基于声卡的双通道实时信号采集处理系统设计
韩红帮1，解永刚2，张恒云3，杨亚彪1，李海雁
1
（1.昆明学院现代教育技术中心，云南昆明650214；2.昆明学院资产管理与设备处，云南昆明650214；
3.昆明学院化学科学与技术系，云南昆明
650214）
摘要：采用声卡代替商用数据采集卡，利用Visual C++软件编程技术，设计了基于声卡的双通道实时信号采集处理系统，该系统能够实现25kHz 范围内双路信号的实时采集、实时分析，所采集数据的存储和网络发送等功能，系统实用性较强，可广泛应用于各高校实验室及实时语音信号处理等领域。关键词：声卡；信号采集；信号处理；系统设计中图分类号：TP274.2
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2013）02-0001-03
Design of double -channel real -time signal collecting and disposal system
based on sound card
HAN Hong -bang 1，XIE Yong -gang 2，ZHANG Heng -yun 3，YANG Ya -biao 1，LI Hai -yan 1
（1.The Center of Modern Education Technology ，Kunming University ，Kunming 650214，China ；
2.Office of Asset and Equipment Management ，Kunming University ，Kunming 650214，China ；
3.The Department of Chemistry ，Kunming University ，Kunming 650214，China ）
Abstract:This article aims at the design of double -channel real -time signal collecting and disposal system based on sound card by means of replacing commercial data collecting card with sound card ，with the application of Visual C++software programming technology.This system is capable of the real -time collecting ，analysis ，storage and online transmitting of the double -channel signals within the range of 25kHz.And the author believes that this system is of high practical applicability which ensures its full use in university laboratories and other certain fields like real -time voice signal deposal.
Key words:sound card ；signal collecting ；signal disposal ；system design
收稿日期：2012-09-22
稿件编号：201209163
基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2011Y238）
作者简介：韩红帮（1977—），男，云南曲靖人，硕士，实验师。研究方向：现代教育技术。
在高校教学和科研实践工作中，常常需要对一些信号进行采集分析处理，但由于经费不足等原因许多实验室无相应仪器设备，或者存在设备数量较少，功能单一等问题，不能很好地满足教学实验和科研实践要求。要实现信号采集，就需要数据采集卡的支持，而市场上数据采集卡价格比较昂贵，不可能在实验室中普遍配置使用。
目前声卡已成为多媒体计算机的一个标准配置，它是一个非常优秀的音频信号采集系统，其最高采样率可达192
kHz ，量化精度可选择8比特、16比特和24比特，支持双通道
模式，能够无失真采集25kHz 以下信号。在采样频率要求不高的情况下，可以利用计算机声卡作为数据采集卡，利用计算机CPU 作为信号处理器，通过软件编程实现常规信号实时采集分析处理[1]。
本文设计的系统不仅能满足教学工作和科研实践要求，还能根据不同应用需求灵活方便的添加信号处理软件模块，实现采集信号的实时处理。1系统硬件结构
声卡一般有Mic In 和Line In 两个输入插孔，待采集信号
可以通过这两个插孔输入到声卡。两个插口的区别是：1）MicIn 接口有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，而
LineIn 接口噪声干扰小且动态特性良好；2）MicIn 接口有4kHz
的前置低通滤波器，仅适合话筒信号输入，而Line In 接口前置低通滤波器带宽范围为25kHz ，实用信号范围更广。声卡用作数据采集卡时一般选择Line in 口为信号输入接口[2－3]。在本文系统中待采集信号分别以左右声道方式同时从Line in 口输入。
2系统软件编程技术
声卡作为数字采集卡使用，首先必须对其编程控制并连
续不断的获取AD 采样数据。其软件编程接口有几种可供选择，首先，声卡是一种多媒体设备，可以用MCI （Media Control
Interface ）命令来控制声卡，MCI 提供了一组与设备无关的控
制命令，是一种访问多媒体设备的高层次方法。但是该方法
电子设计工程
Electronic Design Engineering
第21卷
Vol.21
第2期No.22013年1月Jan.2013
