l 引言
目前，由于具有運(yùn)算速度快,、片上資源豐富和能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的線性和非線性算法等特性,，DSP已成為通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件,，其中在語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)方面顯得尤為突出,。然而，由于包括DSP本身在內(nèi)的所有電子器件都是干擾源,，而且系統(tǒng)所處的工作環(huán)境中還有很多外來(lái)干擾源,，再加上語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)對(duì)信號(hào)噪聲非常敏感，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題,。否則,，至少會(huì)影響系統(tǒng)的處理結(jié)果，甚至造成更為嚴(yán)重的后果,。本文介紹基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù),。
2 系統(tǒng)的干擾源和干擾途徑
基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)中的干擾源主要有雷電放電造成的大氣噪聲源,、太陽(yáng)黑子運(yùn)動(dòng)等造成的天電噪聲源、電阻等電子元器件工作時(shí)發(fā)熱造成的熱噪聲源,、50 Hz工頻電網(wǎng)造成的電網(wǎng)干擾源,、家用電器造成的干擾源、電機(jī)造成的電刷干擾源,、汽車點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源,、無(wú)線通信系統(tǒng)造成的射頻干擾源以及一些人為惡意造成的干擾源等，所有干擾源中高頻脈沖噪聲對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的危害最大(這里不研究語(yǔ)音引起的音頻干擾),。
以上提到的干擾源都屬于電磁干擾(EMI),。電磁學(xué)原理：只要有電流存在就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，只要有電壓存在就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),。磁場(chǎng),、電場(chǎng)隨時(shí)間變化量的多少，就是產(chǎn)生電磁干擾的根本原因,。電磁干擾的概念如圖1所示,。
基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的干擾途徑主要有電源線、輸入/輸出線,、接地線,、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng),、電路的公共阻抗,、電源異常等。各種干擾途徑在系統(tǒng)中所占比例如表1所示,。
3 抗干擾措施
根據(jù)對(duì)系統(tǒng)自身,、干擾源和干擾途徑的分析,，抗干擾措施主要方案是：
?、偬岣呦到y(tǒng)自身的電磁兼容性；
?、诟綦x干擾源,；
③切斷干擾途徑,。
基于這3種方案,，本文提出了一些適用于本系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。
3.1 電磁兼容
電磁兼容性是指電力,、電子,、通訊設(shè)備或其系統(tǒng)在其設(shè)置的場(chǎng)所處于工作狀態(tài)時(shí)，不對(duì)其周圍產(chǎn)生影響,，也不被其四周的電磁環(huán)境所影響,，不產(chǎn)生誤動(dòng)作和性能降低,，按設(shè)計(jì)獲得其工作能力。也就是說(shuō),，設(shè)備或系統(tǒng)不對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾,，而且不受所處環(huán)境中電磁干擾影響其正常工作能力。
3.2 硬件抗干擾技術(shù)
由于高頻脈沖噪聲對(duì)本系統(tǒng)危害最大,，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能,，在系統(tǒng)中可采取以下措施：
(1)增加總線的抗干擾能力。采用三態(tài)門(mén)形式的總線結(jié)構(gòu),，并給總線接上拉電阻,，使總線在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而避免總線出現(xiàn)懸空狀態(tài)?？偩€須加緩沖器,。
(2)提高系統(tǒng)控制信號(hào)抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET,、STB等控制線,，當(dāng)CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線阻抗較高時(shí)，就容易受到脈沖噪聲干擾,?？稍诒豢刂破骷妮斎攵瞬⒙?lián)一只20 pF的電容，并且在RESET等控制信號(hào)線并聯(lián)一只0.Ol μF電容,?？刂凭€加一級(jí)緩沖器，使控制線的阻抗變低,，也有助于抑制干擾,。
(3)抑制數(shù)字信號(hào)的串模干擾。這種串模干擾是相鄰信號(hào)線在傳輸信號(hào)過(guò)程中引起的干擾,，大多發(fā)生在印制板平行導(dǎo)線上,。串模干擾的強(qiáng)弱與相鄰兩信號(hào)線之間的耦合阻抗和信號(hào)本身的阻抗有關(guān)。因此,，在本系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)盡量縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度,；傳輸多種電平信號(hào)時(shí)，盡量把前,、后沿時(shí)間相近的電平信號(hào)劃為一組傳輸,；在雙面印制板的背面布置較大面積的地線區(qū)域，從而對(duì)部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲起到吸收和屏蔽的作用,。
