基于DSP的实时语音压缩编解码系统的设计与实现

基于DSP的语音编解码系统的设计与实现随着我国通信行业的快速发展，要求通信专业的毕业生不仅要对通信知识有很好的掌握，而且还要具备综合设计和创新能力。

为满足社会的实际需求，培养多层次的应用型人才，学校通信实验室拟开发一套现代通信实验系统，用于本科通信相关课程的实验教学中。

本课题从现代通信实验系统的要求出发，设计并实现了基于DSP(数字信号处理器)的语音编解码系统。

论文根据系统的功能需求，完成了该系统的软硬件设计，其中包括：分别采用PCM(脉冲编码调制)和ADPCM (自适应脉冲编码调制)两种方式实现了语音信号在DSP上的实时压缩处理；利用CYPRESS公司一款优秀的USB2.0控制器CY7C68013A的GPIF(通用可编程接口)主模式设计了
PC-USB2.0-HPI架构，并按照此架构编写了上位机应用程序；以及设计了各个功能模块的驱动程序。

最终实现了PC机通过USB2.0接口实时控制DSP进行语音或数据通信，并且语音码流或数据可通过板上的数字接口与现代通信实验系统的信道部分进行无缝连接。

研制的语音编解码系统板经测试，各项功能均符合设计要求。

同时，针对USB接口技术广泛的应用需求，采用CY7C68013A的另外一种接口模式—Slave FIFO从属模式，设计了一种通用的USB2.0接口，可用于任何一款MCU。

目前已成功应用于化学测试仪的USB2.0接口开发中，该设计的软硬件均工作正常，数据传输不存在误码。

基于DSP的高速实时语音识别系统的设计与实现实时语音识别系统中，由于语音的数据量大，运算复杂，对处理器性能提出了很高的要求，适于采用高速DSP实现。

虽然DSP提供了高速和灵活的硬件设计，但是在实时处理系统中，还需结合DSP器件的结构及工作方式，针对语音处理的特点，对软件进行反复优化，以缩短识别时间，满足实时的需求。

因此如何对DSP进行优化编程，解决算法的复杂性和硬件存储容量及速度之间的矛盾，成为实现系统性能的关键。

本文基于TMS320C6713设计并实现了高速实时语音识别系统，在固定文本的说话人辨识的应用中效果显著。

1 语音识别的原理语音识别的基本原理框图如图1所示。

语音信号中含有丰富的信息，从中提取对语音识别有用的信息的过程，就是特征提取，特征提取方法是整个语音识别系统的基础。

语音识别的过程可以被看作足模式匹配的过程，模式匹配是指根据一定的准则，使未知模式与模型库中的某一模型获得最佳匹配。

1.1 MFCC语音识别中对特征参数的要求是：(1) 能够有效地代表语音特征；(2) 各阶参数之间有良好的独立性；(3) 特征参数要计算方便，保证识别的实时实现。

系统使用目前最为常用的MFCC(Mel FrequencyCepstral Coefficient，美尔频率倒谱系数)参数。

求取MFCC的主要步骤是：(1) 给每一帧语音加窗做FFT，取出幅度；(2) 将幅度和滤波器组中每一个三角滤波器进行Binning运算；(3) 求log，换算成对数率；(4) 从对数率的滤波器组幅度，使用DCT变换求出MFCC系数。

本文中采用12阶的MFCC，同时加过零率和delta能量共14维的语音参数。

1.2 DTW语音识别中的模式匹配和模型训练技术主要有DTW(Dynamic Time Warping，动态时间弯折)、HMM(HideMarkov Model，隐马尔科夫模型)和ANN(Artificial Neu-ral Network，人工神经元网络)。

