基于A(yíng)DPCM的數字語(yǔ)音存儲與回放系統設計方案

　　2.3 預加重處理

　　為了提升語(yǔ)音質(zhì)量，一般都會(huì )對采集的語(yǔ)音進(jìn)行預加重處理。使得信號的高頻部分進(jìn)行提升，同時(shí)信號更平坦。處理的時(shí)候一般在高頻段按照-6 dB/倍頻程跌落，在FPGA內部實(shí)現具有6 dB/倍頻程提升高頻特性的預加重數字濾波器。選取一階高通濾波器，其特性函數為：

　　式中u 值取為0.94~0.97.當然，在信號處理之后，還需要通過(guò)去加重來(lái)還原原本的語(yǔ)音信號。

　　2.4 分幀加窗處理

　　為了能用傳統的方法對語(yǔ)音信號進(jìn)行分析處理，需要對本來(lái)是時(shí)變語(yǔ)音信號進(jìn)行加窗處理。假定語(yǔ)音信號在30 ms內是平穩的，則在30 ms范圍內對于語(yǔ)音信號分割加窗。若采樣速率為46 kHz,每幀信號由512個(gè)點(diǎn)組成，則一幀的時(shí)間長(cháng)度為11.1 ms,滿(mǎn)足語(yǔ)音信號的短時(shí)平穩特性。

　　不同的窗函數對于信號會(huì )有不同的處理結果，為了選取更優(yōu)的處理結果，于是對于矩形窗和漢明窗兩個(gè)最為典型的窗的特性進(jìn)行比較，結果如圖4,圖5所示。

　　由圖4,圖5可知，矩形窗有不錯的平滑特性，但是在頻譜帶外會(huì )有一定的信號損失，會(huì )有泄漏現象。而漢明窗雖然平滑特性不好，但是其帶寬卻大于矩形窗，更適合語(yǔ)音信號處理。故在時(shí)域中對每幀信號添加漢明窗，再進(jìn)行傅里葉變換，能更真實(shí)地分析其頻譜信息。

　　顯示頻譜時(shí)，由于示波器的分辨率有限，對512 點(diǎn)的頻譜信息，采取每間隔8個(gè)點(diǎn)抽取1個(gè)點(diǎn)的方式，即得到64 點(diǎn)的頻譜信息。由于顯示時(shí)只需顯示0~ fs 2（fs為采樣速率）頻率段的信息，故最后在示波器上清晰地顯示32個(gè)點(diǎn)的頻譜。

　　3 單元模塊電路設計

　　3.1 前級放大電路

　　一般來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音的輸入能量不大，為了完成A/D 操作，就需要對輸入的信號進(jìn)行放大。對于簡(jiǎn)單的電路放大設計，選用最基本的AD620、INA129.對于調制電阻RG ,通過(guò)增益計算公式G = 49.4 kΩ/RG + 1 可以計算得到， RG 使用50 kΩ可調電位器來(lái)達到2.5 倍的增益放大，電路設計圖如圖6,圖7所示。

　　3.2 A/D及D/A設計電路

　　PCM3010 為24 b 立體聲音頻編碼器，其內部包含Σ-Δ 型ADC和DAC.其中立體聲ADC輸入信號峰峰值為3 V,內置抗混疊濾波器和高通濾波器，采樣速率為16~96 kHz可調，立體聲DAC輸出信號峰峰值為3 V,內置去加重濾波器，轉換速率為16~192 kHz可調。DAC輸出信號接后置低通濾波器，可實(shí)現較好的波形輸出。

　　該芯片將ADC、DAC集成一體，極大地簡(jiǎn)化了硬件電路規模，并且價(jià)格便宜，具有極高的性?xún)r(jià)比。這里在某些數據線(xiàn)與控制線(xiàn)上串接了一個(gè)小電阻，以降低信號上下邊沿的跳變速率。其電路圖如圖8所示。

　　3.3 音量控制及功放電路

　　音量調節選用高性能立體聲音頻音量控制芯片PGA2310實(shí)現。通過(guò)數字方法控制模擬音量，每聲道音量單獨可調，并具有靜噪功能。它具有極寬的增益衰減范圍，-95.5~31.5 dB 以0.5 dB 步進(jìn)可調，失真度僅為0.000 4%.其輸出兩路信號送入高效D 類(lèi)音頻功率放大器TPA2000D4,+5 V 供電驅動(dòng)4 Ω負載時(shí)功率可達2 W.其靜態(tài)功耗低，外接電路簡(jiǎn)單，無(wú)需外接LC輸出濾波器，即可直接驅動(dòng)揚聲器。電路圖如圖9所示。