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多通道实时阵列信号处理系统的设计 由judyzhong于星期三, 11/11/2015 - 14:06 发表 作者：杨欣然,吴琼之,范秋香来源：电子科技 摘要：以全数字化信号产生和数字波束形成处理为基础的数字化阵列雷达已成为当代相控阵雷达技术发展的一个重要趋势，本文针对现代数字化阵列雷达对多通道数据采集和实时处理的需求，设计了一种基于FPGA的多通道实时阵列信号处理系统。可完成对20通道的中频数据采集，实时波束合成和数据传输功能，实验结果表明系统工作稳定、性能良好，具有良好的信噪比和通道一致性。 随着数字信号处理技术的不断进步和相应处理能力的不断提高，数字化阵列雷达以其动态范围大、扫描波束多、设计灵活性高的特点，已经逐步取代传统模拟阵列雷达成为高性能阵列雷达的主要研究方向。数字化阵列雷达需要将各个阵列天线接收的信号经过模拟下变频后经过AD采样并在数字域内进行信号处理，其典型的信号处理的方法包括数字波束形成(DBF)技术和波达方向估计(DOA)技术等。对于数字阵列雷达而言，对模拟下变频后的信号完成多
通道数据采集、数据处理和传输是系统的关键部分，对处理系统的同步性能、通道间幅相一致性均提出了很高要求，如进行DBF处理中通道间的不一致性将会影响波束合成后天线的方向图的特性，使增益下降、旁瓣电平升高。同时数字阵列雷达需要对各个通道采集下的数据实时地完成信号处理和数据传输功能，对处理系统的实时处理能力和信号吞吐能力提出了一定挑战。 本文介绍了一种针对DBF处理的多通道阵列信号处理系统的设计方案，以Xilinx的 XC7K325T FPGA为核心，完成了20通道的中频数据采集，并在FPGA内完成数字波束合成功能，可以同时完成8个波束指向的合成，并且将合成后的数据通过RapidIO结果传输至实时处理机进行进一步的处理。 1 系统设计原理和组成 本系统由数据采集模块和波束合成与传输模块两部分组成，系统框图如图1所示。 20路模拟中频输入通过SSMC连接器输入，由5片四通道A/D芯片AD9653采样后，通过LVDS接口串行输出到到FPGA的ISERDES输入模块中完成串并转换，并在FPGA内完
音频信号采样及处理系统方案设计 姓名：杨宁 学号： 专业：电子信息工程 学院：电子工程学院 指导老师：那彦
目录 第1章理论依据2 1.1音频信号的介绍2 1.2采样频率2 1.1 TMS320VC5402介绍2 1.2 TLC320AD50介绍 6 第2章系统方案设计8 2.1 DSP核心模块的设计8 2.2 A/D转换模块9 第3章硬件设计10 3.1 DSP芯片10 3.2 电源设计10 3.3复位电路设计11 3.4 时钟电路设计12 3.5 程序存储器扩展设计12 3.6数据存储器扩展设计13 3.7 JTAG接口设计13 3.8 A/D接口电路设计14 第4章软件设计15 第5章总结17 参考文献18 致谢19 附录20
摘要 在研究数字信号处理的基础上，提出了一个基于DSP TMS320VC5402和A/D转换芯片TLC320AD50的音频信号采集系统的设计。给出了该系统的总体设计方案，具体硬件电路,包括系统电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、A/D接口电路设计、JTAG接口设计、DSP及A/D芯片的连接等，以及软件流程图。 关键词：音频信号数据采集DSP TLC320AD50 ABSTRACT On the basis of studying digital signal processing, The design of A audio signal acquisition system based on DSP TMS320VC5402 and A/D conversion chip TLC320AD50 is proposed. Overall design scheme of the system is given, and the specific hardware circuit, including the system power supply design, design of reset circuit, clock circuit design, design of memory, A/D interface circuit, JTAG interface, DSP and the connection of A/D chip, and software flow chart. Key words: audio signal data collection DSP TLC320AD50
语音信号处理系统设计 摘要：语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科。语音信号处理的目的是得到某些参数以便高效传输或存储,或者是用于某种应用，如人工合成出语音、辨识出讲话者、识别出讲话内容、进行语音增强等。本文简要介绍了语音信号采集与分析以及语音信号的特征、采集与分析方法，并在采集语音信号后，在MATLAB 软件平台上进行频谱分析,并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。利用MATLAB来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量，再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波，然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。 关键词：Matlab，语音信号，傅里叶变换，滤波器 1课程设计的目的和意义 本设计课题主要研究语音信号初步分析的软件实现方法、滤波器的设计及应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： 1.1．了解Matlab软件的特点和使用方法。 1.2．掌握利用Matlab分析信号和系统的时域、频域特性的方法； 1.3．掌握数字滤波器的设计方法及应用。 1.4．了解语音信号的特性及分析方法。 1.5．通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 2 设计任务及技术指标 设计一个简单的语音信号分析系统，实现对语音信号时域波形显示、进行频谱分析，
