DSP語音壓縮、存儲和回放

1、精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)專心專注專業(yè)精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)DSP課程設計實 驗 報 告語音壓縮、存儲、回放院（系）： 電子信息工程學院設計人員：電子0703 王永剛 學號：電子0703 向書武（外班） 學號：成績：工程設計50報告20答辯30總分評語：指導教師簽字： 日期：2010/1/20目 錄一、實驗背景與內容3二、設計內容3三、設計方案、算法原理說明4四、程序設計、調試與結果分析5 五、設計（安裝）與調試的體會16 六、參考文獻16一、實驗背景與內容目前語音信號壓縮技術發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了很多高效率的語音壓縮編碼方法。以語音信號壓縮的國際

2、標準G.729為例，它可將經(jīng)過采樣的64kb/s語音信號高保真地壓縮到8kb/s，但其模型編碼算法的運算量很大。同時又要求對語音信號進行實時采樣實時壓縮處理，這樣對數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)提出了更高的要求。本實驗是使用通用數(shù)字信號處理器(DSP)強大的數(shù)據(jù)處理能力，由于DSP采用內部多總線結構，使數(shù)據(jù)的存儲和指令的執(zhí)行更加快捷。最重要的一點是，DSP具有快速的指令周期，如TMS320系列己經(jīng)從第一代的200ns降低到5ns(1600MIPS)以下，如此高的運算速度使其可以滿足許多實時處理的需要。語音信號的幅度（發(fā)音強度）并非均勻分布，由于小信號占的比例比大信號大很多，因此可以進行非均勻量化。達到這一

3、目標的基本做法是，對大信號使用大的量化間隔，而小信號則使用小的臺階。ITU-T G.711建議的PCM A律和律語音壓縮標準可以分別將13比特和14比特壓縮為8比特，達到語音壓縮的目的。pcm是原始數(shù)據(jù)原封不動地量化編碼（這種量化的位寬大），A律pcm是經(jīng)過壓擴后的非均勻量化（小信號細量化大信號粗量化），U律pcm是經(jīng)過壓擴后的均勻量化（A/U律量化的位寬?。?。 所以本實驗采用A律的效果應該比較理想。但是也采用了U律進行了對比。二、設計內容實驗目的、應用DSP算法實現(xiàn)對語音信號的壓縮、存儲和回放。、熟悉使用C語言編寫較復雜的程序； 、熟悉C語言對外設（DSK板或示波器）的訪問（軟件編程、硬件連

4、接）； 、熟練使用軟件CCS5000對程序的完整調試過程。實驗設計要求使用DSP實現(xiàn)語音壓縮和解壓縮的基本算法，算法類型自定，例如可以采用G.711、G.729等語音壓縮算法。采用A/D轉換器從MIC輸入口實時采集語音信號，進行壓縮后存儲到DSP的片內和片外RAM存儲器中，存儲時間不小于10秒。存儲器存滿之后，使用DSP進行實時解壓縮，并從SPEAKER輸出口進行回放輸出。使用指示燈對語音存儲和回放過程進行指示。三、設計方案、算法原理說明語音信號的編碼方式一般為PCM( PulCode Modulation)編碼。由于需要采集、存儲、傳輸和處理的音頻數(shù)據(jù)量極大，只有進行壓縮后才能正常進行傳輸和

5、存儲。目前，用于語音壓縮編碼的算法有ADPCM,CE LP,RP E-LTP,等。其中最常用的是u/A律壓縮解壓。u/A 律 壓 縮解壓編碼是國際電報電話協(xié)會(CCIT)最早推出的G711語音壓縮解壓編碼的一種格式的主要內容。其中歐洲和中國等國家采用A律壓縮解壓編碼，美國和日本采用u律壓縮解壓編碼。兩個算法使用了非線性，把量化間隔變換成人耳能檢測的線性空間。A律限制采樣值為12+1比特，將壓縮后的格式碼定義為PSSSQQQQ ,相當于將正負值輸入分成8 個區(qū)段(07) 。其中P 為符號位,0代表正，1 代表負；SSS 表示3 位高位的區(qū)段碼；QQQQ表示區(qū)段內小格碼，區(qū)分不同輸入的范圍值。這種

