基于TMS320VC5402芯片的语音信号处理系统设计

本科毕业设计开题报告题目：基于TMS320VC5402芯片的语音信号处理系统设计院（系）：电气与信息工程学院班级：通信工程06-3班姓名：倪昭学号：0608030331指导教师：李志军教师职称：副教授黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目基于TMS320VC5402芯片的语音信号处理系统设计来源教师科研1、研究目的和意义语言是人类相互沟通信息的重要工具。随着现代科学技术的发展，特别是语音通信和各种语音产品的广泛普及，语音信号的数字化处理在越来越多的领域中发挥着巨大的作用。语音信号处理技术是数字信号处理技术的重要组成部分，如今高速发展的语音信号处理技术已在音频信息的处理、传输和存储等方面得到广泛应用。一个完备的语音信号处理系统不但要具备语音信号的采集和回放功能，而且更重要的是要能完成复杂的语音信号分析和处理算法。通常这些算法运算量大，且又要满足实时或准实时的快速高效处理要求，需采用高速DSP芯片。另外，在要求系统满足较好的通用性的同时，针对不同的应用和不断出现的新处理方法，还要使系统便于功能的改进和扩展。如何用硬件实现更有效的语音信号处理成为人们研究的重点。本课题选择TMS320VC5402芯片来进行语音信号处理系统设计，由于DSP芯片具有接口简单、编程方便、稳定性好、精度高、可重复性好、集成方便等优点，尤其适合在语音编码和通信中得到应用，基于DSP的语音处理系统是未来语音处理系统的主流，具有良好的应用前景和市场前景。2、国内外发展情况(文献综述)语言声学的发展和电子学、计算机科学有着非常密切的关系。在它发展的过程中,有过几次飞跃，第一次飞跃是1907年电子管的发明和1920年无线电广播的出现。因为有了电子管放大器，很微弱的声音也可以放大，而且可以定量测量。从而使电声学和语言声学的一些研究成果，扩展到通信和广播部门。第二次飞跃应该是在20世纪70年代初，由于电子计算机和数字信号处理的发展，人们发现：声音信号特别是语音信号，可以通过模数转换器(A/D)采样和量化，它们转换为数字信号后，能够送进计算机。这样就可以用数字计算方法，对语音信号进行处理和加工。例如频谱分析可以用傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT)实现，数字滤波器可以用差分方程实现。在这个基础上，逐渐形成了一门新学科——语音信号处理。它的发展很快，在通信、自动控制等领域，解决了很多用传统方法难以解决的问题。在信息科学中占有很重要的地位。人们早就希望用语音指挥机器，机器的执行情况也能用语音回答。这在某些领域已经部分地实现了。目前计算机芯片的集成度和运算能力，每18个月就提高一倍，而成本又不断降低，因此，它已经广泛地应用于在社会生产和生活的各个方面。国外已有功能十分强大的语音信号处理芯片，如美国德州仪器（TexasInstruments），简称TI，是全球领先的半导体公司，已推出每秒执行近90亿个指令的TMS320C64xDSP芯片，刷新DSP性能记录，以及业界上功耗最低的芯片TMS320C55xDSP，推进DSP的便携式应用；国内也有很多高校在进行语音信号处理及其相关领域的应用研究，但总体上来说，国内仍处在研究实验阶段，一个简便、高效的语音信号处理系统也成为当今国内的研究热点。3、研究/设计的目标系统主要由TMS320VC5402数字信号处理芯片、音频编解码部分为核心，以及附加必要的外围电路。由于DSP的数据处理和传输的并行性，从而极大地提高了系统的运行效率。具有高速、实时、灵活的特点，可以用有限的存储空间存储较多的数字语音信号，完成多种语音处理功能。在此基础上编写C语言处理程序，完成了语音信号的处理，实现通过PC机控制实现语音的录放功能。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：本课题研究的是基于TMS320VC5402芯片的语音信号处理系统设计，通过对语音信号处理系统软硬件的设计，来实现数字化语音采集和处理系统，同时通过学习TMS320VC5402芯片的结构特点，从而对语音信号处理系统各功能模块进行设计。具体设计方案如下。1．信号处理系统的设计本课题的设计步骤，如图1所示。信号分析和算法验证定义系统性能指标软件设计和调试硬件设计和调试系统集成和测试选择DSP芯片和系统外围设备图1设计流程图2．系统硬件设计方案麦克耳机TLV320AIC23DSPTMS320VC5402程序数据储存器SRAM以太网接口RTL8019AS电源电压转换模块JTAG接口PC机时钟电路图2系统总体结构图系统硬件设计如图2所示。将需要处理的语音信号通过A/D转换器完成语音信号的数字化采样，并将转换完的数据传给DSP芯片进行处理．经过处理后的数字样值再经D／A变换转换为模拟信号，经由扬声器还原成语音信号。DSP芯片构成本系统的控制和处理核心，由它来协调各功能模块的工作；利用其快速的运算能力完成语音信号的运算考虑到需要存放语音处理数据和程序，用存储器存放语音处理程序和主控制程序。用网络接口芯片实现DSP与PC机通信。选用TMS320VC5402作为系统的核心处理器，主要来完成系统的控制、运算处理等功能，选用TLV320AIC23为TMS320VC5402的模拟接口电路，包括放大、滤波和AD转换，在硬件接口方面，TMS320VC5402多通道缓冲串口时序和音频模块AIC数据接收和发送时序是吻合的，非常方便接口，JTAG采用IEEE1149.1标准逻辑电路用于在线仿真和测试。