利用滤波器滤除噪声、对语音信号的参数进行提取分析等功能。采用Matlab设计语言信号分析相关程序，并且利用GUI设计图形用户界面。具体任务是： 2.1．采集语音信号。 2.2．对原始语音信号加入干扰噪声，对原始语音信号及带噪语音信号进行时频域分析。 2.3．针对语音信号频谱及噪声频率，设计合适的数字滤波器滤除噪声。 2.4．对噪声滤除前后的语音进行时频域分析。 2.5.对语音信号进行重采样，回放并与原始信号进行比较。 2.6．对语音信号部分时域参数进行提取。 2.7．设计图形用户界面（包含以上功能）。 3 设计方案论证 3.1语音信号的采集 使用电脑的声卡设备采集一段语音信号，并将其保存在电脑中。 3.2语音信号的处理 语音信号的处理主要包括信号的提取播放、信号的重采样、信号加入噪声、信号的傅里叶变换和滤波等，以及GUI图形用户界面设计。 Ⅰ.语音信号的时域分析 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法。 Ⅱ.语音信号的频域分析 信号的傅立叶表示在信号的分析与处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。另外，傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更
电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》评分表课程名称：LabVIEW编程实训 题目：基于labview的语音信号采集系统设计 班级：1601131自动化学号：160113113姓名：刘德旺 指导老师： 年月日
常熟理工学院电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》技术报告题目：基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 姓名：刘德旺 学号：160113113 班级：自动化131 指导教师：陈飞 起止日期：2016年6月20日－7月8日
LabVIEW编程实训答辩记录 自动化专业 1601131班级答辩人刘德旺 题目基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
目录 1．任务书 (1) 2．基于LABVIEW的数据采集系统概述 (3) 2.1虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别 (3) 2.1.1LabVIEW虚拟仪器简介 (3) 2.1.2LabVIEW虚拟仪器特点 (3) 2.2 LabVIEW图形化程序的组成与特点 (4) 2.2.1前面版 (4) 2.2.2程序框图 (4) 2.2.3图标和连接器 (5) 3．语音信号采集总体设计方案与硬件配置 (6) 3.1语音信号采集系统的功能分析 (6) 3.2语音信号采集系统的总体构成 (6) 3.3语音信号采集系统的硬件配置 (6) 4．语音信号采集系统的软件设计与功能实现 (11) 4.1语音信号采集系统的软件前面板设计 (11) 4.1.1语音信号采样信息界面 (11) 4.1.2语音采集控制按钮界面 (11) 4.1.3时域波形和频域波形显示界面 (11) 4.2语音信号采集系统的软件程序框图设计 (12) 5．语音信号采集系统的运行与分析 (18) 6．收获与体会 (21) 参考文献 (23)
数字信号处理技术及发展趋势 贵州师范大学物电学院电子信息科学与技术 罗滨志 120802010051 摘要 数字信号处理的英文缩写是DSP，而数字信号处理又是电子设计领域的术语，其实现的功能即是用离散（在时间和幅度两个方面）所采样出来的数据集合来表示和处理信号和系统，其中包括滤波、变换、压缩、扩展、增强、复原、估计、识别、分析、综合等的加工处理，从而达到可以方便获得有用的信息，方便应用的目的【1】。而DPS实现的功能即是对信号进行数字处理，数字信号又是离散的，所以DSP大多应用在离散信号处理当中。 从DSP的功能上来看，其发展趋势日益改变着我们的科技的进步，也给世界带来了巨大的变化。从移动通信到消费电子领域，从汽车电子到医疗仪器，从自动控制到军用电子系统中都可以发现它的身影【2】。拥有无限精彩的数字信号处理技术让我们这个世界充满变化，充满挑战。 In this paper Is the abbreviation of digital signal processing DSP, the digital signal processing (DSP) is the term in the field of electronic design, the function of its implementation is to use discrete (both in time and amplitude) sampling represented data collection and processing of signals and systems, including filtering, transformation, compression, extension, enhancement, restoration, estimation, identification, analysis, and comprehensive processing, thus can get useful information, convenient for the purpose of convenient application [1]. And DPS the functions is to digital signal processing, digital signal is discrete, so most of DSP applications in discrete signal processing. From