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-- 發(fā)布時間：2010-11-19 10:00:03
-- 基于DSP的通用型嵌入式語音平臺的硬件設計
高質量、低速率的語音編碼算法在現代通訊系統中地位越來越重要，被廣泛應用于諸如IP電話、語音信箱、軍事無線通訊等領域。特別是在一些特殊的應用領域，信道帶寬很窄而且誤碼率較高，要在這種信道上實現語音通訊，低速和甚低速語音壓縮編碼技術是關鍵。以前由于硬件條件的限制，此類的低速率復雜編解碼算法往往只能停留在原理和計算機實現階段。近些年來，由于VLSI技術的蓬勃發(fā)展，尤其是高性能數字信號處理芯片的DSP的普及，這些編碼算法開始大規(guī)模的運用到了現實領域。本次設計就是為這套軍用語音編碼算法標準設計一個通用編解碼平臺。該平臺已經做為嵌入式低功耗語音模塊，應用到語音編碼和語音合成等領域，并已小規(guī)模量產。
1.語音硬件平臺的總體介紹和系統框架
本語音信號處理平臺需要考慮以下幾個方面的設計要求。在運算量方面，本平臺上運行的幾種語音編碼算法都具有比較高的運算復雜度，經過CCS的仿真測試結果表明，至少要求DSP芯片有50MIPS的處理能力。在接口設計方面，搭載本聲碼器模塊的通訊平臺定義了如表1所示的接口管腳，其中VIN和VOUT分別連接到通訊平臺的話筒和聽筒上的輸入和輸出話音，PTT連接到話筒的按鈕上，按下PTT表示請求通話。TXD和RXD分別是發(fā)送和接收的數字語音碼流信號，RTS和CD分別是發(fā)送和接收碼流指示，為低電平的時候表示碼流有效。TXC為系統的同步時鐘。在功耗方面，由于是手持式設備，要求采用低功耗設計，以延長電池的使用時間。另外，設計系統的安全性也是一個需要考慮的因素。
基于以上幾項設計要求，以及以前設計的原型系統原理[7]，我們提出了一個基于TMS320VC5510A2和MSP430F149的設計方案。[1] 5510A2是德州儀器公司的55系列DSP的最高端的產品，這個系列的DSP是特別針對手持式終端設備應用場合設計的，同等條件下其內核的功耗僅為54系列DSP的三分之一，而且具有更高的代碼執(zhí)行效率，其指令也與54系列的相互兼容，可以很方便的進行代碼的移植。5510A2的最高數字信號的處理能力為200MIPS，能夠很好的滿足本平臺對運算的要求。[6]MSP430F149是德州儀器生產的一款極低功耗的16位RISC結構的單片機，我們用他來做為主控芯片輔助DSP完成程序加載和系統加密的功能。圖1給出了該硬件平臺的總體框圖。
如圖所示，當PTT被按下則表示請求通話，話筒輸入的模擬話音VIN通過一個放大電路放大之后輸入語音CODEC芯片TLV320AIC11，TLV320AIC11內的模數轉換器將其轉換成16bit的線性PCM格式并通過DSP的McBSP0口傳送到DSP內部接收語音緩沖區(qū)，DSP在緩沖區(qū)內的數據在積累到一定幀長之后啟動編碼算法編成特定碼率的碼流。編好的碼流被送入另一發(fā)送比特流緩沖區(qū)緩沖。該緩沖區(qū)內的信號在同步時鐘TXC的上升沿被送到MODEM的調制模塊調制并發(fā)射出去。同時，DSP檢測MODEM的CD信號，當CD信號有效（低電平）時，在同步時鐘TXC的下降沿鎖存RXD上的數據并送入DSP內的接收比特流緩沖區(qū)。當接收比特緩沖區(qū)內的數據積累到一定長度時，DSP啟動解碼程序將其解碼成16bit的PCM語音。該語音通過McBSP0口被送入TLV320AIC11，TLV320AIC11內的數模轉換器將其轉換成模擬的語音信號送入聽筒。