基于ＤＳＰ的ＡＥＳ／ＥＢＵ信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

摘要:該文介紹一種基于DSP的AES/EBU信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)使用DSP芯片TM320VC5509A，控制CS8406實(shí)現(xiàn)AES/EBU信號(hào)的產(chǎn)生;同時(shí)，音源信息由TLV320AIC23B采集外圍的模擬音頻信號(hào)而獲得。該文詳細(xì)的給出了該方案的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:DSP;AES/EBU;信號(hào)發(fā)生器

中圖分類號(hào):TP335 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2009)15-4084-03

Design of AES/EBU Signal Generator Based on DSP

ZHNAG Yi， SUN Fu-kang， YANG Yi， ZHNAG Zhong

(Anhui University of Architecture， Hefei 230601， China)

Abstract: This paper describes a design of AES/EBU signal generator based on DSP. The AES/EBU signal generator uses TMS320VC5509 and CS8406 to generate AES/EBU signal. While， system uses TLV320AIC23B to acquisition audio data form peripheral analog audio signal. This paper also details hardware structure and software module of system.

Key words: DSP; AES/EBU; signal generator

AES/EBU，又稱為AES3，是音頻工程協(xié)會(huì)和歐洲廣播聯(lián)盟共同制定的標(biāo)準(zhǔn)，它是傳輸和接收數(shù)字音頻信號(hào)的數(shù)字設(shè)備接口協(xié)議，是專業(yè)數(shù)字音頻系統(tǒng)首要互連方案。當(dāng)前，AES/EBU格式已廣泛應(yīng)用于專業(yè)音頻數(shù)字設(shè)備，如CD機(jī)、MD機(jī)、數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)字音頻工作站等。本文將介紹一種基于DSP的AES/EBU信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案。

1 主要芯片介紹

1.1 TMS320VC5509A

TMS320VC5509A是美國(guó)TI(Texas Instrument)公司生產(chǎn)的DSP(Digital Signal Processor)芯片，該芯片是一款高性能、低功耗的浮點(diǎn)型DSP芯片。TMS320VC5509A的外圍接口包括EMIF接口、USB接口、I2C接口和3個(gè)McBSP接口;同時(shí)，內(nèi)部擁有256K字節(jié)的RAM、64K字節(jié)的ROM、RTC、看門狗模塊、6通道DMA和10位ADC;I/O供電電壓為3.3V，內(nèi)核供電電壓為1.6V[1]。

1.2 TLV320AIC23B

TLV320AIC23B是美國(guó)TI(Texas Instrument)公司生產(chǎn)的一款立體聲編碼器。TLV320AIC23B內(nèi)部的ADC和DAC單元采用了Σ-Δ技術(shù)，并支持8kHz-96kHz的采樣頻率，數(shù)據(jù)格式兼容16位、20位、24位和32位。TLV320AIC23B適用于各種數(shù)字音頻播放器和錄音設(shè)備，如MP3播放器等[2]。

音頻處理方面，TI主要采用自家開發(fā)的TLV320AIC23B編碼器，它一款高性能低功耗的立體聲音頻Codec芯片，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式，輸入/輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。AIC23內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)電路，輸出信噪比可分別達(dá)到90dB和100dB，可在8-96KHz的頻率范圍內(nèi)提供16/20/24/32位的采樣[2]。

1.3 CS8406

CS8406是一種數(shù)字音頻發(fā)射器。CS8406可接收和編碼音頻和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，再經(jīng)過多路復(fù)用和編碼后，將其傳送至電纜/光纖接口處。它靈活的三線串行數(shù)字輸入端口、片內(nèi)通道狀態(tài)和用戶字節(jié)緩沖存儲(chǔ)器，無需外置存儲(chǔ)，即可提供整個(gè)數(shù)據(jù)塊的更新。CS8406完全符合EIAJ、 IEC、 S/PDIF和AES標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用在DVD播放機(jī)、數(shù)字音頻/視頻接收機(jī)和車載音響系統(tǒng)[3]。

