基于DSP音频信号实时处理系统设计

 

　　现代音频信号处理领域，通常需要采集大量的数据进行实时分析，并目逐步从处理单路信号发展为处理多路信号。对语音信号而言，采用元音强度与元音间隔作为听者识别信号的基础参数。另外音频信号处理的器件也从传统的模/数、数/模转换器发展成为多款高性能专用芯片。传统的数据采集系统以工控机或普通单片机为核心，整个系统体积大、功耗高，未考虑语音数据实时处理和发送。设计的实时语音处理系统具有数据量大、缓冲更新迅速、稳定性高、采集发送延时小等特点。该系统利用DSP进行数据处理，DMA与McBSP实现双路音频信号的实时并行采集发送，便于实验室进行数据分析、算法仿真和过优化处理流程等，也可用于个人便携式音频通信设备的驱动开发。

　　1 硬件概述

　　该系统采用美国Texas Instruments公司TMS320VC55X处理器，其继承了C54X系列的发展趋势，低功耗、低成本，在有限的功率条件下能够保持优良的性能。工作在0.9 V，其核的功率仅为0.05W/MIPS，性能可达800 MIPS，对数字通信、语音处理等便携式应用提出的挑战提供了有效的解决方案。以TMS320VC5509A为例，该芯片共有3个多通道缓冲串口，分别为McBSP0、McBSP1、McBSP2，每个串口接收和发送数据使用独立的时钟，支持连续传送，可直接与多媒体数字信号编码器的工业接口以及ADC/DAC接口实现无缝连接，通过CPU或DMA对16 bit寄存器访问实现通信，由DX引脚发送数据，RX引脚接收数据。通信时钟和帧同步有CLKX，CLKR，FSX以及FSR引脚来控制。TMS320VC5509A芯片提供

　　6个通道DMA控制器，可独立于CPU完成4个标准接口的数据传输。每个通道可从一个数据源地址读取数据后写入另一个口或目标地址。特别指出5509芯片具有64 kB双访问RAM，其结构由8个4 kB×16位的块组成，允许两个端口同时访问，提高了系统速度。

　　TLV320AIC23B是TI公司推出的一款高性能立体声音频编解码器，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE二选一的输入方式。输入和输出都具有可编程的增益调节功能。TLV320AIC23B的模/数转换器(ADC)和数/模转换器(DAC)集成在芯片内部，可以在8～96 kHz的采样率下，提供16 bit、20 bit、24 bit和32 bit的采样数据。ADC和DAC的输出信噪比分别可达90 dB和100 dB。AIC23B通过外围器件对其内部寄存器进行编程配置，其配置接口支持SPI总线接口和I2C总线接口，如表1所示。

　　

 

　　AIC23b数据传输格式支持右判断模式、左判断模式、I2C模式和DSP模式4种方式，其中DSP模式专门针对TI DSP设计。这两款芯片的I/O电压兼容，从而使得二者可以无缝连接，因此，基于DSP和音频Codec芯片AIC23B构建的硬件系统是一种理想的语音信号处理系统。在语音信号处理系统中，AIC23主频为12 MHz，A/D和D/A转换器的抽样频率为8 kHz，模拟音频信号由LINEIN/MICIN输入到该芯片，这些参数需要通过McBSP1对AIC23进行配置实现。模拟音频信号通过A/D转换、编码后，由数字音频接口传送给DSP的串口McBSP0，并接收DSP处理后的数据，收到的数字音频信号经解码、D/A转换后，从HEADPHO/LINEOUT输出。本系统采用DSP模式，如图1所示。