當(dāng)前位置:首頁 > 智能硬件 > 智能硬件
[導(dǎo)讀]隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,錄音技術(shù)也進(jìn)入了數(shù)字化階段。目前數(shù)字錄音系統(tǒng)應(yīng)用已非常廣泛,如電力、鐵路、石油等行業(yè)的指揮調(diào)度,機(jī)場、港口、公安、軍事等要害部門的錄音和監(jiān)聽,金融行業(yè)授權(quán)指令的實(shí)時(shí)錄音,無線尋呼臺(tái)

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,錄音技術(shù)也進(jìn)入了數(shù)字化階段。目前數(shù)字錄音系統(tǒng)應(yīng)用已非常廣泛,如電力、鐵路、石油等行業(yè)的指揮調(diào)度,機(jī)場、港口、公安、軍事等要害部門的錄音和監(jiān)聽,金融行業(yè)授權(quán)指令的實(shí)時(shí)錄音,無線尋呼臺(tái)、電信局、服務(wù)行業(yè)的服務(wù)等。數(shù)字錄音系統(tǒng)為及時(shí)了解和發(fā)現(xiàn)事故原因以及提供準(zhǔn)確可靠的原始錄音記錄發(fā)揮了巨大作用。

目前,很多數(shù)字錄音系統(tǒng)是基于PC實(shí)現(xiàn)的。語音數(shù)據(jù)采集后通過串口實(shí)時(shí)傳送到PC進(jìn)行數(shù)字語音的存儲(chǔ),再由PC對數(shù)字語音數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理。但是在很多應(yīng)用場合(如移動(dòng)裝置、野外作業(yè)、竊聽等),由于受布線、成本、安裝空間及環(huán)境等影響,基于PC的數(shù)字錄音方案受到限制。這些應(yīng)用場合下,如何實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)就成為關(guān)鍵。

方案一是采用無線傳輸。實(shí)時(shí)將采集到的語音數(shù)據(jù)傳送。但是由于受無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x、速度以及實(shí)現(xiàn)成本的限制,這種方案的可行性不高;

方案二是采用可移動(dòng)的存儲(chǔ)體。目前應(yīng)用較廣的有CF、SD等存儲(chǔ)卡和基于USB接口的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。從單位字節(jié)存儲(chǔ)成本考慮,存儲(chǔ)卡的成本明顯高于基于USB接口的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

另外,PC與存儲(chǔ)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)必須購買相應(yīng)的讀卡器,這意味著要增加額外的成本且使用不靈活。隨著USB技術(shù)的發(fā)展與不斷成熟,目前幾乎所有PC主板都帶有多個(gè)USB接口,且操作系統(tǒng)對USB設(shè)備的支持也非常完備。這樣數(shù)字語音數(shù)據(jù)可與任意PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,從而使應(yīng)用變得非常方便和靈活。因此,研究嵌入式環(huán)境下基于USB主機(jī)結(jié)構(gòu)的數(shù)字錄音技術(shù)就具有實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

1 數(shù)字錄音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理

整個(gè)錄音系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一是語音數(shù)據(jù)的PCM編碼電路,實(shí)現(xiàn)語音的AD轉(zhuǎn)換;二是USB主機(jī)的接口電路。單片機(jī)P89C51RD2HBA實(shí)現(xiàn)USB-HOST主機(jī)協(xié)議和語音數(shù)據(jù)的采集功能,系統(tǒng)原理如圖l所示。

2 語音編解碼電路設(shè)計(jì)

2.1 MCl4LC5480芯片簡介

語音的PCM編碼是將模擬語音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字語音信號(hào)。它是語音數(shù)字化的第一步,也是語音壓縮的基礎(chǔ)。MCl4LC5480是Motorola公司生產(chǎn)的μ/A律PCM芯片,具有以下特點(diǎn):低功耗;低噪聲的全差分模擬電路設(shè)計(jì);片內(nèi)集成有發(fā)送帶通濾波器和接收低通濾波器;具有RC預(yù)濾波器后濾波器;μ/A律可選擇。MCl4LC5480的原理如圖2所示。

