dsp语音
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基于DSP的语音信号处理技术研究随着科技的迅速发展,人工智能逐渐成为人们非常关注的领域。
语音识别技术是其中最具代表性的方向之一。
从最初大家熟知的“语音输入”到现在智能语音助手的存在,语音识别技术的进步让我们感受到科技的力量。
而在语音识别技术的背后,基于DSP的语音信号处理技术,是不可或缺的一环。
DSP是数字信号处理技术的一种,其主要任务是将模拟信号转换成数字信号。
在语音信号处理中,我们可以用数字化的形式来表示、存储和传输语音信号,从而方便后续的信号处理和分析。
基于DSP的语音信号处理,主要包括信号增强、特征提取、语音识别和语音合成。
信号增强是在噪声环境下,通过信号处理的方法提高语音信号的信噪比,使得语音信号更加清晰、准确。
常见的信号增强方法包括滤波、谱减法、短时时域能量归一化等。
其中,滤波是基础中的基础。
通过滤波,可以将一些不需要的频率成分滤除,来提高语音信号的质量。
谱减法是一种减少噪声的方法,通过估计噪声频谱,将其从信号频谱中减去,来达到消除噪声的效果。
短时时域能量归一化,是一种对信号进行平滑处理的方法。
信号增强之后,我们需要对语音信号进行特征提取。
语音信号是一种时间序列信号,其在时间和频率上的变化,反映了不同的语音信息。
在语音信号处理中,目的就是从这些序列中提取有用的特征,来进行语音识别。
常见的特征提取方法包括短时能量、短时平均幅度差、梅尔倒谱系数等。
其中,梅尔倒谱系数是最常用的一种特征。
它是通过对语音信号在梅尔尺度上的测量,来提取与人耳感觉有关的重要声学特征。
特征提取之后,我们就可以进行语音识别。
语音识别是将语音信号转化为文本的过程。
在语音识别中,我们需要利用已有的语音模型、声学模型和语言模型。
语音模型是根据发音规律和声学信息建立的一种概率模型。
声学模型则是对语音信号的声学特征进行建模,包括将梅尔倒谱系数等特征提取出来,并计算其在不同音素上的后验概率。
语言模型是对语音对应的文本信息进行建模,其主要目的是根据语言习惯,预测下一个可能出现的词语。
语音压缩存储与回放学生姓名:指导老师:摘要本DSP课程设计是基于TSM320C5402芯片实现语音压缩和解压缩的基本算法,采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号,在DSP开发环境CCS3.3上用C语言编程运用A律语音压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中,使用DSP进行实时解压缩,并从SPEAKER输出口进行回放输出。
并使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
关键词DSP;TSM320C5402芯片;语音压缩和解压缩;CCS3.3Abstract This course is designed DSP chip based TSM320C5402 basic voice compression and decompression algorithms, using the A / D converter real-time acquisition from the MIC input speech signal, in the CCS3.3 DSP development environment in C language programming on the use of A-law compressed speech stored in the DSP chip and off-chip RAM memory, real-time using DSP decompress and playback output from SPEAKER outputs. And use the light on the process of voice storage and playback instructions.Keywords DSP; TSM320C5402 chip; voice compression and decompression; CCS3.31引言数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科,是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。
ADSP实时语音处理DSP的方案ADSP2181实时语音处理DSP的方案简介:模拟语音信号变成数字语音信号,必须经过A/D转换,反之,则要进行D/A转换。
有些语音算法,如MPEG音频算法要求高保真立体声,多速率可调,因此选用恰当的A/D,D/A转换器是进行语音处理首先要考虑的问题。
ADSP2181具有30ns的指令周期,内部具有16K×16数据RAM和16K×24的程序RAM,可满足一般语音处理对速度和存储的要求。
ADSP2181还有一个内部DMA接口,能方便地与PC机交换数据。
ADSP2181还具有可全双工工作的两个独立的串行口,它在进行实时语音编解码处理时也能全双工工作。
基本特点:AD公司的DSP处理芯片ADSP2181是一种16b的定点DSP芯片,他内部存储空间大、运算功能强、接口能力强。
