畢業(yè)設(shè)計(jì)－dsp語(yǔ)音處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量化就是將一個(gè)有連續(xù)幅度值的信號(hào)映射成幅度離散的信號(hào)的過(guò)程。從這個(gè)定義可以看出，由于是將連續(xù)的值變?yōu)殡x散的值，量化是一定有誤差的，在此過(guò)程中丟失的部分往往是無(wú)法重新恢復(fù)的。研究量化的誤差并找到最小誤差 方案是一個(gè)主要問(wèn)題，通常最佳量化特性可以是線性的也可以是非線性的。 量化方案可分為標(biāo)量量化和矢量量化，標(biāo)量量化中每個(gè)信源輸出被分別量化，它又分為均勻量化和非均勻量化，均勻量化的量化區(qū)域是等長(zhǎng)的，非均勻量化不是等長(zhǎng)的，正因?yàn)榇耍蔷鶆蛄炕阅芤獌?yōu)于均勻量化。 均勻量化 在均勻量化方式中，除第一個(gè)和最后一個(gè)區(qū)域，其它的所有區(qū)域都是等長(zhǎng)的，每一級(jí)都有一個(gè)重建電平，即落在區(qū)域中的不同值都會(huì)被量化為同一值，通常每個(gè)量化間隔的重建電平也都取均勻分布的值。 當(dāng) 輸入為正弦信號(hào)，其幅度為 Am。現(xiàn)將其進(jìn)行均勻量化，量化器的范圍是（ V，V），共分為 L 級(jí)電平，這里 AmV，在本次中我們作的是 64 級(jí)電平和 8 級(jí)電平。從圖上來(lái)看，量化后的值與原曲線值相差較小，階梯形的量化曲線與原曲線比較吻合，較好的完成了量化任務(wù)。 圖 5 64 級(jí)電平均論文網(wǎng) 形 圖 6 8 級(jí)電平均勻量化后的波形與原信號(hào)波形 A 律 PCM 編碼 由于實(shí)現(xiàn)上的困難，國(guó)際上使用 13 折線法來(lái) 近似 A 律 PCM。其方法是將輸入信號(hào)幅度歸一化，范圍為（ 1， 1），將其分為不均勻的 16 段區(qū)間，正負(fù)方向相同，我們?cè)诖藘H對(duì)正數(shù)范圍（ ）進(jìn)行介紹劃分的方法 :取 01/128 為第一區(qū)間 ,取 1/128— 1/64為第二區(qū)間，取 1/64— 1/32 為第三區(qū)間，一直到取 1/21 為第八區(qū)間，輸出信號(hào)則均勻劃分為 8 個(gè)區(qū)間： 01/8 為第一區(qū)間，?， 7/81 為八區(qū)間，將點(diǎn)（ 1/128， 1/8）與（ 0， 0）相連，將點(diǎn)（ 1/64， 2/8）與（ 1/128， 1/8）相連，??這樣得到由 8 段直線連成的一條折線（事實(shí)上由于第一區(qū)間 和第二區(qū)間的直線斜律相等，故只有 7 條直線），此折線與 A= 的對(duì)數(shù)壓縮曲線相近，做出圖 7。 圖 7 國(guó)際 A 律 13 折線線對(duì)數(shù)量化特性曲線 數(shù)字濾波器 本部分是為了加強(qiáng)語(yǔ)音效果，濾除外部環(huán)境噪音頻率，附加了數(shù)字濾波器的MATLAB 仿真部分。 利用窗函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì) FIR 濾波器是濾波器設(shè)計(jì)中很有效的方法，借助窗函數(shù)，我們可以獲得滿足指標(biāo)且又能在實(shí)際中容易實(shí)現(xiàn)的濾波器。 窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法的基本思想是：首先根據(jù)要求選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)睦硐霝V波器：如理想低通濾 波器，由于理想濾波器的脈沖響應(yīng)是非線性且無(wú)限長(zhǎng)的，為了能用 FIR 濾波器實(shí)現(xiàn)，我們用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)來(lái)截取它的脈沖響應(yīng)，從而得到線性相位和因果的 FIR 濾波器，通過(guò)合理地選擇窗函數(shù)的長(zhǎng)度，可以得到符合給定指標(biāo)的理想濾波器近似的要求，（窗函數(shù)具有可調(diào)整的參數(shù)）。所以窗函數(shù)的設(shè)計(jì)的核心是選擇一個(gè)合適的窗函數(shù)的理想濾波器。 常用的窗函數(shù)有：矩形窗， Hamming 窗， Kaiser 窗。 其中 Kaiser 窗是具有最接近最優(yōu)化的窗函數(shù)之一。對(duì)于給定的阻帶衰減，它提供了最大的主瓣寬度，從而提供最陡的過(guò)渡帶。 從上面的分析中，我們可以看出利用窗函數(shù)設(shè)計(jì) FIR 濾波器的基本思想是：根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，適當(dāng)選擇濾波器的長(zhǎng)度和窗函數(shù)，使其符合設(shè)計(jì)要求。在 FIR濾波器的設(shè)計(jì)中，所選用的窗函數(shù)對(duì)濾波器的性能有很大的影響，一般，都采用 Kaiser窗函數(shù)進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兇敖Y(jié)構(gòu)接近最優(yōu)化，而且根據(jù)不同的參數(shù)可調(diào)整濾波器的各項(xiàng)指標(biāo)。 