用FPGA實現(xiàn)靈活的信號音播放系統(tǒng)

李建南

摘要 介紹一種數(shù)字程控交換機語音播放系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。該方案利用FPGA實現(xiàn)一種靈活的語音播放電路，可適應可變長度、可變時隙的語音播放要求。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字程控交換機 時隙 FLASH FPGA

1 引言

信號音產(chǎn)生電路是數(shù)字程控交換機不可缺少的部件，在電話接續(xù)過程中起重要的作用。

信號音包括撥號音、忙音、回鈴音、空號音和各種提示語音等。撥號音、忙音、回鈴音、空號音的頻率為450Hz，音調(diào)符合電信標準規(guī)定的要求。但是，提示語音的內(nèi)容和時長并無規(guī)定要求，不同的應用場合有不同的要求，故需要設計一款靈活的信號音產(chǎn)生器，滿足各種語音提示音要求。

2 信號音產(chǎn)生原理

信號音發(fā)生電路原理框圖如圖1。

存儲器中存儲32段PCM編碼的數(shù)字信號音，每段數(shù)字音存儲長度相等，分別存放接續(xù)信號音、提示音等，依次對應為O～31時隙信號音。

時隙計數(shù)器對位時鐘（ 2MHz）進行計數(shù)，產(chǎn)生時隙地址，作為存儲器的段地址（高5位）;幀計數(shù)器對幀同步信號（8KHz）進行計數(shù)，產(chǎn)生每段數(shù)字音的字節(jié)地址（低位地址）。

當時隙計數(shù)器計數(shù)到時隙n時，輸出地址n，作為存儲器的段地址，選中第n段數(shù)字音;幀計數(shù)器計數(shù)至k幀.輸出地址k，作為存儲器的數(shù)字音的字節(jié)地址。此時，存儲器輸出n時隙k字節(jié)的并行數(shù)據(jù)，送至并串轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為串行PCM碼流，經(jīng)D/A解碼器，將數(shù)字音轉(zhuǎn)換為模擬信號音。

當幀計數(shù)器溢出時，即每段數(shù)字音播放完畢，數(shù)字音將重新開始播放，如此不斷循環(huán)。

3 改進的信號音播放系統(tǒng)

上面描述的信號音產(chǎn)生電路存在信號音時隙和長度不可改變的缺陷，應用范圍受到限制，對于系統(tǒng)要求多種語音提示音且不等長的情況就無能為力了。

為適應信號音可變長度、可變時隙的應用情況，對播放系統(tǒng)進行改進。改進的信號音產(chǎn)生原理框圖如圖2所示。

存儲器中存儲若干段PCM編碼的數(shù)字信號音，每段數(shù)字音存儲長度可以不相等，分別存放接續(xù)信號音、語音提示音等。

增加2組雙口RAM，一組為信號音地址，一組為信號音長度。每個時隙配置一個幀計數(shù)器，適應不同信號音不同長度的要求。

系統(tǒng)需要播放信號音時，CPU將需播放的信號音的起始地址和長度分別寫入對應時隙的信號音地址寄存器和長度寄存器。

當時隙計數(shù)器計數(shù)到時隙n時，輸出時隙n，作為地址存儲器和長度存儲器的地址，獲取n時隙數(shù)字音的起始地址和長度。地址寄存器輸出的值m作為信號音存儲器的高位地址，指向第m塊數(shù)字音的起始地址。n時隙時，第n個幀計數(shù)器輸出幀計數(shù)值k，作為數(shù)字音存儲器的字節(jié)地址（低位地址）。此時，數(shù)字音存儲器輸出第m段數(shù)字音的第k個字節(jié)。

當k值大于對應的長度值時，幀計數(shù)器n清零（其它時隙的幀計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)），數(shù)字音開始重復播放。

圖3中FPGA采用XC6SLX9，共有9125個Logic Cell， 576Kb Block RAM Blocks， 200User I/O。

CPU接口、數(shù)字音產(chǎn)生器、時隙插入器時鐘發(fā)生器由FPGA實現(xiàn)。FLASH存儲器中燒錄了若干段信號音、語音提示音，片選、地址信號由FPGA控制，數(shù)據(jù)輸入至FPGA，轉(zhuǎn)換為PCM串行數(shù)據(jù)。

來自交換網(wǎng)的話音信號輸入FPGA，通過軟件控制話音、信號音選擇器輸出信號音，實現(xiàn)插入提示音的功能。當然，也可以將信號音送至交換網(wǎng)，通過交換網(wǎng)實現(xiàn)播放信號音。

4 結(jié)語

基于FPGA的信號音播放系統(tǒng)，可以在不改變硬件電路的情況下，實現(xiàn)不限長度、不限數(shù)量的數(shù)字音播放，具有靈活應用能力。同時，信號音的時隙可通過軟件設定，可方便插入指定時隙，能有效減少交換網(wǎng)的規(guī)模，降低硬件成本。

參考文獻

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[2]侯伯亨，顧新編著.VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設計[M].西安電子科技大學出版社，1999.