基于FPGA的语音控制选频滤波器设计与实现（4） master, 滤波器, 数据流, 数据源, 语音

yuyang911220

FFTStreaming1/0数据流模块的工作流程:
        在系统复位信号(reset)变为低电平后，数据源将 master_sink_dav置为高电平，对FFT函数来说，表明在输入端至少有256个复数据样点可以输入。作为回应，FFT函数将  master_sink_ena信号置高电平，表明其有能力接受这些输入信号。数据源加载第一个数据样点到FFT函数中，同时将master_source_sop置高电平，表示输入模块的开始。在下一个时钟周期， master_sink_sop复位，并以自然顺序加载后面的255个输入数据样点。在Streaming数据流结构中，FFT函数希望输入端口的输入数据连续可用，因此，  master—_sink_ena一直保持高电平，除非系统复位，或由于master_sink_dav信号复位显示输入数据模块不完整，master_sink_sop信号置高电平失败，master_sink_ena信号才复位。如果要在一个输入模块的边界上停止模块数据流， master_sink_sop信号在前一个模块的最后数据样点输入以后就将保持低电平。FFT函数会复位master_sink_ena信号，并继续处理已经载入的数据模块。FFT函数中的流水线己经清除以后，master_sink_ena重新置为高电平，通过在下一个输入模块流的第一个输入数据样点上置位mastel_sink_sop信号来初始化下一个输入模块的读取。

        当FFT己经完成了输入模块的变换，并且从设备源端将master_source_dav信号置高电平(表示数据从设备接收器可以接收输出数据模块)时，FFT将 master_source_ena信号置高电平，并且以自然顺序输出复数变换域数据模块。FFT函数在master—source_sop信号上输出一个高电平脉冲表示第一个输出样点。128个时钟周期后，master_source-eop信号被置为高电平，表示转换输出数据块结束。

        三角滤波器组在前面已经介绍了，其重要计算公式是：

       

        其中，每个三角滤波器的中心频率为T云(见表)，这里引入T0和T24方便计算，则T0为0，T1为77，……，T23为7132，T24为8000。采样频率 16KHz，对于256个点的FFT变换，频率分辨率为62.5。用滤波器组的中心频率除以频率分辨率，计算出它对应于FFT频谱中的第几点，T0到T24对应的点为:

                                                                                                                                                                                                               

中心序号	FFT中对应点	中心序号	FFT中对应点
T0	1	T13	33
T1	2	T14	38
T2	3	T15	43
T3	5	T16	49
T4	6	T17	56
T5	8	T18	63
T6	10	T19	72
T7	13	T20	81
T8	15	T21	91
T9	18	T22	102
T10	21	T23	115
T11	25	T24	128
T12	29

        根据上表，计算出和的值建立一张大小为128x23=2944的表，分别对应
        FFT频谱中的点。帧RAM中数据为16位正整数。三角滤波器组的值都在0-1之间，为方便计算将滤波器组数值定标为16位Q15，所有数字都扩大2“15=32768倍，并保存在ROM中。则三角滤波器的输出就变成:

       

        其基本结构如下：

       

        取对数
        通过三角滤波器后的数值为16位正整数，去底数为10的对数lg(x)，可以换成底数为2的对数，这样就变成了log2(x)的值，略有改动的是将两个表放进一个DPROM中，这样可以同时读出两个数，最后结果也不为31位的Q15，因为要乘以常数0.301，所以最后结果为47为Q30，第一位为符号位。

        16位正整数最大为32767，而lg在（0,32767]上是单递增的，所以最大数为lg(32767)=4.515，为了保证一定的精度，结果取47中的34到19位，即结果为16为的Q11，1位符号位，5位整数，11位小数，这样的取法有利于接下来的DCT计算。

        这一部分的实现是利用Verilog编程语言实现的。