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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(shè)計
高質(zhì)量、低速率的語音編碼算法在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中地位越來越重要，被廣泛應(yīng)用于諸如IP電話、語音信箱、軍事無線通訊等領(lǐng)域。特別是在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，信道帶寬很窄而且誤碼率較高，要在這種信道上實現(xiàn)語音通訊，低速和甚低速語音壓縮編碼技術(shù)是關(guān)鍵。以前由于硬件條件的限制，此類的低速率復(fù)雜編解碼算法往往只能停留在原理和計算機實現(xiàn)階段。近些年來，由于VLSI技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是高性能數(shù)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(xiàn)實領(lǐng)域。本次設(shè)計就是為這套軍用語音編碼算法標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一個通用編解碼平臺。該平臺已經(jīng)做為嵌入式低功耗語音模塊，應(yīng)用到語音編碼和語音合成等領(lǐng)域，并已小規(guī)模量產(chǎn)。
1.語音硬件平臺的總體介紹和系統(tǒng)框架
本語音信號處理平臺需要考慮以下幾個方面的設(shè)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(fù)雜度，經(jīng)過CCS的仿真測試結(jié)果表明，至少要求DSP芯片有50MIPS的處理能力。在接口設(shè)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(shù)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(tǒng)的同步時鐘。在功耗方面，由于是手持式設(shè)備，要求采用低功耗設(shè)計，以延長電池的使用時間。另外，設(shè)計系統(tǒng)的安全性也是一個需要考慮的因素。
基于以上幾項設(shè)計要求，以及以前設(shè)計的原型系統(tǒng)原理[7]，我們提出了一個基于TMS320VC5510A2和MSP430F149的設(shè)計方案。[1] 5510A2是德州儀器公司的55系列DSP的最高端的產(chǎn)品，這個系列的DSP是特別針對手持式終端設(shè)備應(yīng)用場合設(shè)計的，同等條件下其內(nèi)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(jìn)行代碼的移植。5510A2的最高數(shù)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(chǎn)的一款極低功耗的16位RISC結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(dāng)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(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成16bit的線性PCM格式并通過DSP的McBSP0口傳送到DSP內(nèi)部接收語音緩沖區(qū)，DSP在緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)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(nèi)的信號在同步時鐘TXC的上升沿被送到MODEM的調(diào)制模塊調(diào)制并發(fā)射出去。同時，DSP檢測MODEM的CD信號，當(dāng)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(shù)據(jù)并送入DSP內(nèi)的接收比特流緩沖區(qū)。當(dāng)接收比特緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)積累到一定長度時，DSP啟動解碼程序?qū)⑵浣獯a成16bit的PCM語音。該語音通過McBSP0口被送入TLV320AIC11，TLV320AIC11內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成模擬的語音信號送入聽筒。