基于TMS320VC5402芯片的語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計.doc

本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 基于TMS320VC5402芯片的語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計院 （系）： 電氣與信息工程學(xué)院 班 級： 通信工程06-3班 姓 名： 倪昭 學(xué) 號： 0608030331 指導(dǎo)教師： 李志軍 教師職稱： 副教授 黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目基于TMS320VC5402芯片的語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計來源教師科研1、研究目的和意義語言是人類相互溝通信息的重要工具。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是語音通信和各種語音產(chǎn)品的廣泛普及，語音信號的數(shù)字化處理在越來越多的領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。語音信號處理技術(shù)是數(shù)字信號處理技術(shù)的重要組成部分，如今高速發(fā)展的語音信號處理技術(shù)已在音頻信息的處理、傳輸和存儲等方面得到廣泛應(yīng)用。一個完備的語音信號處理系統(tǒng)不但要具備語音信號的采集和回放功能，而且更重要的是要能完成復(fù)雜的語音信號分析和處理算法。通常這些算法運算量大，且又要滿足實時或準(zhǔn)實時的快速高效處理要求，需采用高速DSP芯片。另外，在要求系統(tǒng)滿足較好的通用性的同時，針對不同的應(yīng)用和不斷出現(xiàn)的新處理方法，還要使系統(tǒng)便于功能的改進和擴展。如何用硬件實現(xiàn)更有效的語音信號處理成為人們研究的重點。本課題選擇TMS320VC5402芯片來進行語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計，由于DSP芯片具有接口簡單、編程方便、穩(wěn)定性好、精度高、可重復(fù)性好、集成方便等優(yōu)點，尤其適合在語音編碼和通信中得到應(yīng)用，基于DSP的語音處理系統(tǒng)是未來語音處理系統(tǒng)的主流，具有良好的應(yīng)用前景和市場前景。2、國內(nèi)外發(fā)展情況(文獻綜述)語言聲學(xué)的發(fā)展和電子學(xué)、計算機科學(xué)有著非常密切的關(guān)系。 在它發(fā)展的過程中,有過幾次飛躍，第一次飛躍是1907年電子管的發(fā)明和1920年無線電廣播的出現(xiàn)。 因為有了電子管放大器，很微弱的聲音也可以放大，而且可以定量測量。 從而使電聲學(xué)和語言聲學(xué)的一些研究成果，擴展到通信和廣播部門。第二次飛躍應(yīng)該是在20世紀(jì)70年代初，由于電子計算機和數(shù)字信號處理的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)：聲音信號特別是語音信號，可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A /D)采樣和量化，它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，能夠送進計算機。這樣就可以用數(shù)字計算方法，對語音信號進行處理和加工。 例如頻譜分析可以用傅里葉變換或快速傅里葉變換( FFT)實現(xiàn)，數(shù)字濾波器可以用差分方程實現(xiàn)。 在這個基礎(chǔ)上，逐漸形成了一門新學(xué)科語音信號處理。 它的發(fā)展很快，在通信、自動控制等領(lǐng)域，解決了很多用傳統(tǒng)方法難以解決的問題。 在信息科學(xué)中占有很重要的地位。人們早就希望用語音指揮機器，機器的執(zhí)行情況也能用語音回答。 這在某些領(lǐng)域已經(jīng)部分地實現(xiàn)了。 目前計算機芯片的集成度和運算能力，每18個月就提高一倍，而成本又不斷降低，因此，它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于在社會生產(chǎn)和生活的各個方面。國外已有功能十分強大的語音信號處理芯片，如美國德州儀器（Texas Instruments），簡稱TI，是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司， 已推出每秒執(zhí)行近90億個指令的TMS320C64x DSP芯片，刷新DSP性能記錄，以及業(yè)界上功耗最低的芯片TMS320C55x DSP，推進DSP的便攜式應(yīng)用；國內(nèi)也有很多高校在進行語音信號處理及其相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，但總體上來說，國內(nèi)仍處在研究實驗階段，一個簡便、高效的語音信號處理系統(tǒng)也成為當(dāng)今國內(nèi)的研究熱點。3、研究/設(shè)計的目標(biāo)系統(tǒng)主要由TMS320VC5402數(shù)字信號處理芯片、音頻編解碼部分為核心，以及附加必要的外圍電路。由于DSP的數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)牟⑿行裕瑥亩鴺O大地提高了系統(tǒng)的運行效率。具有高速、實時、靈活的特點，可以用有限的存儲空間存儲較多的數(shù)字語音信號，完成多種語音處理功能。在此基礎(chǔ)上編寫C語言處理程序，完成了語音信號的處理，實現(xiàn)通過PC機控制實現(xiàn)語音的錄放功能。4、設(shè)計方案（研究/設(shè)計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：本課題研究的是基于TMS320VC5402芯片的語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計，通過對語音信號處理系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計，來實現(xiàn)數(shù)字化語音采集和處理系統(tǒng)，同時通過學(xué)習(xí)TMS320VC5402芯片的結(jié)構(gòu)特點，從而對語音信號處理系統(tǒng)各功能模塊進行設(shè)計。具體設(shè)計方案如下。1信號處理系統(tǒng)的設(shè)計 本課題的設(shè)計步驟，如圖1所示。圖1 設(shè)計流程圖2系統(tǒng)硬件設(shè)計方案圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示。將需要處理的語音信號通過A/D轉(zhuǎn)換器完成語音信號的數(shù)字化采樣，并將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)傳給DSP芯片進行處理經(jīng)過處理后的數(shù)字樣值再經(jīng)DA變換轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)由揚聲器還原成語音信號。