基于DSP的語音信號采集系統設計

朱鴻序?彭森

摘 要：本文根據語音采集系統的設計要求和特點，設計一種基于TMS320VC5402的DSP芯片的語音采集系統。以DSP芯片為控制核心，在MATLAB中進行語音信號的采集，然后將采集的語音信號經模數轉換后傳送給DSP核心模塊，最后對采集的數據進行計算或處理。

關鍵詞：DSP芯片；數據采集；語音信號；TLC320AD50

1. 引言

數據采集技術是一項基本的實用性技術，已被廣泛地應用于測量、監測、控制、診斷、科學試驗等各個領域。近二十年來，數據采集技術由于采用了微機等一系列新技術，得到了飛速的發展。隨著數字信號處理各項技術的發展，語音信號處理技術得到不斷提高，語音合成、語音識別、語音記錄與語音控制等技術已開始逐步成熟并得到應用。在語音信號處理過程中，要實現語音信號處理技術的精確性、實時性目的，語音信號采集和無誤差存儲成為語音信號處理中的前提。

2. 工作原理

基于TMS320VC5402的語音信號采集系統的結構如圖1所示，該系統的中央處理單元采用美國TI（德州儀器）公司的高性能定點數字信號處理芯片TMS320VC5402，它采用修正的哈佛結構，包括1個程序存儲總線、3個數據存儲總線和4個地址總線，這種結構允許同時執行程序指令和對數據操作，運行速度快，單周期定點指令執行時間為10ns。在語音信號采集中， 模擬信號向數字信號轉換（ADC）的精度和實時性對后續信號處理過程起到了重要作用。設計中采用TLC320AD50完成語音信號的A/D轉換。TLC320AD50是TI公司提供的一款16 bit同步串口A/D和D/A轉換芯片，ADC之后有1個抽取濾波器以提高輸入信號的信噪比， 其采樣頻率最高可達22.5 Kb/s，滿足語音信號處理中關于采樣頻率的要求。

3. 主程序流程圖

主程序流程圖如圖2所示。

4. 系統仿真

MATLAB 是美國Math Works 公司推出的一種面向工程和科學計算的交互式計算軟件，在MATLAB 環境中，可以通過多種編程方法驅動聲卡實現對語音信號的采集和播放，它的信號處理與分析工具箱為語音信號分析提供了十分豐富的功能函數，利用這些功能函數可以快捷而又方便地完成語音信號的處理和分析.使用MATLAB 語言編程可以將聲音文件變換為離散的數據文件，然后利用其強大的矩陣運算能力處理數據，如數字濾波、傅里葉變換、時域和頻域分析、聲音回放以及各種分析圖的呈現等等.下面給出一個MATLAB 程序，讀入一個采樣頻率為 22.050 kHz、16 位單聲道的WAV 文件，然后播放并做語音信號的波形、頻譜和倒譜圖如圖3所示。

4. 結論

本文介紹了由TMS320VC5402組成的語音信號采集系統設計。AD50C豐富的可編程功能設置使系統能方便的實現不同采樣率的轉換，輸入輸出增益控制，轉換前后的抗混疊與均值濾波等。VC5402的強大信號處理能力使得系統能夠實現復雜的信號處理算法，不僅可以進行數據采集還能夠對采集信號進行算法處理。系統若連接液晶顯示模塊并在軟件上進一步豐富功能，可以應用于實際管道泄漏檢測中，具有較高的應用價值。

參考文獻

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作者簡介

朱鴻序（1994-），邵陽學院電子科學與技術專業學生。

通訊作者

彭森（1983-），邵陽學院信息工程系教師。