3．系统软件设计方案硬件制作完成后，要编写相应的底层软件进行软硬件联调。软件设计包括系统软件和信号处理软件。系统软件根据实际需要可包括系统控制软件、人机接口、数据输入/输出管理以及和主机的接口等。信号处理软件主要是编写一些信号处理算法的程序，完成特定的处理功能。图3为本课题的软件设计流程图。开始BOOT程序加载代码DSP初始化AD初始化DMA中断？中断处理程序图3软件流程图用C编写的主框架程序调用初始化程序。DSP初始化程序的主要功能是设置系统的工作状态，AD初始化程序则主要是DSP芯片通过设置AD芯片TLV320AIC23的工作模式。5、方案的可行性分析基于TMS320VC5402芯片的语音信号处理系统设计，系统以DSP芯片和语音CODEC芯片为核心，具有很强的数据处理能力和灵活的外围接口电路，无疑会成为体积更加小巧，性能稳定，并且界面友好，功耗更低的数字化语音存储与回放系统，可以有效的解决传统的语音录放系统在电子与信息处理的使用中受到的限制。6、该设计的创新之处本课题中系统以TMS320VC5402和AIC23为核心，利用多通道缓冲串口结合DMA传输方式，并在此基础上完成了几种语音信号处理的功能。同时，只要扩展少量的外围器件和编制相应的语音处理程序，就可完成更多的语音处理功能。7、设计产品的主要用途和应用领域语言是人类相互沟通信息的重要工具。随着现代科学技术的发展，特别是语音通信和各种语音产品的广泛普及，语音信号的数字化处理在越来越多的领域中发挥着巨大的作用。数字信号处理器以及语音处理大规模集成电路的进步，语音合成，语音识别，语音存储和回放技术的应用越来越广泛。本课题提出的语音信号处理系统引用DSP技术，其体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放特点将会超越传统的语音录放系统。8、时间进程一、准备开题阶段（2009.11.25-2009.12.14）：（1）选课题，学习课题相关知识。（2）开始查阅相关课题资料。（3）通过任务书，学习资料相关内容。（4）整理思路，准备开题报告。（5）准备开题答辩。二、硬件设计阶段（2010.3.1-4.15）：（1）学习语音信号的产生机理并学习信号分析方法。（2）学习TMS320VC5402结构特点。（3）设计语音信号处理系统的总体架构图。（4）设计语音信号处理硬件系统的主要功能模块。（5）设计语音信号处理系统的外围电路。三、软件设计阶段(2010.4.16-5.20)（1）掌握C语言的设计思想。（2）分析语音信号处理系统的软件流程。（3）设计系统的主要接口软件部分。三、完成论文阶段（2010.5.21-2010.6.13）：（1）整理毕业设计论文。（2）完成毕业设计论文。（3）毕业论文打印。（4）准备毕业设计答辩。9、参考文献1姚天任.数字语音处理[M].武汉：华中科技大学出版社，2003：2-20.2彭启宗，李玉柏，管庆.DSP技术发展与应用[M].北京：高等教育出版社，2002：54-101.3韩纪庆，张磊，郑铁然.语音信号处理[M].北京：消华大学出版社，2004：7-67.4韦岗，陆以勤.欧阳景正、沌、分形理论与语音信号处理[J].电子学报1996：24（1）4～95顾良，刘润生.高性能汉语语音基音周期估计[J].北京：电子学报，1999：27（1）.6朱铭锆等.DSP应用系统设计[M].北京：电子工业出版社，2002：32-46.7郑红，吴冠.TMS320C54XXDSP应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003：8-121.8朱民雄，闻新，黄建群.计算机语音技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002：23-98.9易克初，田兵，付强.语音信号处理[M].北京：国防工业出版社，2000：14-95.10胡航.语音信号处理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000：33-47.11李双勋，欧建平.TLC320AIC23在音频处理中的应用[J].国外电子元器件，2004（12）12王念旭，DSP基础与应用系统设计，北京航空航天大学出版社，2001第1版13邓勇，施文康.DSP与PC机串行通信的几种方法[J].微电了学，2002,32（1）:74-80.14张雄伟，陈亮，杨吉斌.现代语音处理技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2003：45-88.15牟峰，俞铁城，杨道浮.一种中低码率语音波形编码的新方法[J].北京：数据采集与处理，2002，17（2）.16刘卫星，谢康林.基于DSP和FPGA技术的高速以太网测试设备设计.微型电脑应用，2003.19（5）17李双勋，欧建平.TLV320AIC23在音频处理中的应用.国外电子元器件，2003.1018夏爽.通过JTAG口对DSP外部Flash存储器的在线编程.单片机与嵌入式系统应用，2003.819于向国，董金明.ANSIC代码在TMS320CSSX上的移植和优化.单片机与嵌入式系统应用，2003.120任志考.用C语言进行DSP软件设计的优化方法.青岛科技大学学报（自然科学版），2003.24（z1）指导教师意见:教师签字：年月日毕业设计领导小组意见:组长签字：年月日