基于TMS320VC5509定點的語音信號采集處理系統(tǒng)設計-語音采集和放送

數(shù)字信號處理課程設計基于DSP5509的語音信號采集系統(tǒng)設計計算機系10級通信1班2013年5月24日2013年6月28日目錄摘要 21緒論 31.1DSP系統(tǒng)特點和設計基本原則 31.2國內外研究動態(tài) 32軟件設計 53實驗結果及分析 123.1實驗結果 123.2實驗分析 144總結與心得體會 15參考文獻 16致謝 17摘要基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用TMS320VC5509作為主處理器，TLV320AIC23B作為音頻芯片，在此基礎上完成系統(tǒng)硬件平臺的搭建和軟件設計，從而實現(xiàn)對語音信號的采集、濾波和回放功能，它可作為語音信號處理的通用平臺。語音是人類相互之間進行交流時使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息載體。在高度信息化的今天，語音信號處理是信息高速公路、多媒體技術、辦公自動化、現(xiàn)代通信及智能系統(tǒng)等新興領域應用的核心技術之一。通常這些信號處理的過程要滿足實時且快速高效的要求，隨著DSP技術的發(fā)展，以DSP為內核的設備越來越多，為語音信號的處理提供了良好的平臺。本文設計了一個基于TMS320VC5509定點的語音信號處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對語音信號的采集、處理與回放等功能，為今后復雜的語音信號處理算法的研究和實時實現(xiàn)提供一個通用平臺。關鍵詞：語音處理；DSP；TMS320VC5509;TLV320AIC23B1緒論語音是人類相互間所進行的通信的最自然和最簡潔方便的形式，語音通信是一種理想的人機通信方式。語音通信的研究涉及到人工智能、數(shù)字信號處理、微型計算機技術、語言聲學、語言學等許多領域，所以說語音的通信是一個多學科的綜合研究領域，其研究成果具有重要的學術價值。另外通過語音來傳遞信息是人類最重要的、最有效、最常用的交換信息的形式。語言是人類特有的功能，聲音是人類常用的工具，是相互傳遞信息的主要手段。同時也是眾構成思想交流和感情溝通的最主要的途徑。1.1DSP系統(tǒng)特點和設計基本原則DSP（digitalsignalprocessor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。1.2國內外研究動態(tài)語音信號處理作為一個重要的研究領域，已經有很長的研究歷史。但是它的快速發(fā)展可以說是從1940年前后Dudley的聲碼器和Potter等人的可見語音開始的；20世紀60年代中期形成的一系列數(shù)字信號處理的理念和技術基礎；到了80年代，由于矢量量化、隱馬爾可夫模型和人工神經網(wǎng)絡等相繼被應用于語音信號處理，并經過不斷改進與完善，使得語音信號處理技術產生了突破性的進展。一方面，對聲學語音學統(tǒng)計模型的研究逐漸深入，魯棒的語音識別、基于語音段的建模方法及隱馬爾可夫模型與人工神經網(wǎng)絡的結合成為研究的熱點。另一方面，為了語音識別實用化的需要，講者自適應、聽覺模型、快速搜索識別算法以及進一步的語言模型的研究等課題倍受關注。在通信越來越發(fā)達的當今世界，尤其最近幾十年，語音壓縮編碼技術在移動通信、IP電話通信、保密通信、衛(wèi)星通信以及語音存儲等很多方面得到了廣泛的應用。因此，語音編碼一直是通信和信號處理的研究熱點，并其取得了驚人的進展，目前在PC機上的語音編碼已經趨于成熟，而如何在嵌入式系統(tǒng)中實時實現(xiàn)語音壓縮編碼則是近些年來語音信號處理領域的研究熱點之一。2軟件設計要正確配置DSP的時鐘發(fā)生器,產生DSP工作的正常時鐘頻率，這一個步驟的關鍵就是數(shù)字瑣相環(huán)PLL的應用。I2C模塊是TMS320VC55xx新增的片內集成外設,通過I2C對TLV320AIC23進行編程控制，可以使DSP與I2C兼容設備通過該接口進行數(shù)據(jù)通信。通過硬件和軟件調試,最終成功采集到語音信號并播放出來,可以在CCS軟件中觀察到采集到的語音信號的波形。改變程序中的延遲參數(shù),可以明顯改變混響效果。aduio.pjt;CodeComposerProjectFile,Version2.0(donotmodifyorremovethisline)

[ProjectSettings]

ProjectDir="C:\VC5509AeS61\Lab0701-Echo\"

ProjectType=Executable

CPUFamily=TMS320C55XX

Tool="Compiler"

Tool="CustomBuilder"

Tool="DspBiosBuilder"

Tool="Linker"

Config="Debug"

Config="Release"

[SourceFiles]

Source="aic23.c"

Source="audio.c"

Source="i2c.c"

Source="sdram_init.c"

Source="util.c"

Source="audio.cmd"

["Compiler"Settings:"Debug"]

Options=-g-q-fr"C:\VC5509AeS61\Lab0701-Echo\Debug"-d"_DEBUG"-ml-mn

["Compiler"Settings:"Release"]

