一种数字均衡器的设计及DSP实现

!""!年 ##月 第 **卷 第 +期

内 蒙 古 大 学 学 报 $自 然 科 学 版 % ,-./0-123.1/456 &/.54/7156 831(2491./.19&21:’3;’7

&’() !""! <’7)** &’)+

文 章 编 号 =#"""> #+*?$!""!%"+@"+?!@"A

一种数字均衡器的设计及 B0C实现D

谢卫华#E张 泽!
$#)内蒙古大学理工学院电子工程系F!)内蒙古大学理工学院自动化系E内蒙古 呼和浩特 "#""!#%

摘要=针对图形G图像等实时数字系统中由模拟信号重构过程所产生 的 失 真 问 题E设 计 了 用 于
消除失真的数字均衡器)该均衡器具有线性相位 HIJ特性E已经在 K:0*!"LAM#"B0C应用系 统 中 实 现 E取 得 了 满 意 效 果 )
关键词=BN, 转换F频率失真F数字均衡器FK:0*!"LAM#"B0C 中图分类号=K&O##)P! 文献标识码=,
引言

随着数字化技术的快速G深入发展E人们对数字化电子产品所 产生 的图像G图形以 及语音 等质 量 的要求越来越高)在图像G图形的实时 数 字处 理 过 程中E与 BN, 和 ,NB转换相 关的模 拟信号 重构 过 程是决定数字系统输出质量的关键)本文针对 BN, 转换 过程 产生的 一类 频率失 真E设 计了用 于消除 失真的数字均衡器)对该均衡器设计采用了频率抽取法E具有线性相位 HIJ特性E并且对设计方案作 了计算机仿真分析E最终在 K:0*!"LAM#"B0C应用系统中实现)该均衡器提高了数字系统输出波形 的 准 确 性 E有 利 于 输 出 图 象 G图 形 质 量 的 提 高 )

# 失真原因及其校正原理

在完善的数字系统 中E模拟 信号 的 重构 最 终 是由 BN, 转换 器 实 现)在 理 想 条 件 下EBN, 转 换 过

程可用以下理论公式描述)

BN, 转换输入信号$采用抽样序列形式%

VW
QR$S%T U Q$S%Y$S> XZ% XT > W
在 满 足 抽 样 定 理 的 前 提 下 E该 信 号 的 频 谱 为 =

VW

U [R$\%T

# ZXT

>

W

]$\>

^\_%

由于理想 BN, 转换过程仅起到理想重构滤波器作用$带宽为 \_的理想低通%E因此 BN, 转换输出信

号= 该输出信号频谱为=

a U Q‘$S%T

VW
b$S>

c%QR$c%dcT

VW
Q$XZ%b$S> XZ%

>W

XT > W

]‘$\%T e$\%f]R$\%T ]$\%

其 中 e$\%表示理想低通滤波特性E]$\%是系统输入模拟信号的频谱)可见 理想 BN, 转换可 以不失

真地重构原模拟信号)

D 收稿日期=!""!@"!@!A
基 金万项 目方=数内据蒙 古 自 治 区 科 委 基 金 资 助 项 目
作者简介=谢卫华$#OPAg%E男E广东省兴宁市人E内蒙古大学理工学院电子工程系 !"""级硕士研究生)

第 m期

谢卫华$张泽 一种数字均衡器的设计及 !no实现

mlP

但是理想 !"# 转换器是无法实现的$一般是采用零阶保持方式实现 !"# 转换%在此方式下实际

!"# 转换器输出信号为&

/0

. ’()*+,-

’*13,)*+2 13,

1- 2 0

/0

- . ’*13,45*+2 13,2 5*+2 1/ 6,37 1- 2 0

该信号对应的频谱为&

8()*9,- :;*9,8(*9,- <=>?*3?399,@2A?39 B36*92 C9D, 通过比较以上频谱关系看出$实际的 !"# 转换过程会引入由误差函 数 :;*9,决 定 的 失 真%为 了 校正其在E29D"FG9D"FH范围的失真$可以在信号处理过程中*!"# 转换之前,增加一个数字均衡器$ 该均衡器的频率特性应为&

