基于DSP的語音采集和回放系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

王麗琴，史 航

（1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213000；2.江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州 213000）

語音信號廣泛存在于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中,具有信號頻譜較全、采樣速度較低、隨機(jī)性強(qiáng)、應(yīng)用場合多、實(shí)時性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。語音信號處理是一門重要的學(xué)科，在數(shù)字話音通信、聲控打字機(jī)、自動語音翻譯、多媒體信息處理等許多方面有重要的應(yīng)用，如語音電子信箱、語音瀏覽、語音導(dǎo)航等。隨著數(shù)字信號處理算法在DSP中的實(shí)現(xiàn)，很多以前很難實(shí)現(xiàn)的語音信號處理算法都可以在DSP中實(shí)現(xiàn)。

1 數(shù)字信號處理器DSP

DSP是數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing）或集成的單片數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor）的縮寫。DSP技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法對信號進(jìn)行采集、變換、綜合、估值與識別等加工以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用目的的一種技術(shù)。DSP技術(shù)包括數(shù)字信號處理的理論和數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)。

DSP是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的核心，一般由CPU、片內(nèi)外設(shè)和存儲空間構(gòu)成。TMS320VC5509 DSP芯片是目前集成度較高的通用型DSP，能提供完備的系統(tǒng)解決方案，具有96K×16位的單口 SRAM、32K×16位的雙口 SRAM、32K×16位的ROM和6通道的DMA（直接存儲器存儲）。此外，TMS320VC5509 DSP芯片還含有USB 1.0接口、用于全雙工通信的3個多通道緩沖串行接口（McBSP）、watchdog定時器、32KHz晶振輸入和單電源的實(shí)時時鐘、片上10位AD連接微控制器的I2C總線接口以及用于芯片內(nèi)的編解碼器、增強(qiáng)型16位主機(jī)接口、兩個16位定時器等。因此，TMS320VC5509 DSP可以廣泛地支持DSP系統(tǒng)板上的外圍器件，包括用于直接連接PC或其他USB主機(jī)設(shè)備的USB 1.0端口，并能遵循大多數(shù)流行的可移動存儲標(biāo)準(zhǔn)，以及多媒體的文件格式。鑒于以上因素，本系統(tǒng)選用的DSP芯片為TMS320VC5509。

2 系統(tǒng)工作原理

語音采集和回音系統(tǒng)中的I2C接口模塊由串行數(shù)據(jù)SDA和串行時鐘SCL組成，SDA和SCL均為雙向接口。連接在同一總線上的I2C設(shè)備可以工作在多主線工作模式下，包括TMS320C55xDSP在內(nèi)的每個I2C設(shè)備都有唯一的設(shè)備地址可供軟件尋址。其中主設(shè)備用于發(fā)送時鐘并啟動數(shù)據(jù)傳輸，被主設(shè)備尋址的則為從設(shè)備。這些設(shè)備根據(jù)各自的功能，既可以作為發(fā)送器，也可以作為接收器。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行初始化配置時，DSP通過I2C總線將配置命令發(fā)送到TLV320AIC23，并在配置完成后TLVAIC23開始工作。輸入語音信號時，TLV320AIC23先通過其中的AD轉(zhuǎn)換采集輸入的語音信號，每采集完一個信號便將數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP的McBSP接口上，以便DSP可以讀取語音數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)均為16位無符號整數(shù)，左右通道各有一個數(shù)值。語音信號輸出時，可由DSP將語音數(shù)據(jù)通過McBSP接口發(fā)送給TLV320AIC23，再由TLV320AIC23的DA器件將他們變成模擬信號輸出。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件主要由主程序和數(shù)字回音處理程序兩部分組成。其中主程序主要完成系統(tǒng)的初始化,如EMIF（外部存儲器接口）、CPU頻率、TLV320AIC23的初始化等,結(jié)束之后,再循環(huán)調(diào)用數(shù)字回音模塊；數(shù)字回音模塊主要用于初始化語音緩沖區(qū)和工作變量、讀取語音數(shù)據(jù)并保存,然后根據(jù)延遲參數(shù)讀回保存數(shù)據(jù)，并根據(jù)音效參數(shù)與當(dāng)前聲音混響把最后的語音數(shù)據(jù)輸出到McBSP0。

在選擇需要制作數(shù)字回音時，同時可選擇設(shè)置兩個參數(shù)delay和effect，分別控制回音的延時及響度。

CCS（Code Composer Studio）是TI推出的用于開發(fā)其DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，它采用新Windows風(fēng)格界面，集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試及實(shí)時跟蹤等功能于一體，極大地方便了DSP程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是在基于TMS320VC5509 DSP的語音處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的CCS環(huán)境下完成的。

通用DSP開發(fā)系統(tǒng)的一端連在計(jì)算機(jī)的DSP接口上，另一端接在DSP主處理板的JTAG仿真插口，即可將編寫的程序在CCS環(huán)境下通過上述連接加載到DSP芯片中；用導(dǎo)線連接計(jì)算機(jī)的耳機(jī)接口和DSP主處理板的麥克風(fēng)輸入接口并播放一段語音信號，既可對輸入的語音信號進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理；用導(dǎo)線將DSP主處理板的耳機(jī)輸出與實(shí)驗(yàn)箱的揚(yáng)聲器接口連接，即可播放除除經(jīng)過算法處理后的語音。

4 結(jié)語

語音是人們用來交流信息的最基本最直接的手段，數(shù)字語音信號所攜帶的信息量大，但數(shù)字化后的語音信號所占頻帶大大加寬。本文主要研究DSP技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)以數(shù)字方式通過計(jì)算來模擬回聲效應(yīng)，主要采用C語言來對語音信號采集和回放的實(shí)現(xiàn)，并在CCS環(huán)境下進(jìn)行功能仿真，得到變換后語音。簡單地講，就是在原聲音流中疊加延遲一段時間后的聲流來實(shí)現(xiàn)回音效果。如此產(chǎn)生的回音，我們稱之為數(shù)字回音。

［1］蘇桃.淺談?wù)Z音壓縮編碼的發(fā)展和應(yīng)用［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（22）：157-158.

［2］劉璽.基于DSP語音處理系統(tǒng)的研究應(yīng)用［D］.四川：四川大學(xué)，2006.