具有以下主要性能:·25ns的单周期指令执行时间·片内16K字程序存储器PRAM;片内16K字数据存储器DRAM·三个独立的计算单元ALU、乘法/累加器和桶形移位器·两个独立的地址发生器·强有力的程序定序器·循环无额外时钟开销·条件算术指令·具有压扩硬件和自动数据缓冲的两个双缓冲串行口·可编程的内部定时器·可编程的等待状态发生器·16比特内部DMA口可快速访问片内存储器·具有2048个存储单元的I/O口支持并行的外围设备·13个可编程的标志管脚可提供灵活的系统信令·EPROM的自动引导或通过内部DMA口自动引导方案特点The evaluation board is designed to be used in conjunction with VisualDSP++™ development environment to test the capabilities of the ADSP-2181 DSPs.Analog Devices ADSP-2181SK-133 processor! Operating at an instruction rate of 33 MHz (16.667 external clock)• Analog Audio Interface! AD1847 – Analog Devices stereo codec• Analog Inputs! One stereo pair of 2V RMS AC coupled line-level inputs! One stereo pair of 20 mV RMS AC coupled microphone inputs• Analog Outputs! One stereo pair of 1V RMS AC coupled line-level outputs• Power Source! 8 to 10V DC at 300 mA• Environment! 0 to 70o centigrade! 10 to 90 percent relative humidity (non condensing)• RS-232 Interface• Socketed EPROM• User push buttons• Expansion connectors• User configurable jumper参考原理图图1 方案系统图图2:系统原理图1图3 系统原理图2图4 系统原理图3图 5 系统layout详情请见:/static/imported-files/eval_kit_manuals/442236245ADSP_2181_EZ_KIT_Lite_Legacy. pdf。
dsp语音信号处理课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解语音信号处理的基本概念,掌握数字信号处理(DSP)在语音信号处理中的应用;2. 学会使用DSP技术对语音信号进行预处理、特征提取和识别;3. 掌握语音信号的时域、频域分析及其在语音增强、降噪等方面的应用。
技能目标:1. 能够运用编程软件(如MATLAB)进行语音信号的采集、处理和分析;2. 能够独立完成一个简单的语音信号处理项目,包括设计、实现和调试;3. 培养实际操作能力,提高解决实际语音信号处理问题的能力。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对语音信号处理领域的兴趣,培养探索精神和创新意识;2. 培养学生团队协作能力,学会与他人共同分析问题、解决问题;3. 强化质量意识,注重实践操作规范,培养学生严谨、务实的科学态度。
本课程针对高年级学生,结合课程性质、学生特点和教学要求,明确以上课程目标。
通过本课程的学习,使学生能够掌握语音信号处理的基本知识和技能,培养实际操作和创新能力,同时注重培养学生的团队协作和严谨的科学态度。
课程目标分解为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 语音信号处理基础理论:- 语音信号的数字化表示;- 语音信号的时域、频域分析;- 语音信号的加窗、分帧处理;- 语音信号的预处理技术。
2. 语音信号特征提取:- 基本特征参数(如:短时能量、短时平均幅度、短时过零率);- 频域特征(如:梅尔频率倒谱系数、线性预测系数);- 高级特征提取方法(如:深度学习)。
3. 语音信号处理应用:- 语音增强与降噪;- 语音识别与合成;- 说话人识别与情感分析;- 语音信号处理在实际应用中的案例分析。
4. 实践项目:- 使用MATLAB进行语音信号处理实验;- 设计并实现一个简单的语音识别系统;- 分析并改进现有语音信号处理算法。
教学内容依据课程目标制定,涵盖语音信号处理的基础理论、特征提取、应用及实践项目。
教学大纲明确教学内容的安排和进度,与教材章节相对应,确保内容的科学性和系统性。
毕业设计 [论文]题目:基于DSP的语音信号处理设计系别:电气与电子工程系专业:电子信息工程******学号:*****8151指导教师:***河南城建学院2010年5月23日摘要语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。
通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。
数字信号处理(Digita lSign alPro cessi ng,简称DSP)是利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理,以得到符合人们需要的信号形式。
Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件,它可以将声音文件变换为离散的数据文件,然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据,如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等,它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数,利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化,使人机交互更加便捷。