圖2中,RO+、RO-和TI+、TI-分別是PCM模擬語音信號(hào)的差分輸出和輸入;PI、PO+、PO-用來放大模擬信號(hào)以驅(qū)動(dòng)模擬語音設(shè)備;同步控制部分主要用于控制幀同步和位同步,控制引腳主要用于μ/A律的選擇和低功耗模式的選擇。

2.2 語音編解碼應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

基于MCl4LC5480的語音編解碼應(yīng)用電路如圖3所示。其中輸入的8kHz時(shí)鐘源用于幀同步,2.048MHz的時(shí)鐘源用于位同步。PCM輸出即為編碼后的串行輸出數(shù)據(jù),再經(jīng)過SN74HC595轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)總線連接;PCM輸入則為串行輸入的數(shù)字語音數(shù)據(jù)。在圖3中,8kHz、2.048MHz時(shí)鐘源可用Motorola公司的MC74HC4060產(chǎn)生。具體實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

3 USB主機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

3.1 USB-HOST接口芯片SL811HS簡介

SL811HS是Cypress公司推出的一種遵從USB1.1協(xié)議的嵌入式USB Host/Slave芯片。該芯片既能與USB低速設(shè)備通信,也能與USB高速設(shè)備通信。由于提供了8位寬的數(shù)據(jù)總線及中斷支持,使得該芯片能方便地與微處理器、微控制器以及DSP連接。SL811HS可以在Host/Slave兩種模式下工作。該芯片具有以下特點(diǎn):

(1)自動(dòng)探測所接設(shè)備是低速設(shè)備還是高速設(shè)備;

(2)具有8位雙向數(shù)據(jù)總線及片上SIE、USB收發(fā)器;

(3)自動(dòng)產(chǎn)生SOF令牌包及自動(dòng)生成令牌包、數(shù)據(jù)包中所需要的CRCS/CRCl6數(shù)據(jù);

(4)內(nèi)部256B RAM,支持乒乓操作;

(5)支持SUSPEND/RESUME、WAKE UP、LDW-POW-ER模式。

3.2 USB-HOST接口電路設(shè)計(jì)

SL811HS的接口電路原理如圖5所示。

由于系統(tǒng)只需要具有USB主機(jī)的功能,因此只需將控制SL811HS為主機(jī)或從機(jī)工作方式的M/S管腳接地。SL811HS的地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD[7:0]與單片機(jī)P89C51RD2HBA的P0口連接。其中SL811HS的A0功能較為靈活。AO=0時(shí)表示數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)是SL811HS的RAM空間的地址指針;A0=1時(shí)則讀寫指定地址的RAM數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

而且它支持地址自增模式,即可讀寫連續(xù)地址單元中的數(shù)據(jù),而不需要多次寫入地址,從而大大提高傳輸速度。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性,VDD引腳的去耦電容采用103電容。并且在設(shè)計(jì)PCB時(shí)DATA+和DATA-的走線盡量短,整個(gè)PEB板做覆銅處理。

4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 USB主機(jī)對設(shè)備的枚舉軟件框架設(shè)計(jì)

枚舉是任何USB設(shè)備使用前必經(jīng)的過程,因此枚舉作為整個(gè)USB通信的前提顯得非常關(guān)鍵。下面依照自底向上的軟件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)對設(shè)備的枚舉。整個(gè)USB主機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也是按照層次由底向上的設(shè)計(jì)思路,這樣便于系統(tǒng)移植。

(1)MCU與sL811HST的底層通信。這是整個(gè)USBHost模塊的基礎(chǔ),它主要包括對SL8llHS字節(jié)的讀/寫和字節(jié)串的讀/寫等函數(shù)。

(2)USB最底層數(shù)據(jù)包發(fā)送的實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包的函數(shù),參數(shù)包括發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型、端點(diǎn)地址、端點(diǎn)負(fù)載、傳輸長度和數(shù)據(jù)緩存區(qū)地址指針。

