《DSP原理与应用》
课程论文
题 目: 基于DSP的语音信号滤波技术研究的改进
学院名称： 电气工程学院 班 级： 电气F1206班 学生姓名： 学 号： 上课教师： 张世杰
2015年 06 月
基于 DSP 的语音信号滤波技术研究
（兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃，兰州 10731 ） 中图分类号：TM93 研究生毕业论文，作者：曹洁，控制工程。2011，硕士
摘 要
语音滤波技术是语音信号处理的一个重要研究领域，随着数字信号处理技术的高速发展，DSP芯片已经成为语音信号处理的主要工具，在单片DSP芯片上实时实现较复杂的语音编解码算法成为可能，同时可方便地实现算法更新，从而能够在不更换硬件的情况下实现功能的升级。语音信号滤波又是语音处理系统研究中的一个关键问题，滤波的效果会直接影响语音信号的质量，而DSP技术的不断提高，保证了滤波效果的实时性和准确性，如何将语音信号滤波技术移植到DSP上也就成为一个重要的问题。恰当的建立模型、合理地确定算法、选定参数、设计可行的系统都是本课题研究的主要内容。
本文针对语音信号的特点，首先对传统的语音处理的方法进行了分析推导，以CCS软件为基础，用DSP特有的混合编程的方式实现了经典的FIR滤波器与IIR滤波器，然后用TI公司5000系列DSP-TMS320VC5509作为核心芯片，设计了一个语音采集及滤波系统，通过CCS平台和DSP编程，对基于汉明窗的滤波算法进行实验，在选取不同输入信号的情况下，对滤波效果进行比较，验证了本文研究方法的可行性。
结果表明：利用本文所用的语音信号处理的算法，采集各种环境下不同的语音输入信号，取得了较好的降噪效果。 关键词：语音信号；数字滤波器；DSP；
第1章 绪 论
1.1 课题研究背景及研究意义
语言是人类用于表达思想，传递信息最常用、最重要、最有效、最直接、最方便的一种工具和手段，而且也是人与机器之间进行通信的重要工具。语言是人类所特有的功能，人们通过语言交流感情、学习知识，不断地促进着社会进步。
目前，无论是计算机技术或者说是电子信息技术都取得了很大的进步，并以
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更快的速度向前发展，人们对计算机技术的依赖性也越来越强。语音通信是一种理想的人机通信方式。语音通信的研究已经涉及到人工智能、数字信号处理、微型计算机技术、语言学等诸多科学领域，所以说语音的通信是一个多学科的综合研究领域，其研究成果具有重要的学术价值和应用价值。经专家预测，未来的计算机将具有“能听会说”的能力。可见，语音信号处理具有很大的实用性和应用前景。
现在，人类已经进入信息化时代，利用现代手段研究处理技术，使人们能更加有效的产生、传输、储存、应用语音信息，这对于促进社会发展提高人们生活水平有着十分重要的意义。让计算机能“听懂”和处理人类的语言，是自计算机诞生以来人们梦寐以求的想法。随着计算机的不断更新和功能的强大就越来越向便携化方向发展，人们越来越迫切要求摆脱键盘这种古老繁琐的束缚，而以语音输入这样直观的、便于使用的、自然的、人性化的输入方式。因此，利用人类的语言和语音同计算机进行人机交流是一个极其具有价值的研究课题。
作为一门综合学科，语音滤波处理又是以语音为研究对象，是语音信号处理的一个重要研究方向，是语音处理的一个分支，甚至它还涉及到生理学、心理学、语言学、计算机科学和信号处理等诸多领域，其最终目标是实现人与机器之间可以自然的语言通讯。作为高科技应用领域的研究热点，语音信号处理技术从理论的研究到产品的开发己经取得了长足进步。它正在直接地与办公、交通、金融、、商业、旅游等行业语音咨询与管理，工业生产部门的语声控制，电话、电信系统的自动拨号、辅助控制与查询以及医疗卫生和福利事业的生活支援等各种实际应用领域相互联系接轨，并且有望成为下一代操作系统和应用程序的用户界面。可见，语音处理技术的研究将是一项极其具有市场价值和挑战性的工作。
