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1、洛 阳 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文） 题目： 基于 DSP 的音频信号处理姓 名 ： 马新峰 系 （部）： 电气工程与自动化 专 业 ： 应用电子技术指导教师 ： 赵小明年 月 日摘要DSP 技术在音频处理领域的应用越来越广。目前，在很多语音处理系统中都用到了语音分析模块，采集现场的声音并进行频谱分析。语音处理系统的实时性、功耗、体积、以及对语音信号的保真度都是很影响系统性能的关键因素。因此，音频信号的分析器的设计是非常必要的。本设计采用的高速 TMS320C5416DSP 芯片，最高频率能达到 160MIPS，能够很好的解决系统的实时性；采用的数字编解码芯片 TLV320AIC23
2、(以下简称 AIC23)具有 1632 位采样精度，采样频率范围从 8kHz96kHz。因此，该音频编解码芯片与TMS320C5416DSP 的结合是可移动数字音频录放系统、现场语音分析系统的理想解决方案。本文首先介绍了基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音分析系统的工作原理，给出了整体设计方案和工作框图，然后给出了系统的硬件设计方案； 接着介绍了基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音录放系统的软件设计。在整个设计过程中，我们采用了 TLV320AIC23DSP 芯片为核心音频录放接口器件，结合 TMS320C5416DSP 芯片，语音数据存储 FLASH 存储器等进行了硬件设
3、计。软件部分则采用模块化的设计方法，用 C 语言来实现。该语音录放器的设计能够完成语音采集，存储，滤波，频谱分析，基本实现了语音分析功能。关键词：TMS320C5416， TLV320AIC23，DSP ，语音分析THE DESIGN OF SPEECH ANALYSOR BASED ON TMS320C5416 DSP CHIPABSTRACTThe use of DSP technology in the field of audio processing is increasingly wider. At present, many speech processing systems a
4、re used in speech-analysis module, acquisition scene speech and stored for speech-process. Speech-processing System with real-time, power consumption, size, and the speech signal fidelity is a key factor which is affecting system performance. Therefore, speech recording and playing design is very ne
5、cessary.The design of high-speed chip used TMS320C5416 DSP, the maximum frequency can reach 160 MIPS , which is a good solution to the real-time system; the figures used in the codec chip TLV320AIC23 (hereinafter referred AIC23) is 16 32 Sampling precision, sampling frequencys range from 8kHz96kHz.
6、Therefore, The Audio Decoder Chip and the combination TMS320C5416 DSP Mobile Digital Speech-analysis System Speech Acquisition scene, is the ideal solution.This paper firstly introduces the Speech-analysis of principle based on TMS320C5416 DSP chip, given the overall design of the plan and diagram,
7、and then gives the system hardware design program; Secondly Speech-analysis System software design based on TMS320C5416 DSP chip . Throughout the design process, we used TLV320AIC23 DSP core chips for audio-recording device interface, TMS320C5416 DSP combination of chips, Speech Data Storage Flash m
8、emory, and so on the hardware design. Software is a modular design method, the C language to achieve.The speech recording of the design is to complete speech acquisition, storage, filtering, spectrum-analysis. The basic realization of the Speech-analysis functionKEY WORDS：TMS320C5416，TLV320AIC23，DSP
