Luận vănthực thi khử nhiễu kiểu thích nghi trên TMS320C6711 DSK 2chúng ta cần trao đổi các thông tin mang tính chính xác của sự vật, hiện tượng,

1 Luận văn Thực thi khử nhiễu kiểu thích nghi TMS320C6711 DSK LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chúng ta cần trao đổi thông tin mang tính xác vật, tượng, mặt khác mong muốn tiếp nhận tín hiệu mà nguời cần quan tâm riêng không làm tính trung thực nguồn gốc thơng tin, có cần thơng tin mà khơng có thật thực tế mục đích riêng đó,.v.v.; để đáp ứng nhu cầu người ngày đêm khơng ngừng tạo sản phẩm thoả mãn nhu cầu người.Trong hướng cách giải khác cho vấn đề nêu trên, lĩnh vực xử lý tín hiệu số( DSP) ngày phát triển mạnh mẽ vững vàng Lý thành cơng nhờ phát triển phần cứng chi phí thấp, áp dụng phần mềm đơn giản, linh hoạt không thiếu mạnh mẽ hiệu thi hành Và thực tế ngày nay, DSP áp dụng rộng rãi hầu hết tất ngành Sống giới đại ngày nay, tiếp xúc với loại tín hiệu nhiều dạng khác Có tín hiệu cần thiết âm thanh, hình ảnh hay tín hiệu giải trí âm nhạc v.v.Và bên cạnh ln tồn tín hiệu khó chịu khơng cần thiết hồn cảnh riêng đó, mà ta gọi nhiễu Xử lý tín hiệu trích lấy, tăng cường, lưu trữ truyền thơng tin có ích mà người cần quan tâm vơ vàn thơng tin có ích vơ ích Sự phân biệt thơng tin có ích vơ ích phụ thuộc vào ý thức chủ quan người Nếu tín hiệu ta khơng quan tâm tín hiệu vơ ích ta xem nhiễu Xuất phát từ lẽ đó, đồ án nghiên cứu thực khử nhiễu tín hiệu âm TMS320C6711 DSK sử dụng DSP TMS320C6711 hãng Texas Instruments Hầu hết DSP sử dụng nằm hai mục đích là: phân tích tín hiệu lọc tín hiệu Phân tích tín hiệu: liên quan đến việc đo đặc tính tín hiệu, thường thao tác miền tần số Nó có số ứng dụng sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phân tích phổ( tần số và/hoặc pha) Nhận dạng tiếng nói Xác nhận người nói Dị tìm mục tiêu Lọc tín hiệu: cơng việc với nét đặc trưng có tín hiệu vào tín hiệu Các hệ thống thực nhiệm vụ thường gọi lọc Nó có số ứng dụng sau: Khử tạp âm Khử giao thoa nhiễu Tách rời dãi tần Định dạng phổ tần tín hiệu Khơi phục tín hiệu bị nhiễu giảm cấp Cân kênh Đồ án trọng vào việc khử nhiễu tín hiệu thoại mà cốt lõi vấn đề nghiên cứu lọc số kiểu thích nghi; xem hiệu hoạt động khử nhiễu ngẫu nhiên Bộ lọc liên tục thay đổi hệ số lọc theo thuật toán định trước để ước lượng hàm truyền nhiễu Sự ước lượng xác q trình khử nhiễu lọc đạt hiệu cao Đồ án gồm có năm chương, chương nêu tổng quan lọc số; chương hai nghiên cứu lý thuyết lọc thích nghi; chương ba, nghiên cứu khử nhiễu lọc thích nghi dựa lý thuyết nêu rõ chương trên; chương bốn, tìm hiểu phần cứng dùng để chạy chương trình thời gian thực khử nhiễu kiểu thích nghi, board TMS320C6711 DSK hãng TI; cuối chương năm chương trình thực thi khử nhiễu kiểu thích nghi TMS320C6711 DSK Để hiểu rõ xem xét cụ thể phần sau đồ án \ \\ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỌC SỐ 1.1.MỞ ĐẦU: Lọc số trình quan trọng xử lý tín hiệu số, khả phi thường lọc số làm cho chúng trở nên phổ biến ngày Các lọc số gồm có hai cơng dụng : phân tích tín hiệu phục hồi tín hiệu Phân tích tín hiệu áp dụng tín hiệu mong muốn bị giao thoa với tín hiệu khác hay bị loại nhiễu tác động vào Cịn phục hồi tín hiệu tín hiệu mà ta mong muốn hay cần để đánh giá, xét nghiệm bị sai lệch nhiều yếu tố mơi truờng tác động vào; làm cho bị biến dạng gây ảnh hưởng đến kết đánh giá Có hai kiểu lọc chính: Tương tự số Chúng khác hoàn toàn cấu tạo vật lý cách làm việc Một lọc tương tự sử dụng mạch điện tương tự tạo từ thiết bị điện trở, tụ điện, hay opamp, …Có chuẩn kỹ thuật tốt tồn thời gian dài cho việc thiết kế mạch lọc tương tự Cịn lọc số sử dụng xử lý số để hoạt