基于DSP的语音噪声滤波器的设计

朱鸿序?彭森

摘 要：本文利用DSP的DMA方式对外部含噪声的语音信号进行实时采集，语音信号先经过A/D转换为数字信号，利用MCBSP的接收寄存器接收数据。编写滤波算法程序，或调用DSPLIB中的滤波函数，对信号进行滤波。滤波后的数据利用DMA方式送到D/A转换器转换为模拟信号。

关键词：自适应滤波器；DMA；FIR滤波器；A/D转换

1. 引言

语音增强即语音噪声处理的目的是从带有噪声的语音信号中提取纯净的原始语音。但由于噪声信号都是随机产生的，完全消除噪声几乎不可能，因此实际语音增强的目的主要有：改进语音质量，消除背景噪声，使听者乐于接受，不感到疲倦，同时提高语音信号的可懂度，方便听者理解。

滤波器是统计信号处理的一个重要组成部分。在实际应用中，由于没有充足的信息来设计固定系数的数字滤波器，或者设计规则会在滤波器正常运行时改变，因此我们需要研究滤波器。凡是需要处理未知统计环境下运算结果所产生的信号或需要处理非平稳信号时，滤波器可以提供一种吸引人的解决方法，而且其性能通常远优于用常方法设计的固定滤波器。

2. 自适应滤波器的原理

自适应滤波，就是利用前一时刻以获得的滤波器参数的结果，自动的调节现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知的或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。本文采用FIR滤波器作为自适应滤波器的结构。x（k）输入信号，通过权系数可调的数字滤波器后产生输出信号y（k），将输出信号y（k）与标准信号d（k）进行比较，得到误差信号e（k）。e（k）和x（k）通过自适应算法对滤波器的权系数进行调整，调整的目的使得误差信号e（k）最小。重复上面过程，滤波器在自己的工作过程中逐渐了解到输入信号和噪声的统计规律，并以此为根据自动调整滤波器权系数，从而达到最佳的滤波效果。

3. 详细设计

图1所示，利用DSP的DMA方式对外部含噪声的语音信号进行实时采集，语音信号先经过A/D转换为数字信号，利用MCBSP的接收寄存器接收数据。编写滤波算法程序，或调用DSPLIB中的滤波函数，对信号进行滤波。滤波后的数据利用DMA方式送到D/A转换器转换为模拟信号

具体的设计方案原理如图2所示。模拟输入信号通过DSK的MIC端口输入，经A/D转换，然后到达DSP的DMA通道2，DSP接收到信号后，调用中断服务程序进行滤波，滤波后的信号可以在CCS上显示，也可以通过DMA通道3将信号输出到D/A转换器，经D/A转换后从SPEAKER端口输出。

3.系统仿真

通过CCS软件环境，把滤波程序烧录到DSP芯片中，在CCS DSK C5000环境下输出仿真结果。程序正确运行后，观察运行结果，得出如图3所示的仿真图。

4. 结论

对语音噪声滤波的研究是当今自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一。语音噪声处理技术是指当语音信号被各种各样的噪声（包括语音）干扰、甚至淹没后，从噪声背景中提取、增强有用的语音信号，抑制、降低噪声干扰的技术。语音增强技术无论在日常生活中，还是在其它的领域，或者对语音信号处理技术本身来说都很有应用价值。

参考文献

[1] 張雄伟. DSP 芯片的原理与开发应用[M] .北京：电子工业出版社，2000.

[2] 林耀荣. 自适应滤波理论及其在回波消除中的应用研究[D].广州：华南理工大学，1999.

[3]朱铭锆， 赵勇， 甘泉. DSP应用系统设计 [M].北京：电子工业出版社，2002.

[4] 郭华. 自适应滤波算法及应用研究[D].兰州：西北师范大学，

2007.

作者简介

朱鸿序（1994-），邵阳学院电子科学与技术专业学生。

通讯作者

彭森（1983-），邵阳学院信息工程系教师。