(3)控制傳輸和USB協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)請求命令的實(shí)現(xiàn)??刂苽鬏斨饕糜诎l(fā)送和接收與USB設(shè)備的配置信息相關(guān)的數(shù)據(jù),包括建立階段、可選數(shù)據(jù)階段和狀態(tài)階段。每個(gè)階段都由特定的事務(wù)(USB最底層數(shù)據(jù)包的發(fā)送)組成。建立階段發(fā)送規(guī)定格式的USB標(biāo)準(zhǔn)請求命令;數(shù)據(jù)階段是可選的,它根據(jù)建立階段指明的傳輸方向傳輸具有USB定義的數(shù)據(jù),該階段包含一個(gè)或多個(gè)IN/OUT事務(wù);狀態(tài)階段用于報(bào)告建立階段和數(shù)據(jù)階段的傳輸結(jié)果。

(4)USB設(shè)備的枚舉。根據(jù)USB協(xié)議的規(guī)定,在調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)請求命令函數(shù)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)主機(jī)對USB設(shè)備的枚舉。首先通過缺省地址0獲取設(shè)備描述符,如廠商ID、產(chǎn)品ID、設(shè)備類等信息;之后為設(shè)備分配新的地址;然后通過這個(gè)新地址與設(shè)備通信,獲取配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符等;根據(jù)獲取的配置描述符信息,為設(shè)備設(shè)定一個(gè)配置。

(5)整個(gè)USB的協(xié)議框架。至此,整個(gè)USB主機(jī)的活動(dòng)特性已了解。從(1)~(4),層層遞進(jìn),一級(jí)比一級(jí)高級(jí)。最簡單地說,就是(4)中宏觀的USB主機(jī)活動(dòng)是由最底層的(1)實(shí)現(xiàn)。

而(1)中的函數(shù)是完全與硬件相關(guān)的部分,且越往上與硬件的關(guān)系越小,以至于在(4)中的層次就完全是與硬件無關(guān)的軟件平臺(tái)。這也為整個(gè)系統(tǒng)的移植奠定了基礎(chǔ),只需修改與硬件緊密相關(guān)的函數(shù)體即可。

4.2 主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)字語音存儲(chǔ)應(yīng)用中采用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備是Mass Storage類(海量存儲(chǔ)類)。Mass Storage類主要用于軟磁盤接口、ATA接口、IDE硬盤接口及Flash存儲(chǔ)器等設(shè)備建立的USB接口。

不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體接口構(gòu)成了Mass Storage類的子類,UFI即為實(shí)現(xiàn)軟磁盤接口的Mass Storage類的子類。各個(gè)子類都有一套自己的協(xié)議,并通過命令的形式實(shí)現(xiàn)各種功能。這些命令都是各子類所特

有的,與USB沒有任何關(guān)系,只是在uSB傳輸時(shí)被打包成一系列的命令包進(jìn)行傳輸。而真正與Mass Storage的傳輸方式相關(guān)的是其傳輸協(xié)議。

BULK-ONLY協(xié)議沒有使用中斷和控制端點(diǎn),僅使用BULK(批量)端點(diǎn)進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的傳輸。批量傳輸方式不受時(shí)間限制并能保證數(shù)據(jù)的完整性。在這種傳輸方式下,有三種類型的數(shù)據(jù)在USB與設(shè)備之間傳送:CBW、CSW和普通數(shù)據(jù)。

圖6描述了主機(jī)端數(shù)據(jù)傳輸方式。從圖6可以看到數(shù)據(jù)段一分為二,一個(gè)是數(shù)據(jù)輸出(主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備),另一個(gè)是數(shù)據(jù)輸入(主機(jī)從設(shè)備獲取數(shù)據(jù))。主機(jī)發(fā)送CBW,這個(gè)CBW本身作為描述符的負(fù)載數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備。CBW的封包也包括封包頭和 圖6 BULK-ONLY傳輸方式命令塊兩部分。封包頭表征了數(shù)據(jù)傳輸方向傳輸?shù)倪壿媶卧兔顗K長度,命令塊是真正需要實(shí)現(xiàn)的命令。

4.3 數(shù)字語音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

(1)單片機(jī)對移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫

USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫需要對存儲(chǔ)體的存儲(chǔ)格式有一定了解。FAT文件系統(tǒng)通過Mass Storage類的UFI子類命令與u盤建立聯(lián)系,并在系統(tǒng)中建立一個(gè)U盤的空間結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寫文件、讀文件等功能。對于只有一個(gè)分區(qū)的FATl6格式的U盤,其結(jié)構(gòu)依次是主引導(dǎo)記錄(MBR)、系統(tǒng)引導(dǎo)記錄(DBR)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)。

