基于DSP技術(shù)的多路語音實(shí)時(shí)采集與壓縮處理系統(tǒng)
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關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；DSP；數(shù)據(jù)處理；實(shí)時(shí)；語音壓縮
在語音的數(shù)字通信和數(shù)字存儲(chǔ)等應(yīng)用領(lǐng)域，需要對(duì)多路語音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和壓縮處理［1］。如某語音記錄設(shè)備，需要對(duì)8路語音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和壓縮處理，而且要求對(duì)采集到的語音數(shù)據(jù)的壓縮率盡量高。一般地，當(dāng)要求語音數(shù)據(jù)壓縮后的碼流在10 Kbps左右時(shí)，需要采用語音的模型編碼技術(shù)。而模型編碼算法的運(yùn)算量很大。因此，如一方面要求對(duì)多達(dá)8路的語音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，另一方面又要求對(duì)各路的語音信號(hào)進(jìn)行較高壓縮率的實(shí)時(shí)壓縮處理，對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)提出了更高的要求。
由于VLSI技術(shù)的迅速發(fā)展，DSP（Digitalsig－nal processor數(shù)字信號(hào)處理器）的性能價(jià)格比得到了很大的提高［2］，使得利用DSP的高速數(shù)據(jù)管理能力和處理能力來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和處理成為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理的一個(gè)新的發(fā)展方向。基于此，本文介紹的多路語音實(shí)時(shí)采集與壓縮處理系統(tǒng)采用了高速DSP技術(shù)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
1．1 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)
采集語音信號(hào)通道數(shù)：8
語音信號(hào)帶寬：300～3 400 Hz
采樣速率：8 000 Hz
語音回放通道數(shù)：1
每路語音信號(hào)壓縮后碼流：13 Kbps
擴(kuò)展ISA總線接口
系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上包括三個(gè)主要部分，即8通道A／D和1通道D／A部分，DSP最小系統(tǒng)及DSP的DMA與ISA總線的接口。如圖1所示。
由圖2可以看出，軟件設(shè)計(jì)主要包括4大部分：
命令解釋與控制模塊
13 Kb／sRPE－LTP－LP編解碼模塊
多通道語音編解碼控制模塊
接口功能模塊
3．2．1 命令解釋與控制模塊
命令解釋與控制模塊主要是用于解釋由PC機(jī)通過IDMA口發(fā)來的各種命令，如發(fā)送或接收編解碼數(shù)據(jù)、設(shè)置PC機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量的大小、查詢編解碼狀態(tài)以及啟動(dòng)，停止編解碼操作等。該模塊不直接與PC機(jī)打交道，而是通過接口功能模塊，間接實(shí)現(xiàn)與主CPU的數(shù)據(jù)信息交換。
3．2．2 13 Kb／sRPE－LTP－LP編解碼模塊
該模塊是一個(gè)單通道13 Kb／sRPE－LTP－LP語音編解碼模塊。它是本系統(tǒng)的語音壓縮處理的核心部分，為使該模塊具有通用性，為該模塊單獨(dú)形成一個(gè)ADSP－2100系列語言庫，可與任何其它ADSP－2100系列模塊相連。
3．2．3 多通道語音編解碼控制模塊
該模塊基于單通道13 Kb／sRPE－LTP－LP語音編解碼模塊，實(shí)現(xiàn)多通道語音編碼和單通道語音解碼。對(duì)于多通道語音編碼，一方面，當(dāng)某通道采集到一幀160點(diǎn)的語音數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用語音編碼模塊對(duì)該幀進(jìn)行編碼，并將編碼后的語音數(shù)據(jù)按約定的格式存放到各通道的編碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中；另一方面，由于語音的模型編碼是前后幀相關(guān)聯(lián)的，所以該模塊還必須將當(dāng)前通道的當(dāng)前幀編碼后的必須保存的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行保存，以及在調(diào)用語音編碼模塊對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行編碼前，恢復(fù)上一幀編碼后的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。對(duì)于單通道語音解碼，則只需在接收到由PC機(jī)傳送來的壓縮數(shù)據(jù)后，調(diào)用解碼模塊，然后將解碼后的160點(diǎn)語音數(shù)據(jù)送到D／A的串口1發(fā)送緩沖區(qū)。
3．2．4 接口功能模塊
該模塊實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)的數(shù)據(jù)的實(shí)際交換工作，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)DSP的數(shù)據(jù)采集與控制。由于它是軟件設(shè)計(jì)中唯一與硬件相關(guān)的模塊，故該模塊在設(shè)計(jì)上盡量與其它模塊獨(dú)立。這樣，當(dāng)硬件有所改變時(shí)，可不必改變其他模塊。
4 結(jié) 論
本系統(tǒng)由于采用了DSP技術(shù)，使得多路語音的采集和壓縮處理得以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)還使系統(tǒng)具有較高的可編程性能?；谠撓到y(tǒng)的某語音記錄儀已經(jīng)通過省、部級(jí)的鑒定。本系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)說明數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用基于DSP技術(shù)，將大大提高系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)處理的能力。而且，當(dāng)今的DSP的處理速度和數(shù)據(jù)管理能力還在迅速地提高，其價(jià)格也降到能應(yīng)用于一般的應(yīng)用場(chǎng)合。如ADSP－21061，40 MIPS的運(yùn)算速度，10個(gè)DMA控制器，40位浮點(diǎn)運(yùn)算精度，數(shù)據(jù)管理能力可達(dá)240Mbytes／s，其售價(jià)也只有30～40美元。因此，開發(fā)和研究基于DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。
參考文獻(xiàn)
1 戴禮榮，王仁華，宋 彥．高速DSP技術(shù)及其在通信中的應(yīng)用．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，20（1）：90～962 王仁華，戴禮榮．當(dāng)代DSP及其在現(xiàn)代通信應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)．中興新通信，1998，4（1）：8～123 陳永彬，王仁華．語音信號(hào)處理．合肥：中國科學(xué)技術(shù) 大學(xué)出版社，1990．103～106
第一作者簡介 戴禮榮，男，副教授，1962年8月生。
評(píng)論