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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-11-19 10:00:03
-- 基于DSP的通用型嵌入式語(yǔ)音平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
高質(zhì)量、低速率的語(yǔ)音編碼算法在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中地位越來(lái)越重要，被廣泛應(yīng)用于諸如IP電話、語(yǔ)音信箱、軍事無(wú)線通訊等領(lǐng)域。特別是在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，信道帶寬很窄而且誤碼率較高，要在這種信道上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通訊，低速和甚低速語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)是關(guān)鍵。以前由于硬件條件的限制，此類的低速率復(fù)雜編解碼算法往往只能停留在原理和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)階段。近些年來(lái)，由于VLSI技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片的DSP的普及，這些編碼算法開(kāi)始大規(guī)模的運(yùn)用到了現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)就是為這套軍用語(yǔ)音編碼算法標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一個(gè)通用編解碼平臺(tái)。該平臺(tái)已經(jīng)做為嵌入式低功耗語(yǔ)音模塊，應(yīng)用到語(yǔ)音編碼和語(yǔ)音合成等領(lǐng)域，并已小規(guī)模量產(chǎn)。
1.語(yǔ)音硬件平臺(tái)的總體介紹和系統(tǒng)框架
本語(yǔ)音信號(hào)處理平臺(tái)需要考慮以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)要求。在運(yùn)算量方面，本平臺(tái)上運(yùn)行的幾種語(yǔ)音編碼算法都具有比較高的運(yùn)算復(fù)雜度，經(jīng)過(guò)CCS的仿真測(cè)試結(jié)果表明，至少要求DSP芯片有50MIPS的處理能力。在接口設(shè)計(jì)方面，搭載本聲碼器模塊的通訊平臺(tái)定義了如表1所示的接口管腳，其中VIN和VOUT分別連接到通訊平臺(tái)的話筒和聽(tīng)筒上的輸入和輸出話音，PTT連接到話筒的按鈕上，按下PTT表示請(qǐng)求通話。TXD和RXD分別是發(fā)送和接收的數(shù)字語(yǔ)音碼流信號(hào)，RTS和CD分別是發(fā)送和接收碼流指示，為低電平的時(shí)候表示碼流有效。TXC為系統(tǒng)的同步時(shí)鐘。在功耗方面，由于是手持式設(shè)備，要求采用低功耗設(shè)計(jì)，以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。另外，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的安全性也是一個(gè)需要考慮的因素。
基于以上幾項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，以及以前設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)原理[7]，我們提出了一個(gè)基于TMS320VC5510A2和MSP430F149的設(shè)計(jì)方案。[1] 5510A2是德州儀器公司的55系列DSP的最高端的產(chǎn)品，這個(gè)系列的DSP是特別針對(duì)手持式終端設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，同等條件下其內(nèi)核的功耗僅為54系列DSP的三分之一，而且具有更高的代碼執(zhí)行效率，其指令也與54系列的相互兼容，可以很方便的進(jìn)行代碼的移植。5510A2的最高數(shù)字信號(hào)的處理能力為200MIPS，能夠很好的滿足本平臺(tái)對(duì)運(yùn)算的要求。[6]MSP430F149是德州儀器生產(chǎn)的一款極低功耗的16位RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，我們用他來(lái)做為主控芯片輔助DSP完成程序加載和系統(tǒng)加密的功能。圖1給出了該硬件平臺(tái)的總體框圖。
如圖所示，當(dāng)PTT被按下則表示請(qǐng)求通話，話筒輸入的模擬話音VIN通過(guò)一個(gè)放大電路放大之后輸入語(yǔ)音CODEC芯片TLV320AIC11，TLV320AIC11內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成16bit的線性PCM格式并通過(guò)DSP的McBSP0口傳送到DSP內(nèi)部接收語(yǔ)音緩沖區(qū)，DSP在緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)在積累到一定幀長(zhǎng)之后啟動(dòng)編碼算法編成特定碼率的碼流。編好的碼流被送入另一發(fā)送比特流緩沖區(qū)緩沖。該緩沖區(qū)內(nèi)的信號(hào)在同步時(shí)鐘TXC的上升沿被送到MODEM的調(diào)制模塊調(diào)制并發(fā)射出去。同時(shí)，DSP檢測(cè)MODEM的CD信號(hào)，當(dāng)CD信號(hào)有效（低電平）時(shí)，在同步時(shí)鐘TXC的下降沿鎖存RXD上的數(shù)據(jù)并送入DSP內(nèi)的接收比特流緩沖區(qū)。當(dāng)接收比特緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)積累到一定長(zhǎng)度時(shí)，DSP啟動(dòng)解碼程序?qū)⑵浣獯a成16bit的PCM語(yǔ)音。該語(yǔ)音通過(guò)McBSP0口被送入TLV320AIC11，TLV320AIC11內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成模擬的語(yǔ)音信號(hào)送入聽(tīng)筒。