MBR包括446字節(jié)的主引導(dǎo)代碼、64字節(jié)的DPT(Disk Partition Table,磁盤分區(qū)表)和“55.AA”的結(jié)束標(biāo)志。DBR是操作系統(tǒng)可以直接訪問的第一扇區(qū),它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為BPB(Bios Parameter Block)的本分區(qū)參數(shù)記錄表。

BPB含有對文件系統(tǒng)操作的關(guān)鍵信息,因此非常重要。在對U盤進(jìn)行讀寫前首先要讀取MBR扇區(qū)和DBR扇區(qū),以獲取DPT和BPB信息作為文件系統(tǒng)操作的基礎(chǔ);然后根據(jù)FAT表中簇的使用情況為相應(yīng)文件進(jìn)行分配(回收)并在FDT表中注冊(刪除)文件屬性等信息,即可實(shí)現(xiàn)對文件寫、刪除等操作。

(2)數(shù)字語音文件的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)

在本應(yīng)用系統(tǒng)中,把實(shí)時(shí)采集編碼后的數(shù)字語音按文件格式存儲(chǔ)到uSB接口的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上,以實(shí)現(xiàn)嵌入式環(huán)境下實(shí)時(shí)語音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換。對于存儲(chǔ)后的數(shù)字語音文件可在PC環(huán)境下作后期處理,非常方便和靈活。整個(gè)系統(tǒng)的主循環(huán)程序設(shè)計(jì)流程如圖7所示。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)了兩路實(shí)時(shí)語音的采集編碼,每路語音的數(shù)據(jù)速率為8kbps。

由于語音數(shù)據(jù)是恒定速率輸入且長時(shí)間存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量比較大,因此如何提高存儲(chǔ)速度以保證語音數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)就非常重要。為此系統(tǒng)采用前后臺(tái)操作方式,即語音數(shù)據(jù)的緩存在中斷服務(wù)程序中完成,并且每路語音數(shù)據(jù)均采用雙緩沖區(qū)形式。其中一個(gè)用于實(shí)時(shí)采集的語音數(shù)據(jù)緩存,另一個(gè)用于USB主機(jī)發(fā)送到U盤的數(shù)據(jù)緩存。

在系統(tǒng)運(yùn)行中兩個(gè)緩沖區(qū)的角色動(dòng)態(tài)切換。在系統(tǒng)緩存容量允許的情況下,每個(gè)緩沖區(qū)大小盡可能大一些。因?yàn)閷盤一次性寫入的文件容量越大,平均字節(jié)的系統(tǒng)開銷越小,速度越快。數(shù)字語音文件存儲(chǔ)到u盤的操作在后臺(tái)主循環(huán)中實(shí)現(xiàn),主循環(huán)對兩個(gè)緩沖區(qū)滿標(biāo)志進(jìn)行查詢來決定當(dāng)前待發(fā)送的緩沖區(qū),發(fā)送完畢后清除相應(yīng)的緩沖區(qū)滿標(biāo)志。所以通過有效分配緩沖區(qū)大小和雙緩沖方式能有效提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度,再通過采用前后臺(tái)的操作方式更好地保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性能。

本文主要研究了嵌入式環(huán)境下基于USB-HOST結(jié)構(gòu)的數(shù)字錄音技術(shù)及其實(shí)現(xiàn),目前已通過系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)能夠完成設(shè)計(jì)預(yù)期的對兩路語音的實(shí)時(shí)存儲(chǔ),且長時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性較好。在設(shè)計(jì)中由于USB主機(jī)協(xié)議框架部分按自底向上的層次設(shè)計(jì)方法,因此系統(tǒng)具有很好的移植性,稍做修改即可移植到如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工控領(lǐng)域等應(yīng)用場合。

更多計(jì)算機(jī)與外設(shè)信息請關(guān)注21ic計(jì)算機(jī)與外設(shè)頻道

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