信号处理是M a tlab重要应用的领域之一。
本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题,采用MATLAB7.0综合运用G UI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、傅里叶变换及滤波,程序界面简练,操作简便,具有一定的实际应用意义。
关键字:Matlab,语音信号,傅里叶变换,信号处理AbstractSpeech signal proces singis to studythe use of digita l signal proces singtechno logyand knowle dge of the voicesignal voiceproces singof the emergi ng discip lineis the fastes t growin g areasof inform ation scienc e one of the core techno logy. Transm issio n of inform ation throug h the voiceof humani ty's most import ant, most effect ive, most popula r and most conven ientform of exchan ge of inform ation..Digita l signal proces sing(Digita lSign alPro cessi ng, DSP) is the use of comput er or specia l proces singequipm ent, to digita l form of signal acquis ition, transf ormat ion, filter ing, estima tion, enhanc ement, compre ssion, recogn ition proces sing,in orderto get the needsof the people of the signal form.Matlab langua ge is a data analys is and proces singfuncti ons are very powerf ul comput er applic ation softwa re, soundfileswhichcan be transf ormed into discre te data files, then use its powerf ul abilit y to proces s the data matrix operat ions, such as digita l filter ing, Fourie r transf orm, when domain and freque ncy domain analys is, soundplayba ck and a variet y of map render ing, and so on. Its signal proces singand analys is toolki t for voicesignal analys is provid es a very rich featur e functi on, use of thesefuncti ons can be quickand conven ientfeatur es comple te voicesignal proces singand analys is and visual izati on of signal s, makescomput er intera ction more conven ient. Matlab Signal Proces singis one of the import ant areasof applic ation.The design of voice-proces singsoftwa re for most of the conten t are numero us, easy to maneuv er and so on, usingMATLAB7.0 compre hensi ve use GUI interf ace design, variou s functi on callsto voicesignal s such as freque ncy, amplit ude, Fourie r transf orm and filter ing, the progra m interf ace concis e, simple, has some signif icanc e in practi ce.Keywor ds: Matlab, VoiceSignal,Fourie r transf orm,Signal Proces sin1 绪论1.1课题的背景与意义通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。
基于DSP的语音采集与FIR滤波器的设计与实现摘要: 介绍了一种基于TMS320C5402的语音采集与FIR数字滤波器的设计与实现, 采用TLC320AD50作为语音CODEC模块的核心器件, 简述了FIR数字滤波器的特点,以及其在DSP上实现的原理。
利用TMS320C5402对采集到的语音信号进行FIR滤波, 该系统具有较强的数据处理能力和灵活的接口电路,能够满足语音信号滤波的要求, 可以扩展为语音信号处理的通用平台.关键词: 语音采集; FIR滤波器; TMS320C5402数字信号处理是把数字或符号表示的序列, 通过计算机或专用处理设备, 用数字的方式去处理, 以达到更符合人们要求的信号形式。