2 AES/EBU信號(hào)

AES/EBU信號(hào)由多個(gè)數(shù)據(jù)塊組成，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括192個(gè)幀，1幀包括2個(gè)子幀，2個(gè)子幀分別為立體聲系統(tǒng)中的左、右聲道數(shù)據(jù)。AES/EBU幀格式如圖1所示。Z表示塊的開始，也是塊中第一幀(幀序號(hào)為0)通道A的標(biāo)志;X表示塊中除第一幀外其他各幀中通道A的標(biāo)志;Y表示塊的各幀中通道B的標(biāo)志。

AES/EBU子幀包括4bit的前同步字、4bit輔助數(shù)據(jù)、20bit音頻數(shù)據(jù)樣本、1bit音頻樣本有效位、1bit用戶數(shù)據(jù)位、1bit通道狀態(tài)位和1bit奇偶校驗(yàn)位，子幀共32bit。AES/EBU子幀格式如圖2所示。

3 AES/EBU信號(hào)發(fā)生器硬件組成

AES/EBU信號(hào)發(fā)生器由DSP處理器、模擬音源采集模塊、AES/EBU編碼模塊、LCD液晶顯示器、鍵盤電路和程序存儲(chǔ)器組成，如圖3所示。其中，系統(tǒng)使用TMS320VC5509A作為處理器控制TLV320AIC23B和CS8406來實(shí)現(xiàn)模擬音源的數(shù)據(jù)采集和AES/EBU信號(hào)的輸出;液晶顯示器和鍵盤電路組成該信號(hào)發(fā)生器的人機(jī)互交平臺(tái)，可以提供人工設(shè)置AES/EBU信號(hào)屬性和參數(shù)的功能;TMS320VC5509A片內(nèi)無程序存儲(chǔ)空間，所運(yùn)行的程序要在DSP復(fù)位期間通過Bootload方式從片外的E2PROM中讀入，同時(shí)，E2PROM選用AT25128。LCD液晶顯示器和鍵盤電路是系統(tǒng)的人機(jī)互交接口，用于人工設(shè)置AES/EBU信號(hào)的輸出模式和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，以及對(duì)模擬音頻輸入信號(hào)進(jìn)行立體聲和單聲道模式的選擇。

3.1 模擬音源采集

系統(tǒng)中，模擬音頻信號(hào)的采集使用TLV320AIC23B;TLV320AIC23B與DSP之間的接口圖如圖4所示。TLV320AIC23B既可以處理單聲道音頻信號(hào)，也可以處理立體聲音頻的左、右聲道信號(hào);該芯片通過片內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信息。DSP的McBSP0用于接收TLV320AIC23B處理后的音頻數(shù)據(jù)，McBSP1用于控制TLV320AIC23B的工作模式。

3.2 AES/EBU信號(hào)編碼

系統(tǒng)中，AES/EBU信號(hào)的編碼采用DSP控制CS8406的模式來實(shí)現(xiàn)。CS8406有兩種工作方式，一種是軟件模式(Software Mode)，另一種是硬件模式(Hardware Mode);其中硬件模式又有兩種子模式，模式A和模式B。在軟件模式中，DSP通過對(duì)CS8406片內(nèi)特殊功能寄存器的設(shè)置來控制AES/EBU數(shù)據(jù)流的輸入模式;在硬件模式中，DSP僅需對(duì)CS8406的外圍端口電平進(jìn)行設(shè)置即可，無需對(duì)CS8406的片內(nèi)寄存器進(jìn)行設(shè)置;硬件模式與軟件模式相比較，由于在硬件模式中，系統(tǒng)對(duì)CS8406片內(nèi)寄存器無操作，因而系統(tǒng)功能的自適應(yīng)性自然是受限的。硬件模式中的A模式與B模式的區(qū)別在于輸出的AES/EBU數(shù)據(jù)流中的音頻樣本有效位、用戶數(shù)據(jù)位、通道狀態(tài)位和奇偶校驗(yàn)位等信息的設(shè)置方式不同。

