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基于可编程SoC的卷积神经网络数字解调信号语音增强

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基于可编程SoC的卷积神经网络数字解调信号语音增强

作者：黄修正北京交通大学

学位级别：硕士

语音信号由发射端传输到接收端不可避免的会受到各种干扰,使数字解调后的信号质量下降,给社会的生产、人们的生活带来不利影响,因此需要提语音质量。但是,传统的数字信号处理方法在面对语音增强问题时非线性能力差,另外,使用中央处理器(... 详细信息

语音信号由发射端传输到接收端不可避免的会受到各种干扰,使数字解调后的信号质量下降,给社会的生产、人们的生活带来不利影响,因此需要提语音质量。但是,传统的数字信号处理方法在面对语音增强问题时非线性能力差,另外,使用中央处理器(Central Processing Unit,CPU)和图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)实现卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)时在一些对运行速度和低功耗要求较高的情况下不能满足要求。本文针对上述问题,使用具有并行处理优势的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现数字解调并使用神经网络对数字解调后的带噪语音进行语音增强,论文的工作内容有:第一,对经典的语音增强算法以及基于深度学习的语音增强算法进行了详细介绍,并对这些算法进行了信噪比改善的实验,实验表明,在经典语音增强算法中,最小均方(Least Mean Square,LMS)自适应滤波算法效果最好,而基于深度学习的语音增强算法对信噪比的改善要高出LMS自适应滤波算法21.7%左右。第二,在FPGA上实现了数字解调系统,对数字解调系统内部的各个模块进行了详细设计,并进行了仿真实验,得出解调器产生的相对幅度误差在0.1%左右,相位误差的数量级在10以内,误差在合理范围内,同时验证了数字下变频和下抽样结果的正确性。第三,在片上系统现场可编程门阵列(System on Chip Field Programmable Gate Array,So C FPGA)上实现了语音增强系统,系统主要包含预处理模块、神经网络语音增强模块和后处理模块。首先,使用Python搭建卷积神经网络模型,在软件平台上进行训练,得到训练好的神经网络模型。然后将模型部署到So C FPGA上,预处理模块和后处理模块在So C FPGA的处理系统(Processing System,PS)端实现,卷积神经网络的搭建在可编程逻辑(Progarmmable Logic,PL)端实现。最后使用四种语音评价方法证明了基于So C FPGA所实现的卷积神经网络语音增强系统的增强效果优于经典的数字信号处理方法,并从资源利用率、功耗以及时序三个方面对语音增强系统的性能进行了详细分析,证明了该系统的可用性。

关键词：数字解调 FPGA 卷积神经网络语音增强可编程SoC

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并行滤波的时域截断对数字解调器的影响

清华大学学报（自然科学版） 2008年第1期48卷 85-87,91页

作者：印乐奕陈金树清华大学电子工程系北京100084

为了分析并行结构的中频采样的数字解调器中时域截断对解调结果的影响,解释了并行滤波的时域截断产生机制。通过把并行滤波的码元分段处理,找出了分段大小和误比特率之间的关系,得到了由并行宽度和输出宽度表示的误比特率的计算公式,使... 详细信息

为了分析并行结构的中频采样的数字解调器中时域截断对解调结果的影响,解释了并行滤波的时域截断产生机制。通过把并行滤波的码元分段处理,找出了分段大小和误比特率之间的关系,得到了由并行宽度和输出宽度表示的误比特率的计算公式,使得可以定量地表达时域截断对解调结果的影响,并用计算机仿真予以验证。应用该公式分析并行宽度为4个码元,输出宽度为2个码元的解调器,并行滤波的时域截断导致的解调损失约为0.6 dB。

关键词：数字解调四相移相键控并行滤波时域截断

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弛豫振荡对3×3耦合器数字解调的影响

中国激光 2017年第10期44卷 221-228页

作者：毛欣黄俊斌顾宏灿海军工程大学兵器工程系湖北武汉430000

激光器的弛豫振荡带来的强度噪声对分布反馈式光纤激光水听器的系统噪声有较大影响。分析了该强度噪声在NPS算法数字实现中的传递过程,发现求导运算的非理想特性是解调结果中引入强度噪声的原因。提出了一种改进的NPS算法,使强度噪声在... 详细信息

激光器的弛豫振荡带来的强度噪声对分布反馈式光纤激光水听器的系统噪声有较大影响。分析了该强度噪声在NPS算法数字实现中的传递过程,发现求导运算的非理想特性是解调结果中引入强度噪声的原因。提出了一种改进的NPS算法,使强度噪声在进入求导运算前被抵消,消除了强度噪声传递到解调结果中的途径。实验结果表明,当弛豫振荡峰处相对强度噪声为-84dB·Hz-1时对解调相位噪声的抑制在1kHz处达到了30dB。将改进后算法与不需要求导运算的反正切法进行了对比,进一步验证了其可抑制求导所引入的强度噪声。

关键词：传感器光学传感弛豫振荡 3×3耦合器数字解调分布反馈式光纤激光水听器

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一种FSK数字解调器的结构与芯片设计

固体电子学研究与进展 2008年第4期28卷 559-563,568页

作者：梁科李国峰李振马世亮路昕贾继华耿新华南开大学信息技术科学学院天津300071 天津中晶微电子有限公司天津300190

设计了一种基于高性能频移键控(FSK)数字解调器的无线鼠标接收方芯片,该芯片整合了无线解调电路和接口控制电路,能够自动识别PS/2和USB接口。解调器采用一种新颖的全数字方案,包括抽取滤波器、数字锁相环(DPLL)、位时钟恢复和自动频率控... 详细信息

