基于ADPCM的數(shù)字語音存儲與回放系統(tǒng)設計方案

　　2.3 預加重處理

　　為了提升語音質(zhì)量，一般都會對采集的語音進行預加重處理。使得信號的高頻部分進行提升，同時信號更平坦。處理的時候一般在高頻段按照-6 dB/倍頻程跌落，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)具有6 dB/倍頻程提升高頻特性的預加重數(shù)字濾波器。選取一階高通濾波器，其特性函數(shù)為：

　　式中u 值取為0.94~0.97.當然，在信號處理之后，還需要通過去加重來還原原本的語音信號。

　　2.4 分幀加窗處理

　　為了能用傳統(tǒng)的方法對語音信號進行分析處理，需要對本來是時變語音信號進行加窗處理。假定語音信號在30 ms內(nèi)是平穩(wěn)的，則在30 ms范圍內(nèi)對于語音信號分割加窗。若采樣速率為46 kHz,每幀信號由512個點組成，則一幀的時間長度為11.1 ms,滿足語音信號的短時平穩(wěn)特性。

　　不同的窗函數(shù)對于信號會有不同的處理結(jié)果，為了選取更優(yōu)的處理結(jié)果，于是對于矩形窗和漢明窗兩個最為典型的窗的特性進行比較，結(jié)果如圖4,圖5所示。

　　由圖4,圖5可知，矩形窗有不錯的平滑特性，但是在頻譜帶外會有一定的信號損失，會有泄漏現(xiàn)象。而漢明窗雖然平滑特性不好，但是其帶寬卻大于矩形窗，更適合語音信號處理。故在時域中對每幀信號添加漢明窗，再進行傅里葉變換，能更真實地分析其頻譜信息。

　　顯示頻譜時，由于示波器的分辨率有限，對512 點的頻譜信息，采取每間隔8個點抽取1個點的方式，即得到64 點的頻譜信息。由于顯示時只需顯示0~ fs 2（fs為采樣速率）頻率段的信息，故最后在示波器上清晰地顯示32個點的頻譜。

　　3 單元模塊電路設計

　　3.1 前級放大電路

　　一般來說，語音的輸入能量不大，為了完成A/D 操作，就需要對輸入的信號進行放大。對于簡單的電路放大設計，選用最基本的AD620、INA129.對于調(diào)制電阻RG ,通過增益計算公式G = 49.4 kΩ/RG + 1 可以計算得到， RG 使用50 kΩ可調(diào)電位器來達到2.5 倍的增益放大，電路設計圖如圖6,圖7所示。

　　3.2 A/D及D/A設計電路

　　PCM3010 為24 b 立體聲音頻編碼器，其內(nèi)部包含Σ-Δ 型ADC和DAC.其中立體聲ADC輸入信號峰峰值為3 V,內(nèi)置抗混疊濾波器和高通濾波器，采樣速率為16~96 kHz可調(diào)，立體聲DAC輸出信號峰峰值為3 V,內(nèi)置去加重濾波器，轉(zhuǎn)換速率為16~192 kHz可調(diào)。DAC輸出信號接后置低通濾波器，可實現(xiàn)較好的波形輸出。

　　該芯片將ADC、DAC集成一體，極大地簡化了硬件電路規(guī)模，并且價格便宜，具有極高的性價比。這里在某些數(shù)據(jù)線與控制線上串接了一個小電阻，以降低信號上下邊沿的跳變速率。其電路圖如圖8所示。

　　3.3 音量控制及功放電路

　　音量調(diào)節(jié)選用高性能立體聲音頻音量控制芯片PGA2310實現(xiàn)。通過數(shù)字方法控制模擬音量，每聲道音量單獨可調(diào)，并具有靜噪功能。它具有極寬的增益衰減范圍，-95.5~31.5 dB 以0.5 dB 步進可調(diào)，失真度僅為0.000 4%.其輸出兩路信號送入高效D 類音頻功率放大器TPA2000D4,+5 V 供電驅(qū)動4 Ω負載時功率可達2 W.其靜態(tài)功耗低，外接電路簡單，無需外接LC輸出濾波器，即可直接驅(qū)動揚聲器。電路圖如圖9所示。