基于DSP6713實現的IIR格型自適應濾波器

摘要：區別于普通的FIR，IIR濾波器，為了使濾波器能夠按照某種準則自動且較快地達到最佳濾波效果，采用了LMS自適應算法和格型濾波結構相結合的方法。它利用DSP技術在TMS320C6713開發板上構建了驗證該音頻信號處理算法的硬件平臺，并在集成開發環境CCS通過DSP的軟件編程完成其工程實現。實驗結果表明，該濾波器計算復雜度低，實現速度快，具有良好的實時性和濾波效果。
關鍵詞：TMS320C6713；IIR；自適應格型濾波器；LMS算法；CCS

0 引言
在數字信號處理中，常規濾波器或固定濾波器如FIR，IIR濾波器的特性被固定，即作用于輸入信號，則產生相應的輸出，但是，在實際應用中對濾波器的輸出要求往往是明確的，如果濾波器的權系數等特性無法預先知道就會限制對需要處理的數字信號實現最優濾波。自適應濾波技術是現代數字信號處理領域中的一個重要方面，其特點是不需要知道所處理信號的統計特性，而且能夠自動適應環境的變化，使得處理結果達到最優。由于自適應濾波大多用在實時處理的情況，所以其實時實現問題是自適應濾波器的一項重要指標。在諸多的自適應算法中，最小均方算法(LMS)由于其設計和實現都較為簡單被廣泛采用。
TMS320C6713是TI公司開發的一款新型浮點DSP芯片，它基于超長指令字結構(VLIW)，非常適合于做高強度的數學運算，被認為是TI公司運算能力最強的處理器之一。本文使用合眾達公司開發的一款基于TMS320C6713芯片的開發板構建了音頻信號處理系統，對音頻信號的IIR格型自適應濾波處理算法進行硬件驗證。

1 硬件系統設計
開發板系統總體方案框圖如圖1所示。模擬音頻信號首先通過高性能前置運算NE5532進行預放，然后進入音頻ADC進行A／D轉換得到串行輸出的數字音頻信號，本文使用CIRRUS公司最新專業級音頻芯片CS4272，該芯片使用了一個差分模擬結構，采樣率高達192 kHz，實際信噪比超過90 dB。接著數字音頻信號經過FPGA通過DSP的McBSP口進入DSP芯片TMS320C6713。進入DSP的數據存放在DSP的內部存儲區以利于處理器進行高速運算，經過DSP處理后的數據同樣通過DSP的McBSP口輸出到FPGA，然后通過DAC輸出到前置運算NE5532進行放大后輸出。電路中同時還接了一個單片機芯片STC89LE52，它用于控制LED、按鍵、A／D、D／A轉換器以及與FPGA進行數據通信。

2 CCS和CSL簡介
CCS(Code Composer Studio)是TI公司推出的用于開發DSP芯片的集成開發環境，它采用熟悉的Windows風格界面，提供了基本的代碼生成工具，具有編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調試以及實時跟蹤等功能，支持*．asm，*．c，*．h，*．cmd等多種格式并最終生成*．out等可供下載至硬件電路運行的二進制格式文件，它還提供了多種C／C++代碼優化功能和一些實時分析及編程方案。此外，CCS的調試和仿真具有很強的功能：允許中斷點、剖析點及探測點三種斷點設置，分別實現程序斷點、實時分析和數據導入等功能。CCS為DSP芯片的開發與設計提供了極大的便利，是目前使用最為廣泛的DSP開發環境之一，其版本已發展至4．1甚至更高。
在DSP應用系統中，不可避免地會涉及到大量對DSP器件外設特別是片上外設的編程處理工作，這將消耗開發工程師在開發初期大量的精力。在TI公司的CCS開發環境中，提供了DSP片級支持庫CSL作為一個組件，多數CSL模塊都由對應函數、宏、類和表示符號組成，利用這些模塊可以非常方便地完成對DSP片上外設的配置和控制的編程工作，從而簡化了DSP片上外設的開發工作，縮短了用戶程序的開發周期，并且可以達到標準化控制管理片上外設的能力，減少DSP硬件特殊性對用戶程序代碼的影響，以方便對用戶代碼在不同器件間的移植工作。