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基于DSP的回声系统设计.docx
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基于DSP的回声系统设计.docx
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【摘 要】21世纪将会是数字信息化的时代,随着数字化信息产业的发展数字化
的产品已经进入到了千家万户。其中数字信号处理技术就是现代数字语音通信的
核心技术之一,DSP 技术为实现语音信号的采集,处理和播放奠定了基础。本文
运用 TMS320C6713处理器和 AIC23语音处理芯片搭建出语音处理的硬件平台,
来完成基于 DSP 的语音回声系统的设计。在所设计的系统之中,对 DSP 处理器
以及 AIC23语音芯片的性能特点做出了分析,对 AIC23芯片的控制接口进行了软
件编程,实现数字语音数据的传输。采用 C 语言以及汇编语言的混合编程方式
对系统主程序和子模块的编写和调试,来实现语音信号的采集、处理和数字回声
回放的功能。
【关键字】 TMS320C6713 AIC23 语音回放
Abstract: In the 21st century will be the digital information age, with
the development of the digital information industry of digital products
has entered innumberable families.One of digital signal processing
technology is one of the core of the modern digital voice communication
technology, DSP technology to realize voice signal acquisition,
processing, and laid a solid foundation.And AIC23 speech processing chip
TMS320C6713 processor, this paper builds the speech processing hardware
platform, voice echoes system based on DSP to complete the design.In the
design of the system, the DSP processor and has made the analysis, the
performance characteristics of AIC23 voice chip AIC23 chip control
interface for the software programming, the realization of digital voice
and data transmission.The C language and assembly language mix
programming for the system of the main program and the writing and
debugging module, to achieve voice signal acquisition, processing and
digital echo playback functions.
key words : TMS320C6713, AIC23 digital echo
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究意义 1
2 主要器件介绍 2
2.1 TLV320AIC23 语音芯片 2
2.1.1 主要特性 2
2.1.2 硬件功能结构 2
2.1.3 引脚及外围接口 4
2.1.4 控 制 接
口......................................................................................................................7
2.2TMS320C6713 处理器 8
2.2.1TMS320C6713 基本信息 8
2.2.2 主要特点 8
2.2.3TMS320C6713 芯片的结构和 CPU 9
2.2.4 外围接口 11
3 系统方案设计 13
3.1 工作原理 13
3.2 硬件连接 18
3.3 软件设计 21
4 回声系统设计的 CCS 实现 25
4.1 CCS 集成开发环境 25
4.2 CCS 配置 26
4.2.1 工程文件的使用 27
4.2.2 工程文件的建立 27
4.2.3 实现效果 29
结束语 29
参考文献 30
附录 31
致谢 44
1.引言
1.1 课题背景
随着数字信号处理技术的发展,语音处理应用数字信号处理技术和微电子技
术,在语音识别、语音编码等方面获得了极大成功。现代 DSP 技术的发展提高了
数字信号高速运算与同步处理的能力,更推进了语音处理技术的发展。数字信号
处理技术通过计算机或专用处理设备,对信号进行分析、合成、变换、滤波、压
缩、识别等加工处理,以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用,以达到更符
合人们要求的信号形式。数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的方法
来完成,最普遍的方法是用通用的可编程 DSP 芯片构建硬件平台,通过软件编程
实现特定的系统功能。数字信号处理器(DSP)是一种具有特殊结构的微处理器,
其 DSP 内核是高速的 CPU,再配上用户所需的存储器和外设等组成系统,可以用来
快速地实现语音信号处理的各种算法。本文结合 TMS320VC6713处理器适合语音
信号处理的特点和实践应用,配合 TLV320AIC23专用语音采集模块,构成音频采