而语音处理是数字信号处理最活跃的研究方向之一, 在IP电话和多媒体通信中得到广泛应用. 一个完备的语音信号处理系统不但要具有语音信号的采集和回放功能, 还要能够进行复杂的语音信号分析和处理。
通常这些信号处理算法的运算量很大, 而且又要满足实时的快速高效处理要求, 随着DSP技术的发展, 以DSP为内核的设备越来越多, 为语音信号的处理提供了优质可靠的平台. 软件编程的灵活性给很多设备增加不同的功能提供了方便, 利用软件在已有的硬件平台上实现不同的功能已成为一种趋势。
本文设计了一个语音处理系统, 采用定点DSP芯片TMS320C5402作为CPU, 完成对语音信号的采集和滤波处理.1 语音采集系统的设计1. 1 系统总体设计语音采集与处理系统主要包括3个主要部分: 以TMS320C5402 为核心的数据处理模块; 以TLC320AD50为核心的语音采集与编解码( CODEC)模块; 用户根据需要扩展的存储器模块. 系统硬件结构如图1所示.1. 1. 1 CODEC模块本设计选用TLC320AD50( 以下简称AD50) 完成语音信号的A/ D转换和D/ A转换. AD50是TI公司生产的一款集成有A/ D和D/ A的音频芯片, DSP与音频AD50连接后, 可使用一个缓冲串行口来同时实现语音信号的采集和输出, 从而可以节省DSP的硬件开销. AD50使用过采样技术提供从数字信号到模拟信号和模拟信号到数字信号的高分辨率低速信号转换. 该器件包括2个串行的同步转换通道, 分别用于各自的数据传输. 语音信号直接从AD50的模拟信号输入端输入, AD50对其进行采样, 并将采样后的数据传送至DSP. DSP应用相应的算法对数据进行处理, 并将处理后的数据传送到AD50的D/ A输入端. AD50再对DSP处理后的数据进行数模转换, 变为语音信号后输出到音响设备.本系统中TLC320AD50与TMS320C5402之间采用串行通信, 通过DSP芯片的MCBSP串口实现.接口电路如图2所示.1. 1. 2 MCBSP的工作原理TMS320C5402有2个McBSP 多通道缓存串行口. McBSP提供了全双工的通信机制, 以及双缓存的发送寄存器和三缓存的接收寄存器, 允许连续的数据流传输, 数据长度可以为8、12、16、20、24、32; 同时还提供了A律和L律压扩. 数据信号经DR和DX引脚与外设通讯, 控制信号则由CLKX、CLKR、FSX、FSR等4个引脚来实现[ 4]. CPU和DMA控制器可以读取DRR[ 1, 2] 的数据实现接收, 并且可以对DXR[ 1, 2] 写入数据实现发送. 串行口控制寄存器SPCR[ 1, 2] 和引脚控制寄存器PCR用来配置串行口; 接收控制寄存器RCR[ 1, 2] 和发送控制寄存器XCR[ 1, 2]用来设置接收通道和发送通道的参数; 采样率发生器寄存器SRGR[ 1, 2] 用来设置采样率. TMS320C5402芯片串口控制寄存器功能强大, 用户通过编程不但可以设置时钟信号的极性及输入输出方向, 还可以设置同步信号的极性及输入输出方向.1. 1. 3 AD50与DSP的同步通信在应用中, 将TLC320AD50C接至DSP的同步串口, 并将TLC320AD50设置在主动工作模式下, 即由TLC320AD50 提供帧同步信号和移位时钟,TMS320C5402的管脚电压为3. 3V, 可以与AD50直接相连. 串口的移位时钟SCLK由AD发出, 串行数据在SCLK的驱动下经DIN、DOUT 移进、移出, 在SCLK的下降沿采样DIN 数据, 在SCLK下降沿送出数据到DOUT. XF控制首次或二次通信, XF为低时是AD50的首次通信, 是正常的AD、DA的数据; XF为高时是AD50的二次通信, 这时可以读写AD50的4个寄存器. 进入二次通信有软件的方法, 即把AD50设为15+1位数据模式, 最后一位标记下一个数据是否为二次通信数据, 1表示是, 0表示否.一次通信格式的16位都用来传输数据. DAC的数据长度由寄存器1的D0位决定. 启动和复位时, 默认值为15+ 1模式, 最后一位要求二次通信. 如果工作在16位传输模式下, 则必须由FC产生二次通信请求. 二次通信格式则用来初始化和修改TLC320AD50C内部寄存器的值. 在二次通信中可通过向DIN写数据来完成初始化.二次通信格式如图3所示, D13= 1表示读DIN的数据, D13= 0表示向DIN 写数据.系统复位后, 必须通过DSP 的DX接口向TLC320AD50C的DIN 写数据, 因为采用一片TLC320AD50C, 只需初始化寄存器1、寄存器2、寄存器4. 由于通信数据长度为16位, 初始化是应通过RCR1和XCR1设置McBSP的传输数据长度为16.2 语音采集语音信号的采集, 是通过话筒经模拟放大输入到AD50, AD50作相应的低频滤波并进行A/ D转化, 再通过MCBSP通道输入DSP芯片. 语音信号采集程序包括以下几个部分:( 1) DSP初始化. 对DSP的寄存器以及缓冲串口进行初始化.( 2) AD50初始化. 通过DSP的缓冲串口和XF引脚对AD50进行初始化, 再设置AD50的4个控制寄存器; 确定AD50的4个控制寄存器设置正确后,AD50才能开始采集数据. 此时, 可以用示波器检测AD50的DOUT引脚, 能发现引脚是否有连续的信号输出.( 3) 设置DSP的中断, 从缓冲串口读取数据. 如果此时在缓冲串口连续读取数据, 就可以在仿真软件CCS中查看读取的数据是否正确.( 4) DSP存放数据. 可以将缓冲串口读取的数据存放到DSP的RAM单元, 连续存放, 可通过CCS的图形显示功能判断AD50采样的数据是否正确.3 语音滤波语音去噪在语音信号上应用较多, 在实质上和普通的数字信号去噪没有什么区别, 使用滤波器和各种算法均可以实现语音信号的去噪, 使得含有噪声的信号更加清晰. 