基于DSP的語音采集與回音效果的系統(tǒng)實現(xiàn)

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。現(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上實現(xiàn)不同的功能已成為一種趨勢，軟件編程的靈活性給很多設(shè)備增加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，如靈活、可編程，支持時分復(fù)用，易于模塊化設(shè)計，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?；贒SP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正在成為數(shù)字時代應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的潮流。

　　在實際生活中，當(dāng)聲源遇到物體時一般會發(fā)生反射，反射的聲波和聲源聲波一起傳輸，聽者會發(fā)現(xiàn)反射聲波部分比聲源聲波慢一些從而形成回音。而現(xiàn)在，在已知一個數(shù)字音源后，也可以利用計算機，以數(shù)字方式通過計算來模擬回聲效應(yīng)。簡單地講。就是在原聲音流中疊加延遲一段時間后的聲流來實現(xiàn)回音效果。如此產(chǎn)生的回音，我們稱之為數(shù)字回音。

1 主要器件介紹

　　本設(shè)計選用的TLV320AIC23是TI公司生產(chǎn)的一款高性能的多媒體數(shù)字語音編解碼器，它的內(nèi)部ADC和DAC轉(zhuǎn)換模塊帶有完整的數(shù)字濾波器，其數(shù)據(jù)傳輸寬度可以是16位、20位、24位和32位，采樣頻率范圍為8～96 kHz，并可通過控制接口來編輯該器件的控制寄存器，同時可支持SPI和I2C兩種控制模式。TLV320AIC23的控制模式由MODEM管腳決定，本系統(tǒng)選用I2C模式。

　　TMS320VC5509A是TI公司C5000 DSP系列中的新一代產(chǎn)品。該DSP對C54X有很好的繼承性。并與C54x源代碼兼容，從而有效地保護用戶在軟件上的投資。TMS320VC5509A功耗低、成本低，并可在有限的功率條件下保持最好的性能。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)工作原理

　　該回音系統(tǒng)中的I2C接口模塊由串行數(shù)據(jù)SDA和串行時鐘SCL組成，SDA和SCL均為雙向接口。連接在同一總線上的I2C設(shè)備可以工作在多主線工作模式下。包括TMS320C55x DSP在內(nèi)的每個I2C設(shè)備都有唯一的設(shè)備地址可供軟件尋址。其中，主設(shè)備用于發(fā)送時鐘并啟動數(shù)據(jù)傳輸，被主設(shè)備尋址的則為從設(shè)備。這些設(shè)備根據(jù)各自的功能，既可以作為發(fā)送器，也可以作為接收器。

　　當(dāng)系統(tǒng)進行初始化配置時，DSP通過I2C總線將配置命令發(fā)送到TLV320AIC23，并在配置完成后TLVAIC23開始工作。

　　對于DSP的多通道緩沖串口(MCBSP)設(shè)置，由于TLV320AIC23采樣輸出的是串行數(shù)據(jù)，因此，需要協(xié)調(diào)好與之相配的DSP的串行傳輸協(xié)議。因而必須對DSP的串口進行正確設(shè)置。MCBSP串口一般可通過六個引腳讓數(shù)據(jù)通路和控制通路與外部設(shè)備相連。數(shù)據(jù)經(jīng)MCBSP串口與外沒的通信一般通過DR和DX腳來傳輸，控制同步信號則由CLKX、CLKR、FSX、FSR等四引腳來完成。由于MCBSP串口的數(shù)據(jù)線DR和DX帶有緩存寄存器，而幀同步信號FSX、FSR以及時鐘信號CLKX、CLKR都具有可編程性，因此，它與TLV320A-IC23之間的接口設(shè)計非常靈活。從這些特點可以看到：將MCBSP串口設(shè)置為SPI模式，并使串口的接收器和發(fā)送器同步，然后由TLV320AIC23的幀同步信號LRCIN、LRCOUT啟動串口傳輸，同時將發(fā)送接收的數(shù)據(jù)字長設(shè)定為32 Bit (左聲道16Bit，右聲道16 Bit)單幀模式，就可以方便地實現(xiàn)與TLV320AIC23之間的無縫連接。

　　輸入語音信號時，TLV320AIC23先通過其中的AD轉(zhuǎn)換采集輸入的語音信號，每采集完一個信號便將數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP的McBSP接口上，以便DSP可以讀取語音數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)均為16位無符號整數(shù)，左右通道各有一個數(shù)值。