FIR 濾波器的特點(diǎn)是很容易做到精確的線性相位特性，這一點(diǎn)是 IIR 濾波器很難做到的。 圖 8 用 Kaiser 窗口函數(shù)設(shè)計(jì)低通濾波器 3 課題 的設(shè)計(jì) 課題的設(shè)計(jì)包括總體設(shè)計(jì)，即任務(wù)框圖，系統(tǒng)組成及各部分功能；又包括詳細(xì)設(shè)計(jì)，即具體框圖，相關(guān)的理論和測(cè)試的結(jié)果。 總體設(shè)計(jì) 本部分主要說(shuō)明系統(tǒng)組成，各部分功能。特別是對(duì) TMS320VC5000 系列的數(shù)字信號(hào)處理器的說(shuō)明。并利用框圖描述本課題的任務(wù)。 語(yǔ)音處理硬件系統(tǒng)技術(shù)分析。（包括系統(tǒng)組成，各部分功能） 本設(shè)計(jì)需 TMS320VC5410 數(shù)字信號(hào)處理器， 12 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換部分， 12 位串行 D/A轉(zhuǎn)換部分， 8 位并行 A/D 轉(zhuǎn)換部分， 256K 擴(kuò)展內(nèi)存和 HPI 接口等部分構(gòu)成。 dsp 語(yǔ)音處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文 +答辯 PPT+英文文獻(xiàn)翻譯 TMS320VC5410 數(shù)字信號(hào)處理器，是本設(shè)計(jì)的核心。 TMS320VC5410 硬件結(jié)構(gòu)基本上可分為 3 大部分：（ 1） CPU。包括算數(shù)邏輯單元，乘法器，累加器，移位寄存器，各種專門用途的寄存器，地址生成器以及內(nèi)部總線；（ 2）存儲(chǔ)器系統(tǒng)。包括 16~24 位外接存儲(chǔ)器接口，片內(nèi)的程序 ROM，片內(nèi)單訪問(wèn)的數(shù)據(jù) RAM和雙訪問(wèn)的數(shù)據(jù) RAM；（ 3）片內(nèi)的外設(shè)與專用硬件電路。包括片內(nèi)的定時(shí)器 ，各種類型的串口，主機(jī)接口，片內(nèi)的鎖相環(huán)（ PLL）時(shí)鐘發(fā)生器以及各種控制電路。 TMS320VC5410 的主要特性：（ 1） CPU 部分。先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，具有 1 條程序存儲(chǔ)器總線， 3 條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和 4 條地址總線。 40 位算數(shù)邏輯單元（ ALU），包括 40位的桶形移位寄存器和 2 個(gè)獨(dú)立的 40 位的累加器。并行加法器與一個(gè) 40 位的專用加法器結(jié)合在一起，用于非流水線的單周期乘 /累加操作。比較，選擇和存儲(chǔ)單元（ CSSU），用于 VITERBI 操作中的加 /比較選擇。指數(shù)編碼器用于在單周期內(nèi)計(jì)算 40 位累加器的指數(shù)值。 2 個(gè)地址生成器，包括 8 個(gè)輔助寄存器和 2 個(gè)輔助寄存器單元。（ 2）存儲(chǔ)器系統(tǒng)。具有 16 位 192K 字的可尋址空間： 64K 字程序空間， 64K 字?jǐn)?shù)據(jù)和 64K 字的 I/O 空間，同時(shí)還具有多達(dá) 256K 字 ~8M 字的擴(kuò)展地址空間。片內(nèi)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及容量，根據(jù)型號(hào)有所不同。（ 3）在片外設(shè)和專用電路。軟件可編程等待狀態(tài)寄存器。可編程的存儲(chǔ)器。片內(nèi)的鎖相環(huán)（ PLL）時(shí)鐘發(fā)生器，可采用內(nèi)部震蕩器或外部的時(shí)鐘源。外部總線關(guān)斷控制電路可用來(lái)斷開外部數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制信號(hào)。數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)保持特性。可編程的定時(shí)器。可與主機(jī)直接連接的 8 位 并行主機(jī)接口（ HPI），有的還包本文源自六維論文網(wǎng)括擴(kuò)展的 8 位并行的主機(jī)接口（ HPI8）和 16 位并行主機(jī)接口（ HPI16）。片內(nèi)的串口根據(jù)型號(hào)不同可分為全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口，支持 8 位和 16 位數(shù)據(jù)傳送，時(shí)分多路（ TDM）串口，緩沖串口（ BSP）以及多通道緩沖串口（ McBSP） . 設(shè)計(jì)中主要使用： 64K/32K 片上 RAM， 8M 程序?qū)ぶ房臻g， 3 個(gè)多通道自動(dòng)緩沖串口（ McBSP）， 6 通道直接內(nèi)存存儲(chǔ)功能（ DMA）， 8 比特并行 HPI 接口。 12 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器。