低功耗通用語(yǔ)音處理平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

摘 要： 介紹了基于TMS3.0VC5510A實(shí)現(xiàn)的低功耗通用語(yǔ)音處理平臺(tái)的方案，并且在其上實(shí)現(xiàn)了多種語(yǔ)音壓縮算法以及基于算法的自適應(yīng)功耗控制，較好地達(dá)到了低功耗的要求。

語(yǔ)音信號(hào)處理在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，語(yǔ)音傳輸?shù)臄?shù)字化是全數(shù)字化移動(dòng)通信系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。高質(zhì)量、低速率的話音編碼技術(shù)與高效率的數(shù)字調(diào)制技術(shù)結(jié)合，為現(xiàn)代移動(dòng)通信提供了優(yōu)于模擬移動(dòng)通信的系統(tǒng)容量、通信質(zhì)量和頻譜利用率?，F(xiàn)代移動(dòng)通信的發(fā)展也對(duì)系統(tǒng)的功耗提出了較高的要求，因此低功耗、高性能的DSP已經(jīng)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文介紹采用美國(guó)德州儀器公司(TI)最新開(kāi)發(fā)出來(lái)的TMS320VC5510A，利用其數(shù)據(jù)處理能力及低功耗特性，并且結(jié)合MSP430F149增加了系統(tǒng)的控制能力，進(jìn)行各種語(yǔ)音算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于實(shí)際開(kāi)發(fā)語(yǔ)音處理系統(tǒng)具有重要的參考價(jià)值，并且該平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品中。

1 語(yǔ)音處理系統(tǒng)組成及其原理

1.1 語(yǔ)音處理系統(tǒng)的組成

語(yǔ)音算法多種多樣，要求語(yǔ)音處理系統(tǒng)的前端提供符合算法精度要求的數(shù)字采樣信號(hào)，因此要求前端的A/D、D/A具有較高的采樣率和采樣精度。語(yǔ)音處理系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)性的要求，在一些應(yīng)用中還要求語(yǔ)音編解碼算法、加解密算法、信道編解碼算法甚至調(diào)制、解調(diào)算法都在同一塊芯片中實(shí)現(xiàn)，因此要求系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)空間大。在通常的DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，DSP加上存儲(chǔ)器、 A/D、D/A和外設(shè)接口就可以實(shí)現(xiàn)。但是越來(lái)越多的場(chǎng)合要求系統(tǒng)完成與外部系統(tǒng)的通信和控制，例如人機(jī)接口、信道傳輸設(shè)備等控制功能。這些均可以采用 MCU＋DSP的結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)單一DSP系統(tǒng)控制能力差的不足。經(jīng)過(guò)仔細(xì)選擇比較，最終的語(yǔ)音處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

語(yǔ)音處理系統(tǒng)框圖

圖1 語(yǔ)音處理系統(tǒng)框圖

1.2 語(yǔ)音處理系統(tǒng)原理

如圖1所示，模擬話音經(jīng)過(guò)功放構(gòu)成的帶通濾波器，通過(guò)TLV320AIC10的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換成8 000Hz的數(shù)字信號(hào)，該采樣信號(hào)的精度為16位，對(duì)輸入模擬信號(hào)的幅度要求為-3.3～3.3V。數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)同步串口（McBSP）傳送到DSP(TMS320VC5510A)內(nèi)部緩沖區(qū)，送入編碼器進(jìn)行編碼，得到的數(shù)據(jù)流通過(guò)同步串口（McBSP）及信道接口傳給終端，經(jīng)過(guò)信道編碼后傳輸。從信道收到的碼流經(jīng)過(guò)終端解碼通過(guò)同步串口（McBSP）傳給DSP內(nèi)部的緩沖區(qū)，送入解碼器進(jìn)行解碼，得到的數(shù)字化語(yǔ)音再通過(guò)同步串口（McBSP）傳給TLV320AIC10的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。為了增強(qiáng)該硬件平臺(tái)的控制能力，DSP（TMS320VC5510A）通過(guò)主機(jī)接口（HPI）與MCU(MSP430F149)進(jìn)行通信。并且增加了存儲(chǔ)器Flash(SST39VF800A)，以保證可以進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

2.1 主要芯片選擇及簡(jiǎn)介

該平臺(tái)采用的TLV320AIC10是德州儀器公司推出的一款通用型低功耗16位A/D、D/A音頻接口芯片，適用于語(yǔ)音以及寬帶音頻處理；其數(shù)字接口采用同步串口方式，可以非常方便地與DSP的同步串口(McBSP)相連，其中SCLK提供位時(shí)鐘信號(hào)，F(xiàn)S提供幀同步信號(hào)，DIN為串行數(shù)據(jù)輸入，DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出。TLV320AIC10與DSP的串口連接方式如圖2所示。其中TLV320AIC10工作在主模式（Master Mode）下，DSP的同步串口（McBSP）工作在從模式(Slave Mode)下。同步串口的時(shí)鐘由TLV320AIC10的SCLK提供，為2.048MHz。

TLV320AIC10 與TMS320VC5510A 連接示意圖

圖2 TLV320AIC10 與TMS320VC5510A 連接示意圖