语音信号处理

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1、基于DSP的通用语音信号处理系统的设计语音是人类相互之间进行交流时使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。在高度信息化的今天，语音信号处理是信息高速公路、多媒体技术、办公自动化、现代通信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一。通常这些信号处理的过程要满足实时且快速高效的要求，随着DSP技术的发展，以DSP为内核的设备越来越多，为语音信号的处理提供了良好的平台。本文设计了一个基于TMS320VC5509定点的语音信号处理系统，实现对语音信号的采集、处理与回放等功能，为今后复杂的语音信号处理算法的研究和实时实现提供一个通用平台。1系统硬件设计语音处理系统主要由主控单元

2、、语音采集、输入/输出单元等组成。系统选用TI公司的TMS320VC5509DSP（以下简称为5509DSP）作为主处理器，负责完成整个系统的控制；选择TLV320AIC23B（以下简称为AIC23）作为CODEC芯片，来实现语音的采集和语音输出。系统的硬件结构如图1所示。图11.1芯片介绍5509DSP[1]是TI公司推出的一款低功耗高性能的16位定点数字信号处理器，它的最高工作频率能达到144MHZ，它具有强大的并行特性以及方便用户编程的指令流水线的自动保护机制，保证了指令的高效率执行。5509DSP采用统一编址的方式来划分存储空间，使其便于大量数据的处理与程序的优

3、化。它提供了DMA控制器、IIC总线控制器、定时、MCBSP串口等丰富的外围设备，同时片内还集成了128×16的SRAM，，并具有EMIF接口，可以与SDRAM无缝连接，为实现复杂的语音算法提供了可能。AIC23[2]是TI生产的一款高性能、低功耗的立体音频CODEC芯片，提供48KHZ带宽，最大采样率为96KHZ，内置耳机输出放大器，支持MIC输入和立体声输入两种输入方式以及立体声输出，且对输入和输出都具有可编程增益调节。片内集成了A/D和D/A转换器，采用先进的Σ-△过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样。

4、ADC和DAC的输出信噪比分别可达到90dB和100dB。1.2TMS320VC5509与TLV320AIC23B的接口由上图1可知，5509DSP与AIC23之间有两种接口：控制接口和数字音频接口。前者用于设置CODEC芯片的工作参数；后者用于传输音频数据，即输入/输出CODEC的A/D、D/A数据。AIC23的控制接口有两种工作方式：SPI（3线制）和IIC（2线制），由引脚MODE来决定。当MODE为低电平时，CODEC选择IIC工作方式，相反选择IIS工作方式。由于5509DSP内部集成了IIC总线，因此，使用IIC方式来控制CODEC比较方便。5509DSP作

5、为IIC总线的主设备，AIC23作为从设备。5509DSP通过设置其内部的控制寄存器对AIC23进行各种控制操作，例如设置采样率、左右输入声道的音量等。AIC23的数字音频接口用于传输A/D和D/A数据，可配置成DSP模式，可以方便地与DSP的串口MCBSP相连接进行通信。其引脚连接图如图2所示。图2BCLK为数据位时钟信号。LRCIN和LRCOUT分别是DAC数据和ADC数据帧同步信号。DIN和DOUT分别是串行数据输入和输出信号。其工作时序如图3所示[3]。图3当LRCIN/LRCOUT信号的下降沿到来时，开始进行数据传输。最开始一个数据字为左声道的音频数据，随后，

6、再传输右声道的数据字。其数据字长可通过寄存器设置。2系统软件设计2.1程序流程语音处理系统的主要任务是：采集从MIC输入的语音信号，经AIC23进行A/D转换后，通过MCBSP通道传送到5509DSP片内，DSP对这些语音数据进行滤波等一系列算法处理后，再将结果输入给AIC23，进行D/A转换，最后由耳机输出。程序设计流程如图4所示。图4：流程图由流程图可知，要实现预定的功能，程序必须包含以下几部分：1）DSP初始化。对DSP的寄存器以及缓冲串口MCBSP[4,5,6]进行初始化。2）AIC23初始化。通过正确设置AIC23的各个控制寄存器对其进行初始化，这样AIC23

7、才能开始采集数据。3）设置DSP的中断，并开辟数据缓冲区。我们采用了DMA方式来实现AIC23与5509DSP的MCBSP之间的数据交换，MCBSP口每接收到一次数据（采集），便会向DMA发送一个触发事件，DMA将数据搬移到指定的数据缓冲区存储起来，当接收到一定数量的数据后，DMA向CPU发出中断请求，等待进一步的处理，如滤波、D/A转换等。其实，数据的输出操作与此恰好相反。4）语音数据处理。语音去噪在语音信号处理上应用较多，使用滤波器和各种算法均可实现语音信号的去噪，使得语音信号更加清晰。该系统采用FIR滤波，其滤波参数可辅助MATAL