主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音輸入過(guò) 程中的采樣和量化，輸出的是均勻量化的 12 位碼。主要由 MAX1246 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成，該芯片由一個(gè)四通道復(fù)用器（處理板只用了 0 和 1兩個(gè)通道），高帶寬跟蹤，保持，最高轉(zhuǎn)速速率達(dá) 133K/s，與處理器通過(guò) McBSP0 口連接。 12 位串行 D/A 轉(zhuǎn)換器。主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音輸出過(guò)程，將處理器處理后的數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)。由 MAX531 數(shù) /模轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，該論文網(wǎng) 提高供最高 40K/s 的轉(zhuǎn)換速率，因?yàn)橐Ａ糇銐虻奶幚頃r(shí)間，因此將轉(zhuǎn)換率定為 ，其對(duì)應(yīng) I/O 口地址為 0x8000。 256 擴(kuò)展內(nèi)存。 分別對(duì)應(yīng)地址為 0x28000~0x2FFFF， 0x88000~0x8FFFF，0x98000~0x9FFFF。 HPI 接口。主機(jī)通過(guò)并行接口連接到處理器 HPI 接口，在主機(jī)和處理器間建立了一條高速數(shù)據(jù)通道。通過(guò)這一通道，主機(jī)可方便，快捷地與處理器進(jìn)行通訊，并可雙向發(fā)出中斷信號(hào)。 8253 定時(shí)器和 8255 可編程控制器通過(guò)送入控制字來(lái)完成聲音的生成。 本設(shè)計(jì)的任務(wù)框圖 圖 9 語(yǔ)音處理框圖 圖 9 是 DSP 處理的部分，也是本設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。 其中 A/D 與 D/A 的任務(wù)是通過(guò)模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的輸入與輸出。 A 律壓縮是將 MAX1246 采樣編碼后的 12位的碼流進(jìn)入 TMSVC5410（ DSP）的串口—— McBSP0，并向 TMSVC5410 的 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求 (rint0),再將接收到的 12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 8 位的 A 律 PCM 碼，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音壓縮。 利用 8253 和 8255 可編程控制器實(shí)現(xiàn)聲音的生成。根據(jù)音符與頻率（頻域），節(jié)拍（時(shí)域）一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，利用 8253 定時(shí)器的方波 信號(hào)和 8255 可編程器打開揚(yáng)聲器的門來(lái)發(fā)出聲音。 詳細(xì)設(shè)計(jì) 本部分是在上述總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出具體實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的具體程序框圖和相關(guān)原理。并說(shuō)明設(shè)計(jì)結(jié)果。 語(yǔ)音的輸入與輸出（即 A/D 和 D/A 部分） 利用 MAX1246A/D 和 MAX531D/A 可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的輸入與輸出，但關(guān)鍵問(wèn)題是保證輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的一致，這就要求抽樣頻率滿足抽樣定理。 抽樣的基本原理 先介紹抽樣的基本原理：抽樣是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期 性的掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，我們要求經(jīng)過(guò)抽樣的信號(hào)應(yīng)包括原信號(hào)的所有信息，即能無(wú)失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)，抽樣速率的下限由抽樣定理確定。 由以上說(shuō)明可知，抽樣的意義是把模擬信號(hào)變換成時(shí)間上離散的信號(hào)，也就是說(shuō)用一系列在時(shí)間上間隔出現(xiàn)的脈沖調(diào)幅信號(hào)來(lái)代替原來(lái)的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后變成抽樣脈沖的波形圖，其中的 x（ t）為模擬信號(hào)， Ts 為抽樣周期， fs=1/Ts 為抽樣頻率， S（ t）是抽樣脈沖，抽樣值出現(xiàn)是等間隔的，脈沖幅度隨模擬信號(hào)變化而變化；Xs