基于DSP音頻信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
現(xiàn)代音頻信號(hào)處理領(lǐng)域，通常需要采集大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并目逐步從處理單路信號(hào)發(fā)展為處理多路信號(hào)。對語音信號(hào)而言，采用元音強(qiáng)度與元音間隔作為聽者識(shí)別信號(hào)的基礎(chǔ)參數(shù)。另外音頻信號(hào)處理的器件也從傳統(tǒng)的模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器發(fā)展成為多款高性能專用芯片。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以工控機(jī)或普通單片機(jī)為核心，整個(gè)系統(tǒng)體積大、功耗高，未考慮語音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和發(fā)送。設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量大、緩沖更新迅速、穩(wěn)定性高、采集發(fā)送延時(shí)小等特點(diǎn)。該系統(tǒng)利用DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DMA與McBSP實(shí)現(xiàn)雙路音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)并行采集發(fā)送，便于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、算法仿真和過優(yōu)化處理流程等，也可用于個(gè)人便攜式音頻通信設(shè)備的驅(qū)動(dòng)開發(fā)。
1 硬件概述
該系統(tǒng)采用美國Texas Instruments公司TMS320VC55X處理器，其繼承了C54X系列的發(fā)展趨勢，低功耗、低成本，在有限的功率條件下能夠保持優(yōu)良的性能。工作在0.9 V，其核的功率僅為0.05W/MIPS，性能可達(dá)800 MIPS，對數(shù)字通信、語音處理等便攜式應(yīng)用提出的挑戰(zhàn)提供了有效的解決方案。以TMS320VC5509A為例，該芯片共有3個(gè)多通道緩沖串口，分別為McBSP0、McBSP1、McBSP2，每個(gè)串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)使用獨(dú)立的時(shí)鐘，支持連續(xù)傳送，可直接與多媒體數(shù)字信號(hào)編碼器的工業(yè)接口以及ADC/DAC接口實(shí)現(xiàn)無縫連接，通過CPU或DMA對16 bit寄存器訪問實(shí)現(xiàn)通信，由DX引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，RX引腳接收數(shù)據(jù)。通信時(shí)鐘和幀同步有CLKX，CLKR，F(xiàn)SX以及FSR引腳來控制。TMS320VC5509A芯片提供
6個(gè)通道DMA控制器，可獨(dú)立于CPU完成4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)通道可從一個(gè)數(shù)據(jù)源地址讀取數(shù)據(jù)后寫入另一個(gè)口或目標(biāo)地址。特別指出5509芯片具有64 kB雙訪問RAM，其結(jié)構(gòu)由8個(gè)4 kB&TImes;16位的塊組成，允許兩個(gè)端口同時(shí)訪問，提高了系統(tǒng)速度。
TLV320AIC23B是TI公司推出的一款高性能立體聲音頻編解碼器，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持MIC和LINE二選一的輸入方式。輸入和輸出都具有可編程的增益調(diào)節(jié)功能。TLV320AIC23B的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)集成在芯片內(nèi)部，可以在8～96 kHz的采樣率下，提供16 bit、20 bit、24 bit和32 bit的采樣數(shù)據(jù)。ADC和DAC的輸出信噪比分別可達(dá)90 dB和100 dB。AIC23B通過外圍器件對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程配置，其配置接口支持SPI總線接口和I2C總線接口，如表1所示。
AIC23b數(shù)據(jù)傳輸格式支持右判斷模式、左判斷模式、I2C模式和DSP模式4種方式，其中DSP模式專門針對TI DSP設(shè)計(jì)。這兩款芯片的I/O電壓兼容，從而使得二者可以無縫連接，因此，基于DSP和音頻Codec芯片AIC23B構(gòu)建的硬件系統(tǒng)是一種理想的語音信號(hào)處理系統(tǒng)。在語音信號(hào)處理系統(tǒng)中，AIC23主頻為12 MHz，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的抽樣頻率為8 kHz，模擬音頻信號(hào)由LINEIN/MICIN輸入到該芯片，這些參數(shù)需要通過McBSP1對AIC23進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)。模擬音頻信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換、編碼后，由數(shù)字音頻接口傳送給DSP的串口McBSP0，并接收DSP處理后的數(shù)據(jù)，收到的數(shù)字音頻信號(hào)經(jīng)解碼、D/A轉(zhuǎn)換后，從HEADPHO/LINEOUT輸出。本系統(tǒng)采用DSP模式，如圖1所示。