the perspective of the function of DSP, and its development trend is increasingly changing our of the progress of science and technology, great changes have also brought the world. From mobile communication in the field of consumer electronics, from automotive electronics to medical equipment, from automatic control to the military electronic systems can be found in the figure of it [2]. Infinite wonderful digital signal processing technology to let our world full of changes, full of challenges
振动信号的采集与预处理 几乎所有的物理现象都可看作是信号，但这里我们特指动态振动信号。 振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处，但存在的差异更多，因此，在采集振动信号时应注意以下几点： 1. 振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、瞬态等； 2. 变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集； 3. 所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。 对信号预处理具有特定要求是振动信号本身的特性所致。信号预处理的功能在一定程度上说是影响后续信号分析的重要因素。预处理方法的选择也要注意以下条件： 1. 在涉及相位计算或显示时尽量不采用抗混滤波； 2. 在计算频谱时采用低通抗混滤波； 3. 在处理瞬态过程中1X矢量、2X矢量的快速处理时采用矢量滤波。 上述第3条是保障瞬态过程符合采样定理的基本条件。在瞬态振动信号采集时，机组转速变化率较高，若依靠采集动态信号（一般需要若干周期）通过后处理获得1X和2X矢量数据，除了效率低下以外，计算机（服务器）资源利用率也不高，且无法做到高分辨分析数据。机组瞬态特征（以波德图、极坐标图和三维频谱图等型式表示）是固有的，当组成这些图谱的数据间隔过大（分辨率过低）时，除许多微小的变化无法表达出来，也会得出误差很大的分析结论，影响故障诊断的准确度。一般来说，三维频谱图要求数据的组数（△rpm分辨率）较少，太多了反而影响对图形的正确识别；但对前面两种分析图谱，则要求较高的分辨率。目前公认的方式是每采集10组静态数据采集1组动态数据，可很好地解决不同图谱对数据分辨率的要求差异。 影响振动信号采集精度的因素包括采集方式、采样频率、量化精度三个因素，采样方式不同，采集信号的精度不同，其中以同步整周期采集为最佳方式；采样频率受制于信号最高频率；量化精度取决于A/D转换的位数，一般采用12位，部分系统采用16位甚至24位。 振动信号的采样过程，严格来说应包含几个方面： 1. 信号适调 由于目前采用的数据采集系统是一种数字化系统，所采用的A/D芯片对信号输入量程有严格限制，为了保证信号转换具有较高的信噪比，信号进入A/D以前，均需进行信号适调。适调包括大信号的衰减处理和弱信号的放大处理，或者对一些直流信号进行偏置处理，使其满足A/D输入量程要求。 2. A/D转换
工程设计论文 题目：基于MATLAB的语音信号采集与处理 姓名： 班级： 学号： 指导老师：
一.选题背景 1、实践意义： 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在于方便有效地提取并表示语音信号所携带的信息。所以理解并掌握语音信号的时域和频域特性是非常重要的。 通过语音相互传递信息是人类最重要的基本功能之一.语言是人类特有的功能.声音是人类常用工具,是相互传递信息的最重要的手段.虽然,人可以通过多种手段获得外界信息,但最重要,最精细的信息源只有语言,图像和文字三种.与用声音传递信息相比,显然用视觉和文字相互传递信息,其效果要差得多.这是因为语音中除包含实际发音容的话言信息外,还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息.所以,语音是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息的形式.另一方面,语言和语音与人的智力活动密切相关,与文化和社会的进步紧密相连,它具有最大的信息容量和最高的智能水平。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科,处理的目的是用于得到某些参数以便高效传输或存储;或者是用于某种应用,如人工合成出语音,辨识出讲话者,识别出讲话容,进行语音增强等. 语音信号处理是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域,
是一门涉及面很广的交叉学科.虽然从事达一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科.但是它与语音学,语言学,声学,认知科学,生理学,心理学及数理统计等许多学科也有非常密切的联系. 语音信号处理是许多信息领域应用的核心技术之一,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个.语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域,其研究涉及一系列前沿科研课题,巳处于迅速发展之中;其研究成果具有重要的学术及应用价值. 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应( IIR，Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能