Options=-q-o2-fr"C:\VC5509AeS61\Lab0701-Echo\Release"

["DspBiosBuilder"Settings:"Debug"]

Options=-v55

["DspBiosBuilder"Settings:"Release"]

Options=-v55

["Linker"Settings:"Debug"]

Options=-q-c-m".\Debug\audio.map"-o".\Debug\audio.out"-w-x

["Linker"Settings:"Release"]

Options=-q-c-m".\Release\audio.map"-o".\Release\audio.out"-w-x

aic23.c#include"5509.h"

#include"util.h"

#include"extaddr.h"

#include"math.h"

//AIC23ControlRegisteraddresses

#defineAIC23_LT_LINE_CTL0x00//0

#defineAIC23_RT_LINE_CTL0x02//1

#defineAIC23_LT_HP_CTL0x04//2

#defineAIC23_RT_HP_CTL0x06//3

#defineAIC23_ANALOG_AUDIO_CTL0x08//4

#defineAIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL0x0A//5

#defineAIC23_POWER_DOWN_CTL0x0C//6

#defineAIC23_DIGITAL_IF_FORMAT0x0E//7

#defineAIC23_SAMPLE_RATE_CTL0x10//8

#defineAIC23_DIG_IF_ACTIVATE0x12//9

#defineAIC23_RESET_REG0x1E//F-Writing0tothisregtriggersreset

//AIC23ControlRegistersettings

#definelt_ch_vol_ctrl0x0017/*0*/

#definert_ch_vol_ctrl0x0017/*1*/

#definelt_ch_headph_ctrl0x0079/*2*/

#definert_ch_headph_ctrl0x0079/*3*/

#definealog_au_path_ctrl0x0000/*4*/

#definedigi_au_path_ctrl0x0000/*5*/

#definepow_mgt_ctrl_ctrl0x0002/*6*/

#definedigi_au_intf_ctrl0x000D/*7*/

#defineau_FS_TIM_ctrl0x0000/*8MCLK=12MHz,SampleRatesetting*/

#definedigi_intf1_ctrl0x0001/*9*/

#definedigi_intf2_ctrl0x00FF/*10*/

#defineDIGIF_FMT_MS0x40

#defineDIGIF_FMT_LRSWAP0x20

#defineDIGIF_FMT_LRP0x10

#defineDIGIF_FMT_IWL0x0c

#defineDIGIF_FMT_FOR0x03

#defineDIGIF_FMT_IWL_160x00

#defineDIGIF_FMT_IWL_200x04

#defineDIGIF_FMT_IWL_240x08

#defineDIGIF_FMT_IWL_320xc0

#defineDIGIF_FMT_FOR_MSBRIGHT0x00

#defineDIGIF_FMT_FOR_MSLEFT0x01

#defineDIGIF_FMT_FOR_I2S0x02

#defineDIGIF_FMT_FOR_DSP0x03

#definePOWER_DEV0x80

#definePOWER_CLK0x40

#definePOWER_OSC0x20

#definePOWER_OUT0x10

#definePOWER_DAC0x08

#definePOWER_ADC0x04

#definePOWER_MIC0x02

#definePOWER_LINE0x01

#defineSRC_CLKOUT0x80

#defineSRC_CLKIN0x40

#defineSRC_SR0x3c

#defineSRC_BOSR0x02

#defineSRC_MO0x01

#defineSRC_SR_440x20

#defineSRC_SR_320x18

#defineANAPCTL_STA0xc0

#defineANAPCTL_STE0x20

#defineANAPCTL_DAC0x10

#defineANAPCTL_BYP0x08

#defineANAPCTL_INSEL0x04

#defineANAPCTL_MICM0x02

#defineANAPCTL_MICB0x01

#defineDIGPCTL_DACM0x08

#defineDIGPCTL_DEEMP0x06

#defineDIGPCTL_ADCHP0x01

#defineDIGPCTL_DEEMP_DIS0x00

#defineDIGPCTL_DEEMP_320x02

#defineDIGPCTL_DEEMP_440x04

#defineDIGPCRL_DEEMP_480x06

#defineDIGIFACT_ACT0x01

#defineLT_HP_CTL_LZC0x80

#defineRT_HP_CTL_RZC0x80

voidAIC23_Write(unsignedshortregaddr,unsignedshortdata)

{

unsignedcharbuf[2];

buf[0]=regaddr;

buf[1]=data;

I2C_Write(I2C_AIC23,2,buf);

}

voidMcBSP0_InitSlave()

{

PC55XX_MCSPpMCBSP0=(PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;

//PuttheMCBSPinreset

Write(pMCBSP0->spcr1,0);

Write(pMCBSP0->spcr2,0);

//Configframeparameters(32bit,singlephase,nodelay)

Write(pMCBSP0->xcr1,XWDLEN1_32);

Write(pMCBSP0->xcr2,XPHASE_SINGLE|XDATDLY_0);

Write(pMCBSP0->rcr1,RWDLEN1_32);