但语音信号的去噪和一般的数字信号去噪又存在着很大的差别, 因为语音信号的频谱覆盖在100Hz~3. 4kHz, 较为丰富的信号主要集中在1kHz 附近, 所以一般的滤波去噪时必须考虑语音信号的自身特征.本系统中应用的AD50内置了低通滤波器, 可以通过设置来有效滤除信号中混杂的高频干扰信号, 而对于低于100Hz的干扰信号, 则无能为力. 因此, 要用DSP进行编程设计一个软件可实现高通滤波器, 由处理器来完成信号的去噪, 采用FIR滤波.3.1 FIR滤波器的基本结构及特点有限冲激响应( FIR)滤波器的基本结构是一个分节的延时线, 把每一节的输出加权累加, 得到滤波器的输出. 数学上表示为y(n) =EN-1n=0h(n)x(n-m), (0[ n[ N- 1) (1) 对(1)式进行Z变换, 整理后可得出FIR滤波器的传递函数为H(z) = EN-1n=0h(n)z-n, (0[ n[ N- 1) (2)由( 2)式可知FIR滤波器的一般结构如图1所示.图1 FIR数字滤波器直接实现形式3.2 FIR滤波器的DSP实现原理由( 1)式可知, FIR滤波器的冲激响应为h(0), h(1), ,, h(N- 1). x(n)表示滤波器在n时刻的输入, 则n时刻的输出为y(n) = h(0)x(n) +h(1)x(n- 1) + ,+ h(N- 1)x[ n- (N- 1) ],这是一个乘、加的过程, 可以使用DSP中的MAC 指令实现该运算. 图2说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法. 为了能正确使用循环寻址, 必须先初始化BK, 块长为N. 同时, 数据缓冲区和冲激响应( FIR滤波器的系数)的开始地址必须是大于N的2的最小幂的倍数. 例如, 当N= 11时, 大于N的最小2的幂为16, 则数据缓冲区的第一位地址应该是16的倍数, 因此数据缓冲区起始地址的最低4位必须是0.在图2中, 滤波系数指针初始化时指向h(N- 1), 经过一次FIR滤波计算后, 在循环寻址的作用下,仍然指向h(N- 1). 而数据缓冲区指针指向的是需要更新的数据, 如x(n). 在写入新数据并完成FIR运算后, 该指针指向x(n- (N- 1)) , 所以, 使用循环寻址可以方便地完成滤波窗口数据的自动更新.4 FIR滤波器设计实例给定FIR数字带通滤波器的技术指标为: 2个通带截止频率分别为4kHz和6kHz, 2个阻带截止频率分别为3kHz和7kHz, 采样频率均为25kHz. 输入为一个混合信号f = [ cos(2000Pt) + cos(10000Pt) + cos(20000Pt)] /6,利用Matlab设计FIR带通滤波器的系数, 将得到的滤波器系数乘以32768(即215)后舍尾取整可得DSP中滤波器系数列表. 用. word汇编命令将各滤波器系数直接输入到DSP程序中; 模拟输入数据由C语言程序实现, 然后用. copy命令将C语言程序生成的数据文件firinput拷贝到DSP程序中. DSP程序实现读入数据、滤波、显示波形等方面的任务. 完成FIR滤波器的程序框图如图3所示, 可知FIR滤波器的DSP实现主要由以下4方面的内容组成.4.1 模拟输入数据的生成用C语言程序生成输入数据, 通过. copy汇编命令将生成的数据文件拷贝到汇编程序中, 作为FIR滤波器的输入数据. C语言程序运行后所生成的数据文件名为firinpu,t 生成firinput数据文件的C语言程序如下所示:#include"stdio. h"#include"math. h"main( ){int ;idouble f[ 256];FILE*fp;if( ( fp= fopen( "e: \ \ firinput", "wt") ) = =NULL){printf( "canct openfile! \n");}for( i=0; i< =255; i++ ){f[ i] =( cos( 2* 3. 14159265* *i 1000/25000) + cos( 2* 3. 14159265* *i 5000/25000) +cos( 2* 3. 14159265* *i 10000/25000) ) /6;fprintf( fp, " . word %ld\n", ( long) ( f[ i]* 32768) );}fclose( fp);}4.2 DSP初始化程序 DSP初始化程序包括了对堆栈指针( SP)、软件等待状态寄存器( SWWSR)、中断寄存器( IFR)、中断屏蔽寄存器( IMR)以及处理器工作状态寄存器( PMST)的初始化; 另外还对各变量赋值, 具体的程序如下: . def _c_int00. mmregsswcr . set 2bht_ar2 . set 066ht_ar3 . set 067hout_wave_buf . set 0d00hdata_in . set 0f00hN . set 51fir_coef_buf . set 100hfir_data . set 200h. textrs b_c_int00_c_int00:stm#2020h, pmstssbx intmssbx sxmssbx frctstm #10h, 26hstm #10h, 36hstm #0ffh, spld #0, dpstm #0ffffh, ifrstm #20h, imrstm #02492h, swwsrstm #0, swcr可看出, FIR滤波器的系数列表将存在100h开始的单元中, 输入数据将存在200h开始的单元中, 而输出数据将存在0d00h开始的单元中.4.3 滤波系数以及输入数据的调入由于滤波器系数一开始是存在程序存储器中, 输入数据则是存在程序外的文件中, 程序对这2组数据进行处理时, 