信号采集与回放系统 技术报告 电信082班084775240 周霞 （合作者：电信082班084775228 吴迪） 指导教师：倪海燕 2010-5-27
摘要：本设计通过A/D转换和D/A转换实现输入信号与输出信号的变化。通过实验箱上的模式3的ADC输入正弦波信号，设计按键选择，有3种模式分别是直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 关键字：信号回放模式选择 一、实验要求 1. 实现输入，存储，回放信号 2. 回放模式选择（直接回放，单次波形回放，循环回放，分段存储定点回放等） 二、总原理图 三、系统总体方案设计 根据实验要求，TLC5510A 是采样率最高为20MHz的8位并行高速ADC ，FPGA的PIO48输出信号控制ADC1的输出使能信号OE（低电平有效）；PIO15为转换时钟信号CLK；AD转换结果送至PIO16~PIO23，并且同时显示在数码管1和数码管2上。ADC的模拟信号输入端在实验箱的左侧，允许输入0~5V的信号。 转换关系：DATA=255×Ain/5
数据从采集到转换结束需要两个半时钟周期 四、软件电路的设计 4.1控制器的设计 用VHDL语言编写控制器的程序，要有读写使能和模式选择。用choose[2]的四个状态分别表示直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 程序如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity control is port ( clk:in std_logic; --时钟 writ:in std_logic; --读写使能 en:in std_logic; --使能 choose:in std_logic_vector(1 downto 0); --模式选择 ch:in std_logic_vector(1 downto 0); --阶段选择 enout:out std_logic; --读写使能输出 adr:out std_logic_vector(9 downto 0) ); --地址 end entity control; architecture behave of control is signal count1:std_logic_vector(9 downto 0); signal count11:std_logic_vector(9 downto 0); signal count2:std_logic_vector(9 downto 0); signal count22:std_logic_vector(9 downto 0); begin process(writ,en,ch,choose) begin if(en='1')then count1<="0000000000";count11<="0000000000"; count2<="0000000000";count22<="0000000000"; elsif (clk'event and clk='1')then if(choose="01")then ---- 单次回放
数字信号处理的新技术及发展 摘要：数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。本文简述了数字信号处理技术的发展过程，分析了数字信号处理技术在多个领域应用状况，介绍了数字信号处理技术的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 关键词：信号数字信号处理信息技术DSP 0引言 自从数字信号处理（Digital Signal Processor）问世以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并到迅速的发展。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。 1数字信号处理技术的发展历程 DSP的发展大致分为三个阶段： 在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50-60年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S281l。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。Ti公司之后不久相继推出了第二代和第三代DSP芯片。90年代DSP发展最快。Ti公司相继推出第四代、第五代DSP芯片等。 随着CMOS技术的进步与发展，日本的Hitachi公司在1982年推出第一个基于CMOS工艺的浮点DSP芯片，1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指
课程名称：实时信号处理系统设计 论文名称：基于DSP+FPGA的实时视频信号处理设计专业：电子信息工程年级：大四 学号：班级： 姓名：
一、摘要： 实时视频信号处理的实时性和跟踪算法的复杂性是一对矛盾, 为此采用DSP+ FPGA 的架构设计,同时满足实时性和复杂性的要求, 提高了系统的整体性能。DSP 作为主处理器, 利用其高速的运算能力, 快速有效地处理复杂的跟踪算法; FPGA 作为协处理器, 完成视频图 像的接收、存储、预处理, 使设计具有更大的灵活性。系统采用了形心跟踪和相关跟踪两种算法。实验证明, 该系统可以稳定地实时跟踪运动目标。 二、引言： 实时视频信号处理技术的应用领域十分广泛, 民用领域如机器 人视觉、资源探测、天气预报和各种医学图像分析, 军用领域如导弹的精确制导、战场的动态分析等, 都利用了实时视频信号处理技术，这些应用对实时性和识别跟踪精度等都有较高的要求, 因此如何处 理实时性和复杂的识别跟踪算法这对矛盾, 是进一步提高系统性能 的关键。 本文设计并实现了一种基于DSP+ FPGA的实时数字视频信号处理 系统。DSP 作为主处理器, 处理复杂的跟踪算法; FPGA 作为协处理器, 接收来自COMS 相机的数字视频信号, 控制视频数据缓存SDRAM 并进行图像预处理。整个系统具有很强的处理能力, 很好地解决了实时性和复杂的跟踪算法间的矛盾, 与单独使用DSP 或者FPGA 的系统 相比较, 系统性能得到了很大的提高。