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改进：
原论文介绍了DSP在语音信号滤波技术方面的应用，由于包括DSP本身在内的所有电子器件都是干扰源, 而且系统所处的工作环境中还有很多外来干扰源, 再加上语音识别技术对信号噪声非常敏感,所以应该在系统设计中必须考虑系统的抗干扰问题。否则,至少会影响系统的处理结果, 甚至造成更为严重的后果。所以，本人通过查阅资料，分别找出了硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术的方案。
1系统的干扰源和干扰途径
基于 DSP 的语音信号处理系统中的干扰源主要有雷电放电造成的大气噪声源、电阻等电子元器件工作时发热造成的热噪声源、50 Hz 工频电网造成的电网干扰源、家用电器造成的干扰源、电机造成的电刷干扰源、汽车点火装置造成的点火系统干扰源、无线通信系统造成的射频干扰源以及一些人为恶意造成的干扰源等, 所有干扰源中高频脉冲噪声对数字信号处理系统的危害最大。
基于 DSP 的语音信号处理系统的干扰途径主要有电源线、输入/输出线、接地线、电磁感应、静电感应、电路的公共阻抗、电源异常等。各种干扰途径在系统中所占比例如表 1 所示。
表1 各种干扰途径在本系统中所占比例
干扰途径 电源线 输入、输出线 接地线 电磁感应 静电感应 电路的公共阻抗 电源异常（含瞬间断电） 其他 不明 4
比例（%） 29.6 17.5 13.7 17.7 2.6 1.9 3.5 1.7 11.8
2 抗干扰措施
根据对系统自身、干扰源和干扰途径的分析, 抗干扰措施主要方案是: ①提高系统自身的电磁兼容性; ②隔离干扰源; ③切断干扰途径。
基于这 3 种方案,提出了一些适用于本系统的硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。
2.1 电磁兼容
电磁兼容性是指电力、电子、通讯设备或其系统在其设置的场所处于工作状态时, 不对其周围产生影响, 也不被其四周的电磁环境所影响, 不产生误动作和性能降低, 按设计获得其工作能力。
修改措施：我们可以令设备或系统不对外界产生电磁干扰, 而且不受所处环境中电磁干扰影响其正常工作能力。
2.2 硬件抗干扰技术
由于高频脉冲噪声对本系统危害最大, 为了提高系统的抗干扰性能, 在系统中可采取以下措施:
(1) 增加总线的抗干扰能力。 (2) 提高系统控制信号抗干扰能力。 (3) 抑制数字信号的串模干扰。
(4) 利用电磁干扰滤波器消除电源干扰。 (5) 利用硬件看门狗功能提高系统的抗干扰能力。
2.3 软件抗干扰技术
利用软件也可以提高 DSP 语音处理系统的抗干扰能力。 主要有:
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①利用数字滤波器来滤除干扰;
②采用软件看门狗、多次采样技术、定时刷新输出口等技术来抑制干扰。 修改措施：论文中需要添加下面数字滤波器对语音信号的处理，数字滤波器在本系统中的应用应如下：
数字滤波器(DF)对语音信号的处理过程如图 2所示。语音信号首先经过采样/保持电路(S/H), 送至模/数转换器(ADC) 转换成数字量, 然后通过数字滤波器滤除其中的干扰信号, 最后通过数/模转换器(DAC)获得语音信号输出。 输入 输出 采样/保持 模/数转换器 电路 数字滤波器 模/数转换器 图2 数字滤波器对语音信号的处理过程 结语：
因此，本论文中还需要从硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术两方面防止噪声对DSP的语音信号滤波技术的影响。
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