需要把两者都调到数据存储器中, 具体实现程序如下:stm #fir_data, ar6rpt #255mvpd #inpu,t*ar6+stm #fir_coef_bu,f ar6rpt #N-1mvpdfir_coe,f*ar6+stm #fir_coef_bu,f t_ar2stm #fir_data, t_ar3这段程序实现的是把输入数据调到以200h开始的单元, 而把滤波系数调到从100h开始的单元.4.4 滤波子程序一次滤波的过程实质上就是对2组数进行有规律的乘加计算, 具体程序如下:fir:mvdm #t_ar2, ar2 ; 将起始滤波系数地址100h 赋给ar2mvdm #t_ar3, ar5 ; 将起始输入数据地址200h 赋给ar5stm #data_in, ar3 ; ar3=0f00hstm #255, brc ; 定义块循环次数rptbdloop-1 ; 定义块循环结束地址stm #N, bk ; 定义循环缓冲器大小ld *ar5+, a ; 将新数据读到累加器a中 stl a,*ar3+% ; 将新数据读入栈顶rptz a, #(N-1) ; 定义循环次数, 之前先将a累加器清0mac *ar2+0%,*ar3+0%, a ; a=ar2*ar3+a, 每完成一次计算ar2、ar3 ; 指针所对应地址+1sth a, * ar6+ ; 将计算结果保存输出loop这个程序段将重复执行256次, 从而实现对于数据的读入、处理、输出等功能.5 结语本文介绍了一个实时数据采集处理系统的设计和实现, 系统以DSP芯片和TLC320AD50芯片为核心,有很强的数据处理能力和灵活的外围接口电路, 实验证明, 可较好地实现语音的滤波. 该系统可扩展为3G手机语音识别系统, 也可以作为语音信号处理算法研究和实时实现的通用平台参考文献: :[ 1] 邹彦. 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基于DSP的通用语音编译码器设计与实现作者:董少杰聂伟张永杰来源:《现代电子技术》2011年第23期摘要:实现了一种基于DSP的通用语音编译码器实验平台。
在该平台上通过软件重构可以实现常用语音信号的编译码。
详细介绍了应用DSP实现通用语音编译码中的关键技术,包括硬件平台设计、软件结构和接口扩展等。
由于硬件和软件采用模块和结构化设计,通过开放的模块接口和子程序使得该设计具有扩展和升级容易、学生参与度高等优点。
最后通过实际测试验证了设计的正确性。
关键词:语音信号处理; DSP;编码器;解码器;实验系统中图分类号:文献标识码:A文章编号:Design and Implementation of Universal Speech CODEC Based on DSP Platform(Computer System and Communication Laboratory, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)Abstract: A kind of universal speech encoding and decoding platform on DSP is implemented, which can complete the encoding and decoding common speech signals by using the software refactoring technology. The key techniques of implementing the general speech encoding and decoding are introduced such as hardware platform design, software structure and interface expansion. Because of that hardware and software used modularization and structuralization design, this design has advantages of easy expansion and upgrade, and students participation through open interface module and subroutine. At last, the correctness of this design is verified through the simulation and the actual test.Keywords: speech signal processing; DSP; encoder; decoder; experimental system收稿日期:基金项目:实验中心专项建设资金(B40828,BJDGDZ)资助0引言语音信号处理在通信系统中占有重要地位,也是通信工程专业的重要课程[1]。
基于DSP的语音采集和回放系统的实现王丽琴;史航【摘要】基于DSP的语音采集和回放系统,主要采用C语言进行软件编写,并在CCS环境下进行功能仿真,播放变换后语音,并给出了具体的实现方法和步骤。
实例表明,DSP满足双声道的语音信号处理的需要,具有广泛的应用价值。
【期刊名称】《时代农机》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】2页(P57-58)【关键词】语音信号处理;DSP;语音采集和回放【作者】王丽琴;史航【作者单位】[1]常州信息职业技术学院,江苏常州213000;[2]江苏理工学院,江苏常州213000;【正文语种】中文【中图分类】TP391.42语音信号广泛存在于日常生活和工业生产过程中,具有信号频谱较全、采样速度较低、随机性强、应用场合多、实时性和稳定性等特点。
