Разработка и исследование системы многоканального полосового анализа речевых сигналов на основе полосовых фильтров и на базе квадратурной обработки. Принципы организации и программирования цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), разработка программ ЦОС.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Разработка и исследование систем многоканального полосового анализа и синтеза речевых сигналов

Содержание

1.Техническое задание на курсовую работу

2. Разработка индивидуального варианта технического задания на курсовую работу

3. Анализ задач и методов многоканального полосового анализа и синтеза сигналов. Выбор базовых структурных схем каналов подсистем

4. Разработка требований к элементам подсистем ЦОС

5. Разработка и исследование цифровых фильтров

5.1 Рекурсивный цифровой фильтр

5.2 Нерекурсивный цифровой фильтр

6. Моделирование и исследование подсистем полосового анализа и

восстановления сигналов

6.2 Моделирование каналов анализа и восстановления с квадратурной обработкой

7. Разработка рабочего варианта структур подсистем полосового анализа и синтеза сигналов

8. Разработка структурных схем подсистем полосового анализа и синтеза сигналов и соответствующей их аппаратно-программной реализации

9. Разработка граф-схем алгоритмов аппаратно-програмной реализации подсистем ГСА

10. Функциональная схема ЦОС на основе ЦСП ADSP-2181

11. Программирование подсистем на языке ассемблера процессора ADSP-2181

12. Определение требований к процессору ЦОС

Заключение

Литература

1.Техническое задание на курсовую работу

Назначение систем многоканального полосового анализа и синтеза речевых сигналов

Разрабатываемые и исследуемые системы предназначены для построения полосных вокодеров, анализаторов и синтезаторов речи с цифровой обработкой сигналов.

Типы разрабатываемых и исследуемых подсистем многоканального полосового анализа и синтеза речевых сигналов:

подсистема анализа речевых сигналов на основе полосовых фильтров;

подсистема анализа речевых сигналов на основе квадратурной обработки;

подсистема восстановления (синтеза) речевых сигналов с квадратурной обработкой.

2. Разработка индивидуального варианта технического задания на курсовую работу

В курсовой работе разрабатывается и исследуется один канал многоканальной системы в соответствии с номером индивидуального варианта, совпадающий с номером канала многоканальной системы. Индивидуальный вариант технического задания (ТЗ) на курсовую работу включает следующие технические характеристики соответствующего канала системы:

Номер канала 9

Центральные частоты канала: foi = 1900 (Гц)

Граничные частоты канала:

по уровню - 6 дБ:

f_с1= 1800 (Гц)

f_с2= 2000 (Гц)

по уровню - 46 дБ:

f_з1= 1700 (Гц)

f_з2= 2100 (Гц)

Неравномерность результирующей АЧХ системы не более 1 дБ.

Частота дискретизации: f_д = 9600 Гц.

3. Анализ задач и методов многоканального полосового анализа и синтеза сигналов. Выбор базовых структурных схем каналов подсистем

Общими задачами многоканального полосового анализа сигналов являются: оценка его текущего, т.е. зависящего от времени спектра (комплексного или энергетического); представление сигнала отчетами текущего спектра с целью редактирования, сжатия или низкоскоростной передачи по каналам связи; восстановления сигнала по его текущему спектру. Методы полосового анализа относятся к фильтровым методам цифрового спектрального анализа, реализуемым на основе цифровых фильтров. В системах многоканального полосового анализа кроме цифровой фильтрации используются также повышение и понижение частоты дискретизации, перенос спектров, переход от вещественных сигналов к комплексным и обратно, квадратурная обработка комплексных сигналов, детектирование сигналов.

Структуры каналов подсистем, которые подлежат моделированию

Моделируются структуры каналов анализа энергетического спектра сигналов на основе полосовых фильтров (рис.1),

Рисунок 1 - Структура каналов анализа на основе полосовых фильтров.

Структура каналов анализа амплитудного и фазового спектров сигналов на основе квадратурной обработки:

Размещено на

Размещено на

Рисунок 2 - Структура каналов анализа энергетического (амплитудного) и фазового спектров сигнала на основе квадратурной обработки.