三、系统总体设计： 采用FPGA+ DSP 的系统结构, 具有处理效率高、开发周期短、支持更高计算处理能力的优点, 是开发难度和系统成本的折衷。图1 为系统的总体框图。 图1 系统的总体框图 系统的主处理器选用TI 公司高性能的定点DSP T MS320C6416。T MS320C6416是TI 公司推出的高速定点DSP, 时钟频率最高可达1 GHz,其最主要的特点是采用了先进的甚长指令结构( VLIW) , 每个时钟周期可以执行8 条指令, 所有指令都可以条件执行, 完成1 024 点定 点FFT 的时间只需10 微妙, 比传统DSP 快1~ 2 个数量级,其高速处 理能力优势明显。 FPGA 选用Xilinx 公司的XC3S200AN。XC3S200AN 是Xilinx 公司Spartan3AN 系列的FPGA, 具有200k 的系统门, 288 kB 的block RAM , 16 个专用乘法器, 4 个DCM, 最大可达195 个用户I/ O 引脚, 高达4 MB 的集成式Flash存储器, 可用于器件配置及系统资源, 省了宝贵
音频信号采样与处理系统方案设计 目录 第1章理论依据2 1.1音频信号的介绍2 1.2采样频率2 1.1 TMS320VC5402介绍2 1.2 TLC320AD50介绍 6 第2章系统方案设计8 2.1 DSP核心模块的设计8 2.2 A/D转换模块9 第3章硬件设计10 3.1 DSP芯片10 3.2 电源设计10 3.3复位电路设计11 3.4 时钟电路设计12 3.5 程序存储器扩展设计12 3.6数据存储器扩展设计13
3.7 JTAG接口设计13 3.8 A/D接口电路设计14 第4章软件设计15 第5章总结17 参考文献18 致谢19 附录20 摘要 在研究数字信号处理的基础上，提出了一个基于DSP TMS320VC5402和A/D转换芯片TLC320AD50的音频信号采集系统的设计。给出了该系统的总体设计方案，具体硬件电路,包括系统电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、A/D接口电路设计、JTAG接口设计、DSP与A/D芯片的连接等，以及软件流程图。 关键词：音频信号数据采集DSP TLC320AD50 ABSTRACT On the basis of studying digital signal processing, The design of A audio signal acquisition system based on DSP TMS320VC5402 and A/D conversion chip TLC320AD50 is proposed. Overall design scheme of the system is given, and the specific hardware circuit, including the system power supply design, design of reset circuit, clock circuit design, design of memory, A/D interface circuit, JTAG interface, DSP and the connection of A/D chip, and software flow chart. Key words: audio signal data collection DSP TLC320AD50
高速实时数字信号处理系统技术探析 （毛二可院士 龙腾副教授） 高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。 一、高速实时数字信号处理概述 １．信号处理的概念 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 ２．高速实时数字信号处理的产生 早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。 解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。 数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。 ３．高速实时数字信号处理特点 高速实时数字信号处理的特点： 首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。
题目：实时信号处理专业：电子信息工程
摘要 近年来随着科技的飞速发展，实时信号处理的应用正在不断的走向深入，同时也将实时信号带进了各项的应用中。本论文通过对实时信号处理的概念以及设计流程、Matlab语言及其所能实现的功能、Matlab在数字信号处理中的应用、Matlab解决实际中的问题、四个方面来反映对实时信号处理的理解以及认识。通过实时信号处理流程的设计了解Matlab语言的特点、性质及其所能实现的功能，并在利用Matlab解决生活实际问题的编程中真正掌握Matlab在五个方面所能实现的主要功能。 关键字：Matlab、实时信号、处理、计算、功能