:IJ*9,- 6":;*9,- <=>?*3?399,@A?39

*2 9D"FG 9D"F,

于是$加入数字均衡器后 !"# 转换器输出信号频谱为& 8I*9,- :IJ*9,8()*9,- :KIJ*9,:;*9,8(*9,- 8(*9,

因 此 *2 9D"FG 9D"F,频 率 范 围$输 出 信 号 的 失 真

得 到 了完全校正%该数字 均 衡 器 的 幅 频 特 性 如 图 6所

示 $其 最 大 校 正 为 &

FLMN6LO:IJ*9,O9-

9D F

- FLMN6LO<=>?*"?F"F,O- P%QRS

图 6 均衡器特性曲线

T=N%6 UV@WVXYXWZ@Y=<Z=WW[Y\@]^@_[XM=‘@Y

F 数字均衡器设计

基 于 上 述 分 析 的 数 字 均 衡 器 可 用 线 性 相 位 Tab 数 字 滤 波 器 来 实 现$本 设 计 采 用 频 率 抽 样 法 设 计%

设均衡器的幅频特性为&

:I*9,-

?39 <=>*?39,

*2 9D"FG 9D"F,

对该特性在一个周期内进行 c 点抽样$抽样间隔为 c9D$则

:dI*e,-

<=>?*3?399,O9-

e9D c

*e- L$6$f$c 2 6,

为 了 保 证 均 衡 器 具 有 线 性 相 位 特 性 $对 其 频 率 特 性 上 作 如 下 规 定 &

当 c 为偶数时

h:dI*e,@2A*c2 f 6,e?"c $e- L$6$f$cF 2 6 :I*e,- g
i2 :dI*e,@2A*c2 f 6,e?"c $e- cF / 6$f$c 2 6

当 c 为奇数时

:I*e,- :I*e,@2A*c2 f 6,e?"c e- L$6$f$c 2 6

当 :I*e,作 a!jU$得到均衡器的 c 点单位抽样序列 kI*1,&

万方数据

c2 6

. kI*1,-

6 c e-

:I*e,@AFc?1ef
L

1-

L$6$f$c 2

6

8G9

内 蒙 古 大 学 学 报 $自 然 科 学 版 &

*55*年

当 ! 为偶数时

!,*- (

+ "#$%&’

!( )

* !

.’

(

/#$.&012$!

-

(&.) !

*%.34%’

5646! -

(

当 ! 为奇数时

$!- (&,*

+ "#$%&’

( !

)

* !

.’ (

/#$.&012$! -

(&.) !

*%.34%’ 5646! - (

由 此 确 定 了 数 字 均 衡 器 的 单 位 取 样 响 应 以 及 各 阶 系 数7图 *为 !’ 89阶 时 数 字 均 衡 器 频 率 特

性7

: 均衡器特性仿真分析

为了检验均衡器的校正效果6可以用计算机方法 ;<=><?软件&进行仿真实验7对 @,< 转换系 统 输入数字信号AB$%&’2CDE$*F 3F 575G%&6用 计 算 机 分别模拟未加均衡器和加均衡器后数字系统 的响应6其对应特性如图 :H图 9和图 I所示7在模拟过程中考虑到计算机只可作数字处理6故将 @,< 转 换 输 出 的 模 拟 信 号 用 一 个 抽 样 率 极 高 的 数 字 信 号 来 代 替 6而 模 拟 低 通 滤 波 器 用 频 率 特 性 相 同 的 数 字 低 通 来 代 替 7并 且 考 虑 到 分 辨 率 问 题 6适 当 提 高 其 时 长 7

图 * 89阶均衡器幅频6相频特性曲线 JCK7* =LMNOMPQMD0R0LSOS0TMOC2TC00QOUM 1N89VW1XQYM2MPQSYCZMO

图 : 输入信号特性 JCK7: =LM0LSOS0TMOC2TC021NCD[QT2CKDSY

图 9 未校正系统输出信号特性

图 I 校正后系统输出信号特性

JCK79 =LM0LSOS0TMOC2TC021N1QT[QT2CKDSY

JCK7I =LM0LSOS0TMOC2TC021N1QT[QT2CKDSY

\CTL1QT01W[MD2STC1D

\CTL01W[MD2STC1D

由 以 上 各 图 可 见 6当 系 统 未 加 校 正 时 输 出 信 号 在 高 频 部 分 有 明 显 的 失 真 7当 加 入 均 衡 器 后 输 出 信

号 的 失 真 得 到 了 很 好 的 补 偿 6该 信 号 在 时 域 的 时 延 是 由 线 性 相 位 特 性 所 决 定 的 7

9 在 @]^系统中的实现

目前在高性能的电子产品中6普遍采用了 @]^芯片7在 @]^系统中可以很方便的实现不同性能 的数字均衡器6而且具有设计灵活H调整方便H实时性好的优点7本设计是在 =;]:*5_I9(5@]^应用 系 统 中 用 汇 编 语 言 编 程 实 现 的 6数 字 均 衡 过 程 采 用 了 长 信 号 卷 积 算 法 7为 了 保 证 信 号 处 理 的 实 时 性 6 需 要 对 输 入万信方号数合据 理 段 6对 输 出 信 号 正 确 迭 加 7
=;]:*5_I9‘系列 @]^是美国 =a公司新一代 (8bCT定点数字信号处理器7利用该系列 @]^的

第 "期

谢卫华!张泽 一种数字均衡器的设计及 X&Y实现

"W+

特有指令!可以高效地实现各种数字处理算法!图 "是本数字均衡器信号处理过程的程序框图# 用 $%&’()*+,-)汇 编 语 言 编 写 的 程 序 段 如 下.此 程 序 段 设 计 了 两 个 区!地 址 分 别 为 于 /0’)))
和 /0’())!长度均为 +-(字!便于两个区交替进行存储和卷积运算!这样数据采集和处理是同时进行 的!所 以 该 算 法 带 来 的 延 时 很 小!完 全 可 以 满 足 实 时 处 理 的 目 的.由 于 $%&’()*+,-)工 作 于 -)) %12主频下!根据指令集可推断出处理 +-(点的数据延迟时间不超过 -34!它远远小于一帧数据采 集时间5在 (+612采样率下为 ()347.