Структура каналов восстановления сигналов по их текущему комплексному спектру:

Размещено на

Размещено на

Рисунок 3 - Структура каналов восстановления сигнала по текущему

комплексному спектру.

На приведенных схемах принимаем следующие обозначения:

ППФ_i - полосовой фильтр i-го канала;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

СФ - сглаживающий фильтр;

(*)² - элемент возведения в квадрат (квадратор);

Мv , L^ -элементы понижения и повышения частоты дискретизации в М и L раз обычно М=L);

Х - умножитель;

? - сумматор;

v - элемент извлечения квадратного корня;

Arctg - элемент вычисления арктангенса;

x(nT_д) -входной анализируемый сигнал;

ц(mT'_д) -сигнал, соответствующий оценке фазового спектра анализируемого сигнала на частоте f_i;

y_i(nT_д) - выходной сигнал i-го канала восстановления;

4. Разработка требований к элементам подсистем ЦОС

Требования к ЦФ подсистем многоканального полосового анализа и синтеза речевых сигналов определяются значениями центральных частот каналов, граничными частотами каналов, и допустимой неравномерностью результирующей АЧХ системы,равной 1 дБ.

При этом частоты среза-задерживания ППФ f_С1,2, f_З1,2 определяются граничными частотами каналов f_Г1,2(6), f_Г1,2(40), которым соответствуют уровни ослабления АЧХ на границах полосы пропускания а_п = 6 дБ и полосы задерживания а_з = 46 дБ. Для ФНЧ структур полосового анализа и синтеза для сглаживающего фильтра частоты среза-задерживания находятся как f_С = |f_Г1,2(6)f_0i|, f_З = |f_Г1,2(46)f_0i| при тех же для структур уровнях ослабления на границах полос а_п, а_з, что и для ППФ.

Для обеспечения равномерности результирующей АЧХ всех каналов подсистемы анализа АЧХ ЦФ должны быть монотонными в полосе пропускания и полосе задерживания, а их ФЧХ близки к линейным.

Исходные данные для рекурсивного цифрового фильтра (РЦФ):

Тип фильтра - полосно-пропускающий (ППФ);

Центральная частота: f₀ = 1900 Гц;

Нижняя частота среза: f_с1 =1800 Гц;

Верхняя частота среза: f_с2 = 2000 Гц;

Нижняя частота задерживания: f_з1 = 1700 Гц;

Верхняя частота задерживания: f_з2 = 2100 Гц;

Допустимая неравномерность АЧХ в полосе пропускания: А_П ? 6 дБ;

Затухание АЧХ в полосе задерживания: А_З ? 46 дБ;

Частота дискретизации: f_д = 9600 Гц.

Для ФНЧ структур полосового анализа и синтеза частоты среза и задерживания находим как f_c = |f_c1,2- f_0i|, f_з = |f_з1,2- f_0i| и ослабления на границах полос Ап?6дБ и Аз ? 46дБ:

f_с = |1900-1800 | = 100 Гц;

f_з = |1900-1700 |= 200 Гц;

Требования к элементам повышения - понижения частоты дискретизации L и M определяются соотношением высокой f_д и низкой f_д'частот дискретизации сигналов, первая из которых задана, а вторая находится из условия f_д'> 2f_з, где f_з - частота задерживания ФНЧ в структурах на рисунках 2, 3 или сглаживающего фильтра в структуре рисунках 1. Выбираемому значению f_д' должно соответствовать целочисленное значение коэффициентов понижения и повышения частоты дискретизации: М=L=f_д/f_д'. Отвечающие этим условиям предельные значения коэффициентов М и L составляют для систем полосового анализа сигналов и синтеза речевых сигналов: М_max = L_max = 24;

5. Разработка и исследование цифровых фильтров

5.1 Рекурсивный цифровой фильтр

Синтез РЦФ выполняется по аналоговому фильтру прототипу нижних частот (АФПНЧ) методом билинейного преобразования. При синтезе АФПНЧ могут быть использованы аппроксимации Баттерворта, Чебышева прямая, Чебышева инверсная, Золоторева-Кауэра.

Выбираем в качестве аппроксимирующей функции и...