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1、TMS320C674X DSP音频信号频谱分析学院：专业：姓名：指导老师：信息学院自动化学号：职称：范杰副教授中国珠海二G一三年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计TMS320C674X DSP音频信号频谱 分析是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和 材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名：日期：年月曰基于TMS320C6748 DSP的音频频谱分析摘要音频信号频谱分析的本质是将数字音频信号表示成一组正弦余弦波的线性组 合，从而确定音频信号的频率成分。本设计基于TMS320C6748数字信号处理器的性能和结构特点，编写汇编
2、程序,在DSP C6748上对具体音频信号进行频谱分析仿 真。数字信号处理器（DSP，即DigitalSignalProcessor）是进行数字信号处理的专 用芯片，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的新器 件。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与 模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信 号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字 域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域， 这是通过数模转换器实现的。音频信号频谱分析的核心算法是离散傅立叶变换(D
3、FT，是DFT使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以用通用计算机处理离散信号。而使音频信号频 谱分析从理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT，FFT的出现大大减少了 DFT的运算量，使实时的音频信号频谱分析成为可能、极大促进了该技术的发展。关键词：音频信号频谱分析数字信号处理AbstractThe esse nee of the audio sig nal spectrum an alysis of the digital audio sig nal is represe nted as a set of lin ear comb in ati ons of the sine and c
4、os ine wave, thereby determ ining a freque ncy comp onent of the audio sig nal. The desig n is based on the TMS320C6748 digital sig nal processor performa nee and structural characteristics, the preparati on of the assembler, DSP C6748 specific audio sig nal spectrum an alysis simulatio n.The digita
5、l signal processor (DSP, i.e. DigitalSignalProcessor is a digital signal process ing ASIC is accompa nied microelectro nics, digital sig nal process ing tech no logy, the developme nt of computer tech no logy and the new device. Digital sig nal process ing the sig nal in digital form and process ing
6、 theory and tech no logy. The digital sig nal process ing and an alog sig nal process ing is a subset of the sig nal process ing. The purpose of the digital signal processing is a continuous analog signal of the real world measureme nt or filteri ng. Therefore required before perform ing digital sig
7、 nal process ing of the signal converted from the analog domain to the digital domain, which is usually achieved by the analog-to-digital converter. While the output of the digital signal process ing ofte n also con verted to the an alog doma in, this is achieved by the digital-to- an alog conv erte
8、r.Audio signal spectrum analysis of the core algorithm is a discrete Fourier transform (DFT is the DFT of the signal in the digital domain and frequency domain are discrete to han dle discrete sig nal, which can use a gen eral-purpose computer. Spectrum an alysis of the audio signal is fast Fourier