【2023年】辽宁省锦州市全国计算机等级考试数据库技术测试卷(含答案) 学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、1.选择题(10题)1. 如果在一个关系中，存在某个属性(或属性组)，虽然不是该关系的主码或只是主码的一部分，但却是另一个关系的主码时，称该属性(或属性组)为这个关系的A.候选码B.主码C.外码D.连接码号2. 数据库维护阶段的故障维护工作是指A.排除设备故障B.恢复遭到破坏的数据库C.修改不适当的库结构D.修改应用程序3. 按数据模型的分类，哪些属于数据库的结构模型? ( )A.层次模型、关系模型和网状模型B.网状模型、链式模型和环状模型C.分布式模型、网络模型和独立模型D.大型、中型和小型4. 关于ADSL，以下哪种说法是错误的?A.ADSL的传输速率通常比在PSTN上使用传统的MODEM要高B.ADSL可以传输很长的距离，而且其速率与距离没有关系C.ADSL的非对称性表现在上行速率和下行速率可以不同D.在电话线路上使用ADSL，可以同时进行电话和数据传输，两者互不干扰5. 有关系S(S#，SNAME，SEX)，C(C#，CNAME)，SC(S#，C#)。

其中S#为学生号，SNAME为学生姓名，SEX为性别，C#为课程号，CNAME 为课程名。

要查询选修“计算机文化”课的全体男学生姓名的SQL语句是：A.S.S#＝SC.S#A ND SEX＝'男'AND CNAME＝'计算机文化'B.S.S#＝SC.S# AND C.C#＝SC.C# AND CNAME＝'计算机文化'C.SEX＝'女'AND CNAME＝'计算机文化'D.S.S#＝SC.S# AND C.C#＝SC.C# AND SEX＝'男' AND CNAME＝'计算机文化'6. 从E-R图导出时，如果两实体间的联系是M:N的，下列说法中正确的是A.将M方关键字和联系的属性纳入N方的属性中B.将N方关键字和联系的属性必定纳入M方的属性中C.在M方属性和N方的属性中均增加一个表示级别的属性D.增加一个关系表示联系，其中纳入M方和N方的关键字7. 对进程与线程的特性，下列说法错误的是( )。

Cadence SPB基于DSP的语音处理系统的设计摘要近年来,随着DSP技术的普及和低价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被广大的工程师所接受越来越广泛地被应用于各个领域,并且已日益显示出其巨大的优越性.DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理,具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求.本次设计基于TLV320AIC23和TMS320VC5416两种芯片设计并实现了一种语音录音、语音编码、语音解码、语音处理和回放的系统。

通过软件和硬件结合对该系统进行设计,使本次设计的语音处理系统具有强大的数据处理能力并配有灵活的接口电路，可以作为一种语音信号处理算法研究和实时实现的通用平台，对语音编码在DSP上的实时实现进行了简单的研究，从而掌握了算法移植的一般流程，为能够在高速DSP硬件平台设计及系统应用开发方面取得成功奠定基础.关键词：DSP;数据采集；TLV320AIC23;TMS320VC5416。

目录摘要I 第1章绪论 1 1.1 DSP的发展及应用 1 1。

2 语音信号处理系统概述 2 第2章DSP 芯片介绍3 2。

1 TLV320AIC23简介 3 2。

2 TMS320VC5416简介 3 第3章系统设计4 3。

1系统硬件设计 4 3.1.1系统结构框图 4 3。

1.2 DSP处理器 5 3.1.3 A/D电路5 3。

1.4 D/A电路7 3。

2系统软件设计10 3.2.1 TMS320VC5416初始化10 3。

2.2 TLV320AIC23初始化10 第4章总结11 参考文献12 致谢13附录14 第1章绪论近年来,在数字信号处理领域有着绝对优势的DSP技术得到了迅速发展，不仅在通信计算机领域大显身手，并已逐渐渗透到人们日常消费领域。

正因为如此,DSP应用越来越得到普遍重视。

DSP作为可编程数字信号处理专用芯片是微型计算机发展的一个重要分支，也是数字信号处理理论实用化过程的重要技术工具。

DSP设计--语音压缩DSP课程设计实验报告语音压缩、存储与回放院（系）：设计人员：成绩：评语：指导教师签字：日期：工程设计50 报告20 答辩30 总分目录一、设计任务书 (3)二、设计内容 (4)三、设计方案、算法原理说明 (4)四、程序设计、调试与结果分析 (9)五、设计（安装）与调试的体会 (20)六、参考文献 (23)一、设计任务书语音信号是信息的重要形式, 语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。