9、，Speech-analysis目录前言 .1第 1 章 语音分析的技术方案及硬件电路设计 .21.1 语音分析器的性能指标和硬件方案 .21.1.1 语音分析器的性能指标 .21.1.2 硬件设计方案 .31.2 语音分析系统的硬件电路设计 .41.2.1 TMS320C5416DSP 数字信号处理接口电路模块 .51.2.2 TLV320AIC23 语音采集、回放接口电路模块 .91.2.3语音数据存储接口电路模块 .121.2.4 音频接口电路模块 .131.2.5 电源接口电路模块 .15第 2 章 语音分析器的应用软件设计 .172.1 语音分析器应用软件系统的设计方案 .172.2
10、 主程序模块 .172.3 语音分析模块的程序设计 .202.3.1 MCBSP 的初始化 .202.3.2 AIC23 的初始化 .22结论 .27参考文献 .27 致谢 .31附录 33前言DSP 处理速度快，功耗低，性能好，基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音存储容量大，具有很好的通信音质等特点，因此被广泛应用于很多领域中。 本设计实现的语音分析系统具有如下优点：1音频数据占用资源少2音质通信级3开发难度低4语音芯片与 DSP 接口电路简单5体积小在论文完成过程中，我首先在图书馆查阅相关书籍研究如何进行基于TMS320C5416DSP 芯片的语音录放器的方案设计，然后对系统内部
11、所需要的各个模块进行设计并对芯片做了详细研究；其次参阅相关资料在计算机和实验板上进行应用软件的设计、编程与调试，然后在老师指导下进行硬件与软件的联合调试；最后自己对毕业设计资料进行整理，总结，完成毕业设计论文。在整个设计过程中，本文首先介绍了基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音录放系统的工作原理，给出了整体设计方案和工作框图，然后给出了系统的硬件设计方案；在硬件设计中，我们采用了 TLV320AIC23DSP 芯片为核心音频录放接口器件，结合 TMS320C5416DSP 芯片，语音数据存储 FLASH 存储器等基本完成了语音录放器硬件的设计过程；最后介绍了基于 TMS320C541
12、6DSP 芯片的语音录放系统的软件设计，软件部分主要是在 CCS 环境下用 C 语言编程实现。将外部输入的模拟语音信号，经由高保真语音芯片 AIC23 进行采样后保存在外扩存储器存储空间中，然后这些存储的数字语音信号经过 DSP 带缓冲串口 MCBSP 2 读入 DSP，经过FIR 数字低通滤波器滤除语音信号中高频部分及其它噪声，最后对这些语音信号的FFT 变换。该语音分析器的设计能够完成语音采集，播放，存储，频谱分析，基本实现了语音分析功能。随着技术的进步，TMS320C5416DSP 与 TLV320AIC23 的结合的语音编码方案将会有更好的应用前景。第 1 章 语音分析器的技术方案及硬
13、件电路设计在当今的数字化时代背景下，DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，是集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素。DSP 芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域，而且 DSP 技术也正以极快的速度被应用在通信、电子系统、信号处理系统等许多领域中。 基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音分析器的设计系统的主要功能对语音信号进行采样滤波后 FFT 变换，然后观察其频谱分布。通过该分析器可观察到语音信号频谱特征的观察，从而为语音的编解码，压缩，解压缩，语音编码，语音识别语音合成，语音增强等实时语音处理方法的实现及参数的选取提供依据。本系统
14、是一个数字信号处理系统，是电子技术、信号处理技术与计算技术相结合的产物，也是一个软硬件结合的系统。1.1 语音分析器的性能指标和硬件方案1.1.1 语音分析器的主要性能本设计实现的语音录放器具有如下主要性能：1由于语音信号的频率范围为 300Hz-3400Hz（人说话声音）或 20Hz-20kHz（音乐，占音频信号全频率） ，根据采样定理，为保证信息不失真，确定系统的采样频率为 8KHz 或 96kHz;2结合系统采用的 TMS320C5416 芯片处理速度以及信号采样频率的要求，采用 TLV320AIC23DSP 芯片作为系统的 A/D 转换芯片;3根据上述技术指标确定 TMS320C541
15、6 系统的外围接口方式。本设计实现的语音分析系统具有如下优点：1音频数据占用资源少2音质通信级高3开发难度低4语音芯片与 DSP 接口电路简单5体积小1.1.2 硬 件 设 计 方 案DSP 技术在音频处理领域的应用越来越广。目前，在很多语音处理系统中都用到了语音分析模块，采集现场的声音并存储起来对语音信号的频谱特征进行观察，为确定最佳的语音压缩的方法和参数的选择提供依据。语音处理系统的实时性、功耗、体积、以及对语音信号的保真度都是很影响系统性能的关键因素。本系统用 DSP 芯片 TMS320C5416 与音频编解码芯片 TLV320AIC23 实现硬件接口和软件设计, 并在此硬件基础上实现语音信号的采集、播放、存储、回放。本系统包括音频采集、DSP 对语音信号的处理、Flash 存储三部分。系统结构如图 1-1 所示:T L V 3 2 0A I C 2 3T M S 3 2 0 C 5 4 1 6 D S P F l a s h 存储M C B S P 数据接口 控制接口M C B S P 1线路输入麦克输入图 1-1 总体设计图TMS320C5416 作为主芯片实现语音信号采集、存储和各模块之间的通信等控制，其主要功能有：上电自举，将采集压缩后的音频信号存储在 Flash 中。AIC23的语音信号输入可以是麦克输入也可以是线路输入，这可以通过配
