FPGA实现的低时延DFT滤波器组语音处理研究

"这篇论文探讨了基于离散傅立叶变换(DFT)滤波器组的低时延FPGA(现场可编程门阵列)语音处理实现方法。研究中，作者提出了一种加权重叠添加(WOLA)的并行结构，旨在减少系统的总体时延。通过将群时延纳入系统目标函数，并应用非对称综合原型滤波器设计，他们提出了一种迭代算法，优化了DFT滤波器组的低时延设计。关键模块如分析和综合功能采用了多路并行乘法和多级流水加法链技术，实现了并行WOLA结构的DFT滤波器组，从而降低了FPGA实现的计算时延。设计在Xilinx的Zynq7020 FPGA芯片上进行了实际实现，并通过PESQ测试验证了其良好的语音质量。与串行WOLA结构相比，16kHz采样率下的并行实现总时延降低了1.192ms，群时延减少了12%，计算时延减少了29.2%。关键词包括语音处理、DFT滤波器组、低时延、FPGA和并行设计。" 本文主要研究内容可概括为以下几个方面： 1. **DFT滤波器组低时延设计**：研究的核心是降低DFT滤波器组的时延，这对于实时语音处理至关重要。通过引入群时延的概念，优化了滤波器的性能，减少了信号处理过程中的延迟。 2. **非对称综合原型滤波器**：为了实现低时延，论文提出了一种非对称的滤波器设计方法，它允许在传递失真和混迭失真之间找到一个平衡点，以达到最佳的时延性能。 3. **迭代算法**：为了进一步优化滤波器组，作者开发了一种迭代算法，该算法可以逐步调整滤波器参数，以最小化总的时延。 4. **并行WOLA结构**：论文中的并行WOLA（加权重叠添加）结构是关键创新点，它利用多路并行乘法器和多级流水加法链，提高了处理速度，显著减少了计算时延。 5. **FPGA实现**：所有这些设计都在Xilinx的Zynq7020 FPGA上进行了硬件实现，这是一种高度集成的片上系统，结合了处理器和可编程逻辑，非常适合高性能、低功耗的语音处理应用。 6. **性能评估**：通过PESQ（感知音质评估）测试，证明了所提出的DFT滤波器组设计能够提供良好的语音质量。同时，与传统的串行WOLA结构相比，该设计在保持高质量语音的同时，显著降低了系统时延。 该研究为FPGA上的低时延语音处理提供了新的设计思路和实现方法，具有较高的理论价值和实际应用潜力。通过并行处理技术和优化算法，实现了DFT滤波器组的高效运行，这对于需要实时处理的语音通信和音频应用等领域具有重要意义。