Write(pMCBSP0->rcr2,RPHASE_SINGLE|RDATDLY_0);

//Disableintframegenerationandenableslavew/extframesignalsonFSX

//Framesyncisactivehigh,dataclockedonrisingedgeofclkx

Write(pMCBSP0->pcr,PCR_CLKXP);

//Bringtransmitterandreceiveroutofreset

SetMask(pMCBSP0->spcr2,SPCR2_XRST);

SetMask(pMCBSP0->spcr1,SPCR1_RRST);

}

voidAIC23_Init()

{

I2C_Init();

//ResettheAIC23andturnonallpower

AIC23_Write(AIC23_RESET_REG,0);

AIC23_Write(AIC23_POWER_DOWN_CTL,0);

AIC23_Write(AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL,ANAPCTL_DAC|ANAPCTL_INSEL);

AIC23_Write(AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL,0);

//Turnonvolumeforlineinputs

AIC23_Write(AIC23_LT_LINE_CTL,0x000);

AIC23_Write(AIC23_RT_LINE_CTL,0x000);

//ConfiguretheAIC23formastermode,44.1KHzstereo,16bitsamples

//Use12MHzUSBclock

AIC23_Write(AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT,DIGIF_FMT_MS|DIGIF_FMT_IWL_16|DIGIF_FMT_FOR_DSP);

AIC23_Write(AIC23_SAMPLE_RATE_CTL,SRC_SR_44|SRC_BOSR|SRC_MO);

//Turnonheadphonevolumeanddigitalinterface

AIC23_Write(AIC23_LT_HP_CTL,0x07f);//0x79forspeakers

AIC23_Write(AIC23_RT_HP_CTL,0x07f);

AIC23_Write(AIC23_DIG_IF_ACTIVATE,DIGIFACT_ACT);

//SetMcBSP0tobetransmitslave

McBSP0_InitSlave();

}

voidAIC23_Disable()

{

PC55XX_MCSPpMCBSP0=(PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;

I2C_Disable();

//PuttheMCBSPinreset

Write(pMCBSP0->spcr1,0);

Write(pMCBSP0->spcr2,0);

}

#defineAUDIOBUFFER0x200000

FARPTRlpAudio;

unsignedintbEcho=0,uDelay=64,uEffect=256;

voidAIC23_Mixer()

{

PC55XX_MCSPpMCBSP0=(PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR;

intnWork,nWork1;

FARPTRlpWork,lpWork1;

longintluWork,luWork1;

floatfWork,fWork1;

lpWork=lpAudio=AUDIOBUFFER;luWork=0;

for(luWork1=0;luWork1<0x48000;luWork1++)

far_poke(lpWork++,0);

lpWork=lpAudio;

while(1)

{

while(!ReadMask(pMCBSP0->spcr2,SPCR2_XRDY));

nWork=Read(pMCBSP0->ddr2); //

nWork=Read(pMCBSP0->ddr1); //

far_poke(lpWork++,nWork); //

if(bEcho) //

{

uEffect%=1024; // uDelay%=1024; //

fWork=uEffect/1024.0;

luWork1=100;

luWork1*=uDelay;

luWork1=luWork-luWork1;

if(luWork1<0) luWork1+=0x48000;

lpWork1=lpAudio;

lpWork1+=luWork1; //

nWork1=far_peek(lpWork1); //

fWork1=nWork1;

fWork1/=512.0;

fWork1*=uEffect;

fWork1+=nWork;

fWork+=1.0;

fWork1/=fWork;

nWork=fWork1; //}

Write(pMCBSP0->dxr2,nWork); //Write(pMCBSP0->dxr1,nWork); //luWork++; //if(luWork>=0x48000)

{

lpWork=lpAudio;luWork=0;

}

}

}

3實驗結果及分析3.1實驗結果按“F5”鍵運行，注意觀察窗口中的bEcho=0，表示數(shù)字回聲功能沒有激活。這時從耳機中能聽到麥克風中的輸入語音放送。將觀察窗口中bEcho的取值改成非0值。這時可從耳機中聽到帶數(shù)字回聲道語音放送。分別調整uDelay和uEffect的取值，使他們保持在0-1023范圍內，同時聽聽耳機中的輸出有何變化。當uDelay和uEffect的數(shù)值增大時，數(shù)字回聲的效果就會越加的明顯。圖3.1修改前程序圖圖3.2修改前程序圖圖3.3頻譜分析圖3.4左聲道及右聲道波形3.2實驗分析所以，從本實驗可知當已知一個數(shù)字音源后，可以利用計算機的處理能力，用數(shù)字的方式通過計算模擬回聲效應。簡單的講，可以在原聲音流中疊加延遲一段時間后的聲流，實現(xiàn)回聲效果。當然通過復雜運算，可以計算各種效應的混響效果。聲音放送可以加入數(shù)字回聲，數(shù)字回聲的強弱和與原聲的延遲均可在程序中設定和調整。4總結與心得體會通過本次課程設計，我明白了細節(jié)決定成敗這句話的道理，在實