6、編碼方式使壓縮、解壓縮變得簡潔而有效率。表1 為輸入值與壓縮編碼間的關系，其中X 為壓縮中舍棄的位，輸入值越大，被舍棄的位數(shù)就越多，每個輸入值有其對應的最高有效位。A 律對數(shù)PCM,就是壓縮器的壓縮特性具有如下關系的壓縮率:式中: F(x）為歸一化的壓縮器輸出電壓；x 為歸一化的壓縮器輸入電壓；A 為壓擴參數(shù),表示壓縮的程度（在歐洲，A=87.6）。A律13折線由表1 可見,輸入值與壓縮后的編碼值之間的關系如下:a) 輸入值的12 位即為符號位P ;b) 將輸入值右移6 位后,求得此時最高有效位的值加1 ,即為其對應壓縮碼的區(qū)段碼SSS;c) 最高有效位后緊鄰的4 位即為其對應壓縮碼的小格碼Q

7、QQQ。四、程序設計、調試與結果分析流程圖開始初始化Board板成功？調用_led_display(2)使燈都閃兩次初始化Codec片選FLASH為外部存儲器等待接受Instance處的采樣LED燈0亮開始錄音采樣送voice_sample壓縮存儲voice_sampleLED燈1熄滅放音結束讀取，解壓縮并送voice_sample1LED燈1亮開始放音LED燈0熄滅錄音結束是否TMS320VC5402 mcbsp的串口的初始化首先將DSP的串口1復位，再對串口1的16個寄存器進行編程，使串口1工作在以下狀態(tài)：禁止SPI模式，但數(shù)據(jù)相，每幀一字，每字16位，幀同步脈沖低電平有效，并且?guī)叫盘?/p>

8、和移位信號有外部時鐘產生。 hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); 此語句調用了函數(shù)codec_open()對串口1進行了初步設置，設置成功返回codec的句柄放在變量 hHandset中，作為調用其他函數(shù)的實參。AD50的初始化：該初始化過程調用了5個函數(shù)對AD50的5項參數(shù)進行了設置，包括adc和dac的工作模式，模擬輸入和輸出的增益；以及AD,DA的轉換速率。codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); /* DAC in 15-bit mode */codec_adc_mode(hHandset, CODEC_

9、ADC_15BIT); /* ADC in 15-bit mode */codec_ain_gain(hHandset, CODEC_AIN_6dB); /* 6dB gain on analog input to ADC */codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); /* -6dB gain on analog output from DAC */codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /* 16KHz sampling rate */從McBSP的接收通道讀取A/D轉換的值，然后經(jīng)過壓縮解壓后將其發(fā)

10、送到McBSP的發(fā)送通道，講解壓后的數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫入D/A轉換器。程序如下：while (1) /* Wait for sample from handset */ while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC) ;/* Read sample from and write back to handset codec */ data=*(volatile int*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); pre=int2alaw(data); /*or pre=int2ulaw(data);*/ data=alaw2int(pre); /*or data=ulaw

11、2int(pre);*/ *(volatile int*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=data;實驗程序C程序/*/* 頭文件 */*/#include #include #include #include /*/* 變量宏定義 */*/#define SIGN_BIT (0 x80) /* Sign bit for a A-law byte. */#define QUANT_MASK (0 xf) /* Quantization field mask. */#define NSEGS (8) /* Number of A-law segments. */#define

12、SEG_SHIFT (4) /* Left shift for segment number. */#define SEG_MASK (0 x70) /* Segment field mask. */*/* 函數(shù)聲明 */*/void delay(s16 period);void led(s16 cnt);void initcodec(void);void flashenable(void);unsigned char data2alaw(s16 pcm_val);int alaw2data(unsigned char a_val);static int search(int val,shor

13、t *table,int size);/*/* 全局變量 */*/HANDLE hHandset;s16 data;s16 data1;u16 i=0;u16 temp1;u16 j=0;u16 k,l=0;u8 temp2;u16 buffer22000;static short seg_end8=0 x1F,0 x3F,0 x7F,0 xFF,0 x1FF,0 x3FF,0 x7FF,0 xFFF;/*/* 主函數(shù) */*/void main() if (brd_init(100) return; led(2); /閃燈兩次 initcodec(); /初始化codec flashenab

14、le(); /選擇片外FLASH為片外存儲器 while (1) while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC) ; /等待接收handset處的采樣 if (i=0) brd_led_toggle(BRD_LED0); /點亮二極管0，表示錄音開始 data = *(volatile u16*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); /從handset處讀取采樣 temp1=data2alaw(data); /對采樣進行a律壓縮 /*/* 把低地址數(shù)據(jù)放在高八位高地址數(shù)據(jù)放在低八位 */ /*/ i=i+1; if(i%2=1) bufferj=(temp1=