(4)利用電磁干擾濾波器(EMI Filter)消除電源干擾,。隨著電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)和家用電器的大量涌現(xiàn)與廣泛普及,，電網(wǎng)干擾正日益嚴(yán)重并形成一種公害,。特別是瞬態(tài)電磁干擾,，其電壓幅度高(幾百伏至上千伏)、上升速率塊,、持續(xù)時(shí)間短,、隨機(jī)性強(qiáng)，容易使數(shù)字電路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,，甚至損害設(shè)備,。電磁干擾濾波器亦稱電源噪聲濾波器(PNF)，它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲,，提高設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性,。電磁干擾濾波器在系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。
(5)利用硬件看門(mén)狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力,。由專用器件MAX692構(gòu)成的看門(mén)狗電路如圖3所示,，系統(tǒng)所用外圍元件少。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路,，具有后備電池切換,、掉電判別、看門(mén)狗監(jiān)控等功能,。其中WDI是看門(mén)狗檢測(cè)輸入端,，接到DSP的一個(gè)專用I/O口或一個(gè)總線口上。RESET是復(fù)位信號(hào)輸出端,，接DSP的復(fù)位端RST,。MAX692的WDI定時(shí)周期為1.6 s，復(fù)位脈沖寬度是200 ms,。如果WDI保持高或低超過(guò)“看門(mén)狗”定時(shí)周期(1.6 s),，RESET端將產(chǎn)生寬200 ms(最小140 ms)的負(fù)脈沖使DSP復(fù)位。
3.3 軟件抗干擾技術(shù)
利用軟件也可以提高DSP語(yǔ)音處理系統(tǒng)的抗干擾能力,。主要有：
?、倮脭?shù)字濾波器來(lái)濾除干擾；
?、诓捎密浖撮T(mén)狗,、多次采樣技術(shù),、定時(shí)刷新輸出口等技術(shù)來(lái)抑制干擾,。
下面主要介紹數(shù)字濾波器在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。
數(shù)字濾波器(DF)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的處理過(guò)程如圖4所示,。語(yǔ)音信號(hào)首先經(jīng)過(guò)采樣/保持電路(S/H),，送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)數(shù)字濾波器濾除其中的干擾信號(hào),，最后通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)獲得語(yǔ)音信號(hào)輸出,。
根據(jù)所用數(shù)學(xué)模型的不同,，數(shù)字濾波器可分為兩大類：一類是遞歸型濾波器，其特點(diǎn)是濾波器的輸出不僅與輸入信號(hào)有關(guān),，而且還與過(guò)去的輸出值有關(guān),；另一類是非遞歸型濾波器(如一階、二階低通濾波器),，其特征是濾波器的輸出僅與輸入信號(hào)有關(guān),，而與過(guò)去的輸出值無(wú)關(guān)。本系統(tǒng)使用的是遞歸型濾波器,。
設(shè)數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)為X(n),，輸出信號(hào)為Y(n)，則輸入序列和輸出序列之間的關(guān)系可用差分方程表示為：
上式中,，輸入信號(hào)X(n)可以是語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)采樣和ADC轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字序列,，也可以是計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)；ak和bk均為系數(shù),，通過(guò)設(shè)置ak和bk可將DF設(shè)計(jì)成需要的帶通濾波器,。
數(shù)字濾波器的軟件設(shè)計(jì)方法有：程序判斷濾波法(限幅濾波法)、中位值濾波法,、算術(shù)平均濾波法,、遞推平均濾波法、防脈沖干擾平均濾波法,、一階之后濾波法等6種方法,。根據(jù)需要，本系統(tǒng)選擇程序判斷濾波法,，設(shè)計(jì)流程如圖5所示,。
4 結(jié)束語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)證明：以上抗干擾方法在基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)中能夠充分抑制來(lái)自系統(tǒng)外的干擾，有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性,。