基于DSP的通用型嵌入式语音平台的硬件设计

《基于DSP的通用型嵌入式语音平台的硬件设计》 本文主要探讨的是基于数字信号处理器（DSP）的通用型嵌入式语音平台的硬件设计，该平台已在语音编码和语音合成等多个领域得到应用，并实现了小规模的商业化生产。随着通信技术的发展，高质量、低速率的语音编码算法成为现代通信系统中的关键技术，尤其在资源受限的环境下，如IP电话、语音信箱和军事无线通信等，低速语音压缩编码技术显得尤为重要。 在过去，由于硬件条件的限制，这类复杂的编解码算法难以实现在实际设备上的应用。然而，随着超大规模集成电路（VLSI）技术的进步，特别是高性能数字信号处理器（DSP）的普及，这些算法得以广泛应用。本文所设计的通用语音编解码平台就是针对一套军用语音编码标准而构建的。 硬件设计的核心要求包括处理能力、接口设计、低功耗和系统安全。根据运算量需求，选择的DSP芯片TMS320VC5510A2具备50MIPS以上的处理能力，能够应对高复杂度的语音编码算法。接口设计上，如表1所示，包括话筒和听筒输入输出、PTT通话请求、数字语音码流信号以及状态指示等，确保与通信平台的兼容性。在功耗方面，考虑到便携式设备的需求，选择了低功耗的TMS320VC5510A2和MSP430F149单片机，以延长电池寿命。此外，MSP430F149还用于辅助加载程序和系统加密，确保设计的安全性。 硬件平台的总体架构如图1所示，包括PTT控制、语音CODEC芯片TLV320AIC11、DSP和单片机的交互。当PTT被按下，模拟语音通过放大电路进入CODEC，由模数转换器转为16bit的线性PCM格式，然后通过DSP的McBSP接口进行处理。编码后的码流经缓冲区存储，由同步时钟控制发送。同时，接收端通过检测CD信号，解码接收到的码流并转化为模拟语音输出。 图2展示了语音CODEC芯片与DSP、单片机的具体硬件连接。TLV320AIC11的工作模式设置为主模式，采样率为输入时钟的1/256，由MCU的副时钟输出提供。在这样的配置下，系统能够实现8KHz的采样频率，满足语音编码和解码的需求。 为了保护知识产权，硬件系统设计了加密措施。尽管TI的C55x系列DSP具有开放式总线结构，但通过JTAG接口的访问可以被限制或加密，以防止非法访问和复制代码。 综上所述，基于DSP的通用型嵌入式语音平台的硬件设计综合考虑了性能、功耗、接口和安全性等因素，采用先进的DSP芯片和低功耗单片机，构建了一个高效、可靠的语音处理模块，不仅在语音编码和合成方面表现出色，而且在实际应用中展现出良好的适应性和扩展性。