基于TMS320C50的通用語(yǔ)音信號處理系統

　　語(yǔ)言是人類(lèi)相互溝通信息的重要工個(gè)。隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是語(yǔ)音通信和各種語(yǔ)音產(chǎn)品的廣泛普及,語(yǔ)音信號的數字化處理在越來(lái)越多的領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。目前,各種以語(yǔ)言信號數字處理為特點(diǎn)的商品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng),商品化的語(yǔ)音信號處理機也已問(wèn)世,如KAY公司的CSL TM（Computerized Speech Lab）。

　　一個(gè)完備的語(yǔ)音信號處理系統不但要具備語(yǔ)音信號的采集和回放功能,而且更重要的是要能完成復雜的語(yǔ)音信號分析和處理算法。通常這些算法運算量大,且又要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)或準實(shí)時(shí)的快速高效處理要求,因此需采用高速DSP芯片。另外,在要求系統滿(mǎn)足較好的通用性的同時(shí),針對不同的應用和不斷出現的新處理方法,還要使系統便于功能的改進(jìn)和擴展。

　　為此,我們以PC機為主機,以TMS320C50為信號處理核心設計了該系統,其硬件配置框圖見(jiàn)圖1。其中,TMS320C50是美國Texas Instrument公司的16位定點(diǎn)DSP產(chǎn)品,它包括改進(jìn)的哈佛（Harvard）結構、高性能CPU、片內存儲器、在片外圍接口以及一套高效的泄編指令集,計算速度可達40Mips,且性能價(jià)格比好。

　　1 系統結構

　　系統硬件置如圖1所示。

　　1.1 PC主機

　　考慮到系統的通用性和易實(shí)現性,我們把CP機作為系統的主機,其具體配置由不同的應用確定。它主要提供系統的人機對話(huà)界面,以控制完成系統各項功能。

　　1.2 PREPROC部件

　　整個(gè)系統采用全模塊化結構,配置靈活,調試維護方便,支持軟件實(shí)現的各種語(yǔ)音數字處理算法。整個(gè)系統由一臺PC機和四個(gè)模塊部件組成。這四個(gè)模塊部件分別為輸入信號放大部件（PREPROC）、功率放大部件（POSPROC）、高速數字信號處理部件（DSP）和16位高精度采樣回放部件（AD/DA）。其中,DSP部件完成具體的信號處理任務(wù),并控制AD/DA部件完成語(yǔ)音信號的采集和回放;PREPROC部件完成對輸入語(yǔ)音信號的放大和防混疊濾波;POSPROC部件完成平滑濾波和功率放大。

　　該部件對話(huà)筒輸入信號或線(xiàn)咱輸入信號進(jìn)行放大和防混疊濾波處理,其輸出供給AD/DA部件進(jìn)行采樣。其設計指標為：話(huà)筒輸入范圍1mV～31.6mV,線(xiàn)路輸入范圍100mV～3.16V,輸入阻抗10kΩ,部件增益可調,在標稱(chēng)范圍內可將信號放大到AD輸入的滿(mǎn)刻度±10V。其中的防混疊濾波器作為獨立的插件,詳細設計在后面說(shuō)明。

　　1.3 POSPROC部件

　　該部件對D/A送出的模擬信號進(jìn)行恢復濾波和功率放大,其輸出供給場(chǎng)聲器?？奢敵鲎畲蠊β蕿?W,用來(lái)推動(dòng)8Ω的揚聲器。其中恢復濾波器作為獨立的插件,詳細設計在下面說(shuō)明。

　　1.4 濾波器插件

　　本系統提供10kHz和20kHz兩種濾波器插件供選擇。為適應不同的應用需要,系統可配置不同截止頻率的濾波器插件或外接截止頻率可調的濾波器。

　　系統提供的防混疊濾波器和恢復濾波器,分別由兩片MAX274及其外接電阻構成的兩個(gè)八階切比雪夫低通濾波器串聯(lián)構成。由器件手冊可知,MAX274由四個(gè)同樣的濾波單元組成,每個(gè)濾波單元就是一個(gè)二階濾濾器。為了方便起見(jiàn),將四個(gè)濾波單元依次編號A、B、C、D。由《有源濾波器精確設計》可查得通帶起伏為0.2dB的八階切比雪夫低通濾波順的歸一化參數B和C,然后,由MAX274器件手冊可知：對于每一個(gè)濾波單元,有：

　　在應用中,我們把MAX274的FC腳接地,則Rx/Ry=0.2,由此可計算出各個(gè)電阻值。實(shí)際應用中,因為阻值較特殊,每個(gè)電阻值須由兩個(gè)精密電阻串聯(lián)得到。

　　1.5 DSP部件

　　該部件是塊插在ISA總線(xiàn)上的半長(cháng)板,它控制AD/DA部件完成語(yǔ)音數據的采集和回放,并根據下載軟件完成相應的信號分析,是該系統的關(guān)鍵部件。它由TMS320C50（工作頻率40MHz）、雙端口RAM（4K×8）、FIFO（1K×8）及相應的控制電路組成。

　　使用時(shí),DSP程序由主機通過(guò)雙端口RAM下載到C50的內部程序區。采樣前,C50通過(guò)內部定時(shí)器Timer來(lái)設置AD/DA部件的采樣頻率。單個(gè)樣點(diǎn)采樣完成后,AD/DA部件產(chǎn)生C50硬件中斷INT1,C50響應中斷INT1,將來(lái)自AD的采樣數據寫(xiě)入FIFO,主機通過(guò)讀FIFO獲得采樣數據;語(yǔ)音回放前,C50按照回放頻率設置內部定時(shí)器Timer,使之產(chǎn)生中斷INT1;回放時(shí),主機將數據寫(xiě)入FIFO,C50定時(shí)響應中斷INT1,從FIFO讀取數據并將它送到DA輸出;信號處理任務(wù)在C50內部完成,單次處理的輸入輸出數據通過(guò)雙端口RAM在主機與DSP部件之間交換。

　　為了方便地編寫(xiě)軟件,在此我們列出DSP部件與PC機以及AD/DA部件之間的接口參數：