基于DSP平臺(tái)的語音數(shù)字化設(shè)計(jì)

摘要：基于DSP平臺(tái)的語音數(shù)字化設(shè)計(jì)以DSP為核心處理器，采用硬件軟件相結(jié)合的技術(shù)，具有話音采集，數(shù)字化壓縮，解壓和音頻揚(yáng)聲器輸出功能，并同時(shí)具有DTMF、單音檢測及VAD功能。經(jīng)測試該設(shè)計(jì)功能完善，且成本不高，對高校的學(xué)生實(shí)踐教學(xué)及企業(yè)技術(shù)人員的實(shí)踐操作有著非常重要的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；語音；數(shù)字化；雙音多頻

0 引言
數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)滲透到現(xiàn)代科技的每一個(gè)角落，而數(shù)字音頻技術(shù)則是應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一?，F(xiàn)在大量的數(shù)字音頻設(shè)備已相當(dāng)成熟，利用軟件在已有的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)不同的功能已成為一種趨勢，軟件編程的靈活性給設(shè)備增加很多不同的功能提供了方便。和其它數(shù)字系統(tǒng)一樣，DSP系統(tǒng)具有許多模擬系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如靈活、可編程，支持時(shí)分復(fù)用，易于模塊化設(shè)計(jì)，可重復(fù)使用，可靠性高等。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，以DSP為內(nèi)核的設(shè)備越來越多，基于DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正在成為數(shù)字時(shí)代應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的潮流。本設(shè)計(jì)考慮到大部分高校及企業(yè)的實(shí)際情況，在節(jié)約成本的前提下，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，以DSP為核心，設(shè)計(jì)了功能完善的數(shù)字音頻設(shè)備，可用于學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)及企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的實(shí)踐操作，具有非常廣泛的實(shí)用價(jià)值。

1 硬件設(shè)計(jì)
1．1 硬件環(huán)境描述
本設(shè)計(jì)開發(fā)板系統(tǒng)的組成大致有以下幾個(gè)部分：TPS767D301電源轉(zhuǎn)換芯片、有源晶體振蕩器、AT45DB642D-CNU片外Flash芯片、TMS320 VC5509 ADSP核心處理芯片、TLN320AIC23B語音芯片、語音編解碼加密芯片、DA8547TS立體聲放大器。系統(tǒng)硬件電路總體框圖如圖1所示。
1．2 硬件電路設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)的工作原理是以TPS767D301電壓轉(zhuǎn)換芯片為系統(tǒng)各部分提供合適的工作電壓，以TMS320VC5509A為核心處理器，對數(shù)字量進(jìn)行抽樣、壓縮、解壓縮、插點(diǎn)等操作，通過音頻編解碼器TLV320AIC23B對信號(hào)進(jìn)行模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后將得到的模擬信號(hào)進(jìn)行功率放大后經(jīng)過揚(yáng)聲器播放出來。系統(tǒng)工作原理框圖如上圖1所示。

1．2．1 TPS767D301電源轉(zhuǎn)換芯片
TI公司為用戶提供了具有兩路輸出的電源芯片，如TPS73xx系列芯片和TPS76xx芯片等。其中，TPS73HD301和TPS767D301是TI公司新推出的雙路低壓差電源調(diào)整器，主要應(yīng)用在需要雙電源供電的DSP設(shè)計(jì)中，可提供兩路輸出電源，一路為3．3V電源，另一路為可調(diào)電壓電源，前者的可調(diào)范圍為1．2～9．75V，后者的可調(diào)范圍為1．5～5．5V。本系統(tǒng)采用TPS767D301作為電壓轉(zhuǎn)換模塊。
1．2．2 AD轉(zhuǎn)換器
本系統(tǒng)中采用的AD轉(zhuǎn)換器為TLV320AIC23B(以下簡稱AIC23B)，AIC23B是TI推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式(二選一)，且對輸入和輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。AIC23B的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADCs)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(DACs)部件高度集成在芯片內(nèi)部，采用了先進(jìn)的Sigma—delta過采樣技術(shù)，可以在8～96kHz的頻率范圍內(nèi)提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣，ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達(dá)到90dB和100dB。與此同時(shí)，AIC23還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為23mW，省電模式下更是小于15μW，在本系統(tǒng)中的主要作用是進(jìn)行AD／DA轉(zhuǎn)換。
1．2．3 FLASH存儲(chǔ)器
本系統(tǒng)中采用的FLASH存儲(chǔ)器為AT45DB642D-CNU，該存儲(chǔ)器采用單電源2．7～3．6V供電，存儲(chǔ)容量為64Mbit，有串行接口和并行接口兩種形式，本系統(tǒng)中采用了串行接口形式。
1．2．4 TDA8547TS
本系統(tǒng)中采用TDA8547TS作為立體聲放大器，其供電電壓為單電源2．2～18V，很少的外圍電路，等待狀態(tài)下電流只有10 μA。在本系統(tǒng)中的作用主要是將AIC23BDA轉(zhuǎn)換后得到的模擬信號(hào)進(jìn)行功率放大。
1．3 硬件調(diào)試和測試
TPS767D301的調(diào)試：其連接電路如圖2所示。在調(diào)試過程中先不安裝電阻R1、R6，使電源電路與系統(tǒng)其它部分電路斷開。

其中2OUT(2OUT1，2OUT2)穩(wěn)定輸出3．3V電壓，1OUT輸出電壓V0=Vref(1+R3／R5)，式中，Vref為基準(zhǔn)電壓，典型值為1．182V。R3和R5為外接電阻，通常所選擇的阻值使分壓器電流近似為7μA，推薦R5的取值為169kΩ，而R3的取值可根據(jù)所需的輸出電壓來調(diào)整，這里R3取59.7kΩ由于庫存中不含有這兩種阻值的電阻，為充分利用現(xiàn)有資源，取R5=150kΩ，R3=56kΩ，且能滿足系統(tǒng)要求。