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1、目录一、实验概述及目的二、实验原理与实验内容三、实验资源介绍四、实验设计思想五、程序设计 1、实验概述及目的语音信号是信息的重要形式, 语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。语音信号模数、数模转换采用TLC320AD50C（以下简称AD50），这是一款SIGMA-DELTA型单片音频接口芯片（AIC）。它内部集成了16位的D/A和A/D转换器，采样速率最高可达22.05kb/s，其采样速率可通过DSP编程来设置,内含抗混叠滤
2、波器和重构滤波器。在DAC之前有一个插值滤波器以保证输出信号平滑和ADC之后有一个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比。实验目的1、了解5402DSP芯片与多通道缓冲串行口MCBSP的内部结构和工作原理。2、了解5402芯片需要添加的.h文件，了解cmd文件的内容。3、了解C语言的编程方法。4、熟练掌握并使用CCS5000完整调试过程。2、实验原理与实验内容语音编码原理：（1）概念：语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。PCM编码即脉冲编码调制。波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulse code modulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的
3、二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅 度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。 脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。 （2）量化：脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方式。但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降 。 国际上有两种非均匀量化的方法：A律和律，律是最常用的一种。在美国，7位律是长途电话质量的标准。 而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM编码芯片。 （3）DPCM&ADPCM： 降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息量，这要消除语音信号中的冗余度。相邻的语音样本之间存在
4、明显的相关性，因此对相邻样本间的差信号进行编码，便可使信息量得到压缩。因为差分信号比原语音信号的动态范围和平均能量都小。这种编码叫Differential PCM,简称DPCM，即差分脉冲编码调制。 实验内容：基本部分：（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。（2）采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。（3）存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。（4）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。发挥部分：
5、使用多种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。3、实验资源介绍1、多通道缓冲串行口MCBSP（1）工作原理C5402 具有2 个高速的全双工同步串行口，可用来与系统中的其它C54x 器件、编码解码器、串行A/D、D/A 转换器以及其它的串行器件直接接口。这两个串行口均为多通道缓冲串行口McBSP（Multi-channel Buffered Serial Port）。它支持全双工通信，双缓冲数据寄存器，允许连续的数据流，可以与工业标准的编/解码器、AICs 接口。支持多种方式的传输接口，如T1/E1 帧协议、MVIP 帧方式、H.100 帧方式、SCSA 帧方式、IIS 兼容
6、设备等。可与多达128 个通道进行收发。支持传输的数据字长可以是8bit、12bit、16bit、20bit、24bit 或32bit。内置-律和A-律压扩硬件。其硬件结构图如左图所示。 MCBSP接口提供了以下7个引脚信号用于与其他设备的通讯：DR： 串行数据接收引脚，输入DX： 串行数据发送引脚，输出CLKX：发送时钟，输入或输出，可编程CLKR：接收时钟，输入或输出，可编程FSX： 发送帧同步信号，输入或输出，可编程FSR： 接收帧同步信号，输入或输出，可编程CLKS：外部时钟，输入（2）多通道缓冲串行口MCBSP在CCS 集成开发环境下的相关头文件 在CCS 集成开发环境中，与MCBS
7、P相关的头文件有：regs54xx.h、mcbsp54.h。在这两个头文件中，定义了MCBSP串口的寄存器资源以及使用方法。在reg54xx.h 头文件中，定义了MCBSP 中寄存器的地址和基本访问方式，以及寄存器的各个比特域和访问方法。在mcbsp54.h 头文件中，定义了与MCBSP 相关的宏函数（MACRO FUNCTIONS）和函数。Regs54xx.h、mcbsp54.h 这两个头文件是C 语言下对MCBSP 编程的基础，我们不仅可以用在5402 DSK 板的编程上，而且可以用在其它的C54X 的DSP 硬件编程上。2、TLC320AD50 CODEC 编码译码器AD50是一款SIG