本系統(tǒng)選擇CS8406的硬件模式A模式，即CS8406外圍的H/S和CEN端口分別設(shè)置為高電平和低電平;CS8406與DSP之間的接口如圖5所示。 TMS320VC5509A的McBSP2端口負(fù)責(zé)向CS8406輸送音頻數(shù)據(jù)流，GPIO1則對(duì)CS8406的RST端口進(jìn)行控制;其中，McBSP2輸送音頻數(shù)據(jù)流Left justified格式如圖6所示，ILRCK和ISCLK時(shí)鐘信號(hào)由CS8406提供。CS8406的其他特殊功能端口設(shè)置如表1。

另外，由于AES/EBU信號(hào)的外部傳輸需采用平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器，其電平范圍為2V到7V。因而，AES/EBU信號(hào)在輸出后要進(jìn)行平衡-不平衡轉(zhuǎn)換，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換模塊可以選用MT6122。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 CCS2集成開發(fā)環(huán)境

CCS2(Code Composer Studio 2)是美國(guó)TI公司專為其DSP系列芯片設(shè)計(jì)專門提供的專業(yè)開發(fā)軟件平臺(tái)。CCS2包括了編輯、編譯、匯編、連接、軟件模擬和調(diào)試等功能，同時(shí)還提供了配置、構(gòu)造、跟蹤和分析程序的工具，并在基本代碼生成工具的基礎(chǔ)上增加了調(diào)試和分析的功能[7]。在CCS2開發(fā)平臺(tái)中，DSP軟件的開發(fā)流程包括:制定設(shè)計(jì)方案、編寫程序、語法檢查調(diào)試和實(shí)時(shí)調(diào)試等步驟。

4.2 軟件流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)初始化、模擬音頻信號(hào)采集和AES/EBU信號(hào)編碼等部分。系統(tǒng)的軟件流程如圖7所示。系統(tǒng)的初始化主要負(fù)責(zé)對(duì)TLV320AIC23B和CS8406硬件功能進(jìn)行初始化設(shè)置;同時(shí)，還要對(duì)DSP的 Bootload方式和片內(nèi)資源進(jìn)行設(shè)置、分配。模擬音頻信號(hào)采集由DSP控制TLV320AIC23B來實(shí)現(xiàn);讀取的音頻數(shù)據(jù)流通過DSP發(fā)送至CS8406，由CS8406進(jìn)行AES/EBU編碼并輸出。

5 結(jié)束語

該AES/EBU信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便。使用時(shí)只需外接模擬音源(單聲道或立體聲)，便可以直接向各種設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的AES/EBU測(cè)試信號(hào);AES/EBU信號(hào)的數(shù)據(jù)幀狀態(tài)位等可以通過鍵盤來設(shè)置。

參考文獻(xiàn):

[1] TMS320VC5509A Data Manual. Texas Instruments Incorporated. 2008.

[2] TLV320AIC23B Data Manual. Texas Instruments Incorporated. 2004.

[3] CS8406 Data Manual. Cirrus Logic Inc. 2006.

[4] 汪波， 許衛(wèi)行;AES/EBU數(shù)字音頻的參數(shù)及測(cè)量技術(shù)[J]. 電聲技術(shù);2005(4):63-65.

[5] 甄占京. 數(shù)字音頻AES/EBU通道狀態(tài)介紹[J]. 現(xiàn)代電視技術(shù);2005(3):41-45.

[6] 汪陽，胡軍. 數(shù)字調(diào)頻調(diào)制器AES/EBU音頻接口設(shè)計(jì)探析[J]. 微計(jì)算機(jī)信息;2008(14):150-151.

[7] 胡慶鐘，李小剛，吳鈺淳. TMS320C55x DSP原理、應(yīng)用和設(shè)計(jì)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006.