图 " 数字均衡器程序流程

89:." $/;<=>:=?3 @A>B @9:C=;>@D9:9E?A;FC?A92;=

*GHI)#

?=(J K -L))/

?J K )

9@5?M;F7:>E>*GHI-

=;<;?E5K "’7

N=LJ K -@@/

3?L<5O?=-P!/)!?7

?=,J K -;))/

O ?=(Q J /95?7R R )

?=’J K ’)))/

NJ NQ K -

SJ?=’

?=-JN

?=-J K ’)))/

O ?=,Q J K )

DNA>L6=;<;?E5M;TE))U -7

M;TE))#

M><

:>E>M;TE)-

*GHI-#

?=,J K -;))/

?=-J K ’’@@/

?=’J K ’())/

?=(J K (@@@/

SJ?=’

N=LJ K "’

?=-J K ’())/

?J K /)

DNA>L6=;<;?E5M;TE-)U -7

DNA>L6=;<;?E5=;<3>V;U -7

M><

M>< 万方数据

M><

M><

?J K )

,e,

内 蒙 古 大 学 学 报 *自 然 科 学 版 .

/44/年

!" # !$%& # !$/& " ! 56( $’(06:’; 56( <$1" + %==3 !$/" + %1443
结论

$’(’!)*+ ,-. 0!1(*# !$%& 2342!. # !$/7 " 38*!.9 9 4 <" <7 + % !$%"< # !$>7 " + 4 5’?)%4;

本设计的数字均衡器已经在 @AB-/4CD>%4EBF应用系统中实现G实测结果表明2采用均衡器后 系统的输出特性与计算机仿真结果相一致2输出波形的准确性提 高了2有利于 输出 图象H图形 质量的 改善和提高G
本数字均衡器具有设计灵活H调整方便H实现精度高等优点G它对于 解决数 字系 统中由 其它原 因 产生的频率失真也是很有意义的G
参考文献;

I%J @’?KLM5L)$N0’5)LGOPQ-/4RD>S TQU PVWXYVZ[\V]^_‘[^ZYVQW^IAJGa’=’$’51’B’)2%bb,G I/J 伯晓晨2李涛2刘路2等GA!)c!<工具箱应用指南 信息工程篇 IAJG北京;电子工业出版社2/444G>G I-J 黄大卫G数字滤波器 IAJG上海;上海铁道出版社2%bb%G%%G I>J 胡广书G数字信号处理 理论H算法与实现 IAJG北京;清华大学出版社2%bbdGeG

K E’L8f56=E8f8)!cghN!c8i’$!5j)3’a’!c8i!)8656=EBF
kMgl’8m3N!2noKpq n’ *%GTWrs_^XWV^YtuvW[^_YVZ[]w/GTWrs_^XWV^Ytx‘^YXs^ZYV2 RYvvWyWYtQ[ZWV[W]sVzOW[{VYvYy|2}WZPYVyYv~VZ!W_]Z^|2"Y{{Y^4%44/%2U#R.
$%&’()*’;@3’(!(’$!80L!)j8L)6$)865L611N$$’jjN$85f)3’$’165L)$N1)865($61’jN$’6=!5!c6f L8f5!cL85f$!(381L280!f’!5j6)3’$$’!cm)80’j8f8)!cL+L)’0LGl’3!:’j’L8f5’j)3’j8f8)!c’hN!c8i’$ )6160(’5L!)’)3’j8L)6$)865LG@3’’hN!c8i’$3!Lc85’!$(3!L’6=,Ma L+L)’02-38133!L<’’5$’!c8i’j 85@AB-/4CD>%4EBFL+L)’0 -8)3L!)8L=!1)6$+’==’1)LG
./012(3&;=$’hN’51+j8L)6$)865wK4E 165:’$L865wj8f8)!c’hN!c8i’$w@AB-/4CD>%4EBF

万方数据


相关文档

基于DSP的数字音频均衡器设计
基于DSP的全数字助听器设计和实现
XX数字滤波器的设计及DSP实现
数字滤波器的设计及在DSP上的实现
高通数字滤波器的设计及DSP实现
DSP8024多功能数字均衡器的使用
IIR数字滤波器设计及DSP实现
IIR数字滤波器的优化设计和DSP实现
CPM系统中的均衡器设计及其DSP实现方案
基于DSP的FIR数字滤波器设计及实现
电脑版