语音处理DSP系统设计 第8页

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引   言
DSP理论和技术是目前电子技术和IT领域中的一个基本工程理论与核心技术，实际上此技术已经深入到了各个工业应用技术中。DSP技术已经成为21世纪初，各种新技术的一个共同基础。
根据信号与系统的基本理论，设系统的输入是X，系统的输出是Y，则Y=f（X）其中f（.）代表一种数字运算。例如卷积运算,数字滤波器等。由此可见,任何一种电子系统都可以被看成是一个数字计算系统.
正因为此，本课题主要讨论的就是DSP在语音处理方面的应用，通过模拟仿真和硬件系统的结果，设计并实现了语音输入，输出等语音处理技术。
本论文中，利用A/D和D/A实现了语音输入和语音输出，并根据采样定理实现无失真的语音输入与输出。利用A律压缩实现语音的数字压缩，减少了码的有效位数。利用可编程的器件8255和定时器8253完成语音的合成，发出了指定频率的声音。
在课题中可利用的现有技术包括：MAX1246ADC，MAX531DAC，TMSVC5410数字信号处理器以及对应的调试工具explore5410.MAX1246完成模拟/数字转换，将数字信号传送给TMSVC5410。TMSVC5410负责实现各种数据处理，并将处理后的信号再送入MAX531。MAX531数字模拟转换器则将数字信号还原成模拟信号。8253定时器和8255可编程控制器通过送控制字使通道按应有的方式工作，并根据设置一一对应的频率和节拍让扬声器发音。
论文中利用MATLAB仿真进行可行性分析。用explore5410调试工具验证无失真语音输入，语音输出和语音压缩。用汇编语音设置8253定时器和8255可编程程序控制器实现发声。
得到的输出波形与输入的波形对照基本无失真，压缩后的数据有效位数为8位与压缩前的数据相比，实现了语音数据压缩。8253定时器和8255可编程控制器使得计算机扬声器发出演奏了歌曲，实现了语音合成。

 

 

 

 

1. 序言
本部分说明课题的目标，明确了课题的任务。提出了设计过程中的技术关键点和相关指标。包括保证无失真输出的采样率，对MAX1246A/D输出结果的数据压缩和语音合成的控制字的设置
1.1课题的目标
本设计的内容是完成一个基于DSP的语音压缩处理应用系统的设计与调试，完成系统硬件制作内容。所设计的硬件系统满足如下要求：支持语音输入与输出，支持语音合成，支持语音压缩算法的实现，完成所设计的MATLAB仿真。
1.1.1技术关键点
采样率。要想让MAX1246A/D处理前的模拟信号，与经过TMSVC5410数字信号处理器和MAX531D/A后还原的输出信号一致必须保证足够的采样率。
A律压缩。MAX1246A/D采样后的数据为12位，要想压缩数据的位数，可利用A律PCM编码的特点。即在量化过程中由均匀量化变为非均匀量化，确保小信号量化间隔同时对大信号的量化间隔放宽。这是因为人的语音包含的小信号较多，而大信号较少。
8253和8255控制字的设置。为确保计算机扬声器发出指定频率的声音。对于8253定时器，需要根据选择工作的通道和该通道的工作方式，设置相应的控制字。8255可编程控制器也是如此。
1.1.2技术指标
   包括采样率，A律压缩和控制字的设置。
1.1.2.1采样率
 
图1数字信号处理系统
一个数字信号处理系统可用图1来表示.该系统首先将模拟信号输入到A/D中经过处理后变为数字信号。再送给DSP数字信号处理器，由它完成一系列的数字信号处理之后,再通过D/A变成模拟信号输出.
根据采样定理,对于频带有限(设最高频率为fm)的模拟信号,当采样率 fs>2fm 时就可以保证被采样信号无失真地保持原模拟信号的全部信息,即可重现原模拟信号。如果采样频率低于2fm就会发生频率的混叠失真。在实际的情况中,大多数模拟信号不是频带有限的。所以,在一般情况下首先要使模拟信号通过一个截止频率不高于0.5fs的低通滤波器,使其成为一个限带信号。然后对其采样就可以保证信号无混叠失真。所以该低通滤波器又称抗混叠滤波器。
根据采样发生器得到采样率：其中CPUclock是CPU时钟，CLKGDV是一个数据位时钟所含的输入时钟数，FPER是一个帧周期内所包含的数据位时钟数。
 
式1采样率公式
1.1.2.2 A律压缩
将输入模拟信号经MAX1246采样，编码后形成12位一帧的码流进入TMSVC5410的串口——McBSP0，并向VC5410的CPU发出中断请求（rint0）。A律压缩就是将这些接收到的12位数据转换成8位的PCM码，这就实现了语音的压缩。
MAX1246A/D对双极性信号进行量化，编码。又知，MAX1246采用是均匀量化和补码的编码形式。基于此，可采用非均匀量化。即确保小信号的量化间隔同时对大信号的量化间隔放宽，以减少编码的位数。在进行A律压缩过程中，要保持符号位不变，原数据的后11位要压缩成7位。这7位码由3位段落码和4位段内码组成。
1.1.2.3语音合成
8253芯片方式选择控制字格式：
SC1 SC0 RL1 RL2 M2 M1 M0 BCD
用来控制8253定时器工作方式的控制字情况如下:SC1和SC0位用来选择通道，设计中用到通道2，故控制字为10，M2M1M0位用来定义所选通道的6种工作方式，设计中用方式3。即方波发生器，其定时波型为占空比1：1的方波。故控制字为011或111。RL1和RL0位用来定义对所选通道中的计数器的操作。BCD位是用来定义是采用二进制还是十进制计数。
即通过指令
MOV AL，0B6H
OUT   43H，AL
实现。接着应向42H口送入发出频率对应的计数值，即
MOV AL，计数值低位

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