1 实时信号处理概述、实现方法及设计流程............ 错误！未定义书签。 1.1 实时信号处理概述 (3) 1.2 实时信号实现方法及系统设计开发流程 (3) 2 Matlab语言及其所能实现的功能................... 错误！未定义书签。 2.1 Matlab语言的基本概念 (5) 2.2 5个具有代表性的程序 (6) 2.2.1 用matlab产生标准音阶的7个单频正弦音符，并用计算机声卡放出错误！未定义书签。 2.2.2 绘制正多边形................................ 错误！未定义书签。 2.2.3 单边指数信号................................ 错误！未定义书签。 2.2.4 正弦波...................................... 错误！未定义书签。 2.2.5 单位脉冲序列................................ 错误！未定义书签。 3 Matlab在数字信号处理中的应用 (7) 3.1 求给定有限长序列的DTFT (7) 3.2 求系统的频率响应 (7) 4 用Matlab解决实际中的问题....................... 错误！未定义书签。 4.1用matlab实现石头剪子布的游戏................. 错误！未定义书签。 5 结束语 (9)
语音采集与回放系统设计
l 竞赛真题 l 总体方案选择 l 具体方案设计 l 设计阶段划分
一、竞赛真题
1999 年第四届 E 题 数字化语音存储与回放系统 一、题目：数字化语音存储与回放系统 二、任务 设计并制作一个数字化语音存储与回放系统，其示意图如下：
三、要求 1．基本要求 （1）放大器 1 的增益为 46dB，放大器 2 的增益为 40dB，增益均可调； （2）带通滤波器：通带为 300Hz～3.4kHz ； （3）ADC：采样频率 fs= 8kHz，字长= 8 位； （4）语音存储时间≥10 秒； （5）DAC：变换频率 fc= 8kHz，字长= 8 位； （6）回放语音质量良好。 2．发挥部分 在保证语音质量的前提下： （1）减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能； （2）语音存储时间增加至 20 秒以上； （3）提高存储器的利用率（在原有存储容量不变的前提下，提高语音存储时间） ；
（4）其它（例如： 四、评分意见
校正等） 。
项
目
满 分 50 50 15 5 15 15
基 设计与总结报告： 方案设计与论证， 理论分析与计算， 电路图， 本 测试方法与数据，对测试结果的分析 要 实际制作完成情况 求 完成第一项 发 挥 完成第二项 部 完成第三项 分 完成第四项 五、说明 不能使用单片语音专用芯片实现本系统。
训练侧重点 l 题目中给出一些提示性设计参数，设计中应予以重点理解
1. 放大器 1 的增益，放大器 1 的增益为 46dB 2. 带通滤波器的频率范围通带为 300Hz～3.4kHz（方便测试） 3. AD 采样的字长和采样频率（保证公平竞争）
l
题目中部分非技术性指标在培训中可以适当简化
1. 语音存储与回放时间≥10 秒 2. 语音存储时间增加至 20 秒以上；
二、总体方案选择
1. 控制平台选择 2. 前级放大模块 3. 带通滤波器 4. 模数、数模转换部分 5. 存储器 6. 编码方案
1. 控制平台选择
供选平台： A. B. 单片机平台 FPGA 开发平台
计算机生物信号采集处理系统的认识及使用 计算机是一种现代化、高科技的自动信息分析、处理设备。随着电子计算机技术在生物、医学领域的广泛应用，使原先不易进行的某些生物信息的检测，变得简易可行。利用计算机采集、处理生物信息，让计算机进入机能学实验室已成为必然趋势。 计算机生物信号采集处理系统就是以计算机为核心，结合可扩展的软件技术，集成生物放大器与电刺激器，并且具备图形显示、数据存储、数据处理与分析等功能的电生理学实验设备。对生物信号采集系统的了解和熟练使用，是今后对完成生理学实验的数据和图形采集、储存和处理所必须具备的基本技能之一。 一、目的要求 1、熟悉计算机生物信号采集处理系统的基本原理及组成； 2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用方法。 二、内容 1、学习计算机生物信号采集处理系统的组成及原理； 2、计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用。 三、计算机生物信号采集处理系统的工作原理 现代生物机能实验系统的基本原理是：首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大（有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察）、滤波（由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察）等处理，然后对处理的信号通过模数转换进行数字化并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传入的数字信号，然后对这些收到的信号进行实时处理，一方面进行生物机能波形的显示，另一方面进行生物机能信号的实时存贮，另外，它还可根据操作者的命令对数据进行指定的处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。对于存贮在计算机内部的实验数据，生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察和分析，还可以将重要的实验波形和分析数据进行打印。
高速实时数字信号处理硬件技术发展概述 摘要:在过去的几年里，高速实时数字信号处理（DSP）技术取得了飞速的収展，目前单片DSP芯片的速度已经可以达到每秒80亿次定点运算（8000MIPS）；其 高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术迚入一个新纪元。一个完整的高速 实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如DSP，ADC，DAC，RAM，FPGA，总线接口等技术本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的特点，构成，収展过程和系统设计中的一些问题，幵对其中的主要功能模块分别迚行了分析。最后文中介绍了一种采用自行开収的COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 1．概述 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息仍各种噪声、干扰的环境中提取出来，幵变换为一种便于为人或机器所使用的形式。仍某种意义上说，信号处理类似于”沙里淘金”的过程:它幵不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）仍各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不迚行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通
