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2 各模块设计实现
2．1 FIR带通滤波模块
为了消除噪声和回声干扰的影响，首先需要进行滤波。语音信号的带宽是0．3～3．4 kHz，因而需要设计一个带通滤波器滤除语音信号带宽之外的噪声。为了使处理过的信号相位不发生变化即保持线性相位，需要采用FIR滤波器。
这里采用切比雪夫逼近法，由Matlab滤波器设计工具求得滤波器的各系数，乘以1024进行量化，转化为CSD编码以提高其运行效率，最后由Verilog代码实现。
2．2 半重叠汉明窗模块
为了保证语音信号平稳性，一帧信号的时间窗长度选为10～30 ms。而采样器频率为10 kHz，为了便于FFT处理选择25．6 ms即帧长为256点。为了保证统计特征的连续性和得到更好的语音处理效果，各帧之间进行50％的重叠，即每次处理只更新12．8 ms的数据。这样，一帧内的信号可以近似认为是平稳的。

分帧是用可移动的有限长度窗口进行加权的方法实现，这就是用某窗函数w(n)乘以s(n)，从而形成加窗的语音信号sw(n)=s(n)×w(n)，其中窗函数的值存储在内部存储资源中。常用的窗函数有汉明窗与矩形窗，汉明窗比矩形窗的平滑效果更好，故选择汉明窗，其表达式如式(5)所示

其中，N是帧长。
2．3 FFT运算模块
由于语音信号是连续的实时采样，为了能使传来的语音信号连续不断的处理，这里采用了乒乓结构，即采用两个分别能存储一帧数据的双口RAM，第一个RAM在存储新数据时，第二个RAM进行FFT运算，并存储其结果。然后，第一个RAM进行FFT运算，并存储其结果，第二个RAM存储新的数据，这样就保证了信号处理的连续性。

乒乓存储时由倒序地址模块产生倒序存储地址，使RAM中存储数据为倒序，为FFT运算做准备。为了加快运算速度，蝶形运算旋转因子，先由Matlab软件生成，量化为12位带符号数，然后存储在内部ROM里面。
整个FFT运算单元由状态机设计完成，共由5个状态完成；S1状态输出第一个操作数地址；S2状态得到第一个操作数，输出第二个操作数地址；S3状态得到第2个操作数，计算出第一个结果；S4状态寄存第一个结果，计算出第二个结果；S5状态寄存第二个结果，产生下一级运算地址。

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关键词： FPGA 麦克风阵列 声源定位 系统