本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。

1、设计要求及目标（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。

（2）采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。

（3）存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。

（4）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。

2、要求完成的任务（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。

（2）实现设计所要求的各项功能。

（3）按要求撰写设计报告。

3、实验目的（1）建立信号处理系统的概念，学会使用DSP处理器；（2）了解DSP处理系统的关键器件的使用方法；（3）掌握DSP课程设计的基本方法，巩固信号处理的基本理论知识；（4）掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法，学会阅读原版英文资料；（5）掌握DSP集成开发环境的使用和调试方法；（6）掌握DSP片外资源和片上资源访问的基本方法，如存储器、定时器、McBSP、DMA、A/D和 D/A转换器等。

4、设计思路语音信号的幅度（发音强度）并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。

达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。

目录摘要 (Ⅲ)ABSTRACT (Ⅳ)1绪论1.1语音处理研究状况 (1)1.2语音处理的硬件基础和应用 (4)2系统硬件部分概述2.1 DSP系统设计概述 (6)2.2 系统的总体构成 (7)2.3 硬件系统核心芯片的选择 (8)2.4 实时语音处理的基本要求 (9)3设计部分3.1 设计目的和要求 (10)3.2 设计原理 (10)3.3 设计内容 (11)3.3.1 理论依据 (11)3.3.2 信号特征分析 (11)3.3.3 方案设计 (11)3.3.4 方案论证 (12)3.3.5 器件选型（硬件电路的设计） (13)4 软件设计4.1 DSP软件开发工具和编程特点 (25)4.2 软件设计 (26)4.3 DSP初始化 (27)4.4 音频采集程序 (30)4.5 TMS320VC5402的并行引导装载分析和设计 (32)总结与致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)摘要提出一个基于TMS320VC5402的音频信号采集与处理系统。

介绍了该系统的总体方案和硬软件设计。

讨论了模/数(A/D)和数/模(D/A)转换电路的设计方法以及如何利用TMS320VC5402的多通道缓冲同步串口(McBSP)和PCM1800及PCM1744芯片接口来实现音频信号的采集和输出。

实验证明：所设计的基于DSP的硬件和软件系统是一个很好的音频信号采集与处理系统。

关键词：多通道缓冲同步串口；音频信号；TMS320VC5402；采集与处理DSP-based real-time voice processing systemAbstractAbstract: A TMS320VC5402-based audio signal acquisition and processing system. Describes the general scheme of the system and the hardware and software design. Discussed the analog / digital (A / D) and digital / analog (D / A) converter circuit design and how to use TMS320VC5402 multi-channel synchronous serial port buffer (McBSP) and the PCM1800 and PCM1744 chip interface for audio signal acquisition and Output. Experimental results show: the designed DSP-based hardware and software system is a good audio signal acquisition and processing system.Keywords: Simultaneous multi-channel buffered serial port；audio signal；TMS320VC5402；acquisition and processing1 绪论1．1语音处理的研究状况语音是人类进行信息交流最直接、最方便、最有效的工具，语音信号是携带语音信息的语音声波。

工程学院基于DSP的语音编码实时实现一、前言：DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段：第一阶段，DSP意味着数字信号处理，并作为一个新的理论体系广为流行；随着这个时代的成熟，DSP进入了发展的第二阶段，在这个阶段，DSP代表数字信号处理器，这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化；接下来又催生了第三阶段，这是一个赋能(enablement)的时期，我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。

” 第一阶段，DSP意味着数字信号处理。

80年代开始了第二个阶段，DSP从概念走向了产品，TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。

方进先生在一篇文章中提到，新兴的DSP业务同时也承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。

当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了适合于商用的低于10美元范围时，DSP在军事、工业和商业应用中不断获得成功。

到1991年，TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片，首次实现批量单价低于5美元，但所能提供的性能却是其5至10倍。

到90年代，多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。

TI首家提供可定制DSP——cDSP，cDSP 基于内核DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。

