基于TMS320C5509 DSP的語音處理系統(tǒng)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

嚴(yán)昭軍 武漢中原電子集團(tuán)有限公司

前言：現(xiàn)階段，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)呈現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，在圖像和語音信號(hào)處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，通過發(fā)揮TMS320C5509型DSP芯片的作用，對(duì)算法進(jìn)行深入分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的轉(zhuǎn)化，對(duì)提升語音信號(hào)處理的速率具有重要作用。因此，探析語音處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 語音處理系統(tǒng)概述

數(shù)字信號(hào)是語音處理系統(tǒng)的主要處理對(duì)象，通過依據(jù)相應(yīng)的算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，能夠精準(zhǔn)獲取語言信息，該方法與模擬信號(hào)方法具有顯著差異性，能夠同時(shí)通過硬件方法和軟件方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)模擬，并利用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)化，硬件方法是指借由TMS320C5509 DSP芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)集成電路的處理，再經(jīng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。利用軟件方法處理語音信號(hào)雖然能夠有效提升運(yùn)算的靈活性，但運(yùn)算速率較低，應(yīng)用范圍具有一定的局限性。與軟件方法相比，硬件方法對(duì)語音信號(hào)的處理速率較高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，但不夠靈活，一旦硬件部分搭建完畢很難被更改。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用DSP芯片，利用該芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的運(yùn)算和處理，在外圍接口和電路的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。通常情況下，語音系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，這對(duì)芯片的運(yùn)算能力提出挑戰(zhàn),DSP芯片憑借其運(yùn)算速率高的優(yōu)勢(shì)得到數(shù)據(jù)信號(hào)處理人員的廣泛青睞。

2 基于TMS320C5509 DSP的語音處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

2.1 數(shù)字信號(hào)處理

本次設(shè)計(jì)的語音處理系統(tǒng)采用TMS320C5509型DSP芯片，該芯片對(duì)語音信號(hào)處理的靈敏度較高，具有安裝靈活方便的優(yōu)勢(shì)，該芯片主要將I/O接口供電和內(nèi)核供電作為主要供電形式，I/O接口電壓通常為3.3V，而內(nèi)核供電的電壓通常為1.6V。在該類型芯片的運(yùn)行過程中，由于外界電壓通常為5V，需要發(fā)揮電壓轉(zhuǎn)化器的作用，將芯片電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓再投入使用。

2.2 語音信號(hào)采集

語音信號(hào)采集模塊是語音處理系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的收集是轉(zhuǎn)換語音信號(hào)的基礎(chǔ)和前提。現(xiàn)階段，科學(xué)界大多將數(shù)字信號(hào)處理方式作為轉(zhuǎn)換語音信號(hào)的主要方法，在對(duì)模數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，為語音信號(hào)處理提供良好前提。本次設(shè)計(jì)語音信號(hào)采集模塊的過程中，應(yīng)用了TLC320AD50C型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該類型信號(hào)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為輕便，能夠有效簡化信號(hào)采集流程。該信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了與濾波器的聯(lián)合，能夠在接收數(shù)據(jù)信號(hào)后實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)時(shí)發(fā)送，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)與芯片的通信，無需其他元件輔助。由于該類型的信號(hào)轉(zhuǎn)換器利用了采樣頻率合成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)語音信號(hào)處理流程的簡化，具有普適性的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高采樣率低速等信號(hào)的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，由于該信號(hào)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部配置有SINX補(bǔ)償功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采樣頻譜混疊現(xiàn)象的有效防范。此外，該類型轉(zhuǎn)換器通過對(duì)串口的充分利用，能夠通過編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的科學(xué)配置。

2.3 FLASH信號(hào)擴(kuò)展

在語音處理平臺(tái)的正常運(yùn)行過程中，需要通過大量的硬件程序?qū)崿F(xiàn)語音信號(hào)處理功能。在語音信號(hào)收集完畢后，受頻率和帶寬的影響，容易產(chǎn)生部分中間數(shù)據(jù)，也稱緩沖數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的運(yùn)算能力有效，不能夠同時(shí)對(duì)語音信號(hào)和緩沖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這就要求語音處理系統(tǒng)具備一定的存儲(chǔ)功能。本次研究采用的語音處理系統(tǒng)采用的Nand型FLASH芯片，能夠有效擴(kuò)展儲(chǔ)存空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的靜態(tài)讀取。

2.4 電路選擇

由于本次系統(tǒng)采用內(nèi)核電壓供應(yīng)形勢(shì)，電壓值為1.6V，外部環(huán)境提供的電壓約為5V，而I/O接口的電壓為3.3V，因此，需要采用雙電源形勢(shì)，將最大電流輸出值設(shè)置為1A，電壓值可以采用1.6V和3.3.V兩種形式輸出，確保電流值和電壓值能夠充分滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求。通過這種形式，可能產(chǎn)生低于85μA的瞬態(tài)電流，秩序切斷熱保護(hù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流值的合理調(diào)節(jié)，提升電路設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

2.5 時(shí)鐘和復(fù)位電路設(shè)計(jì)

做時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)工作有助于減少外部干擾，將電壓和電流值限定在合理范圍內(nèi)。在為語音處理系統(tǒng)通電后，一旦遭遇外部干擾，容易產(chǎn)生死機(jī)現(xiàn)象，會(huì)對(duì)語音信號(hào)處理造成嚴(yán)重的不良影響。因此，應(yīng)在系統(tǒng)外部加裝施密特觸發(fā)器，將晶振頻率作為參考依據(jù)，合理選擇晶體振蕩器，將晶振頻率維持在10-12MHz，將晶振電容維持在0-22pF，將主時(shí)鐘的配置原則作為參考依據(jù)，根據(jù)引腳不同合理選擇電平。由于復(fù)位信號(hào)低電平有效，復(fù)位引腳在使用時(shí)需要外接上拉電阻，以保證其不處于不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致DSP工作的不正常。

3 結(jié)論

綜上所述，在設(shè)計(jì)語音處理平臺(tái)硬件部分的過程中，應(yīng)完善數(shù)字信號(hào)處理、FLASH信號(hào)擴(kuò)展和語音信號(hào)采集工作，并做好電路的選擇和設(shè)計(jì)工作，促進(jìn)語音信號(hào)處理和轉(zhuǎn)化速率的提升。因此，在設(shè)計(jì)語音處理系統(tǒng)硬件的過程中，可以借鑒上述方法。