15、44000) i=0;if(j=22000)j=0;brd_led_toggle(BRD_LED0); /熄滅數(shù)碼管0 表示錄音結束brd_led_toggle(BRD_LED1); /點亮二極管1 表示放音開始 /*/* 放音部分 */*/ for(k=0;k8)&0 x0ff;elsetemp2=bufferl&0 x0ff;l+;if(l=22000)l=0;data1=alaw2data(temp2); while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ; *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data1; /*/* 放

16、音結束 */*/if(k=44000) brd_led_toggle(BRD_LED1); /熄滅二極管1 表示放音結束 /主程序結束/*/ /* 子函數(shù) */ /*/*延時*/void delay(s16 period) int i, j; for(i=0; iperiod; i+) for(j=0; j1; j+); /*閃燈*/void led(s16 cnt)while ( cnt- )brd_led_toggle(BRD_LED0);delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED1);delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);de

17、lay(1000);/*初始化codec*/void initcodec(void) /* Open Handset Codec */ hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); / Acquire handle to codec /* Set codec parameters */ codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); / DAC in 15-bit mode codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT); / ADC in 15-bit mode codec_ain_gai

18、n(hHandset, CODEC_AIN_6dB); / 6dB gain on analog input to ADC codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); / -6dB gain on analog output from DAC codec_sample_rate(hHandset,SR_8000); / 8KHz sampling rate /*設置flash*/void flashenable(void)CPLD_CTRL2_REG|=0 x0010;CPLD_DMCTRL_REG|=0 x0040;/*a律壓縮*/uns

19、igned char data2alaw(s16 pcm_val) Int mask;Int seg;unsigned char aval;if (pcm_val = 0) mask = 0 xD5; / 標記 (7th) bit = 1 else mask = 0 x55; / 標記 bit = 0 pcm_val = -pcm_val;/ Convert the scaled magnitude to segment number. seg = search(pcm_val, seg_end, 8); / Combine the sign, segment, and quantizatio

20、n bits. if (seg = 8) / out of range, 返回最大數(shù). return (0 x7F mask);else aval = seg SEG_SHIFT;if (seg 1) & QUANT_MASK;elseaval |= (pcm_val seg) & QUANT_MASK;return (aval mask);/*alaw的子程序*/static int search(int val,short *table,int size)Int i;for (i = 0; i size; i+) if (val = *table+)return (i);return (s

21、ize);/*a律解壓*/int alaw2data(unsigned char a_val)Int t;Int seg;a_val = 0 x55; t = (a_val & QUANT_MASK) SEG_SHIFT;if(seg=0) t += 8;t=(t3);if(seg0) t +=0 x108;t=(t(4-seg);if(seg3)t+=0 x108;t=(t PRAM PAGE 0 .text PRAM PAGE 0 .vectors VECS PAGE 0 init_var PRAM PAGE 0 detect PRAM PAGE 0 vrcprg PRAM PAGE 0

22、matprg PRAM PAGE 0 .stack STACK PAGE 1 .trap SCRATCH PAGE 1 .const EXRAM PAGE 1 .data EXRAM PAGE 1 .bss EXRAM PAGE 1 .cio EXRAM PAGE 1 .switch EXRAM PAGE 1 tables EXRAM PAGE 1 var EXRAM PAGE 1 svctab EXRAM PAGE 1 /* SS_V LSP table */ vctab EXRAM PAGE 1 /* V LSP table */ uvctab EXRAM PAGE 1 /* UV LSP

23、 table */ cuvtab EXRAM PAGE 1 /* Stochastic codebook */ cdbktab EXRAM PAGE 1 /* various codebook tables*/ logtab EXRAM PAGE 1 /* table for log2 */ powtab EXRAM PAGE 1 /* table for pow2 */ hamtab EXRAM PAGE 1 /* table for hamming */ lgwtab EXRAM PAGE 1 /* table for lag window */ acostab EXRAM PAGE 1

24、/* table for arccos */ sqrtab EXRAM PAGE 1 /* table for square root */ acbtab EXRAM PAGE 1 /* table for thresholds in acb */ pm03tab EXRAM PAGE 1 /* table for x(-0.3) computation */ costab EXRAM PAGE 1 /* table for cosine */ V23 INRAM PAGE 1 FSK INRAM PAGE 1 hpibuff0 HPRAM0 PAGE 1 hpibuff1 HPRAM1 PAGE 1 hpib