同时，TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。

到90年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。

基于DSP的音视频数据压缩技术研究随着现代通信技术的快速发展，越来越多的音视频数据被广泛应用于各个领域，如视频监控、视频会议、网络电视等。

而这些音视频数据的存储和传输对带宽和存储空间的要求越来越高，因此需要利用有效的压缩技术来节省资源和提高带宽利用率。

本文将从基于DSP的音视频数据压缩技术的研究角度出发，探讨目前常用的音视频数据压缩方式和相关技术，并比较其特点和应用场景。

一、背景对于音视频数据的压缩，主要目的是在尽量少的数据量的前提下尽量保证数据的质量，从而满足对数据在传输、存储等方面的应用需求。

目前，常见的音视频数据压缩方式有无损压缩和有损压缩两种。

其中，无损压缩是指在不影响数据质量的情况下，将数据进行压缩，主要包括LZW、RLE等算法；而有损压缩是将数据以某种规则进行数据格式化处理，从而通过减少数据传输量达到压缩数据的目的。

二、基于DSP的音视频数据压缩技术目前，基于DSP的音视频数据压缩技术已经成为了一种广泛应用的技术。

其中，基于DSP（数字信号处理器）的压缩技术是指将音视频数据通过特殊的算法处理，从而将原始数据压缩到较小的尺寸，以便在存储和传输时占用更少的带宽和存储空间。

基于DSP的音视频数据压缩技术可以利用DSP的强大计算能力，进行实时音视频压缩编码，提高音视频数据的传输速度和质量。

目前，常用的基于DSP的音视频压缩技术有MPEG、H.264等。

其中，MPEG是一种有损压缩技术，常用于数字电视、DVD 等中，而H.264是一种常见的高清压缩技术。

三、音视频数据压缩技术比较相较于无损压缩技术，有损压缩技术的占用空间更低，可以在一定范围内保证压缩数据输出的质量。

对于不同的音视频数据，不同的压缩方式也有不同的特点和应用场景。

以下是对比MPEG 和H.264的一些细节：1.对于MPEG，由于其可以同时压缩音频和视频，可以在音视频传输方面达到较高的效率，同时由于其压缩比较大，可以满足多数初期应用。

摘要随着通信、计算机网络等技术的飞速发展,语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用。

尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。

人们相互交流的信息量也在不断地急剧增加，庞大的语音信号数据给存储和传输带来了巨大的的压力，使得信道资源变得愈加宝贵。

因此，语音压缩和语音编码技术显得越来越重要。

本课题是基于DSP的G.711语音压缩算法设计与实现，通过DSP将采集到的语音信号进行G.711压缩算法的处理。

最后通过外设输出压缩后的语音信号。

最终实现语音信号的采集、压缩与回放。

本论文根据系统的功能需求，完成了该系统的算法研究，软硬件的设计。

设计出了A律编解码的软件流程框图，在以TMS320VC5502为处理器的硬件开发平台上实现了语音信号的A律压缩解压算法，并给出了压缩程序流程图。

With the communications, computer networks of rapid development, voice compression coding technology has been rapid of development and wide of application. Especially in the last 20 years, speech coding technology was widely application in the mobile communications, satellite communications, multimedia and IP telephony technology, it plays a pivotal role. People mutually exchanging information is increasing dramatically, huge voice signal data to the storage and transmission brought huge pressure, it makes channel resources become more and more valuable. Therefore, speech compress and speech coding technology is becoming more and more important.This topic is based on the DSP of G.711 voice compression algorithm design and implementation. The collected voice signal use G.711 compression algorithm to treat by DSP. The speech signal after compression is output by external equipments finally. It has realized the speech signal collection、compression and playback finally. According to the system's functional requirements, this papers complete hardware and software design of the system. A law designed a flow chart of the software codec in order to TMS320VC5502 processor hardware development platform for the realization of the speech signal on the A-law compression decompression algorithms, And give the compression process flow diagram.摘要 1Abstract 2引言 31绪论 11.1课题的背景 11.2课题的意义 21.3语音压缩编解码概述 42语音压缩的理论依据与算法 52.1语音压缩的理论依据 52.2语音信号产生的数字模型 62.3语音压缩的算法82.3.1 G.711语音编码标准82.3.2 PCM编码82.3.3 A律压扩标准93系统的硬件设计 123.1电源电路133.2复位电路143.3 时钟电路 153.4 JTAG电路 153.5语音采集电路173.6 SDRAM电路183.7 FLASH扩展电路194系统的软件设计 224.1总体程序设计224.2语音编解码程序设计234.3程序的调试24结论25参考文献26附录A硬件电路图27附录B源程序清单28致谢43引言语音是人类相互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。