引言
數(shù)字技術的應用幾乎已經滲透到現(xiàn)代科技的每一個角落,而數(shù)字音頻技術則是應用最廣泛的領域之一。現(xiàn)在大量的數(shù)字音頻設備已相當成熟,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,支持時分復用,易于模塊化設計,可重復使用,可靠性高等。隨著DSP技術的發(fā)展,以DSP為內核的設備越來越多。基于DSP技術的開發(fā)應用正在成為數(shù)字時代應用技術領域的潮流。
在實際生活中,當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。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。如此產生的回音,我們稱之為數(shù)字回音。
1 主要器件介紹
本設計選用的TLV320AIC23是TI公司生產的一款高性能的多媒體數(shù)字語音編解碼器,它的內部ADC和DAC轉換模塊帶有完整的數(shù)字濾波器,其數(shù)據傳輸寬度可以是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設備可以工作在多主線工作模式下。包括TMS320C55x DSP在內的每個I2C設備都有唯一的設備地址可供軟件尋址。其中,主設備用于發(fā)送時鐘并啟動數(shù)據傳輸,被主設備尋址的則為從設備。這些設備根據各自的功能,既可以作為發(fā)送器,也可以作為接收器。
當系統(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)設置,由于TLV320AIC23采樣輸出的是串行數(shù)據,因此,需要協(xié)調好與之相配的DSP的串行傳輸協(xié)議。因而必須對DSP的串口進行正確設置。MCBSP串口一般可通過六個引腳讓數(shù)據通路和控制通路與外部設備相連。數(shù)據經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之間的接口設計非常靈活。從這些特點可以看到:將MCBSP串口設置為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)據字長設定為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轉換采集輸入的語音信號,每采集完一個信號便將數(shù)據發(fā)送到DSP的McBSP接口上,以便DSP可以讀取語音數(shù)據。每個數(shù)據均為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,因而能夠實現(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)設計更加簡單。
系統(tǒng)中,TLV320AIC23的主時鐘11.2896MHz直接南DSP時鐘產生,MODE接數(shù)字地表示利用I2C控制接口來對TLV320AIC23數(shù)據進行傳輸控制。SCLK和SDIN是TLV320AIC23控制端口的移位時鐘和數(shù)據輸入端,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,結束之后,再循環(huán)調用數(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)據并保存,然后根據延遲參數(shù)讀回保存數(shù)據,并根據音效參數(shù)與當前聲音混響把最后的語音數(shù)據輸出到McBSP0。
在對TLV320AIC23寄存器進行寫操作時,應注意:
(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)據是分為三個8 Bit寫入的,而TLV320AIC23有7位地址和9位數(shù)據,也就是說,需要把數(shù)據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,而且應首先寫0到初始化寄存器以啟動初始化,同時還應塒所有寄存器進行復位處理。
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,同時可選擇設置兩個參數(shù)delay和effect。這樣,在產生回音時,就可分別調整這兩個參數(shù),從而調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?shù)某绦蛟O計,以在這個系統(tǒng)的基礎上實現(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 結束語
20世紀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)展最快的電子產品。DSP芯片迅速成為眾多電子產品的核心器件,而DSP系統(tǒng)也被廣泛地應用于當今技術革命的各個領域,可以說,基于DSP技術的開發(fā)應用正在成為數(shù)字時代應用技術領域的一種潮流,本系統(tǒng)只是DSP系統(tǒng)應用的一個實例。