基于dsp的實(shí)時(shí)語音處理設(shè)計(jì)

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1、摘要：基于TMS320VC5402的音頻信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的總體方案和硬軟件設(shè)計(jì)。討論了模/數(shù)(A/D)和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方法以及如何利用TMS320VC5402的多通道緩沖同步串口(McBSP)和PCM1800及PCM1744芯片接口來實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的采集和輸出。通過改變輸入輸出壓縮比例自動(dòng)控制增益的幅度，擴(kuò)大了接收機(jī)的接受范圍，它能夠在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化，不至于因?yàn)檩斎胄盘?hào)太小而無法正常工作，也不至于因?yàn)檩斎胍驗(yàn)檩斎胄盘?hào)太大而使接收機(jī)發(fā)生飽和或阻塞。實(shí)驗(yàn)證明：所設(shè)計(jì)的基于DSP的硬件和軟件系統(tǒng)是一個(gè)很好的音頻信

2、號(hào)采集與處理系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：DSP,TMS320VC5402,多通道緩沖同步串口,音頻信號(hào),采集與處理緒言近年來，隨著DSP技術(shù)的普及和低價(jià)格、高性能DSP芯片的出現(xiàn)，DSP已越來越多地被廣大的工程師所接受，并越來越廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：語音處理、圖像處理、模式識(shí)別及工業(yè)控制等，并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。DSP是利用專門或通用的數(shù)字信號(hào)處理芯片，以數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿足了對(duì)信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用需求和超大規(guī)模集成電路技術(shù)水平的飛速發(fā)展，推動(dòng)著DSP性能不斷提高。

3、DSP是一種專用的數(shù)字信號(hào)處理器。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)上取得的突破進(jìn)展，高度集成化的DSP數(shù)字信號(hào)處理器具有體積小、功耗低和運(yùn)算速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此非常適用于語音信號(hào)的壓縮處理?；贒SP的實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)，它具有可選擇的信號(hào)采樣速率和高性能的數(shù)字信號(hào)處理能力，不僅可以用來對(duì)立體音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編解碼處理，還可以用來作為高速的實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理板使用。它包括多路語音實(shí)時(shí)采集，壓縮處理，存儲(chǔ)功能等基本功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求中的要點(diǎn)，所要設(shè)計(jì)的基于DSP的實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)功能是，它能同時(shí)輸入至少兩路音頻信號(hào)，而且能夠?qū)陕份斎胄盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并將模擬信號(hào)數(shù)字化，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，并

4、能夠根據(jù)要求存儲(chǔ)不少于10小時(shí)的錄音，最后輸出音頻信號(hào)。那么在設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中，為滿足要求要有信號(hào)采集，模/數(shù)及數(shù)/模轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)處理部分，包括數(shù)據(jù)壓縮等，電源電路，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路。信號(hào)特征分析音頻信號(hào)經(jīng)過高精度高速的ADC轉(zhuǎn)換后得到一串?dāng)?shù)字信號(hào)，分幀輸入到波形輸入緩沖區(qū)RAM。然后由手動(dòng)控制一種或幾種處理算法將音頻信號(hào)調(diào)入TMS320C5402的內(nèi)部進(jìn)行高速運(yùn)算。經(jīng)過處理的音頻信號(hào)，再輸入到高精度高速的DAC轉(zhuǎn)換器中，還原成模擬的聲音信號(hào)，經(jīng)音箱功率放大電路放大輸出。一、本設(shè)計(jì)的任務(wù)1.輸入信號(hào)為2路語音信號(hào)，要求系統(tǒng)能對(duì)2路輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、數(shù)字化處理、壓縮、存儲(chǔ)（錄音），要保

5、證一定的錄音質(zhì)量，錄音時(shí)間不少于10小時(shí)。2.根據(jù)已知參數(shù)對(duì)輸入信號(hào)特征進(jìn)行分析、需求分析，選擇確定DSP芯片型號(hào)、語音采集芯片型號(hào)，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。二、本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:高精度高速音頻信號(hào)ADC波形輸入緩沖區(qū)RAMTMS320VC5402波形輸出緩沖區(qū)RAM高精度高速音頻信號(hào)DAC音頻處理程序存儲(chǔ)區(qū)EPROM語音信號(hào)存儲(chǔ)器SDRAM電源復(fù)位電路音頻系統(tǒng)應(yīng)該具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，選擇16~24位的ADC和DAC能完全捕獲或恢復(fù)高保真的音頻信號(hào)。系統(tǒng)的核心芯片(DSP)選用美國TI公司的TMS320VC5402[1](以下簡(jiǎn)稱'C5402)。2、DSP芯片模塊是整個(gè)實(shí)時(shí)語音處

6、理系統(tǒng)的核心部分，它對(duì)經(jīng)數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行壓縮，編解碼等。A/D轉(zhuǎn)換模塊功能是把模擬信號(hào)數(shù)字化，包括采集和量化，這部分為DSP處理語音數(shù)字信號(hào)做好了準(zhǔn)備；D/A轉(zhuǎn)換模塊就是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的信號(hào)，輸出音頻信號(hào)。SDRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器模塊主要是為DSP處理器擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，達(dá)到要求的存儲(chǔ)容量；但要注意的是要與DSP處理器的速度相匹配，以便良好的運(yùn)行。電源模塊是為內(nèi)部芯片及周邊系統(tǒng)電路提供能量的部分。復(fù)位電路模塊3、DSP處理器：作為DSP家族高性價(jià)比代表的16位定點(diǎn)DSP芯片，'C5402適用于語音通信等實(shí)時(shí)嵌入應(yīng)用場(chǎng)合。與其它'C54X芯片一樣，'C5402具有高度靈活的可操作

7、性和高速的處理能力。其性能特點(diǎn)如下：操作速率可達(dá)100MIPS；具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，三條16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條程序存儲(chǔ)器總線；40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，包括一個(gè)40位桶形移位器和兩個(gè)40位累加器；一個(gè)17×17乘法器和一個(gè)40位專用加法器，允許16位帶/不帶符號(hào)的乘法；整合維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度；單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼；8個(gè)輔助寄存器及一個(gè)軟件棧，允許使用業(yè)界最先進(jìn)的定點(diǎn)DSPC語言編譯器；數(shù)