DSP芯片構(gòu)成本系統(tǒng)的控制和處理核心，由它來協(xié)調(diào)各功能模塊的工作；利用其快速的運算能力完成語音信號的運算考慮到需要存放語音處理數(shù)據(jù)和程序，用存儲器存放語音處理程序和主控制程序。用網(wǎng)絡(luò)接口芯片實現(xiàn)DSP與PC機通信。 選用TMS320VC5402作為系統(tǒng)的核心處理器，主要來完成系統(tǒng)的控制、運算處理等功能，選用TLV320AIC23為TMS320VC5402的模擬接口電路，包括放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換，在硬件接口方面，TMS320VC5402多通道緩沖串口時序和音頻模塊AIC數(shù)據(jù)接收和發(fā)送時序是吻合的，非常方便接口，JTAG采用IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路用于在線仿真和測試。3系統(tǒng)軟件設(shè)計方案硬件制作完成后，要編寫相應(yīng)的底層軟件進行軟硬件聯(lián)調(diào)。軟件設(shè)計包括系統(tǒng)軟件和信號處理軟件。系統(tǒng)軟件根據(jù)實際需要可包括系統(tǒng)控制軟件、人機接口、數(shù)據(jù)輸入/輸出管理以及和主機的接口等。信號處理軟件主要是編寫一些信號處理算法的程序，完成特定的處理功能。圖3為本課題的軟件設(shè)計流程圖。圖3 軟件流程圖用C編寫的主框架程序調(diào)用初始化程序。DSP初始化程序的主要功能是設(shè)置系統(tǒng)的工作狀態(tài)，AD初始化程序則主要是DSP芯片通過設(shè)置AD芯片TLV320AIC23的工作模式。5、方案的可行性分析基于TMS320VC5402芯片的語音信號處理系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)以DSP芯片和語音CODEC 芯片為核心，具有很強的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的外圍接口電路， 無疑會成為體積更加小巧，性能穩(wěn)定，并且界面友好，功耗更低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，可以有效的解決傳統(tǒng)的語音錄放系統(tǒng)在電子與信息處理的使用中受到的限制。6、該設(shè)計的創(chuàng)新之處本課題中系統(tǒng)以TMS320VC5402和AIC23為核心，利用多通道緩沖串口結(jié)合DMA傳輸方式，并在此基礎(chǔ)上完成了幾種語音信號處理的功能。同時，只要擴展少量的外圍器件和編制相應(yīng)的語音處理程序，就可完成更多的語音處理功能。7、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域語言是人類相互溝通信息的重要工具。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是語音通信和各種語音產(chǎn)品的廣泛普及，語音信號的數(shù)字化處理在越來越多的領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。數(shù)字信號處理器以及語音處理大規(guī)模集成電路的進步，語音合成，語音識別，語音存儲和回放技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。本課題提出的語音信號處理系統(tǒng)引用DSP技術(shù)，其體積小巧，功耗低的數(shù)字化語音存儲與回放特點將會超越傳統(tǒng)的語音錄放系統(tǒng)。8、時間進程一、準(zhǔn)備開題階段（2009.11.25-2009.12.14）：（1）選課題，學(xué)習(xí)課題相關(guān)知識。（2）開始查閱相關(guān)課題資料。（3）通過任務(wù)書，學(xué)習(xí)資料相關(guān)內(nèi)容。（4）整理思路，準(zhǔn)備開題報告。（5）準(zhǔn)備開題答辯。二、硬件設(shè)計階段（2010.3.1-4.15）：（1）學(xué)習(xí)語音信號的產(chǎn)生機理并學(xué)習(xí)信號分析方法。（2）學(xué)習(xí)TMS320VC5402結(jié)構(gòu)特點。（3）設(shè)計語音信號處理系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖。（4）設(shè)計語音信號處理硬件系統(tǒng)的主要功能模塊。（5）設(shè)計語音信號處理系統(tǒng)的外圍電路。 三、軟件設(shè)計階段(2010.4.16 -5.20) （1）掌握C語言的設(shè)計思想。（2）分析語音信號處理系統(tǒng)的軟件流程。（3）設(shè)計系統(tǒng)的主要接口軟件部分。三、完成論文階段（2010.5.21-2010.6.13）：（1）整理畢業(yè)設(shè)計論文。（2）完成畢業(yè)設(shè)計論文。（3）畢業(yè)論文打印。（4）準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。9、參考文獻1 姚天任.數(shù)字語音處理M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003：2-20.2 彭啟宗，李玉柏，管慶.DSP技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2002：54-101.3 韓紀(jì)慶，張磊，鄭鐵然.語音信號處理M.北京：消華大學(xué)出版社，2004：7-67.4 韋崗，陸以勤.歐陽景正、沌、分形理論與語音信號處理J.電子學(xué)報1996：24（1）495 顧良，劉潤生.高性能漢語語音基音周期估計J.北京：電子學(xué)報，1999：27（1）.6 朱銘鋯等.DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社，2002：32-46.7 鄭紅，吳冠.TMS320C54XX DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：8-121.8 朱民雄，聞新，黃建群.計算機語音技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：23-98.9 易克初，田兵，付強.語音信號處理M.北京：國防工業(yè)出版社，2000：14-95.10 胡航.語音信號處理M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000：33-47.11 李雙勛，歐建平.TLC320AIC23在音頻處理中的應(yīng)用J.國外電子元器件，2004 （12）12 王念旭，DSP基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，2001第1版13 鄧勇，施文康.DSP與PC機串行通信的幾種方法J.微電了學(xué)，2002, 32（1）:74-80. 14 張雄偉，陳亮，楊吉斌.現(xiàn)代語音處理技術(shù)及應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，2003：45-88.15 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