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1、语音压缩存储与回放学生姓名： 指导老师： 摘 要 本DSP课程设计是基于TSM320C5402芯片实现语音压缩和解压缩的基本算法，采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，在DSP开发环境CCS3.3上用C语言编程运用A律语音压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。并使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。关键词 DSP；TSM320C5402芯片；语音压缩和解压缩；CCS3.3窗体顶端Abstract This course is designed DSP chip based TSM320C5402 basic v
2、oice compression and decompression algorithms, using the A / D converter real-time acquisition from the MIC input speech signal, in the CCS3.3 DSP development environment in C language programming on the use of A-law compressed speech stored in the DSP chip and off-chip RAM memory, real-time using D
3、SP decompress and playback output from SPEAKER outputs. And use the light on the process of voice storage and playback instructions.Keywords DSP; TSM320C5402 chip; voice compression and decompression; CCS3.31引 言数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科,是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专
4、用处理器。DSP芯片以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点,发展十分迅速。数字信号发生器是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源。而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源，任何复杂信号(例如声音信号)都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加，广泛地应用在电子技术试验、自动控制系统和通信、仪器仪表、控制等领域的信号处理系统中及其他机械、电声、水声及生物等科研领域。目前，随着数字化信号处理技术的不断提高，单片机，数字信号处理器以及语音处理大规模集成电路的进步，语音合成，语音识别，语音存储和回放技术的应用越来越广
5、泛。本课程设计主要研究基于TSM320C5402芯片实现语音压缩、存储和回放，设计基本达到了课设要求。1.1课程设计目的1、掌握TSM320C5402芯片上外设多通道缓冲串行口mcbsp。2、学习掌握tlc320ad50CODEC编译码器的内部结构、工作原理。3、学习A律语音压缩以及C语言下的编程方法。4、通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风。1.2课程设计的要求（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
6、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。1.3设计平台CCS3.3（Code Composer Studio）是TI公司推出的用于开发DSP芯片的集成开发环境，它采用Windows风格界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试以及实时跟踪于一体，极大的方便了DSP开发的与设计，是目前使用最广泛的DSP开发环境之一。2 设计原理2.1 CCS3.3的简介CCS（Code Composer Studio）是一种针对TMS320系列DSP的集成开发环境。CCS有两种工作模式，即软件仿真器和
7、硬件在线编程。软件仿真器模式可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。硬件在线编程可以实时运行在DSP芯片上，与硬件开发板相结合进行在线编程和调试应用程序1。TI公司共有CCS1.10、CCS1.20、CCS2.0、和CCS3.3等不同时期的版本，针对不同系列的DSP芯片分为C2000、C3000、C5000、和C6000等不同的型号。各种不同版本和型号之间的差异不是很大。通常一种型号的CCS只适用于一种系列的DSP芯片。例如本设计中用的是CCS C5000它使用于C5000系列的DSP芯片包括C54X和C55X（本处为TMS320VC54X）。用
8、户只需在CCS配置程序中设定DSP的类型和开发平台类型即可。CCS的组成CCS的主要组件下图所示：主机Code Composer Studio配置工具cfg.cmdcfg.s54cfg.h54.cbd配置数据库Code Composer编辑器源文件.c.h.asmDSP/BIOS APICode Composer工程 代码产生工具编译器汇编器链接器OLE应用使用RTDX插件RTDX插件DSP/BIOS插件RTDX插件Code Composer调试工具主机仿真支持DSPDSP应用系统DSP/BIOS目标系统硬件可执行代码JTAGRTDX目标系统图2.1 CCS的主要组件图n TMS320C54X
9、集成代码产生工具：它用来对C语言、汇编语言或混合语言编程的DSP源程序进行编译汇编，并链接成可执行的DSP 程序。主要包括汇编器、链接器、C/C+编译器和建库工具等2。n CCS集成开发环境：此环境集编译、汇编、链接、软件仿真、硬件调试和实时跟踪等功能于一体，包括编辑工具、工程管理工具和调试工具等。n DSP/BIOS实时内核插件及其应用程序接口API：他们主要为实时信号处理应用而设计，包括DSP/BIOS配置工具、实时分析工具等。n 实时数据交换的RTDX插件及其相关应用程序接口API：他们对目标系统实时监控，实现DSP程序与其他应用程序的数据交换。n 有TI公司以外的第三方提供的应用模块插
10、件。一个典型的CCS集成开发环境用户界面如图2.2所示。 图2.2 CCS用户界面CCS主菜单中共有12项，如图2.3所示，各项功能见表2-1。图2.3 CCS主菜单表2-1 主菜单各项功能简介菜单项功能File（文件）文件管理，载入执行程序，符号数据，文件输入/输出Edit（编辑）文字及变量编辑，如剪切、粘贴、撤销、字符串查找View（查看）工具栏显示设置，内存、寄存器和图形显示等Project（工程）工程管理及编译、构建工程等Debug（调试）断点、探针设置、单步执行、复位等Profiler（性能）包括时钟和性能断点设置等GEL（扩展功能）利用通用扩展语言设置扩展功能Option（选项）设
11、置字体、颜色、键盘属性以及动画速度、内存映射Tools（工具）包括引脚链接、端口链接、命令窗口、链接配置DSP/BIOS（实时分析）用来辅助CCS环境实现程序实时调试Window（窗口）包括窗口排列、窗口列表等Help(帮助)CCS在线帮助菜单，包括用户手册、入门指南等常用工具栏有CCS的一些常用命令组成，有6个工具栏，分别是： Standard Toolbar（标准工具条）、GEL Toolbar（GEL工具条）、Project Toolbar（工程工具条）、Debug Toolbar（调试工具条）、Edit Toolbar（编辑工具条）和Plug-in Toolbar（插件程序工具条）。这
12、6种工具栏可在View菜单下找到。2.2语音采集与输出模块语音采集与输出模块采用的是TI公司推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片TLC320AD50C，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AD50的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigmadelta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。与此同时，AD50还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电
13、模式下更是小于15uW。由于具有上述优点，使得AD50是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3）、录音机等数字音频领域2。由TLC320AD50C组成的语音输入与输出模块不仅采样率高最高可达96K，且外围电路简单，性价比高。2.3语音编码（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4。 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
14、。 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u律，u律是最常用的一种。在美国，7位u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
15、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。 ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包括短时预测的编码系统。CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM作为长途传输中的国际通用语音编码方案。这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。 （4）a律压缩图如图2.4所示：图2.4 a律压缩示意图A律压缩编码表如下表所示：表2-2 A律压缩编码表线性输入编码压缩编码0000000wxyza000wxyz0000001wxyza001wxyz000001wxyzab010wxyz00001wxyzabc011wxyz0001wxyzabcd100wxyz001wxyzabcde101wxyz01wxyzabcdef110wxyz1wxyzabcdefg111wxyz采用DSP可以直接对PCM编码后的语音信号进行律和A律压缩
