基于DSP芯片TMS320C5409的語音實時變速系統(tǒng)

1、基于dsp芯片tms320c5409的語音實時變速系統(tǒng)本文介紹的就是一種基于tms320c5409的語音實時變速系統(tǒng)。另外，考慮到在實際系統(tǒng)中語音的壓縮存儲和語音變速往往是同時需求的，因此本文提出一種基于lpc低比特率語音編碼算法的語音變速算法，該算法能夠隨意調(diào)節(jié)語音語速。lpc算法lpc編碼將語音信號s(n)看作一個時變的聲道系統(tǒng)在聲門的激勵之下的輸出信號。對濁音而言，聲門激勵為一周期脈沖串;而對清音而言，聲門激勵為隨機噪聲序列。語音信號的簡化框圖1所示。在lpc編碼中，可以將一幀的語音信號用簡化模型的參數(shù)來表示，如濁音、清音判別，基音周期，增益g以及數(shù)字系數(shù)a1，這樣就可以獲得3kb/s的

2、編碼。解碼時，因為在lpc編碼中，濁音可以看作是一周期脈沖串的激勵，其中，脈沖周期為基音周期，因此，為了轉(zhuǎn)變語音的速率，我們將語音的幀長變長，在其中再加入若干的脈沖串的激勵即可得到變速的語音信號。硬件系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)是一個完美的應(yīng)用系統(tǒng)，主要完成對語音信號的實時lpc編解碼及語音變速，此外，還具有鍵盤控制功能和語音錄放功能。因此，本系統(tǒng)不但需要外部的sram存放語音數(shù)據(jù)，而且需要與相銜接的鍵盤控制設(shè)備。本系統(tǒng)主要由tms320c5409、tlc320ad50、sst39vf400a和cy7c133等構(gòu)成，系統(tǒng)框圖2所示。tms320c5409內(nèi)部提供的32k字片內(nèi)ram用來存放實時運行的程序和數(shù)

3、據(jù)，片外sram(cy7c133)用于存放編碼后的語音數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作過程如下：系統(tǒng)加電后，通過復位建使tms320c5409復位。tms320c5409復位后，由內(nèi)部固化的自引導程序?qū)lash(sst39vf400a)上的程序和初始化數(shù)據(jù)搬移到片內(nèi)ram，然后tms320c5409按照鍵盤的控制執(zhí)行操作，運行l(wèi)pc編碼運算(錄音)、lpc解碼和語音變速(放音)，調(diào)節(jié)語音變速速率。tms320c5409用于實現(xiàn)語音的編解碼算法，tlc320ad50用于完成語音信號的數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能。tms320c5409與tlc320ad50之間通過mcbsp串口通信。為了減輕cpu的負擔，本系統(tǒng)中設(shè)

4、計mcbsp通過dma收到或發(fā)送完一組單元后，再給cpu中斷的方式跟cpu通信。tms320c5409與tlc320ad50的接口3所示。采納dma的方式，即串口每收到或發(fā)送一組單元，都會自動觸發(fā)dma將其搬送到一個內(nèi)部的buffer中，等buffer滿了再通過中斷方式告知cpu處理。這時dma最好采納abu(auto buffering)模式，可以有效防止buffer中的數(shù)據(jù)在串口速率較高時被新數(shù)據(jù)沖掉的問題。在舉行語音變速時，只需要將13ma通道的幀長做相應(yīng)的轉(zhuǎn)變即可。sst39vf400a(256k×1 6位)作為tms320c5409的外部數(shù)據(jù)存儲器，地址和數(shù)據(jù)總線接至tms

5、320c5409的外部總線，cr接至tms320c5409的ds。tms320c5409與sst39vf400a的接口4所示。外部存儲器采納的是cy7c133，它是高速的2k×16bit的靜態(tài)異步雙端口ram，其存儲速度為25ns。它有兩套自立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制信號線，允許兩個控制器件中的數(shù)據(jù)通過共同銜接的存儲器來舉行通信。該雙端口ram允許兩個控制器同時讀取任何存儲單元(包括同時讀同一單元)，但不允許同時寫或者一讀一寫統(tǒng)一地址單元。對于tms 320vc5402，數(shù)據(jù)存儲器cy7c133的對應(yīng)地址為4000h47ffh。系統(tǒng)軟件本系統(tǒng)實現(xiàn)的目標是鍵盤控制功能和語音錄放功能，并且

6、能夠?qū)⑤斎氲恼Z音信號以隨意變速率播放而不轉(zhuǎn)變語音的聲調(diào)。系統(tǒng)采納舉行功能開發(fā)。本系統(tǒng)中將hpi口映射成為gpio，并且將鍵盤連線通過"或"門接到into。當有按鍵按下時，into中斷處理程序通過從gpio中讀出的數(shù)值推斷此時是錄音、放音、語速變快還是語速變慢?？垢蓴_設(shè)計本系統(tǒng)中既采納硬件抗干擾技術(shù)，也采納了軟件抗干擾技術(shù)。下面簡要介紹一下本系統(tǒng)所采納的硬件和數(shù)字濾波器的設(shè)計。利用硬件看門狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專用芯片max692構(gòu)成的看門狗(圖5)，系統(tǒng)所用外圍元件少。max692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其中wdi是看門狗

7、檢測輸入端，接到數(shù)字電路系統(tǒng)的一個專用i/o口或一個總線口上。reset是復位信號輸出端，接數(shù)字電路系統(tǒng)的復位端rst。max692的wdi定時周期為1.6 s，復位脈沖寬度是200ms。假如wdi保持高或低超過"看門狗"定時周期(1.6s)，reset端將發(fā)生200ms寬(最小140ms)的負脈沖使數(shù)字電路系統(tǒng)復位。設(shè)數(shù)字濾波器的輸入信號為x(n)，輸出信號為y(n)，則輸入序列和輸出序列之間的關(guān)系可用差分方程表示為：式中輸入信號x(n)可以是語音信號經(jīng)采樣和變換后得到的數(shù)字序列，也可以是計算機的輸出信號;ak和bk均為 系數(shù)，通過設(shè)置ak和bk可將df設(shè)計成需要的帶通濾波器。數(shù)字濾波器的軟件設(shè)計辦法有：程序推斷濾波法(限幅濾波法)、中位值濾波法、算術(shù)平均濾