động tính tốn số hố giá trị lấy mẫu tín hiệu Bộ xử lý máy tính mục đích chung PC, hay chíp DSP chun dụng Các q trình hoạt động lọc số thể hình 1.1 sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1.1: Quá trình hoạt động lọc số Nói chung cơng việc lọc số thực lọc tương tự( Analog Filter) Các lọc tương tự có ưu điểm giá thành rẻ, tác động nhanh, dải động( Dynamic Range) biên độ tần số rộng Tuy nhiên lọc số có cấp độ thực hẳn lọc tương tự, ví dụ như: lọc số thơng thấp có độ lợi( Gain) 1+/-0.0002 từ DC đến 1000Hz độ lợi nhỏ 0.0002 tần số 1001Hz Tất hoạt động diễn khoảng 1Hz Điều thực lọc tương tự Và lọc số thay cho lọc tương tự với ưu điểm cụ thể sau: 1) Một lọc số có khả lập trình được, cịn lọc tương tự, muốn thay đổi cấu trúc phải thiết kế lại lọc 2) Các lọc số dễ dàng thiết kế, dễ kiểm tra dễ thi hành máy tính mục đích chung hay trạm làm việc 3) Đặc điểm mạch lọc tượng tự bị ảnh hưởng trôi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Các lọc số khơng có vấn đề này, ổn định với thời gian nhiệt độ 4) Các lọc số xử lý tín hiệu tần số thấp xác Tốc độ cơng nghệ DSP ngày tăng lên, làm cho lọc số có khả xử lý tín hiệu tần số cao miền âm tần( Radio Frequency), mà khứ lĩnh vực độc quyền công nghệ tương tự 5) Các lọc số linh hoạt nhiều xử lý tín hiệu, với nhiều cách khác xử lý thích nghi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6) Các xử lý DSP nhanh xử lý tổ hợp phức tạp, phần cứng tương đối đơn giản, mật độ tích hợp cao Để nâng cao chất lượng lọc tương tự, ta trọng khắc phục hạn chế linh kiện độ xác, độ ổn định, phụ thuộc vào nhiệt độ v.v Còn lọc số, thân có nhiều ưu điểm nên ta trọng đến hạn chế tín hiệu phương pháp thiết kế thuật toán chương trình xử lý tín hiệu Trong chương này, tìm hiểu số lý thuyết sở lọc tín hiệu, làm tiền đề cho việc thiết kế lọc số thích nghi 1.2.GIỚI THIỆU VỀ LỌC SỐ: [14] Trong xử lý tín hiệu số, ta thường nói tín hiệu vào lọc miền thời gian, tín hiệu thường tạo cách lấy mẫu thời điểm cách Tuy nhiên, ta lấy mẫu vị trí cách không gian hay số phạm trù khác; thông thường lấy mẫu miền thời gian miền số Trong xử lý tín hiệu số từ miền thời gian ta liên hệ tổng quát đến phạm trù khác Ví dụ hình 1.2 sau mơ tả điều Mỗi lọc tuyến tính có đáp ứng xung, đáp ứng bước đáp ứng tần số Mỗi đáp ứng chứa đầy đủ thông tin lọc, dạng khác Nếu ba đáp ứng xác định hai đáp ứng tính trực tiếp Cả ba đáp ứng quan trọng, chúng mơ tả lọc hồn cảnh khác Với đáp ứng xung đầu hệ thống đầu vào xung đơn vị; đáp ứng bước đầu hệ thống đầu vào bước nhảy đơn vị( hay xung bậc thang) Vì hàm bước nhảy tích phân hàm xung đơn vị, nên đáp ứng bước tích phân đáp ứng xung Từ ta có hai cách tìm đáp ứng bậc thang:  Đưa sóng bước nhảy vào lọc xem kết đầu hay;  Lấy tích phân đáp ứng xung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Còn đáp ứng tần số lấy từ biến đổi Fourier đáp ứng xung Hình 1.2: Đáp ứng xung, đáp ứng bước đáp ứng tần số lọc Phương pháp trực tiếp để thực lọc số dùng phép tích chập tín hiệu vào với đáp ứng xung lọc số; đáp ứng xung xem cốt lõi cho việc thiết kế lọc Một phương pháp khác để thực lọc số dùng phương pháp đệ quy Khi lọc thực phép tích chập, mẫu tín hiệu tính tốn cách tổ hợp có trọng số mẫu tín hiệu vào Các lọc kiểu đệ quy mở rộng thêm trình cách sử dụng trị số tính từ tín hiệu ra, bên cạch điểm lấy từ tín hiệu vào; thay dùng lõi lọc, lọc đệ quy xác định dãy hệ số đệ quy Các lọc đệ quy cịn gọi lọc có đáp ứng xung dài vơ hạn IIR, cịn lọc thực theo phương pháp chập gọi lọc có đáp ứng xung dài hữu hạn FIR Có nhiều cách để người biểu diễn thông tin qua tín hiệu kiểu điều chế hay mã hóa tín hiệu: AM, FM, PCM,…Cịn tín hiệu