基于麥克風(fēng)陣列聲源定位系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)
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2 各模塊設(shè)計實現(xiàn)
2．1 FIR帶通濾波模塊
為了消除噪聲和回聲干擾的影響，首先需要進行濾波。語音信號的帶寬是0．3～3．4 kHz，因而需要設(shè)計一個帶通濾波器濾除語音信號帶寬之外的噪聲。為了使處理過的信號相位不發(fā)生變化即保持線性相位，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(shè)計工具求得濾波器的各系數(shù)，乘以1024進行量化，轉(zhuǎn)化為CSD編碼以提高其運行效率，最后由Verilog代碼實現(xiàn)。
2．2 半重疊漢明窗模塊
為了保證語音信號平穩(wěn)性，一幀信號的時間窗長度選為10～30 ms。而采樣器頻率為10 kHz，為了便于FFT處理選擇25．6 ms即幀長為256點。為了保證統(tǒng)計特征的連續(xù)性和得到更好的語音處理效果，各幀之間進行50％的重疊，即每次處理只更新12．8 ms的數(shù)據(jù)。這樣，一幀內(nèi)的信號可以近似認為是平穩(wěn)的。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191197.htm
分幀是用可移動的有限長度窗口進行加權(quán)的方法實現(xiàn)，這就是用某窗函數(shù)w(n)乘以s(n)，從而形成加窗的語音信號sw(n)=s(n)×w(n)，其中窗函數(shù)的值存儲在內(nèi)部存儲資源中。常用的窗函數(shù)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。
2．3 FFT運算模塊
由于語音信號是連續(xù)的實時采樣，為了能使傳來的語音信號連續(xù)不斷的處理，這里采用了乒乓結(jié)構(gòu)，即采用兩個分別能存儲一幀數(shù)據(jù)的雙口RAM，第一個RAM在存儲新數(shù)據(jù)時，第二個RAM進行FFT運算，并存儲其結(jié)果。然后，第一個RAM進行FFT運算，并存儲其結(jié)果，第二個RAM存儲新的數(shù)據(jù)，這樣就保證了信號處理的連續(xù)性。
乒乓存儲時由倒序地址模塊產(chǎn)生倒序存儲地址，使RAM中存儲數(shù)據(jù)為倒序，為FFT運算做準備。為了加快運算速度，蝶形運算旋轉(zhuǎn)因子，先由Matlab軟件生成，量化為12位帶符號數(shù)，然后存儲在內(nèi)部ROM里面。
整個FFT運算單元由狀態(tài)機設(shè)計完成，共由5個狀態(tài)完成；S1狀態(tài)輸出第一個操作數(shù)地址；S2狀態(tài)得到第一個操作數(shù)，輸出第二個操作數(shù)地址；S3狀態(tài)得到第2個操作數(shù)，計算出第一個結(jié)果；S4狀態(tài)寄存第一個結(jié)果，計算出第二個結(jié)果；S5狀態(tài)寄存第二個結(jié)果，產(chǎn)生下一級運算地址。
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