基于DSP平台的语音数字化设计

摘要：基于DSP平台的语音数字化设计以DSP为核心处理器，采用硬件软件相结合的技术，具有话音采集，数字化压缩，解压和音频扬声器输出功能，并同时具有DTMF、单音检测及VAD功能。经测试该设计功能完善，且成本不高，对高校的学生实践教学及企业技术人员的实践操作有着非常重要的实用价值。
关键词：数字信号处理；语音；数字化；双音多频

0 引言
数字技术的应用几乎已经渗透到现代科技的每一个角落，而数字音频技术则是应用最广泛的领域之一。现在大量的数字音频设备已相当成熟，利用软件在已有的硬件平台上实现不同的功能已成为一种趋势，软件编程的灵活性给设备增加很多不同的功能提供了方便。和其它数字系统一样，DSP系统具有许多模拟系统所不具备的优点，如灵活、可编程，支持时分复用，易于模块化设计，可重复使用，可靠性高等。随着DSP技术的发展，以DSP为内核的设备越来越多，基于DSP技术的开发应用正在成为数字时代应用技术领域的潮流。本设计考虑到大部分高校及企业的实际情况，在节约成本的前提下，利用实验室现有的仪器设备，以DSP为核心，设计了功能完善的数字音频设备，可用于学生的实践教学及企业相关技术人员的实践操作，具有非常广泛的实用价值。

1 硬件设计
1．1 硬件环境描述
本设计开发板系统的组成大致有以下几个部分：TPS767D301电源转换芯片、有源晶体振荡器、AT45DB642D-CNU片外Flash芯片、TMS320 VC5509 ADSP核心处理芯片、TLN320AIC23B语音芯片、语音编解码加密芯片、DA8547TS立体声放大器。系统硬件电路总体框图如图1所示。
1．2 硬件电路设计方案
本系统的工作原理是以TPS767D301电压转换芯片为系统各部分提供合适的工作电压，以TMS320VC5509A为核心处理器，对数字量进行抽样、压缩、解压缩、插点等操作，通过音频编解码器TLV320AIC23B对信号进行模数、数模转换，最后将得到的模拟信号进行功率放大后经过扬声器播放出来。系统工作原理框图如上图1所示。

1．2．1 TPS767D301电源转换芯片
TI公司为用户提供了具有两路输出的电源芯片，如TPS73xx系列芯片和TPS76xx芯片等。其中，TPS73HD301和TPS767D301是TI公司新推出的双路低压差电源调整器，主要应用在需要双电源供电的DSP设计中，可提供两路输出电源，一路为3．3V电源，另一路为可调电压电源，前者的可调范围为1．2～9．75V，后者的可调范围为1．5～5．5V。本系统采用TPS767D301作为电压转换模块。
1．2．2 AD转换器
本系统中采用的AD转换器为TLV320AIC23B(以下简称AIC23B)，AIC23B是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式(二选一)，且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23B的模数转换(ADCs)和数模转换(DACs)部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma—delta过采样技术，可以在8～96kHz的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。与此同时，AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15μW，在本系统中的主要作用是进行AD／DA转换。
1．2．3 FLASH存储器
本系统中采用的FLASH存储器为AT45DB642D-CNU，该存储器采用单电源2．7～3．6V供电，存储容量为64Mbit，有串行接口和并行接口两种形式，本系统中采用了串行接口形式。
1．2．4 TDA8547TS
本系统中采用TDA8547TS作为立体声放大器，其供电电压为单电源2．2～18V，很少的外围电路，等待状态下电流只有10 μA。在本系统中的作用主要是将AIC23BDA转换后得到的模拟信号进行功率放大。
1．3 硬件调试和测试
TPS767D301的调试：其连接电路如图2所示。在调试过程中先不安装电阻R1、R6，使电源电路与系统其它部分电路断开。

其中2OUT(2OUT1，2OUT2)稳定输出3．3V电压，1OUT输出电压V0=Vref(1+R3／R5)，式中，Vref为基准电压，典型值为1．182V。R3和R5为外接电阻，通常所选择的阻值使分压器电流近似为7μA，推荐R5的取值为169kΩ，而R3的取值可根据所需的输出电压来调整，这里R3取59.7kΩ由于库存中不含有这两种阻值的电阻，为充分利用现有资源，取R5=150kΩ，R3=56kΩ，且能满足系统要求。

2 软件环境描述
编程语言：C语言。
编程环境：Windows系列平台，编译环境CCS 3．3。
本软件运行在使用Windows系列平台的计算机上，通过DSP仿真器JTAG与所设计的开发板相连接。

3 功能测试
在计算机上运行软件，通过JTAG仿真器将代码下载到开发板进行在线仿真测试，在代码恰当位置设置断点，通过编译环境CCS的Watch Window窗口及菜单项(View——>graph)拷贝所需测试数据，并使用CoolEdit分析生成DTMF信号。如下图3代表所生成的DTMF标号8，图4代表所检测的DTMF检测标记及标号。