基于Nios Ⅱ數(shù)字音頻處理系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、當今，數(shù)字音頻信號處理技術已經(jīng)逐漸取代了模擬音頻信號處理技術，數(shù)字音頻處理技術(DSP)隨著信息技術的發(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)字音頻處理技術的核心就是數(shù)字濾波器的設計，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)字信號處理技術中占有重要的作

2、用，也是整個DSP技術領域中不可或缺的技術。根據(jù)數(shù)字濾波器的原理可知，數(shù)字濾波器內(nèi)部結構相當復雜，其中使用很多的乘法器、累加器和邏輯算術單元。因此，無論從系統(tǒng)的內(nèi)部結構、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)的設計。伴隨著專用集成電路(ASIC)領域中的技術革新以及嵌入式技術的發(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。詳細闡述了片上可編程系統(tǒng)(SOPC)技術，以及其軟硬件相結合的開發(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，結合FPGA邏輯器件的特性

4、，設計了一種全新的數(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)預處理法進行預處理，其目的是將音頻信號中因截斷效應所產(chǎn)的誤差降低，本論文采用一種基于單窗全相位預處理的算法方案。從處理后的結果清晰看出，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、自相關函數(shù)）也是很穩(wěn)定，結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上進行了改進，提出并設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合實現(xiàn)方案。利用NiosⅡ軟核處理器作為中心控制終端，將預處理模塊的輸出數(shù)據(jù)作為濾波函數(shù)模塊的輸入數(shù)據(jù)，這樣再對預處理后