语音信号处理是一门重要的学科,在数字话音通信、声控打字机、自动语音翻译、多媒体信息处理等许多方面有重要的应用,如语音电子信箱、语音浏览、语音导航等。
随着数字信号处理算法在DSP中的实现,很多以前很难实现的语音信号处理算法都可以在DSP中实现。
1 数字信号处理器DSPDSP是数字信号处理器(Digital Signal Processing)或集成的单片数字信号处理器(Digital Signal Processor)的缩写。
DSP技术是利用计算机或专用处理设备,以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工以达到提取信息和便于应用目的的一种技术。
DSP技术包括数字信号处理的理论和数字信号处理的实现。
DSP是数字信号处理系统的核心,一般由CPU、片内外设和存储空间构成。
TMS320VC5509 DSP芯片是目前集成度较高的通用型DSP,能提供完备的系统解决方案,具有96K×16位的单口 SRAM、32K×16位的双口 SRAM、32K×16位的ROM和6通道的DMA(直接存储器存储)。
基于DSP的通用语音信号处理系统的设计摘要:介绍一种基于DSY的语音信号处理系统,该系统采用TMS320VC5509作为主处理器,TLV320AIC2313作为音频芯片,在此基础上完成系统硬件平台的搭建和软件设计,从而实现对语音信号的采集、滤波和回放功能.它可作为语音信号处理的通用平台。
关键词: 语音处理;DSY;TMS320VC5509;TLV320AIC2313Abstract:Design of speech signal processing system basednuDSY is introduced in this paper.The system adopts TMS320VC5509 as themain processor and TLV320AIC2313as codec chip,and the system's hardware platform and software design are completed basednuThe system canrealize the function of speech signal acquisition,processing and playing.Itcau he used as auniversal platform forthem,ntherspeech signal processing.Key words: speech processin;DSY;TMS320VC5509;TLV320AIC23131引言语音是人类相互之间进行交流时使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。
在高度信息化的今天,语音信号处理是信息高速公路、多媒体技术、办公自动化、现代通信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一。
通常这些信号处理的过程要满足实时且快速高效的要求,随着DSP技术的发展,以DSP为内核的设备越来越多,为语音信号的处理提供了良好的平台。
本文设计了一个基于TMS320VC5509定点的语音信号处理系统,实现对语音信号的采集、处理与回放等功能,为今后复杂的语音信号处理算法的研究和实时实现提供一个通用平台。
2.系统硬件设计语音处理系统主要由主控单元、语音采集、输入/输出单元等组成。
系统选用TI公司的TMS320VC5509 DSP(以下简称为5509DSP)作为主处理器负责完成整个系统的控制;选择TLV320AIC23B(以下简称为AIC23)作为CODEC芯片来实现语音的采集和语音输出。
系统的硬件结构如图1所示。
2.1芯片介绍5509 DSP是TI公司推出的一款低功耗高性能的16位定点数字信号处理器,它的最高工作频率能达到144MHZ,它具有强大的并行特性以及方便用户编程的指令流水线的自动保护机制,保证了指令的高效率执行。
5509 DSP采用统一编址的方式来划分存储空间,使其便于大量数据的处理与程序的优化。
它提供了DMA控制器,总线控制器、定时、MCBSP串口等丰富的外围设备,同时片内还集成了128x16的SRAM,,并具有EMIF接口,可以与SDRAM无缝连接,为实现复杂的语音算法提供了可能。
AIC23是TI生产的一款高性能、低功耗的立体音频CODEC芯片,支持MIC 输入和立体声输入两种输入方式以及立体声输出,提供48KHZ带宽,最大采样率为96KHZ,内置耳机输出放大器,且对输入和输出都具有可编程增益调节、片内集成了转换器,采用先进的乏过采样技术,可以在8K到96K的频率范围内提供16bit ,20bit , 24bit和32bit的采样。
ADC和信噪比分别可达到90dB 和100dB-A/D和D/ADAC的输出。
2.2 TMS320VC5509与TLV320AIC23B的接口(及数据的采集与输出)由上图1可知,5509 DSP与AIC23之间有两种接口:控制接口和数字音频接口。
前者用于设置CODEC芯片的工作参数;后者用于传输音频数据,即输入/输出CODEC的A/D , D/A数据。
AIC23的控制接口有两种工作方式:SPI线制和IIC C2线制,由引脚MODE 来决定。
当MODE为低电平时,CODEC选择IIC工作方式相反选择IIS工作方式、由于5509 DSP内部集成了IIC总线因此使用IIC方式来控制CODEC比较方便、5509 DSP作为IIC总线的主设备,AIC23作为从设备。
5509 DSP通过设置其内部的控制寄存器对AIC23进行各种控制操作,例如设置采样率、左右输入声道的音量等。
AIC23的数字音频接II用于传输A/D和D/A数据,可配置成DSP模式,可以方便地与DSP的串口 MCBSP相连接进行通信。