信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC，DAC等外围器件技术、系统总线技术等。 本文比较全面地介绍了各种关键技术的当前状态和収展趋势，幵介绍了目前高性能嵌入式幵行实时信号处理的技术特点和収展趋势，最后介绍了一种基于COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 2．DSP技术 2.1 DSP的概念 DSP（digital signal processor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是: ①高度的实时性，运行时间可以预测； ②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）； ③RISC指令集，指令时间可以预测； ④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合； ⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快； ⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口； ⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传辒和计算处理幵行工作； ⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。 DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9xBF5xx，TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/Tiger SHARC系统·TI的TMS320C67）。 雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮
ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ实时信号处理系统 摘要：简要叙述了常用的信号处理系统的类型与处理机结构，介绍了正逐步得到广泛应用的ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ处理机结构，在此基础上提出了一种实时信号处理的线性流水阵列，并举例说明了该结构的具体实现，最后分析说明了此结构的优越性。 关键词：实时信号处理处理机结构线性流水阵列 实时信号处理系统要求必须具有处理大数据量的能力，以保证系统的实时性；其次对系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。实时信号处理算法中经常用到对图象的求和、求差运算，二维梯度运算，图象分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。其中有的运算本身结构比较简单，但是数据量大，计算速度要求高；有些处理对速度并没有特殊的要求，但计算方式和控制结构比较复杂，难以用纯硬件实现。因此，实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。 １信号处理系统的类型与常用处理机结构 根据信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同，将现代信号处理系统分为三大类： ·指令集结构（ＩＳＡ）系统。在由各种微处理器、ＤＳＰ处理器或专用指令集处理器等组成的信号处理系统中，都需要通过系统中的处理器所提供的指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种可计算问题的求解。 ·硬连线结构系统。主要是指由专用集成电路（ＡＳＩＣ）构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定和数据结构明确的计算问题。不足之处主要在于：设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。 ·可重构系统。基本特征是系统中有一个或多个可重构器件（如ＦＰＧＡ），可重构处理器之间或可重构处理器与ＩＳＡ结构处理器之间通过互连结构构成一个完整的计算系统。 从系统信号处理系统的构成方式来看，常用的处理机结构有下面几种：单指令流单数据流（ＳＩＳＤ）、单指令流多数据流（ＳＩＭＤ）、多指令流多数据流（ＭＩＭＤ）。 ·ＳＩＳＤ结构通常由一个处理器和一个存贮器组成，它通过执行单一的指令流对单一的数据流进行操作，指令按顺序读取，数据在每一时刻也只能读取一个。弱点是单片处理器处理能力有限，同时，这种结构也没有发挥数据处理中的并行性潜力，所以在实时系统或高速系统中，很少采用ＳＩＳＤ结构。 · ＳＩＭＤ结构系统由一个控制器、多个处理器、多个存贮模块和一个互连网络组成。所有“活动的”处理器在同一时刻执行同一条指令，但每个处理器执行这条指令时所用的数据是从它本身的存储模块中读取的。对操作种类多的算法，当要求存取全局数据或对于不同的数据要求做不同的处理时，它是无法独立胜任的。另外，ＳＩＭＤ一般都要求有较多的处理单元和极高的Ｉ／Ｏ吞吐率，如果系统中没有足够多的适合ＳＩＭＤ处理的任务，采用ＳＩＭＤ是不合算的。