波器。
這里采用切比雪夫逼近法，由Matlab濾波器設計工具求得濾波器的各系數，乘以1024進(jìn)行量化，轉化為CSD編碼以提高其運行效率，最后由Verilog代碼實(shí)現。
2．2 半重疊漢明窗模塊
為了保證語(yǔ)音信號平穩性，一幀信號的時(shí)間窗長(cháng)度選為10～30 ms。而采樣器頻率為10 kHz，為了便于FFT處理選擇25．6 ms即幀長(cháng)為256點(diǎn)。為了保證統計特征的連續性和得到更好的語(yǔ)音處理效果，各幀之間進(jìn)行50％的重疊，即每次處理只更新12．8 ms的數據。這樣，一幀內的信號可以近似認為是平穩的。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/191197.htm
分幀是用可移動(dòng)的有限長(cháng)度窗口進(jìn)行加權的方法實(shí)現，這就是用某窗函數w(n)乘以s(n)，從而形成加窗的語(yǔ)音信號sw(n)=s(n)×w(n)，其中窗函數的值存儲在內部存儲資源中。常用的窗函數有漢明窗與矩形窗，漢明窗比矩形窗的平滑效果更好，故選擇漢明窗，其表達式如式(5)所示
其中，N是幀長(cháng)。
2．3 FFT運算模塊
由于語(yǔ)音信號是連續的實(shí)時(shí)采樣，為了能使傳來(lái)的語(yǔ)音信號連續不斷的處理，這里采用了乒乓結構，即采用兩個(gè)分別能存儲一幀數據的雙口RAM，第一個(gè)RAM在存儲新數據時(shí)，第二個(gè)RAM進(jìn)行FFT運算，并存儲其結果。然后，第一個(gè)RAM進(jìn)行FFT運算，并存儲其結果，第二個(gè)RAM存儲新的數據，這樣就保證了信號處理的連續性。
乒乓存儲時(shí)由倒序地址模塊產(chǎn)生倒序存儲地址，使RAM中存儲數據為倒序，為FFT運算做準備。為了加快運算速度，蝶形運算旋轉因子，先由Matlab軟件生成，量化為12位帶符號數，然后存儲在內部ROM里面。
整個(gè)FFT運算單元由狀態(tài)機設計完成，共由5個(gè)狀態(tài)完成；S1狀態(tài)輸出第一個(gè)操作數地址；S2狀態(tài)得到第一個(gè)操作數，輸出第二個(gè)操作數地址；S3狀態(tài)得到第2個(gè)操作數，計算出第一個(gè)結果；S4狀態(tài)寄存第一個(gè)結果，計算出第二個(gè)結果；S5狀態(tài)寄存第二個(gè)結果，產(chǎn)生下一級運算地址。
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