基于DSP的語音信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱鴻序?彭森

摘 要：本文根據(jù)語音采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于TMS320VC5402的DSP芯片的語音采集系統(tǒng)。以DSP芯片為控制核心，在MATLAB中進(jìn)行語音信號的采集，然后將采集的語音信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給DSP核心模塊，最后對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或處理。

關(guān)鍵詞：DSP芯片；數(shù)據(jù)采集；語音信號；TLC320AD50

1. 引言

數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一項(xiàng)基本的實(shí)用性技術(shù)，已被廣泛地應(yīng)用于測量、監(jiān)測、控制、診斷、科學(xué)試驗(yàn)等各個領(lǐng)域。近二十年來，數(shù)據(jù)采集技術(shù)由于采用了微機(jī)等一系列新技術(shù)，得到了飛速的發(fā)展。隨著數(shù)字信號處理各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，語音信號處理技術(shù)得到不斷提高，語音合成、語音識別、語音記錄與語音控制等技術(shù)已開始逐步成熟并得到應(yīng)用。在語音信號處理過程中，要實(shí)現(xiàn)語音信號處理技術(shù)的精確性、實(shí)時性目的，語音信號采集和無誤差存儲成為語音信號處理中的前提。

2. 工作原理

基于TMS320VC5402的語音信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)的中央處理單元采用美國TI（德州儀器）公司的高性能定點(diǎn)數(shù)字信號處理芯片TMS320VC5402，它采用修正的哈佛結(jié)構(gòu)，包括1個程序存儲總線、3個數(shù)據(jù)存儲總線和4個地址總線，這種結(jié)構(gòu)允許同時執(zhí)行程序指令和對數(shù)據(jù)操作，運(yùn)行速度快，單周期定點(diǎn)指令執(zhí)行時間為10ns。在語音信號采集中， 模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換（ADC）的精度和實(shí)時性對后續(xù)信號處理過程起到了重要作用。設(shè)計(jì)中采用TLC320AD50完成語音信號的A/D轉(zhuǎn)換。TLC320AD50是TI公司提供的一款16 bit同步串口A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片，ADC之后有1個抽取濾波器以提高輸入信號的信噪比， 其采樣頻率最高可達(dá)22.5 Kb/s，滿足語音信號處理中關(guān)于采樣頻率的要求。

3. 主程序流程圖

主程序流程圖如圖2所示。

4. 系統(tǒng)仿真

MATLAB 是美國Math Works 公司推出的一種面向工程和科學(xué)計(jì)算的交互式計(jì)算軟件，在MATLAB 環(huán)境中，可以通過多種編程方法驅(qū)動聲卡實(shí)現(xiàn)對語音信號的采集和播放，它的信號處理與分析工具箱為語音信號分析提供了十分豐富的功能函數(shù)，利用這些功能函數(shù)可以快捷而又方便地完成語音信號的處理和分析.使用MATLAB 語言編程可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件，然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù)，如數(shù)字濾波、傅里葉變換、時域和頻域分析、聲音回放以及各種分析圖的呈現(xiàn)等等.下面給出一個MATLAB 程序，讀入一個采樣頻率為 22.050 kHz、16 位單聲道的WAV 文件，然后播放并做語音信號的波形、頻譜和倒譜圖如圖3所示。

4. 結(jié)論

本文介紹了由TMS320VC5402組成的語音信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。AD50C豐富的可編程功能設(shè)置使系統(tǒng)能方便的實(shí)現(xiàn)不同采樣率的轉(zhuǎn)換，輸入輸出增益控制，轉(zhuǎn)換前后的抗混疊與均值濾波等。VC5402的強(qiáng)大信號處理能力使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的信號處理算法，不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集還能夠?qū)Σ杉盘栠M(jìn)行算法處理。系統(tǒng)若連接液晶顯示模塊并在軟件上進(jìn)一步豐富功能，可以應(yīng)用于實(shí)際管道泄漏檢測中，具有較高的應(yīng)用價值。

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作者簡介

朱鴻序（1994-），邵陽學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。

通訊作者

彭森（1983-），邵陽學(xué)院信息工程系教師。