8、MA-DELTA型单片音频接口芯片。它内部集成了16位的D/A和A/D转换器，采样速率最高可达22.05kb/s，其采样速率可通过DSP编程来设置。在DAC之前有一个插值滤波器以保证输出信号平滑和ADC之后有一个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比。 （1）内部结构及工作原理AD50内部有7个数据和控制寄存器，用于编程控制它们的工作状态。 寄存器0：空操作寄存器。 寄存器1：软件复位 ,软件掉电,选择16位或15位工作方式,硬件或软件二次通信请求方式的选择。 寄存器2：使能ALTDATA输入端 ,为ADC选择16/15位方式 。寄存器3：选择FS与FSD之间延迟SCLK的个数，告诉主机有几个从机被
9、联上 。寄存器4：为输入和输出放大器选择放大器增益 ，选择N来设置采样频率，fs=MCLK/（128*N）或MCLK/（512*N），在MCLK输入端使能外部时钟输入并旁通内部的PLL 。寄存器5，6：保留 （2）与AD50有关的相关头文件在CCS 集成开发环境中，与tlc320ad50 CODEC 编译码器相关的头文件是codec.h。它位于C:tic5400dsk5402include 目录下。在这个头文件中，定义了与ad50 CODEC 相关的枚举变量和库函数。除了可以调用codec.h 中提供的库函数之外，我们还可以利用这些枚举变量重新编写自己的codec 函数，使用枚举变量相或产生所
10、需要的ad50 寄存器的初始化值。Codec.h 中的库函数位于函数库dsk5402.lib 和 drv5402.lib 中。函数库dsk5402.lib 和 drv5402.lib 是作为两个单独的文件，连同include 文件和头文件一起提供给用户的，如果你的应用程序中用到了其中的库函数，就需要与这两个函数库进行链接（link）dsk5402.lib 是一个主要的函数库，其内部使用了drv5402.lib 的头文件。3、存储器（1）外部数据存储器SRAMTMS320C5402TLC320AD50TLC2272模拟输入FLASH ROMLM386模拟输出DSK提供了64K*16位的SRAM，
11、SRAM工作在+3V的电源电压。可以使用的外部数据存储器的大小取决于DROM的设置。如果DROM=0，那么0x40000xFFF(48k字)的空间是外部存储器（FLASH或SRAM）。如果DROM=1，外部存储器只能使用0x40000xEFFF.DMSEL控制寄存器位决定访问板上或扩展板的存储器。如果DMSEL=0（缺省），使用板上的数据存储器；如果DMSEL=1，使用扩展板存储器，并且地址开始于0x8000(块的大小取决于DROM位)。数据存储器空间资源也取决于MP/MC状态。（2）I/O空间存储器IO 空间是由2 部分组成，一个是系统基于CPLD 控制空间，另一个是扩展板存储器空间。DM_
12、SEL 位能够控制IO 空间的访问。如果DSP 向此位写1，那么扩展板存储器的IO 空间是不能被访问的。如果向此位写0，那么扩展板存储器的IO 空间是可以被访问的。4、压扩硬件 在通信中常常利用u律和a律对数据进行压扩处理，TMS320C54X在McBSP中提供了专门的硬件实验这一功能。压扩处理时，CPU访问到的都是16位的，他分别是利用线性的14位数据（u律）和13位（a律）数据左对齐获得的。压扩处理有两种实现方法：方法一：当串行口的发送和接受部分都处于复位状态时，DRR1和DXR1内部通过压扩逻辑连接在一起，数据从DXR1写入并根据XCOMPAND处理，然后根据RCOMPAND再处理，在4
13、个CPU时钟后从DRR1中读出数据。该处理比软件实现快，不利之处在于处理完后没有同步信息通知CPU和DMA。方法二：在数据环回模式下，McBSP也实现了一种内连。数据处理与第一种方法相同，但它可以提供中断信号（或同步事件）给CPU（或DMA）。这里数据处理的时间是根据串行口的比特律确定的。5、麦克风和耳机接口音频接口使用了2 个工业标准的3.5mm 的连接器：一个连接麦克风的音频输入；一个连接耳机的音频输出。（1）音频输入是交流偶合的并且包括：1 个固定增益为10dB 的放大器；实现单端到差分的转换（在此之前，连接到DSP 的McBSP1 上的TLC320AD50对其进行数字化）；电压偏置（支
14、持电池电源和驻极体麦克风）；被动滤波（在DSK 的音频插口和CODEC 之间）用来增强性能，为驻极体麦克风设计的麦克风的输入它需要一个电压偏置。如果使用电容来隔离偏置电压，就能够使用动态的麦克风。麦克风的输入信号最大允许标准是500mV（350mVrms）。在DSK上有10dB前置放大器增益。（2）音频输出是可以编程控制的，在软件的控制下，可以在6dB增幅的范围内，增加增益+0+2dB。音频输入可以编程控制的，在6dB增幅范围内，提供+0+12dB的增益。四、实验设计思想实验方案：用板内的AD/DA转换器AD50将由MIC输入的模拟信号转换为16位数字信号送入DSP板中进行压缩处理，压缩处理后
15、的数据经过解压后再送至DA转换器转换为模拟信号，由SPEAKER口输出，压缩和解压缩用A律格式，从而实现语音信号的采集压缩与回放。 统计表明对于每一个讲话者来说，语音中小幅度成分出现的概率要比大幅度多得多，为了在语音信号的整个动态范围内都可以接受低电平信号，量化电平必须照顾到语音的低电平信号，极低电平的量化间隔要小，高电平的量化间隔要大。A律的压缩可以按照下列公式进行定义：式中，A是压缩参数（在欧洲，A=87.6）x是需要压缩的归一化整数。从线性到A律的压缩转换如下表所示：压缩后的码字组成：比特0-3表矢量化值，比特4-6表示段值，压缩后的码字符号放在比特7，为了简化未写出.压缩前的码字丢弃的比特数压缩后的码字输入值段值，量化值比特：11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0比特：6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 a b c d x 10 0 0 a b c d 0 0 0 0 0 0 1 a b c d x1 0 0 1 a b c d 0 0 0 0 0 1 a b c d x x2 0