其引脚连接图如图2所示。
BCLK为数据位时钟信号, LRCIN和LRCOUT分别是DAC数据和ADC数据帧同步信号、DIN和DOUT分别是串行数据输入和输出信号、其工作时序如图3所示。
当LRCIN/LRCOUT信号的下降沿到来时,开始进行数据传输、最开始一个数据字为左声道的音频数据,随后,再传输右声道的数据字。
其数据字长可通过寄存器设置。
2.3 音频数据的处理及滤波(1)滤波方式的选择随着DSP技术的高建发展,人们对信号处理的实时性、准确性和灵活性的要求越来越高,DSP技术在信号处理中的地位也越来越重要。
自适应滤波器是一种复杂的算法,设计它是为了在均衡信道,抵消回波,增强谱线,抑制噪声等方面有所应用。
而自适应滤波器的实现主要采用最小均方误差算法完成。
自适应算法通过调整滤波器系数来实现可以更好地跟踪信号的变化,最终实现自适应滤波。
所以我们这里采用自适应滤波器,它由两部分组成,一是滤波器结构,二是调整滤波器系数的自适应算法。
自适应滤波器的结构采用FIR或IIR结构均可,由于IIR滤波器存在稳定性问题,因此我们采用FIR滤波器作为自适应滤波器的结构。
图4给出了自适应滤波器的一般结构。
图4 自适应滤波器的一般结构图4为自适应滤波器结构的一般形式,图中x(n)为输入信号,通过参数可调的数字滤波器后产生输出信号y(n),将输出信号y(n)与标准信号(或者为期望信号)d(n)进行比较,得到误差信号e(n)。
e(n)和x(n)通过自适应算法对滤波器的参数进行调整,调整的目的使得误差信号e(n)最小。
自适应滤波器设计中最常用的是FIR横向型结构。
图5是横向型滤波器的结构示意图。
图5 横向型滤波器的结构示意图其中:x(n)为自适应滤波器的输入;w(n)为自适应滤波器的冲激响应:w(n)={w(O),w(1),…,w(N-1)};y(n)为自适应滤波的输出:(2)自适应滤波算法自适应滤波器除了包括一个按照某种结构设计的滤波器,还有一套自适应的算法。
自适应算法是根据某种判断来设计的。
自适应滤波器的算法主要是以各种判据条件作为推算基础的。
通常有两种判据条件:最小均方误差判据和最小二乘法判据。
LMS算法是以最小均方误差为判据的最典型的算法,也是应用最广泛的一种算法。
理想信号d(n)与滤波器输出y(n)之差e(n)的期望值最小,并且根据这个判据来修改权系数wi(n)。
由此产生的算法称为LMS。
均方误差ε表示为:对于横向结构的滤波器,代入y(n)的表达式:其中:R=E[X(n)XT(n)]为N×N的自相关矩阵,它是输入信号采样值间的相关性矩阵。
P=E[d(n)X(n)]为N×1互相关矢量,代表理想信号d(n)与输入矢量的相关性。
在均方误差ε达到最小时,得到最佳权系数它应满足下式:这是一个线形方程组,如果R矩阵为满秩的,R-1存在,可得到权系数的最佳值满足:W*=R-1p。
用完整的矩阵表示为:显然φx(m)=E[x(n)x(n-m)]为x(n)的自相关值,φxd(R)=E[x(n)d(n一k)]为x(n)与d(n)互相关值。
在有些应用中,把输入信号的采样值分成相同的一段(每段称为一帧),再求出R,P的估计值得到每帧的最佳权系数。
这种方法称为块对块自适应算法。
如语音信号的线性预测编码LPC就是把语音信号分成帧进行处理的。
R,P的计算,要求出期望值E,在现实运算中不容易实现,为此可通过下式进行估计:用以上方法获得最佳W*的运算量很大,对于一些在线或实时应用的场合,无法满足其时间要求。
大多数场合使用迭代算法,对每次采样值就求出较佳权系数,称为采样值对采样值迭代算法。
迭代算法可以避免复杂的R-1和P的运算,又能实时求得近似解,因而切实可行。
LMS算法是以最快下降法为原则的迭代算法,即W(n+1)矢量是W(n)矢量按均方误差性能平面的负斜率大小调节相应一个增量:W(n+1)=W(n)-μ▽(n),这个“是由系统稳定性和迭代运算收敛速度决定的自适应步长。
▽(n)为n次迭代的梯度。
对于LMS算法▽(n)为下式E[e2(n)]的斜率:由上式产生了求解最佳权系数W*的两种方法,一种是最陡梯度法。
其思路为:设计初始权系数W(0),用W(n+1)=W(n)一μ▽(n)迭代公式计算,到W(n+1)与W(n)误差小于规定范围。
其中▽(n)计算可用估计值表达式:上式K取值应足够大。
如果用瞬时一2e(n)X(n)来代替上面对-2E[e(n)X(n)]的估计运算,就产生了另一种算法——随机梯度法,即Widrow-Hoft的LMS算法。
此时迭代公式为:W(n+1)=W(n)+2ue(n)X(n)以后讨论的LMS算法都是基于WidrOW-Hoff的LMS算法。
上式的迭代公式假定滤波器结构为横向结构。
对于对称横向型结构也可推出类似的迭代公式:W(n+1)=W(n)+2ue(n)[X(n)+X(n一N+1)]3系统软件设计及程序流程的构建语音处理系统的主要任务是:采集从MIC输入的语音信号,经AIC23进行A/D 转换后通过MCBSP通道传送到5509 DSP片内DSP对这些语音数据进行滤波等一系列算法处理后,再将结果输入给AIC23,进行D/A转换,最后由耳机输出。
程序设计流程如图6所示。
由流程图可知,程序包含以下几部分:1)DSP初始化。
对DSP的寄存器以及缓冲串口MCBSP{4,5,6}进行初始化。
2)AIC23初始化。
通过正确设置AIC23的各个控制寄存器对其进行初始化,这样AIC23才能开始采集数据。
3)设置DSP的中断,并开辟数据缓冲区。
我们采用了DMA方式来实现AIC23与5509 DSP的MCBSP之间的数据交换,MCBSP口每接收到一次数据(采集),便会向DMA发送一个触发事件,DMA将数据搬移到指定的数据缓冲区存储起来,当接收到一定数量的数据后,DMA向CPU发出中断请求,等待进一步的处理,如滤波,D/A转换等、其实,数据的输出操作与此恰好相反。
4)语音数据处理。