9、transform (FFT FFT appears greatly reduce the amount of computation of the DFT, so that the audio signal in real time spectral analysis becomes possible, and greatly con tribute to the developme nt of the tech no logy from theory to practical.Keywords: audio sig nal spectrum an alysis of digital sig
10、 nal process ing目录摘要2ABSTRACT错误！未定义书签。1前言错误！未定义书签。2音频信号频谱分析的原理和方法12.1音频采样信号分段2.2分段的音频信号加窗2.3离散余弦变换的频率分解性质3音频信号频谱分析算法的改进 43.1提高时域分辨率的音频信号频谱分析算法3.2提高频域分辨率的音频信号频谱分析算法4 C6748 DSP性能特点及开发工具 64.1 C6748 DSP核结构特点4.2 C6748 DSP指令系统4.3 CCS集成软件开发工具431创建工程文件432向工程添加文件433编译和运行程序5基于C6748 DSP的音频频谱分析算法实现 235.1音频信号样本序
11、列在DSP中的定点表示5.2音频信号频谱分析流程5.3音频信号频谱分析算法DSP实现6基于C6748 DSP的音频频谱分析改进算法实现 316.1提高时域分辨率的音频频谱分析算法 DSP实现6.2提高频域分辨率的音频 频谱分析算法DSP实现7结论3参考文献3谢辞391前言自然界的运动和变化都有他们的固有规律，其中很多规律表现为周期性。大至 宇宙天体，笑道基本粒子，它们的运动都有周期性。人类社会的发展也有周期性， 这就是为什么很多历史事件具有惊人的相似性。人耳对声音敏感的不是声波本身而 是声波的频率，例如男声、女声和低音、高音人眼对光敏感的不是光波本身，而是 光波的频率，例如红光、绿光。所以，频
12、率的概念和时间的概念一样重要。频谱分析在生产实践和科学研究中有着广泛的应用。例如，在声纳系统中，为 了寻找海洋水面船只或潜艇，需要对噪声信号进行频谱分析，以提供有用信息，判 断舰艇运速度，方向，位置，大小等。因此，对频谱分析方法的研究一直是信号处 理技术中的一个重要课题。所谓频谱分析就是频域分析。频谱分析不仅是揭示信号特征的重要方法，也是 处理信号的重要手段。这些方法和手段已经广泛地应用于通信，雷达，地震，声纳，生物医学，音乐等领域。如此广泛的应用主要归功于数字信号处理理论和技术 的进步，因为快速傅里叶变换 FFT算法和DSP芯片的出现，为各式各样的频域问 题，提供了一个统一的，经济的，单片继
13、承的解决办法。音频信号频谱分析的本质是将数字音频信号表示成一组正弦余弦波的线性组 合，从而确定音频信号的频率成分。本设计研究用离散傅立叶变换算法，基于 TMS320C6748 DSP核的并行高速处理能力对数字音频信号进行频谱分析的有效方 法。编写汇编程序实现离散傅立叶变换算法并在DSP C6748上对具体音频信号进行频谱分析仿真。2音频信号频谱分析的原理和方法2.1音频采样信号分段语音信号的特征是随时间而变化的。只有在一短段时间间隔中，语音信号才保 持相对稳定一致的特征，这短段时间一般可取为550ms。由于语音信号的准平稳特性，任何语音数字信号处理的算法和技术都建立在短时基础之上。语音信号的最
14、重要的特征表现在它的短时频谱上如果从语音流中利用加窗的方法取出一个短段，在对其进行傅里叶变换，就可以得到该段语音的 短时谱。语音信号的加窗处理就是利用一定的窗函数w(n来乘以语音信号s(n,从而形成加窗语音s (n，其表达式为式(1Sw( n=S( nxW(n (2-1在语音信号处理中一般采用的窗函数是哈明窗，它的表达式如下：陈亮，杨吉斌，张雄伟：信号处理算法的实时 DSP实现，北京：电子工业出版社， 2008.20n二其他值(2-2设S (n是一段加窗语音信号，它的非零区间为n=0-(N1。S (n的离散时域傅里叶变换(DTFT, Sw(exp 0y称为 s(n 的短时频谱。S(expco二
15、艺(ep(-jcon (2-3 在语音信号数字处理中，都是采用s (n的离散傅里叶变换(DFTSw(k来替代s (exy，并且可以用高效的快速傅里叶变换(FFT算法来完成由s (n至Sw(k的转换。子 带分解与合成理论是用带通滤波器(含低高通滤波器)阵把原信号分解为许多不同 频带的子带，每个滤波器的输出即为子带信号。这些带通滤波器阵称为分解滤波 器。在合成时，每个子带信号经过合成滤波器重构原信号。已经推导出分解滤波器 与合成滤波器无失真重构原信号应满足设计条件，由此引出子带编码的理论与技 术。在应用时，子带分布的设计又可分为均匀子带与非均匀子带两大类设计，即每 个子带的带宽可以不一样，要按照满
16、足某种需要而设计。对音频信号进行子带分解 之前要将长长的音频采样信号序列分段。分段的基本原则是尽量保持音频采样信号 原有的频谱特性，即尽可能长一些，同时又要考虑DSP的处理能力，分段越长处理矩阵越大，处理速度越慢，因此音频采样信号序列分段要尽可能长但又不能超出 数字信号处理器的处理能力。折衷考虑取段长为512,即512个音频采样信号样本为一段。音频采样信号格式为16位线性脉冲编码调制(PCM )信号，依采样时间 顺序标记如下：511(, 4(, 3(, 2(, 1(, (+k P k P k P k P k P k P (2-4音频采样信号段与段之间是重叠的，呈如下递推形式：96511(, 100(, 99(, 98(
