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1、第四章 DSP软件设计及应用,4.1 FIR滤波器的DSP实现 4.2 IIR数字滤波器的DSP实现 4.3 FDCT运算的DSP实现 4.4 混合编程技术,4.1 FIR滤波器的DSP实现,4.1.1 线性缓冲区法 4.1.2 循环缓冲区法 4.1.3 系数对称FIR滤波器的DSP实现,返回首页,数字滤波是DSP的最基本应用，利用MAC指令和循环寻址可以方便地完成滤波运算。 FIR（有限冲激响应）滤波器 IIR（无限冲激响应）滤波器 设FIR滤波器的系数为h(0)，h(1)， .，h(N-1)，X(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：,滤波器有关概念,其对应的滤波器传递函数为：
2、如图4-0所示为横截型（又称直接型或卷积型）FIR数字滤波器的结构图。 主要操作：乘法累加运算，输入数据的移位、更新,图4-0 横截型FIR数字滤波器的结构图,线性缓冲区法又称延迟线法： （1）对于N抽头FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区，存放最新的N个样本x（n）； （2）滤波时从最老的样本开始，每读一个样本后，将此样本向下移位， x（n-i） 变成x（n-i-1） ； （3）读完最后一个样本后，输入最新样本x（n+1）至缓冲区的顶部。 以上过程，可以用N=6的线性缓冲区示意图来说明，如图4-1所示：,4.1.1 线性缓冲区法,图4-1 N=6的线性缓冲区示意图,返回本节,h
3、N-2,h1,h0,hN-1,ARx,yn,yn+1,yn+2,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-3),x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-4),x(n-5),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-3),x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-4),AR1,x,COEF,x(n-5),线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-3)
4、,x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-2),x(
5、n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n+1),x(n-2
6、),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR: 存储器,hN-1,h1,a1,a2,a3,a4,a5,a0,hN-1,h1,x(n+1),x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-3),x(n-4),AR1,x,COEF,线性缓冲区实现FIR代码,.bss x,6 PA0.set 0 PA1 .set 1 .data COEF.word 5*32768/10,4*32768/10 .word3*32768/10 .word 2*32768/10,32768/10,.text _c_int00: SSBXFRCT ST
7、M #x+6,AR1 STM#5,AR0 LD#x+1,DP PORTR PA1, x+1 FIR:RPTZA,#5 MACD*AR1-,COEF,A STHA,*AR1;保存y(n) PORTW *AR1+,PA0;输出 PORTR PA1 *AR1+0;读入 BFIR .end （MACD： COFF地址增加）,4.1.2 循环缓冲区法,对于N抽头FIR滤波器，在数据存储区开辟一个具有N个单元的循环缓冲区，存放最新的N个输入数据。 每次输入新的数据时，新数据替换滑窗中最老的数据，其他数据则不需要移动。 图4-2说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法。,图4-2 FIR滤波器循环缓冲区存储
8、器图,ARx,y(n) y(n+1) y(n+2,FIR滤波器设计举例,设计一个FIR低通滤波器，通带边界频率为1500Hz，通带波纹小于1dB；阻带边界频率为2000Hz，阻带衰减大于40dB；采样频率为8000Hz。 FIR滤波器的设计可以用MATLAB窗函数法进行。 可以改变上述指标，得到不同阶数、不同系数的低通滤波器，然后参考实验代码实现。,2. 循环缓冲区法FIR：存储器,hN-1,h1,b4,b3,b2,b1,b0,b5,hN-1,h1,x(n-3),x(n-2),x(n-1),x(n),y(n),x(n-4),x(n-5),AR2,y,data,xn,AR3,b6,x(n-6),
9、hN-1,h1,x(n-3),x(n-2),x(n-1),x(n),y(n+1),x(n-4),x(n-5),AR2,y,xn,x(n+1),3. FIR代码,.bss y,1 xn.usect “.xn”,7 b0.usect “.b0”,7 PA0.set 0 PA1 .set 1 .data table.word 5*32768/10,4*32768/10 .word 2*32768/10,32768/10 .text _c_int00: SSBXFRCT STM #b0,AR1 RPT#6 MVPD table,*AR1+,STM #xn+6,AR2 STM #b0+6,AR3 STM
10、#7,BK STM#-1,AR0 LD#xn,DP PORTR PA1 xn FIR: RPTZ A,#6 MAC *AR2+0%, *AR3+0%,A STH A,y;保存y(n) PORTW y,PA0;输出 PORTR PA1 ,*AR2+0%; 读入x(n+1) BFIR .end,4. CMD文件中循环缓冲区设置方法,要保证循环缓冲区低N位地址为0： SECTIONS .xn: align(8)DARAM PAGE 1 .b0: align(8)DARAM PAGE 1 ,5产生滤波器输入信号的文件,按照通常的程序调试方法，先用Simulator逐步调试各子程序模块，再用硬件仿真器在
11、实际系统中与硬件仪器联调。 使用CCS的Simulator进行滤波器特性测试时，需要输入时间信号x(n)。本例设计一个采样频率Fs为8000Hz，输入信号频率为1000Hz和2500Hz的合成信号，通过设计的低通滤波器将2500Hz信号滤掉，余下1000Hz信号。,6CCS集成开发环境下上机操作过程,（1）在CCS上建立fir工程并运行fir.out程序。 （2）观察输入信号的波形及频谱（图4-34-5）。 （3）观察输出信号的波形及频谱（图4-6、4-7 ）。,图4-3 Graph 属性设置窗口,图4-4 输入信号的时域波形,图4-5 输入信号的频谱图,图4-6 滤波器输出信号时域波形,图4
12、-7 滤波器输出信号频谱图,返回本节,4.1.3 系数对称FIR滤波器的DSP实现,即：ai=aN-1-i，且N为偶数,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n+1),x(n-3),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xold,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n-3),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xo
13、ld,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n-3),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xold,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n-3),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xold,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n-3),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1)
14、,h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xold,循环缓冲区示意图：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n),x(n+1),x(n-2),AR2,AR3,a3,x(n-1),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-3),COEF,New区,Old区,xnew,xold,循环缓冲区示意图二：,h1,a1,a0,a2,h1,x(n-3),x(n+1),x(n-2),x(n-1),AR2,AR3,a3,x(n),h1,x(n-4),x(n-5),x(n-6),x(n-7),COEF,New区,Old区,xnew,xold
15、,系数对称FIR滤波器实现要点：,1在数据存储器中开辟两个循环缓冲区： New区：存放N/2=4个新数据（设N=8），AR2指向New 缓冲区中最新的数据； Old区：存放4个老数据， AR3指向Old 缓冲区中最老的数据； 循环缓冲区的长度为N/2。 2. 在程序存储器中设置系数表a0,a1,，a N/2 。 (注意：系数长度N为偶数时，只能实现低通、带通滤波，要想实现高通、带阻，N应为基数，如何实现？),3.使用 FIRS指令,FIRS Xmem，Ymem，pmad (1) (AH)系数ai+(B)B， (2) XmemYmem）16 A,即XmemYmem在AH中。 (3) PAR1 PAR 实现： FIRS *AR2+0%,*AR3+0%,COEF (AH)系数ai+(B)B *(AR2)+*(AR3)AH（累加器A的高位） AR2-1AR2，AR3-1AR3 将累加器B清0，重复执行FIRS 指令N/2次 保存或输出结果（结果在BH中）。,4修正数据指针，更新缓冲区数据,开始：将AR2和AR3分别指向New缓冲区中最新的数据和Old 缓冲区中最老的数据。 AR2-x（n），