设计了一种基于高性能频移键控(FSK)数字解调器的无线鼠标接收方芯片,该芯片整合了无线解调电路和接口控制电路,能够自动识别PS/2和USB接口。解调器采用一种新颖的全数字方案,包括抽取滤波器、数字锁相环(DPLL)、位时钟恢复和自动频率控制(AFC)等部分,可用于频移键控信号的解调。芯片采用SMIC0.35μmCMOS工艺流片,测试结果表明,解调器性能在Eb/No=8dB时,误码率为10-3,接收机灵敏度为-102dBm,同步范围≤±4.9%Rb(Rb为系统数据速率),AFC范围≤±32%Rb,这些特性完全符合无线鼠标接收机的要求。

关键词：频移键控数字解调数字锁相环位时钟恢复自动频率控制

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可编程数字解调分析模块的设计应用

系统工程与电子技术 2006年第6期28卷 807-808,928页

作者：史英春钟子发叶春逢解放军电子工程学院702研究室安徽合肥230037

利用数字下变频器HSP50214B同TMS320C5409 DSP的配合,设计了一种可编程的数字解调分析模块,通过软件编程实现对不同调制样式信号的解调和分析,最后给出了该模块在数字监测接收系统中的应用。实验证明该模块在无线电接收系统中有着很强... 详细信息

利用数字下变频器HSP50214B同TMS320C5409 DSP的配合,设计了一种可编程的数字解调分析模块,通过软件编程实现对不同调制样式信号的解调和分析,最后给出了该模块在数字监测接收系统中的应用。实验证明该模块在无线电接收系统中有着很强的实用性。

关键词：数字解调窄带分析数字下变频

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石英微机械陀螺信号的数字解调

压电与声光 2009年第2期31卷 164-165页

作者：苏永川朱振忠赵治国张锐王清亮李世国四川压电与声光技术研究所重庆400060

分析了石英微机械陀螺的信号模型。为实现灵活的参数调整、改善陀螺的性能和进行误差补偿,提出并实现了一种用于石英微机械陀螺的数字解调系统。该系统通过对陀螺输出信号和驱动信号进行数字化,并采用定点数字信号处理器(DSP)进行解调运... 详细信息

分析了石英微机械陀螺的信号模型。为实现灵活的参数调整、改善陀螺的性能和进行误差补偿,提出并实现了一种用于石英微机械陀螺的数字解调系统。该系统通过对陀螺输出信号和驱动信号进行数字化,并采用定点数字信号处理器(DSP)进行解调运算,实现了对石英微机械陀螺角速度信号的检测。

关键词：微机械陀螺信号模型数字解调

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离散WV分布在FSK信号数字解调中的应用

西安电子科技大学学报 2003年第2期30卷 201-204,250页

作者：冯小平赵焕军张林西安电子科技大学电子对抗研究所陕西西安710071

提出了一种新的FSK信号数字化解调的方法,该方法基于信号的WVD分布,在时频二维平面上对FSK信号进行分析,利用统计方法估计信号的频率和码元宽度.文中还给出了对一个8FSK信号进行数字化解调的仿真结果,并讨论了各种窗函数对解调性能的影... 详细信息

提出了一种新的FSK信号数字化解调的方法,该方法基于信号的WVD分布,在时频二维平面上对FSK信号进行分析,利用统计方法估计信号的频率和码元宽度.文中还给出了对一个8FSK信号进行数字化解调的仿真结果,并讨论了各种窗函数对解调性能的影响,给出了不同信噪比下的仿真结果及其与STFT方法的解调性能的比较.

关键词：离散WV分布 FSK信号 Wigner-ville分布数字解调信噪比通信

一种基于数字解调模式的无线超声多普勒胎儿监护仪系统的设计及实现

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电子测量技术 2021年第1期44卷 42-49页

作者：詹凯戴明黄微维梁瑶中聚科技股份有限公司长沙410000 深圳市人民医院(暨南大学第二临床医学院)超声科深圳518020

传统超声多普勒胎儿监护仪均采用模拟解调进行胎儿心率的分析,由于该模式下的解调信号为单路信号,无法进行矢量分析,因此在实际应用过程中,存在着对二尖瓣的正负向运动的重复识别,造成心率翻倍现象。设计并实现了一种基于数字解调模式... 详细信息

传统超声多普勒胎儿监护仪均采用模拟解调进行胎儿心率的分析,由于该模式下的解调信号为单路信号,无法进行矢量分析,因此在实际应用过程中,存在着对二尖瓣的正负向运动的重复识别,造成心率翻倍现象。设计并实现了一种基于数字解调模式的无线超声多普勒胎儿监护系统,其采用时域加窗方式对超声回波信号进行数字解调处理,并根据计算所得到的矢量速度曲线进行心率分析,该系统能够有效避免心率翻倍现象。同时,该系统采用主机与探头之间的数据无线传输方案,极大地方便了操作人员使用。根据标准胎心仿体测试结果,所提系统能够有效抑制传统设备所存在的心率翻倍缺陷,实现稳定、可靠和便捷的胎儿监护。

关键词：数字解调无线传输心率翻倍矢量速度曲线信噪比

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利用高速DSP器件实现中频数字解调

电讯技术 1999年第5期39卷 89-91页

作者：梁志霄信息产业部电子第十研究所成都610036

本文主要介绍利用专用ＤＳＰ芯片，用数字下变频的方法实现中频正交解调。实验结果表明，其正交性能完全可以满足高性能雷达信号处理技术的要求。

关键词：雷达信号处理中频采样数字解调