　　語音信號輸出時，可由DSP將語音數(shù)據(jù)通過McBSP接口發(fā)送給TLV320AIC23，再由TLV320AIC23的DA器件將他們變成模擬信號輸出。

2.2 硬件電路設(shè)計

　　TLV320AIC23能在數(shù)字和模擬電壓下工作，并可與TMS320C55x DSP的I／O電壓兼容，因而能夠?qū)崿F(xiàn)與C55x DSP的McBsP (多通道緩沖串口)端口的無縫連接，以使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單。

　　系統(tǒng)中，TLV320AIC23的主時鐘11.2896MHz直接南DSP時鐘產(chǎn)生，MODE接數(shù)字地表示利用I2C控制接口來對TLV320AIC23數(shù)據(jù)進行傳輸控制。SCLK和SDIN是TLV320AIC23控制端口的移位時鐘和數(shù)據(jù)輸入端，它們將分別與TMS320VC5509的I2C模塊端口SCL和SDA相連。TMS320VC5509A的MCBSP0應(yīng)工作在SPI模式下，這樣可使MCBSP0的接收器和發(fā)送器同步。收發(fā)時鐘信號CLKX0和CLKR0由TLV320AIC23的串行數(shù)據(jù)傳輸時鐘BCLK提供，并由TLV320AIC23的幀同步信號LRCIN、LRCOUT啟動串口數(shù)據(jù)傳輸，DX0和DR0分別與TLV320AIC23的DIN和DOUT相連，可用于完成DSP與TLV320AIC123之間的數(shù)字通信。[!--empirenews.page--]

2.3 軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件主要由程序和數(shù)字回音處理程序兩部分組成。其中主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，如EMIF(外部存儲器接口)、CPU頻率、TLV320AIC23的初始化等，結(jié)束之后，再循環(huán)調(diào)用數(shù)字回音模塊；數(shù)字回音模塊主要用于初始化語音緩沖區(qū)和工作變量、讀取語音數(shù)據(jù)并保存，然后根據(jù)延遲參數(shù)讀回保存數(shù)據(jù)，并根據(jù)音效參數(shù)與當(dāng)前聲音混響把最后的語音數(shù)據(jù)輸出到McBSP0。

在對TLV320AIC23寄存器進行寫操作時，應(yīng)注意：

　　(1)在寫過一次I2C地址后，只能對一個寄存器進行寫操作，而不能一次性對所有寄存器進行寫操作。也就是說，在寫每個寄存器之前都要按部就班的寫一遍I2C地址。

　　(2)I2C模式下，數(shù)據(jù)是分為三個8 Bit寫入的，而TLV320AIC23有7位地址和9位數(shù)據(jù)，也就是說，需要把數(shù)據(jù)項上面的最高位補充到第二個8Bit中的最后一位。

　　(3)存對控制寄存器編程時，對應(yīng)于每一次工作狀態(tài)的改變，不能僅僅修改某個寄存器的值，而要對這十個寄存器都重新寫入一遍，否則，系統(tǒng)將無法正常工作，而且應(yīng)首先寫0到初始化寄存器以啟動初始化，同時還應(yīng)塒所有寄存器進行復(fù)位處理。

2.4 系統(tǒng)效果的實現(xiàn)

　　編程過程中，在選擇需要制作數(shù)字回音時，同時可選擇設(shè)置兩個參數(shù)delay和effect。這樣，在產(chǎn)生回音時，就可分別調(diào)整這兩個參數(shù)，從而調(diào)整和控制回音的延時及響度。系統(tǒng)工作時，假如話筒里有聲音輸入，我們可以在聽筒里聽到兩個聲音，其中一個是原聲，而另一個就是制作的數(shù)字回音，數(shù)字回音的延時及強弱可由參數(shù)delay和effect決定。

　　如有必要，還可通過適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計，以在這個系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)二重回音、三重回音等，也可以模擬真實場景里的多重回音效果。

3 結(jié)束語

　　20世紀(jì)90年代以后，DSP芯片的發(fā)展突飛猛進。其功能日益強大，性價比也不斷上升，開發(fā)手段不斷改進。DSP芯片已成為集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品。DSP芯片迅速成為眾多電子產(chǎn)品的核心器件，而DSP系統(tǒng)也被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今技術(shù)革命的各個領(lǐng)域，可以說，基于DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正在成為數(shù)字時代應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一種潮流，本系統(tǒng)只是DSP系統(tǒng)應(yīng)用的一個實例。