sinh tự nhiên có hai cách biểu diễn theo miền thời gian miền tần số Thông tin thể miền thời gian mô tả độ lớn kiện thời điểm xuất Mỗi mẫu tín hiệu cho thấy xuất thời điểm độ lớn Trái lại, thơng tin biểu thị miền tần số có tính chất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gián tiếp mẫu tín hiệu đơn độc khơng thể thể thông tin đầy đủ mà phải mối quan hệ nhiều điểm tín hiệu Từ ta thấy tầm quan trọng đáp ứng bước đáp ứng tần số; đáp ứng bước mô tả biến đổi thông tin miền thời gian hệ thống đáp ứng tần số cho thấy biến đổi thông tin miền tần số Với ứng dụng khác tầm quan trọng hai loại đáp ứng khác 1.3.CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG Ở MIỀN THỜI GIAN: [14] Gồm có ba thông số quan trọng sau 1.3.1.Tốc độ chuyển đổi hay thời gian lên( Risetime): Tốc độ chuyển đổi thường thể thời gian lên( hay số mẫu) mức biên độ 10% đến 90% Thời gian lên khơng nhanh nhiều ngun nhân tạp âm, hạn chế sẵn có hệ thống.v.v 1.3.2.Gợn sóng nhô( Overshoot) đáp ứng bậc thang: Thông thường phải loại bỏ gợn sóng nhơ làm thay đổi biên độ mẫu tín hiệu; méo tín hiệu thơng tin chứa miền thời gian Gợn sóng nhơ đại lượng đo lọc sử dụng 1.3.3.Pha tuyến tính: Pha tuyến tính đối xứng nửa nửa đáp ứng xung Sự đối xứng cần thiết để làm cho cạnh lên có dạng giống cạch xuống Hình 1.3 sau cho ta thấy thơng số hai loại lọc có chất lượng khác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1.3: Các thông số hệ thống miền thời gian 1.4.CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG Ở MIỀN TẦN SỐ: [14] Gồm thông số sau:  Dải thông( Passband): dải gồm tần số lọc cho qua  Dải chắn( Stopband): dải chứa tần số bị ngăn cản  Dải chuyển tiếp( Transitionband): dải vị trí trung gian dải thơng với dải chắn  Độ dốc xuống nhanh: ứng với dải chuyển tiếp hẹp  Tần số cắt: tần số phân cách dải thông dải chuyển tiếp Trong thiết kế tương tự, tần số cắt thường xác định nơi biên độ giảm cịn 0.707( tương ứng -3dB) Các lọc số tiêu chuẩn hóa xác định tần số cắt mức biên độ 99%, 90%, 70.7%, 50% Hình 1.4 sau thể đáp ứng lọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Hình 1.4: Các đáp ứng tần số lọc Để phân tích tần số kề sát nhau, lọc phải có độ dốc xuống nhanh Muốn cho tần số dải thơng lọt qua hồn tồn lọc, phải khơng có gợn sóng dải thơng Cuối cùng, muốn ngăn chặn tần số dải chắn, cần có độ suy giảm dải chắn lớn; điều biểu diễn hình sau Về mặt pha, trước hết hệ số pha không quan trọng hầu hết ứng dụng miền tần số Chẳng hạn, pha tín hiệu âm hồn tồn khơng chứa thơng tin hữu ích Thứ hai, pha quan trọng ta lại dễ dàng thực lọc số có đáp ứng pha tuyến tính, tức tất tần số qua lọc không bị lệch pha Trong lọc tương tự mặt Hình 1.5 sau thể ba thơng số đặc điểm làm việc lọc miền tần số LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 80 Hình 1.3: Các ghi chọn ngắt Hình 1.4: Các ghi thiết bị Hình 1.5: Các ghi định thời 2.CHƯƠNG TRÌNH KHỬ NHIỄU KIỂU THÍCH NGHI: 2.1.Chương trình chính: khunhieuthichnghi.c //BO LOC FIR KIEU THICH NGHI DE KHU NHIEU AUDIO #include "Cac_he_so_chuoi_nhieu.cof" //Cac he so chuoi nhieu #include "Tao_nhieu.h" //Thu vien tao chuoi nhieu #define N 30 //So cac he so cua bo loc #define B 1E-12 //Toc do hoi tu float delay[N]; //Bo dem du lieu vao float w[N]; //Cac he so bo loc int noise[NH]; //Cac mau nhieu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 81 short prn(void) //Tao nhieu gia ngau nhien { short prnseq; if(sreg.bt.b0) //Chuoi {1,-1} prnseq = -800; //Muc am cua nhieu else prnseq = 800; //Muc duong cua nhieu fb =(sreg.bt.b0)^(sreg.bt.b1); //XOR cac bit va fb ^=(sreg.bt.b11)^(sreg.bt.b13); //XOR cac bit 11 va 13 roi XOR voi fb sreg.regval