集、处理和播放语音系统,成功实现语音信号的采集与回放,并进行了数字语音回
声制作。
1.2 课题研究意义
近年来,随着 DSP 芯片产品价格的不断下滑,使 DSP 能够从以往的军用领域
迅速拓展到民用领域,例如应用于计算机、网络、移动电话、调制解调器和磁盘
驱动器以及众多的消费电子产品。例如 DSP 芯片应用于 VoIP 网关产品。VoIP 包
括压缩语音信号并将它们通过使用 IP、基于信息包的网络以数据的形式传送。
拨号连接到 VoIP 网关的可以是 modem、传真或者话音,所以处理这些呼叫的 DSP
必须快速切换操作层面。音响产品也将是新市场的巨大应用,例如 MP3 (MPEGI,
Layer3)播放机。DSP 算法允许将 CD 品质的录音从 Internet 下载到 PC,然后传
送到便携式播放机,通过解压 DSP 芯片实现回放。
DSP 的重要应用领域之一是声音处理。声音数字压缩技术早已获得应用,其中
以脉冲编码调制(PCM)的方法最普遍。但由于它只能压缩50%数字,因此仍未足以
应付未来计算机应用。DSP 已经在音效应用中得到广泛采用,而且大部分应用于
音效产品的技术,例如应用于多媒体音效卡。NEC 公司推出了控制声音区域的 DSP,
可以应用于音效卡。新加坡音效卡供应商 Creative Technology 的技术销售专家
Ian Skelton 强调指出,DSP 面市后,语音便成了工作重点。改进 DSP,就能改进
语音的吞吐量,从而减轻 PC 的负荷及改进语音。目前,Creative Technolgy 正
从事语音和多媒体等方面的研究,让用户感到更方便。
2.主要器件介绍
2.1 TLV320AIC23 语音芯片
2.1.1 主要特性
TLV320AIC23是 TI 公司推出的一个高性能的多媒体数字语音编解码器,该器
件内部 ADC 和 DAC 变换器采用具有集成过取样字内插滤波器的多位∑-△技术。
数据传输宽度可以是16位,20位和32位,采样频率范围支持从8KHZ 到96KHZ。在
ADC 采集达到96KHZ 是的噪声为90-dBA,能过高保真的保存音频信号。在 DAC 转
换达到96KHZ 时噪音为100-dBA,能够高品质的数字回放音频,在回放时仅仅减
少23mW。它能以数字和模拟电压运行,这些电压与 TMS320C6713DSP 的 I/O 电压
是兼容的。能够实现与 C6713DSP 的 McBSP 的端口的无缝连接,使系统设计更加
简单,而与 和 SPI 总线兼容的控制接口能使 AIC23 DSP 编解码器作为一个单
片的 AFE 与其他处理器共同使用。内部集成有增益可调的音频输入/输出放大器,
无须外部再加功放,因而也节省了电路空间,并且使得设计更加灵活。
2.1.2 硬件功能结构
语音处理模块的主要功能是与 DSP 芯片进行数据通信,将语音信号通过线输
入、传声器输入两种方式经其初步处理后传入 DSP 芯片;或将 DSP 芯片处理过程
的信号转换为语音信号有线输出或扬声器输出。如图1所示,TLV320AIC23是语音
处理模块的核心芯片,它是一款高性能的立体声音频编解码器,并同时集成了高
度的模拟功能。在 TLV320AIC23B 中的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)
使用多比特 sigma-delta 工艺,并在内部集成了高采样率的数字内插滤波器。该
芯片支持从8~96KHz 的采样速率,16bit、20bit、24bit、32bit 的数据传送字
长度。该芯片回放时的功率消耗小于23mW,因此多用于便携式的数字音频播放器
和录音的模拟输入输出。
图1 TLV320AIC23功能结构图
TLV320AIC23的输入有两种形式,立体声输入和耳机输入。立体声输入口包
括左右声道的输入,麦克风输入是语音直接输入。其中由于麦克风是无源元器件,
所以要为其提供偏置电源。在本系统中采用开关 Switch 进行两种输入方式的切
换。 TLV320AIC23有两种输出方式: 立体声输出和耳机输出。耳机输出可以直接
驱动16Ω和32Ω的耳机,不需要外部再进行功率驱动。立体声输出没有经过内部
放大器,是直接输出。TLV320AIC23的控制接口有两种工作方式,MODE 接低电平
是设置为2 线制的 I²C 方式;MODE 接高电平是设置为3 线制的 SPI 方式。由于
McBSP 不容易实现 I²C 工作方式,但是很容易实现 SPI 工作方式,所以在本系统
中就把 TLV320AIC23B 的 MODE 引脚接高电平,配置为 SPI 工作方式。在 SPI 方式
下,SDIN 是串行数据,SCLK 是串行时钟 CS 是控制位。串行数据由16位组成,高
位在前,低位在后。串行数据的前七位表示 TLV320AIC23的某个寄存器的地址,
后九位表示写到这个寄存器的数据。TLV320AIC23的数据口有四种工作模式,分
别为 Right justified 、Left justified、IIS Mode、DSP Mode,其中后两种模式
可以很方便的与 DSP 的 McBSP 连接。本系统中 TLV320AIC23采用 DSP Mode 模式和
TMS320VC6713的 McBSP 接口实现无缝连接,可以方便的实现主、从模式两种工作
方式。当 McBSP 为从模式时,McBSP 的接收时钟与帧同频信号都由 TLV320AIC23
来提供;当 McBSP 为主模式时,McBSP 产生所需的时钟和帧信号。 TLV320AIC23
的 DSP Mode 的 工 作 时 序 如 图 5 所 示 。 LRCIN/LRCOUT 是 帧 信 号 , 它 连 接 到
TMS320VC6713 McBSP 的 帧 同 步 信 号 引 脚 。 BCLK 是 串 行 时 钟 , 它 连 接 到
TMS320VC6713 McBSP 的发送/接受时钟引脚。DIN/DOUT 上是串行数据,它连接到
TMS320VC6713 McBSP 的发送/接受数据引脚。串行数据是左声道数据在前,紧接
着是右声道数据,串行数据是高位在前,低位在后。
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